Nghiên cứu cải tiến hiệu năng giao thức định tuyến AODV và AOMDV trong mạng MANET (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

ĐỖ ĐÌNH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN HIỆU NĂNG
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VÀ AOMDV
TRONG MẠNG MANET

Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin học
Mã số: 62 46 01 10

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC

Hà Nội – 2017


Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Văn Tam
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Nguyễn Gia Hiểu

Phản biện 1: PGS. TS. Lương Thế Dũng
Phản biện 2: PGS. TS. Ngô Quỳnh Thu
Phản biện 3: TS. Nguyễn Hoài Sơn

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ,
họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam
vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2017

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam


1
MỞ ĐẦU
Sự khác biệt về tính chất, đặc điểm của mạng MANET so với các mạng
truyền thống làm nảy sinh nhiều thách thức và các hướng nghiên cứu khác
nhau. Trong các hướng nghiên cứu này, vấn đề định tuyến đã và đang là một
vấn đề rất cần được quan tâm giải quyết.
Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu được đề xuất nhằm cải tiến các giao
thức định tuyến cho mạng MANET theo nhiều hướng khác nhau. Tuy nhiên,
mỗi đề xuất cải tiến chỉ áp dụng cho một giao thức định tuyến hoặc một
nhóm các giao thức có chung chiến lược định tuyến nhất định. Các đánh giá
về hiệu năng của các giao thức đã cải tiến thường được giới hạn trong các
điều kiện cụ thể. Vì vậy, trong từng ngữ cảnh triển khai mạng MANET với
các yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến và sử dụng giao thức định tuyến
một cách phù hợp.
Đối với các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách sử dụng thuật toán
tìm đường ngắn nhất theo số chặng, Các nghiên cứu đã công bố của các tác
giả Anurag K. (2004), Bertsekas D. (1996), Pham P. (2003) và Tsirigos A.
(2001) đã chỉ ra rằng thuật toán này không phải là thuật toán tìm đường tối
ưu cho mạng MANET vì chúng gây ra hiện tượng phân phối tải lưu lượng

không đều trong mạng dẫn đến các vùng tắc nghẽn cục bộ. Vì vậy, cần cải
tiến cơ chế tìm đường của các giao thức định tuyến này nhằm giảm tắc nghẽn
gây ra bởi sự tập trung lưu lượng tại vùng trung tâm của mạng.
AODV là một trong các giao thức định tuyến tiêu biểu sử dụng chiến
lược định tuyến theo yêu cầu dạng vec tơ khoảng cách. Đã có nhiều đề xuất
cải tiến giao thức AODV. Trong số các đề xuất cải tiến này, có nhiều đề
xuất đã sử dụng phương pháp khai thác thông tin định tuyến xuyên tầng để
xây dựng cơ chế định tuyến với độ đo định tuyến mới thay cho độ đo số
chặng của giao thức AODV nhưng không hướng tới mục tiêu giảm tắc
nghẽn gây ra bởi thuật toán tìm đường ngắn nhất theo số chặng.
Đối với vấn đề định tuyến QoS, các giao thức định tuyến phải có khả
năng chọn đường phù hợp với yêu cầu QoS của dữ liệu. Tại mỗi nút mạng,
các luồng dữ liệu có yêu cầu QoS khác nhau có thể truyền theo các con
đường khác nhau. Các giao thức định tuyến đa đường là lựa chọn thích hợp
để tích hợp cơ chế định tuyến QoS.
AOMDV là một giao thức định tuyến đa đường điển hình của mạng
MANET. Trong thời gian qua, đã có nhiều đề xuất cải tiến giao thức này.
Tuy nhiên, vấn đề định tuyến theo yêu cầu QoS của các lớp chương trình
ứng dụng phân loại theo chuẩn ITU-T G.1010 vẫn chưa được giải quyết.
Với những lý do được phân tích ở trên, luận án này tập trung vào giải
quyết vào hai vấn đề chính: 1) Cải tiến giao thức định tuyến AODV nhằm
nâng cao hiệu năng mạng MANET có các vùng tắc nghẽn; 2) Cải tiến giao


2
thức định tuyến AOMDV nhằm hỗ trợ khả năng định tuyến QoS cho mạng
MANET.
Đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu
Luận án này lựa chọn các giao thức định tuyến trong mạng MANET là
đối tượng nghiên cứu với phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi

xây dựng các độ đo định tuyến thích hợp và cải tiến cơ chế định tuyến theo
hướng tiếp cận xuyên tầng của giao thức định tuyến AODV và AOMDV
nhằm đảm bảo mục tiêu nghiên cứu là tăng cường hiệu năng cho giao thức
định tuyến AODV trong mạng MANET có vùng tắc nghẽn và cung cấp khả
năng định tuyến theo chất lượng dịch vụ cho giao thức AOMDV trong mạng
MANET.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án là phương pháp
kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm để đánh giá kết quả. Trên
cơ sở phân tích, đánh giá hoạt động của một số giao thức định tuyến, luận
án sẽ rút ra những điểm cần cải tiến. Sau đó, sử dụng toán học làm công cụ
để ước lượng và tính các tham số cần thiết cho các thuật toán định tuyến
được đề xuất. Luận án sử dụng phương pháp thử nghiệm trên mô phỏng để
so sánh, đánh giá kết quả về hiệu năng của các giao thức đã được cải tiến.
Nội dung nghiên cứu và kết quả cần đạt được
Luận án tập trung vào ba nội dung chính sau: 1) Nghiên cứu, phân tích
và đánh giá hoạt động của giao thức định tuyến AODV và AOMDV để tìm
ra những điểm cần cải tiến; 2) Cải tiến giao thức AODV để nâng cao hiệu
năng của mạng MANET có các vùng tắc nghẽn; 3) Cải tiến giao thức
AOMDV nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ của các ứng dụng trong
mạng MANET.
Các kết quả cần đạt được của luận án gồm: 1) Đưa ra được những yêu
cầu cần cải tiến đối với giao thức AODV trong mạng có tắc nghẽn và giao
thức AOMDV trong mạng có yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ; 2) Ước
lượng được chất lượng liên kết ở tầng MAC theo hai thông số là tỷ lệ mất
gói tin và độ trễ; 3) Xây dựng được độ đo định tuyến theo độ trễ đầu cuối
với giao thức AODV và hàm lượng giá đường theo yêu cầu QoS với giao
thức AOMDV; 4) Xây dựng được mô hình và thuật toán định tuyến theo
cách tiếp cận xuyên tầng cho hai giao thức; 5) Kiểm nghiệm, đánh giá được
các kết quả cải tiến trên phần mềm mô phỏng NS2.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Các đề xuất cải tiến giao thức định tuyến AODV và AOMDV có ý nghĩa
khoa học trong hướng nghiên cứu về vấn đề định tuyến trong mạng
MANET. Với những kết quả đã đạt được về việc nâng cao hiệu năng định


3
tuyến, các đề xuất này có thể được sử dụng trong các nghiên cứu tiếp theo
để cải tiến các giao thức định tuyến khác trong mạng MANET. Về mặt thực
tiễn, những kết quả của luận án có thể được sử dụng khi triển khai giao thức
định tuyến cho các mạng MANET có tần suất tắc nghẽn cao và cần đảm bảo
tính năng hỗ trợ yêu cầu QoS từ các chương trình ứng dụng.
Bố cục của luận án
Luận án được bố cục thành 3 chương
Chương 1 trình bày tổng quan về mạng MANET. Trong đó, tập trung
vào trình bày cơ chế hoạt động của hai giao thức AODV, AOMDV và các
nghiên cứu cải tiến đã đề xuất đối với hai giao thức này. Thông qua các lập
luận, phân tích để rút ra vấn đề trọng tâm cần cải tiến đối với hai giao thức,
xây dựng các luận điểm chính làm cơ sở cho các nghiên cứu toán học và thử
nghiệm trong các chương tiếp theo.
Chương 2 đề xuất ý tưởng cải tiến giao thức AODV và trình bày về các
vấn đề: phương pháp ước lượng độ trễ của liên kết trên cơ sở nguyên lý hoạt
động của công nghệ IEEE 802.11; những đề xuất cải tiến giao thức AODV
theo mô hình hoạt động định tuyến xuyên tầng với hoạt động chi tiết của mô
đun đo mức độ sử dụng kênh truyền, mô đun ước lượng tỷ lệ lỗi frame của
liên kết và mô đun định tuyến xuyên tầng; kiểm nghiệm và đánh giá kết quả
của các cải tiến đã đề xuất trên cơ sở mô phỏng và so sánh hiệu năng của
hai giao thức AODV-DM và AODV bằng phần mềm NS2.
Chương 3 trình bày ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV, đề xuất
phương pháp phân lớp các ứng dụng theo yêu cầu QoS của chuẩn ITU-T

G1010 và phương pháp tính trọng số cho các tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ,
đề xuất kỹ thuật dự đoán chất lượng liên kết tại tầng MAC theo hai tham số
là trễ và tỷ lệ mất gói, đề xuất cải tiến giao thức AOMDV theo hướng khai
thác thông tin định tuyến xuyên tầng và yêu cầu QoS, kiểm nghiệm và đánh
giá kết quả của các cải tiến đã đề xuất bằng NS2.
Cuối cùng là phần kết luận, tóm tắt những đóng góp chính, các hướng
nghiên cứu phát triển tiếp theo của luận án và những vấn đề được tác giả
quan tâm.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG MANET VÀ VẤN ĐỀ ĐỊNH
TUYẾN TRONG MẠNG MANET
Mạng MANET có những khác biệt rõ ràng so với mạng không dây
truyền thống và đã có nhiều ứng dụng trong đời sống, kinh tế, xã hội của
con người. Giao thức định tuyến trong mạng MANET cần đảm bảo được
những yêu cầu về tối thiếu hoá tải điều khiển và tải xử lý, hỗ trợ định tuyến
đa chặng, đáp ứng những thay đổi về topo mạng và ngăn chặn định tuyến
lặp.
Đã có nhiều cải tiến nghiên cứu được đề xuất nhằm cải tiến các giao
thức định tuyến cho mạng MANET. Mỗi đề xuất cải tiến chỉ áp dụng cho
một giao thức định tuyến hoặc một nhóm các giao thức có chung chiến lược
định tuyến nhất định. Trong từng ngữ cảnh triển khai mạng MANET với
các yêu cầu cụ thể, cần lựa chọn, cải tiến và sử dụng giao thức định tuyến
một cách phù hợp.
AODV là giao thức định tuyến theo yêu cầu. Các luồng dữ liệu được
định tuyến bởi AODV có xu hướng đi qua tâm của mạng. Vì vậy, có thể xảy
ra hiện tượng tắc nghẽn tại trung tâm mạng. Đã có nhiều đề xuất cải tiến
giao thức AODV. Tuy nhiên, vẫn chưa có các đề xuất để lấy thông tin về độ
trễ của liên kết được ước lượng theo khái niệm “thời gian phục vụ” của

CSMA/CA theo cách tiếp cận xuyên tầng làm cơ sở cho cơ chế định tuyến
hướng tới mục tiêu giảm tắc nghẽn trong mạng MANET.
AOMDV là giao thức định tuyến đa đường được phát triển từ giao thức
AODV. Đã có những đề xuất cải tiến giao thức AOMDV theo cách tiếp cận
xuyên tầng nhằm hỗ trợ yêu cầu QoS của dữ liệu. Tuy nhiên, trong những
cải tiến này, việc phân lớp các lưu lượng dữ liệu của tầng Ứng dụng theo
yêu cầu QoS của chuẩn ITU-T G.1010 vẫn chưa được thực hiện. Điều này
dẫn đến mức độ hỗ trợ của thuật toán định tuyến theo yêu cầu QoS chưa
thực sự hiệu quả.
Với những lý do trên, những nội dung nghiên cứu tiếp theo của luận án
được xác định là: (1) Cải tiến giao thức định tuyến AODV nhằm nâng cao
hiệu năng mạng MANET có các vùng tắc nghẽn và (2) Cải tiến giao thức
định tuyến AOMDV nhằm hỗ trợ cơ chế định tuyến theo chất lượng dịch vụ
cho mạng MANET.
Một phần nội dung của chương này được công bố trong công trình [A1].


5
CHƯƠNG 2. CẢI TIẾN GIAO THỨC AODV NHẰM GIẢM TẮC
NGHẼN TRONG MẠNG MANET
2.1. Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AODV
Để xác định được độ trễ của một con đường đầu cuối, kỹ thuật ước
lượng trễ dịch vụ của liên kết trên cơ sở nguyên lý hoạt động của cơ chế
DCF tại tầng MAC sử dụng công nghệ IEEE 802.11 được đề xuất. Giá trị
trễ này được truyền ngược lên tầng Mạng để tính trễ đầu-cuối của các con
đường tìm được. Giao thức AODV-DM được cải tiến từ giao thức AODV
sử dụng độ đo định tuyến là trễ đầu-cuối của đường nhằm tìm đường tránh
khỏi các vùng mạng bị tắc nghẽn.
2.2. Phương pháp ước lượng trễ của liên kết
Thời gian trễ để truyền thành công một frame qua một liên kết là thời

gian phục vụ của nút nguồn của liên kết khi nút này muốn truyền một frame
qua liên kết. Nó được định nghĩa là thời gian cần thiết để truyền thành công
một frame hoặc huỷ bỏ frame khi số lần truyền lại vượt quá ngưỡng cho
phép tại tầng MAC hoạt động theo cơ chế DCF.
Gọi Ts, Td, Tb, và Tt tương ứng là thời gian phục vụ, thời gian tạm dừng,
thời gian back-off và thời gian truyền của tiến trình truyền một frame qua
một liên kết, giá trị của Ts được xác định theo (4)
!" = !$ + !& + !'
(4)
Thời gian truyền được ước lượng theo (10);
!' =

1 +,"
)" !ℎ./0

(10)

Trong đó, Thrue là thông lượng hiệu dụng của liên kết. Awerbuch (2006)
đã công bố kết quả tính giá trị này cho từng tốc độ hoạt động của công nghệ
IEEE ở tầng MAC theo Bảng 2.1
Bảng 2.1. Thông lượng hiệu dụng của liên kết 802.11b
Tốc độ hoạt động của
liên kết (Mbps)
1.0
2.0
5.5
11.0

Thông lượng hiệu dụng (Mbps)
Không

Có RTS/CTS
RTS/CTS
0.89
0.94
1.64
1.8
3.52
4.34
5.17
7.15

Thời gian back-off được ước lượng theo (13);


6
34567
!& = !"12'
2

2(1 − +" ) 1 − 2+" 7
−1
2 1 − +" − 1 1 − +" 7

(13)

với CWmin là giá trị cửa sổ xung đột ban đầu, Fs là xác suất truyền hỏng
frame, n là số trạng thái back-off.
Gọi CNU là tỷ lệ sử dụng kênh truyền được đo tại nút phát của liên kết.
Mối quan hệ giữa Td với Tb và Tt được biểu diễn bởi (16)
!$ =

3<=
! + !'
1 − 3<= &

(16)

Từ (4), (10), (13) và (16) ta có (18) để ước lượng thời gian phục vụ;
2(1 − +" ) 1 − 2+" 7
−1
2(1 − +" ) − 1 1 − +" 7
+,"
1
+
!ℎ./0 (1 − +" ) 1 − 3<=

34567
!" =
!"12'
2

(18)

2.3. Cải tiến giao thức AODV
2.3.1. Đề xuất mô hình định tuyến theo hướng tiếp cận xuyên tầng
Giao thức AODV được cải tiến thành giao thức AODV-DM với cơ chế
định tuyến theo hướng tiếp cận xuyên tầng minh họa trong Hình 2.6.

Hình 2.6. Các mô đun của giao thức AODV-DM
2.3.2. Mô đun đo mức độ sử dụng kênh truyền

Thuật toán 2.1 được sử dụng để tính ước lượng giá trị mức độ sử dụng
kênh tryền (CNU) tại một nút mạng.


7
Thuật toán 2.1. Ước lượng CNU của kênh truyền tại một nút mạng tại tầng
MAC
Đầu vào: Chu kỳ ước lượng CNU, chu kỳ cảm nhận kênh truyền
Đầu ra: Giá trị CNU của kênh truyền
Hoạt động của thuật toán:
Bước 1: Gửi frame tại tầng MAC
Kiểm tra địa chỉ nút gửi frame có thuộc trường PNS hay không. Nếu có
thì chèn địa chỉ này vào đầu trường PNS.
Bước 2: Nhận frame tại tầng MAC
Bước 2.1: Kiểm tra địa chỉ nút hiện tại có bằng địa chỉ đích của frame
nhận được hay không. Nếu có thì chuyển sang Bước 2.2. Nếu không có
thì chuyển sang Bước 2.3.
Bước 2.2: Cập nhật danh sách SNS của nút hiện tại.
Duyệt qua từng địa chỉ trong trường PNS. Nếu địa chỉ đang duyệt
chưa có trong danh sách SNS của nút thì bổ sung vào danh sách
SNS.
Bước 2.3: Cập nhật giá trị biến belong_flow
Thiết lập biến belong_flow = true nếu địa chỉ nút hiện tại thuộc trường
PNS của frame hoặc địa chỉ nguồn của frame thuộc danh sách SNS
của nút.
Bước 2.4: Thiết lập biến belong_flow = false tại cuối thủ tục nhận frame.
Bước 3: Cập nhật bộ đếm busy_counter sau mỗi chu kỳ cảm nhận kênh
truyền
Bước 3.1: Cập nhật bộ đếm kênh truyền bận nếu biến belong_flow bằng
false và kênh truyền hiện tại đang ở trạng thái bận

busy_counter = busy_counter + 1
Bước 3.2: Cập nhật bộ đếm số lần cảm nhận:
total_counter = total_counter + 1
Bước 4: Cập nhật giá trị CNU sau mỗi chu kỳ ước lượng CNU
CNU = busy_counter / total_counter;
Gửi gói Link_Quality chứa giá trị CNU lên tầng Routing;
busy_counter = 0;
total_counter = 0;

2.3.3. Mô đun ước lượng tỷ lệ lỗi frame của liên kết
Phương pháp “đếm số lần truyền kỳ vọng” (ETX) do Couto D. (2003)
đề xuất được sử dụng để ước lượng giá trị FER của liên kết:
+>? = 1 − @A ∙ @C
(19)
Trong đó, df và dr là tỷ lệ truyền gói thành công theo mỗi chiều.
Trong một chu kỳ gửi n gói mẫu, mỗi nút thuộc liên kết nhận được i và
j gói mẫu. FER có thể được ước lượng theo (20);


8
+>? = 1 − (D/F) ∙ (G/F)

(20)

Giao thức AODV-DM sử dụng thêm gói FER_PROBE (Hình 2.7) để
tính FER của liên kết và mang thông tin về giá trị CNU của liên kết đã đo
được ở tầng MAC từ nút gửi tới nút nhận của liên kết.

Hình 2.7. Cấu trúc gói tin FER_PROBE
Thuật toán 2.2 minh họa phương pháp sử dụng gói FER_PROBE để

tính và cập nhật các giá trị FER, CNU và thời gian phục vụ của liên kết.
Thuật toán 2.2. Cập nhật trễ thời gian phục vụ của liên kết
Đầu vào: Chu kỳ gửi gói FER_PROBE
Đầu ra: Thời gian phục vụ của liên kết
Hoạt động của thuật toán:
Bước 1: Gửi gói FER_PROBE khi thời gian hiện tại > thời gian gửi gói + chu
kỳ gửi gói
Bước 1.1: Cập nhật chu kỳ ước lượng FER: WND_ID += 1.
Bước 1.2: Duyệt danh sách các các entry trong bảng Neighbor Table.
Với mỗi entry, thêm một phần tử mới vào trường links của gói
FER_PROBE (nb_ID = nb_ID của entry; n_recv = r_last_recv của entry).
Bước 1.3: Thiết lập trường nNB của FER_PROBE = số entry trong bảng
Neighbor_Table của nút hiện tại.
Bước 1.4: Thiết lập trường CNU của FER_PROBE = CNU của nút gửi
FER_PROBE.
Bước 1.5: Cập nhật thời gian gửi gói = Thời gian hiện tại.
Bước 2: Nhận và xử lý gói FER_PROBE
Bước 2.1: Tìm entry trong bảng Neighbor Table có nb_ID = địa chỉ IP nút
gửi gói FER_PROBE.
- Nếu không tìm thấy thì thêm một entry mới vào bảng Neighbor Table
với (Neighbor ID = địa chỉ IP nút gửi gói FER_PROBE; r_recv = 1;
r_last_recv = 0; f_last_recv = 0; CNU = CNU của gói FER_PROBE).
Bước 2.2: So sánh WND_ID của gói FER_PROBE và WND_ID của nút.
- Nếu WND_ID của gói FER_PROBE > WND_ID của nút thì cập nhật
(WND_ID của nút = WND_ID của gói FER_PROBE; r_last_recv =
r_recv; r_recv = 1) và chuyển sang Bước 3.
- Cập nhật r_recv của entry (r_recv + =1).
- Cập nhật CNU của entry = CNU của gói FER_RPOBE.
- Tìm phần tử trong trường links của FER_PROBE có nb_ID = địa chỉ
nút hiện tại. Nếu tìm thấy thì cập nhật f_last_recv của entry = n_recv

của phần tử tìm thấy.
Bước 3: Cập nhật các giá trị FER và service_time của liên kết
df = f_last_recv / fer_probe_wnd_size;


9
dr = r_last_recv / fer_probe_wnd_size;
fer = 1 – df * dr;
nb_fer = 0.7 * fer + 0.3 *nb_fer;
Tính service_time theo công thức (18);
nb_service_time = 0.7 * service_time + 0.3 * nb_service_time;

2.3.4. Mô đun định tuyến xuyên tầng
Mô đun định tuyến xuyên tầng của giao thức AODV-DM được triển
khai bằng cơ chế tìm đường được minh hoạ trong Thuật toán 2.3.
Thuật toán 2.3. Cơ chế tìm đường của giao thức AODV-DM
Đầu vào: <địa chỉ nút nguồn>, <địa chỉ nút đích>
Đầu ra: đường đi tới nút đích được cài đặt vào bảng định tuyến
Hoạt động của thuật toán:
Bước 1: Gửi gói yêu cầu tìm đường RREQ tại nút có địa chỉ = <địa chỉ nút
nguồn> với RQ_DELAY = 0, hop_count = 0, Destination Address = <địa chỉ
nút đích>, Broadcast_ID = Broadcast_ID +1
Bước 2: Nhận và xử lý gói RREQ
Bước 2.1: Đọc Broadcast_ID của gói RREQ, kiểm tra trong bộ nhớ
Broadcast_ID xem đã nhận gói RREQ hay chưa. Nếu đã nhận thì bỏ qua,
nếu chưa nhận thì thêm Broadcast_ID vào bộ nhớ Broadcast_ID.
Bước 2.2: Cập nhật giá trị RQ_DELAY và hop_count trong gói RREQ
- Tìm entry trong Neighbor Table có địa chỉ = IP nút gửi gói
FER_PROBE.
- Nếu không tìm thấy thì thêm một entry mới vào bảng Neighbor Table

với Neighbor ID = địa chỉ IP nút gửi/chuyển tiếp gói RREQ và
LINK_DELAY = MAX_LINK_DELAY.
- Nếu tìm thấy thì đọc giá trị LINK_DELAY của entry tìm được.
- Cập nhật RQ_DELAY = RQ_DELAY + LINK_DELAY.
- Cập nhật hop_count = hop_count + 1.
Bước 2.3: Cập nhật đường nghịch (reverse path)
- Tìm entry trong bảng định tuyến có địa chỉ đích = <địa chỉ nút nguồn>
- Nếu không tìm thấy thì bổ sung entry mới (IP đích = <địa chỉ nút
nguồn>; hop count = hop count gói RREQ; PATH_DELAY =
RQ_DELAY; next_hop = < IP nút gửi gói RREQ>) vào bảng định tuyến.
- Nếu tìm thấy thì cập nhật entry (next hop = <địa chỉ IP nút nguồn
gửi/chuyển tiếp gói RREQ>) khi một trong các điều kiện sau thoả mãn:
(1) Số thứ tự đích của gói RREQ lớn hơn số thứ tự đích của entry; (2)
Số thứ tự đích của gói RREQ bằng số thứ tự đích của entry, hop_count
của entry lớn hơn hoặc bằng hop_count của gói RREQ và
PATH_DELAY của entry lớn hơn RQ_DELAY của gói RREQ.
Bước 2.4: Tạo gói trả lời đường nếu có thông tin về đường tới đích
- Tìm entry trong bảng định tuyến có địa chỉ đích = <địa chỉ nút đích>.


10
- Nếu tìm thấy thì tạo gói RREP (hop_count = hop_count của entry + 1;
RP_DELAY = PATH_DELAY + RQ_DELAY) và hủy gói RREQ.
Bước 2.5: Tạo gói trả lời đường nếu nút hiện tại là nút đích
- Kiểm tra địa chỉ IP nút hiện tại có bằng <địa chỉ IP nút đích> hay
không?
- Nếu địa chỉ IP của nút hiện tại = <địa chỉ IP nút đích> thì tạo gói RREP
để trả lời đường (hop_count = 0; RP_DELAY = 0) và hủy gói RREQ.
Bước 2.6: Chuyển tiếp gói RREQ kiểu broadcast.
Bước 3: Nhận và xử lý gói RREP

Bước 3.1: Cập nhật giá trị RQ_DELAY và hop_count trong gói RREP
- Tìm entry trong Neighbor Table có địa chỉ = IP nút gửi gói RREP.
- Nếu không tìm thấy thì thêm một entry mới vào bảng Neighbor Table
với Neighbor ID = địa chỉ IP nút gửi/chuyển tiếp gói RREP và
LINK_DELAY = MAX_LINK_DELAY.
- Nếu tìm thấy thì đọc giá trị LINK_DELAY của entry tìm được.
- Cập nhật RP_DELAY = RP_DELAY + LINK_DELAY.
- Cập nhật hop_count = hop_count + 1.
Bước 3.2: Cập nhật đường thuận (forward path)
- Tìm entry trong bảng định tuyến có địa chỉ đích = <địa chỉ nút đích>
- Nếu không tìm thấy thì bổ sung entry mới (IP đích = <địa chỉ nút đích>;
hop count = hop count gói RREP; PATH_DELAY = RP_DELAY;
next_hop = <địa chỉ IP nút gửi gói RREP>) vào bảng định tuyến
- Nếu tìm thấy thì cập nhật entry (next hop = <địa chỉ IP nút nguồn
gửi/chuyển tiếp gói RREP>) khi một trong các điều kiện sau thoả mãn:
(1) Số thứ tự đích của gói RREP lớn hơn số thứ tự đích của entry; (2)
Số thứ tự đích của gói RREP bằng số thứ tự đích của entry, hop_count
của entry lớn hơn hoặc bằng hop_count của gói RREP và
PATH_DELAY của entry lớn hơn RP_DELAY của gói RREP.
Bước 3.3: Chuyển tiếp/ huỷ bỏ gói RREP
- Nếu địa chỉ IP nút hiện tại = <IP nút nguồn> thì huỷ bỏ gói RREP.
- Nếu địa chỉ IP nút hiện tại khác <địa chỉ IP nút nguồn> thì tìm entry
trong bảng định tuyến có địa chỉ đích bằng <địa chỉ IP nút nguồn> và
chuyển tiếp gói RREP kiểu unicast tới nút có địa chỉ = next_hop của
entry tìm được.

2.4. Kiểm nghiệm và đánh giá kết quả
2.4.1. Kịch bản mô phỏng
* Kịch bản mô phỏng 1
Kịch bản mô phỏng thứ nhất được minh họa trong Hình 2.8. Khoảng

cách giữa các hàng và các cột của các nút là 40 mét. Công nghệ tầng MAC
là IEEE 802.11b, tốc độ truyền tối đa là 11 Mbps, khoảng cách truyền dữ
liệu tối đa là 50 mét và khoảng cách cảm nhận kênh truyền là 110 mét.


11

Hình 2.8. Mô hình kịch bản mô phỏng
Có hai luồng dữ liệu CBR với cặp nút nguồn-đích là 0-16 và 24-8. Tốc
độ các luồng dữ liệu thay đổi từ 50kbps tới 100 kbps, 150 kbps, 200 kbps
và 250 kbps. Bốn luồng CBR ở tâm được sử dụng để mô phỏng các luồng
gây nhiễu. Tốc độ của các luồng gây nhiễu cũng thay đổi từ 0.1 Mpbs tới
0.2 Mpbs, 0.4 Mpbs, 0.6 Mbps, 0.8 Mpbs và 1.0 Mpbs. Từ nút 32 tới nút 55
di chuyển liên tục theo vòng với tốc độ di chuyển 5 m/s tạo tiến trình tìm
đường mới. Thời gian mô phỏng là 1000 giây. Với mỗi bộ tham số mô
phỏng, NS2 được chạy 10 lần với các giá trị bộ sinh số ngẫu nhiên khác
nhau cho mỗi giao thức cần đánh giá. Kết quả được tính trung bình của 10
lần mô phỏng.
* Kịch bản mô phỏng 2
Tô-pô mạng ban đầu trong được khởi tạo bằng với các nút phân bố theo
ma trận vuông có kích thước 12x12 (144 nút). Khoảng cách theo hàng hoặc
cột giữa hai nút liên tiếp là 40 mét. Thời gian mô phỏng là 1000 giây. Số
lượng nút di chuyển, danh sách nút di chuyển được thiết lập ngẫu nhiên
trong khoảng từ 1 tới 144 nút và thời điểm bắt đầu di chuyển của mỗi nút
được thiết lập ngẫu nhiên trong khoảng từ giây thứ 10 đến giây thứ 50. Tốc
độ di chuyển của các nút trong danh sách các nút di chuyển là 10 m/s. Với
các luồng dữ liệu, các nút nguồn và đích được thiết lập ngẫu nhiên trong các
tập các nút tương ứng là 0-71 và 72-143. Thời gian bắt đầu phát lưu lượng
được thiết lập ngẫu nhiên trong khoảng từ giây thứ 8 đến giây thứ 108. Tốc
độ của mỗi luồng dữ liệu được thay đổi từ 10 kpbs tới 90 kbps. Các độ đo

đánh giá hiệu năng của mỗi giao thức được tính trung bình trên cơ sở kết
quả 10 lần chạy mô phỏng.
2.4.2. Các kết quả và đánh giá
2.4.2.1. Thông lượng trung bình
Kết quả mô phỏng về thông lượng trung bình đo tại các nút đích của
Kịch bản 1 và Kịch bản 2 được biểu diễn tương ứng trong Hình 2.9 và Hình
2.10.


12

Hình 2.9. Thông lượng trung bình Hình 2.10. Thông lượng trung bình
trong Kịch bản 1
trong Kịch bản 2
Với kịch bản 1 có các luồng gây nhiễu, giao thức AODV-DM đạt được
thông lượng lớn hơn so với giao thức AODV tại cả hai tốc độ truyền của các
luồng dữ liệu. Thông lượng trung bình của giao thức AODV-DM cao hơn
so với giao thức AODV tại tốc độ luồng dữ liệu 50 kbps và 200 kbps tương
ứng là xấp xỉ 23% và 28%. Với kịch bản 2 sử dụng mô hình mô phỏng ngẫu
nhiên, giao thức AODV-DM vẫn đạt được thông lượng trung bình lớn hơn
so với giao thức AODV.
2.4.2.2. Tỷ lệ truyền gói thành công
Kết quả mô phỏng về tỷ lệ truyền gói tin thành công của Kịch bản 1 và
Kịch bản 2 được biểu diễn tương ứng trong Hình 2.11 và Hình 2.12.

Hình 2.11. Tỷ lệ truyền gói thành Hình 2.12. Tỷ lệ truyền gói thành
công trong Kịch bản 2
công trong Kịch bản 1
Với Kịch bản 1, tính trung bình, tỷ lệ truyền gói thành công của giao
thức AODV-DM đạt được cao hơn 28% so với giao thức AODV. Với kịch

bản 2 sử dụng mô hình mô phỏng ngẫu nhiên, giao thức AODV-DM vẫn đạt
được tỷ lệ truyền gói thành công lớn hơn so với giao thức AODV.
2.4.2.3. Trễ truyền gói trung bình
Kết quả mô phỏng về trễ truyền gói tin trung bình của Kịch bản 1 và
Kịch bản 2 được biểu diễn tương ứng trong Hình 2.13 và Hình 2.14.


13

Hình 2.14. Trễ truyền gói trung
Hình 2.13. Trễ truyền gói trung
bình trong Kịch bản 2
bình trong Kịch bản 1
Với Kịch bản 1, khi sử dụng giao thức AODV-DM thay thế cho giao
thức AODV, thời gian trễ truyền gói trung bình giảm được xấp xỉ 16% và
34% tương ứng với tốc độ luồng dữ liệu 50 kbps và 100kbps. Với kịch bản
2 sử dụng mô hình mô phỏng ngẫu nhiên, giao thức AODV-DM vẫn đạt
được trễ truyền gói tin trung bình nhỏ hơn so với giao thức AODV.
2.4.2.4. Tải định tuyến
Kết quả mô phỏng về tải định tuyến của Kịch bản 1 và Kịch bản 2 được
biểu diễn tương ứng trong Hình 2.15 và Hình 2.16.

Hình 2.16. Tải định tuyến trong
Hình 2.15. Tải định tuyến trong
Kịch bản 2
Kịch bản 1
Với Kịch bản 1, độ giảm của tải định tuyến trung bình khi sử dụng
giao thức AODV-DM thay thế cho giao thức AODV là xấp xỉ 58% và 42%
tương ứng với tốc độ dữ liệu 100 kbps và 150 kbps. Với kịch bản 2 sử dụng
mô hình mô phỏng ngẫu nhiên không có các luồng gây nhiễu, giao thức

AODV-DM vẫn đạt được tải định tuyến nhỏ hơn so với giao thức AODV.


14
2.5. Kết luận Chương 2
Nội dung Chương 2 đã đề xuất các cải tiến đối với giao thức AODV
trong mạng MANET đa chặng có các vùng tắc nghẽn trên cơ sở cải tiến cơ
chế chọn đường của giao thức AODV theo số chặng thành cơ chế chọn
đường theo trễ đầu-cuối. Phương pháp khai thác thông tin định tuyến xuyên
tầng để lấy thông tin về độ trễ của các liên kết tại tầng MAC đã được sử
dụng làm cơ sở để tính độ trễ đầu cuối của các con đường tại tầng Mạng.
Độ trễ của mỗi liên kết tại tầng MAC được ước lượng theo mức độ sử dụng
kênh truyền của nút nguồn và tỷ lệ lỗi frame của liên kết. Kỹ thuật đo giá trị
của mức độ sử dụng kênh truyền của một nút mạng và ước lượng tỷ lệ lỗi
của liên kết cũng đã được đề xuất trong luận án này. Việc bổ sung, điều
chỉnh về cấu trúc gói tin, cơ chế định tuyến trên giao thức AODV đã được
đề xuất trong giao thức mới có tên gọi AODV-DM.
Kết quả của việc đánh giá hiệu năng cho thấy, giao thức AODV-DM
đạt được hiệu năng cao hơn so với giao thức AODV về thông lượng (cao
hơn xấp xỉ 24%), tỷ lệ truyền gói thành công (cao hơn xấp xỉ 28%), độ trễ
truyền gói trung bình (thấp hơn xấp xỉ 20%) và tải định tuyến (thấp hơn xấp
xỉ 50%) trong trường hợp mạng có các vùng tắc nghẽn. Với kịch bản mô
phỏng ngẫu nhiên không có các luồng gây nhiễu tạo vùng tắc nghẽn, kết quả
mô phỏng cho thấy, độ chênh lệch về các giá trị đo hiệu năng của giao thức
AODV-DM so với giao thức AODV tuy không đạt được như kịch bản 1
nhưng giao thức AODV-DM vẫn có hiệu năng cao hơn giao thức AODV ở
các độ đo hiệu năng được đánh giá.
Mặc dù giao thức AODV đã được cải tiến theo hướng chọn đường đi
tránh khỏi các vùng tắc nghẽn nhưng để hỗ trợ tốt hơn cho các lớp chương
trình ứng dụng khác nhau, giao thức này cần tiếp tục cải tiến để cung cấp

khả năng định tuyến ưu tiên theo yêu cầu QoS từ tầng Ứng dụng.
Các kết quả chính của chương này được công bố trong [A4].


15
CHƯƠNG 3. CẢI TIẾN GIAO THỨC AOMDV NHẰM ĐẢM BẢO
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG MANET
3.1. Đề xuất ý tưởng cải tiến cho giao thức AOMDV
Ý tưởng cải tiến giao thức AOMDV được đề xuất là xây dựng một cơ
chế định tuyến động theo từng lớp chương trình ứng dụng có yêu cầu QoS
khác nhau trên cơ sở xây dựng một hàm lượng giá đường theo từng lớp lưu
lượng QoS với bộ thông số đầu vào bao gồm: ngưỡng chấp nhận được của
các tiêu chuẩn QoS, trọng số của các tiêu chuẩn QoS và các thông số về chất
lượng đường đầu cuối theo các tiêu chuẩn QoS. Với cùng giá trị các thông
số của chất lượng đường đầu cuối, giá trị của hàm sẽ thay đổi theo từng lớp
lưu lượng QoS cho phép ưu tiên chọn đường có thông số chất lượng phù
hợp với yêu cầu QoS từ lớp lưu lượng ở tầng Ứng dụng.
3.2. Xây dựng hàm lượng giá đường theo QoS
3.2.1. Phân lớp các ứng dụng theo yêu cầu QoS
Chuẩn ITU-T G.1010 được sử dụng làm cơ sở để phân lớp lưu lượng
yêu cầu QoS. Theo đó, các ứng dụng có thể chia thành 3 lớp: Lớp 1: Các
ứng dụng chấp nhận lỗi nhưng nhạy cảm với trễ dữ liệu; Lớp 2: Các ứng
dụng chấp nhận lỗi và trễ dữ liệu và Lớp 3: Các ứng dụng cho phép có độ
trễ nhưng không chấp nhận lỗi.
3.2.2. Phương pháp ra quyết định chọn đường
Theo chuẩn ITU-T G.1010, các ứng dụng được phân loại theo yêu cầu
QoS trên cơ sở 4 tiêu chuẩn QoS bao gồm: độ trễ (delay), độ biến thiên trễ
(jitter), tỷ lệ mất gói (packet loss rate) và tốc độ dữ liệu (data rate). Bài toán
đặt ra ở đây là bài toán chọn đường đa tiêu chuẩn. Trong số các đường tìm
được, đường nào sẽ là đường tốt nhất theo tiêu chuẩn QoS? Để giải quyết

bài toán này, phương pháp Tổng có trọng số (SAW – Simple Additive
Weighting) của Savitha K. (2011) đã được đề xuất sử dụng.
Gọi HIJ là giá trị chuẩn hoá của tiêu chuẩn x của đường thứ k. Giá trị
chuẩn hoá này được xác định như sau:
KLM

HIJ =

KM
KM
KLM

, Fế/PQàSDê/Uℎ/ẩFSíUℎUựU
, Fế/PQàSDê/Uℎ/ẩFSDê/UựU

(24)

trong đó, HJ là ngưỡng của tiêu chuẩn QoS x đối với lớp QoS thứ i. HJ
là ngưỡng lớn nhất với tiêu chuẩn tích cực và là ngưỡng nhỏ nhất với tiêu
chuẩn tiêu cực. Các tiêu chuẩn tiêu cực bao gồm độ trễ, độ biến thiên trễ và
tỷ lệ mất gói. Tiêu chuẩn tích cực là băng thông còn lại.
Ma trận ngữ cảnh chuẩn hoá của lớp QoS thứ i xác định như sau:


16
HZ$ HZ[ HZ1 HZ&
Y<6 = ⋯⋯⋯⋯
H7$ H7[ H71 H7&

(25)

Véc tơ trọng số của lớp QoS thứ i được định nghĩa theo (26);
4,6
4]6
46 =
4^6
4_6

(26)

trong đó, WDi, WJi, WLi và WBi là trọng số tương ứng của độ trễ, độ
biến thiên trễ, tỉ lệ mất gói và băng thông còn lại của lớp QoS thứ i.
Hàm lượng giá đường theo lớp QoS thứ i cho đường thứ k được định
nghĩa theo (27);
)`6,I = Y<6,I ∙ 46 = a@I ∙ 4,6 + abI ∙ 4]6 + aQI ∙ 4^6 + acI ∙ 4_6 (27)
Từ (24) và (27), ta có công thức lượng giá đường (28);
)`6,I =

!,6
!]6
!^6
_I
. 4,6 +
. 4]6 +
. 4^6 +
. 4_6
,I
]I
^I
!_6

(28)

Trong đó, TDi, TJi, TLi và TBi là các ngưỡng yêu cầu tương ứng của độ
trễ, độ biến thiên trễ, tỉ lệ mất gói và băng thông còn lại theo lớp QoS thứ i;
Dk, Jk, Lk và Bk là các giá trị tương ứng của độ trễ, độ biến thiên trễ, tỉ lệ mất
gói và băng thông còn lại của con đường thứ k;
3.2.3. Xác định trọng số của các tiêu chuẩn QoS
Để xác định trọng số cho các tiêu chuẩn QoS, phương pháp Phân tích
thứ bậc AHP do Saaty T. (2008) đề xuất được sử dụng cho bài toán chọn
đường theo các tiêu chuẩn QoS bao gồm độ trễ, độ biến thiên trễ, tỷ lệ mất
gói và tốc độ dữ liệu.
Theo phương pháp AHP, đối với từng lớp ứng dụng các yêu cầu QoS
khác nhau, cần thiết lập ma trận so sánh theo cặp cho từng lớp lưu lượng dữ
liệu, sau đó tính véc tơ ưu tiên. Giá trị của các thành phần trong véc tơ ưu
tiên chính là trọng số của các tham số QoS theo lớp lưu lượng dữ liệu.
Mối quan hệ về độ quan trọng giữa các tiêu chuẩn theo cặp của từng
lớp QoS được biểu diễn tương ứng các ma trận CM1, CM2 và CM3. Thứ tự
các hàng và cột trong các ma trận này là: độ trễ, độ biến thiên trễ, tỷ lệ mất
gói và tốc độ dữ liệu.
1
2
6
8
1/2
1
4
6
3YZ =
1/6 1/4

1
3
1/8 1/6 1/3 1


17
Từ ma trận CM1, áp dụng phương pháp của Kunz J. (2010), ta tính được
véc tơ trọng số W1 và độ nhất quán CR1 cho Lớp 1 như sau:
0,533
0,317
4Z =
và CR1= 0,026
0,101
0,049
Thực hiện tương tự với Lớp 2 và Lớp 3, ta có các kết quả sau:
1 1/3 1/5 1/2
0,078
3
1
1/4
2
0,202
3Ym =
=> 4m =
và CR2=0,044
0,604
5
4
1
6

0,116
2 1/2 1/6
1
1
3 1/6 1/3
0,104
1/3 1 1/9 1/5
0,048
3Yn =
=> 4n =
và CR3= 0,049
0,623
6
9
1
4
0,226
3
5 1/4
1
Kết quả tính véc tơ trọng số của 3 lớp được tổng hợp trong Bảng 3.6.
Bảng 3.6. Trọng số của các tiêu chuẩn QoS theo các lớp lưu lượng
Tiêu chuẩn QoS

Lớp 1 Lớp 2

Lớp 3

Độ trễ (delay)

0,533

0,078

0,104

Độ xáo trộn gói (jitter)

0,317

0,202

0,048

Tỷ lệ mất gói (packet loss rate)

0,101

0,604

0,623

Tốc độ dữ liệu (data rate)

0,049

0,116

0,226

3.3. Dự đoán chất lượng liên kết tại tầng MAC
Để xây dựng hàm lượng giá cho độ đo định tuyến và cơ chế định tuyến
phù hợp với yêu cầu QoS của tầng Ứng dụng, cần ước lượng các giá trị độ
trễ và tỷ lệ mất gói của mỗi liên kết thành phần tại tầng MAC.
Phương pháp ước lượng trễ và tỷ lệ mất gói của liên kết đã được trình
bày trong của Chương 2 trong luận án.
3.4. Cải tiến giao thức AOMDV
3.4.1. Xây dựng hàm lượng giá đường
Giao thức định tuyến đa đường AOMDV được lựa chọn để cải tiến
thành giao thức QCLR trên cơ sở xây dựng một độ đo định tuyến phù hợp
với yêu cầu QoS của các lớp lưu lượng thuộc tầng Ứng dụng.


18
Công thức (29) được sử dụng để tính tỷ lệ mất gói và công thức (30)
được sử dụng để tính độ trễ của một con đường đầu cuối.
^C = 1 − 1∈C(1 − +>?1 )
(29)
,C =

1∈C !p1

(30)

Trong đó, Lr và Dr tương ứng là tỉ lệ mất gói và độ trễ của con đường r,
FERl và TSl tương ứng là là tỉ lệ mất gói và trễ dịch vụ của liên kết l thuộc
con đường r.
Trong các tiêu chuẩn QoS của chuẩn ITU-T G.1010, độ trễ có tầm quan
trọng lớn nhất đối với các lưu lượng dữ liệu thuộc Lớp 1 và tỷ lệ mất gói có
tầm ảnh hưởng lớn nhất tới các lưu lượng dữ liệu thuộc Lớp 2 và 3. Vì vậy,

độ đo định tuyến của giao thức QCLR sẽ được xây dựng trên cơ sở hàm
lượng giá đường theo độ trễ và tỷ lệ mất gói của đường đầu cuối. Hàm lượng
giá đường RMV được đề xuất theo (31);
?Y`6,C = 4,6

!,6
!^6
+ 4^6
,C
^C

(31)

Trong đó, ?Y`6,C là giá trị của đường r thuộc lớp QoS thứ i; ^C và ,C
tương ứng là tỉ lệ mất gói và độ trễ của con đường r; !^6 và !,6 tương ứng
là ngưỡng của tỉ lệ mất gói và độ trễ của lớp thứ i; 4,6 và 4^6 tương ứng
là trọng số độ trễ và tỉ lệ mất gói của lớp QoS thứ i.
3.4.2. Đề xuất cơ chế định tuyến cho giao thức QCLR
Các điều chỉnh sau đã thực hiện trong giao thức AOMDV khi cải tiến
thành giao thức QCLR: (1)Bổ sung trường PKT_DELAY và PKT_PLR vào
các gói RREQ và RREP; (2) Bổ sung trường PATH_DELAY, PATH_PLR
và PATH_STABILITY vào mỗi con đường trong bảng định tuyến; (3) Bổ
sung hai trường: LINK_DELAY and LINK_PLR vào mỗi entry trong bảng
láng giềng của mỗi nút.
Hoạt động của giao thức QCLR được mô tả như sau:
- Khi một nút nhận được một gói RREQ hoặc RREP, nó sẽ cập nhật lại giá
trị trường PATH_DELAY và PATH_PLR của đường tương ứng theo
(32) và (33).
)q!r_,>^qt = ^u<v_,>^qt + )v!_,>^qt
(32)

)q!r_)^? = 1 − (1 − ^u(33)
- Nếu một nút cần phải chuyển tiếp gói RREQ hoặc RREP, nó sẽ cập nhật
giá trị của các trường PKT_DELAY và PKT_PLR bằng giá trị tương ứng
của PATH_DELAY và PATH_PLR.
- Khi một nút cập nhật bảng định tuyến của mình, giá trị của trường
PATH_STABILITY được tăng lên 1 đơn vị.


19
- Khi nhận được nhiều gói RREP gửi từ cùng một nút đích, nút nhận sẽ sắp
xếp các con đường này theo thứ tự tăng dần của giá trị hàm RMV.
- Với mỗi đích, đường có giá trị RMV lớn nhất sẽ được chọn làm đường
chính và hai đường còn lại sẽ đóng vai trò các đường dự phòng.
- Nếu hai đường có cùng giá trị RMV, đường nào có PATH_STABILITY lớn
hơn sẽ được chọn làm đường chính để chuyển tiếp dữ liệu.
- Nếu tồn tại hai con đường có cùng cả giá trị RMV và PATH_STABILITY,
đường có giá trị PATH_DELAY nhỏ hơn sẽ được chọn với lưu lượng Lớp
1 và 2. Với lưu lượng Lớp 3, đường có PATH_PLR nhỏ hơn sẽ được chọn.
3.5. Kiểm nghiệm và đánh giá kết quả
3.5.1. Kịch bản mô phỏng
Mô hình mô phỏng để đánh giá hiệu năng của giao thức QCLR và
AOMDV được thiết lập ban đầu dưới dạng ma trận vuông có kích thước
biến đổi từ 16, 25, 36 và 49 nút. Khoảng cách giữa các nút theo chiều dọc
và ngang là 200m. Khoảng cách truyền tối đa giữa hai nút là 250m. Công
nghệ tầng MAC là 802.11b. Mô hình truyền là Shadowing. Các nút di
chuyển ngẫu nhiên theo mô hình Random Way Point. Vận tốc di chuyển
trung bình là 10 m/s. Thời gian mô phỏng là 1000 giây. Tải lưu lượng được
thay đổi từ 10% tới 90%. Mô hình CBR được sử dụng mô phỏng việc phát
dữ liệu với giao thức tầng chuyển vận là UDP. Tốc độ lưu lượng dữ liệu của

Lớp 1 và Lớp 2 tương ứng là 64 kbps và 200 kbps. Cặp trọng số (wd; wp)
của Lớp 1 và Lớp 2 tương ứng là (0,53; 0,47) và (0,4; 0,6).
3.5.3. Các kết quả và đánh giá
Độ trễ gói tin trung bình được đo trong kịch bản sử dụng các luồng lưu
lượng dữ liệu thuộc Lớp 1 và Lớp 2, kích thước mạng là 36 nút và tải lưu
lượng thay đổi. Kết quả của mô phỏng được minh họa trong Hình 3.2 cho
thấy độ trễ truyền gói tin trung bình của giao thức QCLR nhỏ hơn giao thức
AOMDV (xấp xỉ 31%).
Mặc dù giao thức QCLR cần nhiều thời gian hơn để xử lý các gói tin
điều khiển tại mỗi nút so với giao thức AOMDV nhưng do độ đo định tuyến
của giao thức QCLR có chứa tham số thành phần là trễ dịch vụ của các liên
kết nên giao thức này sẽ ưu tiên chọn các con đường có tổng trễ dịch vụ nhỏ
nhất. Vì vậy, thời gian trễ khi các nút mạng sử dụng giao thức QCLR để
chuyển tiếp gói tin sẽ nhỏ hơn so với giao thức AOMDV.


20

Hình 3.2. Trễ truyền gói trung bình Hình 3.3. Thông lượng trung bình
của giao thức QCLR & AOMDV
của giao thức QCLR & AOMDV
Thông lượng trung bình của hai giao thức được so sánh trong mô phỏng
sử dụng lưu lượng Lớp 2 với tải lưu lượng là 20% và 80% và kích thước
mạng được thay đổi. Kết quả mô phỏng này được biểu diễn trong Hình 3.3
cho thấy thông lượng trung bình của giao thức QCLR cao hơn giao thức
AOMDV (xấp xỉ 34%).Kết quả này phản ánh sự khác biệt của độ đo định
tuyến và cơ chế định tuyến giữa hai giao thức. Do giao thức QCLR chọn
đường theo cơ chế ưu tiên đường có tỷ lệ lỗi gói tin và độ trễ nhỏ trong khi
giao thức AOMDV chọn đường theo cơ chế ưu tiên đường ngắn nhất về số
chặng nên lượng dữ liệu chuyển tiếp đến các nút đích theo các con đường

của giao thức QCLR sẽ lớn hơn so với giao thức AOMDV.

Hình 3.4. Tỉ lệ truyền thành công
của giao thức QCLR & AOMDV

Hình 3.5. Tải định tuyến của giao
thức QCLR & AOMDV

Kết quả mô phỏng về tỷ lệ truyền gói thành công được biểu diễn trong
Hình 3.4. Trong kịch bản mô phỏng này, kích thước mạng được cố định là
36 nút trong khi tải lưu lượng được sử dụng là 20% và 80% đối với cả lưu
lượng thuộc Lớp 1 và Lớp 2. Kết quả trên cho thấy giao thức QCLR có tỷ
lệ truyền gói tin thành công cao hơn so với giao thức AOMDV đối với cả
hai lớp lưu lượng. Độ chênh lệch về thông số hiệu năng này đối với lưu
lượng Lớp 1, Lớp 2 và trung bình 2 lớp tương ứng xấp xỉ là 11%, 26% và
19%. Điều này có thể giải thích được bằng việc giao thức QCLR ưu tiên


21
chọn đường có độ bền cao hơn, tỷ lệ lỗi gói tin nhỏ hơn và độ trễ nhỏ hơn.
Vì vậy, đường do giao thức QCLR chọn chuyển tiếp dữ liệu truyền tải được
lưu lượng lớn hơn so với giao thức AOMDV.
Tải định tuyến được đo khi cố định tải lưu lượng Lớp 1 ở mức 80%
trong khi kích thước mạng biến đổi từ 16 nút đến 25 nút, 36 nút và 49 nút.
Kết quả mô phỏng được minh hoạ trong Hình 3.5 cho thấy, tải định tuyến
trung bình của giao thức QCLR nhỏ hơn xấp xỉ 21% so với giao thức
AOMDV. Điều này được giải thích bằng việc giao thức QCLR có sử dụng
tham số độ bền của các con đường trong cơ chế chọn đường của nó. Vì vậy,
đường do giao thức này chọn có độ bền vững cao hơn khi hình trạng mạng
biến đổi dẫn đến số lần gọi thủ tục tìm đường ít hơn so với giao thức

AOMDV.
Độ biến thiên trễ truyền gói tin được tính từ kết quả của mô phỏng với
số nút mạng bằng 16; các luồng dữ liệu Lớp 1 với tải lưu lượng là 30% được
sử dụng. Thời gian mô phỏng được chia thành 15 đoạn bằng nhau với kích
thước mỗi đoạn xấp xỉ 66 giây. Sự tương quan giữa giá trị của độ biến thiên
trễ theo các đoạn thời gian mô phỏng được minh họa trong Hình 3.6.

Hình 3.6. Độ biến thiên trễ truyền gói của giao thức QCLR & AOMDV
Kết quả mô phỏng cho thấy, các giá trị của độ biến thiên trễ truyền gói
của giao thức QCLR có giá trị trung bình và độ lệch tiêu chuẩn nhỏ hơn so
với giao thức AOMDV. Mặc dù không sử dụng tường minh tham số QoS là
độ biến thiên trễ khi ước lượng giá đường đi nhưng việc tham số độ trễ của
đường được ước lượng theo mức độ sử dụng kênh truyền và tỷ lệ mất gói
của các liên kết thành phần giúp cho giao thức QCLR chọn được đường
truyền dữ liệu chứa các liên kết thành phần có chất lượng cao hơn. Điều này
làm cho đường được chọn có độ ổn định cao hơn.


22

3.6. Kết luận Chương 3
Nội dung trọng tâm của Chương 3 tập trung vào vấn đề cải tiến hiệu
năng của các giao thức định tuyến đa đường sử dụng độ đo định tuyến số
chặng trong mạng MANET. Cải tiến này được thực hiện trên cơ sở phân
loại các lưu lượng dữ liệu từ tầng Ứng dụng theo các lớp QoS và xây dựng
độ đo định tuyến động phù hợp với từng lớp lưu lượng dữ liệu cần chuyển
tiếp. Bằng cách sử dụng các cặp trọng số khác nhau cho từng lớp lưu lượng
dữ liệu, độ đo định tuyến đã được lượng giá để phù hợp với yêu cầu QoS
của dữ liệu cần chuyển tiếp từ tầng Ứng dụng. Để kiểm nghiệm các kết quả
của các đề xuất cải tiến, giao thức AOMDV đã được lựa chọn để cải tiến

thành giao thức QCLR. Kết quả mô phỏng cho thấy giao thức QCLR đạt
được hiệu năng tốt hơn về độ trễ gói tin trung bình (thấp hơn xấp xỉ 32%),
tỷ lệ truyền gói thành công (cao hơn xấp xỉ 19%), thông lượng trung bình
(cao hơn xấp xỉ 34%) và tải định tuyến (thấp hơn 21%) so với giao thức
AOMDV và độ biến thiên trễ nhỏ hơn.
Các kết quả chính của chương này được công bố trong các công trình
[A2, A3, A5]

KẾT LUẬN
Những tính chất khác biệt lớn của mạng MANET so với các mạng
truyền thống dẫn đến việc có nhiều yêu cầu cần giải quyết để nâng cao hiệu
năng cho công nghệ mạng này. Một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến
hiệu năng của mạng MANET là các giao thức định tuyến. Vì vậy, việc cải
tiến các giao thức định tuyến nhằm nâng cao hiệu năng mạng MANET là
một hướng nghiên cứu có tính thời sự.
AODV và AOMDV là hai giao thức tiêu biểu cho nhóm các giao thức
định tuyến đơn đường và đa đường sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất
kiểu véc tơ khoảng cách theo số chặng. Tuy nhiên, thuật toán tìm đường của
các giao thức này có thể gây ra các vùng tắc nghẽn trong mạng và không có
khả năng hỗ trợ cho các yêu cầu chất lượng dịch vụ đối với các chương trình
ứng dụng. Một số cải tiến đối với hai giao thức này được đề xuất trong thời
gian vừa qua cũng chưa giải quyết được vấn đề này.
Luận án “Nghiên cứu cải tiến hiệu năng giao thức AODV và AOMDV
trong mạng MANET” đã nghiên cứu tổng quan về vấn đề định tuyến trong
mạng MANET. Trong đó, luận án tập trung vào vấn đề cải tiến hiệu năng
của giao thức AODV trong mạng có vùng tắc nghẽn và cải tiến hiệu năng
giao thức AOMDV trong mạng có yêu cầu QoS.


23

Những kết quả và đóng góp chính của luận án bao gồm:
1. Đề xuất mô hình ước lượng trễ của liên kết tại tầng MAC trên cơ sở “thời
gian phục vụ” của CSMA/CA và kỹ thuật ước lượng tỷ lệ mất gói sử
dụng phương pháp ETX.
2. Cải tiến giao thức AODV bằng cơ chế định tuyến xuyên tầng để chọn
đường không lặp có trễ đầu-cuối nhỏ nhất, tránh định tuyến qua các vùng
tắc nghẽn.
3. Đề xuất mô hình ra quyết định chọn đường tốt nhất theo các tiêu chuẩn
QoS trên cơ sở phương pháp SAW, kỹ thuật phân loại các lớp ứng dụng
theo yêu cầu QoS và phương pháp tính trọng số QoS theo mô hình AHP;
Xây dựng hàm lượng giá đường cho các giao thức định tuyến đa đường.
4. Cải tiến giao thức AOMDV bằng cơ chế định tuyến xuyên tầng theo yêu
cầu QoS của chương trình ứng dụng trên cơ sở dự đoán chất lượng các
liên kết tại tầng MAC và kỹ thuật phân lớp lưu lượng dữ liệu của tầng
Ứng dụng.
Kiến nghị và hướng phát triển:
Với những kết quả đã đạt được thông qua việc triển khai các đề xuất cải
tiến trên phần mềm mô phỏng NS2, có thể kết luận rằng, mạng MANET sử
dụng giao thức định tuyến được cải tiến đã đạt được hiệu năng cao hơn. Tuy
nhiên, trong số bốn tiêu chuẩn QoS, nghiên cứu trong cải tiến giao thức
AOMDV trong luận án này chỉ tập trung vào hai tiêu chuẩn chính là tỷ lệ
mất gói và độ trễ. Do đó, độ đo định tuyến được xây dựng trong giao thức
QCLR còn chưa thay đổi động theo yêu cầu QoS về độ biến thiên trễ và tốc
độ dữ liệu của các chương trình ứng dụng. Ngoài ra, do giao thức đã cải tiến
có yêu cầu tính toán cao hơn nên cũng cần đánh giá về mức độ tiêu hao năng
lượng của giao thức được cải tiến. Đây chính là các hướng nghiên cứu cần
được quan tâm trong thời gian tới.