Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Viễn Thông: Nghiên Cứu Cân Bằng Tải Trong Giao Thức Định Tuyến RPL Với Đa Hàm Mục Tiêu

• Tác giả: Đặng Thị Diệu Thu
• Người hướng dẫn: TS. Võ Quế Sơn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông
• Đề tài: Cân Bằng Tải Trong Giao Thức Định Tuyến RPL Sử Dụng Đa Hàm Mục Tiêu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Đặt vấn đề và hướng giải quyết
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN WSN
• 2.1. Khái niệm chung về mạng cảm biến không dây
• 2.2. Cấu trúc mạng cảm biến
• 2.2.1. Cấu trúc toàn mạng cảm biến không dây
• 2.2.2. Cấu trúc của node cảm biến
• 2.2.3. Tổng quan về IPv6
• 2.2.4. Phân loại địa chỉ IPv6
• 2.2.5. Giao thức 6LoWPAN
• 3. CHƯƠNG 3: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN RPL
• 3.1. Các metric trong định tuyến
• 3.2. Hàm mục tiêu
• 3.3. Giao thức định tuyến RPL
• 3.3.1. Tổng quan về giao thức
• 3.3.2. Sử dụng nhiều DODAG và định nghĩa của trường RPL
• 3.3.3. Các bảng tin RPL
• 3.3.4. Khởi tạo mạng
• 3.3.5. Hàm mục tiêu ETX
• 3.3.6. Hàm mục tiêu MRHOF
• 3.3.7. Sử dụng MRHOF trong tối đa metric
• 3.3.8. Biến và các thông số MRHOF
• 3.3.9. Khả năng quản lý
• 3.3.10. Hàm mục tiêu OF0
• 3.3.11. Hoạt động của OF0
• 3.3.12. Giao diện của OF0
• 3.3.13. Tính toán trong OF0
• 3.3.14. Xem xét khả năng quản lý
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA HÀM MỤC TIÊU
• 4.1. Giải pháp thực hiện
• 4.2. Phương pháp đánh giá
• 4.3. Sử dụng nhiều hàm mục tiêu
• 4.4. Giải thuật định tuyến đa hàm mục tiêu
• 4.5. Khởi tạo node server
• 4.6. Khởi tạo node client
• 4.7. Các node tính rank theo hàm mục tiêu tương ứng
• 4.8. Cơ chế điều khiển sự kiện của node client
• 4.9. Cơ chế xử lý bản tin DIO và xây dựng DAG
• 4.10. Quá trình hoạt động của mô hình dùng hai hàm mục tiêu
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH
• 5.1. Hệ điều hành contiki và ứng dụng mô phỏng cooja
• 5.1.1. Hệ điều hành contiki
• 5.1.2. Ứng dụng mô phỏng cooja
• 5.2. Cài đặt mạng
• 5.3. Các thông số mô phỏng
• 5.4. Mô hình mô phỏng
• 5.5. Phân tích kết quả mô phỏng
• 5.6. So sánh khả năng cân bằng tải qua tần suất gửi gói tin
• 5.7. So sánh khả năng cân bằng tải qua tỳ lệ gửi và nhận gói tin Tx/Rx success
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HUỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về Luận Văn Thạc Sĩ

Luận Văn Thạc Sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và giải quyết vấn đề Cân Bằng Tải trong Giao Thức Định Tuyến RPL sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu. Đề tài được thực hiện trong bối cảnh Mạng Cảm Biến và Mạng IoT, nơi mà việc tối ưu hóa hiệu suất mạng là yếu tố then chốt. Nghiên cứu này nhằm mục đích cải thiện hiệu quả của Giao Thức Định Tuyến RPL thông qua việc sử dụng nhiều hàm mục tiêu, giúp phân phối tải một cách đồng đều và tăng cường Hiệu Suất Mạng.

1.1. Bối cảnh và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu này xuất phát từ thực tế rằng Mạng Cảm Biến và Mạng IoT thường xuyên phải đối mặt với vấn đề quá tải tại các node, đặc biệt là các node root. Việc sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu trong Giao Thức Định Tuyến RPL được đề xuất như một giải pháp để Cân Bằng Tải, giảm thiểu tình trạng mất gói tin và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.

1.2. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình mạng sử dụng Hệ Điều Hành Contiki và ứng dụng mô phỏng Cooja. Các thông số như Năng Lượng Tiêu Thụ, Tỷ Lệ Truyền Gói, và Độ Trễ được phân tích để đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất.

II. Tổng quan về Giao Thức Định Tuyến RPL

Giao Thức Định Tuyến RPL là một giao thức được thiết kế đặc biệt cho Mạng Tổn Hao và Năng Lượng Thấp (LLNs), phù hợp với các ứng dụng trong Mạng IoT. Giao thức này sử dụng cấu trúc DAG (Directed Acyclic Graph) để định tuyến, với mỗi node được xác định bởi một Rank dựa trên Hàm Mục Tiêu.

2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của RPL

RPL hoạt động dựa trên việc xây dựng các DODAG (Destination-Oriented Directed Acyclic Graph), với một node root duy nhất. Các node trong mạng duy trì một danh sách các parent và chọn parent ưu tiên để định tuyến. Hàm Mục Tiêu được sử dụng để tính toán Rank, giúp tối ưu hóa đường đi dựa trên các thông số như ETX (Expected Transmission Count) và OF0 (Objective Function Zero).

2.2. Các hàm mục tiêu trong RPL

Các Hàm Mục Tiêu như ETX và OF0 được sử dụng để tối ưu hóa định tuyến. Tuy nhiên, việc sử dụng một hàm mục tiêu duy nhất thường dẫn đến tình trạng quá tải tại các node có Rank thấp. Do đó, nghiên cứu này đề xuất sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu để Cân Bằng Tải và cải thiện hiệu suất mạng.

III. Giải pháp Cân Bằng Tải sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu

Giải pháp đề xuất trong Luận Văn Thạc Sĩ này là sử dụng kết hợp hai Hàm Mục Tiêu ETX và OF0 để tạo ra nhiều root, giúp phân phối tải một cách đồng đều trong mạng. Giải pháp này được thực hiện thông qua việc mô phỏng trên Hệ Điều Hành Contiki và ứng dụng Cooja.

3.1. Xây dựng mô hình đa hàm mục tiêu

Mô hình được xây dựng dựa trên việc kết hợp hai Hàm Mục Tiêu ETX và OF0, tạo ra nhiều root để Cân Bằng Tải. Các node trong mạng sẽ tính toán Rank dựa trên cả hai hàm mục tiêu, giúp phân phối tải một cách hiệu quả hơn.

3.2. Đánh giá hiệu quả của giải pháp

Kết quả mô phỏng cho thấy việc sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu giúp cải thiện đáng kể Hiệu Suất Mạng, giảm thiểu tình trạng mất gói tin và tối ưu hóa Năng Lượng Tiêu Thụ. So sánh với việc sử dụng một hàm mục tiêu duy nhất, giải pháp này cho thấy sự vượt trội trong việc Cân Bằng Tải.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận Văn Thạc Sĩ này đã chứng minh rằng việc sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu trong Giao Thức Định Tuyến RPL là một giải pháp hiệu quả để Cân Bằng Tải và cải thiện Hiệu Suất Mạng. Nghiên cứu mở ra hướng phát triển mới trong việc tối ưu hóa các giao thức định tuyến cho Mạng Cảm Biến và Mạng IoT.

4.1. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng Đa Hàm Mục Tiêu giúp giảm thiểu tình trạng quá tải tại các node, cải thiện Tỷ Lệ Truyền Gói và giảm Độ Trễ. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của giải pháp đề xuất.

4.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng bằng cách tích hợp thêm các Hàm Mục Tiêu khác hoặc áp dụng giải pháp này cho các loại mạng khác nhau. Việc tối ưu hóa Giao Thức Định Tuyến RPL sẽ tiếp tục là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực Công Nghệ Mạng và Nghiên Cứu Khoa Học.