Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG KHÁNH ĐỊNH TUYÊN NÂNG CAO THÔNG LƯỢNG MẠNG DựA TRÊN NỀN TẢNG THIẾT KẾ XUYÊN LỚP CHO MẠNG ADHOC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIẼN THÔNG Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG KHÁNH HÀ NỘI - 2019 ĐỊNH TUYẾN NÂNG CAO THÔNG LƯỢNG MẠNG DựA TRÊN NỀN TẢNG THIẾT KẾ XUYÊN LỚP CHO MẠNG ADHOC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIẼN THÔNG Ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 9520208 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án "Định tuyến nâng cao thông lượng mạng dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp cho mạng adhoc" là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn. Tôi xin cam kết rằng: • Các kết quả trong luận án được thực hiện trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận án tiến sỹ tại Đại học Bách khoa Hà Nội. • Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Các kết quả sử dụng tham khảo đều đã được trích dẫn đầy đủ và theo đúng quy định.
Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn khoa học Tác giả LỜI CẢM ƠN PGS.TS Nguyễn Văn Đức Nguyễn Quang Khánh Luận án tiến sỹ này được nghiên cứu sinh thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật thông tin, Viện Điện tử viễn thông, Đại học Bách khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Đức. Nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy về định hướng khoa học, chỉ dẫn thực hiện những nhiệm vụ cần thiết cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi đề công trình nghiên cứu này được hoàn thành. Nghiên cứu sinh cũng xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo Sau Đại học, Viện Điện tử viễn thông, Bộ môn Kỹ thuật thông tin đã tạo điều kiện thuận lợi để tội hoàn thành nhiệm vụ của mình trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Nghiên cứu sinh cũng xin trân trọng cảm ơn thầy Hà Duyên Trung, Nguyễn Tiến Hòa, Viện Điện tử viễn thông đã hỗ trợ quá trình chỉnh sửa luận án.
Cuối cùng, tôi cũng bày lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đã ủng hộ và động viện giúp đỡ tôi trong thời gian làm luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Quang Khánh Mục lục MỤC LỤC. DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT. vi DANH MỤC HÌNH VẼ.
viii DANH MỤC BẢNG. xiii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC. xiv GIỚI THIỆU LUẬN ÁN. NGHIÊN cứu MẠNG ADHOC VÀ THIET KẾ XUYÊN LỚP.
Tổng quan mạng adhoc. Khái niệm mạng adhoc. Đặc điểm mạng adhoc. Úng dụng của mạng adhoc.
Đánh giá các vấn đề hiện tại của mạng adhoc. Thiết kế phân lớp và xuyên lớp. Thiết kế phân lớp. 18 Mô hình OSI.
18 Mô hình TCP/IP. Thiết kế xuyên lớp. 21 Tổng quan thiết kế xuyên lớp. 21 Đặc điểm thiết kế xuyên lớp.
Kết luận chuơng. ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYEN KET HỘP VỚI THUẬT TOÁN CẤP PHÁT KÊNH ĐỘNG DSA DựA TRÊN NỀN TẢNG THIẾT KE XUYÊN LỚP. Thuật toán cấp phát kênh động DSA. Vấn đề nút ẩn, nút hiện.
26 Phương án khắc phục vấn đề nút ẩn/nút hiện. Thuật toán cấp phát kênh động DSA. 28 Vấn đề nhiễu đồng kênh (CCI). 28 Cơ chế cấp phát kênh dựa trên tín hiệu báo bận.
29 Thuật toán cấp phát kênh động DSA. Đề xuất thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp MAC+NET. Ma trận kết nối. Thuật toán định tuyến phân lớp.
Thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp MAC+NET. 37 Định nghĩa các tham số của thuật toán. 38 Mô hình của thuật toán. 39 Kịch bản mô phỏng.
Đánh giá kết quả. Đề xuất thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp PHY+NET. Thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp PHY+NET. 48 Định nghĩa các tham số của thuật toán.
48 Mô hình của thuật toán. 49 Kịch bản mô phỏng. Đánh giá kết quả. Đề xuất thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa các lớp PHY+MAC+NET.
Thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa các lớp PHY+MAC+NET 55 Định nghĩa các tham số của thuật toán. 56 Mô hình của thuật toán. 56 Kịch bản mô phỏng. Đánh giá kết quả.
Kết luận chuơng. ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYEN KET HỘP VỚI THUẬT TOÁN TỐI Ưu CÔNG SUAT PHÁT VÀ Tốc ĐỘ TRUYỀN DựA TRÊN NEN TẢNG THIET KẾ XUYÊN LỚP 72 3. Ảnh hưởng của công suất phát, tốc độ truyền đến thông luợng mạng 72 3. Mối quan hệ giữa tốc độ truyền và thông luợng mạng.
Mối quan hệ giữa công suất phát và thông luợng mạng. 73 Mối quan hệ giữa công suất phát, nhiễu và thông luợng luợng. 73 Mối quan hệ giữa công suất phát, tỷ lệ lỗi trong mạng và thông luợng mạng 73 3. Kết luận mối quan hệ giữa công suất phát, tốc độ truyền và thông lượng mạng 73 3.
Đề xuất thuật toán tối ưu công suất phát và tốc độ truyền tại lớp PHY 74 3. Phương thức xác định nút lân cận. Đề xuất mô hình đánh giá chỉ số nhiễu IndexI. Đề xuất mô hình đánh giá chỉ số lỗi IndexF.
Thuật toán tối ưu công suất phát và tốc độ truyền. 77 Đề xuất tính chỉ số thông lượng hai nút liên kết trực tiếp. 77 Đề xuất thuật toán tối ưu chỉ số thông lượng hai nút liên kết trực tiếp 78 Đề xuất tính chỉ số thông lượng đường truyền. Đề xuất thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán tối ưu công suất phát, tốc độ truyền dựa trên nền tảng xuyên lớp giữa hai lớp PHY+NET.
Ma trận giữa các nút. 81 Ma trận liên kết giữa các nút. 81 Ma trận giá trị tối ưu chỉ số thông lượng giữa các nút. Thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán tối ưu công suất phát và tốc độ truyền dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp PHY+NET 82 Định nghĩa các tham số của thuật toán.
82 Mô hình của thuật toán. 82 Kích bản mô phỏng. Đánh giá kết quả. 85 Đánh giá hiệu quả thuật toán định tuyến đề xuất với thuật toán định tuyến DSR 86 Đánh giá hiệu quả thuật toán định tuyến đề xuất với thuật toán định tuyến DSDV.
86 Đánh giá hiệu quả thuật toán định tuyến đề xuất với thuật toán định tuyến Dijkstra. 87 Tổng hợp đánh giá hiệu quả thuật toán định tuyến đề xuất với thuật toán định tuyến DSR, DSDV, Dijkstra. Kết luận chương. ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYEN KET HỘP VỚI PHƯƠNG THỨC MÃ MẠNG, THUẬT TOÁN CAP PHÁT KÊNH ĐỘNG DSA DựA TRÊN NEN TẢNG THIET KẾ XUYÊN LỚP.
Tổng quan phương thức mã mạng. Khái niệm phương thức mã mạng. 91 Sự khác nhau giữa phương thức mã mạng và phương thức "store and forward". 92 Ưu điểm của phương thức mã mạng.
98 Nhược điểm của phương thức mã mạng. Mã mạng tuyến tính. Giải pháp xây dựng phương thức mã mạng áp dụng thực tế. 100 Mã mạng tuyến tính ngẫu nhiên.
101 Định dạng gói tin. 101 Mô hình Buffer. Đề xuất thuật toán định tuyến kết hợp với phương thức mã mạng, thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp. Thuật toán định tuyến kết hợp với phương thức mã mạng, thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp.
108 Định nghĩa các tham số của thuật toán. 108 Mô hình của thuật toán. 109 Kích bản mô phỏng. Đánh giá kết quả.
Kết luận chương. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bố. 126 DANH MỤC CÁC TỪ VIÊT TĂT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt ACC Access layer Lớp truy cập ADHOC Adhoc network Mạng tùy biến không dây AODV Ad hoc On Demand Giao thức AODV Distance Vector APP Application layer Lớp ứng dụng CCI Co channel Interference Nhiễu đồng kênh CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access Cơ chế chống xung đột with Collision Avoidance kênh DSA Decentralized Dynamic Sub Thuật toán cấp phát kênh Channel Assignment động DSDV Destination Sequenced Giao thức DSDV Distance Vector IEEE Institute of Electrical and Viện công nghệ Kỹ sư Electronics Engineers Điện và Điện tử INT Internet layer Lớp Internet OFDM Orthogonal frequency division Ghép kênh phân chia tần multiplexing số trực giao OFDMA Orthogonal frequency division Đa truy cập phân chia tần multiple access số trực giao OSI model Open Systems Mô hình OSI Interconnection model PHY Physical layer Lớp vật lý PRE Presentation layer Lớp trình diễn QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ MAC MAC layer Lớp liên kết dữ liệu MS Mobile Station Nút truyền nhận vi vii NET Network layer Lớp mạng RTS/CTS Request to Send and Cơ chế tìm kênh truyền Clear to Send Rx Reception Huớng nhận SES Session layer Lớp phiên SINR Signal to interference plus noise Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ratio cộng nhiễu TCP/IP model TCP/IP model Mô hình TCP/IP TDD Time Division Duplexing Phân kênh theo khe thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia thời gian TRA Transport layer Lớp vận chuyển Tx Transmission Huớng truyền WIFI Wireless Fidelity Mạng không dây WiMAX Worldwide Interoperability for Mạng Wimax Microwave Acess Danh sách hình vẽ 1.1 Mô hình mạng tế bào.2 Mô hình mạng adhoc.3 Mô hình OSI.4 Mô hình TCP/IP.5 So sánh giữa thiết kế phân lớp và xuyên lớp.3 Nhiễu đồng kênh (CCI) trong hệ thống OFDMA/TDD [99].4 Công suất âm bận thu được tại nút truyền và nút nhận [99].5 Cơ chế truyền dữ liệu tại nút truyền [99].6 Cơ chế nhận dữ liệu tại nút nhận [99].7 Thuật toán cấp phát kênh động DSA [99].8 Ma trận kết nối trong mạng.9 Luồng xử lý của thuật toán định tuyến tìm đườngngắn nhất Dijkstra.10 Luồng xử lý của thuật toán định tuyến kết hợp với thuật toán cấp phát kênh động DSA dựa trên nền tảng thiết kế xuyên lớp giữa hai lớp MAC+NET.11 Các đường kết nối trong kịch bản mô phỏng MAC+NET (06 nút).12 Các đường kết nối tối ưu được lựa chọn bởi hai thuật toán Dijkstra và MAC+NET trong kịch bản mô phỏng (06 nút).13 Các đường kết nối trong kịch bản mô phỏng MAC+NET (10 nút).14 Các đường kết nối tối ưu được lựa chọn bởi hai thuật toán Dijkstra và MAC+NET trong kịch bản mô phỏng (10 nút).