Nghiên Cứu Truyền Dữ Liệu Bằng Flooding Có Kiểm Soát Trong Mạng Di Động Ad-Hoc

MANET là một mạng tự tổ chức gồm các thiết bị di động kết nối không dây. Các nút mạng di chuyển tự do, làm thay đổi tô-pô mạng liên tục. Mỗi nút mạng đóng vai trò như một router để chuyển tiếp gói tin. Theo một nghiên cứu từ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI, MANET được ứng dụng rộng rãi nhờ tính linh hoạt và khả năng triển khai nhanh chóng. Các giao thức Truyền dữ liệu hiệu quả là yếu tố then chốt trong MANET.

Mạng ad-hoc không phụ thuộc vào hạ tầng mạng cố định, có thể triển khai ở những nơi không có hạ tầng. Thiết lập theo yêu cầu giúp triển khai nhanh chóng. Khả năng chịu lỗi cao do các nút mạng có thể tự động tìm đường thay thế. Kết nối không ràng buộc, cho phép các thiết bị kết nối trực tiếp với nhau. Các ưu điểm này làm cho mạng ad-hoc trở thành lựa chọn phù hợp trong nhiều tình huống đặc biệt như thiên tai hoặc hội nghị. Tính di động của nút mạng tạo ra nhiều thách thức cho giao thức định tuyến.

MANET có nhiều ứng dụng thực tế, bao gồm hỗ trợ trong các tình huống khẩn cấp, như thiên tai hoặc hỏa hoạn. Truyền thông tạm thời tại các sự kiện như hội nghị hoặc lớp học. Cung cấp kết nối ở các vùng sâu vùng xa, nơi không có hạ tầng mạng. MANET cũng hiệu quả hơn trong một số ứng dụng nhất định so với mạng có cơ sở hạ tầng, ví dụ truyền thông trực tiếp giữa các thiết bị gần nhau mà không cần thông qua trạm gốc. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và băng thông mạng.

Sự di động của các nút mạng làm cho việc duy trì các tuyến đường ổn định trở nên khó khăn. Các tuyến đường có thể bị gián đoạn khi các nút mạng di chuyển ra khỏi phạm vi phủ sóng của nhau. Các giao thức định tuyến cần phải thích ứng nhanh chóng với sự thay đổi của tô-pô mạng để đảm bảo truyền dữ liệu liên tục. Điều này đòi hỏi các thuật toán định tuyến phức tạp và tốn kém tài nguyên.

Các thiết bị di động thường có nguồn năng lượng hạn chế. Việc truyền và nhận dữ liệu tiêu tốn năng lượng, làm giảm thời gian hoạt động của thiết bị. Các giao thức định tuyến cần phải tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng để kéo dài tuổi thọ pin của các thiết bị di động. Các kỹ thuật tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng trong MANET. Tiêu thụ năng lượng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu năng của mạng.

Băng thông của các liên kết không dây thường thấp hơn so với mạng có dây. Điều này có thể gây ra tắc nghẽn và làm giảm hiệu suất truyền dữ liệu. Liên kết không dây cũng dễ bị mất kết nối do nhiễu hoặc khoảng cách. Các giao thức định tuyến cần phải đối phó với những vấn đề này để đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy. Các giao thức cần có cơ chế quản lý tắc nghẽn hiệu quả.

Trong thuật toán flooding chuẩn, mỗi nút mạng nhận được một gói tin sẽ chuyển tiếp gói tin đó đến tất cả các nút mạng lân cận. Điều này đảm bảo rằng gói tin sẽ đến được tất cả các nút mạng trong mạng. Tuy nhiên, flooding có thể gây ra broadcast storm, trong đó một số lượng lớn các gói tin được truyền đi lặp đi lặp lại, gây lãng phí tài nguyên mạng và làm giảm hiệu suất. Theo tài liệu gốc, "Quá trình flooding trong một mạng ad-hoc có thể dẫn đến broadcast storm."

Các kỹ thuật flooding có kiểm soát nhằm mục đích giảm thiểu broadcast storm bằng cách hạn chế số lượng các nút mạng chuyển tiếp gói tin. Một số kỹ thuật phổ biến bao gồm: Flooding based on 1-hop information (1HI): Mỗi nút mạng chỉ chuyển tiếp gói tin nếu nó có thông tin về nút mạng lân cận một bước. Flooding based on 2-hop backward information (2HBI): Mỗi nút mạng chỉ chuyển tiếp gói tin nếu nó có thông tin về nút mạng lân cận hai bước. Flooding with dominant pruning (FWDP): Loại bỏ các nút mạng dư thừa trong quá trình chuyển tiếp. Các thuật toán này giúp cải thiện hiệu năng mạng và tiết kiệm năng lượng.

Mỗi thuật toán flooding cải tiến có ưu và nhược điểm riêng. 1HI đơn giản nhưng có thể không đạt được độ phủ mạng tốt. 2HBI phức tạp hơn nhưng có thể cải thiện độ phủ mạng. FWDP hiệu quả trong việc giảm thiểu broadcast storm nhưng đòi hỏi thông tin về tô-pô mạng. Việc lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng và môi trường mạng. Cần đánh giá hiệu năng flooding cẩn thận để đưa ra lựa chọn tối ưu.

Thuật toán FWDP hoạt động bằng cách xác định các nút thống trị và ngăn chúng chuyển tiếp gói tin. Một nút được coi là thống trị nếu tất cả các nút lân cận của nó đã nhận được gói tin từ một nút khác. Việc loại bỏ các nút thống trị giúp giảm số lượng gói tin dư thừa được truyền đi, từ đó giảm thiểu broadcast storm. FWDP đòi hỏi mỗi nút phải có thông tin về các nút lân cận của nó. Theo tài liệu, "Phương pháp Dominant pruning giúp giảm số lượng gói tin broadcast đáng kể."

FWDP có ưu điểm là giảm thiểu broadcast storm hiệu quả hơn so với các thuật toán flooding khác. Nó cũng có thể đạt được độ phủ mạng tương đương với flooding chuẩn nhưng với số lượng gói tin ít hơn. FWDP phù hợp với các mạng di động ad-hoc có mật độ nút cao, nơi broadcast storm có thể là một vấn đề nghiêm trọng. Tuy nhiên, FWDP đòi hỏi thông tin về tô-pô mạng, điều này có thể làm tăng độ phức tạp của thuật toán. Khả năng mở rộng của FWDP cũng là một yếu tố quan trọng.

Triển khai thuật toán FWDP bao gồm các bước sau: (1) Mỗi nút thu thập thông tin về các nút lân cận. (2) Khi một nút nhận được một gói tin, nó kiểm tra xem nó có phải là nút thống trị hay không. (3) Nếu nút đó không phải là nút thống trị, nó sẽ chuyển tiếp gói tin đến các nút lân cận. (4) Nếu nút đó là nút thống trị, nó sẽ không chuyển tiếp gói tin. Việc triển khai FWDP đòi hỏi sự hợp tác giữa các nút mạng. Cần đảm bảo rằng các nút có thông tin chính xác về tô-pô mạng để thuật toán hoạt động hiệu quả.

Môi trường mô phỏng thường bao gồm các yếu tố như số lượng nút mạng, mô hình di chuyển, tốc độ truyền dữ liệu, và kích thước gói tin. Các tham số cấu hình này ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng. Việc lựa chọn các tham số phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Mô hình di chuyển ảnh hưởng trực tiếp đến sự thay đổi tô-pô mạng. NS3 là một công cụ mô phỏng mạng phổ biến.

Các chỉ số hiệu năng thường được đo lường bao gồm: Độ trễ: Thời gian trung bình để một gói tin được truyền từ nguồn đến đích. Thông lượng: Tốc độ truyền dữ liệu hiệu quả. Tiêu thụ năng lượng: Năng lượng tiêu thụ bởi các nút mạng trong quá trình truyền dữ liệu. Độ phủ mạng: Tỷ lệ các nút mạng nhận được gói tin. Các chỉ số này giúp đánh giá hiệu quả của thuật toán FWDP trong việc truyền dữ liệu. Cần so sánh độ trễ và thông lượng để đánh giá hiệu quả của giao thức.

So sánh FWDP với giao thức định tuyến AODV giúp đánh giá ưu điểm và nhược điểm của FWDP trong các điều kiện mạng khác nhau. AODV là một giao thức định tuyến phổ biến trong mạng ad-hoc, dựa trên cơ chế định tuyến theo yêu cầu. So sánh này cho phép xác định xem FWDP có thể cải thiện hiệu năng mạng so với AODV hay không. Cần xem xét các yếu tố như tiêu thụ năng lượng và khả năng mở rộng khi so sánh FWDP và AODV.

Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng thuật toán FWDP có thể giảm thiểu broadcast storm và cải thiện hiệu năng mạng so với flooding chuẩn. Tuy nhiên, hiệu quả của FWDP phụ thuộc vào các tham số mạng và mô hình di chuyển. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa FWDP cho các môi trường mạng khác nhau. Cần xem xét các yếu tố như độ phủ mạng và độ tin cậy khi đánh giá FWDP.

Hướng phát triển cho nghiên cứu tương lai bao gồm việc phát triển các thuật toán flooding có kiểm soát thích ứng với các môi trường mạng động. Nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến lai kết hợp flooding với các phương pháp khác. Ứng dụng các kỹ thuật học máy để cải thiện hiệu năng của các giao thức flooding. Cần xem xét các yếu tố như bảo mật mạng Ad-hoc trong các giao thức định tuyến mới.

Mạng Ad-hoc có thể được ứng dụng rộng rãi trong Internet of Things (IoT), đặc biệt là trong các tình huống cần kết nối các thiết bị một cách nhanh chóng và linh hoạt. Các giao thức định tuyến cho mạng IoT cần được thiết kế để tiết kiệm năng lượng và đảm bảo độ tin cậy. Mạng Ad-hoc có thể hỗ trợ kết nối các thiết bị mạng cảm biến không dây (WSN) trong môi trường IoT.