Chương 1 nghiên cứu kiểm soát tranh chấp cho mạng vô tuyến. Các tác giả [9] đã trình bày tổng quan mô hình lý thuyết trò chơi để nghiên cứu sự tương tác giữa các nút cho các kênh vô tuyến phổ biến. Ngoài ra, các tác giả đã nghiên cứu sự cân bằng Nash của trò chơi này và thiết kế một phương pháp để đạt được nó theo phương pháp phân phối. Việc mở rộng bài toán này đã được thảo luận [10].
Trong bài báo này, các tác giả đã khái quát hóa kiểm soát truy cập trò chơi cho trường hợp mỗi nút có thể quan sát nhiều tín hiệu tranh chấp để hướng dẫn chúng cân bằng Nash và đưa ra các điều kiện cho sự tồn tại duy nhất của sự cân bằng này. Một khái niệm mới của lý thuyết trò chơi ( [11], [12], [13]) không hoàn toàn hợp tác đã được đề xuất để cải thiện hiệu suất của CSMA/CA trong mạng di động ad-hoc. Trong mô hình trò chơi này, mỗi nút ước lượng trạng thái trò chơi và thay đổi trạng thái cân bằng bằng cách thay đổi các tham số tranh chấp để đạt được hiệu suất tối ưu. Các mở rộng này đã được trình bày trong [13].
Trong bài báo này, các tác giả đã trình bày một phương pháp ước lượng điều kiện xác suất va chạm dựa trên kỹ thuật ảo hóa - CSMA và đề xuất một giao thức lý thuyết trò chơi MAC đơn giản mà có thể được thực hiện trong các mạng vô tuyến. Một kỹ thuật đảo ngược của giao thức truy cập ngẫu nhiên MAC dựa trên backoff sử dụng cách tiếp cận lý thuyết trò chơi đã được trình bày trong [14]. Như trình bày trong bài báo, giao thức backoff hàm mũ là kỹ thuật đảo ngược thông qua một trò chơi không hợp tác trong đó mỗi liên kết cố gắng tối đa hoá một hàm lợi ích cục bộ. Ngoài ra, các tác giả đã chứng minh sự tồn tại của cân bằng Nash và đã cung cấp các điều kiện cho tính đơn trị đó và ổn định cho các trò chơi.
Gần đây bài toán về sự tồn tại của các hành vi ích kỷ trong kiểm soát truy cập môi trường mạng vô tuyến cũng đã thu hút sự chú ý của một số nhà nghiên cứu ( [15], [16], [17], [18]). Các tác giả [15] đã nghiên cứu hành vi ích kỷ của các nút trong mạng CSMA/CA bằng cách sử dụng lý thuyết trò chơi và phát triển một giao thức cục bộ và phân tán để điều khiển hành vi ích kỷ các nút cho đến khi cân bằng Nash tối ưu Pareto. Một bài toán tương tự đã được nghiên cứu trong [16], trong đó các cuộc tấn công backoff trong các mạng ad-hoc với các trạm nặc danh đã được phân tích trong hai mô hình trò chơi không hợp tác khác nhau: duy nhất và lặp lại các trò chơi Trang 4 Luan van Luận văn Chương 1 CSMA/CA. Hơn nữa, các tác giả đã phát triển một chiến lược cho các trạm, cung cấp một hiệu suất Pareto và sự cân bằng Nash hoàn hảo của việc tái lập lại trò chơi CSMA/CA.
Trong [17], các tác giả đã nghiên cứu sự ổn định của CSMA/CA trên nền tảng mạng vô tuyến với người dùng ích kỷ tham gia vào trò chơi CSMA/CA không hợp tác. Trong trò chơi này, giá trị của mỗi người dùng có thể tự động thay đổi theo tình trạng nghẽn mạng và tình trạng tiêu thụ năng lượng. Thêm vào đó, một phương pháp lặp lại có mục đích nhằm đảm bảo sự hội tụ cân bằng Nash đơn trị. Trong [18], một trò chơi truy cập ngẫu nhiên cho mạng vô tuyến đã được trình bày để nghiên cứu hành vi ích kỷ của nút mạng.
Hơn nữa, các tác giả đã phân tích kỹ lưỡng thông lượng kênh ở cân bằng Nash và cung cấp các phân tích tiệm cận của trò chơi vì số lượng các máy phát ích kỷ đạt đến vô cùng. Ngoài ra, trò chơi có ràng buộc chi phí ngẫu nhiên trong đó mỗi người chơi kết hợp với một chuỗi Markov của riêng mình được kiểm soát bởi hành động của chính nó đã được nghiên cứu [19]. Tại mỗi thời điểm, mỗi người chơi sẽ xác định một hành động theo cho một số chiến lược nhằm giảm thiểu hàm chi phí trong một số ràng buộc các chiến lược của nó. Sự tương tác giữa một số người chơi khác nhau được kết hợp trong hàm chi phí của họ.3 Mục tiêu nghiên cứu Mô hình hóa cơ chế chiến lược truyền thông (OTS) với điều kiện trễ trong bối cảnh kênh vô tuyến biến thiên theo thời gian.
Trong hệ thống OTS, trước khi gửi một gói tin, nút đưa ra quyết định có nên gửi gói tin tại khe thời gian hiện tại hay trì hoãn việc truyền này dựa trên trạng thái kênh để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng. Các trạng thái của hệ thống OTS được xây dựng như là trò chơi ngẫu nhiên kết hợp chi phí dựa trên quá trình Markov để có được chính sách truyền tải tối ưu.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 1.1 Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài này đề xuất một mô hình lý thuyết trò chơi cho chiến lược truyền thông cơ hội cho các mạng vô tuyến hoạt động trong một môi trường hạn chế năng lượng nghiêm ngặt. Để giảm số lần truyền không thành công do lỗi kênh và xung đột gói Trang 5 Luan van Luận văn Chương 1 tin gây ra một sự lãng phí năng lượng, chiến lược truyền thông cơ hội cố gắng truyền ở điều kiện kênh tốt trong khi gặp ràng buộc trễ của kênh vô tuyến biến thiên theo thời gian. Đề tài xây dựng trò chơi ngẫu nhiên kết hợp với chi phí để có được ngưỡng tối ưu cho sự truyền thành công theo phương pháp truyền thông cơ hội.
Thực hiện mô phỏng, phân tích, đánh giá, so sánh mô hình hiện tại.2 Giới hạn của đề tài Người thực hiện chỉ nghiên cứu tối ưu hóa truyền thông cơ hội cho mạng tùy biến vô tuyến ad-hoc dựa trên mô hình kênh truyền Markov trạng thái hữu hạn. Về mô hình kênh truyền có rất nhiều mô hình kênh truyền như là fading phẳng, fading chọn lọc tần số, fading nhanh và fading chậm. Người thực hiện chủ yếu phân tích và mô phỏng trên mô hình kênh truyền fading phẳng.5 Đóng góp của đề tài Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề lý thuyết trò chơi, truyền thông cơ hội nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu về tối ưu hóa cơ hội truyền tải cho mạng vô tuyến sử dụng lý thuyết trò chơi với cơ chế truyền lại đối với các gói tin lỗi và các nút mạng có thông tin về xác suất xung đột gói tin. Trong đề tài này, người thực hiện nghiên cứu tối ưu hóa cơ hội truyền tải cho mạng vô tuyến dựa trên mô hình kênh truyền Markov trạng thái hữu hạn và sau đó thực hiện mô phỏng để đánh giá cơ hội truyền tải trong mạng vô tuyến.6 Phương pháp nghiên cứu Đề tài được thực hiện dựa trên một số phương pháp nghiên cứu: - Tham khảo từ một số bài báo khoa học.
- Sử dụng phương pháp phân tích. - Phương pháp đánh giá 1.7 Bố cục đề tài Với đề tài “Tối ưu hóa cơ hội truyền tải cho mạng vô tuyến sử dụng lý thuyết trò chơi” người thực hiện đề nghị 5 chương: Trang 6 Luan van Luận văn Chương 1 Chương 1: Tổng quan ở chương này người thực hiện trình bày giới thiệu đề tài, tình hình, mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu, đóng góp, giới hạn đề tài, nội dung thực hiện, bố cục đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết ở chương này người thực hiện trình bày các lý thuyết liên quan như tổng quan mạng vô tuyến ad-hoc, kênh truyền fading, quá trình quyết định Markov, kênh Markov trạng thái hữu hạn, chức năng điều phối phối hợp trong giao thức IEEE 802.11, lý thuyết trò chơi, quy hoạch tuyến tính. Chương 3: Tối ưu cơ hội truyền tải cho mạng vô tuyến ad-hoc Chương 4: Thực hiện mô phỏng và đánh giá các kết quả đạt được Chương 5: Trình bày kết luận và đề xuất hướng phát triển Trang 7 Luan van Luận văn Chương 2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan mạng tùy biến vô tuyến ad-hoc 2.1 Giới thiệu Mạng tùy biến vô tuyến ad-hoc [20] bao gồm tập hợp các nút kết nối bằng các liên kết vô tuyến tạo thành các topo mạng vô tuyến tùy biến mà không cần sử dụng bất kỳ điểm truy cập tập trung. Mạng vô tuyến ad-hoc vốn tự sắp xếp và tự quản lý.
Các nút được tự do di chuyển một cách tùy ý và tự tổ chức một cách ngẫu nhiên. Do đó cấu trúc liên kết của mạng có thể thay đổi nhanh chóng và không thể đoán trước. Thách thức lớn nhất trong các loại mạng này là tìm ra con đường giữa hai điểm kết cuối truyền tin của các nút di động. Do phạm vi truyền dẫn hạn chế của mạng vô tuyến, truyền dữ liệu phải được mở rộng qua một số nút trung gian để tạo điều kiện giao tiếp giữa hai nút.
Do đó, các loại mạng này còn được gọi là các mạng đa chặng (multi-hop) ad-hoc. Mỗi nút hoạt động cả hai vai trò vừa là máy chủ và vừa như một bộ định tuyến. Một hạn chế khác liên quan đến thiết bị vô tuyến là hạn chế năng lượng của các nút, tức là mỗi nút có giới hạn năng lượng pin cần được sử dụng một cách hiệu quả giúp cho nút tồn tại được lâu hơn. Mạng ad-hoc không yêu cầu bất kỳ cơ sở hạ tầng nào để hoạt động, mỗi nút có khả năng giao tiếp trực tiếp với các nút khác.1 minh họa mô hình mạng vô tuyến ad-hoc với ba nút mỗi mô hình.
Trong đó, mỗi nút mạng ad-hoc đặc biệt chỉ có thể giao tiếp, nếu chúng có thể liên kết với nhau về mặt vật lý, tức là, nếu chúng trong phạm vi sóng vô tuyến của nhau hoặc nếu các nút khác chuyển tiếp thông báo. Các nút từ hai mạng ah-hoc thể hiện trong hình 2.1 không thể liên lạc với nhau nếu chúng không nằm trong cùng một dải vô tuyến. Trang 8 Luan van Luận văn Chương 2 Hình 2. 1 Mô hình mạng vô tuyến ad-hoc 2.2 Đặc tính mạng ad-hoc a.
Tính di động Các nút tham gia trong mạng ad-hoc sử dụng sóng vô tuyến để truyền tin và không bị ràng buộc vật lý với nhau. Bởi vậy chúng có thể tự do di chuyển và có thể triển khai ở những địa hình hiểm trở. Nhưng nó cũng có nhược điểm là khiến topo mạng luôn bị thay đổi, các nút phải thường xuyên phải cập nhật lại bảng định tuyến. Tính đa chặn (multi-hop) Một nút nguồn muốn truyền một gói tin đến nút đích cần phải đi qua một hay nhiều nút khác.