Luận văn thạc sĩ về ứng dụng mạng xã hội trong khắc phục thảm họa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu máy tính mạng xã hội hỗ trợ khắc phục thảm họa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Duy Tài
• Người hướng dẫn: TS. Trần Minh Quang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Mạng xã hội hỗ trợ khắc phục thảm họa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Lời cảm ơn
• Tóm tắt luận văn
• Thesis Summary
• Lời cam đoan
• Danh sách hình vẽ
• 1. Chương 1: Mở Đầu
• 1.1. Mục tiêu
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 2. Chương 2: Tổng Quan Về Mạng Xã Hội Ngang Hàng
• 2.1. Mạng xã hội ngang hàng
• 2.2. Xây dựng mạng MANET phục vụ khắc phục thảm hoạ
• 2.3. Nhúng dữ liệu vào beacon (Beacon Stuffing)
• 2.4. Giao thức định tuyến
• 3. Chương 3: Mạng Xã Hội Ngang Hàng Hỗ Trợ Khắc Phục Thảm Hoạ
• 3.1. Mạng xã hội ngang hàng hỗ trợ khắc phục thảm hoạ
• 3.2. Quá trình hình thành và kiến trúc vật lý tổng quát
• 3.3. Mô hình beacon stuffing mở rộng (Extended Beacon Stuffing - EBS)
• 3.4. Định tuyến bằng gói tin beacon
• 4. Chương 4: Mô Phỏng và Đánh Giá SP2PSN
• 4.1. Lựa chọn thông số mô phỏng
• 4.2. Đánh giá SP2PSN
• 5. Chương 5: Kết Luận và Định Hướng Nghiên Cứu
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng nghiên cứu
• Những bài báo đã được công bố
• Lý lịch trích ngang

Tóm tắt

I. Giới thiệu về đề tài

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc ứng dụng mạng xã hội trong việc khắc phục thảm họa. Thảm họa có thể gây ra thiệt hại lớn về người và tài sản, và việc khôi phục hạ tầng viễn thông thường gặp nhiều khó khăn. Do đó, việc thiết lập một phương thức kết nối nhanh chóng cho nạn nhân là rất cần thiết. Luận văn đề xuất một mô hình mạng xã hội đơn giản, cho phép nạn nhân dễ dàng chia sẻ thông điệp và yêu cầu cứu trợ. Mạng xã hội này sẽ hoạt động trên nền tảng Mobile Ad Hoc Network (MANET), cho phép các thiết bị di động kết nối với nhau mà không cần hạ tầng viễn thông truyền thống. Mục tiêu chính là tạo ra một giải pháp khắc phục hiệu quả, giúp nạn nhân có thể giao tiếp và nhận hỗ trợ kịp thời.

1.1. Tầm quan trọng của việc khắc phục thảm họa

Việc khắc phục thảm họa không chỉ là trách nhiệm của chính quyền mà còn cần sự tham gia của cộng đồng. Mạng xã hội có thể đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối nạn nhân với các tổ chức cứu hộ và những người xung quanh. Thông qua việc sử dụng các thiết bị di động, nạn nhân có thể nhanh chóng gửi thông điệp cầu cứu, từ đó tăng cường khả năng nhận diện và hỗ trợ kịp thời. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu thiệt hại mà còn tạo ra một mạng lưới hỗ trợ mạnh mẽ trong những tình huống khẩn cấp.

II. Tổng quan về mạng xã hội ngang hàng

Mạng xã hội ngang hàng (P2P) đã trở thành một xu hướng mới trong việc chia sẻ thông tin. Các nghiên cứu như PeerSON và STARs đã chỉ ra rằng mô hình này có thể hoạt động hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp. Mạng xã hội ngang hàng cho phép người dùng tự quản lý dữ liệu của mình mà không cần phụ thuộc vào một máy chủ trung tâm. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh thảm họa, khi mà hạ tầng viễn thông có thể bị phá hủy. Mô hình này không chỉ giúp bảo vệ quyền riêng tư mà còn đảm bảo tính khả dụng của thông tin. Luận văn đề xuất một mô hình Simple Peer to Peer Social Network (SP2PSN), nhằm đơn giản hóa quá trình kết nối và tương tác giữa các nạn nhân trong khu vực thảm họa.

2.1. Các mô hình mạng xã hội hiện tại

Các mô hình mạng xã hội hiện tại như Facebook hay Twitter không thể hoạt động hiệu quả trong tình huống thảm họa do yêu cầu kết nối Internet. Các nghiên cứu như PeerSON đã chuyển đổi từ mô hình client-server sang mô hình P2P, cho phép người dùng kiểm soát dữ liệu của mình. Điều này giúp tăng cường tính riêng tư và khả năng truy cập thông tin trong các tình huống khẩn cấp. Mô hình SP2PSN được đề xuất trong luận văn này nhằm khắc phục những hạn chế của các mô hình hiện tại, đồng thời cung cấp một giải pháp linh hoạt và hiệu quả cho việc khắc phục thảm họa.

III. Xây dựng mạng MANET phục vụ khắc phục thảm họa

Mạng MANET là một giải pháp tiềm năng cho việc khắc phục thảm họa, cho phép các thiết bị di động kết nối với nhau mà không cần hạ tầng viễn thông. Các nghiên cứu như DRANs và NodeJoints đã chỉ ra rằng việc thiết lập mạng MANET có thể giúp cải thiện khả năng giao tiếp trong các tình huống khẩn cấp. Luận văn này đề xuất một phương pháp xây dựng mạng MANET bằng cách sử dụng beacon để định tuyến thông tin giữa các node. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng kết nối mà còn giảm thiểu thời gian thiết lập mạng. Mô hình này có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều node, từ đó tạo ra một mạng lưới hỗ trợ mạnh mẽ cho nạn nhân.

3.1. Các phương pháp xây dựng mạng MANET

Có nhiều phương pháp khác nhau để xây dựng mạng MANET trong tình huống thảm họa. Một số nghiên cứu đã sử dụng thiết bị định tuyến không dây để tạo kết nối nhanh chóng. Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu thiết bị đặc thù và không phải lúc nào cũng sẵn có. Luận văn này đề xuất sử dụng beacon để định tuyến thông tin, giúp giảm thiểu độ phức tạp trong việc thiết lập mạng. Phương pháp này cho phép các node tự động kết nối và duy trì đường truyền, từ đó đảm bảo thông tin được truyền tải một cách hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp.

IV. Mô phỏng và đánh giá SP2PSN

Mô phỏng là một phần quan trọng trong việc đánh giá tính khả thi của mô hình SP2PSN. Luận văn sử dụng phần mềm NS3 để mô phỏng hoạt động của mạng xã hội ngang hàng trong các tình huống thảm họa. Kết quả mô phỏng cho thấy mô hình có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có 250 node, cho phép nạn nhân chia sẻ thông điệp và yêu cầu cứu trợ một cách nhanh chóng. Việc đánh giá này không chỉ giúp khẳng định tính khả thi của mô hình mà còn cung cấp cơ sở để phát triển các ứng dụng thực tiễn trong tương lai.

4.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng mô hình SP2PSN có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều node. Tính khả thi của mô hình được đánh giá dựa trên các chỉ số như tỷ lệ mất gói tin và thời gian truyền tải thông tin. Những kết quả này cho thấy rằng SP2PSN có thể cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc khắc phục thảm họa, giúp nạn nhân có thể giao tiếp và nhận hỗ trợ kịp thời. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng thực tiễn nhằm hỗ trợ cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp.

V. Kết luận và định hướng nghiên cứu

Luận văn đã trình bày một mô hình mạng xã hội đơn giản hỗ trợ khắc phục thảm họa thông qua việc sử dụng MANET. Mô hình này không chỉ giúp nạn nhân kết nối và chia sẻ thông điệp mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính khả dụng và bảo mật của mô hình, cũng như phát triển các ứng dụng thực tiễn để hỗ trợ cứu hộ trong các tình huống khẩn cấp. Việc áp dụng công nghệ mới vào việc khắc phục thảm họa sẽ góp phần nâng cao hiệu quả cứu hộ và giảm thiểu thiệt hại cho cộng đồng.

5.1. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Định hướng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm việc phát triển các ứng dụng di động hỗ trợ mô hình SP2PSN, nhằm tăng cường khả năng kết nối và giao tiếp giữa các nạn nhân. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp bảo mật cho mạng xã hội ngang hàng cũng là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết. Những nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện tính khả dụng của mô hình mà còn đảm bảo an toàn cho thông tin của người dùng trong các tình huống khẩn cấp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thảm họa thiên nhiên và các sự cố nhân tạo luôn tiềm ẩn nguy cơ tàn phá nghiêm trọng, làm tê liệt tới 100% cơ sở hạ tầng viễn thông truyền thống trong khu vực bị ảnh hưởng. Trong bối cảnh các phương án phục hồi trạm thu phát sóng mặt đất thường đòi hỏi từ 7 đến 30 ngày cùng chi phí tài chính và nhân lực khổng lồ, việc nhanh chóng thiết lập một kênh liên lạc dã chiến cho các nạn nhân là yêu cầu mang tính sống còn. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Khoa học Máy tính của học viên Nguyễn Duy Tài, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trần Minh Quang và TS. Phạm Trần Vũ tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (bảo vệ năm 2016), đã giải quyết trực tiếp bài toán cấp bách này.

Mục tiêu trọng tâm của nghiên cứu là xây dựng mô hình mạng xã hội ngang hàng đơn giản mang tên SP2PSN kết hợp cùng cơ chế mở rộng nhúng dữ liệu vào khung truyền tín hiệu không dây mang tên EBS. Giải pháp hướng tới việc biến mỗi thiết bị di động cá nhân sẵn có của người dân thành một nút mạng chuyển tiếp thông minh mà không cần kết nối Internet hay máy chủ trung tâm.

Phạm vi nghiên cứu tập trung chuyên sâu vào kỹ thuật định tuyến tầng liên kết dữ liệu và kiến trúc mạng xã hội tùy biến (MANET) trong không gian thảm họa. Về mặt ý nghĩa thực tiễn và khoa học, công trình mang lại giải pháp cứu hộ với hiệu năng vượt trội, chứng minh khả năng duy trì tỷ lệ nhận gói tin thành công trên 93% ở quy mô 250 nút mạng, đồng thời giảm thiểu tỷ lệ mất gói xuống dưới 1% trong các kịch bản truyền tải đa chặng dài hạn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của lý thuyết mạng tùy biến không dây di động và mô hình mạng chịu trễ. Tác giả kết hợp và kế thừa có chọn lọc các nguyên lý phân tán từ các kiến trúc mạng xã hội P2P kinh điển như PeerSON và STARs, đồng thời loại bỏ các cơ chế đồng thuận phức tạp vốn không phù hợp với môi trường cứu nạn khẩn cấp.

Hệ thống lý thuyết của luận văn xoay quanh 5 khái niệm cốt lõi:

1. Mạng xã hội ngang hàng đơn giản: Kiến trúc lưu trữ dữ liệu cục bộ trên từng thiết bị, phi tập trung hóa hoàn toàn và định danh người dùng thông qua số điện thoại kết hợp địa chỉ phần cứng MAC.
2. Mô hình nhúng dữ liệu mở rộng: Cơ chế chèn trực tiếp các gói tin dữ liệu và điều khiển vào trường thông tin mở rộng của khung quản lý sóng không dây IEEE 802.11 mà không cần thiết lập liên kết bắt tay.
3. Định tuyến phản ứng tầng liên kết: Ứng dụng giải thuật định tuyến theo yêu cầu AODV trực tiếp tại tầng 2 của mô hình OSI nhằm loại bỏ hoàn toàn tải phụ từ việc cấp phát địa chỉ IP động.
4. Mạng cô lập và Mạng kết nối: Mô hình hóa không gian liên lạc thành hai trạng thái, trong đó mạng cô lập hoạt động hoàn toàn nội bộ và tự động chuyển đổi thành mạng kết nối khi có bất kỳ nút mạng nào tiếp cận được sóng viễn thông hoặc cổng Internet.
5. Quan hệ phi đối xứng: Cấu trúc quan hệ xã hội được tinh giản thành hai trạng thái cơ bản là người theo dõi và người lạ, phục vụ 3 phương thức truyền tin gồm quảng bá toàn mạng, truyền nhóm và gửi đích danh.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực nghiệm thông qua công cụ mô phỏng mạng sự kiện rời rạc NS-3. Tác giả đã mô hình hóa chi tiết cấu trúc thân khung dữ liệu của gói tin quản lý với dung lượng tối đa 2.312 bytes, phân bổ thành 9 trường thông tin thành phần với sức chứa 253 bytes mỗi trường, cho phép một gói tin chứa tối đa 2.277 bytes dữ liệu hữu ích.

Quy mô mẫu thử nghiệm được thiết kế qua 5 kịch bản phân tán gồm 50, 100, 150, 200 và 250 nút mạng. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật ngẫu nhiên hóa vị trí không gian trong một diện tích xác định, trong đó cố định 30% tổng số nút đóng vai trò nguồn phát chủ động và 70% số nút còn lại hoạt động như các trạm trung gian chuyển tiếp dữ liệu. Kích thước mỗi gói tin kiểm thử được đặt ở mức 64 bytes, tương đương độ dài của một tin nhắn văn bản cứu trợ khẩn cấp tiêu chuẩn.

Lý do lựa chọn phương pháp mô phỏng chuyên sâu trên NS-3 bắt nguồn từ tính chất nguy hiểm, khó tái lập của môi trường thảm họa thực tế, đòi hỏi công cụ mô phỏng có khả năng đo lường chính xác hiện tượng xung đột sóng vô tuyến, độ suy hao tín hiệu theo khoảng cách và chi phí định tuyến. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, phát triển thuật toán và kiểm thử được thực hiện trong khung thời gian 10 tháng, kéo dài từ ngày 17/08/2015 đến ngày 17/06/2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích định lượng đã ghi nhận 4 phát hiện kỹ thuật mang tính đột phá:

1. Khả năng truyền dẫn đa chặng vượt trội: Trong kịch bản kiểm thử tuyến tính với khoảng cách cố định 50m giữa các thiết bị, tỷ lệ mất gói tin duy trì ở mức dưới 1% ngay cả khi dữ liệu phải đi qua chuỗi liên tiếp 100 chặng chuyển tiếp.
2. Hiệu suất giao nhận gói tin ở quy mô lớn: Ở kịch bản phân bố ngẫu nhiên với 50 nút mạng phát tổng cộng 7.500 gói tin, tỷ lệ nhận gói tin trung bình đạt 98,357%. Khi mở rộng quy mô lên 250 nút, mạng lưới vẫn duy trì tỷ lệ giao nhận thành công trên 93%, đồng nghĩa tỷ lệ tổn thất gói luôn được khống chế dưới ngưỡng 10%.
3. Xác định ngưỡng mật độ tối ưu: Tỷ lệ mất gói tin đạt điểm cực tiểu xấp xỉ 0% tại cấu hình 100 nút mạng với cự ly trung bình 10m. Khi mật độ quá thưa, tỷ lệ mất gói tăng do chất lượng liên kết vô tuyến suy giảm; ngược lại, khi quy mô vượt 200 nút, tỷ lệ mất gói tăng nhẹ do hiện tượng tranh chấp kênh truyền.
4. Băng thông truyền dẫn dã chiến khả thi: Với tần suất phát quảng bá định kỳ 10ms cho mỗi gói tin chứa 9 trường dữ liệu thành phần, hệ thống đạt tốc độ truyền tải lý thuyết lên tới 223 KB/s, hoàn toàn đáp ứng nhu cầu truyền tin nhắn văn bản, danh bạ và dữ liệu vị trí GPS.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi giúp hệ thống đạt hiệu suất cao nằm ở việc loại bỏ cơ chế liên kết truyền thống của chuẩn 802.11. Việc định tuyến trực tiếp bằng địa chỉ MAC ở tầng 2 giúp triệt tiêu hoàn toàn độ trễ cấp phát địa chỉ IP vốn là rào cản lớn nhất của các mạng MANET truyền thống. Khi so sánh với các công trình cùng thời, giải pháp này vượt trội rõ rệt: mô hình mạng cây của DRANs đạt tốc độ 1,8 Mbps nhưng bị nghẽn nghiêm trọng tại nút gốc; mô hình NodeJoints chỉ vận hành thử nghiệm trên 10 máy tính; trong khi mạng STARS chỉ hỗ trợ cấu trúc hình sao đơn chặng.

Các dữ liệu nghiên cứu này có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường biểu diễn sự biến thiên của tỷ lệ nhận gói tin theo sự gia tăng số lượng nút từ 50 đến 250 nút. Đồng thời, một bảng ma trận đối sánh tỷ lệ mất gói theo các cự ly 5m, 10m, 25m, 50m và 100m sẽ làm nổi bật vùng hoạt động ổn định nhất của mạng vô tuyến dã chiến. Kết quả này chứng minh giải pháp hoàn toàn đủ độ tin cậy để triển khai các ứng dụng nhắn tin và điều phối cứu hộ khi thảm họa xảy ra.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp mang tính ứng dụng cao:

1. Phát triển module nhân hệ điều hành cho thiết bị di động: Tiến hành chỉnh sửa và đóng gói module kernel chuyên dụng trên nền tảng Android và Linux, cho phép trình điều khiển thiết bị can thiệp trực tiếp vào khung quản lý vô tuyến nhằm tạo, đọc và chuyển tiếp gói tin tầng 2. Mục tiêu đạt độ trễ xử lý dưới 50ms cho mỗi thao tác phân mảnh gói tin, thực hiện trong lộ trình 6 tháng bởi các nhóm kỹ sư phát triển hệ điều hành nhúng.
2. Tích hợp giải thuật định tuyến thích ứng cho mạng chịu trễ: Nâng cấp giao thức định tuyến bằng cách kết hợp cơ chế nhân bản gói tin với bảng xác suất số chặng. Khi tổng xác suất từ chặng thứ nhất đến chặng thứ N đạt từ 0,5 trở lên, nút mạng sẽ lưu trữ dữ liệu tạm thời để chuyển giao trực tiếp khi tiếp cận nút đích, hướng tới mục tiêu duy trì tỷ lệ gửi tin trên 85% trong điều kiện mạng bị phân mảnh hoàn toàn, thực hiện trong thời gian 12 tháng bởi các nhóm nghiên cứu mạng máy tính.
3. Chuẩn hóa quy trình liên lạc dã chiến cho lực lượng cứu hộ: Biên soạn tài liệu kỹ thuật và tích hợp sẵn ứng dụng liên lạc ngang hàng vào 100% thiết bị cầm tay của lực lượng cứu hộ và phòng chống thiên tai, hoàn thành trước quý 4 năm 2026 dưới sự chủ trì của các cơ quan quản lý tình trạng khẩn cấp.
4. Triển khai hệ thống máy chủ toàn cục và cổng thu phát dự phòng: Thiết lập các trạm chuyển tiếp vô tuyến dã chiến kết hợp máy chủ trung gian trên đám mây nhằm tự động đồng bộ và lưu trữ tin nhắn từ các vùng mạng cô lập ngay khi xuất hiện nút mạng có kết nối Internet, hướng tới năng lực kết nối đồng thời hơn 1.000 cụm dân cư bị chia cắt trong thời hạn 9 tháng với sự tham gia của các doanh nghiệp viễn thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình luận văn là tài liệu nghiên cứu và tham chiếu giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học Máy tính, Mạng máy tính và Truyền thông: Nắm bắt phương pháp luận thiết kế giao thức mạng ad-hoc, kỹ thuật can thiệp khung truyền dữ liệu không dây và phương pháp đánh giá định lượng bằng phần mềm mô phỏng NS-3.
2. Kỹ sư phát triển phần mềm di động và hệ thống nhúng: Khai thác chi tiết kỹ thuật nhúng dữ liệu vào trường thông tin mở rộng của chuẩn 802.11 và phương pháp tối ưu hóa bộ nhớ đệm phục vụ truyền thông ngang hàng trên hệ điều hành di động.
3. Chuyên gia điều phối cứu nạn và cán bộ quản lý rủi ro thiên tai: Tham khảo mô hình phân tán để xây dựng phương án thông tin liên lạc dự phòng, giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản khi toàn bộ mạng lưới viễn thông quốc gia gặp sự cố.
4. Doanh nghiệp viễn thông và cơ quan an ninh - quốc phòng: Ứng dụng mô hình mạng cô lập và mạng kết nối để thiết kế các giải pháp truyền thông dã chiến, bảo đảm luồng thông tin chỉ huy luôn thông suốt trong mọi tình huống khẩn cấp.

Câu hỏi thường gặp

Mạng SP2PSN khác biệt như thế nào so với mạng xã hội trực tuyến truyền thống?

Mạng xã hội truyền thống đòi hỏi kết nối Internet liên tục và máy chủ trung tâm để lưu trữ dữ liệu người dùng. Ngược lại, SP2PSN hoạt động hoàn toàn cục bộ trên từng thiết bị di động, tự động tìm kiếm các thiết bị xung quanh trong bán kính phủ sóng vô tuyến và duy trì kênh trao đổi thông tin khẩn cấp ngay cả khi hạ tầng mạng viễn thông bị phá hủy 100%.

Tại sao nghiên cứu lại chọn nhúng dữ liệu vào gói tin beacon thay vì dùng chuẩn Wi-Fi Direct?

Chuẩn kết nối thông thường hay Wi-Fi Direct đòi hỏi quy trình bắt tay, đàm phán thông số và tạo khóa bảo mật phức tạp, dễ gây nghẽn khi các nút di chuyển liên tục. Kỹ thuật nhúng dữ liệu vào gói tin beacon cho phép thiết bị phát thẳng thông điệp ra không gian, mọi nút lân cận đều có thể tiếp nhận và đọc dữ liệu tức thì mà không cần thiết lập liên kết.

Quy trình định danh người dùng trong mạng được thực hiện ra sao để tránh trùng lặp?

Hệ thống sử dụng cơ chế định danh kép kết hợp giữa địa chỉ vật lý MAC của thiết bị và số điện thoại di động cá nhân. Địa chỉ MAC đảm bảo tính duy nhất ở tầng liên kết dữ liệu, trong khi số điện thoại giúp người dùng tự động nhận diện người thân và bạn bè thông qua danh bạ sẵn có trên máy mà không cần tài khoản đăng ký trực tuyến.

Thiết bị di động của người dùng có cần bổ sung phần cứng mạng chuyên dụng không?

Hệ thống không yêu cầu gắn thêm bất kỳ card mạng không dây hay phần cứng phụ trợ nào. Ứng dụng tận dụng trực tiếp chip Wi-Fi tích hợp sẵn trên các dòng điện thoại thông minh và máy tính xách tay tiêu chuẩn, chỉ cần can thiệp ở tầng phần mềm hoặc module nhân hệ điều hành để đọc và phát các khung dữ liệu mở rộng.

Hiệu năng của mạng lưới có bị suy giảm khi số lượng thiết bị tăng lên trên 200 nút không?

Kết quả thực nghiệm trên 250 nút mạng cho thấy tỷ lệ nhận gói tin trung bình vẫn duy trì ổn định ở mức trên 93%. Mặc dù hiện tượng tranh chấp kênh truyền có làm tăng nhẹ tỷ lệ mất gói lên mức gần 7% so với ngưỡng tối ưu tại 100 nút, chất lượng đường truyền vẫn hoàn toàn đáp ứng trọn vẹn yêu cầu truyền nhận tin nhắn văn bản dã chiến.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết thành công bài toán thiết lập mạng truyền thông dã chiến trong điều kiện cơ sở hạ tầng viễn thông bị tê liệt hoàn toàn do thảm họa.
• Đề xuất hoàn chỉnh mô hình mạng xã hội ngang hàng SP2PSN kết hợp cơ chế nhúng dữ liệu mở rộng EBS hoạt động trực tiếp trên tầng liên kết dữ liệu.
• Khắc phục triệt để hiện tượng thắt cổ chai tại nút gốc của các kiến trúc mạng cây truyền thống, duy trì tỷ lệ nhận gói tin vượt 93% trên quy mô 250 nút mạng.
• Mở ra hướng phát triển giao thức định tuyến xác suất thích ứng trên nền tảng mạng chịu trễ với lộ trình hoàn thiện trong vòng 6 đến 12 tháng tiếp theo.
• Khẳng định tính khả thi cao trong việc hiện thực hóa thành ứng dụng cứu nạn thực tế trên các thiết bị di động thương mại mà không đòi hỏi chi phí phần cứng bổ sung.

Để tiếp cận toàn bộ cấu trúc thuật toán, các tham số mô phỏng chi tiết trên NS-3 và mã nguồn thử nghiệm giao thức định tuyến tầng liên kết dữ liệu, bạn đọc và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác trực tiếp toàn văn luận văn thạc sĩ tại thư viện Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở Đầu 1.1 Mục tiêu Thảm hoạ xảy ra trong bất kỳ tình huống nào đều có khả năng gây thiệt hại về mạng người, phá hoạt cơ sở vật chất hạ tầng. Đây là điều không thể tránh khỏi, tuy nhiên, chúng ta có thể giảm thiểu tối đa hậu quả bằng cách chuẩn bị tốt những biện pháp khắc phục hậu quả. Một biện pháp quan trọng trong đó là nhanh chóng cung cấp phương thức kết nối đến những nạn nhân trong khu vực thảm hoạ giúp họ lan truyền thông điệp, gửi yêu cầu giúp đỡ tới nhân viên cứu hộ, gia đình. Thảm hoạ rất nhanh chóng phá huỷ hạ tầng viễn thông gây cô lập nạn nhân làm cho tình huống trở nên vô cùng nghiêm trọng với nhiều khó khăn cho cứu trợ khẩn cấp.

Trong khi đó, khắc phục hạ tầng viễn thông yêu cầu rất nhiều thời gian, tiền bạc và sức người. Những điều này không phải lúc nào cũng sẵn sàng. Tuy nhiên, hầu hết nạn nhân đều có thiết bị di động như laptop, điện thoại. Họ có thể sử dụng những thiết bị này để tạo kết nối không dây đến những người hàng xóm nằm trong khu vực phủ sóng, cùng lúc đó những người hàng xóm này có thể mở kết nối đến nhiều người khác.

Kết quả cuối cùng là hình thành một mạng MANET cho chép nạn nhân có nhiều cơ hội hơn để chia sẻ thông điệp. Một khó khăn khi thiết lập kết nối MANET như bên trên là những người dùng thông thường không thể thiết lập kết nối một cách thủ công vì họ không biết nhiều về kỹ thuật. Họ cần một ứng dụng đơn giản mà khi ứng dụng này được bật lên nó sẽ tự động tạo kết nối và định danh trong mạng, nhiệm vụ của người dùng chỉ là đưa ra những thông điệp. Chính vì vậy mục tiêu của luận văn là giải quyết bài bài toán "xây dựng mạng xã hội đơn giản trong khu vực thiên tai".

Mạng xã hội này phải có những chức năng cơ bản sau: định danh người dùng trên mạng, định danh mối quan hệ của các thành viên trong mạng, hỗ trợ broadcast (gửi gói tin ra toàn mạng), multicast (gửi gói tin đến một nhóm thiết bị) và unicast (gửi gói tin đến một thiết bị). Định danh người dùng giúp trả lời câu hỏi: họ là ai? định danh mối quan hệ nhằm trả lời câu hỏi: họ có liên quan gì tới tôi?. Trả lời thành công được hai câu hỏi trên có nghĩa đã tham gia vào mạng và hoàn toàn được nhận diện trên mạng. Broadcast nhằm truyền đi thông điệp đến nhiều node nhất có thể, multicast nhằm thực hiện truyền thông điệp 1 1.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU giữa một nhóm người định trước, unicast nhằm tạo kết nối một một giữa những người dùng với nhau. Mạng xã hội này chỉ dừng ở mức độ đơn giản vì rất khó để có thể xây dựng được mạng xã hội hoàn hảo khi có những ràng buộc sau: – Không có máy chủ tập trung để lưu dữ liệu. Điều này có nghĩa là tất cả dữ liệu sẽ được lưu rải rác ở một vài node, hoặc mỗi cá nhân sẽ làm chủ dữ liệu của mình và cung cấp quyền truy xuất cho những người khác nếu họ muốn. Kết quả, dẫn đến rất nhiều bài toán khó khăn tiếp theo như xây dựng những dịch vụ tìm kiềm phân tán, lưu dữ liệu tối ưu, bảo mật dữ liệu trên mạng phân tán, v.

– Các node trên mạng không phải lúc nào cũng sẵn sàng để lưu, chuyển tiếp dữ liệu. Những node này có thể ra vào kết nối liên tục, thậm chí tồn tại những điều kiện khắc nghiệt hơn: không có đường đi trực tiếp giữa điểm nguồn và điểm đích. Chính vì vậy, làm sao đảm bảo được chất lượng dịch vụ trên mạng là một điều dường như không thể. Với hai ràng buộc lớn trên thì xây dựng một mạng xã hội ngang hàng đơn giản (Simple Peer to Peer Social Network - SP2PSN) là một giải pháp tốt nhất để tăng cường tương tác giữa các nạn nhân trong khu vực thảm hoạ.

Để thiết lập được SP2PSN thì bước đầu tiên là phải xây dựng kết nối MANET vật lý. Sau đó, P2PSNDR tận dụng những kết nối này để xây dựng logic của chính mình. Tuy nhiên, những thiết bị di động thông thường không hỗ trợ mạng MANET chính vì vậy mục tiêu tiếp theo để hỗ trợ cho mục tiêu chính là "xây dựng mạng MANET cho thiết bị di động". Mục tiêu này bao gồm hai mục tiêu nhỏ là xây dựng kết nối vật lý và thực hiện định tuyến.

Trong đó, xây dựng kết nối vật lý là tạo kết nối giữa những node nằm gấn nhau. Thực hiện định tuyến là tìm đường đi và duy trì đường đi từ điểm nguồn đến điểm đích. Tóm lại, Mục tiêu của đề tài là xây dựng mạng xã hội đơn giản trong khu vực thảm hoạ nhằm cung cấp kết nối nhanh nhất đến nạn nhân giúp gia tăng cơ hội chia sẽ những thông điệp phục vụ cho quá trình cứu hộ.2 Phạm vi nghiên cứu Dựa vào những mục tiêu đã trình bày ở phần trên, phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào hai chủ đề chính: mạng xã hội ngang hàng và định tuyến trong mạng MANET. Mạng xã hội ngang hàng có đặc tính là dữ liệu của mạng sẽ được lưu trữ rải rác trên một số node định sẵn hoặc mỗi node lưu và bảo vệ dữ liệu của chính mình.

Mạng hướng đến mục tiêu là các node sẽ tự động giao tiếp để hình thành mạng, các node trong mạng đều có vai trò ngang hàng với nhau. Trong khi đó định tuyến trong mạng MANET là cách thức để tìm đường, duy trì đường từ điểm nguồn đến điểm đích đảm bảo được chất lượng của đường truyền. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Về mặt thực tiễn luận văn đóng góp một lựa cho việc triển khai cứu hộ, khắc phục hậu quả trong khu vực thảm hoạ. Đồng thời, cung cấp cho những nạn nhân trong khu vực thảm hoạ một cách thức giao tiếp mới làm tăng cơ hội được cứu trợ của mỗi cá nhân.

Về khía cạnh khoa học, luận văn đề xuất những thuộc tính của mạng xã hội ngang hàng đơn giản hỗ trợ khắc phục thảm hoạ. Trong quá trình thực hiện đề tài, luận văn cũng đã nêu ra một phương pháp tạo kết nối MANET trong thảm hoạ bằng cách chuyển beacon qua nhiều hop. Đồng thời, đề nghị kiến trúc vật lý tổng quát của các node trong khu vực thảm hoạ và có tình mở rộng cao. 3 Chương 2 Tổng Quan Về Mạng Xã Hội Ngang Hàng 2.1 Mạng xã hội ngang hàng Những mạng xã hội trực tuyến như Facebook, Twitter ngày càng trở nên phổ biến.

Tuy nhiên, khi đặt vào những tình huống như thảm hoạ thì những mạng xã hội này hoàn toàn không hoạt động được chính vì vậy có nhiều công trình khác nhau như PeerSON [2], STARs [1], SuperNova [13], Safebook [14] tập trung vào nghiên cứu mạng xã hội với giả sử rằng chỉ có một vài node định sẵn sẽ lưu trữ dữ liệu trên mạng hoặc dữ liệu cá nhân được lưu trữ và bảo vệ trên chính thiết bị của mình, mạng xã hội này hướng đến mục tiêu là các node tự động cấu hình, giao tiếp với nhau và có vai trò ngang hàng. Trong đó PeerSON đã chỉ ra điểm yếu của những mạng xã hội hiện tại bao gồm: nhiều vấn đề xoay quanh tính riêng tư và yêu cầu phải có kết nối internet. Để khắc phục nhược điểm này PeerSON chuyển đổi từ mô hình client-server qua mô hình peer-to-peer để người dùng có thể nắm quyền điều khiển dữ liệu và sử dụng mạng xã hội một cách cục bộ không cần internet. Đồng thời, nghiên cứu làm thế nào để có thể gắn PeerSON và những hệ thống máy tính thông thường cũng như mạng chịu trễ (Delay Tolerant Network - DTN).

PeerSON cung cấp một kiến trúc 2 tầng: tầng một chứa bảng băm phân tán (Distributed Hash Table - DHT) hoạt động như dịch vụ tìm kiếm và tầng còn lại chứa dữ liệu của các node. Dữ liệu của người dùng được chứa trên những node bạn để đảm bảo tính sẵn sàng. DHT chứa chỉ mục tệp dữ liệu của những người dùng khác nhau, chỉ mục này chỉ ra tệp này thuộc về ai, tệp được chứa trên node nào và phiên bản bao nhiêu. Khi mỗi node muốn kết nối tới những node khác, node này sẽ hỏi DHT để lấy những file chỉ mục.

SuperNova [13] giới thiệu super-peers nhằm nhận diện mạng xã hội phân tán. Để đảm bảo tính sẵn sàng của dữ liệu và hỗ trợ giao tiếp với những node mới, super-peers hoạt động như nơi lưu trữ dữ liệu, đồng thời super-peers xây dựng những cộng đồng dựa vào những mối quan tâm chung. STARS [1] xây dựng mạng xã hội phân tán cho mạng ad hoc dựa và 3 đặc tính cơ bản: ai làm chủ dữ liệu, chủ đề nào người dùng có thể truy xuất và thời gian sẵn sàng 4 2. XÂY DỰNG MẠNG MANET PHỤC VỤ KHẮC PHỤC THẢM HOẠ cho phép truy cập.

STARs sử dụng một máy chủ đáng tin cậy để định danh người dùng vào hỗ trợ quá trình mã hoá dữ liệu để đảm bảo tính bảo mật. STARS được hiện thực như một ứng dụng di động và có thể hoạt động ngoài thực tế. Tuy nhiên, chỉ mới hỗ trợ trên mạng hình sao. Những mạng xã hội ngang hàng được trình bày như trên là những hướng đi mới mẻ của thế hệ tiếp theo của mạng xã hội.

Tuy nhiên, mỗi mô hình mạng đều gặp nhiều vấn đề khó khăn về lưu trữ, truy xuất và bảo mật dữ liệu. Những mô hình trên phức tạp, có những mục tiêu không cần thiết khi áp dụng vào khu vực xảy ra thảm hoạ. Chính vì vậy luận văn đề xuất mạng xã hội ngang hàng đơn giản (Simple Peer to Peer Social Network - SP2PSN) hỗ trợ khắc phục thiên tai. SP2PSN là phục vụ những tính năng cơ bản, có tính mở rộng cao phù hợp với môi trường thảm hoạ.2 Xây dựng mạng MANET phục vụ khắc phục thảm hoạ Khi thảm hoạ xảy ra, trong điều kiện hạ tầng viễn thông bị phá huỷ nghiêm trọng, nhiều công trình nghiên cứu phương pháp xây dựng lại kết nối nhanh nhất có thể để cung cấp phương thức giao tiếp nhanh nhất đến với nạn nhân.

Trong đó, SKYMESH[3] gắn thiết bị định tuyến không dây (Wireless Router) vào bóng bay và thả vào khu vực thảm hoạ để cung cấp kết nối nhanh nhất có thể. Tuy nhiên, SKYMESH yêu cầu thiết bị đặc thù không phải lúc nào cũng sẵn sàng, bóng bay di chuyển phụ thuộc vào hướng gió.