Cải tiến hiệu năng giao thức định tuyến đa đường trong mạng AD hoc theo cách tiếp cận liên tầng - Đỗ Đình Cường

Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 53 CẢI TIẾN HIỆU NĂNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG AD HOC THEO CÁCH TIẾP CẬN LIÊN TẦNG Đỗ Đình Cường* Trường ĐH Công nghệ thông tin & Truyền thông – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Trong mạng không dây, phương pháp dự đoán được xem là một kỹ thuật hiệu quả để thu thập thông tin về khả năng đáp ứng và tính sẵn sàng của mạng. Thời gian trễ và số gói tin mất là hai tham số QoS chính của các ứng dụng thời gian thực. Thông thường, các chức năng của tầng MAC chỉ có thể dự đoán về các đặc tính của liên kết truyền thông. Bài báo này đề xuất một kỹ thuật mới để thu thập và khai phá thông tin dự đoán về chất lượng đường truyền đầu cuối theo cách tiếp cận liên tầng nhằm cải tiến hiệu năng của các giao thức định tuyến đa đường trong mạng Ad hoc. Kỹ thuật thiết kế liên tầng được thực hiện ở đây bằng cách kết hợp giữa tầng ứng dụng và tầng định tuyến với mục tiêu chính là cải tiến chất lượng dịch vụ cho các chương trình ứng dụng. Lớp các ứng dụng được sử dụng tuân theo chuẩn ITU G-1000 và giao thức định tuyến đa đường được lựa chọn để cải tiến là giao thức AOMDV. Đánh giá hiệu năng được thực hiện trên phần mềm mô phỏng NS2. Từ khoá: Mạng Ad hoc, QoS, Chất lượng đường truyền, Thiết kế liên tầng, Định tuyến đa đường. GIỚI THIỆU* Các ứng dụng thời gian thực là một trong những dịch vụ chính của mạng Ad hoc. Vấn đề định tuyến vẫn là một trong những thử thách của mạng Ad hoc do tính chất thay đổi động của mạng. Đã có nhiều đề xuất đưa ra nhằm cải tiến "chất lượng dịch vụ" (QoS) và "chất lượng kinh nghiệm" (QoE) trong mạng Ad hoc. Các phương pháp thu thập thông tin về chất lượng liên kết và tìm đường đi tốt nhất cho các gói tin đã được công bố trong các tài liệu [3], [4], [5] và [7]. Trong khi đó, các phương pháp thiết kế tiếp cận theo hướng liên tầng để khai phá thông tin tiềm năng nhận được từ các tầng phía dưới đã được công bố trong các tài liệu [1], [2], [8] và [13]. Bài báo này đề xuất một kỹ thuật tìm kiếm con đường có đủ tài nguyên thỏa mãn các yêu cầu xác định trước từ một ứng dụng trong mạng Ad hoc. Không giống như cách làm của các tác giả trong [1], [2], [8] và [13], kỹ thuật khai phá thông tin được đề xuất ở đây không chỉ lấy thông tin từ các tầng phía dưới mà còn lấy cả thông tin từ các tầng phía trên để thực hiện tiến trình định tuyến theo ngữ cảnh và yêu cầu từ tầng ứng dụng. Các phương pháp * Tel: 0982990908; Email: ddcuong@ictu.edu.vn dự đoán trong tầng MAC đã được phát triển trong [3], [4], [5] và [7] để thu thập thông tin về chất lượng đường liên kết. Để lấy thông tin về các đặc tính của ứng dụng, cần có một thiết kế liên tầng giữa tầng ứng dụng và tầng định tuyến. Giao thức định tuyến được lựa chọn để cải tiến theo hướng này là giao thức AOMDV. Một giao thức định tuyến cân bằng được đề xuất để thỏa mãn yêu cầu từ các lớp ứng dụng khác nhau. Phần tiếp theo của bài báo được tổ chức như sau. Mục 2 sẽ đề xuất về các tiếp cận thiết kế liên tầng mới để cải tiến giao thức AOMDV. Mục 3 đưa ra các kết quả cài đặt thử nghiệm. Cuối cùng, các kết luận và hướng phát triển được tổng kết trong Mục 4. ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ LIÊN TẦNG GIỮA TẦNG ỨNG DỤNG VÀ TẦNG MẠNG Ý tưởng chính được đề xuất ở đây là khai thác mối tương tác giữa tầng MAC, tầng Định tuyến và tầng Ứng dụng để nâng cao hiệu năng định tuyến các ứng dụng thời gian thực trong mạng Ad hoc. Kiến trúc được đề xuất bao gồm hai thiết kế liên tầng. Thiết kế thứ nhất là phương thức khai thác tầng MAC từ tầng Định tuyến để lấy thông tin về chất lượng đường truyền đầu-cuối. Thiết kế thứ hai được sử dụng để cung cấp thông tin về tầng Ứng dụng. Trên cơ sở các thông tin về Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 54 tầng MAC và tầng Ứng dụng, giao thức định tuyến sẽ lựa chọn đường đi thích hợp nhất cho các gói tin dữ liệu của chương trình ứng dụng. Đối với tầng MAC truyền thống, thông tin lấy được thông thường chỉ là thông tin về chất lượng kênh kết nối với các nút lân cận. Một trường mới có tên là PQ (Path Quality) đã được thêm vào các gói tin trả lời đường (Route Reply) để lấy được toàn bộ thông tin về đường truyền từ nút nguồn tới nút đích, một thủ tục. Gói tin này được sử dụng trong tiến trình tìm đường từ nút nguồn tới nút đích trong giao thức AOMDV. Trường mới thêm này dùng để chứa thông tin về chất lượng đường truyền dưới dạng thời gian trễ và tỷ lệ mất gói tin. Tiếp theo, một thực thể mới có tên là CLME (Cross Layer Management Entity) đã được phát triển để phân biệt sự khác biệt giữa các gói tin của các chương trình ứng dụng trong tầng Định tuyến. Thực thể này được sử dụng để phân lớp các gói tin dữ liệu theo yêu cầu QoS của chúng. Theo cách tiếp cận mới này, thông tin về chất lượng đường truyền được lấy qua thiết kế liên tầng Định tuyến – MAC trong khi thông tin về các chương trình ứng dụng được thu thập qua thực thể CLME trong thiết kế liên tầng Định tuyến - Ứng dụng. Phương pháp thu thập thông tin về chất lượng đường truyền Đối với tầng MAC truyền thống, mỗi nút chỉ có thể lấy thông tin về chất lượng liên kết trực tiếp với các nút lân cận từ tầng Vật lý. Chất lượng của một đường đầu cuối lại phụ thuộc vào chất lượng của tất cả các liên kết trực tiếp của nó. Để cung cấp thông tin về chất lượng đường truyền đầu cuối, một phương pháp thiết kế liên tầng Định tuyến – MAC đã được đề xuất. Chất lượng của liên kết trực tiếp do tầng MAC dự đoán bằng kỹ thuật cảm nhận môi trường truyền không dây từ nút hiện tại tới các nút lân cận. Mỗi nút sẽ thực hiện việc dự đoán chất lượng liên kết trực tiếp và lưu thông tin này vào bảng láng giềng của mình. Để lưu thông tin về chất lượng liên kết trực tiếp, ta bổ sung thêm hai trường mới là bảng láng giềng của mỗi nút. Một trường lưu thông tin về độ trễ liên kết và trường kia lưu thông tin về tỷ lệ mất gói tin trên liên kết. Vì Ad hoc là loại mạng thay đổi động dựa trên môi trường truyền không dây nên phương pháp dự đoán được sử dụng ở đây là phương pháp WLSR [10]. Trong phương pháp này, mỗi nút mạng sẽ lưu trữ các giá trị đo được trong quá khứ và sử dụng chúng để dự đoán chất lượng liên kết trực tiếp trong tương lai. Thuật toán dự đoán WLSR sử dụng trọng số cho các giá trị đo được trong quá khứ. Nó nhận tham số đầu vào là một cửa sổ các kết quả đo được của một độ đo QoS cho trước và dự đoán giá trị tiếp theo của độ đo này. Trong cài đặt thử nghiệm của bài báo này, hai giá trị đo được trong quá khứ sẽ được sử dụng để dự đoán kết quả trong tương lai. Với giả định thông tin đo được gần nhất là thông tin có giá trị nhất khi dự đoán giá trị tiếp theo nên độ đo QoS của liên kết trực tiếp thứ i tại thời điểm t trong tương lai được xác định như sau: Mt,i = Mt-1,i x wt-1 + Mt-2,i x wt-2 Với wt-1 = 0,7 và wt-2 = 0,3 Trong công thức trên, Mt-1,i và Mt-1,i là các giá trị đo được trong quá khứ của liên kết trực tiếp thứ i. wt-1 và wt-2 là trọng số của các giá trị đo được này. Để lấy thông tin về chất lượng liên kết trực tiếp, mỗi một nút sẽ dự đoán về độ đo thời gian trễ và tỷ lệ mất gói tin của các liên kết với các nút láng giềng của nó. Khi một nút nguồn cần truyền thông với một nút đích, nó sẽ khởi động tiến trình tìm đường bằng cách gửi gói tin yêu cầu đường RREQ. Tiến trình tìm đường sẽ thực hiện tìm kiếm nhiều con đường song song từ nút nguồn tới nút đích. Khi nút đích nhận được gói tin yêu cầu đường RREQ, nó sẽ sinh ra gói tin trả lời đường RREP rồi truyền lại cho nút nguồn. Gói tin RREP này được bổ sung thêm trường mới là trường chất lượng đường truyền (PQ) để mang thông tin về chất lượng đường truyền đầu cuối. Trường PQ này có hai trường con để chứa thông tin về thời gian trễ và tỷ lệ mất gói tin của đường truyền đầu cuối. Nút đích sẽ thiết lập giá trị ban đầu cho hai trường con này và các nút trung gian trong quá trình truyền gói tin quay trở lại nguồn cùng với nút nguồn sẽ cập nhật giá trị của hai trường này. Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 55 Giá trị của mỗi trường con của trường PQ sẽ được cập nhật theo độ đo tương ứng. Độ đo thời gian trễ của đường truyền đầu-cuối là độ đo được tính bằng tổng các thời gian trễ của từng liên kết có trong đường truyền. Khi nhận được một một gói tin RREP mỗi nút sẽ tính giá trị độ trễ dự đoán liên kết của mình sau đó cộng với giá trị hiện tại của trường con chứa thông tin về thời gian trễ rồi cập nhật kết quả vào trường này. Công việc này cũng được thực hiện tương tự trên trường con chứa thông tin về tỷ lệ mất gói tin nhưng công thức tính tỷ lệ mất gói tin là phép nhân chứ không phải là phép cộng. Vì vậy tỷ lệ mất gói tin của một đường truyền đầu-cuối sẽ bằng tích của các giá trị tỷ lệ mất gói tin của từng liên kết thành phần có trong đường truyền. Trên cơ sở các thông tin thu được trong trường PQ, nút nguồn sẽ lựa chọn đường đi tốt nhất cho các gói tin dữ liệu của một ứng dụng nào đó. Sau khi thu thập thông tin về chất lượng đường truyền, tầng Định tuyến cần thu thập thông tin về lớp ứng dụng để nâng cao hiệu năng định tuyến cho các ứng dụng thời gian thực. Để thực hiện công việc này, thiết kế liên tầng Định tuyến-Ứng dụng sẽ được sử dụng. Phương pháp thu thập thông tin về tầng Ứng dụng Khi đứng trên tầng Định tuyến, mỗi giao thức của chương trình ứng dụng đều có thể được biểu diễn bằng một socket. Trong bài báo này, cách thiết kế liên tầng Định tuyến-|Ứng dụng sẽ khai thác thông tin có trong socket của các gói truyền từ tầng Chuyển vận xuống tầng Định tuyến. Mỗi socket gồm 3 thuộc tính chính: miền, loại, và địa chỉ. Trong thực tế, có hai miền được sử dụng rộng rãi nhất là Unix và Internet. Bài báo này chỉ hướng tới phạm vi lớp dịch vụ thuộc miền Internet như VoIP, FTP, truyền video hoặc trò chơi tương tác. Trong miền Internet, có hai loại dòng socket phổ biến là SOCK_DGRAM và SOCK_STREAM. Giao thức ở tầng Chuyển vận được sử dụng cho các socket loại SOCK_STREAM là giao thức tin cậy (giao thức TCP). Đối với loại socket SOCK_DGRAM, giao thức tầng Chuyển vận được sử dụng là giao thức không tin cậy và không hướng kết nối (giao thức UDP). Địa chỉ của một socket được tổng hợp từ hai thông tin là địa chỉ IP và số hiệu cổng dịch vụ ứng dụng trên của nút nguồn hoặc đích. Trong kỹ thuật được đề xuất ở đây, thông tin được khai thác chính là thông tin về địa chỉ của socket vì từ số hiệu cổng dịch vụ, có thể cung cấp thông tin về yêu cầu QoS của ứng dụng. Ý tưởng thu thập thông tin từ tầng Ứng dụng được triển khai bằng thực thể CLME (Cross Layer Management Entity). Nó được sử dụng để phân lớp lưu lượng chuyển xuống từ tầng Chuyển vận theo các yêu cầu QoS. Trên cơ sở khái niệm socket, thực thể CLME thực hiện việc trích thông tin về loại lưu lượng từ địa chỉ socket của chúng. Sau đó CLME sẽ liên kết mỗi dòng lưu lượng với một lớp được xác định trước. Thông tin về các lớp phân loại này sau đó sẽ được truyền tới tầng Định tuyến để thực hiện cơ chế định tuyến. Chính vì vậy, thực thể CLME ở đây được đề xuất thiết kế và đưa vào hoạt động tại vị trí giữa tầng Định tuyến và tầng Chuyển vận. Hàm “getsocketport” trong CLME thực hiện công việc đọc thông tin về số hiệu cổng của socket. Sau đó CLME sẽ liên kết dòng lưu lượng này với lớp ứng dụng thích hợp đã được định nghĩa trước. Cơ chế phân lớp lưu lượng được đề xuất trong bài báo này sử dung 3 lớp QoS trên cơ sở các điều kiện chất lượng dịch vụ được định nghĩa trong chuẩn ITU-G1010 [6] như trên bảng 1. Sau khi một giao thức định tuyến đã có thông tin về chất lượng đường truyền và lớp dữ liệu ứng dụng, nó sẽ lựa chọn đường đi tốt nhất để định tuyến cho các gói tin dữ liệu ứng dụng. Bảng 1. Các tham số phân lớp dòng dữ liệu ứng dụng Loại ngưỡng Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Ngưỡng thời gian trễ (delay) 150 ms 400 ms 4 ms Ngưỡng đảo thứ tự gói (jitter) 1 ms 1 ms Không áp dụng Ngưỡng mất gói (packet loss) 3 % 1 % 0 % Ngưỡng tốc độ dữ liệu (data rate) 4 Kbit/s 16 Kbit/s 20 Kbit/s Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 56 Tiến trình định tuyến Để cải tiến hiệu năng định tuyến cho các lớp dữ liệu ứng dụng khác nhau trong mạng Ad hoc, giao thức định tuyến được đề xuất trong bài báo này được đặt tên là ABRP (Advanced Balanced Routing Protocol). Trên cơ sở giao thức định tuyến gốc là AOMDV [11], giao thức ABRP được đề xuất ở đây đưa ra các kỹ thuật cân bằng định tuyến đa đường theo các thông tin đầu vào là chất lượng đường truyền và loại lớp dữ liệu ứng dụng. Trong giao thức AODMV, một nút nguồn có thể thiết lập nhiều con đường không lặp tới một nút đích trong một tiến trình khám phá đường. Nút nguồn sau đó sẽ lựa chọn con đường ngắn nhất (số chặng ít nhất) để chuyển tiếp các gói tin dữ liệu. Các cải tiến giao thức AODMV trong giao thức mới ABRP được mô tả như sau: Nút nguồn nhận gói tin RREP từ nút đích, cập nhật giá trị trường PQ và bảng định tuyến của mình. Trong giao thức ABRP, bảng định tuyến của mỗi được bổ sung thêm 2 trường mới để lưu thông tin về chất lượng đường truyền. Khi nhận được nhiều gói RREP được gửi đi từ cùng 1 nút đích theo các con đường khác nhau, nút nguồn thực hiện việc sắp xếp các con đường này theo một hàm lượng giá có tên là PQF (Path Quality Function). Hàm PQF sử dụng phương pháp tính trọng số theo [9] như sau: Giá trị hàm PQF của một con đường thứ i là giá trị tổng của hàm trọng số tỷ lệ mất gói tin và hàm trọng số thời gian trễ. Công thức này được biểu diễn như sau: i th p i th di P P w D D wPQF ×+×= Ở đây, Pi là tỷ lệ mất gói tin được dự đoán, Di là thời gian trễ dự đoán của đường truyền từ nút nguồn tới nút đích. Pth và Dth là các ngưỡng tương ứng của thời gian trễ và tỷ lệ mất gói tin trong Bảng 1. wp và wd là trọng số tương ứng của tỷ lệ mất gói tin và thời gian trễ. Giá trị trọng số được xác định theo lớp lưu lượng. Tham số nào có giá trị trọng số càng cao thì nó càng quan trọng đối với lưu lượng gói tin. Ta giả định rằng với lớp 1, tham số thời gian trễ là quan trọng hơn các tham số khác. Với lớp 2, tham số thời gian trễ và tỷ lệ mất gói tin có trọng số bằng nhau các tham số này là không quan trọng với các ứng dụng thuộc lớp này. Với lớp 3, tham số về tỷ lệ mất gói tin là quan trọng hơn tham số thời gian trễ bởi vì các ứng dụng lớp này không chấp nhận lỗi xảy ra. Phương pháp APH được đề xuất trong [13] được sử dụng ở đây để tính các trọng số wp và wd cho mỗi lớp và cách đánh giá độ quan trọng của các tham số cho mỗi lớp lưu lượng được thực hiện theo [12]. Trên cơ sở thông tin về lớp ứng dụng do thực thể CLME thu thập được, giao thức ABPR thực hiện việc tính toán giá trị PQF của các con đường khác nhau theo các trọng số thích hợp. Trên cơ sở các yêu cầu từ chương trình ứng dụng, cùng một con đường có thể có nhiều trọng số khác nhau cho mỗi một lớp ứng dụng. Khi các con đường tìm được đã được sắp xếp theo giá trị PQF, giao thức ABRP thực hiện việc phân loại các con đường theo độ bền của chúng. Độ bền của một con đường được tính dựa vào thời gian con đường xuất hiện trong bảng định tuyến. Bảng định tuyến của mỗi nút sẽ được bổ sung thêm một trường để lưu độ bền của con đường. Mỗi khi tiến trình cập nhật bảng định tuyến diễn ra, nếu con đường còn xuất hiện trong bảng định tuyến thì giá trị độ bền của con đường sẽ được tăng lên 1 đơn vị. Con đường nào có giá trị độ bền càng cao thì được xem là càng bền vững. Sau khi tìm đường và thực hiện các thủ tục ở trên, chỉ có tối đa là 3 con đường tới cùng một đích sẽ được cài đặt vào bảng định tuyến. Con đường có độ bền lớn nhất sẽ được lựa chọn là con đường chính và 2 con đường còn lại là các đường dự phòng. Các đường dự phòng chỉ được sử dụng khi đường chính bị xóa hoặc bị lỗi. Nếu 2 con đường đều có cùng giá trị PQF và độ bền, trong tiến trình chọn đường, con đường nào tối ưu hơn đối với lớp lưu lượng đầu vào sẽ được lựa chọn để thực hiện việc định tuyến. Nếu lưu lượng dữ liệu thuộc lớp 1 hoặc lớp 2 thì con đường có giá trị thời gian trễ thấp hơn Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 57 sẽ được lựa chọn. Nếu lưu lượng dữ liệu thuộc lớp 3 thì con đường được lựa chọn sẽ là con đường có tỷ lệ mất gói tin nhỏ hơn. ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG Để đánh giá hiệu năng của giao thức ABRP được đề xuất, tôi đã thực hiện mô phỏng hai giao thức ABRP và AOMDV. Việc mô phỏng được thực hiện trên phần mềm NS2. Mỗi kịch bản mô phỏng được lặp lại 10 lần. Các giá trị ngẫu nhiên được sử dụng cho mỗi lần mô phỏng trên cơ sở module sinh số ngẫu nhiên của NS2. Việc đánh giá được thực hiện trên các lớp dịch vụ lưu lượng 1 và 2. Các tham số mô phỏng được trình bày trong Bảng 2. Bảng 2. Các tham số mô phỏng Các tham số mô phỏng Kích cỡ mạng {10, 20, 30, 40} Diện tích mô phỏng 4096m x 4096m Phạm vi truyền giữa hai nút 250 m Tỷ lệ nút đã hoạt động {20%, 40%, 60%, 80%} Công nghệ tầng Vật lý/MAC 802.11b Mô hình truyền Shadowing Mô hình chuyển động Ngẫu nhiên Tốc độ di chuyển trung bình 2 m/s Thời gian mô phỏng 200 s Cặp (nguồn, đích) Ngẫu nhiên Thời điểm sinh lưu lượng dữ liệu 10 s Lưu lượng Lớp 1 (VoIP) Mô hình lưu lượng CBR Giao thức tầng Chuyển vận UDP Tốc độ dữ liệu 64 Kbit/s Trọng số {wd, wp} {0.6, 0.4} Lưu lượng Lớp 2 (Video Streaming) Mô hình lưu lượng CBR Giao thức tầng Chuyển vận UDP Tốc độ dữ liệu 160 Kbit/s Trọng số {wd, wp} {0.5, 0.5} Các độ đo dùng để đánh giá Các độ đo dùng để đánh giá hiệu năng của giao thức ABRP được đề xuất trong bài báo này so với giao thức AOMDV bao gồm: • Thời gian trễ trung bình: Là thời gian trễ trung bình khi một gói tin được truyền từ nguồn tới đích. Đơn vị của độ đo này là mili- giây (ms). • Thông lượng: Là tốc độ truyền các gói dữ liệu. Đơn vị là Kb/s • Độ ổn định đường: Biểu diễn tính bền vững của đường trong mạng. Trong khoảng thời gian mô phỏng là 200 giây với kích thước mạng là 30, chu kỳ sinh lưu lượng dữ liệu được sử dụng nằm trong khoảng từ 20 đến 180 giây. • Tỷ lệ lỗi định tuyến: Biểu diễn số lượng gói tin báo lỗi đường (RERR) được sinh ra. Kết quả mô phỏng Độ trễ đầu cuối trung bình Hình 1 biểu diễn thời gian trễ trung bình của các lưu lượng dữ liệu Lớp 1 và Lớp 2 trong theo thời gian biến đổi tỷ lệ các nút đã hoạt động trong mạng có số lượng nút là 30. Theo kết quả biểu diễn ở Hình 1 thì rõ ràng giao thức ABRP có thời gian trễ trung bình nhỏ hơn so với giao thức AOMDV. Thực tế là giao thức ABRP thực hiện việc chọn đường để tối ưu thời gian trễ cho mỗi lớp lưu lượng dữ liệu. Cần chú ý rằng thời gian cần thiết để ABRP tính toán và xử lý chất lượng cũng như độ ổn định của các con đường khác nhau so với AOMDV không ảnh hưởng tới thời gian trễ trung bình. Hình 1. Thời gian trễ đầu-cuối trung bình theo thời gian biến đổi tỷ lệ các nút đã hoạt động trong mạng với kích thước mạng là 30 nút và hai lớp lưu lượng dữ liệu là Lớp 1 và Lớp 2 Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 58 Thông lượng trung bình Hình 2 cho ta thấy khả năng truyền tải dữ liệu của hai giao thức được đo bằng thông lượng trung bình theo tỷ lệ các nút đã hoạt động trong mạng sử dụng lưu lượng dữ liệu thuộc Lớp 2. Thông lượng sẽ được đo khi kích thước của mạng biến đổi. Cả hai giao thức đều đảm bảo các giá trị chấp nhận được do Bảng 1 đưa ra. Khi kích thước mạng thay đổi trong khoảng từ 10 đến 20 nút với tỷ lệ các nút đã hoạt động trong mạng là 20%, giao thức ABRP gần như đảm bảo được thông lượng trung bình là 160 Kb/s. Khi kích thước mạng vượt quá 30 nút, thông lượng trung bình của cả hai giao thức đều giảm xuống. Tuy nhiên, giao thức được đề xuất ABRP vẫn đạt được thông lượng lớn hơn so với giao thức AOMDV trong tình huống này. Hình 2. Thông lượng trung bình theo kích cỡ mạng và tỷ lệ số nút hoạt động trong mạng khác nhau Độ ổn định đường Hình 3 biểu diễn độ ổn định đường của 2 giao thức AOMDV và ABRP trong một mạng có kích cỡ 30 nút, số lượng nút đã hoạt động đạt tỷ lệ 80% và lưu lượng dữ liệu được sử dụng thuộc Lớp 2. Từ kết quả, ta thấy rõ ràng giao thức ABRP có độ ổn định đường cao hơn so với giao thức AOMDV khi topo mạng biến đổi. Điều này đạt được là do ABRP đã thực hiện việc chọn được đường đi tốt nhất lưu các con đường dự phòng cho mọi lớp lưu lượng đảm bảo bài toán cân bằng tải khi topo mạng thay đổi. Trong khi đó đối với giao thức AOMDV, mọi lưu lượng dữ liệu đều được định tuyến theo cùng một con đường. Hình 3. Thông lượng theo thời gian mô phỏng trong trường hợp tỷ lệ các nút đã hoạt động là 80%, kích cỡ mạng là 30 nút và lưu lượng dữ liệu thuộc lớp 2 Tỷ lệ lỗi định tuyến Hình 4 biểu diễn số gói tin báo lỗi RERR được sinh ra cho hai trường hợp lưu lượng dữ liệu thuộc Lớp 1 và Lớp 2 khi biến đổi kích cỡ mạng với tỷ lệ số nút đã hoạt động đạt 80%. Có thể thấy rằng, giao thức được đề xuất mới ABRP cho kết quả tốt hơn so với giao thức AOMDV. Điều này hoàn toàn có thể giải thích được bởi vì ABRP chọn con đường có độ ổn định cao nhất và cung cấp chất lượng tốt nhất để giảm tỷ lệ thay đổi đường khi đường bị lỗi. Hình 4. Số lượng gói tin báo lỗi đường RERR được sinh ra theo kích cỡ mạng và lưu lượng dữ liệu lớp 1 và 2 Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 59 KẾT LUẬN Bài báo này tập trung vào vấn đề chất lượng dịch vụ trong tiến trình định tuyến có bổ sung yêu cầu về chất lượng của đường truyền. Tầng Định tuyến thực hiện việc tương tác với các tầng thấp hơn để lấy thông tin chính xác về chất lượng đường truyền từ một nút nguồn tới một nút đích. Thêm vào đó, tầng Định tuyến còn tương tác với các tầng phía trên nó để sắp xếp và lựa chọn đường đi theo các lớp lưu lượng dữ liệu của từng loại chương trình ứng dụng. Các yêu cầu về chất lượng dịch vụ của chương trình ứng dụng được nhóm lại thành các lớp dịch vụ trên cơ sở các ngưỡng tham số được định nghĩa trong chuẩn ITU G- 1010. Nghiên cứu trên mô phỏng được thực hiện trong bài báo này đưa ra các kết quả chứng minh sự ưu việt về hiệu năng của giao thức ABRP được đề xuất so với giao thức AOMDV. Các tham số về hiệu năng mà ABRP cải thiện được so với AOMDV bao gồm thời gian trễ trung bình nhỏ hơn, thông lượng lớn hơn, độ ổn định đường truyền cao hơn và tỷ lệ gói tin báo lỗi đường ít hơn. Tuy nhiên, khi nhìn ở góc độ tổng thể, cần có những đánh giá hiệu năng của giao thức ABRP chi tiết hơn nữa về thời gian xử lý và mức độ tiêu hao năng lượng. SUMMARY ENHANCING PERFORMANCE OF MULTI-PATH ROUTING PROTOCOLS IN AD HOC NETWORKS BASED ON COSS LAYER APPROACH Do Dinh Cuong* College of Information Comunication and Technology – TNU In wireless networks, prediction methods are considered as an effective techniques to collect information on the ability of the response and on the availability of the network. Delay and lost packets are two main QoS variables in real time applications. Normally, the characteristics of MAC layer can only predict the properties of the link. This paper proposes a new technique to collect and exploit predicted information on the quality of end-to-end path quality following multi- layer approach to improve the performance of multi-path routing protocols in Ad hoc network. The cross layer design is performed by combining the application and routing layers mainly motivated to enhance the quality of service of applications. Application layers are used following ITU G- 1000 standard and the multi-path routing protocol is selected to improve is AOMDV. The performance evaluation is conducted in simulation program NS2. Keywords: Adhoc Network, QoS, Path Quality, Cross Layer Design, Route Finding, Multipath Routing. * Tel: 0982990908; Email: ddcuong@ictu.edu.vn Đỗ Đình Cường Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 113(13): 53 - 60 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Chang and G. Gaydadjiev, Cross-Layer Designs Architecture for LEO Satellite Ad Hoc Network, WWIC 2008, LNCS 5031; 2008, pp. 164-176. [2].Che-Liang Liu, Chih-Yu Wang, and Hung-Yu Wei, Cross-Layer Mobile Chord P2P Protocol Design For VANET, International Journal of Ad Hoc and Ubiquitous Computing; 2010, Vol. 6, No. 3, pp. 150-163. [3].Daniel Halperin, Wenjun Hu, AnmolShethy, and David Wetherall, Predictable 802.11 Packet Delivery fromWireless Channel Measurements, SIGCOMM’10; August 30–September 3, 2010. [4].Fernando Silveira và Edmundo de Souza e Silva, Predicting packet loss statistics with hidden Markov models for FEC control, Computer Networks: The International Journal of Computer and Telecommunications Networking; February, 2012, v.56 n.2, p.628-641. [5]. Hanlin Sun and all, End to end delay prediction by neural network based on chaos theory, International Conference on Wireless Communications Networking and Mobile Computing (WiCOM); 2010. [6]. ITU-T Recommendation G.1010: End-user multimedia QoS categories, URL: t.org. [7]. Liu F., and Lin,C., An Analytical Method to Predict Packet Losses over Bursty Wireless Channels, Communications Letters, IEEE; October 2011, issue:99. [8]. M. Walia and R. Challa, Performance analysis of cross- layer MAC and routing protocols in MANET, in Second International Conference on Computer and Network Technology (ICCNT); Apr. 2010, pp. 53-59. [9]. M.Thaalbi, N.Tabbane, T.Bejaoui, and A.Meddahi, A weighted QoS aware multipath routing process in Mobile Ad hoc Networks, accepted to appear in the eighteenth IEEE ISCC 2013 proceeding. [10]. Q. Duan, L. Wang, C. D. Knutson, and D. Zappala, Link quality prediction for wireless devices with multiple radios, in Proceedings of IEEE International Symposium on a World of Wireless Mobile and Multimedia Networks. WoWMoM; 2008. [11]. S. R. Biradar, M.Koushik, S.Sarkar, Puttamadappa, Performance Evaluation and Comparison of AODV and AOMDV, (IJCSE) International Journal on Computer Science and Engineering; 2010, Vol. 02, No. 02, 373-377. [12]. Saaty, T.L., Decision making with the analytic hierarchy process, Int. J. Services Sciences; 2008, Vol. 1, No. 1, pp.83–98. [13]. Yang Qin, Choom Lim Gwee, and Seah W., Cross layer interaction study on IEEE802.11e in wireless ad hoc networks, Communications and Networking in China; 25-27 Aug. 2008, ChinaCom,vol.,no.,pp.483-487. Ngày nhận bài: 25/10/2013; Ngày phản biện: 14/11/2012; Ngày duyệt đăng: 18/11/2013 Phản biện khoa học: TS. Nguyễn Văn Tảo – Trường ĐH CNTT&TT – ĐHTN