Định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

Việc truyền tải dữ liệu từ các khu vực mục tiêu về phía nút gốc là nhiệm vụ chính của các mạng cảm biến không dây, các phương pháp được sử dụng để chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa mỗi cặ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VŨ ĐỨC HÙNG

ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG

TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Chuyên ngành : Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS NGÔ QUỲNH THU

HÀ NỘI - 2015

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Đức Hùng

Đề tài luận văn: Định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

Chuyên ngành:Công nghệ thông tin

Mã số SV: CA120599

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 25/4/2015 với các nội dung sau:

2 Ý kiến của hội đồng về việc học viên phải sửa chữa và nộp lại luận văn

- Sửa lại các khái niệm cho chính xác

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2015

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Đặng Văn Chuyết

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung luận văn này do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Ngô Quỳnh Thu Để hoàn thành luận văn này tôi chỉ áp dụng trên những tài liệu tham khảo không sao chép toàn bộ luận văn nào, những mô phỏng giải thích cũng như phần xây dựng giải pháp ứng dụng trong luận văn hoàn toàn trung thực và

là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Học viên thực hiện

Vũ Đức Hùng

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin được chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ thông tin và Truyền thông nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập

Em cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô giáo TS Ngô Quỳnh Thu

đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo tận tình trong quá trình em thực hiện luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm, động viên, đóng góp

ý kiến và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2015

Học viên thực hiện

Vũ Đức Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC……… 5

DANH MỤC HÌNH 7

DANH MỤC BẢNG 9

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10

MỞ ĐẦU……… 11

1- Tính khoa học và tính cấp thiết của luận văn 11

2- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

3- Mục tiêu của luận văn 13

4- Phương pháp luận nghiên cứu 13

5- Nội dung của luận văn 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 15

1.1 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 15

1.2 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 18 1.2.1 Một số phương pháp định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây 18

1.2.2 Yếu tố cơ bản trong thiết kế các giao thức định tuyến đa đường 21

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 25

2.1 PHÂN LOẠI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG 25

2.2 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG LUÂN PHIÊN (ALTERNATIVE PATH ROUTING) 26

2.2.1 Directed Diffusion 26

2.2.2 Giao thức kết hợp nhiều đường (Braided Multipath Routing) 29

2.2.3 Giao thức định tuyến đa đường truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả năng lượng (Reliable and Energy-Aware Multipath Routing) 31

2.3 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG ĐỒNG THỜI (Concurrent Multipath Routing) 32 2.3.1 Giao thức truyền số liệu đáng tin cậy (Multipath Routing Protocols for Reliable Data Transmission) 32

2.3.2 Một số giao thức định tuyến đa đường sử dụng hiệu quả các nguồn tài

nguyên mạng 45

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾNAODV, DSDV VÀ AOMDV 64

3.1 MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSDV VÀ AOMDV DỰA TRÊN PHẦN MỀM NS2 64

3.1.1 Mô phỏng hoạt động của giao thức AOMDV 64

3.1.2 Năng lượng tiêu thụ 67

3.2 GIẢ THIẾT MÔ PHỎNG 67

3.2.2 Chạy mô phỏng DSDV, AODV và AOMDV bằng NS2 68

3.2.3 Phân tích kết quả AODV, DSDV và AOMDV dựa trên xgraph 68

3.2.4 Phân tích kết quả dựa trên NS2 Visual Trace Analyzer 71

KẾT LUẬN……… 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Một số cách lựa chọn nút 22

Hình 2.1: Phân loại của giao thức định tuyến đa đường hiện có trong mạng cảm biến không dây 25

Hình 2.2: Phân loại các phương pháp tiếp cận giao thức định tuyến đa đường 26

Hình 2.3: Hoạt động cơ bản của giao thức định tuyến Directed Disffusion 28

Hình 2.4: Giao thức kết hợp nhiều đường 30

Hình 2.5: Xây dựng giao thức định tuyến đa đường 36

Hình 2.6: Tiến độ từ nút A đến nút B về phía nút đích 38

Hình 2.7: Nhiều con đường tách rời nhau được thành lập bởi MCMP 41

Hình 2.8: Lựa chọn liên kết theo các hạn chế tiêu thụ năng lượng không gian địa lý 42

Hình 2.9: Hình thành đường đi của AOMDV 56

Hình 2.10: Một ví dụ đơn giản của những con đường được xây dựng bởi EECA 61

Hình 3.1: Giai đoạn khám phá các nút hàng xóm 64

Hình 3.2: Các bước xây dựng định tuyến đa đường (a), (b), (c), (d), (e) và (f) 66

Hình 3.3: Mô phỏng thông lượng AODV, DSDV và AOMDV 68

Hình 3.4: Mô phỏng băng thông AODV, DSDV và AOMDV 69

Hình 3.5: Hỉnh ảnh mô phỏng năng lượng tiêu hao của AODV, DSDV và AOMDV 70

Hình 3.6: Các thông tin chi tiết ở nút 0 - AODV 71

Hình 3.7: Các thông tin chi tiết ở nút 0 – DSDV 72

Hình 3.8: Các thông tin chi tiết ở nút 0 - AOMDV 72

Hình 3.9: Các thông tin về trễ theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 73

Hình 3.10: Các thông tin về trễ theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 – AOMDV 73

Hình 3.11: Các thông tin về trễ theo gói dữ liệu khi gửi dữ liệu ở nút 0 74

Hình 3.12: Các thông tin về trễ theo gói dữ liệu khi gửi dữ liệu ở nút 0- AOMDV 74 Hình 3.13: Các thông tin về Jitter theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 75

Hình 3.14: Các thông tin về Jitter theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 AOMDV 75 Hình 3.15: Thông lượng khi gửi dữ liệu ở nút 0 - AODV 76

Hình 3.16: Thông lượng khi gửi dữ liệu ở nút 0 - DSDV 76

Hình 3.17: Thông lƣợng khi gửi dữ liệu ở nút 0 – AOMDV 77

Hình 3.18: Thông lƣợng khi nhận dữ liệu ở nút 0 77

Hình 3.19: Thông lƣợng khi nhận dữ liệu ở nút 0 – AOMDV 78

Hình 3.20: Tổng hợp các kết quả TCP và ACK – AODV 78

Hình 3.21: Tổng hợp các kết quả TCP và ACK – DSDV 79

Hình 3.22: Tổng hợp các kết quả TCP và ACK – AOMDV 79

Hình 3.23: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – AODV 80

Hình 3.24: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – DSDV 81

Hình 3.25: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – AOMDV 81 Hình 3.26: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – AODV 82

Hình 3.27: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – DSDV 82 Hình 3.28: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – AOMDV 83

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Vector

Định tuyến theo bảng dựa trên vesctơ khoảng cách

nhiễu trên đường

Protocol

Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ưu

TCP Transmission Control Protocol Giao thức truyền tin có hướng liên

kết

nhanh

MỞ ĐẦU

1 Tính khoa học và tính cấp thiết của luận văn

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một kết cấu hạ tầng bao gồm các thành phần cảm nhận (đo lường), tính toán và truyền thông nhằm cung cấp cho người quản trị khả năng đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện, hiện tượng trong một môi trường xác định Các ứng dụng điển hình của mạng cảm biến không dây bao gồm các ứng dụng thu thập dữ liệu, theo dõi, giám sát, y học

Một mạng cảm biến không dây có thể bao gồm hàng trăm, hàng nghìn nút mạng Các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế (thường dùng pin), có thời gian hoạt động lâu dài (từ vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (như trong môi trường độc hại, ô nhiễm, nhiệt độ cao )

Các nút cảm biến được phân bố rải rác trong trường cảm biến Mỗi nút cảm biến có khả năng thu thập và định tuyến dữ liệu đến một điểm thu thập (Sink/Gateway) và người dùng cuối Các nút giao tiếp với nhau qua mạng vô tuyến ad-hoc và truyền dữ liệu về nút gốc bằng kỹ thuật truyền đa chặng Người dùng cuối/người quản lý có thể truyền thông với điểm thu thập thông qua Internet hay bất

kỳ mạng không dây nào ví dụ như mạng di động, WiFi, WiMAX, hoặc người dùng cuối cũng có thể truyền thông trực tiếp với điểm thu thập

Trong mạng cảm biến không dây, các nút cảm biến thực hiện đồng thời cả hai chức năng đó là:

trong trường cảm biến và thực hiện việc truyền thông để gửi dữ liệu của chúng về điểm thu thập

trình chuyển tiếp các bản tin nhận được từ các nút lân cận trong tuyến đường

đa chặng đến điểm thu thập

Hầu hết các ứng dụng chính của mạng cảm biến không dây là thu thập thông tin cảm nhận được trong trường cảm biến nên các giao thức thu thập dữ liệu nhận được nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong cộng đồng mạng cảm biến không dây

Ngày nay, phương pháp tiếp cận đa đường định tuyến được sử dụng rộng rãi trong các mạng cảm biến không dây để cải thiện hiệu suất mạng thông qua việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên mạng có sẵn Theo đó, mục đích chính của luận văn này là trình bày các khái niệm về các phương pháp tiếp cận đa tuyến và những thách thức cơ bản của nó, cũng như những động lực cơ bản cho việc sử dụng

kỹ thuật này trong các mạng cảm biến không dây Ngoài ra, tác giả trình bày một phân loại toàn diện trên một số giao thức định tuyến đa đường hiện có, được thiết

kế đặc biệt cho các mạng cảm biến không dây Luận văn nghiên cứu sự phát triển của từng loại giao thức và giải thích hoạt động của các giao thức khác nhau với những ưu điểm và nhược điểm của chúng

So sánh và tóm tắt một số thuật kỹ thuật định tuyến đa đường hiện tại đã và đang được nghiên cứu và sử dụng Luận văn xác định các vấn đề mở cho nghiên cứu hơn nữa trong sự phát triển của các giao thức định tuyến đa đường cho các mạng cảm biến không dây

Dựa trên các giao thức hiện có, cuối cùng tác giả thực hiện mô phỏng thuật toán định tuyến đơn đường AODV, DSDV với định tuyến đa đường AOMDV dựa trên phần mềm NS2 và một số nhật xét, đánh giá trên một số thông số cơ bản cho các mạng cảm biến

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các giao thức định tuyến đa đường và

tập trung vào một số giao thức mang lại hiệu quả về năng lượng trong WSN đã và đang được nghiên cứu Tập trung tìm hiểu các thức hoạt động cụ thể của giao thức AODV, DSDV và mô phỏng hoạt động và so sánh với giao thức AOMDV trên phần mềm NS2

Phạm vi nghiên cứu của luận văn là tác giả tập trung vào các phương pháp

định tuyến đa đường hiện có, một số giao thức định tuyến đã được cải tiến và tập trung vào sự nhận thức về năng lượng, thông lượng, độ trễ, trong mạng cảm biến không dây

3 Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu của luận văn là: Nghiên cứu các giao thức định tuyến đa đường

trong mạng cảm biến không dây, từ đó nghiên cứu và mô phỏng thuật toán định tuyến đơn đường AODV, DSDV với định tuyến đa đường AOMDV trên phần mềm NS2 và đánh giá hiệu năng của giao thức

Mục tiêu cụ thể của luận văn là:

■ Nghiên cứu về các giao thức định tuyến đa đường hiện đang được áp dụng cho các mạng cảm biến, ngoài ra tác giả tập trung vào vấn đề năng lượng cho mạng cảm biến không dây, phân tích đánh giá và so sánh các loại giao thức định tuyến này

■ Nghiên cứu một số giao thức định tuyến đa đường, một số giao thức cải tiến

đã được nghiên cứu, tập trung vào giao thức AODV, DSDV và AOMDV Tìm hiểu cách hoạt động và mô phỏng, đánh giá giao thức này thông qua phần mềm NS2

■ Thực thi và phân tích đánh giá hiệu năng của giao thức dựa trên phần mềm NS2

4 Phương pháp luận nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu trong luận văn được kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu một số kết quả đã được nghiên cứu Về nghiên cứu lý thuyết, tác giả nghiên cứu khảo sát các giao thức định tuyến đa đường và tập trung vào vấn

đề năng lượng cho mạng cảm biến không dây dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã được công bố Tác giả thực hiện mô phỏng giao thức định tuyến AODV, DSDV, AOMDV từ đó tác giả đánh giá các kết quả dựa trên giao thức đã mô phỏng và kết luận về hiệu năng của giao thức định tuyến AODV, DSDV và AOMDV

5 Nội dung của luận văn

Luận án được trình bày thành 03 chương như sau:

Chương 1: Định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

Chương này trình bày những nghiên cứu về giao thức định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây, tìm hiểu các kết quả nghiên cứu khảo sát

và đánh giá về các giao thức định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

Chương 2: Một số giao thức định tuyến đa đường trong mạng cảm biến

không dây Chương này tìm hiểu một số giao thức định tuyến đa đường đã

được nghiên cứu và đánh giá điểm ưu, nhược của các giao thức Tập trung

nghiên cứu về vấn đề năng lượng Phân tích, đánh giá một số điểm mạnh, điểm yếu của một số giao thức đã và đang được nghiên cứu tập trung vào giao thức AODV, DSDV và AOMDV

Chương 3: Mô phỏng giao thức định tuyến AODV, DSDV và AOMDV

Giao thức này được mô phỏng nhằm đánh giá hoạt động và phân tích về một

số chỉ số về hiệu năng của các nút mạng dựa trên giao thức Cuối cùng, tác giả đưa ra một số kết luận về kết quả thực hiện luận văn và một số kiến nghị

đề xuất cho luận văn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG

TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

1.1 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Tiến bộ mới trong công nghệ truyền thông không dây và sản xuất các thiết bị không dây không tốn kém đã dẫn đến sự ra đời của mạng cảm biến không dây công suất thấp Do dễ dàng triển khai mạng và các chức năng đặc thù của các nút cảm biến, mạng cảm biến không dây đã được sử dụng cho một loạt các ứng dụng như y

tế, theo dõi mục tiêu, quan trắc môi trường, và rất nhiều những lĩnh vực khác [1]

Nhiệm vụ chính của các nút cảm biến trong mỗi ứng dụng là cảm nhận khu vực mục tiêu và truyền tải thông tin thu thập của nó đến nút nguồn Vấn đề về hạn chế nguồn lực của các nút cảm biến và công suất thấp của các nút cảm biến trong kết nối không dây.[2]

Kết hợp với nhu cầu hoạt động khác nhau của các ứng dụng khác nhau áp đặt nhiều thách thức trong việc thiết kế các giao thức truyền thông hiệu quả cho các mạng cảm biến không dây [3]

Trong khi đó, việc thiết kế các giao thức định tuyến phù hợp để đáp ứng nhu cầu hoạt động khác nhau của các ứng dụng khác nhau được coi là một vấn đề quan trọng trong mạng cảm biến không dây Trong bối cảnh này, các nhà nghiên cứu đã

đề xuất nhiều giao thức định tuyến để cải thiện nhu cầu hiệu suất của các ứng dụng khác nhau thông qua các lớp mạng của các mạng cảm biến không Hầu hết các giao thức định tuyến hiện có trong mạng cảm biến không dây đều được thiết kế dựa trên các chiến lược định tuyến đơn đường mà không xem xét những ảnh hưởng của cường độ tải lưu lượng khác nhau

Trong phương pháp này, mỗi nút nguồn chọn một con đường duy nhất mà có thể đáp ứng các yêu cầu hiệu suất của các ứng dụng dành cho truyền tải lưu lượng của nó về phía nút gốc Mặc dù các phương thức định tuyến đơn đường thông qua đơn đường cách tiếp cận định tuyến có thể được thực hiện với độ phức tạp tính toán tối thiểu và sử dụng nguồn lực, sự hạn chế của phương thức định tuyến đơn đường làm giảm thông lượng mạng đạt được Ví dụ, bất cứ khi nào các đường dẫn hoạt động không truyền tải các gói dữ liệu (như là hiệu quả của các nguồn cung cấp năng

lượng hạn chế của các nút cảm biến), việc tìm kiếm một con đường thay thế để tiếp tục quá trình truyền dữ liệu có thể gây ra lãng phí thêm và chậm trễ trong chuyển giao dữ liệu Vì vậy, do sự hạn chế nguồn lực của các nút cảm biến và công suất không cao của các kết nối không dây trong mạng cảm biến, phương pháp định tuyến đơn đường không thể được coi là phương pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu hiệu suất của các ứng dụng khác nhau

Để khắc phục với những hạn chế của các kỹ thuật định tuyến đơn đường, một loại chiến lược định tuyến, đó được gọi là phương pháp định tuyến đa đường đã trở thành như là một kỹ thuật đầy hứa hẹn trong cảm biến không dây

Việc truyền tải dữ liệu từ các khu vực mục tiêu về phía nút gốc là nhiệm vụ chính của các mạng cảm biến không dây, các phương pháp được sử dụng để chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa mỗi cặp nút nguồn - gốc là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết trong việc phát triển các mạng này

Khi các nhu cầu hoạt động của các mạng cảm biến không dây được ứng dụng

cụ thể, các giao thức định tuyến sẽ phải đáp ứng các yêu cầu QoS (Quality of Service) quản lý chất lượng dịch vụ của ứng dụng mà mạng được triển khai Ví dụ, những thách thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến cho các ứng dụng thời gian quan trọng (ví dụ, theo dõi mục tiêu và quản lý thiên tai) là khác nhau từ các vấn đề cần được xem xét trong việc phát triển các giao thức định tuyến cho các ứng dụng khác nhau

Nhiều giao thức định tuyến được đề xuất trong thập kỷ qua để giải quyết những thách thức định tuyến được áp đặt bởi các tính năng mới của mạng cảm biến Al-Karaki et al.[4]

Phân loại các giao thức định tuyến hiện có trong mạng cảm biến không dây

từ hai quan điểm khác nhau:

(1) Theo cấu trúc mạng

(2) Theo hoạt động của giao thức

Từ quan điểm cấu trúc mạng, các thuật toán định tuyến được phân loại theo cấu trúc phẳng, cấu trúc phân cấp và vị trí dựa trên các giao thức định tuyến

Giao thức định tuyến phẳng được thiết kế cho các mạng với các nút đồng

trong khi vai trò chuyển tiếp gói tin của nó cũng tương tự Theo cấu trúc đơn giản của kiến trúc mạng phẳng, các giao thức định tuyến cho thấy một số ưu điểm như chi phí thấp của topology bảo trì và khả năng phát hiện đa đường

Giao thức định tuyến phân cấp ban đầu được đề xuất để cải thiện khả năng

mở rộng mạng lưới và hiệu quả năng lượng thông qua các nút cluster Trong nhóm này của các giao thức định tuyến, tất cả các nút cảm biến được nhóm lại thành cụm

và một nút cluster trong mỗi cụm được phân công làm nút trưởng nhóm Mỗi đầu cluster là trách nhiệm xử lý các gói dữ liệu nhận được từ các nút cluster của nó, giao tiếp với nút đứng đầu nhóm khác hoặc các nút gốc, và phối hợp các nút cluster Ngược lại, tất cả các thành viên cluster sẽ cảm nhận được môi trường và chuyển tiếp dữ liệu thu thập của họ đối với nút đứng đầu cluster tương ứng cho các hoạt động tiếp theo

Từ quan điểm hoạt động giao thức, tất cả các giao thức định tuyến hiện có trong các danh mục nói trên có thể được phân chia thành các nhóm dựa trên truy vấn, dựa trên QoS, dựa trên giao thức và truyền dẫn Ý tưởng quan trọng trong việc thiết kế các giao thức định tuyến là để cung cấp thông tin liên lạc hiệu quả năng lượng bằng cách giảm sự thừa dữ liệu trong quá trình truyền dữ liệu Trong các giao thức mỗi nút cảm biến cho biết thêm một mô tả dữ liệu cao cấp để thu thập dữ liệu

và thực hiện một số cuộc đàm phán với các nút lân cận của nó để loại bỏ các gói dữ liệu trùng lặp

Trong các giao thức định tuyến dựa trên truy vấn, một nút gốc lan truyền một thông điệp truy vấn trên toàn mạng liên quan đến nhiệm vụ cảm biến mong muốn Nếu một nút cảm nhận bất kỳ thông tin liên quan, nó sẽ gửi lại dữ liệu thu thập được của nó về phía nút gốc qua con đường ngược lại Nhóm thứ ba của các giao thức định tuyến (ví dụ, các giao thức định tuyến dựa trên QoS) được thiết kế chủ yếu để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng QoS khác nhau (ví dụ, sự chậm trễ, độ tin cậy, và băng thông) Mục đích chính của các phương pháp này là thiết lập một quan

hệ giữa mức tiêu thụ năng lượng và chất lượng dữ liệu Ngược lại với các kỹ thuật định tuyến đơn đường chỉ xác định một con đường ngắn nhất đến nút gốc, giao thức định tuyến đa đường cho phép mỗi nút nguồn có thể tìm thấy nhiều đường đi về phía nút gốc để cải thiện hiệu suất mạng

Trong các mạng cảm biến không dây, tất cả các nút mạng hợp tác xử lý dữ liệu trong mạng, nhóm cuối cùng của các thuật toán định tuyến được dành riêng cho các giao thức định tuyến xử lý dữ liệu Trong nhóm này các gói dữ liệu được gửi đến tập hợp để giảm dữ liệu dự phòng Vì vậy hiệu quả năng lượng là mục đích chính của các giao thức định tuyến

1.2 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Với định tuyến đơn đường đến thời điểm hiện nay qua các nghiên cứu đã cho thấy việc định tuyến đơn đường không thể truyền dữ liệu tốc độ cao và hiệu quả trong các mạng cảm biến không dây Ngày nay các phương pháp định tuyến đa đường được sử dụng rộng rãi như là một trong những giải pháp có thể để đối phó với hạn chế này Phần này trình bày những kỹ thuật sử dụng phương pháp tiếp cận định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây Các vấn đề chính về thiết kế trong sự phát triển của các giao thức định tuyến đa đường hiện có

1.2.1 Một số phương pháp định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

1.2.1.1 Reliability and Fault-Tolerance

Do đặc điểm khả năng tính toán và năng lượng hạn chế của các mạng cảm biến, cấu trúc liên kết mạng lưới năng động, để thực hiện việc truyền tải dữ liệu đáng tin cậy trong các mạng không dây là một nhiệm vụ đầy thách thức.[7,8]

Sử dụng phương pháp tiếp cận định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây là để cung cấp khả năng phục hồi đường dẫn (đối với nút hoặc liên kết thất bại) và truyền tải dữ liệu đáng tin cậy Khi một nút cảm biến không thể chuyển tiếp các gói dữ liệu của nó về phía nút gốc, nó có thể được chuyển sang một hay một số nút khác trên đường truyền để tiếp tục thực hiện nhiệm vụ Thông qua cơ chế này luôn có sẵn một con đường thay thế từ một khu vực mục tiêu về phía nút gốc chuyển tiếp dữ liệu có thể được tiếp tục mà không có bất kỳ sự gián đoạn ngay

cả trong trường hợp không còn đường

Để nâng cao độ tin cậy nhiều con đường cũng có thể được sử dụng đồng thời

để truyền tải dữ liệu Có hai cách tiếp cận khác nhau để cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy thông qua đa tuyến đồng thời

- Phương pháp tiếp cận đầu tiên là dựa trên truyền nhiều bản sao của một gói dữ liệu gốc trên con đường khác nhau để đảm bảo phục hồi gói tin từ những thất bại trong quá trình truyền Thông qua kỹ thuật này độ tin cậy truyền tải dữ liệu có thể được đảm bảo, nếu dữ liệu chuyển tiếp qua tại một đường dẫn mới nhất được thực hiện thành công

- Mã hóa là một kỹ thuật được sử dụng bởi một số các giao thức hiện có để cung cấp cho nhu cầu độ tin cậy mong muốn của các ứng dụng khác nhau Dựa trên kỹ thuật mã hóa được sử dụng mỗi nút nguồn cho biết thêm một số thông tin bổ sung cho các gói dữ liệu ban đầu và sau đó phân phối các gói dữ liệu được tạo ra qua con đường khác nhau

Để tái tạo lại gói tin ban đầu một số lượng nhất định của các gói dữ liệu được truyền từ mỗi nút nguồn được đón nhận bởi các nút gốc Theo đó, nếu một vài nút trong đường dẫn không cung cấp một số gói dữ liệu đến nút gốc, độ tin cậy của việc truyền dữ liệu có thể được đảm bảo thông qua việc xây dựng lại các gói dữ liệu đã nhận thành công các gói dữ liệu bằng nút gốc

1.2.1.2 Load Balancing and Bandwidth Aggregation

Trong thực tế dữ liệu truyền đi trong các ứng dụng tốc độ cao của các nút cảm biến không dây dữ liệu dễ bị tắc nghẽn ảnh hưởng đến hiệu suất mạng Để xử lý vấn

đề này, dữ liệu thuật toán phổ biến của mạng cảm biến không dây để tăng dung lượng mạng bằng cách sử dụng nhiều tài nguyên mạng hơn Với mục đích này các phương pháp định tuyến đa đường có thể cung cấp các giải pháp tốt nhất để hỗ trợ các yêu cầu băng thông của các ứng dụng khác nhau và làm giảm khả năng tắc nghẽn mạng thông qua cách thức phân chia dữ liệu qua một số con đường Hơn nữa phân phối lưu lượng mạng qua các nút cảm biến hơn có thể gây ra nhiều vấn tiêu thụ năng lượng giữa các nút cảm biến và kéo dài tuổi thọ mạng

Trong mạng cảm biến định tuyến đơn đường, các nút cảm biến sử dụng một kênh không dây chia sẻ để giao tiếp với nhau, đồng thời sử dụng các đường dẫn kết quả liền kề trong các đường làm tăng xác suất va chạm gói tại các nút dọc theo con đường hoạt động Vấn đề này được gọi là hiệu ứng đường khớp nối và là hạn chế về hiệu quả hoạt động của các giao thức định tuyến đa đường

Vấn đề này đặt ra một thách thức lớn trong việc thiết kế các giao thức định tuyến đa đường hiệu quả Để giảm bớt những ảnh hưởng của vấn đề tuyến đường khớp nối, nhận biết vị trí định tuyến là một trong những kỹ thuật rõ ràng nhất để xây dựng mạng mà quá trình truyền tải không can thiệp vào đường đã xây dựng Tuy nhiên, để nhận biết vị trí các nút trong giao thức định tuyến bằng cách sử dụng anten định hướng cũng đòi hỏi phải có thiết bị phần cứng cụ thể mà có thể không có hiệu quả về chi phí trong khi chi phí thấp là tiêu chí trong các nút cảm biến không dây

Ngoài ra, trong khi truyền thông đa kênh có thể tăng lưu lượng mạng và giảm nhiễu liên node, nó đòi hỏi một cơ chế cụ thể về lớp MAC hỗ trợ chuyển mạch kênh Quan trọng hơn, thông tin liên lạc đa kênh trong băng tần 2,4 GHz được ảnh hưởng mạnh mẽ bởi sự can thiệp bên ngoài gây ra bởi chuẩn 802.11 của mạng và các thiết bị Bluetooth Theo đó các phương pháp này có thể không có những giải pháp hiệu quả để giảm thiểu những tác động tiêu cực của sự can thiệp trong nhiều ứng dụng.[9]

1.2.1.3 QoS Improvement:

QoS hỗ trợ về thông lượng mạng, end-to-end (kết nối giữa các nút mạng) về

độ trễ và tỷ lệ giao dữ liệu là một mục tiêu quan trọng trong việc thiết kế các giao thức định tuyến đa đường với nhiều loại mạng khác nhau.[10]

Lựa chọn con đường với các đặc tính khác nhau có thể được sử dụng để phân phối lưu lượng mạng dựa trên nhu cầu QoS của ứng dụng mà các giao thức định tuyến đa đường đã được thiết kế

Ví dụ: thời gian gói dữ liệu quan trọng có thể được truyền qua con đường công suất cao hơn với sự chậm trễ tối thiểu trong khi gói dữ liệu không quan trọng có thể được chuyển tiếp thông qua con đường không tối ưu với sự chậm trễ cao hơn Tuy nhiên do các vấn đề ở lớp liên kết trong mạng không dây đơn đường, cải thiện thông lượng mạng và tỷ lệ phân phối dữ liệu của định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây có thể không được dễ dàng như mạng có dây

1.2.2 Yếu tố cơ bản trong thiết kế các giao thức định tuyến đa đường

1.2.2.1 Lựa chọn nút cho đường định tuyến (Path Discovery):

Khi truyền dữ liệu trong mạng cảm biến không dây thường được thực hiện thông qua nhiều bước nhảy với các kỹ thuật chuyển tiếp dữ liệu, công việc chính của quá trình lựa chọn tuyến đường là để xác định một tập hợp các nút trung gian nên lựa chọn để xây dựng một số đường đi từ nút nguồn phía các nút gốc Các thông số khác nhau được sử dụng trong các giao thức định tuyến đa đường hiện có

để đưa ra quyết định định tuyến Trong số các thông số này, lượng nút trung gian là tiêu chí chính được sử dụng bởi tất cả các giao thức định tuyến đa đường hiện có để xây dựng một số đường đi từ mỗi nút cảm biến phía nút gốc

Như mô tả (hình 1.1) đường dẫn có thể được phân loại như phân chia đường theo nút, đường liên kết không liên tục, hoặc đường phân chia có phần rời nhau

Đối với phân chia đường theo nút không có nút phổ biến hoặc liên kết giữa các đường được lựa chọn Vì vậy bất kỳ nút hoặc liên kết thất bại trong một tập hợp các đường dẫn nút rời nhau chỉ ảnh hưởng đến các con đường có các nút không thực hiện thành công hoặc không liên kết được

Tuy nhiên do việc triển khai ngẫu nhiên của các nút cảm biến, rất khó để phát hiện ra một tập hợp lớn các nút tách rời con đường giữa các nút cảm biến và nút gốc Ngược lại các đường liên kết rời nhau có thể chứa một số các nút thông thường trong khi không có liên kết chia sẻ giữa các đường Theo đó bất kỳ lỗi nút trong một tập hợp các đường dẫn liên kết rời nhau có thể vô hiệu hóa một số con đường mà chia sẻ các nút không thành công Cuối cùng đường phân chia có phần rời nhau có thể bao gồm nhiều con đường, trong đó có thể chia sẻ một số liên kết hoặc nút giữa con đường khác nhau

Bất kỳ lỗi liên kết hoặc nút trong một tập hợp các đường dẫn phần có thể ảnh hưởng đến một số con đường Tuy nhiên xây dựng nhiều đường một phần tách rời nhau có thể dễ dàng thực hiện Về những ưu điểm và nhược điểm của các loại khác nhau của việc lựa chọn các con đường, mật độ nút trong mạng và yêu cầu thực hiện các ứng dụng cơ bản đóng một vai trò quan trọng để đưa ra quyết định tốt nhất giữa việc sử dụng nút phân chia đường, đường liên kết rời nhau hoặc đường phân chia một phần tách rời nhau

(a) (b) (c)

Hình 1.1: Một số cách lựa chọn nút

(a) Phân chia đường theo nút;

(b) Đường liên kết không liên tục;

(c) Đường phân chia một phần

Lượng nút trung gian là tiêu chí cơ bản cần được xem xét để phát hiện ra một tập hợp các đường dẫn, nhưng do tính chất thời gian khác nhau của thông tin vô tuyến và hạn chế nguồn lực của các nút cảm biến, chỉ xem xét tiêu chí này có thể không dẫn đến việc xây dựng đường dẫn dung lượng cao.[2]

Trong một số tình huống chỉ giả định số lượng nút trung gian cho xây dựng đường có thể dẫn đến việc xây dựng một số con đường có chất lượng thấp

Để giải quyết vấn đề này, ngoài số lượng các nút trung gian các thuật toán định tuyến khác nhau sử dụng các chức năng định tuyến chi phí khác nhau để đưa ra quyết định định tuyến tốt nhất dựa trên các ứng dụng liên quan đến nhu cầu thực hiện

Mục đích chính của một hàm chi phí định tuyến là để nắm bắt các thuộc tính của kết nối không dây và các nút cảm biến để tính toán chi phí truyền tải dữ liệu qua các đường khác nhau

Để đạt được mục tiêu này các chức năng định tuyến chi phí sử dụng trong các giao thức định tuyến đa đường hiện tại được tạo ra từ một số thành phần để đo lường khả năng của các nút khác nhau hoặc liên kết để cung cấp cho nhu cầu hiệu suất của các ứng dụng khác nhau (ví dụ: tối đa hóa thông lượng đường giảm thiểu

sự chậm trễ end-to-end và thậm chí là phân phối lưu lượng)

1.2.2.2 Lựa chọn đường và phân bổ lưu lượng (Path Selection and

Traffic Distribution)

Khi xây dựng nhiều đường đi mà một vấn đề quan trọng cần được giải quyết

là việc lựa chọn đủ số lượng các đường cho các mục đích truyền tải dữ liệu Theo các tiêu chí chính của mỗi thiết kế cho giao thức định tuyến đa đường, số lượng nhất định các con đường nên được lựa chọn để đáp ứng nhu cầu hoạt động của các ứng dụng dự kiến

Do đó đề xuất một cơ chế lựa chọn con đường hoàn hảo để lựa chọn đủ số lượng các con đường là một phần quan trọng nhất của thiết kế giao thức định tuyến

đa đường có hiệu suất cao Một giao thức định tuyến đơn đường có thể quyết định chỉ sử dụng một con đường tốt nhất để truyền dữ liệu và giữ đường dẫn bổ sung theo tuyến đường dự phòng cho các mục đích lỗi đường truyền

Ngược lại một giao thức định tuyến đa đường có thể sử dụng một số con đường đồng thời cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy hoặc phân phối dữ liệu cho cả các tuyến đường Tuy nhiên số lượng các đường dẫn đã chọn đóng một vai trò quan trọng để cải thiện các thông số với hiệu suất khác nhau Trong thực tế do sự can thiệp không dây giữa các nút lân cận sử dụng tất cả các con đường được xây dựng trong các mạng không dây dịnh tuyến đơn đường không nhất thiết phải cung cấp khả năng truyền tải dữ liệu cao hơn Tuy nhiên dữ liệu truyền tải qua một vài nút của con đường có thể không tận dụng hiệu quả các nguồn lực cơ bản của mạng cảm biến không dây dày đặc

Khi một tập hợp các đường dẫn được lựa chọn trong số các đường dẫn được xây dựng các giao thức định tuyến đa đường phải xác định làm thế nào để phân phối lưu lượng mạng trên con đường đã chọn Dựa trên các mục tiêu chính đằng sau thiết

kế của giao thức định tuyến đa đường khác nhau mà người ta có thể sử dụng cơ chế phân bổ lưu lượng khác nhau

Ví dụ: độ tin cậy truyền dẫn có thể được đảm bảo bằng cách xác định một mức độ nhất định của sự dư thừa dữ liệu trong quá trình chuyển dữ liệu dựa trên các yêu cầu độ tin cậy của các ứng dụng cơ bản Sau đó nút nguồn sẽ sử dụng một số đường dẫn để chuyển tiếp lưu lượng mạng được tạo ra về phía nút gốc Nếu ý tưởng chính là để cải thiện hiệu suất yêu cầu như thông lượng, tỷ lệ giao dữ liệu, sự chậm

trễ,… một cơ chế phân phối tải hiệu quả có thể được sử dụng để phân phối lưu lượng mạng trên những con đường xây dựng Hơn nữa để cải thiện việc sử dụng tài nguyên trên các con đường, tỷ lệ lưu lượng dữ liệu qua từng con đường phải được tính toán theo công suất đường

1.2.2.3 Tái tạo đường (Path Maintenance)

Do nhu cầu về tài nguyên và năng lượng của các nút cảm biến, các con đường đã được xây dựng rất dễ gây lỗi Vì vậy nhu cầu tái tạo và xây dựng lại các con đường là nhu cầu quan trọng phải được cung cấp để làm tăng khả năng truyền dẫn dữ liệu Đây là nhiệm vụ chính của giai đoạn tái tạo đường dẫn trong các giao thức định tuyến đa đường Quá trình tái tạo lại các con đường có thể được bắt đầu trong ba tình huống khác nhau:

(1) Khi một con đường hoạt động đã thất bại

(2) Khi tất cả các đường hoạt động đã thất bại

(3) Khi một số lượng nhất định các con đường hoạt động đã thất bại

Để bắt đầu quá trình tái tạo tuyến đường trong các tình huống thì phương pháp tiếp cận đầu tiên là tốn kém hơn so với hai cách tiếp cận còn lại, sử dụng chiến lược này đặt ra một chi phí cao Tuy nhiên việc thực hiện một quá trình tái tạo các con đường sau sự thất bại của tất cả các đường dẫn hoạt động có thể làm giảm đáng

kể hiệu suất mạng Vì vậy cách tiếp cận thứ ba có thể đại diện cho một phương thức lựa chọn giữa những ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp tiếp cận đầu tiên

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG

TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

2.1 PHÂN LOẠI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG

Dựa trên các vấn đề được đề cập trong chương 1, các ứng dụng khác nhau về nhu cầu, cơ chế lựa chọn đường dẫn và phân phối đường đi cụ thể (Hình 2.1) giới thiệu một phân loại toàn diện của các giao thức định tuyến đa đường được đề xuất cho các mạng cảm biến không dây Các giao thức định tuyến đa đường hiện tại được phân thành ba loại chính (Định tuyến bằng con đường luân phiên, định tuyến đa đường truyền dữ liệu đáng tin cậy, và định tuyến đa đường sử dụng hiệu quả nguồn lực), dựa trên việc lựa chọn đường dẫn và cơ chế phân phối lưu lượng sử dụng

Hình 2.1: Phân loại của giao thức định tuyến đa đường hiện có trong mạng

cảm biến không dây

(Hình 2.2) cho thấy ba loại chính của phương pháp tiếp cận đa tuyến và cải tiến theo thời gian

Định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây

Giao thức định tuyến

đa đường sử dụng hiệu quả nguồn lực

Mục tiêu:

- Kiểm soát tắc nghẽn đường truyền

- Gộp băng thông

- QoS hỗ trợ trễ, thông quan, tỷ lệ giao dữ liệu, và tuổi thọ mạng

Mục tiêu:

- Cải thiện đường truyền đáng tin cậy

Hình 2.2: Phân loại các phương pháp tiếp cận giao thức định tuyến đa đường 2.2 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG LUÂN PHIÊN (ALTERNATIVE PATH

Alternative Path

Routing

Directed Diffusion

Reliable Energy-Aware Routing

Braided Multipath Routing

ReInRorM N-to-1

Multipath Routing

H-SPREAD

MMSPEED

MCMP ECMP

Energy Efficient Multipath Routing

AOMDV- Inspired Multipath Routing I2MR

MR2

EECA

LIEMRO

EQSR DCHT

Thành phần chính của giao thức này bao gồm 4 thành phần : thông điệp interests, data messages, gradients và reinforcements Directed Disffusion sử dụng

mô hình Publish – and – subcribe trong đó một nút kiểm tra tại trạm gốc sẽ miêu tả mỗi thông điệp interest bằng một cặp thuộc tính – giá trị Thông điệp interests được xem như lời hỏi hay lời yêu cầu mà node cần dữ liệu nào đó gửi đến các node khác Node nào có thể đáp ứng được yêu cầu đó sẽ trả lời bằng dữ liệu tương ứng Trạm gốc phát thông điệp interests quảng bá và theo chu kỳ đến tất cả các node mạng để xác định xem có node nào có thể phát dữ liệu mà nó đang cần hay không

Mỗi node cảm biến có một interest cache để lưu trữ các entry interest khác nhau Mỗi một entry trong interest cache sẽ lưu trữ một interest khác nhau Các entry cache này sẽ lưu trữ 3 trường sau :

 Timestamp (nhãn thời gian) sẽ lưu trữ nhãn thời gian của interest nhận được sau cùng

 Nhiều trường gradient cho mỗi node lân cận, sẽ lưu trữ tốc độ và hướng mà

dữ liệu được gửi đi

 Trường duration chỉ ra thời gian sống của một interest

Một gradient có thể coi như là một liên kết phản hồi khi mà nhận được bản tin interest Việc truyền thông điệp interest qua mạng kết hợp với việc xây dựng các gradient (có thể xem như là hướng và tốc độ truyền) tại các node mạng hình thành liên kết giữa trạm gốc và các node có dữ liệu Một node khi nhận được thông điệp,

sẽ tiến hành kiểm tra thông điệp có trong interest với dữ liệu có trong interest cache của mình có phù hợp không Nếu có node sẽ tính tốc độ cao nhất trong số các đường gradiet liên kết với các node lân cận Sau đó nó thiết lập một phân hệ cảm biến để lấy mẫu các sự kiện ở mức tốc độ cao này Các node này sẽ gửi ra ngoài miêu tả về sự kiện cho các node lân cận có gradient Các node lân cận này sẽ nhận

dữ liệu và sẽ kiểm tra trong cache xem có entry nào phù hợp hay không, nếu không

có nó sẽ bỏ qua dữ liệu này, còn nếu phù hợp nó sẽ nhận dữ liệu các node này sẽ thêm bản tin vào cache dữ liệu và sau đó gửi bản tin dữ liệu cho các node lân cận

Bước 1: Truyền Interest Bước 2: Thiết lập Gradient ban đầu

Trong suốt pha cài đặt gradient trạm gốc tạo ra nhiều tuyến Trạm gốc có thể tăng chất lượng đường truyền bằng cách tăng tốc độ dữ liệu trong một hay nhiều trong số các đường vừa tạo Điều này đạt được thông qua quá trình path reinforcement Trạm gốc này có thể sử dụng sự hỗ trợ của một số các node lân cận

Để làm được điều này trạm gốc có thể gửi lại bản tin interest nguồn ở tốc độ cao hơn thông qua các đường dẫn được chọn, nhờ việc tăng cường các node nguồn trên đường dẫn để gửi dữ liệu thường xuyên hơn Như vậy đường có chất lượng tốt nhất

Nguồn

Sự kiện

Sink Interests

Nguồn

Sự kiện

Sink Gradients

sẽ được giữ lại trong khi bỏ đi các đường còn lại Sau khi xây dựng xong tuyến liên lạc từ trạm gốc đến node có dữ liệu, thì quá trình truyền dữ liệu bắt đầu được thực hiện.(Hình 2.6) mô tả quá trình truyền dữ liệu Directed Disffusion có một ưu điểm, nếu một đường dẫn nào đó giữa trạm gốc và một node bị lỗi do tác động của kênh truyền hay do node không đủ năng lượng để hoạt động thì vẫn có thể phát hiện được dựa vào tốc độ dữ liệu bị giảm hay bị mất dữ liệu Lúc này một đường có tốc độ dữ liệu thấp hơn sẽ được dùng để thay thế cho đường bị hỏng Kỹ thuật định tuyến Directed Disffusion có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, ổn định với môi trường mạng có đặc tính động

Tính năng

Giao thức

Cách thức tạo đường

Duy trì đường dẫn

Phân phối lưu lượng

Số đường được tạo

Cách lựa chọn đường

Các thông số cải thiện hiệu suất

Lan truyền

theo hướng

Một phần tách rời

Được tạo khi tất cả các đường bị thất bại

Không Không giới

Giao thức kết

hợp nhiều

đường

Một phần tách rời

Được tạo khi tất cả các đường bị thất bại

Không Không giới

hạn Nút gốc

- Tỷ lệ mất gói do không chậm trễ đường truyền dữ liệu gây ra bởi sự thất bại đường

- Tỷ lệ mất gói do không có đường

- Phát hiện đường và duy trì đường

- Tỷ lệ mất gói do không có đường

- Tuổi thọ của mạng

Bảng 2.1: Tổng hợp của các giao thức định tuyến đa đường luân phiên

2.2.2 Giao thức kết hợp nhiều đường (Braided Multipath Routing)

Là một giao thức định tuyến đa đường được đề nghị để cung cấp chịu lỗi định tuyến trong mạng cảm biến không dây.[12]

Giao thức này sử dụng một cách tiếp cận tương tự như cách thức tái tạo lại con đường để xây dựng một số con đường một phần tách rời nhau Một hình thức chung của những đường đi được trình bày trong (hình 2.4)

Hình 2.4: Giao thức kết hợp nhiều đường

Giao thức này sử dụng hai loại thông điệp của con đường để xây dựng con đường một phần tách rời nhau Xây dựng con đường được khởi động thông qua việc gửi một thông điệp tăng cường đường dẫn chính bởi các nút gốc vào nút lân cận tốt nhất của mình về phía nút nguồn

Ví dụ: trong (hình 2.4) các nút gốc sẽ gửi thông báo tăng cường đường dẫn chính đến nút D Khi một node trung gian nhận được một thông báo tăng cường đường dẫn chính, nó sẽ chuyển thông điệp này đến nút lân cận tốt nhất của mình về phía nút nguồn

Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi hoàn thành đường dẫn chính tới nút nguồn Ngoài quá trình xây dựng con đường chính, nút nguồn và tất cả các nút trung gian dọc theo con đường chính xây dựng một con đường thay thế xung quanh các nút lân cận của nó

Con đường thay thế này đi qua các nút lân cận, mà không có trong các con đường chính Để đạt được mục tiêu này, bất cứ khi nào các nút nguồn và các nút trung gian gửi ra thông điệp gia cố đường dẫn chính, nó cũng tạo ra một thông tin gia cố đường dẫn thay thế và gửi thông điệp này đến nút lân cận phù hợp tiếp theo của nó về phía nút nguồn

Ví dụ: (hình 2.4) các nút gốc gửi một thông báo gia cố đường dẫn thay thế tới nút G để thiết lập một đường dẫn sao lưu xung quanh nút D

Trong quá trình này bất cứ khi nào một node trung gian, mà không phải là

thay thế, cần chuyển tiếp thông tin này tới nút tiếp theo và tốt nhất trong những nút láng giềng của nó Quá trình này chấm dứt sau khi nhận được thông báo này bằng một trong các nút dọc theo con đường chính

Kết quả là, mỗi nút trung gian dọc theo con đường chính xây dựng một đường dẫn sao lưu trên nút tiếp theo (nút láng giềng) của nó trên con đường chính thông qua truyền thông tăng cường cho đường dẫn thay thế Thông qua việc thiết lập các đường dẫn một phần tách rời nhau giữa các nguồn và các nút, bất cứ khi nào các con đường chính bị lỗi thì việc chuyển tiếp các gói tin dữ liệu về phía nút gốc, một trong những con đường khác nhau được xây dựng có thể được sử dụng để tránh thất bại trong quá trình truyền dữ liệu

Tuy nhiên giao thức này chỉ sử dụng một đường truyền dữ liệu, thông to-end được giới hạn năng lực của một con đường duy nhất Bên cạnh đó kể từ khi phương pháp này được thiết kế dựa trên các nguyên tắc của việc tái tạo lại các con đường, những hạn chế của việc tái tạo cũng có thể được áp dụng cho các giao thức này

end-2.2.3 Giao thức định tuyến đa đường truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả năng lượng (Reliable and Energy-Aware Multipath Routing)

Được thiết kế để giảm thiểu các yêu cầu hiệu suất năng lượng của mạng cảm biến không dây, trong khi cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy thông qua việc duy trì một đường dẫn sao lưu từ mỗi nút nguồn phía nút gốc Tương tự như các giao thức trình bày ở trên, các hoạt động định tuyến trong giao thức này cũng được khởi tạo bởi các nút gốc Bằng cách này, bất cứ khi nào các nút gốc nhận được một tín hiệu từ một nút nguồn và không có đường dẫn hoạt động về phía nút nguồn, bắt đầu một quá trình tìm kiếm con đường thông qua các tín hiệu yêu cầu dịch vụ đường đi Sau khi tiếp nhận các thông điệp yêu cầu dịch vụ đường tại nút nguồn, nút thu truyền tin gửi tín hiệu con đường về phía nút gốc (thông qua con đường ngược lại)

để khẳng định con đường phát hiện

Trong khi các tín hiệu về đường di chuyển từ nút nguồn phía nút gốc, bất cứ khi nào một nút dọc theo con đường ngược lại nhận được thông báo này, nó đã dành một phần của mức pin còn lại của nó để truyền dữ liệu qua con đường này Quá trình xây dựng dịch vụ đường kết thúc bằng cách nhận được tín hiệu con đường tại

nút gốc Sau đó, nút nguồn có thể truyền tải các gói dữ liệu của nó về phía nút gốc qua con đường đã xây dựng Sau khi xây dựng các tín hiệu con đường, gốc nút khởi tạo một quá trình truyền tin trên con đường để thiết lập một đường dẫn sao lưu về phía nút nguồn cùng một thông điệp phát hiện đường dẫn sao lưu

Trong quá trình này, các nút trung gian, không trong quá trình tham gia con đường đã tạo lập, phát sóng các đường dẫn sao lưu tin khám phá để nhận được tín hiệu từ các nút lân cận Do đó một con đường với các nút rời nhau được tạo ra để cung cấp khả năng chịu lỗi trong trường hợp thất bại đường truyền đã xây dựng

Mặc dù giao thức này cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả năng lượng, tuy nhiên nó phải gánh chịu sự bất lợi chính của con đường chiến lược định tuyến thay thế: năng lực end-to-end được giới hạn bởi khả năng của một con đường duy nhất Quan trọng hơn, giao thức này đã bỏ qua những ảnh hưởng của sự can thiệp không dây và kết nối không đáng tin cậy về năng lượng cần thiết để truyền dữ liệu thành công

2.3 ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƯỜNG ĐỒNG THỜI (Concurrent Multipath

độ tin cậy của các ứng dụng khác nhau Phần còn lại của phần này giải thích chi tiết trong các cơ chế phát hiện tuyến đường được sử dụng trong một vài trong số các giao thức định tuyến đa đường đáng tin cậy dựa trên hiện trạng và điều tra về những lợi thế và bất lợi của nó (Bảng 2.2) tóm tắt các hoạt động chính của các giao thức định tuyến đa đường được lựa chọn đáng tin cậy dựa trên cung cấp một cái nhìn tổng quan hơn về các tính năng chính của các giao thức này

2.3.1.1 Thông tin đáng tin cậy Forwarding (ReInForm)

Sử dụng nhiều đường dẫn trong mạng cảm biến, sử dụng kỹ thuật nhân bản gói tin để cung cấp độ tin cậy mong muốn truyền tải dữ liệu cho mỗi ứng dụng.[13]

Trong phương pháp này, bất cứ khi nào một nút nguồn muốn chuyển tiếp lưu lượng của nó về phía nút gốc, đầu tiên xác định độ tin cậy truyền tải dữ liệu cần thiết dựa trên tầm quan trọng của dữ liệu thu thập được Sau đó, các nút nguồn cho biết thêm một số thông tin (ví dụ, tỷ lệ lỗi kênh hiện tại, số bước về phía nút gốc, và

độ tin cậy mong muốn) như cung cấp thông tin về giá trị trên của độ trễ DPS (Dynamic Packet State) các trường để các gói dữ liệu và gửi nhiều bản sao của các gói dữ liệu được tạo ra trên một số con đường.[5]

Nút nguồn xác định số lượng cần thiết của đường dẫn để thực hiện các yêu cầu độ tin cậy của các thông tin thu thập được theo các lĩnh vực DPS của các gói dữ liệu Trong quá trình truyền dữ liệu, tất cả các nút trung gian sử dụng các thông tin được cung cấp bởi các trường DPS trong các gói dữ liệu nhận được để xác định số lượng các bản sao đó nên được chuyển đến các nút lân cận next-hop của nó Quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả các gói dữ liệu được truyền đến nút gốc

Theo các hoạt động chính của giao thức này, ReInForm cố gắng để cải thiện

độ tin cậy truyền tải dữ liệu thông qua việc sử dụng các kỹ thuật nhân bản gói tin tại tất cả các nút cảm biến có liên quan trong quá trình truyền dữ liệu Theo đó, độ tin cậy cao của giao thức này là đạt được với chi phí cao của tiêu thụ năng lượng và sử dụng băng thông, đó là trái ngược với những đòi hỏi chính của các nút cảm biến có nguồn lực hạn chế

Tính năng

Giao thức

Cách thức tạo đường

Duy trì đường dẫn

Phân phối lưu lượng

Cơ chế thực hiện

Số đường được tạo

Cách lựa chọn đường

Các thông số cải thiện hiệu suất

ReInForm

Phân chia theo liên kết

Không

đề cập

Nhiều bản sao của mỗi gói

Sao chép các gói dữ liệu gốc

Dựa trên cơ sở xác thực Nút nguồn Tin cậy

N-to-1

Multipath

Routing

Phân chia theo nút

Không

đề cập

Tách rời mỗi gói

Đảm bảo từng gói tin

Không giới hạn

Nút nguồn;

Các nút trung gian

Tin cậy

H-SPREAD

Phân chia theo nút

Không

đề cập

Tách rời mỗi gói Mã hóa Không giới hạn

Nút nguồn Các nút trung gian

Tin cậy Bảo mật

MMSPEED

Phân chia một phần

Không

đề cập

Nhiều bản sao của mỗi gói

Sao chép các gói dữ liệu gốc

Dựa trên cơ sở xác thực

Nút nguồn Các nút trung gian

Tin cậy

Độ trễ

MCMP

Phân chia một phần

Không

đề cập

Nhiều bản sao của mỗi gói

Sao chép các gói dữ liệu gốc

Dựa trên cơ sở xác thực

Các nút trung gian

Tỷ lệ giao dữ liệu

Độ trễ

ECMP

Phân chia một phần

Không

đề cập

Nhiều bản sao của mỗi gói

Sao chép các gói dữ liệu gốc

Dựa vào độ tin cậy và năng lượng tiêu thụ mong muốn truyền dữ liệu qua liên kết

Các nút trung gian

Tỷ lệ giao dữ liệu Tăng tuổi thọ của mạng

Độ trễ

DCHT

Phân chia theo nút

Không

đề cập

Hai bản sao của mỗi gói tin trên hai con đường

Mã hóa Không giới hạn Nút nguồn

Tỷ lệ giao dữ liệu

Độ trễ

EQSR

Phân chia theo nút

Không

đề cập

Tách rời mỗi gói Mã hóa

Căn cứ vào khả năng cung cấp

dữ liệu thành công trên con đường hoạt động

Nút nguồn Các nút trung gian

Tỷ lệ giao dữ liệu

Độ trễ

Bảng 2.2: Tóm tắt các giao thức định tuyến đa đường được lựa chọn được thiết

kế để cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy

2.3.1.2 Giao thức định tuyến đa đường N-to-1(N-to-1 Multipath Routing)

Được đề xuất theo mô hình giao thông trong các mạng cảm biến không dây Mục đích chính là để tạo ra đồng thời nhiều đường có nút tách rời khỏi tất cả các

Hơn nữa, trong giai đoạn truyền dữ liệu, tất cả các nút trung gian sử dụng kỹ thuật tại mỗi bước nhảy để cải thiện độ tin cậy dữ liệu truyền Toàn bộ hoạt động định tuyến trong định tuyến đa đường N-to-1 được thực hiện thông qua một chiến lược đơn giản trong hai giai đoạn

Các nút gốc bắt đầu giai đoạn đầu tiên của tuyến đường thông qua phát sóng một tin cập nhật định tuyến Giai đoạn này, được gọi là chi nhánh, sử dụng một kỹ thuật đơn giản để xây dựng một cây bao trùm và khám phá được nhiều đường dẫn

từ các nút cảm biến hướng tới một nút gốc duy nhất Trong giai đoạn này, mỗi node cảm biến nhận được một thông báo cập nhật tuyến đường cho lần đầu tiên, chọn nút gửi tin nhắn này là nút trước của nó về phía nút gốc Ngoài ra, nếu một node trung gian nhận được một thông báo cập nhật tuyến đường từ một nút láng giềng đó giới thiệu một con đường node-tách rời thay thế thông qua một chi nhánh khác nhau của cây bao trùm, nó bổ sung thêm đường dẫn này vào bảng định tuyến của nó

Quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả các nút cảm biến phát hiện ra con đường chính của nó về phía nút gốc và một cây bao trùm giống như (hình 2.5 (a)) được xây dựng thông qua tất cả các nút Sau đó, giai đoạn thứ hai của giao thức này được khởi tạo để tìm những con đường khác từ mỗi nút cảm biến phía nút gốc với việc sử dụng các kỹ thuật mở rộng đường truyền Vì nó có thể được nhìn thấy từ (hình 2.5 (b)) mỗi liên kết giữa hai nút, thuộc các đường khác nhau của cây bao trùm xây dựng có thể giúp thiết lập một đường dẫn bổ sung từ các nút về phía nút gốc

Theo đó, mục đích chính của kỹ thuật sử dụng phần mở rộng đa đường trong giai đoạn thứ hai là để trao đổi một số thông tin liên quan đến các đường dẫn node-rời nhau được phát hiện ở giai đoạn đầu tiên giữa các nút thuộc các đường khác nhau của cây bao trùm

Vào cuối giai đoạn này, một cây định tuyến tương tự như (Hình 2.5 (b)) được xây dựng bởi tất cả các nút cảm biến Cuối cùng, các nút trên đường truyền chia thành nhiều phân đoạn và phân phối các phân đoạn dữ liệu qua các đường dẫn phát hiện

Trong thực tế, các giao thức này sử dụng các chiến lược chuyển tiếp đơn đường truyền cho mỗi phân đoạn dữ liệu, trong khi tất cả các nút trung gian sử dụng

một thích ứng cho mỗi gói tận dụng kỹ thuật để cung cấp phục hồi dữ liệu nhanh từ nút hoặc liên kết thất bại dọc theo con đường hoạt động

Hình 2.5: Xây dựng giao thức định tuyến đa đường

(a) Giao thức định tuyến đa đường N-to-1 được xây dựng (Spanning tree constructed by initial flooding in N-to-1 Multipath Routing Protocol)

(b) Xây dựng đường truyền dựa trên kỹ thuật mở rộng đa đường (Multipath discovery using multipath extension flooding mechanism)

N-to-1 là giao thức định tuyến đa đường sử dụng các phương thức phát sóng của đài phát thanh truyền thông để xây dựng một số con đường node-tách rời khỏi các nút cảm biến phía nút gốc mà không sử dụng các gói điều khiển bổ sung

Giao thức này cũng sử dụng tín hiệu sẵn có của một số con đường tại các nút trung gian để cải thiện độ tin cậy của giao gói tin bằng cách sử dụng một chiến lược tận dụng gói tại mỗi bước nhảy Tuy nhiên, sử dụng một chiến lược đơn giản như vậy không thể cho kết quả trong việc xây dựng con đường chất lượng cao với sự can thiệp tối thiểu

Theo các hoạt động của giao thức này, tất cả các con đường xây dựng nằm trong khoảng cách vật lý của mỗi đường truyền dữ liệu khác nhau và đồng thời trên những con đường có thể làm giảm hiệu suất mạng

Cải tiến phương pháp N-to-1: H-SPREAD

Kết hợp các quá trình xây dựng con đường được giới thiệu trong giao thức định tuyến đa đường N-to-1 với một kỹ thuật truyền dữ liệu lai để cải thiện độ tin

thế về sự đa dạng của con đường đa dữ liệu chuyển tiếp để chống lại sự thất bại nút hoặc đường dẫn bị tổn hại

Theo phương pháp này, các gói dữ liệu có thể được chuyển một cách an toàn đối với các nút gốc ngay cả khi một số lượng nhỏ các nút hoặc đường dẫn đã không thành công hoặc đang bị tổn hại trong quá trình truyền dữ liệu Trong thuật toán này, nút nguồn chia mỗi gói dữ liệu vào nhiều nút con, M1, M2, M3, , Mn, thông qua sử dụng các chiến lược chia sẻ bí mật và sau đó truyền về phía nút gốc qua con đường khác nhau

Dựa trên các đặc điểm đặc biệt của các ngưỡng cơ chế chia sẻ dữ liệu, ngay

cả khi một số lượng nhất định các con đường đã thất bại do sự liên kết hoặc nút thất bại, các thông báo ban đầu vẫn có thể được lấy thông qua các tín hiệu đã nhận khác tại nút đích Tuy nhiên, kể từ khi phương pháp này sử dụng các thuật toán N-to-1 để xây dựng định tuyến nhiều đường, giao thức này có thể bị ảnh hưởng của sự can thiệp không dây

Vì vậy, tỷ lệ mất gói cao do nhiễu có thể làm giảm khả năng thu hồi gói thành công tại nút gốc Hơn nữa, H-SPREAD chỉ cải thiện độ tin cậy và bảo mật của chuyển giao dữ liệu trong mạng, nhưng nó không thể tăng cường an ninh của các nút riêng lẻ

2.3.1.3 Multipath Multispeed Protocol (MMSPEED)

Được thiết kế dựa trên các phương pháp thiết kế lớp chéo giữa mạng và lớp MAC để cung cấp QoS khác biệt về độ tin cậy và kịp thời [15]

Trên cơ sở độ tin cậy và kịp thời, MMSPEED mở rộng giao thức thông qua giới thiệu nhiều cấp tốc độ để đảm bảo truyền kịp thời các gói tin

Các khái niệm tốc độ sử dụng trong giao thức này có thể được thực hiện thông qua (hình 7) Giả sử nút A chuyển tiếp một gói dữ liệu ngay lập tức nó nút lân cận B, mà có thể làm giảm khoảng cách địa lý còn lại đến đích (tức là, node C) về dmeters Theo ước tính của sự chậm trễ truyền tải dữ liệu qua liên kết AB (tức là, delayA-B), tốc độ đạt được về phía đích thông qua chuyển tiếp gói dữ liệu này đến nút B có thể được tính như SpeedA-B = (distanceA-C - distanceB- C) / delayA-B Trong lĩnh vực độ tin cậy, yêu cầu độ tin cậy của các ứng dụng khác nhau được thỏa mãn thông qua sử dụng một chiến lược chuyển tiếp đa xác suất

Dựa theo khoảng cách có thể chọn nút B là nút giao tiếp theo hướng đến đích

Hình 2.6: Tiến độ từ nút A đến nút B về phía nút đích

Để đáp ứng yêu cầu sự chậm trễ của các ứng dụng khác nhau, MMSPEED

mở rộng giao thức SPEED để cung cấp lớp tốc độ khác nhau trong một mạng đơn Theo đó, đối với M lớp tốc độ ảo tồn tại M SetSpeeds khác nhau Trong giao thức này, các gói dữ liệu được gán cho lớp tốc độ thích hợp để được đặt trong hàng đợi phù hợp theo thể loại tốc độ của nó Sau đó, các gói dữ liệu được phục vụ trong

chính sách FCFS (First Come, First Served)

Cơ chế này đảm bảo rằng các gói ưu tiên cao được phục vụ trước khi các gói

ưu tiên thấp Tuy nhiên, sự tranh chấp dựa trên giao thức MAC sử dụng cơ chế CSMA/CA để thực hiện truy cập kênh, sử dụng một chương trình truyền dữ liệu ưu tiên của tại tầng mạng hiện tại không nhất thiết phải ưu tiên truyền dữ liệu với các lớp liên kết Do đó, lợi ích MMSPEEAD từ một cơ chế truy cập trung ưu tiên thông qua tương tác lớp chéo

Theo mô tả ở trên, bất cứ khi nào một nút nguồn muốn gửi một gói dữ liệu đối với các điểm đến, nó quyết định yêu cầu tốc độ của các gói dữ liệu dựa trên khoảng cách của nó tới đích và thời hạn quy định của end-to-end Sau đó, việc phân loại của các nút nguồn chọn layer tốc độ tương ứng mà có thể đáp ứng các yêu cầu

về tốc độ của các gói dữ liệu

Các mô-đun lớp tốc độ được chọn thực hiện tất cả các quyết định định tuyến

định tuyến được thực hiện dựa trên sự tiến bộ tốc độ có thể đạt được bởi mỗi nút trung gian Hơn nữa, nếu một node trung gian nhận được một gói dữ liệu và nó nhận thấy rằng gói này không thể đáp ứng thời hạn của nó xác định thông qua các lớp tốc độ được chọn, nút nhận có thể thiết lập một lớp tốc độ để đáp ứng các yêu cầu về thời hạn của gói tin Từ góc độ tin cậy, lợi ích MMSPEED từ các tín hiệu đa dạng đường trên đi của phương pháp tiếp cận định tuyến đa đường để đảm bảo yêu cầu về độ tin cậy của mỗi gói dữ liệu

Giao thức này cung cấp độ tin cậy khác biệt thông qua việc kiểm soát số lượng các đường dẫn hoạt động và gửi nhiều bản sao của các gói dữ liệu gốc trên một số con đường Theo đó, mỗi node trung gian chọn một tập hợp các nút lân cận next-hop về phía nút đích

Như đã đề cập ở trên, MMSPEED cung cấp một đảm bảo QoS xác suất trong hai lĩnh vực khác nhau thông qua việc kết hợp kỹ thuật chuyển tiếp địa lý với một cách tiếp cận đa tuyến Để đáp ứng yêu cầu trì hoãn khác nhau, mỗi nút trung gian

cố gắng để chuyển tiếp gói dữ liệu nhận được nó đến nút lân cận, mà là gần hơn với các node đích để cung cấp một sự tiến bộ tốc độ tốt

Tuy nhiên, theo kết quả thử nghiệm, xác suất truyền dữ liệu thành công hơn công suất thấp kết nối không dây còn phụ thuộc vào khoảng cách gửi-nhận và cách thức gửi- nhận Vì vậy, sử dụng định tuyến địa lý không nhất thiết phải cải thiện số liệu hiệu suất mạng Hơn nữa, khi truyền tải dữ liệu qua kết nối dài làm tăng thêm năng lượng cần thiết để truyền dữ liệu, giao thức này có thể không hỗ trợ các ứng dụng suốt đời [7]

2.3.1.4 Khắc phục hạn chế chất lượng dịch vụ đảm bảo cho băng thông

và độ trễ (Multi-Constrained QoS Multipath Routing - MCMP)

Được thiết kế chủ yếu để cung cấp đảm bảo QoS về độ tin cậy và sự chậm trễ Các vấn đề kết nối giữa các nút nguồn - đích QoS được xây dựng là cách lập trình xác suất và sau đó nó được chuyển đổi thành một lập trình tuyến tính xác định bằng cách sử dụng một kỹ thuật xấp xỉ Vì vậy, MCMP được phát triển theo phương pháp lập trình tuyến tính và là một khoảng xác định của các nút nguồn đến gốc về vấn đề QoS

Sử dụng phương trình (2.1) và (2.2), bản đồ MCMP sự chậm trễ và độ tin cậy của các liên kết dọc theo những con đường khác nhau đối với các nút gốc đến

sự chậm trễ và độ tin cậy yêu cầu các nút nguồn đến gốc của các ứng dụng khác nhau:

Trong đó: L đại diện cho các yêu cầu sự chậm trễ và độ tin cậy tại nút i

Di là sự chậm trễ của một gói tin tại nút i

Ri là phần nhỏ trong số các yêu cầu độ tin cậy giao cho con đường đi qua nút i và hi là số bước nhảy từ nút i đến nút gốc

MCMP sử dụng hai chiến lược khác nhau để đáp ứng nhu cầu chậm trễ và độ tin cậy của các ứng dụng mạng cảm biến không dây Trong quá trình lựa chọn các tuyến đường, tất cả các nút trung gian sử dụng phương trình (2.1) để chọn các nút lân cận và đáp ứng các yêu cầu sự chậm trễ của các ứng dụng dự định

Để đáp ứng độ tin cậy, mỗi nút chọn một hoặc một tập hợp các nút lân cận của nó cung cấp độ tin cậy mong muốn về phía nút gốc Vì vậy, ở cuối quá trình phát hiện con đường, mỗi nút nguồn sẽ phát hiện ra một tập hợp các đường dẫn một phần tách rời nhau mà có thể đáp ứng cùng với sự chậm trễ và độ tin cậy yêu cầu của các ứng dụng đích (Hình 2.7) thể hiện một tập hợp các đường dẫn phát hiện bằng cách sử dụng giao thức MCMP Theo cấu trúc của những con đường xây dựng, nguồn và các nút trung gian phát hiện ra nhiều đường nhánh phía nút gốc, nó gửi nhiều bản sao của các gói dữ liệu từ nút nguồn đến nút gốc qua các đường nhánh khác nhau đường dẫn để cung cấp độ tin cậy

Ví dụ: trong (hình 2.7) nút G nên chuyển hai bản sao của các gói dữ liệu nhận được nó về phía nút gốc qua nút H và nút I

Các dự phòng dữ liệu giới thiệu của MCMP là bất lợi chính của giao thức này Hơn nữa, khi con đường một phần tách rời nhau thường nằm gần nhau, truyền tải dữ liệu tốc độ cao gây nhiễu đáng kể Điều này rất ảnh hưởng đến tốc độ truyền

dữ liệu tối đa đạt được bằng cách sử dụng giao thức này

i

i d

t

h

D D

i

h i T

(2.1.)

(2.2.)