Bài giảng Mạng AD Hoc không dây TEL 1430

ví dụ, độ tin tưởng địa lý thích ứng, hay GAF). Thách thức đối với tất cả các giao thức định tuyến đa bước (multichặng) là đánh giá sự cân bằng giữa tiết kiệm năng lượng bằng cách định tuyến thông minh và tổng lưu lượng cần thiết để có được thông tin định tuyến, đặc biệt là khi đối mặt với những bất ổn gây ra bởi tính di động, các kênh biến đổi thời gian,... 5.5. Giao thức AODV 5.5.1. Giới thiệu chung về giao thức AODV Giao thức định tuyến adhoc vector khoảng cách theo yêu cầu (AODV) cung cấp một phương pháp định tuyến trong mạng ad hoc di động. Điều này có nghĩa là các tuyến đường chỉ được thành lập khi cần thiết để giảm tổng lưu lượng. AODV hỗ trợ unicast, broadcast, và multicast mà không cần bất kỳ giao thức nào khác. Việc mất liên kết có thể được sửa chữa cục bộ rất hiệu quả. 5.5.2. Tìm đường Khi một nguồn có dữ liệu để truyền tải đến một điểm đến chưa xác định, nó phát một yêu cầu định tuyến (RREQ) cho điểm đến đó. Tại mỗi nút trung gian, khi một RREQ được nhận, một đường đến nguồn được tạo ra. Nếu một nút nhận, mà không nhận được RREQ này từ trước, không phải là đích đến, và không có một định tuyến hiện tại đến đích, nó sẽ phát quảng bá lại các RREQ. Nếu nút nhận là điểm đến hoặc có một định tuyến hiện tại đến đích, nó sẽ tạo ra một định tuyến trả lời (RREP). Các RREP là unicast theo cách chặng-by-chặng đến nguồn. Khi truyền RREP, mỗi nút trung gian tạo ra một tuyến đường đến đích. Khi nguồn nhận được RREP, nó ghi lại các định tuyến đến đích và có thể bắt đầu gửi dữ liệu. Nếu nguồn nhận được nhiều RREPs, các định tuyến với số chặng ngắn nhất sẽ được chọn. Khi dữ liệu được truyền từ nguồn đến đích, mỗi nút dọc theo tuyến đường cập nhật định thời liên kết với các tuyến đường đến nguồn và đích, duy trì các tuyến đường trong bảng định tuyến. Nếu một tuyến đường không được sử dụng trong một khoảng thời gian, các nút loại bỏ tuyến đường này khỏi bảng định tuyến của nó. PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 144 5.5.3. Bảo trì định tuyến Bảo trì định tuyến được thực hiện như sau: Nếu dữ liệu đang lưu thông và phát hiện thấy một liên kết bị đứt, một lỗi định tuyến (RERR) được gửi đến nguồn của dữ liệu theo kiểu chặng-by-chặng. Khi RERR truyền tới nguồn, mỗi nút trung gian huỷ các tuyến đường đến các điểm đích không thể truy cập. Khi nguồn của dữ liệu nhận được RERR, nó huỷ định tuyến và khởi tạo lại việc tìm đường nếu cần thiết. 5.6 Định tuyến tính đến năng lượng cục bộ dựa trên AODV 5.5.4. Giới thiệu Mục đích của Lear-AODV là để cân bằng mức tiêu thụ năng lượng trên toàn mạng. Điều này được thực hiện bằng cách cho phép các nút chọn xem chúng sẽ là một phần của một tuyến đường hay không. Việc lựa chọn được dựa trên năng lượng pin còn lại mà một nút có. Nói cách khác, một nút có thể chọn để giảm tần suất tham gia vào chuyển tiếp dữ liệu và do đó tiết kiệm điện. Giao thức phải kết hợp một cơ chế để tránh tình trạng thiếu các nút chuyển tiếp do hành vi ích kỷ. Để thực hiện tất cả những điều này, các thủ tục tìm đường và bảo trì tuyến của AODV được sửa đổi. 5.5.5. Tìm đường Trong quá trình tìm đường, khi một nút trung gian nhận được một gói yêu cầu định tuyến, đầu tiên nó kiểm tra năng lượng pin còn lại. Nếu ít hơn một ngưỡng định trước, gói yêu cầu định tuyến bị bỏ và các nút thông báo điều này bằng cách phát một gói ADJUST_Thr. Điều này có nghĩa là các nút sẽ không chuyển tiếp các gói dữ liệu trên danh nghĩa của nút nguồn gửi yêu cầu định tuyến. Nếu không, nếu nút trung gian có đủ năng lượng pin, nó truyền lại các gói tin. Cuối cùng, việc này đảm bảo rằng các nút đích sẽ nhận được một yêu cầu định tuyến dọc theo một con đường của các nút có đủ năng lượng pin. 5.5.6. Bảo trì định tuyến Thủ tục bảo trì định tuyến trong AODV được kích hoạt bởi sự thiếu thông tin về bước dọc theo tuyến đường từ nguồn đến đích. Một nút trung gian khi xác nhận mất bước báo trở lại nguồn và, kết quả là quá trình tìm đường mới được bắt đầu. Trong trường hợp của Lear- AODV, một thủ tục bảo trì định tuyến có thể được khởi tạo bởi một nút với năng lượng pin gần cạn. Các nút của mạng liên tục kiểm tra năng lượng pin còn lại của mình. Nếu trở nên thấp hơn giá trị ngưỡng khi đang là thành phần của một phiên truyền truyền dữ liệu, nút phát ra một gói bảo trì định tuyến tới nút nguồn chỉ ra rằng nó sẽ không còn là một phần của tuyến đường tương ứng. Lear-AODV cung cấp một cơ chế điều chỉnh thời gian thực của các giá trị ngưỡng năng lượng của pin. Điều này là để tránh những tình huống mà trong đó gói tin yêu cầu định tuyến không đến được nút đích do năng lượng pin của các nút trung gian thấp. Trong trường PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 145 hợp này, sau khi một yêu cầu định không thành công, nút nguồn phát yêu cầu tuyến đường tiếp theo của nó với một chỉ dẫn rằng các nút trung gian phải giảm giá trị ngưỡng pin. 5.6. Định tuyến tính đến công suất dựa trên AODV (PAR-AODV) 5.6.1. Giới thiệu PAR-AODV gán chi phí cho mỗi bước nằm trên một tuyến đường nguồn-đích, dựa trên năng lượng pin còn lại của mỗi nút. Sử dụng những chi phí này, tất cả các tuyến đường có thể sử dụng được đánh giá. Giao thức sẽ sử dụng các tuyến đường mà tối thiểu hoá hàm sau: ( , ) ( )i i C t C t     ( 5.2) trong đó     i i i i F C t a E t          (5.3) và i : là công suất phát của nút i iF : là dung lượng pin lúc sạc đầy của nút i tE : là dung lượng pin còn lại của nút i tại thời điểm t a : là một trọng số dương 5.6.2. Tìm đường Trong quá trình tìm đường, trước khi truyền một gói tin yêu cầu định tuyến, mỗi nút trung gian tính toán chi phí liên kết của nó bằng cách sử dụng phương trình (5.2) và thêm nó vào tiêu đề của gói tin. Vì vậy, khi nút đích nhận được gói tin yêu cầu, nó gửi một trả lời định tuyến về nguồn có chứa các chi phí tổng thể của tuyến đường. Các nút nguồn chọn các tuyến đường mang lại chi phí thấp nhất. Gói tin bổ sung tính toán chi phí có thể được gửi bởi các nút trung gian trong trường hợp chúng nhận được gói tin yêu cầu định tuyến với một chi phí thấp hơn so với liên kết hiện PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 146 đang sử dụng. Các gói tính chí phí được gửi đến nút đích, sau đó thông báo cho nút nguồn của tuyến đường chi phí mới, hiệu quả hơn, sử dụng một trả lời định tuyến. 5.6.3. Bảo trì định tuyến Bảo trì định tuyến trong PAR-AODV cũng giống với trong LEAR-AODV. Khi một nút bất kì có mức pin nhỏ hơn ngưỡng, yêu cầu định tuyến qua nó bị bỏ (drop). 5.7. Định tuyến dự báo thời gian tồn tại dựa trên AODV (LPR-AODV) 5.7.1. Giới thiệu Giao thức định tuyến tính đến công suất được đề xuất cuối cùng là LPR-AODV. Nó định tuyến lưu lượng qua các đường dẫn với thời gian tồn tại được dự báo trước. Như trong trường hợp của PAR-AODV, giao thức chỉ định chi phí cho mỗi liên kết. Chi phí sử dụng LPR-AODV có liên quan đến tuổi thọ pin của một nút. Các tuyến đường được chọn phải tối đa hóa hàm sau:       max max mini iT t T t    (5.4) Trong đó Tπ(t) là thời gian tồn tại của đường π và Ti(t) là thời gian tồn tại được dự báo cho nút i trong con đường π. Dự báo tuổi thọ pin của một nút được dựa trên các hoạt động trong quá khứ. Một biểu thị tốt về lưu lượng qua nút nhận được bằng cách giữ một bản ghi của các hoạt động định tuyến dữ liệu trong thời gian lân cận. Mỗi lần nút gửi một gói dữ liệu, nó ghi lại lượng pin còn lại Ei(t) tại thời điểm t. Các nút cũng ghi lại năng lượng còn lại của nó Ei(t) tại thời điểm i khi có đúng N gói được gửi/chuyển tiếp. 5.7.2. Tìm đường Cũng giống như LEAR-AODV, mỗi nút trung gian tính toán chi phí của nó theo dạng dự báo thời gian tồn tại Ti sử dụng công thức sau:    _ i i i E t T discharge rate t  (5.5) trong đó:      ' ' i i i E t E t Discharge_rate t t t    ( 5.6) Trong công thức này, Ei(t) được định nghĩa là năng lượng còn lại của nút i tại thời điểm t. Các ước lượng chi phí nút được chèn vào bởi các nút trung gian trong tiêu đề của gói tin yêu cầu định tuyến. Khi nhận được yêu cầu định tuyến, nút đích đưa ra bản tin trả lời định PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 147 tuyến có chứa chi phí tổng thể của tuyến đường. Nếu một nút trung gian nhận được một gói yêu cầu định tuyến với chi phí thấp hơn, nút đích được thông báo bởi một gói được tính toán thời gian tồn tại. Sau đó, nút đích thông báo cho nút nguồn về tuyến đường mới với gói tin trả lời định tuyến. 5.7.3. Bảo trì định tuyến Như trong các thuật toán trước, bảo trì định tuyến là cần thiết khi một nút trở nên nằm ngoài phạm vi kết nối trực tiếp của nút gửi hoặc khi có sự thay đổi trong thời gian tồn tại được dự báo của nó. Trong trường hợp đầu tiên (nút di động), cơ chế thực hiện giống như trong AODV. Trong trường hợp thứ hai, các nút gửi một RERR trở lại nguồn ngay cả khi tuổi thọ dự báo xuống dưới một mức ngưỡng δ(Ti t) = δ). Thông báo lỗi định tuyến này buộc nguồn phải khởi tạo lại quá trình tìm đường. Quyết định này chỉ phụ thuộc vào dung lượng pin còn lại của nút hiện tại và tốc độ xả của nó. Do đó, nó là một quyết định cục bộ. Tuy nhiên, vấn đề tương tự như trong LEAR-AODV có thể xảy ra. Nếu điều kiện Ti(t) = δ thoả mãn cho tất cả các nút, nguồn sẽ không nhận được một tin nhắn trả lời nào cả mặc dù tồn tại một đường giữa nguồn và đích. Để tránh điều này, chúng ta sử dụng các cơ chế tương tự được sử dụng trong LEAR-AODV được mô tả ở trên. Ba thuật toán được mô phỏng và so sánh với các giao thức AODV chưa sửa đổi theo hai kịch bản khác nhau: cố định và di động. Sự cải thiện thời gian tồn tại mạng được nghiên cứu theo các khía cạnh  Thời gian duy trì trước khi K nút ngừng hoạt động  Thời gian duy trì trước khi nút đầu tiên ngừng hoạt động  Thời gian duy trì trước khi tất cả các nút ngừng hoạt động Trong trường hợp tĩnh, hiệu suất tốt nhất quan sát được trong trường hợp của LPR- AODV, khi mà các nút đầu tiên phải tắt do cạn kiệt năng lượng trong định tuyến AODV xuất hiện 3244 giây trước khi một nút trục trặc theo cơ chế LPR-AODV. Giao thức này hiệu quả hơn so với các giao thức khác bởi ngoài dung lượng pin còn lại, nó còn tính đến tốc độ xả pin. Trong trường hợp di động, giao thức LPR-AODV một lần nữa cung cấp hiệu suất tốt nhất khi xét đến độ tăng thời gian tồn tại của mạng. Cả ba thuật toán thể hiện tốt hơn AODV chưa sửa đổi trong tất cả các trường di động với tuổi thọ mạng được mở rộng trung bình 1033 giây với tốc độ của nút là 4 m/s. Như trong trường hợp của EADSR, với tính di động gia tăng, hiệu suất tiêu thụ năng lượng của các phiên bản sửa đổi của AODV hội tụ với các giao thức ban đầu. 5.8. Tổng kết chương 5 Chương này đã tập trung vào việc quản lý năng lượng trong mạng ad hoc. Các nút cảm biến không dây di động trong khu vực cần phải tiết kiệm năng lượng và sử dụng nó một cách PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 148 tối ưu để hoàn thành vai trò được giao trong mạng ad hoc trong một thời gian dài. Nội dung của chương cũng phân tích các công nghệ pin sử dụng trong các thiết bị di động và ảnh hưởng của các đặc tính tới dung lượng cũng như tuổi thọ của pin. Dựa trên những phân tích này, các cơ chế, giao thức quản lý công suất truy cập với yêu cầu tiết kiệm năng lượng đã được đề xuất để đảm bảo duy trì kết nối giữa các nút mạng lâu nhất có thể trong điều kiện năng lượng hạn chế. 5.9. Câu hỏi ôn tập chương 5 5.1 Tại sao quản lý năng lượng là một vấn đề quan trọng trong mạng ad hoc? 5.2 Giải thích các chương trình quản lý năng lượng được phân loại trong mạng ad hoc như thế nào. 5.3 Giải thích các chương trình quản lý pin khác nhau cho mạng ad hoc. 5.4 Giải thích ngắn gọn tổng quan về công nghệ pin sử dụng cho mạng ad hoc. 5.5 Mô tả các nguyên tắc của xả pin. 5.6 Mô tả ảnh hưởng của đặc điểm xả đến dung lượng của pin. 5.7 Mô tả cách thực hiện một hệ thống pin thông minh với một ví dụ. 5.8 Trình bày tổng quan hệ thống thiết kế theo định hướng pin. 5.9 Mô tả các tính năng và tiêu chuẩn thiết kế của giao thức EE-MAC. 5.10 Mô tả phân tích các giao thức định tuyến PCCB. 5.11 Mô tả ngắn gọn về các chức năng đồng bộ hóa thời gian. 5.12 Giải thích các chức năng tiết kiệm năng lượng được sử dụng trong cơ chế tiết kiệm năng lượng. 5.13 Mô tả điều khiển liên kết logic cho công suất truyền. 5.14 Trình bày tổng quan về các giao thức AODV. 5.15 Mô tả định tuyến tính đến năng lượng cục bộc dựa trên AODV. 5.16 Mô tả định tuyến tính đến công suất dựa trên AODV. 5.17 Mô tả định tuyến dự báo thời gian tồn tại dựa trên AODV. 5.10. Tài liệu tham khảo chương 5 [6] Lahiri, K., A. Raghunathan, S. Dey, and D. Panigrahi. 2002. Batterydriven system design: A new frontier in low power design. ASP-DAC ’02: Proceedings of the 2002 Asia and South Pacific Design Automation Conference, p. 261. PT IT Chương 5: Quản Lý Năng Lượng Trong Mạng Ad hoc 149 [7] Prabhu, B. J., A. Chockalingam, and V. Sharma. 2002. Performance analysis of battery power management schemes in wireless mobile devices. IEEE Wireless Communications and Networking Conference2:825–831. [8] Nie, J., and Z. Zhou. 2004. An energy based power-aware routing protocol in ad hoc networks. IEEE International Symposium on Communications and Information Technology1:280–285. [9] Senouci, S. M., and G. Pujolle. 2004. Energy efficient routing in wireless ad hoc networks. IEEE International Conference on Communications 7:4057–4061. [10] Langendoen, K., and G. Halkes. Energy-efficient medium access control, Delft University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Mathematics and Computer Science, Delft, the Netherlands, The Embedded Systems Handbook. [11] Jayashree, S., and C. Siva Ram Murthy. 2007. A taxonomy of energy management protocols for ad hoc wireless networks. IEEE Communications Magazine45:104–110. [12] Benchmarq Microelectronics Inc., Duracell Inc., Energizer Power Systems, Intel Corporation, Linear Technology Corporation, Maxim Integrated Products, Mitsubishi Electric Corporation, National Semiconductor Corporation, Toshiba Battery Co., Varta Batterie, AG. Smart battery system manager specification. 1988. [13] Senouci, S. M., and G. Pujolle. 2004. Energy efficient routing in wireless ad hoc networks. IEEE International Conference on Communications 7:4057–4061. [14] Chen, M., and Gabriel A. Rincon-Mora. 2006. Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and I–V performance. IEEE Transactions on Energy Conversion21 (2): 504–511. PT IT Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc 150 CHƯƠNG 6: CÁC VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG AD HOC Lê Tùng Hoa, Nguyễn Việt Hùng 6.1. Mở đầu Để hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện, một mạng ad hoc có cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) là điều mong muốn. Tuy nhiên, việc cung cấp QoS trong một mạng ad hoc di động là một nhiệm vụ đầy thử thách. Chất lượng dịch vụ có nghĩa là mạng sẽ cung cấp một số loại bảo lãnh hoặc bảo đảm về mức độ, cấp dịch vụ cung cấp cho một ứng dụng. Định nghĩa cho QoS và các tham số QoS có thể được coi là khác nhau cho các ứng dụng khác nhau, mà hoàn toàn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của một ứng dụng. Ví dụ, một ứng dụng mà nhạy cảm về trễ có thể yêu cầu QoS trong thời hạn bảo hành chậm trễ. Một số ứng dụng có thể yêu cầu các gói nên truyền tại một số băng thông tối thiểu. Trong trường hợp đó, băng thông sẽ là một tham số QoS. Các ứng dụng khác có thể yêu cầu một sự đảm bảo rằng các gói tin được cung cấp từ một nguồn cung cấp cho một điểm đến đáng tin cậy; sau đó, độ tin cậy sẽ là một tham số cho QoS. 6.2. Thách thức khi triển khai QoS cho mạng ad hoc không dây Các đặc tính của một mạng ad hoc đặt ra một số thách thức trong việc cung cấp QoS. Một số các thách thức như sau:  Tự động thay đổi cấu trúc mạng: Vì các nút trong một mạng ad hoc quảng bá vô tuyến không có bất kỳ hạn chế nào về việc di động của các nút mạng. Vì thế phiên QoS có thể bị ảnh hưởng xấu do đường truyền bị phá vỡ, do đó cần phải có nhiều phiên như vậy được tái lập trên con đường mới. Sự chậm trễ phát sinh trong tái thiết lập một phiên QoS có thể gây ra việc một số gói tin không đạt được trễ/giới hạn mong muốn của chúng, đó là điều không thể chấp nhận được cho các ứng dụng có yêu cầu nghiêm ngặt QoS.  Thông tin trạng thái không chính xác: Trong hầu hết các trường hợp, các nút trong một mạng không dây ad hoc duy trì cả thông tin trạng thái liên kết cụ thể và thông tin trạng thái truyền cụ thể. Các thông tin trạng thái liên kết cụ thể bao gồm băng thông, độ trễ, chậm trễ jitter, tỷ lệ tổn thất, tỷ lệ lỗi, ổn định, chi phí, và các giá trị khoảng cách cho mỗi liên kết. Các thông tin lưu lượng cụ thể bao gồm xác định phiên, địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, và các yêu cầu QoS của đường truyền (như yêu cầu băng thông tối đa, yêu cầu băng thông tối thiểu, sự chậm trễ tối đa, và jitter chậm trễ tối đa). Các thông tin trạng thái vốn không chính xác do sự thay đổi năng động trong cấu trúc liên kết mạng lưới và đặc tính kênh. Do đó, quyết định định tuyến có thể không chính xác, dẫn đến một số các gói dữ liệu thời gian thực lỡ thời hạn của chúng. PT IT Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc 151  Thiếu sự phối hợp trung tâm: Không giống như các mạng LAN không dây và các mạng tế bào, các mạng di động ad hoc (MANETs) không có bộ điều khiển trung tâm để điều phối hoạt động của các nút. Điều này làm phức tạp thêm việc cung cấp QoS trong MANETs.  Dễ bị lỗi kênh vô tuyến chia sẻ: Các kênh vô tuyến bản chất là một môi trường quảng bá. Trong quá trình truyền thông qua các phương tiện không dây, sóng radio bị một số khiếm khuyết, chẳng hạn như sự suy giảm, truyền đa đường, và can nhiễu (từ các thiết bị không dây khác đang hoạt động trong vùng phụ cận).  Vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn: Vấn đề thiết bị đầu có là vốn có trong MANETs. Vấn đề này xảy ra khi các gói dữ liệu có nguồn gốc từ hai hoặc nhiều nút gửi mà không nằm trong phạm vi truyền dẫn trực tiếp của nhau, gặp nhau tại cùng một nút nhận. Điều này đòi hỏi phải truyền lại các gói dữ liệu, mà có thể không thể chấp nhận được đối với các đường truyền có yêu cầu nghiêm ngặt QoS. Cơ chế trao đổi gói điều khiển RTS/CTS được thông qua trong các tiêu chuẩn IEEE 802.11 làm giảm các vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn chỉ đến một mức độ nhất định.  Hạn chế nguồn tại nguyên hiện có: Vì MANETs có tài nguyên hạn chế như băng thông, thời lượng pin (battery life), không gian lưu trữ, và khả năng xử lý, chúng phải được sử dụng một cách rất hiệu quả. Trong số này, băng thông và thời lượng pin được coi là nguồn lực rất quan trọng, sự sẵn có của chúng ảnh hưởng đáng kể hiệu suất của cơ chế trích lập dự phòng QoS. Do đó, cơ chế quản lý tài nguyên hiệu quả là cần thiết để sử dụng tối ưu các nguồn tài nguyên khan hiếm.  Môi trường kém bảo mật: Bảo mật trong một kênh vô tuyến được xem là rất là kém, do tính chất phát sóng của môi trường không dây. Do đó, bảo mật là một vấn đề quan trọng trong MANETs, đặc biệt là cho các ứng dụng quân sự và chiến thuật. MANETs dễ bị tấn công như nghe trộm, giả mạo, từ chối dịch vụ, biến dạng tin nhắn, và mạo danh. Nếu không có cơ chế bảo mật phức tạp, nó là rất khó khăn để đảm bảo cung cấp thông tin liên lạc an toàn Các lựa chọn thiết kế để cung cấp hỗ trợ QoS được mô tả dưới đây. 6.3.1 Dự phòng tài nguyên trạng thái mềm và trạng thái cứng Trong bất kỳ khuôn khổ QoS, dự phòng tài nguyên QoS là một thành phần rất quan trọng. (Một khung QoS có thể được coi như là một hệ thống hoàn chỉnh cung cấp dịch vụ yêu cầu / hứa cho mỗi người dùng hoặc ứng dụng). Nó có trách nhiệm đặt các nguồn lực tại tất cả các nút trung gian dọc theo đường đi từ nguồn đến đích theo yêu cầu của phiên QoS. Cơ chế dự phòng tài nguyên QoS có thể được chia thành hai loại: trạng thái mềm và trạng thái cứng PT IT Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc 152 Trong các chương trình dự phòng tài nguyên trạng thái cứng, tài nguyên được dành riêng tại tất cả các nút trung gian dọc theo đường đi từ nguồn đến đích trong suốt thời gian của phiên QoS. Nếu một con đường như vậy bị phá vỡ do tác động mạng lưới, các nguồn lực dự trữ phải được giải phóng một cách rõ ràng bằng một cơ chế phân bổ lại. Cơ chế này không chỉ giới thiệu thêm chi phí kiểm soát, nhưng cũng có thể thất bại để giải phóng các nguồn lực hoàn toàn trong trường hợp một nút trước đó thuộc phiên giao dịch trở nên không thể truy cập. Do những vấn đề cơ chế dự phòng tài nguyên soft-state mà việc duy trì lưu trữ chỉ trong khoảng thời gian nhỏ, được sử dụng. Việc lưu trữ này sẽ được làm mới nếu gói tin thuộc cùng một tuyến được nhận, trước khi hết thời gian Các khoảng thời gian lưu trữ soft-state có thể cân bằng thời gian đến của gói tin hoặc là đa thời gian đến của gói tin. Nếu không có bất cứ gói dữ liệu nào được nhận trong khoảng thời gian quy định, các nguồn tài nguyên được giải phóng bằng cách phân loại mà không phát sinh thêm bất kỳ tổn hao nào. Vì vậy, không có việc chấm dứt rõ ràng nào được yêu cầu cho một đường truyền. Cơ chế hard-state dự trữ tài nguyên; do vậy, tại thời điểm dữ liệu tải mạng cao, tỷ lệ cuộc gọi bị chặn là cao, trong khi cơ chế soft-state cung cấp khả năng chấp nhận cuộc gọi cao 6.3.2 Phương pháp tiếp cận stateful và stateless Trong cách tiếp cận stateful, mỗi nút duy trì thông tin trạng thái tổng quát hoặc chỉ có thông tin trạng cục bộ; trong trường hợp các phương pháp tiếp cận stateless, không có thông tin như vậy được duy trì tại các nút. Thông tin trạng thái bao gồm cả các thông tin về topo và các thông tin lưu lượng cụ thể. Các nút nguồn có thể sử dụng một thuật toán định tuyến tập trung để định tuyến các gói đến đích nếu chúng có các thông tin trạng thái tổng quát. Hiệu suất của các giao thức định tuyến phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin trạng thái tổng quát duy trì tại các nút. Chi phí kiểm soát đáng kể phát sinh trong việc thu thập và duy trì thông tin trạng thái tổng quát Mặt khác, nếu các nút di động chỉ duy trì thông tin trạng thái cục bộ các thuật toán định tuyến phân phối có thể được sử dụng. Mặc dù chi phí phát sinh trong việc duy trì thông tin trạng thái cục bộ là thấp, nhưng cũng cần phải quan tâm đến vấn đề các tuyến đường bị lặp vòng. Trong trường hợp stateless thì không cần phải duy tri thông tin về lưu lượng cũng như về trạng thái liện kết tại các nút mạng. Mặc dù cách tiếp cận stateless giải quyết được bài toán hiệu năng và giảm nhẹ cho việc lưu trữ và tính toán trên các nút tuy nhiên việc cung cấp QoS lại trở nên vô cùng khó khăn 6.3.3 Cách tiếp cận QoS cứng và QoS mềm Phương pháp tiếp cận QoS có thể được chia thành hai loại: QoS cứng và QoS mềm. Nếu các yêu cầu QoS của một kết nối được đảm bảo để được đáp ứng cho toàn bộ thời gian của phiên thì phương pháp tiếp cận QoS là QoS cứng. Nếu các yêu cầu QoS không đảm bảo cho toàn bộ phiên thì cách tiếp cận QoS là QoS mềm. PT IT Chương 6: Các Vấn Đề QoS trong Mạng Ad hoc 153 Trong việc kiểm soát thay đổi mạng MANETs, rất khó khăn để cung cấp việc đảm bảo QoS cứng tới ứng dụng người dùng. Vì vậy, việc đảm bảo QoS chỉ có thể được đưa ra trong vòng giới hạn thống kê. Hầu như tất cả các phương pháp tiếp cận QoS có sẵn trong các tài liệu thường là QoS mềm 6.3. Phân loại giải pháp QoS Dựa trên sự tương tác giữa các giao thức định tuyến và giao thức MAC (điều khiển truy cập phương tiện truyền thông), phương pháp tiếp cận QoS có thể được phân thành hai loại: phương pháp tiếp cận QoS độc lập và phụ thuộc. Trong cách tiếp cận QoS độc lập, lớp mạng không phụ thuộc vào các lớp MAC. Cách tiếp cận QoS phụ thuộc yêu cầu các lớp MAC hỗ trợ các giao thức định tuyến. Cuối cùng, dựa trên thông tin định tuyến, cơ chế cập nhật được sử dụng. 6.3.1. Giải pháp lớp MAC Các giao thức MAC xác định nút nên chuyển tiếp theo trên kênh quảng bá khi một số nút đang cạnh tranh để truyền trên kênh đó. Một số giao thức MAC cung cấp QoS hỗ trợ cho các ứng dụng trong MANETs được mô tả dưới đây. 6.3.1.1. Cụm TDMA Gerla và Tsai đề xuất cụm TDMA [1] để hỗ trợ lưu lượng thời gian thực mạng không dây ad hoc (AWNs). Trong băng thông hạn chế MANETs, các nguồn tài nguyên bị hạn chế cần phải được quản lý một cách hiệu quả. Để đạt được mục tiêu này, một chương trình phân nhóm động được sử dụng trong cụm TDMA (đa truy nhập phân chia theo thời gian). Các nút có sẵn trong mạng được chia thành các nhóm khác nhau. Mỗi nhóm có một trưởng nhóm (do các thành viên của nhóm đó được bầu), trưởng nhóm không chỉ hoạt động như một nút phát sóng khu vực mà còn như một người điều phối khu vực để tăng cường thông lượng kênh. Mỗi nút trong cụm cách nút đứng đầu cụm một bước nhảy( one chặng away). Hình thành các cụm và các lựa chọn của ng