Phẩm chất của giao thức Mac hợp tác xuyên lớp trong mạng vô tuyến AD -HOC

Bài báo này tập trung vào các cơ chế hoạt động của giao thức điều khiển truy nhập môi trường trong mạng vô tuyến hợp tác Ad-hoc. Chúng tôi đề xuất cải tiến giao thức đã được thiết kế bởi Hangguan Shan (2011) nhằm nâng cao phẩm chất hệ thống trong trường hợp môi trường có nhiều node chuyển tiếp hợp tác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phẩm chất của giao thức Mac hợp tác xuyên lớp trong mạng vô tuyến AD -HOCHoàng Quang Trung và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ116 (02): 111 - 116PHẨM CHẤT CỦA GIAO THỨC MAC HỢP TÁC XUYÊN LỚPTRONG MẠNG VÔ TUYẾN AD-HOCHoàng Quang Trung*, Bùi Thị Thanh XuânTrường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – ĐH Thái NguyênTÓM TẮTBài báo này tập trung vào các cơ chế hoạt động của giao thức điều khiển truy nhập môi trườngtrong mạng vô tuyến hợp tác Ad-hoc. Chúng tôi đề xuất cải tiến giao thức đã được thiết kế bởiHangguan Shan (2011) nhằm nâng cao phẩm chất hệ thống trong trường hợp môi trường có nhiềunode chuyển tiếp hợp tác. Giao thức cải tiến giải quyết được vấn đề xung đột giữa các node trunggian tối ưu có khả năng hỗ trợ cùng một tốc độ hợp tác, đồng thời vẫn đảm bảo được yêu cầu vềthông lượng và độ trễ truyền dẫn khi xét đến khả năng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện hay thờigian thực. Bằng cách mô phỏng trên máy tính sử dụng phần mềm matlab, chúng tôi nhận được kếtquả phẩm chất của giao thức cải tiến tốt hơn hẳn so với giao thức hợp tác xuyên lớp trước đó thôngqua các tham số về thông lượng trung bình và độ trễ truyền dẫn trung bình gói tin.Key words: Truyền thông hợp tác, điều khiển truy nhập môi trường, giao thức hợp tác xuyên lớp,mạng vô tuyến Ad-Hoc, mã hóa không gian thời gian phân tán kiểu Alamouti.GIỚI THIỆU*Các yêu cầu được đặt ra cho mạng vô tuyếnAd-Hoc ngày càng cao để có thể đáp ứngđược nhiều loại hình dịch vụ. Điều này đãthúc đẩy các nhà nghiên cứu hướng tới các kỹthuật, thuật toán, và các công nghệ mới. Mộtgiải pháp hiệu quả cho vấn đề này đó là thựchiện truyền thông hợp tác trong các mạng AdHoc. Kỹ thuật truyền thông hợp tác dựa trêntính chất quảng bá sóng vô tuyến kết hợp vớicác đường phân tập không gian độc lập nhằmhạn chế suy hao kênh, cải thiện thông lượngmạng và giảm độ trễ do truyền dẫn lại [4].Trong mô hình truyền thông hợp tác, các nodetrong mạng có khả năng hợp tác với các nodeNguồn và node Đích tại lớp vật lý hoặc lớpMAC (Medium Access Control) để cải thiệnthông lượng, độ trễ và vùng phủ sóng.Giao thức MAC hợp tác được đề xuất trong[5] đã giải quyết được vấn đề lựa chọn nodeChuyển tiếp tối ưu trong tập các node hỗ trợ(Helper) trung gian. Để giải quyết vấn đềxung đột giữa các Helper tối ưu, giao thứcnày sử dụng cơ chế tranh chấp lại một lầntrong K khe thời gian hẹp (minislot) sau khicác Helper này phát gói tin RTH không thành*Tel: 0904 055956, Email: hqtrung@ictu.edu.vncông. Điều này sẽ dẫn đến hai vấn đề: (1) nếusố lượng Helper tối ưu lớn thì số khe thờigian hẹp cần thiết sẽ tăng lên, đặc biệt khikích thước tải tin lớn; (2) khi cần thiết phảichuyển từ chế độ truyền dẫn hợp tác sangtruyền dẫn trực tiếp thì thời gian sử dụng chomào đầu báo hiệu đã trở lên quá lớn, dẫn tớigiảm độ sử dụng tuyến.Trong bài viết này, chúng tôi đề xuất cải tiếngiao thức MAC hợp tác xuyên lớp trong [5]bằng cách thiết kế lại trật tự trao đổi gói tinbáo hiệu RTH (Ready – To – Help) và đưa rasố khe thời gian K để giải quyết vấn đề xungđột giữa các Helper tối ưu có cùng tốc độ hợptác mà vẫn đảm bảo yêu cầu về thông lượngvà độ trễ truyền dẫn.MÔ HÌNH HỆ THỐNGChúng tôi thiết kế giao thức hợp tác dựa trênmô hình mạng vô tuyến hợp tác dạng AdHoc. Hệ thống bao gồm cặp Nguồn – Đíchđược đặt ở khoảng cách d với các node Trunggian được phân bố ngẫu nhiên trong phạm vihình đĩa có đường kính d. Giả định rằng tất cảcác node trong mạng có thể truyền thôngđược với nhau ở tốc độ 2 Mbps và có cùngcông suất phát hạn chế. Mô hình hệ thống chomạng hợp tác tổng quát được thể hiện nhưtrong hình 1. Trong đó S và D tương ứng là111Hoàng Quang Trung và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆnode Nguồn và node Đích, H n là node Trunggian thứ n, có thể hợp tác để chuyển tiếp dữliệu từ Nguồn đến Đích.Hình 1. Minh họa mạng hợp tác Ad-HocLớp MACGiao thức MAC hợp tác mà chúng tôi quantâm đến được thiết kế trên cơ sở chức năngđiều phối phân tán của tiêu chuẩn IEEE802.11. Các tiêu chuẩn cũ sử dụng cơ chế đatruy nhập cảm nhận sóng mang tránh xungđột (CSMA/CA). Vì vậy, chỉ có một cặptruyền dẫn trong mạng chiếm dụng kênh saukhi tranh chấp thành công. Để nâng cao thônglượng mạng, có hai cách tiếp cận khả thi: (1)nâng cao hiệu quả truy nhập kênh đối vớitrường hợp các node trong mạng tranh chấpgiành quyền sử dụng kênh trước khi truyền dữliệu; (2) nâng cao hiệu quả sử dụng tuyến đốivới truyền dẫn gói tin thực tế. Ở đây, chúngtôi tiếp cận theo cả hai cách trên. Độ sử dụngtuyến được định nghĩa là tốc độ truyền dẫn tảitin hiệu dụng (ký hiệu: EPTR), có tính đến cảmào đầu giao thức báo hiệu lớp MAC. Chúngta có thể đặt W , TP và TO tương ứng biểudiễn cho độ dài tải tin, thời gian truyền dẫn tảitin và mào đầu giao thức lớp MAC. Khi đóđộ sử dụng tuyến được xác định thông quabiểu thức:EPTRWTP TO(1)Như vậy, để nâng cao độ sử dụng tuyến,chúng ta có thể tìm cách giảm TO và TP bằngcách thiết kế mào đầu báo hiệu ...