Một cải tiến giao thức định tuyến AODV để tiết kiệm năng lượng cho các nút mạng chính trong mạng manet quân sự

ính. Để 1. Các gói tin xuất phát từ/đến SP được đi 
bảo toàn cho nút mạng chính thì giải pháp duy nhất theo lộ trình có chi phí hiệu quả nhất (ngắn nhất, 
là tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho nút mạng chính tiết kiệm nhất, v.v.). Nguyên tắc đường đi ngắn nhất 
trong toàn mạng. Trong bài báo, chúng tôi đề xuất trong SRPMM.
một giải pháp tiết kiệm năng lượng cho nút mạng 2. Các gói tin có nút nguồn và đích là P sẽ bị 
chính trong mạng MANET quân sự. hạn chế đi qua các SP, trừ khi đó là con đường duy 
 Trong hệ thống tác chiến điện tử ứng dụng nhất. Nguyên tắc hạn chế đường đi trong SRPMM.
mạng MANET sẽ có sự phân cấp giữa các nút chính Trong Hình 3, ta xét một ví dụ về cách thức 
(sĩ quan chỉ huy, thiết bị tác chiến có vai trò quan hoạt động của giao thức định tuyến SRPMM áp 
trong) gọi là super-peer (SP) và các nút mạng thông dụng hai nguyên tắc trên. Ta xét hai trường hợp. 
thường (lính đánh bộ tác chiến hay những thiết bị Trường hợp 1: nút nguồn S hoặc nút đích 
quân sự khác) gọi là peer (P). Vai trò của các nút D là SP. Khi đó, đường đi từ nút S đến D gồm ba 
mạng chính rất quan trọng vì vậy năng lượng của chặng là: S, SP1, SP2, D.
các nút đó cũng trở nên quan trọng hơn, nếu năng Trường hợp 2: hai nút S và D đều là P thì 
lượng của các nút SP yếu thì việc truyền các thông đường đi từ S đến D qua 4 chặng là: S, P1, P2, P5, 
tin từ nút SP đến các P sẽ gặp khó khăn ảnh hướng D hoặc S, P3, P4, P6, D.
đến công tác phối hợp tác chiến cục bộ cũng như 
báo cáo tình hình khi chiến đấu. B. Giao thức SRPMM
 Từ những phân tích trên chúng tôi nghiên Rõ ràng, việc định tuyến trong một mạng 
cứu về ứng dụng mạng MANET trong lĩnh vực an MANET quân sự có sự ưu tiên các SP để các thông 
ninh, quân sự với mong muốn đề xuất cơ chế hợp tin quan trọng từ sĩ quan chỉ huy hoặc các thông tin 
tác truyền dẫn thông tin giữa các nút mạng chính và báo cáo từ tiền tuyến về chỉ huy là rất thiết yếu. Sau 
các nút mạng thông thường, một số thông tin không đây, chúng tôi trình bày các chi tiết kỹ thuật của 
quan trọng sẽ hạn chế truyền qua nút mạng chính giao thức định tuyến SRPMM.
để bảo toàn năng lượng của nút, v.v từ đó giúp tiết Mục tiêu của giao thức định tuyến SRPMM 
kiệm năng lượng, tăng thời gian hoạt động của các là để tiết kiệm năng lượng các SP trong một mạng 
nút mạng chính. MANET quân sự đáp ứng hai nguyên tắc truyền tin 
 Hướng nghiên cứu ứng dụng mạng MANET đã được chúng tôi đề xuất trong mục III.A. Chúng 
trong lĩnh vực quân sự, an ninh cũng rất phát triển. tôi giả thiết rằng, mỗi P hoặc SP có đầy đủ các đặc 
Đặc biệt, hướng này có nhiều công trình nghiên cứu trưng của một nút mạng MANET thông thường. 
vể tính bảo mật [6, 8-10]. Mạng MANET quân sự Hơn nữa, những thông tin quản lý, điều khiển mạng 
với các bài toán về cải thiện hiệu năng, tiết kiệm sẽ được cập nhật nhờ một chính sách bí mật qua các 
năng lượng, chi phí vận hành, v.v. đang được tập kênh thông tin riêng, gọi là kênh điều khiển. Chẳng 
trung nghiên cứu. Trong [6], các tác giả đề xuất hạn, danh sách SP được trung tâm chỉ huy cập nhật 
một thuật toán tìm các nút quan trọng trong mạng trong toàn mạng khi có sự biến động, như khi nút 
MANET sau một thời gian hoạt động. Một giao thức chỉ huy bị phá hủy hoặc được bổ sung. Những thông 
định tuyến đa chi phí tiết kiệm năng lượng cũng đã tin điều khiển, quản lý mạng được lưu trữ tạm thời, 
được đưa ra trong [7]. Ngoài ra, các công trình gần cục bộ tại mỗi nút mạng (P hoặc SP).
đây [11, 12] cho thấy, hướng nghiên cứu về mạng 
MANET nói chung và mạng MANET quân sự đang 
hết sức sôi động.
Khoa học & Công nghệ - Số 22/Tháng 6 - 2019 Journal of Science and Technology 31
ISSN 2354-0575
 Hình 2. Lưu đồ thuật toán xác định tuyến đường theo nguyên tắc (2) trong giao thức SRPMM
 + S xây dựng được cấu hình các tuyến đường 
 đến D.
 Pha 2: S tính toán, xác định tuyến đường tối 
 ưu từ S đến D.
 + Nếu S hoặc D là SP thì chọn tuyến đường 
 truyền tin theo nguyên tắc (1).
 + Nếu S và D đều là P thì gọi thuật toán xác 
 định tuyến đường theo nguyên tắc (2) tức là các các 
 gói tin sẽ bị hạn chế đi qua các nút SP được mô tả 
 chi tiết trong Hình 2.
 Pha 3: Cặp nút S-D truyền/nhận dữ liệu.
 Hình 2 trình bày lưu đồ thuật toán chọn 
 S, D: Lần lượt là nút nguồn và nút đích; tuyến đường giữa một nút nguồn S và một nút đích 
 SP1, SP2: Nút di động, đóng vai trò super- D bất kỳ theo nguyên tắc (2) tức là gói tin tại có 
peer; điểm xuất phát và đích là nút thường sễ bị hạn chế 
 P1 - P6: Là các nút di động, đóng vai trò peer đi qua nút SP . Trước hết, xét tập các tuyến đường 
 P giữa nút S và nút D. Nếu giữa S và D chỉ có một 
 Giao thức SRPMM gồm ba pha, cụ thể như tuyến đường thì thuật toán chọn tuyến đường đó và 
sau: kết thúc. Ngược lại, tiến hành phân cụm P thành 
 Pha 1: Nút nguồn S thiết lập các tuyến đường tập các tuyến đường theo số lượng các SP có trong 
từ S tới nút đích D. mỗi tuyến. Xét P1 (là tập các tuyến đường có số 
 + S gửi quảng bá gói tin Route Request để SP như nhau và có ít SP nhất). Nếu P1 chỉ có một 
xác định các tuyến đường; tuyến đường thì thuật toán chọn tuyến đường đó và 
 + Nút đích/nút biết tuyến đường đến đích trả kết thúc. Ngược lại, chọn ra tuyến đường có chi phí 
thông tin về nút nguồn bằng gói tin Route Reply; hiệu quả nhất và kết thúc.
32 Khoa học & Công nghệ - Số 22/Tháng 6 - 2019 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
4. Các tiêu chí đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng tham số thông lượng trung bình là tích số gói tin 
 Trong quá trình sử dụng mạng MANET truyền-nhận thành công và dung lượng mỗi gói tin 
thông thường, các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng thực hiện bởi các SP trên tổng số thời gian thực 
tại các nút mạng như: số lượng gói tin đi qua nút, hiện mô phỏng. Đơn vị tính là bit/giây (bps). Thông 
thông lượng hay thời gian trễ được đánh giá theo lượng trung bình, ký hiệu là ThoughputSPavg , được 
các công thức đã biết [3, 4]. Do đó, để đánh giá mức xác định như sau:
độ tiêu thụ năng lượng trong mạng MANET quân PSPK# T
 ThoughputSP = r (3)
sự chúng tôi đề xuất công thức để xác định các tiêu avg T
chí đánh giá việc sử dụng năng lượng cho các nút Trong đó:
chính SP cần thay đổi để phù hợp với mục tiêu và T là thời gian toàn bộ tiến trình mô phỏng 
cấu trúc của mạng. Chúng tôi xác định các tiêu chí mạng; 
đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng trên tập nút SP KT là kích thước gói tin;
cụ thể như sau: PSPr là số gói tin gửi-nhận thành công.
 a) Tỷ lệ phân phối gói tin của các SP
 Mức độ tiêu thụ năng lượng phụ thuộc tỷ lệ 5. Mô phỏng và phân tích kết quả
phân phối gói tin của các SP, tỷ lệ phân phối gói tin Trong phần này, chúng tôi thiết lập mô 
của các SP là tỉ lệ phần trăm tổng số gói tin được phỏng và đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng của 
phân phối thành công đến SP đích trên tổng số gói các nút mạng chính dựa trên các tiêu chí: Trễ trung 
tin được gửi đi từ các SP nguồn. Sử dụng tham số bình, Thông lượng và Tỉ lệ phân phối gói tin trên 
PDRSP (Packet Delivery Ratio SP) trung bình, là tỉ phần mềm mô phỏng NS2 phiên bản 2.34 theo hai 
lệ phần trăm tổng số gói dữ liệu do các nút SP đích kịch bản sau:
nhận được trên tổng số gói dữ liệu do các SP nguồn 1. Đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng các 
gửi trên toàn mạng trong toàn bộ tiến trình thực hiện nút mạng MANET thông thường;
một mô phỏng. Tỷ lệ phân phối gói tin trung bình, 2. Mạng MANET quân sự như đề xuất trong 
 Mục 3 (Mạng đề xuất), có 100 nút SP. 
ký hiệu là PDRSPavg, được xác định như sau:
 PSP Bảng 1. Các tham số mô phỏng
 r
 PDRSP = PSP × 100% (1) Tham số Giá trị
 avg s
 Vùng mô phỏng 1.000 m x 1.000 m
Trong đó:
 Số nút di động 1.000
 PSPr là tổng số gói tin dữ liệu nhận thành 
công bởi các nút SP đích trong toàn bộ tiến trình Số nút SP 100
mô phỏng. Loại lưu lượng CBR
 PSP là tổng số gói tin dữ liệu gửi bởi các nút 
 s Thông lượng truyền 11 Mbit /s
SP nguồn trong toàn bộ tiến trình mô phỏng.
 Kích thước gói tin 1024 byte
 b) Thời gian trễ của các nút SP Thời gian mô phỏng 300 giây
 Thời gian trễ của các nút SP là khoảng thời Lớp MAC 802.11b
gian (tính theo giây (s)) gói tin di chuyển từ nút SP 
nguồn đến nút SP đích. Chúng tôi sử dụng tham số 
thời gian trễ trung bình - là tổng thời gian trễ trên 
tổng số gói tin nhận được bởi SP đích (không tính 
các gọi bị mất). Thời gian trễ trung bình, ký hiệu là 
DelaySPavg, được xác định như sau:
 n
 /i = 1 SPtSrs- Pt
 DelaySPavg = _i (2)
 PSPr
Trong đó:
 SPtr là thời điểm nhận gói tin tại SP nguồn;
 SPts là thời điểm gửi gói tin tại SP đích;
 PSPr là số gói tin gửi-nhận thành công bởi SP.
 c) Thông lượng của các nút SP
 Thông lượng của các nút SP là tích của số 
gói tin và dung lượng mỗi gói tin trong một đơn vị 
thời gian thực hiện bởi các SP. Chúng tôi sử dụng Hình 4a. Đánh giá tiêu chí: Tỉ lệ phân phối gói tin
Khoa học & Công nghệ - Số 22/Tháng 6 - 2019 Journal of Science and Technology 33
ISSN 2354-0575
 đạt giá trị cao nhất và ổn định trong suốt thời gian 
 mô phỏng.
Hình 4b. Đánh giá tiêu chí: Thông lượng trung bình
 Thí nghiệm đầu tiên, Hình 4a, tác chúng tôi Hình 4c. Đánh giá mức tiêu chí: Trễ trung bình
tiến hành đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng dựa 
trên tiêu chí: Tỉ lệ phân phối gói tin. Kết quả mô Thí nghiệm thứ 3, Hình 4c, chúng tôi tiến 
phỏng cả hai kịch bản cho thấy: thời gian trễ có xu hành đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng dựa trên 
hướng tăng khi thời gian mô phỏng tăng lên. Tuy tiêu chí: Thời gian trễ. Kết quả mô phỏng cho thấy, 
nhiên, PDR của các nút SP luôn rất cao và ổn định thời gian trễ của các mạng MANET nói chung có xu 
mặc dù PDR của toàn bộ các nút trong lớp mạng hướng tăng theo thời gian mô phỏng, tuy nhiên, thời 
đề xuất luôn thấp hơn trong mạng MANET thông gian trễ của các nút SP trong mạng đề xuất luôn thấp 
thường. Kết quả thực nghiệm hoàn toàn phù hợp nhất và thấp hơn khá nhiều so với thời gian trễ của 
với tính toán lý thuyết và nguyên tắc định tuyến ưu mạng MANET thông thường.
tiên các nút mạng SP trong cấu trúc mạng đề xuất 
của chúng tôi. Do các gói dữ liệu có nguồn hoặc 6. Kết luận
đích là SP mới được SP tiếp nhận và xử lý, tỉ lệ Trong nội dung bài báo này, chúng tôi tiến 
phân phối gói tin của các nút SP đều rất cao và ổn hành phân tích một mô hình mạng MANET quân sự 
định. Khi thời gian mô phỏng mạng tăng lên, kèm gồm hai loại nút mạng có vai trò không đồng nhất: 
theo lưu lượng mạng ngày càng tăng, dẫn đến PDR nút thông thường, gọi là peer (P) và nút chính, gọi 
từ các nút SP đến các nút P giảm đi, đồng thời làm là super-peer (SP). Phân tích của chúng tôi đưa ra 
giảm giá trị PDR chung, song vẫn rất cao so với để chứng tỏ rằng, với mô hình mạng MANET quân 
toàn mạng. sự, các giao thức định tuyến kinh điển cho mạng 
 Thí nghiệm thứ 2, Hình 4b, chúng tôi tiến MANET thông thường đã biết cần được cải tiến để 
hành đánh giá mức độ tiêu thụ năng lượng dựa có thể tiết kiệm năng lượng cho quá trình hoạt động 
trên tiêu chí: Thông lượng. Kết quả mô phỏng cho của mạng tốt nhất. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất 
thấy, thông lượng mạng có xu hướng giảm khi thời một giao thức định tuyến mới gọi là SRPMM. Kết 
gian mô phỏng tăng lên. Đây là kết quả tất yếu vì quả mô phỏng cho thấy, giao thức SRPMM luôn 
khi thời gian mô phỏng tăng, các xung đột và tắc duy trì hiệu năng cao và tiết kiệm năng lượng của 
nghẽn trong mạng MANET nói chung có xu hướng các nút SP khi xét trong toàn mạng (gồm cả các nút 
gia tăng. Tuy nhiên, nhờ chính sách ưu tiên, thông P và SP) thì cho kết quả thấp hơn. Điều này phù hợp 
lượng của các nút SP trong lớp mạng đề xuất luôn với yêu cầu thực tế của mạng MANET quân sự.
Tài liệu tham khảo
 [1]. J. Liu, H. Nishiyama, N. Kato et al., “Toward Modeling Ad Hoc Networks: Current Situation 
 and Future Direction,” IEEE Wireless Communications, 2013, vol. 20, no. 6, pp. 51-58.
 [2]. Vũ Khánh Quý, Nguyễn Đình Hân, “Cơ chế hợp tác hiệu quả cho mạng di động tùy biến hỗ trợ 
 bởi đám mây,” Hội thảo Quốc gia FAIR, Hà Nội, 2015, pp. 102-111.
 [3]. Vũ Khánh Quý, Nguyễn Đình Hân, Nguyễn Tiến Ban, “A_WCETT: Giao thức cải thiện hiệu 
34 Khoa học & Công nghệ - Số 22/Tháng 6 - 2019 Journal of Science and Technology
 ISSN 2354-0575
 năng mạng di động tùy biến 5G dựa trên tác tử di động,” Chuyên san Nghiên cứu, phát triển và ứng 
 dụng CNTT-TT, Tập V-1, 2017, Số 17(37), pp. 14-21.
 [4]. Cung Trọng Cường, Nguyễn Thúc Hải, Võ Thanh Tú, “MAR-AODV: Innovative Routing 
 Algorithm in MANET Based on Mobile Agent,” Proc. IEEE WAINA, Spain, 2013, pp. 62-66.
 [5]. Renisha P. Salim, Rajesh R, “A Survey: Optimal Node Routing Strategies in MANET,” Proc. 
 IEEE International Conference (SAPIENCE), 2016, pp. 260-267.
 [6]. Bing Li, Dijiang Huang, “Modeling Anonymous MANET Communications Using Super-Nodes,” 
 Proc. IEEE Military Communications Conference (MILCOM 2013), 2013, pp. 125-130.
 [7]. Evripidis Paraskevas, Kyriakos Manousakis et al., “Multi-Metric Energy Efficient Routing in 
 Mobile Ad-Hoc Networks,” Proc. IEEE Military Communications Conference, 2014, pp. 1147-1151.
 [8]. Dasgupta et al., “Network Modelling of a Blackhole Prevention Mechanism in Mobile Ad-hoc 
 Network,” Proc. IEEE CICN International Conference, 2012, pp. 734-738.
 [9]. Hussain et al., “Evaluating Network Layer Selfish Behavior and A Method to Detect and
 Mitigate its Effect in MANETs,” Proc. IEEE INMIC Conference International, 2012, pp. 283-289.
 [10]. Bing Li, Dijiang Huang, Zhijie Wang, “Refining Traffic Information for Analysis Using 
 Evidence Theory,” Proc. IEEE Military Communications Conference (MILCOM), 2014, pp. 1181-
 1186.
 [11]. K. Ourouss, N. Naja and A. Jamali, “Efficiency Analysis of MANETs Routing Based on a New 
 Double Metric with Mobility and Density Models,” Proc. IEEE International Conference, 2016, pp. 
 1-8.
 [12]. J. Sandeep, J. Satheesh Kumar, “Efficient Packet Transmission and Energy Optimization in 
 Military Operation Scenarios of MANET,” Procedia Computer Science, 2015, vol. 47, pp. 400-407.
 AN IMPROVEMENT OF AODV
 TO ENERY SAVING SOLUTION FOR MAIN NODES
 IN MILITARY MANETS
Abstract:
 Minitary Mobile Ad-hoc Networks play a crucial role in modem wars as they can save as a very 
flexible and convenient communication tool. In this paper, we consider a special type of military MANET, in 
which nodes roles are not identical. Depending on network conditions, some nodes may be more important 
than others. We devide them into two categories: major nodes and nomal nodes. This will allow us to apply 
a priority policy to save anergy of soluted nodes during routing and communication process.
 As a result, we establish and simulate a new energy routing ptorocol for military MANET. The 
exprimental data show that our new routingprotocol gives better routing metrics such as energy saving, 
delay and packet delivers.
Keywords: Mobile Ad-hoc Network MANET, new generation networks, SRPMM, military MANET.
Khoa học & Công nghệ - Số 22/Tháng 6 - 2019 Journal of Science and Technology 35