Thông tin về luận án tiến sĩ trước bảo vệ cấp Học viện của NCS. Đỗ Trung Anh

Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tối ưu hóa thông lượng và độ trễ trong mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng kỹ thuật đệm dữ liệu

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số: 9.52.02.08

Họ và tên NCS: Đỗ Trung Anh

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đặng Hoài Bắc

Cơ sở đào tạo: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN

Nội dung luận án đã đạt được các mục tiêu đề ra là nghiên cứu ý nghĩa thực tế và hiệu quả của việc sử dụng kỹ thuật đệm dữ liệu cho mạng vô tuyến hướng nội dung và ảnh hưởng của các tham số của số lượng mảnh tin được phân mảnh từ mỗi tệp dữ liệu, bộ nhớ lưu trữ chia sẻ tại thiết bị di động người dùng và trạm gốc thông tin đối với hiệu năng mạng là thông lượng và độ trễ truyền tin. Các kiến thức nền tảng và các kết quả nghiên cứu đã được trình bày trong luận án với bố cục 3 Chương bao gồm: (1) Tổng quan vấn đề nghiên cứu; (2) Tối ưu hóa thông lượng và độ trễ của mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng mô hình dòng chảy; (3) Tối ưu hóa thông lượng và độ trễ của mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng phương pháp phân mảnh tệp dữ liệu. Các đóng góp chính đạt được của luận án có thể tóm tắt như sau:

Đề xuất mô hình mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng mô hình dòng chảy

Giải pháp tối ưu hóa thông lượng và độ trễ được đưa ra đối với mô hình mạng đề xuất, trong đó mỗi thiết bị di động và trạm gốc thông tin đều được trang bị các bộ nhớ lưu trữ chia sẻ hữu hạn. Các đóng góp của Nội dung này có thể được tóm tắt lại như sau:

– Đóng góp thứ nhất: Đề xuất được mô hình mạng trong đó cả các trạm gốc thông tin di động và thiết bị di động người dùng đều có khả năng lưu trữ các tệp dữ liệu dữ liệu trong mạng với dung lượng lưu trữ khác nhau cũng như xem xét đến ảnh hưởng của tính di động người dùng và sử dụng phương pháp đa điểm để định tuyến truyền tải thông tin.

– Đóng góp thứ hai: Dựa trên mô hình mạng đề xuất, phương pháp định tuyến truyền tin phù hợp với mô hình mạng đã được trình bày, từ đó xây dựng được công thức tính thông lượng và độ trễ mạng, phân tích đưa ra giải pháp tối ưu hóa hiệu năng mạng. Các kết quả phân tích và tính toán được kiểm tra lại bởi các kết quả được giải bởi chương trình mô phỏng và tính toán trên máy tính Mathematica.

– Đóng góp thứ ba: Phương pháp lưu trữ dữ liệu cơ bản trong đó số lượng bản sao của tệp dữ liệu được phân bố tại các thiết bị di động và trạm gốc thông tin di động được tối ưu một cách độc lập với nhau đã được trình bày và so sánh với phương pháp lưu trữ đề xuất.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở chế độ Zipf cao, thông lượng và độ trễ tối ưu đạt được nhờ sử dụng phương pháp truyền tin đa chặng Người dùng tới người dùng, và do đó, việc sử dụng thêm bộ nhớ lưu trữ của các trạm gốc thông tin để lưu trữ thêm các tệp dữ liệu là không cần thiết. Lý do bởi vì phần lớn các tệp dữ liệu trong thư viện của mạng là các tệp dữ liệu có tính phổ biến cao và đang được lưu trữ tại phần lớn các thiết bị người dùng. Mặt khác, ở các chế độ Zipf khác, việc sử dụng thêm dung lượng lưu trữ f(n)K_BS của các trạm gốc thông tin di động chia sẻ trong mạng vô tuyến hỗn hợp hướng nội dung giúp tăng đáng kể hiệu năng mạng so với trường hợp mạng không có sự hiện diện của các trạm gốc thông tin. Bên cạnh đó, khi hệ số Zipf lớn hơn một giá trị ngưỡng là hàm số của hệ số Zipf α, mức tối ưu thông lượng và độ trễ mạng đạt được tương đương với mức tối ưu đạt được tại trường hợp mô hình mạng vô tuyến hỗn hợp hướng nội dung tĩnh sử dụng các trạm gốc thông tin được trang bị bộ nhớ lưu trữ chia sẻ có dung lượng vô hạn (tương đương với việc kết nối trực tiếp liên tục, không gián đoạn với đường truyền dẫn mạng lõi back-haul chứa tất cả các tệp dữ liệu của mạng).

So sánh với phương pháp lưu trữ dữ liệu cơ bản trong đó số lượng bản sao của tệp dữ liệu được phân bố tại các thiết bị di động và trạm gốc thông tin di động được tối ưu một cách độc lập với nhau, hiệu năng mạng tối ưu đạt được theo giải pháp đề xuất ban đầu là tốt nhất nhờ tận dụng được điểm mạnh của việc phân bổ bản sao của các tệp dữ liệu đồng thời tại thiết bị người dùng và trạm gốc thông tin. Trong đó các thiết bị di động người dùng có thể được ưu tiên lưu trữ các tệp dữ liệu có mức độ phổ biến cao (lớn hơn f(n)) và các tệp dữ liệu có mức độ phổ biến thấp hơn sẽ được lưu trong bộ nhớ chia sẻ của các trạm gốc thông tin.

Đề xuất mô hình mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng phương pháp phân mảnh tệp dữ liệu

Giải pháp tối ưu hóa thông lượng và độ trễ được đưa ra đối với mô hình mạng đề xuất, trong đó kích thước tệp dữ liệu K là tham số mạng quan trọng cần được xem xét tới. Các đóng góp của Nội dung này có thể được tóm tắt lại như sau:

– Đóng góp thứ nhất: Mô hình mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng phương pháp phân mảnh tệp dữ liệu đã được đề xuất, trong đó mỗi tệp dữ liệu được phân mảnh thành K mảnh tin. Các nút mạng nguồn cần tải lần lượt K mảnh tin rời rạc của tệp dữ liệu m để tổng hợp lại thành thông tin mong muốn.

– Đóng góp thứ hai: Từ mô hình mạng được đề xuất, mức cân bằng thông lượng và độ trễ của mạng đã được phân tích, tìm ra công thức tính toán và tối ưu hóa. So sánh đánh giá hiệu năng mạng giữa hai phương pháp thu nhận mảnh tin đề xuất là tuần tự và ngẫu nhiên. Các kết quả phân tích và tính toán đã được kiểm tra lại bởi các kết quả được giải bởi chương trình toán học được lập trình trên máy tính Methematica.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, sử dụng phương pháp thu nhận mảnh tin ngẫu nhiên là giải pháp tối ưu hiệu năng mạng tốt hơn so với phương pháp thu nhận mảnh tin tuần tự. Ngoài ra, khi sử dụng kỹ thuật phân mảnh tệp dữ liệu, kích thước tệp dữ liệu không ảnh hưởng tới thông lượng tối ưu của mạng. Tuy nhiên, đối với tham số độ trễ tối ưu của mạng, khi phần lớn các tệp dữ liệu trong mạng đều có tính chất phổ biến cao và được lưu tại hầu hết các thiết bị người dùng, thời gian để nhận được mỗi tệp dữ liệu mong muốn tỷ lệ K lần với kích thước tệp dữ liệu. Trong các trường hợp thông thường khác, để nhận được mỗi tệp dữ liệu mong muốn, thời gian cần thiết là gấp K^1/2 lần so với trường hợp không sử dụng phương pháp phân mảnh tệp dữ liệu (tương đương với K là hằng số).

CÁC ỨNG DỤNG, KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN HOẶC NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN BỎ NGỎ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU

Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án sẽ tập trung nghiên cứu Tối ưu hóa thông lượng và độ trễ của mạng vô tuyến hướng nội dung sử dụng các thuật toán mã hóa và sửa lỗi để nâng cao hiệu quả của kỹ thuật đệm dữ liệu.

XÁC NHẬN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đặng Hoài Bắc

NGHIÊN CỨU SINH

Đỗ Trung Anh

Thesis title: Optimizing The Throughput and The Delay in Content-centric Mobile Networks Using Caching Technique

Speciality: Telecommunications Engineering

Code: 9.52.02.08

PhD. Candidate: Do Trung Anh

PhD. Candidate: Associate professor Dang Hoai Bac, Ph.D

Training institution: Posts and Telecommunications Institute of Technology

NEW FINDINGS OF THE THESIS

The thesis provides the reader with an overview of theoretical research and the order-optimal throughput-delay in content-centric mobile networks using caching technique. The scientific contributions of the thesis are as follows:

(1) Proposing a mobile hybrid networks using the fluid model and finding the order-optimal throughput-delay

The order-optimal throughput-delay performance in content-centric mobile hybrid networks is analyzed, where each of mobile devices and static femto access points (FAPs) is equipped with a finite cache size. The fluid model is adopted where the size of each content object is assumed to be arbitrarily small. Accordingly, the time required for delivery of one content between a device and its neighbor device or an assigned FAP is much smaller than the duration of each timeslot. A content delivery routing is first proposed to characterize a fundamental throughput-delay performance. Then, the order-optimal cache allocation strategy, which jointly finds the number of replicas cached at mobile devices and static FAPs using a variable decoupling technique, is presented to achieve the order-optimal throughput-delay performance. The analytical results are comprehensively validated by numerical evaluation.

(2) Proposing a cache-enabled mobile ad hoc network using file segmentation and finding the order-optimal throughput-delay

The delay and throughput of a cache-enabled mobile ad hoc network are studied, where each content object is divided into K distinct segments of equal size such that each of n mobile nodes is able to transmit completely one segment to one of its neighbor cells in each time slot. By introducing the two typical reception strategies, sequence and random, the throughput-delay performance in terms of scaling laws are analyzed and then, do intensive computer simulations to find the optimal cache allocation strategies, which minimize the delay and maximize the throughput. The results showed that the delay increases when K increases as the throughput remains unchanged. In addition, the delay produced by random reception strategy is better than that produced by sequence reception strategy.

PRACTICAL APPLICABILITY AND FURTHER STUDIES

Research contributions of this thesis are novel proposals in terms of:

The two new model of content-centric mobile networks are proposed and characterized to find the order-optimal throughput-delay. The proposed models can be widely applied in sensor networks, IoT networks, and future telecommunication networks.

Suggestions for further research includes characterizing the optimal throughput-delay trade-off in mobile networks using encoding and correction methods to improve the performance of the caching technique.

Scientific supervisor

Associate professor Dang Hoai Bac,

PhD. Candidate

Do Trung Anh

Luận án tiến sĩ

Tóm tắt Luận án tiến sĩ

Trang Thông tin Luận án tiếng việt

Trang Thông tin Luận án Tiếng Anh