GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG IoT VỚI GIAO THỨC CoAP
Kỹ thuật Viễn thông
Luận án này tập trung nghiên cứu các giải pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng Internet vạn vật (IoT) sử dụng giao thức CoAP. Trong bối cảnh IoT ngày càng phổ biến, dẫn đến sự gia tăng lớn các thiết bị kết nối và nhu cầu truyền tải các luồng dữ liệu lớn theo thời gian thực, vấn đề tắc nghẽn trở thành thách thức thường xuyên. CoAP, mặc dù được đánh giá là phù hợp cho các thiết bị IoT có tài nguyên hạn chế, vẫn tồn tại nhiều hạn chế trong cơ chế điều khiển tắc nghẽn, bao gồm việc sử dụng các tham số cố định, thiếu khả năng hỗ trợ chuỗi gói, không phát hiện sớm tắc nghẽn và hạn chế trong việc điều khiển tốc độ phát.
Mục tiêu chính của luận án là khắc phục những hạn chế này và đề xuất các cơ chế điều khiển tắc nghẽn hiệu quả cho giao thức CoAP nhằm đảm bảo trao đổi tin cậy giữa các thiết bị đầu cuối trong mạng IoT. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào điều khiển tắc nghẽn tại tầng ứng dụng trên các thiết bị IoT bên gửi và bên nhận, sử dụng kiến trúc mạng tập trung ICN.
Luận án đóng góp hai giải pháp chính. Thứ nhất, tác giả đề xuất một mô hình phân tích truyền tin theo chuỗi gói cho CoAP và giới thiệu giao thức mới RCoAP (Rate-based CoAP). RCoAP sử dụng cơ chế điều khiển dựa trên tốc độ, cho phép tăng giảm tốc độ phát phù hợp với tình trạng tắc nghẽn, qua đó đạt được hiệu năng cao hơn so với các cơ chế CoAP hiện có. Giao thức này có khả năng xác định tốc độ phát ban đầu và phân biệt nguyên nhân mất gói, hoạt động qua bốn trạng thái: Khởi tạo, Ổn định, Phát hiện và Lùi.
Thứ hai, luận án đề xuất giao thức mới FCoAP (Fuzzy CoAP) điều khiển tắc nghẽn sử dụng hệ điều khiển mờ (FCS). FCoAP được thiết kế để phát hiện sớm tắc nghẽn và điều chỉnh tốc độ phát dựa trên tính toán băng thông cổ chai và biến thiên động của các tham số mạng, nhằm đạt được hiệu năng cao trong điều kiện mạng biến động, thậm chí khi có tắc nghẽn nghiêm trọng. FCoAP hoạt động qua ba trạng thái: Khởi tạo, Ổn định và Lùi.
Các kết quả mô phỏng đã chứng minh rằng cả RCoAP và FCoAP đều cho thấy hiệu năng vượt trội so với CoAP và các giao thức cải tiến khác (CoCoA, CoCoA+) về các tham số như độ trễ, thông lượng và tỷ lệ truyền gói thành công trong nhiều kịch bản mạng khác nhau, bao gồm cả môi trường có lưu lượng hỗn hợp và tắc nghẽn. Đặc biệt, FCoAP thể hiện sự phù hợp cho các ứng dụng truyền chặng dài nhờ khả năng điều chỉnh tốc độ phát kịp thời và sát với tình trạng biến động của mạng.