Giao thức MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến phân tán sử dụng hai nút chuyển tiếp

Giao thức MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến
phân tán sử dụng hai nút chuyển tiếp
Hoàng Quang Trung
Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông
Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên
Email:hqtrung@ictu.edu.vn
Trần Xuân Nam
Học viện Kỹ thuật Quân sự
236 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy
Email:namtx@mta.edu.vn
Tóm tắt—Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một
giao thức MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến phân tán
sử dụng hai nút chuyển tiếp. Để nâng cao phẩm chất hệ
thống dưới các tác động của môi trường truyền dẫn như
pha-đinh, tổn hao đường truyền, chúng tôi thiết kế sơ đồ
giao thức lớp MAC cho phép ứng dụng mã không gian -
thời gian phân tán kiểu Alamouti. Đặc biệt, chúng tôi đề
xuất thuật toán lựa chọn hai nút trung gian tốt nhất để
chuyển tiếp hợp tác dữ liệu từ nút nguồn đến nút đích.
Ngay cả trong trường hợp kênh truyền chịu tác động xấu,
giao thức của chúng tôi vẫn đảm bảo được độ tin cậy
truyền dẫn, thông lượng hệ thống cao và độ trễ truyền
dẫn gói tin trung bình thấp khi được so sánh với giao
thức truyền thống IEEE 802.11 DCF.
Từ khóa— Giao thức hợp tác xuyên lớp; Giao thức MAC
hợp tác; Phân tập hợp tác; Mạng vô tuyến phân tán.
I. GIỚI THIỆU
Ngày nay, truyền thông vô tuyến đang là lĩnh vực
được quan tâm bởi đông đảo giới chuyên môn do các
lợi ích mà nó mạng lại đối với nhiều lĩnh vực cuộc sống
của con người. Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao về
chất lượng dịch vụ như tốc độ truyền dữ liệu, độ tin cậy
cũng như khả năng đáp ứng các dịch vụ truyền dữ liệu
lớn, thời gian thực hay đa phương tiện, bài toán được
đặt ra cho các nhà nghiên cứu là cần phải quan tâm
đến các kỹ thuật cải tiến để nâng cao khả năng truyền
dẫn dữ liệu một cách hiệu quả. Để giải quyết vấn đề
này, truyền thông hợp tác được đánh giá là một trong
những kỹ thuật có nhiều triển vọng. Trong khi các kỹ
thuật phân tập hợp tác mang lại khả năng làm giảm các
ảnh hưởng của kênh như pha-đinh hay suy hao truyền
dẫn thì kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp có thể nâng cao
độ sử dụng tuyến dẫn tới thông lượng hệ thống được
cải thiện. Các đề xuất trong [1],[2] đã chứng minh được
lợi ích của việc sử dụng kỹ thuật phân tập hợp tác và
mã không gian-thời gian phân tán có thể đáp ứng bậc
phân tập đầy đủ. Để đồng thời có được cả độ tin cậy
truyền dẫn và thông lượng hệ thống, các giao thức được
đề xuất trong [3–5] được thiết kế dựa trên cơ chế hoạt
động xuyên lớp (cross-layer). Trong công trình [3] Shan
và các cộng sự đã đề xuất được thuật toán tối ưu phân
nhóm các tốc độ hợp tác để giảm thời gian mào đầu
giao thức, và sử dụng phương thức lựa chọn nút chuyển
tiếp phân tán. Giao thức xuyên lớp MAC-PHY1 được đề
xuất bởi Liu và các cộng sự trong [4] sử dụng phương
pháp lựa chọn nút chuyển tiếp dựa trên một bảng hợp
tác (CoopTable). Phương pháp này yêu cầu các nút trong
mạng liên tục thăm dò một cách thụ động các thông tin
trạng thái kênh để cập nhật vào bảng hợp tác. Giao thức
CD-MAC được đề xuất trong [5] cũng đáp ứng được độ
tin cậy truyền dẫn và hợp tác hiệu quả nhờ sử dụng mã
khối không gian-thời gian phân tán. Giao thức được đề
xuất trong [6] sử dụng hai nút chuyển tiếp trung gian để
hỗ trợ truyền dẫn dữ liệu thành công từ nguồn đến đích.
Nhìn chung, các giao thức xuyên lớp ở trên đều có khả
năng hỗ trợ tốt về mặt thông lượng cũng như độ tin cậy
của hệ thống so với giao thức truyền thống IEEE 802.11
DCF (DCF: Distributed Coordination Function). Điểm
giống nhau của các giao thức này là đều sử dụng một
nút trung gian có khả năng tốt nhất để hỗ trợ chuyển
tiếp hợp tác dữ liệu từ nút nguồn tới nút đích và thiết kế
phân tập hợp tác dưới sự trợ giúp của nút nguồn. Tuy
nhiên, trong các điều kiện kênh thực tế, khoảng cách
từ nút nguồn tới nút đích thường khá xa và chất lượng
kênh rất kém so với các kênh từ nút nguồn đến nút trung
gian và từ nút trung gian đến nút đích. Để sử dụng sơ
đồ mã khối không gian thời gian phân tán hiệu quả thì
các đường phân tập liên kết với nút đích cần có phẩm
chất tương đương. Vì vậy, việc sử dụng hai nút trung
gian tốt nhất trong mạng để chuyển tiếp hợp tác là cần
thiết khi sử dụng kỹ thuật mã khối không gian thời gian
phân tán, ví dụ như mã Alamouti phân tán.
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất thuật toán lựa
chọn hai nút trung gian tốt nhất để tham gia vào quá
trình chuyển tiếp hợp tác dựa trên sơ đồ mã khối không
1MAC-PHY biểu thị xuyên lớp giữa phân lớp điều khiển truy nhập
môi trường MAC (Medium Access Control) và lớp vật lý (Physical
layer
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 298
gian thời gian phân tán kiểu Alamouti. Giao thức đề
xuất có ưu điểm: (1) Sử dụng phương thức lựa chọn nút
chuyển tiếp phân tán để có được khả năng linh hoạt với
các điều kiện kênh thay đổi tức thời; (2) Thay vì việc
phải sử dụng một khung điều khiển có kích thước đáng
kể để chỉ thị từ nút chuyển tiếp tối ưu như một số giao
thức trước đó, giao thức đề xuất sử dụng tín hiệu xung
đáp ứng có độ dài ngắn (cỡ hai khe thời gian hẹp trong
tiêu chuẩn IEEE 802.11 DCF) để mang lại độ tin cậy
truyền dẫn cũng như giảm được mào đầu giao thức đáng
kể; (3) Giao thức đề xuất khai thác tối đa khả năng của
mạng để chuyển đổi giữa hai chế độ truyền dẫn hợp tác
sử dụng hai nút chuyển tiếp (khi môi trường có mật độ
lớn các nút trung gian) và chế độ truyền dẫn hợp tác
chỉ sử dụng một nút chuyển tiếp khi môi trường mạng
chỉ tồn tại một nút trung gian tốt nhất. Để đánh giá
phẩm chất của giao thức đề xuất, chúng tôi thực hiện
mô phỏng và so sánh với giao thức truyền thống IEEE
802.11 DCF dựa trên tham số về thông lượng hệ thống
và độ trễ gói tin trung bình.
Phần còn lại của bài báo được trình bày như sau. Mục
II trình bày mô hình của hệ thống nghiên cứu và các
thuật toán điều khiển truy nhập môi trường liên quan.
Chúng tôi mô tả đề xuất giao thức hợp tác và phân tích
phẩm chất hệ thống ở Mục III. Mục IV trình bày kết
quả mô phỏng đánh giá chất lượng. Cuối cùng, mục V
là các kết luận được rút ra ở Mục IV.
II. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ THUẬT TOÁN
Chúng tôi xem xét một mô hình mạng vô tuyến hợp
tác phân tán (Hình 1) gồm nút nguồn và nút đích được
đặt cách nhau khoảng cách d, các nút trung gian (láng
giềng) giữa nguồn và đích được phân bố ngẫu nhiên
trong một diện tích hình tròn có đường kính từ nút nguồn
đến nút đích. Giả định rằng kênh truyền giữa hai nút bất
kỳ trong mạng là kênh pha-đinh Rayleigh và có tổn hao
đường truyền theo mô hình che khuất có phân bố log-
normal (log-normal shadowing). Hai nút bất kỳ trong
mạng có thể liên kết với nhau ở tốc độ cơ bản là 2 Mbps.
Tốc độ cơ bản được sử dụng để truyền các khung điều
khiển, trong khi các khung dữ liệu được truyền sử dụng
chế độ truyền dẫn đa tốc dựa trên điều chế và mã hóa
thích ứng ở lớp vật lý. Trong thiết kế giao thức, tốc độ
truyền dẫn được lựa chọn trên cơ sở giá trị tỷ số công
suất tín hiệu trên công suất tạp âm (SNR) trung bình
của kênh.
A. Thuật toán lựa chọn nút chuyển tiếp tối ưu
Định nghĩa tốc độ truyền dẫn hợp tác tương đương:
Rh =
W
W
Rc1
+ WRc2
=
Rc1Rc2
Rc1 +Rc2
(1)
S D
H3 H4
H2
H5Hn
H1
Nút trung 
gian
Nút trung 
gian
Nút trung 
gian
Nút trung 
gian
Direct path
Hình 1. Mô hình mạng vô tuyến hợp tác
là tốc độ truyền dẫn tải tin từ nguồn đến đích. Trong
đó, Rc1, Rc2 tương ứng là tốc độ truyền dữ liệu từ nguồn
tới nút chuyển tiếp tối ưu, và từ nút chuyển tiếp tối ưu
đến nút đích. M tốc độ hợp tác khả dĩ được phân thành
G nhóm ưu tiên, mỗi nhóm ưu tiên sẽ tồn tại ng ≥ 1
thành viên (có khả năng hỗ trợ truyền dẫn tốc độ hợp
tác),
∑G
g=1 ng = M .Thuật toán phân nhóm các tốc độ
hợp tác được thực hiện giống như trong [3]. Để lựa
chọn nút chuyển tiếp tốt nhất (được gọi là Helper tối
ưu), chúng tôi thiết kế giao thức hoạt động như sau:
Mỗi một nút trung gian bất kỳ trong mạng nghe dò
thông tin trạng thái kênh trong quá trình trao đổi các
khung điều khiển giữa nút nguồn và nút đích diễn ra.
Dựa trên các thông tin trạng thái kênh, nút trung gian
ước lượng các tham số và tính toán để xác định vị trí
tốc độ hợp tác Rh của nó trong vùng hợp tác (được định
nghĩa là một tập gồm 3 tham số R ∈ {R1, Rc1, Rc2}
thỏa mãn tốc độ truyền dẫn hợp tác phải luôn lớn hơn
tốc độ truyền dẫn theo đường trực tiếp R1. Khi đó, nút
trung gian thuộc vùng hợp tác gửi đi một tín hiệu chỉ
thị trợ giúp HI (Helper Indication) tới nút nguồn để chỉ
báo tồn tại ứng viên chuyển tiếp (Helper). Nút Helper
có chỉ số nhóm ưu tiên thứ g gửi đi một tín hiệu chỉ thị
nhóm GI (Group Indication) sau một khoảng thời gian
chờ là Tfb1(g) = (g−1)tfb, trong đó tfb là thời gian khe
lùi (backoff slot-time) nếu như nó không phát hiện được
tín hiệu GI nào trước đó của nhóm có mức ưu tiên cao
hơn. Một nút trung gian có chỉ số nhóm ưu tiên thứ g và
chỉ số thành viên m sẽ gửi đi một tín hiệu chỉ thị thành
viên MI (Member Indication) sau khoảng thời gian chờ
Tfb2(g,m) = (m − 1)tfb, 1 ≤ m ≤ ng nếu nó không
phát hiện được tín hiệu MI nào trước đó. Các Helper
thành viên thuộc nhóm ưu tiên cao nhất khi đó được
lựa chọn để tiếp tục tham gia vào quá trình tranh chấp
trong K khe thời gian hẹp. Chúng tôi thiết kế để các
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 299
Helper tối ưu (có cùng khả năng hỗ trợ tốc độ hợp tác
cao nhất) này lựa chọn ngẫu nhiên vị trí khe thời gian
hẹp thứ k để gửi đi tín hiệu chỉ thị chấp nhận chuyển
tiếp thông qua tín hiệu xung đáp ứng. Cụ thể, Helper
tối ưu nào có chỉ số k nhỏ nhất sẽ gửi đi tín hiệu HR1,
các Helper tối ưu khác phải chờ hết khoảng thời gian
HR1 mới được gửi đi tín hiệu HR2 dựa trên vị trí khe
thời gian k (bé thứ 2). Khi xuất hiện tín hiệu HR2, các
Helper tối ưu còn lại được thiết kế để từ bỏ quá trình
tranh chấp. Như vậy, chỉ có hai Helper tối ưu có cùng
tốc độ hợp tác cao nhất được lựa chọn theo phương thức
phân tán.
III. GIAO THỨC HỢP TÁC ĐỀ XUẤT
A. Mô tả giao thức
1) Khởi tạo tại nút nguồn: Sau khoảng thời gian
back-off, nút nguồn khởi tạo liên kết với nút
đích thông qua thủ tục RTS/CTS. Khi đó nút
nguồn gửi quảng bá khung RTS đến các cả nút
nguồn và các nút trợ giúp tối ưu (H1) và (H2)
ở tốc độ cơ bản.
2) Đáp ứng của nút đích: Khi nút đích nhận được
khung RTS, nó gửi quảng bá khung đáp ứng
CTS. Khung CTS này giúp nút nguồn có thể
tính toán được tốc độ truyền dẫn trực tiếp R1
bằng cách ước lượng giá trị tỷ số công suất tín
hiệu trên công suất tạp âm (SNR) trung bình
của kênh trực tiếp từ nguồn đến đích.
3) Xử lý tại nút Helper: Trong quá trình diễn ra
sự trao đổi RTS/CTS, các nút trung gian thăm
dò các thông tin trạng thái kênh để tính toán
và xác định tốc độ hợp tác mà nó có khả năng
hỗ trợ (thuộc nhóm ưu tiên thứ g, thành viên
thứ m) để quyết định gửi đi các tín hiệu chỉ thị
tồn tại Helper (HI), tín hiệu tranh chấp nhóm
(GI), và tín hiệu tranh chấp thành viên (MI).
Dựa trên chỉ số khe thời gian được lựa chọn
ngẫu nhiên, các Helper sẽ tính toán và quyết
định gửi đi tín hiệu đáp ứng HR1 hay là HR2
ở các vị trí thời gian xác định.
4) Xử lý tại nút nguồn: Khi nút nguồn và nút đích
nhận được tín hiệu HI , nó tiếp tục chờ để nhận
các tín hiệu GI, HI, HR1 và HR2. Ngay sau
khi nút nguồn nhận được tín hiệu HR2, nó gửi
quảng bá dữ liệu đồng thời đến Helper 1 và
Helper 2 trong khe thời gian thứ nhất (pha 1).
Có 3 trường hợp có thể xảy ra:
a) Chế độ truyền dẫn hợp tác với một nút
chuyển tiếp được kích hoạt nếu nút
nguồn chỉ nhận đúng tín hiệu HR1,
trong khi HR2 không được nhận chính
xác (do xung đột hoặc lỗi truyền dẫn).
b) Chế độ truyền dẫn hợp tác với hai nút
chuyển tiếp được kích hoạt nếu nút
nguồn nhận đúng cả hai tín hiệu HR1,
và HR2.
c) Nếu HI không được thăm dò bởi nút
nguồn, chế độ truyền dẫn trực tiếp sẽ
được kích hoạt.
5) Phản hồi của nút đích: Nếu nút đích giải mã
chính xác dữ liệu được gửi đến từ nguồn, nó gửi
phản hồi lại bằng một khung ACK, nếu không
giải mã đúng, quá trình truyền dẫn được khởi
tạo lại từ đầu.
B. Phân tích thời gian truyền dẫn mào đầu và tải tin
1) Trường hợp 1 – Không hợp tác: Sau khi nút
nguồn nhận được khung CTS từ nút đích, nó
gửi khung dữ liệu qua đường truyền trực tiếp
mà không thực hiện hợp tác. Khi đó, thời gian
truyền dẫn mào đầu và tải tin tương ứng là
T1,P =
W
R1
và T1,O = TRTS + TCTS + TD,O +
TACK+4TSIFS+4σ, trong đó W là độ dài tải
tin; TRTS, TCTS, TACK, TSIFS và TD,O tương
ứng là khoảng thời gian của các khung RTS,
CTS, ACK, khoảng thời gian liên khung (SIFS)
và mào đầu khung dữ liệu; σ thời gian lan
truyền.
2) Trường hợp 2 – Không tồn tại Helper: Nếu
nút nguồn không thăm dò được tín hiệu HI,
chế độ truyền dẫn trực tiếp sẽ được kích hoạt.
Thời gian truyền dẫn tải tin và mào đầu trong
trường hợp này tương ứng là T2,P = T1,P là
T2,O = T1,O + THI, trong đó, THI là chu kỳ
thời gian của tín hiệu HI.
3) Trường hợp 3 – Chế độ truyền dẫn hợp tác với
một nút chuyển tiếp: Nếu chỉ tồn tại một nút
Helper tối ưu, có chỉ số nhóm g, chỉ số thành
viên m, nút Helper tối ưu này gửi đi tín hiệu
HR1 tại khe thời gian thứ k được lựa chọn ngẫu
nhiên trong K khe thời gian hẹp mà không
xảy ra xung đột tranh chấp. Khi đó thời gian
truyền dẫn tải tin và mào đầu tương ứng là:
T3,P =
W
RC1
+ WRC2 =
W
Rh
and T3,O(g,m, k) =
T2,O+Tfb1(g)+TGI+Tfb2(g,m)+TMI+K ·
tfb + THR1 + TD,O + 2TSIFS + 2σ. Trong đó,
THR1 là thời gian truyền tín hiệu HR1. K là
số khe thời gian dành cho quá trình tranh chấp
ngẫu nhiên.
4) Trường hợp 4 – Chế độ truyền dẫn hợp tác
với hai nút chuyển tiếp: Nếu số Helper tối ưu
lớn hơn 1, và nút nguồn thăm dò chính xác
được hai tín hiệu HR1 và HR2, chế độ truyền
dẫn hợp tác với hai nút chuyển tiếp được kích
hoạt. Khi đó thời gian truyền dẫn tải tin và
mào đầu tương ứng là: T4,P = Wmin(R1C1,R2C1)
+
W
min(R1C2,R
2
C2)
and T4,O(g,m, k) = T2,O +
Tfb1(g) + TGI + Tfb2(g,m) + TMI + k1.tfb +
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 300
NAV RTS
CTS
SI
FS
R
an
do
m
B
ac
ko
ff
SI
FS
SI
FS
NAV
(RTS)
NAV
(RTS)
H
R
1
Nguồn
Đích
Chuyển 
tiếp 1
Chuyển 
tiếp 2
DATA
ACK
DATA
SI
FS
SI
FS
S
IF
S
Time
Time
Time
Time
HI GI MI
HI
.. .. ..
Tranh chấp 
thành viên
Tranh chấp 
các nhóm
SI
FS
NAV
(RTS)
NAV
max(MI+HR2)Các nút ứng viên 
chuyển tiếp khác
Nút không 
có khả năng 
chuyển tiếp
NAV
(RTS)
NAV
(HI)
NAV
max(GI+MI+HR2)
NAV
(HR2)
NAV
(HR2)
Time
Time
..
H
R 
2
..
GI MI
HI
DATA
Chờ
HR1
K khe 
thời gian
..
Hình 2. Chế độ truyền dẫn hợp tác sử dụng hai nút chuyển tiếp
NAV RTS
CTS
SI
FS
R
an
do
m
B
ac
ko
ff
SI
FS
SI
FS
NAV
(RTS)
H
R
1
Nguồn
Đích
Chuyển 
tiếp 1
DATA
ACK
DATA
SI
FS
SI
FS
S
IF
S
Time
Time
Time
HI GI MI
.. .. ..
Tranh chấp 
thành viên
Tranh chấp 
các nhóm
SI
FS
NAV
(RTS)
NAV
max(MI+HR1)Các nút ứng viên 
chuyển tiếp khác
Nút không 
có khả năng 
chuyển tiếp
NAV
(RTS)
NAV
(HI)
NAV
max(GI+MI+HR1)
NAV
(HR1)
NAV
(HR1)
Time
Time
HI
K khe 
thời 
gian
DATA
Hình 3. Chế độ truyền dẫn hợp tác sử dụng một nút chuyển tiếp
THR1 + k2.tfb + THR2 + TD,O + 2TSIFS + 3σ.
Trong đó, THR1 , THR1 tương ứng là thời gian
truyền tín hiệu HR1 và HR2; R1C1, R
2
C1 tương
ứng là tốc độ truyền dữ liệu từ nút nguồn đến
Helper1 và Helper2; R1C2, R
2
C2 tương ứng là
tốc độ truyền dữ liệu từ Helper1 và Helper2
đến nút đích.
5) Trường hợp 5 – Truyền dẫn hợp tác không
thành công: Khi xảy ra xung đột truyền dẫn
tín hiệu HR1 (Helper tối ưu tranh chấp không
thành công), nút nguồn không giải mã chính
xác được tín hiệu HR1, giao thức chuyển sang
chế độ truyền dẫn trực tiếp. Khi đó thời gian
truyền dẫn tải tin và mào đầu tương ứng là:
T5,P = T1,P và T5,O(g,m, k) = T2,O +
Tfb1(g) + TGI + Tfb2(g,m) + TMI + k1 · tfb +
THR1 + TSIFS + σ.
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 301
NAV RTS
CTS
SI
FS
R
an
do
m
B
ac
ko
ff
SI
FS
SI
FS
Source
Destination
Datasd
ACK
SI
FS
Time
Time
THI
Hình 4. Chế độ truyền dẫn trực tiếp
C. Tính toán thông lượng
Thông lượng hợp tác cần đảm bảo lớn hơn thông
lượng truyền dẫn trực tiếp, và phải là giá trị lớn nhất
có thể trong mỗi điều kiện mạng nhất định. Biểu thức
thông lượng tổng quát hóa như sau:
max J(n) (2)
đ.k. J(n) >
ρW
T1,P + T1,O
trong đó
J(n) =
WPs
E[TP ] + E[TO] + E[TE ]
(3)
là tốc độ truyền dẫn tải tin hiệu dụng, Ps là xác suất
truyền dẫn khung (frame) thành công, E[TP ], E[TO]
tương ứng là thời gian truyền dẫn tải tin trung bình và
thời gian truyền dẫn mào đầu trung bình; E[TE ] là thời
gian trễ trung bình do lỗi truyền dẫn. ρ ≥ 1 là hệ số cân
bằng giữa hai chế độ hợp tác và không hợp tác. ρ nhỏ
hơn cho phép cơ hội hợp tác lớn hơn. Với TP và TO
tương ứng là chu kỳ thời gian truyền dẫn thành công tải
tin và mào đầu giao thức, có thể xác định E[TP ] = PsTP
và E[TO] = PsTO. E[TE ] phụ thuộc vào các sự kiện
xảy ra lỗi các khung khác nhau (bao gồm cả khung điều
khiển và khung dữ liệu). Gọi Ti, Pi, (i = 1, 2, 3, 4) là
các chu kỳ thời gian truyền dẫn lại và xác suất xảy ra
các sự kiện lỗi các khung RTS,CTS,DATA,ACK
tương ứng, khi đó ta tính được E[TE ] =
∑4
i=1 PiTi.
Trong đó, Pi phụ thuộc vào xác suất lỗi bit trên mỗi
kênh liên kết. Phụ thuộc vào số Helper tối ưu (n) xuất
hiện trong mạng cũng như khả năng có xung đột tranh
chấp giữa các Helper này mà biểu thức J(n) được áp
dụng gắn với một trong các trường hợp của mục III.B.
Để tối đa hóa tốc độ truyền dẫn tải tin hiệu dụng cũng
như thông lượng mạng, chúng ta cần xem xét đến việc
thiết lập các tham số K,M,G và n theo các điều kiện
kênh nhất định.
IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
Để đánh giá phẩm chất của giao thức đề xuất, chúng
tôi thực hiện mô phỏng máy tính sử dụng Matlab. Mô
hình mạng gồm hai nút nguồn và đích được đặt cách
nhau một khoảng d, các nút trung gian được phân bố
80 100 120 140 160 180 200
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
x 106
Khoang cach mang (m)
Th
on
g 
lu
on
g 
tu
ye
n 
(bp
s)
Giao thuc de xuat
IEEE 802.11 DCF
Hình 5. Phẩm chất theo thông lượng
ngẫu nhiên trong một diện tích hình tròn, đường kính
từ nguồn đến đích. Các kênh giữa hai nút bất kỳ trong
mạng được mô hình hóa bởi pha-đinh Rayleigh, với tổn
hao log-normal shadowing, hệ số mũ tổn hao được lựa
chọn là 3.8, kích thước tải tin W = 2000 bytes, số khe
thời gian dành cho tranh chấp ngẫu nhiên là K = 20.
Ở đây chúng tôi áp dụng sơ đồ mã hóa Alamouti phân
tán cho trường hợp hợp tác với một nút chuyển tiếp như
trong [2], với hai nút chuyển tiếp như trong [7]. Các
tham số khác được lấy theo tiêu chuẩn IEEE 802.11a.
Các kết quả mô phỏng được chỉ ra như Hình 5 và Hình
6 dưới đây.
Quan sát hình 5, chúng ta thấy giao thức đề xuất
cho thông lượng hệ thống được cải thiện đáng kể so với
giao thức truyền thống. Khi khoảng cách mạng tăng, tập
tốc độ hợp tác giảm dần do đó đường biểu diễn thông
lượng của giao thức đề xuất có xu hướng gần với đường
biểu diễn thông lượng của giao thức IEEE 802.11 DCF
(không sử dụng hợp tác). Hình 6 thể hiện rõ phẩm chất
của giao thức đề xuất về độ trễ gói tin trung bình. Có thể
lý giải là do tốc độ truyền dẫn hợp tác lớn hơn nhiều so
với tốc độ truyền dẫn trực tiếp, dẫn đến thời gian truyền
dẫn tải tin yêu cầu nhỏ hơn. Vì vậy, đường biểu diễn
độ trễ gói tin trung bình của giao thức đề xuất thấp hơn
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 302
80 100 120 140 160 180 200
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10−3
Khoang cach mang (m)
D
o 
tre
 g
oi
 ti
n 
tru
ng
 b
in
h 
(s)
Giao thuc de xuat
IEEE 802.11 DCF
Hình 6. Phẩm chất theo độ trễ trung bình gói tin
nhiều so với đường biểu diễn độ trễ gói tin của giao thức
truyền thống IEEE 802.11 DCF. Như vậy, giao thức đề
xuất đáp ứng được yêu cầu về phẩm chất, đặc biệt thể
hiện rõ sự vượt trội so với giao thức truyền thống.
V. KẾT LUẬN
Trong bài viết này, chúng tôi đã tập trung vào vấn đề
khai thác các kỹ thuật truyền dẫn hợp tác và thủ tục lớp
MAC để cải thiện phẩm chất hệ thống vô tuyến phân
tán. Chúng tôi đã đề xuất được một mô hình giao thức
MAC hợp tác cho hệ thống vô tuyến phân tán sử dụng
hai nút chuyển tiếp. Các kết quả mô phỏng đã chứng
minh được giao thức của chúng tôi cho phẩm chất hệ
thống tốt hơn so với giao thức truyền thống IEEE 802.11
DCF về mặt thông lượng và độ trễ truyền dẫn gói tin
trung bình. Trong nghiên cứu tiếp theo, chúng tôi sẽ tích
hợp thêm các kỹ thuật mã hóa khác nhau để nhận được
đầy đủ các ưu điểm của truyền thông hợp tác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A. Bletsas, A. Khisti, P. D. Reed, A. Lippman,“A Simple Coop-
erative Diversity Method Based on Network Path Selection,” in
IEEE J. on Sel. Areas in Commun., vol. 24, no. 3, pp. 659–672,
March 2006.
[2] A. P. Anghel, G. Leus, M. Kaveh, “Distributed Space-Time
Cooperative Systems with Regenerative Relays,” IEEE Trans. on
Wireless Commun., Vol. 5, No. 11, pp. 3130–3141, November
2006.
[3] H. Shan, H. T. Cheng, W. Zhauang, “Cross-Layer Cooperative
MAC Protocol in Distributed Wireless Networks, ”IEEE Trans.
on Wireless Commun. IEEE Trans. On Wireless Commun. , vol.
10, no. 8, pp. 2603–2615, August 2011.
[4] F. Liu, T. Korakis, Z. Tao, S. Panwar, “A MAC-PHY Cross-
Layer Protocol for Wireless Ad-Hoc Networks, ” in WCNC,
2008.
[5] S. Moh, C. Yu, “A Cooperative Diversity-Based Robust MAC
Protocol in Wireless Ad Hoc Networks, ” in IEEE Transactions
on Parallel and Distributed Systems, Vol. 22(3), pp. 353-363,
March 2011.
[6] M. Khalid, Y. Wang, I. Butun, H. Kim, I. Ra, R. Sankar,
“Coherence time-based cooperative MAC protocol for wireless
ad hoc networks,” EURASIP J. on Wireless Commun. and Net,
2011.
[7] A. Bansal, M. R. Bhatnagar, A Hjørungnes, “Decoding and Per-
formance Bound of Demodulate-and-Forward Based Distributed
Alamouti STBC, ” IEEE Vehicular Technology Conference
(VTC), Quebec City, Canada, Sep. 2012.
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 303