Để nghiên cứu và thử nghiệm một số giao thức định tuyến theo mô hình phân cấp thông qua NS2, tôi đã tiến hành mô phỏng với mỗi nút có mức năng lƣợng thấp là 2J, không giới hạn số lƣợng dữ liệu để gửi cho các trạm cơ sở, mục đích để dễ quan sát thời gian sống và các thông số khác dễ dàng hơn.
1 2 3 4 5 7 9 11 0 100 200 300 400 500 600 700 0 2 4 6 8 10 12 Thời gian sống Số nút CH Số nút CH tối ưu Số nút CH
Hình 4.11 là kết quả thực nghiệm với điều kiện năng lƣợng các nút bằng nhau, kích thƣớc mạng 1000x1000, vị trí BS 150, 50, số cụm 4, thời gian mô phỏng 1600s. Giao thức thực nghiệm là LEACH (đồ thị màu đỏ), LEACH-C (đồ thị màu xanh cây), STAT-CLUS (đồ thị màu xanh dƣơng), PEGASIS (đồ thị màu xanh ngọc) và MTE (đồ thị màu tím).
Hình 4.11: Tổng số nút còn sống theo thời gian
- Theo hình 4.11, giao thức STAT-CLUS thì các nút mạng chết rất nhanh sau khoản thời gian ngắn vì thuật toán của STAT-CLUS là chỉ phân chia cụm một lần nên nếu các nút chủ cụm ở xa trạm gốc thì năng lƣợng để truyền dữ liệu về trạm gốc là rất lớn. Giao thức LEACH có số nút còn sống hiệu quả hơn nhiều so với giao thức STAT-CLUS, Giao thức LEACH-C có số nút còn sống càng hiệu quả hơn nhiều so với giao thức LEACH. Đặc biệt giao thức PEGASIS có số nút còn sống vƣợt trội hơn nhiều so với giao thức LEACH-C. Nhƣ vậy với cùng một điều kiện mạng thì số nút chết lớn nhất theo thời gian lần lƣợc là các giao thức STAT-CLUS, LEACH, LEACH-C, PEGASIS.
Với các số liệu thu thập đƣợc ở các thực nghiệm trên, chúng tôi lập biểu đồ (hình 4.12) để xem xét số phần trăm nút chết theo thời gian, qua đó đánh giá thời gian sống của các giao thức một cách định lƣợng và trực quan hơn
Hình 4.12: Số phần trăm nút chết
Với số nút mạng để thực nghiệm là 100 nút. Theo hình 4.12, lúc số nút mạng chết đạt 10% (10 nút chết) của tổng số nút, giao thức STAT-CLUSTER chạy đƣợc 21s, giao thức LEACH chạy đƣợc 131s, giao thức LEACH-C chạy đƣợc 100s, giao thức PEGASIS chạy đƣợc 654s. Lúc số nút mạng chết đạt 25% (25 nút chết) của tổng số, giao thức STAT-CLUS chạy đƣợc 24s, giao thức LEACH chạy đƣợc 144s, giao thức LEACH-C chạy đƣợc 255s, giao thức PEGASIS chạy đƣợc 950s. Tiếp tục xem xét thời điểm 50%, 75% và 95% nút chết ta thấy giao thức STAT-CLUS có số nút chết nhiều và nhanh nhất, giao thức LEACH hiệu quả rõ rệt hơn giao thức STAT-CLUS nhƣng giao thức LEACH-C hiệu quả gấp hai so với giao thức LEACH, trong khi đó giao thức PEGASIS lại hiệu quả gấp bốn so với giao thức LEACH-C. 21 24 33 38 45 131 144 150 225 330 100 255 422 475 516 654 950 1156 1300 1404 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 10% 25% 50% 75% 95% SỐ PHẦN TRĂM NÚT CHẾT
Hình 4.13 là kết quả thực nghiệm với điều kiện năng lƣợng các nút bằng nhau, kích thƣớc mạng 100x100, vị trí BS (150, 50), số cụm 4, thời gian mô phỏng 600s. Giao thức định tuyến phân cấp thực nghiệm là LEACH (đồ thị màu đỏ), LEACH-C (đồ thị màu xanh cây), STAT-CLUSTER (đồ thị màu đỏ).
Hình 4.13: Tổng số nút còn sống theo thời gian
Thực nghiệm này so với trên chỉ thay đổi phạm vi mạng rộng từ 1000x1000 thành mạng nhỏ hơn 100x100, kết quả cho thấy thời gian sống của các nút trong các giao thức đều tăng, trong đó LEACH (330s lên 500s), LEACH-C (520s lên 530s) tăng lên đáng kể. Điều này chứng tỏ do khoảng cách giữa các nút giảm xuống nên năng lƣợng tiêu thụ để truyền, nhận sóng vô tuyến nhờ đó cũng giảm theo.
Hình 4.14 là kết quả thực nghiệm với điều kiện năng lƣợng các nút bằng nhau, kích thƣớc mạng 100x100, vị trí BS(50, 50), số cụm 4, thời gian mô phỏng 800s. Giao thức thực nghiệm là LEACH, LEACH-C, STAT-CLUS, PEGASIS và MTE..
Trong thực nghiệm này, các tham số mạng gần nhƣ không đổi so với thực nghiệm trên, chỉ có thay đổi duy nhất là đƣa nút BS (150, 50) từ ngoài phạm vi các nút vào bên trong vùng các nút, kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian sống của các nút trong các giao thức thử nghiệm đều tăng lên rõ rệt.
Hình 4.13: Tổng số nút còn sống theo thời gian
Kết quả cho thấy thời gian sống của các nút trong các giao thức đều tăng hơn thử nghiệm trƣớc, trong đó LEACH (500s lên 700s), LEACH-C (530s lên 650s). Sở dĩ có kết quả đó vì nút gốc BS trong trƣờng hợp nằm bên trong phạm vi mạng, chắc chắn rằng khoảng cách trung bình từ các nút đến nút chủ cụm, từ các nút chủ cụm đến trạm gốc nhỏ hơn nhiều so với tất cả các thử nghiệm trên.
Nhận xét chung:
- Khi tăng diện tích của vùng các nút mạng, đồng nghĩa với việc các nút mạng nằm cách xa nhau hơn và khoảng cách tới trạm gốc cũng tăng theo. Điều đó dẫn tới năng lƣợng để truyền dữ liệu giữa các nút cũng tăng. Qua các đồ thị cho thấy thời gian sống của mạng bị giảm đi đáng kể. Yếu tố diện tích đặt nút mạng ảnh hƣởng rất lớn đến thời gian sống, cũng nhƣ khả năng truyền dữ liệu của mạng
- Trạm gốc đặt bên ngoài mạng và bên trong mạng ảnh hƣởng khá lớn đến thời gian sống của mạng
- Nếu tăng năng lƣợng ban đầu của các nút thì đời sống của các nút sẽ tăng lên