Để đánh giá hoạt động về các giao thức DSR và AODV, tác giả thực hiện mô phỏng với kết quả mô phỏng trên Hình 3.1 là sự thay đổi của tỷ lệ phát gói tin thành công theo số lượng nguồn phát. Trong đó, tỷ lệ phát gói tin thành công được định nghĩa bằng tổng số gói tin được phát thành công đến đích trên tổng số gói tin được phát đi tại tất cả các nút trong mạng.
(a) Tốc độ di chuyển trung bình 5 m/s (b) Tốc độ di chuyển trung bình 20 m/s
60
Từ kết quả mô phỏng trên Hình 3.1 ta thấy rằng, trong hầu hết các trường hợp, thuật toán DSR cho kết quả tổng số gói tin phát thành công cao hơn thuật toán AODV. Bên cạnh đó, tỷ lệ phát gói tin thành công của hai giao thức giảm khi số lượng nguồn phát tăng lên.
DSR cho kết quả tương đối ổn định khoảng 80% trong trường hợp số nguồn phát nhỏ hơn 12, trong trường hợp số nguồn phát lớn hơn 12 thì tỷ lệ này giảm dần. Trong khi đó AODV cho kết quả khoảng 90% trong trường hợp số nguồn phát nhỏ hơn 8, sau đó tỷ lệ giảm dần khi số nguồn phát tăng lên.
Kết quả này cho thấy khả năng thích ứng với môi trường mạng mà các nút ổn định của DSR là tốt hơn AODV. Ngoài ra, khi tốc độ di chuyển trung bình của nút thay đổi thì DSR hoạt động hiệu quả hơn AODV.
(a) Tốc độ di chuyển trung bình 5 m/s (b) Tốc độ di chuyển trung bình 20 m/s Hình 3.2. Xác suất tắc nghẽn của DSR và AODV
Kết quả trên Hình 3.3 cho ta thấy xác suất gói tin rơi của các thuật toán DSR và AODV. Trong đó độ đo về xác suất gói tin rơi được định nghĩa bằng tổng số gói tin bị nghẽn trên toàn mạng trên tổng số gói tin được phát đi. Tác giả thấy rằng, thuật toán DSR cho tỷ lệ tắc nghẽn nhỏ hơn AODV trong cả hai trường hợp tốc độ di chuyển của nút trung bình là 5 m/s và 20 m/s. Tuy nhiên, khi số nguồn phát lớn, xác suất tắc nghẽn của thuật toán AODV tăng cao hơn so với thuật toán DSR. Điều này cho thấy rằng giao thức định tuyến AODV hoạt động không ổn định khi tổng số nguồn phát thay đổi.
61
(a) Tốc độ di chuyển trung bình 5 m/s (b) Tốc độ di chuyển trung bình 20 m/s Hình 3.3. Trễ truyền gói trung bình của DSR và AODV
Kết quả trên Hình 3.3 cho ta thấy độ trễ trung bình toàn bộ hệ thống mạng. Trong trường hợp số lượng nguồn phát cố định, độ trễ trung bình của toàn hệ thống tỷ lệ thuận với số lượng nút, AODV có độ trễ trung bình toàn bộ hệ thống lớn hơn DSR, đặc biệt là trong trường hợp số nguồn phát lớn.
Hình 3.4. Trễ truyền gói trung bình của DSR và AODV khi mật độ lưu lượng thay đổi
Trên Hình 3.4, chúng tôi phân tích trễ truyền gói trung bình của thuật toán DSR và AODV trong trường hợp tốc độ di chuyển trung bình của mỗi nút là 20 m/s, số lượng
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Số lượng nguồn phát T rể t ru y ề n g ó i tr u n g b ìn h ( g iâ y ) DSR AODV 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Số lượng nguồn phát T rể t ru yề n g ó i tr u n g b ìn h ( g iâ y) DSR AODV
62
nguồn phát là 15. Trong đó, độ đo mật độ lưu lượng trên trục hoành là một khái niệm cần được xác định để có cơ sở trong các tính toán và đánh giá các kết quả mô phỏng. Đối với mạng không dây nói chung và mạng MANET nói riêng, mật độ lưu lượng có nhiều cách định nghĩa tùy theo giả thiết của bài toán hoặc mô hình mạng. Ví dụ, trong trường hợp các nút mạng không dây cố định và các nút đều thực hiện chức năng phát và nhận, thì mật độ lưu lượng có thể xác định bằng tổng dung lượng đường truyền, trong đó tổng dung lượng đường truyền bằng số nút mạng nhân với dung lượng một kênh [2][66]. Theo [67], mật độ lưu lượng được định nghĩa bằng tổng các gói tin phát ra trên một giây của một nút đến tất cả các nút khác trong mạng. Theo [12], mật độ lưu lượng của mỗi nút được định nghĩa bằng tổng lưu lương đi vào các hàng đợi của các nút láng giềng của nó. Với cách định nghĩa này, mật độ lưu lượng tối đa của một nút bằng tổng dung lượng của tất cả các kênh kết nối từ nút đó đến các nút láng giềng của nó.
Qua những phân tích ở trên, trong luận án này tác giả đưa ra định nghĩa mật độ lưu lượng là lưu lượng phát sinh trung bình của mỗi nút so với dung lượng của một kênh, được thiết lập theo hàm như sau:
P L m n % (3.1)
Trong đó: m là số gói dữ liệu được phát sinh trung bình trong một đơn vị thời gian, L là kích thước trung bình của các gói dữ liệu và P là dung lượng của một kênh truyền. Mật độ lưu lượng được định nghĩa theo hàm (3.1) tương đương với tham số tải lưu lượng/dung lượng kênh. Trong định nghĩa này tác giả đưa ra đơn vị theo % để thấy rõ theo tỷ lệ chiếm kênh thay vì sử dụng giá trị trong khoảng [0,1].
Ví dụ: Xét các mô hình mô phỏng mà tác giả đã thực hiện, dung lượng của mỗi kênh theo chuẩn IEEE 802.11 ( 11 Mbit/s). Giả sử cần phát sinh mật độ lưu lượng đầu vào là 75%, các tham số mô phỏng được thiết lập như sau:
Chọn kích thước trung bình của các gói dữ liệu là 512 byte ) / ( 088 , 16 8 512 10 11 % 75 % 6 s gói L P n m (3.2)
Như vậy, cần thiết lập mỗi nút phát sinh trung bình là 16,088 gói/s.
Kết quả mô phỏng ở Hình 3.4 cho thấy rằng, trễ truyền gói tin của cả hai thuật toán gần như giống nhau. Tuy nhiên, thuật toán DSR có tính ổn định hơn, còn thuật toán AODV có sự thay đổi lớn trong khoảng mật độ lưu lượng từ 65% đến 90%.
63
Vì AODV hoạt động không ổn định khi mật độ lưu lượng cao, nên xác suất gói tin rơi cũng cao hơn thuật toán DSR như cho thấy trên Hình 3.5. Khi mật độ lưu lượng từ 75% đến 90% thì xác suất gói tin rơi tăng lên rất lớn, trong khi đó thuật toán DSR hoạt động ổn định hơn.
Hình 3.5. Xác suất gói tin rơi của DSR và AODV khi mật độ lưu lượng thay đổi
Hình 3.6. Tỷ lệ phát gói tin thành công của DSR và AODV khi mật độ lưu lượng thay đổi
64
Về tỷ lệ phát gói tin thành công thì thuật toán DSR cũng hoạt động hiệu quả hơn thuật toán AODV khi mật độ lưu lượng cao. Kết quả mô phỏng trên Hình 3.6 cho ta thấy rõ điều này. Khi mật độ lưu lượng từ 30 đến 60% thì AODV có tỷ lệ thành công cao hơn, trong khi đó mật độ lưu lượng tăng lên trên 75% thì DSR có tỷ lệ phát gói tin thành công tăng lên nhiều so với AODV.
Qua việc phân tích đánh giá và kết quả của mô phỏng ở phần trên ta thấy rằng, DSR ít bị ảnh hưởng trong trường hợp số lượng nguồn phát thay đổi, điều này cũng phù hợp với đặc điểm của DSR như đã trình bày ở phần trên do DSR thu thập được nhiều đường đi đến đích hơn AODV, chứng tỏ khả năng khám phá lộ trình của DSR là tốt hơn so với AODV. Tuy nhiên, khi các nút di chuyển với tốc độ cao, AODV hoạt động với hiệu suất tăng khá rõ rệt với tỷ lệ phát tin thành công cao hơn, ổn định hơn và thời gian trễ nhỏ hơn đối với DSR, điều này chứng tỏ số lượng đường đi đã khám phá trong DSR bị cũ không còn hiệu lực và DSR không có cơ chế phát hiện kịp thời để loại bỏ các đường đi không còn hiệu lực trong bảng định tuyến. Tuy nhiên khi mật độ lưu lượng gói tin cao thì DSR hoạt động ổn định hơn AODV.
Như vậy giao thức DSR có thể áp dụng trong trường hợp mạng với mức độ di chuyển thấp, AODV có thể áp dụng trong các trường hợp mạng với mức độ di chuyển cao. Từ kết quả nghiên cứu và đánh giá bằng phương pháp mô phỏng này, chúng tôi sẽ nghiên cứu đề xuất các thuật toán cải tiến cho DSR và AODV bằng cách tích hợp tác tử vào điều khiển định tuyến thông qua các nút mạng để cập nhật thông tin trạng thái mạng trong giai đoạn khám phá lộ trình của thuật toán định tuyến. Chi tiết về các đề xuất thuật toán cải tiến này được trình bày trong phần tiếp theo.
3.2 Đề xuất giải pháp cải tiến giao thức định tuyến điều khiển theo yêu cầu 3.2.1 Ý tƣởng của giải pháp đề xuất