6. Cấu trúc của luận án
2.3.4 Đánh giá giải pháp
2.3.4.1 Mô hình mạng
Việc đánh giá kết quả của thuật toán sử dụng chương trình Matlab dựa trên mô hình mạng sử dụng bao gồm N (100) nút trong trường mạng M X M (100m x 100m). Với 4 loại nút cảm biến bao gồm các nút Normal, Advance, Super, Ultra-super được triển khai ngẫu nhiên nhằm chứng tỏ sự không đồng nhất trong mạng cảm biến với trạm gốc SINK được đặt tại trung tâm của trường cảm biến tọa độ (50, 50) như thể hiện trong hình 2.8.
Hình 2-8 Mô hình mạng cảm biến không đồng nhất 4 mức độ
Trong mô hình mạng, một số giả định đã được thực hiện cho các nút cảm biến cũng như cho cấu trúc mạng. Theo đó, các giả định và tính chất của mạng và các nút cảm biến được thể hiện như sau:
• Các nút cảm biến được triển khai một cách ngẫu nhiên trong mạng. • Có một trạm cơ sở nằm ở trung tâm của trường cảm biến.
• Các nút luôn có dữ liệu để gửi đến trạm cơ sở.
• Các nút không nhận biết được vị trí, tức là không được trang bị ăngten GPS.
• Tất cả các nút có khả năng tương tự về mặt cảm biến và truyền thông. Điều này thúc đẩy sự cần thiết phải kéo dài tuổi thọ của mỗi cảm biến.
Các nút cảm biến có tính không đồng nhất về năng lượng, nghĩa là các mức năng lượng khác nhau. Tất cả các nút có năng lượng ban đầu khác nhau; Một số nút được trang bị nhiều năng lượng hơn các nút bình thường
2.3.4.2 Tham số của giao thức đề xuất Bảng 2-1: Bảng các tham số mô phỏng Tham số Giá trị Kích thước mạng (m2) 100 x100 Vị trí nút gốc (m) (50,50) Số lượng nút mạng 100
Chiều dài gói tin dữ liệu (bits) 4000
Khoảng cách ngưỡng, d0 (m) 70
Năng lượng điện tích thu phát, Eelec 50 nJ/bit Năng lượng tổng hợp dữ liệu, EDA 5 nJ/bit Năng lượng truyền bộ tín hiệu , Efs , nếu dtoSINK <
d0
10 pJ/bit/m2 Năng lượng truyền bộ tín hiệu , Eamp , nếu dtoSINK
>= d0
0.0013 pJ/bit/m4
Xác xuất CH tối ưu, Popt 0.1
4 cấp độ không đồng nhất
Phần trăm số lượng nút Advance, m 0.5 Phần trăm số lượng nút Super, m0 0.4 Phần trăm số lượng nút Ultra-super, m1 0.3 Năng lượng cho các nút Advance, a 1.5 Năng lượng cho các nút Super, b 2.5 Năng lượng cho các nút Ultra-super, u 3.5 Năng lượng ban đầu cho các nút Normal
(Joules)
0.5
2.3.4.3 Tiêu chí đánh giá hiệu suất
Các chỉ số hiệu suất được sử dụng cho việc đánh giá các giao thức là: thời gian ổn định, tuổi thọ mạng, và số lượng các gói tin được gửi tới BS.
Thời gian ổn định: Theo thời gian ổn định, đến số vòng mà nút đầu tiên chết
hoặc số vòng từ khởi tạo mạng cho đến khi nút đầu tiên bị chết.
Tuổi thọ mạng: Số vòng mà tất cả các nút chết hoặc số vòng từ khởi tạo mạng
Số lượng gói tin được gửi đến BS: Tổng số gói tin được gửi trực tiếp đến
BS từ các kênh CHs hoặc các nút không phải CH.
2.3.4.4 Kịch bản mô phỏng
Tọa độ trạm
gốc
Tiêu chí đánh giá Giao thức đánh giá
(50,50)
•Độ ổn định (nút đầu tiên chết) •Thời gian sống (nút cuối cùng chết) •Thông lượng (Số lượng gói tin gửi đến
BS)
•Năng lượng còn lại trung bình của các nút mạng EDEEC, EDDEEC, BEENISH, Giao thức đề xuất Bảng 2-2: Kịch bản mô phỏng
2.3.4.5 Kết quả mô phỏng và đánh giá
Độ ổn định và tuổi thọ mạng
Thuật toán được mô phỏng trên một mạng có 50 nút normal có năng lượng E0, 30 nút advance có năng lượng gấp 2 lần so với các nút normal, 14 nút super có năng lượng gấp 5 lần so với các nút normal và 6 nút ultra-super có năng lượng gấp 7 lần các nút normal.
Bảng 2-3: Bảng so sánh tuổi thọ mạng của các giao thức tham gia mô phỏng
Giao thức Nút đầu tiên chết (vòng) Nút cuối cùng chết (vòng)
EDEEC 1003 7761
EDDEEC 1409 7697
BEENISH 1087 10839
Hình 2-10: Đồ thị so sánh thời gian các nút chết của các giao thức tham gia mô phỏng
Hình 2.9 và 2.10 cho thấy số lượng các nút còn lại và chết trong suốt thời gian sống của mạng. Nút đầu tiên của EDEEC, EDDEEC, BEENISH, và giao thức được đề xuất chết ở các vòng 1003, 1409, 1087 và 1817, giao thức EDEEC cao hơn 81%, EDDEEC 28%, 67% BEENISH số vòng mà nút đầu tiên chết. Và tất cả các nút chết ở các dãy 7761, 7697, 10839 và 11923, giao thức đề xuất là cao hơn 53% EDEEC, 54% EDDEEC, 10% BEENISH của số vòng mà nút cuối cùng chết. Như vậy, giao thức đề xuất thực hiện tốt hơn so với các giao thức khác đã chọn hiện có về tuổi thọ mạng, thời gian ổn định.
Bảng 2-4: Bảng so sánh thông lượng và năng lượng còn lại trung bình của các giao thức tham gia mô phỏng
Giao thức Thông lượng (gói tin/ vòng)
Năng lượng còn lại trung bình của các nút (vòng)
EDEEC 277879 7813
EDDEEC 317084 7832
BEENISH 300801 10241
Thông lượng (Số gói tin được gửi đến SINK)
Hình 2-11 Đồ thị so sánh thông lượng của các giao thức tham gia mô phỏng Hình 2.11 cho thấy rằng dữ liệu được gửi đến SINK là nhiều hơn cho giao thức đề xuất so với các giao thức khác. Thông lượng cho EDEEC, EDDEEC, BEENISH, và giao thức đề xuất là 277879, 317084, 300801 và 330375. Giao thức đề xuất là cao hơn EDEEC 18,9% cao hơn, 4,1% EDDEEC, 9,8% BEENISH số lượng gói tin.
Hình 2-12. Đồ thị so sánh năng lượng còn lại trung bình của các giao thức tham gia mô phỏng
Hình 2.12 cho thấy năng lượng còn lại trung bình của các giao thức mô phỏng. Kết quả cho thấy giao thức được đề xuất là hiệu quả nhất giữa các giao thức khác về thời gian ổn định, tuổi thọ mạng, và số lượng các gói được gửi đến SINK.
2.4. Cải tiến việc phân cụm trong mạng cảm biến không dây 2.4.1 Giới thiệu thuật toán