4.1.2.1. Perl
Ban đầu, Perl (Practical Extraction and Report Language) là một ngôn ngữ lập trình được phát triển cho thao tác văn bản, sau này được phát triển để sử dụng cho một loạt các ứng dụng khác như: quản trị hệ thống, phát triển web, lập trình mạng, giao diện phát triển,…Ưu điểm vượt trội của Perl là nhỏ gọn, dễ sử dụng, hỗ trợ cả lập trình hướng đối tượng (OOP), được xây dựng hỗ trợ xử lý văn bản.
Sử dụng Perl
Để chạy Perl trên Linux, ta dùng lệnh sau:
perl progName.pl
Viết Script bằng perl, đặt dòng sau lên trên đầu trong Script
#!/usr/bin/perl
Sau đó chạy lệnh:
/duongdan/script.pl
ví dụ : chmod 755 script.pl
/duongdan/script.pl
Cú pháp cơ bản của Perl:
Một đoạn code Perl script hay một chương trình đều bao gồm nhiều các statements. Các statements này chỉ đơn giản được viết bằng các kiểu cách đơn giản trong script. Không nhất thiết phải có main() hoặc tương tự.
perl statements kết bằng dấu “ ; “
Ví dụ: print”Hello, I’m Tu”;
Sử dụng “#” để Comments trong Perl, ví dụ :
# Comment ở đây
4.1.2.2. GNUPLOT
sẽ thấy đây là một công cụ mạnh mẽ và đầy hiệu quả. Với chức năng tạo script để vẽ, việc tạo hoặc sửa đổi một đồ thị trở nên rất dễ dàng.
Gnuplot có thể nhận vào tệp văn bản (input file) có nhiều cột, lúc ấy cần chỉ ra hai cột cụ thể để lấy dữ liệu vẽ đồ thị. Gnuplot còn có thể nhận vào từ nhiều file và vẽ trên cùng một đồ thị, điều này rất thuận lợi cho việc so sánh và nghiên cứu.
Ví dụ: File đầu vàolà:Time_of_connection_setup.data
STT DSDV AODV DSR 0 0,0045 0,6204 0,0333 5 1,1788 1,6365 1,4792 10 5,4950 1,4021 3,8303 15 5,0125 2,3528 3,4793 20 6,9357 1,4003 0,5594
Thiết lập định dạng cho bản vẽ và thực hiện vẽ đồ thị:
#plot.script
set title "Thoi gian thiet lap ket noi" set xlabel "Van Toc (m/s)"
set ylabel "Thoi gian (s)" set key right top
set pointsize 1 set xr [0:20] set yr [0:8] set size 0.8,0.8
set terminal postscript eps enhanced mono dashed lw 1 set output "Time_of_connection_setup.eps"
4.2. Thiết lập mạng mô phỏng MANET
Tôi đã xây dựng chương trình mô phỏng, có sử dụng đoạn mã ví dụ về mô phỏng mạng ad-hoc với giao thức DSDV trong cuốn "NS Simulator for beginners" [1] của tác giả Eitan Altman và Tania Jimenez. Chương trình mô phỏng của tôi có tên là:
MANET_Simulation.tcl, được in trong mục 2.Mô phỏng mạng MANET của phần Phụ Lục. Chương trình này sau khi chạy sẽ sinh ra các tệp vết là :MANET.nam và MANET.tr. Chúng sẽ được dùng làm input cho chương trình NAM để trực quan hóa toàn bộ quá trình mô phỏng bằng đồ họa; làm input cho đoạn mã perl do tôi xây dựng để tính: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công, thời gian phản ứng của các giao thức định tuyến, thông lượng; và kết xuất ra các tệp dùng cho gnuplot vẽ đồ thị.
4.2.1. Thiết lập tô-pô mạng
Sau nhiều khảo sát đánh giá, chúng tôi lựa chọn khu vực mô phỏng mạng MANET theo hình vuông với diện tích là 1500m x 1500m (1,5Km x 1,5Km). Việc mở rộng diện tích khu vực mô phỏng này sẽ đảm bảo cho các nút mạng di động có đủ không gian chuyển động với quãng đường đi lớn nhất lên tới 1,5x√2 = 2,12Km . Theo chuẩn 802.11 thì vùng thu phát sóng của nút di động tối đa là 250m nên ta có độ dài đường đi lớn nhất trong mạng mô phỏng lớn hơn 8 chặng dài nhất có thể có. Điều này rất hữu ích trong trường hợp nghiên cứu quá trình định tuyến giữa các nút ở xa nhau.
Mạng mô phỏng bao gồm 50 nút di động phân bố ngẫu nhiên trong diện tích mô phỏng với tọa độ các nút là (x, y, z) trong đó z = 0 (Mặt phẳng).
Vị trí ban đầu của các nút được khởi tạo ngẫu nhiên như vậy nhằm làm tăng tính khách quan trong quá trình mô phỏng.
Tổng quan về mạng mô phỏng với các tham số cấu hình chung, cấu hình di chuyển và cấu hình truyền dữ liệu được thể hiện trong bảng 5.
Bảng 5: Cấu hình mạng mô phỏng
Thông số Giá trị Cấu hình chung Khu vực địa lý 1,5Km x 1,5Km Tổng số nút 50 nút Vùng thu phát sóng 250m Cấu hình di chuyển Tốc độ di chuyển nhanh nhất 20 m/s 72 km/h Tốc độ di chuyển chậm nhất 0 m/s Đứng yên
Cấu hình truyền dữ liệu
Dạng truyền thông TCP
Số nguồn phát 10 nguồn, nằm trên 8 nút mạng: 4, 5, 7, 12, 15, 16, 18, 19
Thực thể nhận 8 nút mạng: 5, 6, 8, 13, 16, 17, 19, 20
Kích thước gói tin 512 bytes
triển khai thực tế. Trên thực tế có hai loại mô hình di chuyển được sử dụng cho mạng không dây là mô hình vết (trace-based model) và mô hình tổng hợp (synthetic model). Mô hình vết cung cấp cho ta thông tin chính xác, đặc biệt là khi nó có liên quan tới nhiều bên tham gia va có thời gian đủ dài. Tuy nhiên, mô hình tổng hợp là phù hợp hơn đối với mạng di động ngày nay. Mô hình tổng hợp cố gắng thể hiện hành vi của các nút di động bằng cách thống kê. Mỗi nút sẽ được gán một giải thuật nhằm ngẫu nhiên hóa quá trình di chuyển. Hai mô hình tiêu biểu mô phỏng các mạng Ad-hoc là: Random Waypoint và Random Walk.
4.2.2.1. Mô hình Random Waypoint
Tại mô hình này, ban đầu mỗi nút có một vị trí ngẫu nhiên trong khu vực mô phỏng và ở tại đó một khoảng thời gian tạm dừng. Khi hết quãng thời gian tạm dừng, nút chọn cho mình một đích ngẫu nhiên trong khu vực mô phỏng và chuyển động với tốc độ phân bố đồng đều giữa [speedmin, speedmax]. Khi tới vị trí mới nút dừng một khoảng thời gian trong khoảng [Pmin, Pmax] và sau đó tiếp tục lại quá trình.
Hình 14: Di chuyển một nút theo mô hình Random Waypoint.
Đây là mô hình có tính linh động cao nên được sử dụng phổ biến và rộng rãi nhất. Mô hình Random Waypoint có biến thể khác với một vài thay đổi khác biệt là mô hình
4.2.2.2. Mô hình Random Walk
Mô hình này mô phỏng chuyển động ngẫu nhiên của các thực thể trong cuộc sống tự nhiên. Nút di động di chuyển từ vị trí hiện tại tới vị trí mới bằng việc chọn ngẫu nhiên một hướng nằm trong khoảng [0, 180°] và tốc độ nằm trong khoảng [speedmin, speedmax]. Mỗi chuyển động diễn ra trong khoảng thời gian travel_time (thời gian di chuyển của nút trước khi thay đổi hướng và tốc độ) hoặc trong một khoảng cách hằng số và đặc biệt là không có thời gian tạm dừng trước khi nút mạng thay đổi hướng và tốc độ. Hình 15 thể hiện trực quan hóa quá trình di chuyển của tám nút mạng theo mô hinh Random Walk.
Hình 15: Di chuyển của 8 nút theo mô hình Random Walk
Với mô hình chuyển động này thì tham số về sự thay đổi hướng di chuyển của nút có tính chất quyết định đến mức độ thay đổi của mạng. Nếu tham số này nhỏ, các nút di chuyển ngẫu nhiên trong phạm vi nhỏ, lúc này mạng được coi là mạng nửa tĩnh. Ngược lại nếu tham số này lớn, mạng thay đổi trên phạm vi rộng hơn.
4.2.3 Thiết lập các nguồn sinh lưu lượng đưa vào mạng
Chúng tôi lựa chọn 10 cặp truyền thông (sender, receiver) truyền phát dữ liệu. Chúng được sắp xếp phân bố hợp lý trên khu vực mô phỏng sao cho đảm bảo có đủ các chặng truyền phát với độ dài khác nhau, từ các cặp truyền thông nằm gần nhau nhất tới các cặp truyền thông nằm xa nhau nhất có thể trong khu vực mô phỏng , các nút mạng còn lại tham gia vào quá trình định tuyến với vai trò là nút trung gian chuyển tiếp gói tin.
Giao thức TCP được chúng tôi lựa chọn để đưa vào mô phỏng bởi trong các ứng dụng trên thực tế hầu hết đều hoạt động dựa trên giao thức này. Các nguồn phát sinh lưu lượng sử dụng giao thức FTP để truyền.
NS-2 hỗ trợ một số công cụ để tạo ra các file ngữ cảnh một cách tự động và ngẫu nhiên. Các công cụ này nằm trong thư mục: …/ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/, với các tính năng sau:
• setdest: Là công cụ viết trên nền C++, giúp cho người nghiên cứu tạo ra các kịch bản bao gồm vị trí ban đầu của nút di động và sự di chuyển của chúng. Trong công cụ này, chúng ta coi tọa độ z của các nút đều bằng 0 và các nút di chuyển trên cùng một mặt phẳng. Thực hiện setdest bằng cách gõ lệnh như sau:
./setdest -n <num of nodes> -p <pausetime> -s <maxspeed> -t <simtime> -x <maxx> -y <maxy> > <outdir>/<scenario-file>
• cbrgen.tcl: Là công cụ viết bằng ngôn ngữ tcl, sử dụng thông qua bộ thông dịch ns-2, giúp người nghiên cứu có thể tạo ra các kịch bản truyền thông trên nền giao thức giao vận TCP. Câu lệnh:
ns cbrgen.tcl [-type cbr|tcp] [-nn nodes] [-seed seed] [-mc connections] [-rate rate] > <outdir>/<scenario-file>
Sử dụng các công cụ này giúp người nghiên cứu tạo ra các kịch bản truyền thông cũng như di chuyển của mạng với số lượng các nút di động là tương đối lớn. Tuy nhiên việc tạo ra các kịch bản này là ngẫu nhiên, có thể không theo ý muốn của người nghiên cứu, nên trong nhiều trường hợp người nghiên cứu phải tự viết ra các kịch bản truyền thông có ý nghĩa mô phỏng điển hình.
4.2.4. Lựa chọn thời gian mô phỏng
Quá trình mô phỏng diễn ra trong thời gian t = 600s = 10 phút. Đây là khoảng thời gian vừa đủ để chúng ta nghiên cứu các sự kiện xảy ra trong mạng. Thật vậy do các nút mạng di chuyển với vận tốc từ [0m/s – 20m/s] nên ta giả sử nút di chuyển với tốc độ gần như là thấp nhất ứng với người đi bộ là 1m/s thì quãng đường đi được sau 600s cũng lên tới 600m.
S = v.t = 1 x 600 = 600m
Với thời gian như vậy đủ để nút chậm nhất di chuyển ra ngoài vùng thu phát sóng của nút khác (radio range = 250m) và làm cho tô-pô mạng thay đổi. Quá trình đó cũng thể hiện rõ các tính chất đặc trưng của các mô hình chuyển động khác nhau:
• Random Waypoint: Mô hình này tuy các nút có thêm các khoảng thời gian tạm dừng trước khi thay đổi hướng và tốc độ chuyển động nhưng thời gian tạm dừng này là rất nhỏ so với thời tổng toàn bộ thời gian mô phỏng. Do đó với 600s các nút mạng vẫn đủ thời gian để đạt đưỡng quãng đường di chuyển cần thiết tạo ra các thay đổi khác nhau đối với tô-pô mạng.
• Random Walk: Mô hình này các nút di chuyển liên tục, không có thời gian tạm dừng nên đương nhiên với thời gian mô phỏng 600s là đủ để đánh giá các giao thức định tuyến khi tô-pô mạng thay đổi liên tục.
4.3. Thực hiện mô phỏng các giao thức định tuyến4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl 4.3.1. Phân tích kết quả bằng công cụ perl
Tôi đã xây dựng các chương trình perl để đánh giá các tham số hiệu năng sẽ được trình bày tại mục 4.3.1 này. Tên các chương trình đó là:
4.3.1.1. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công
Mô phỏng mạng gồm 50 nút di động với 10 nguồn sinh lưu lượng kết nối.
a. Mô hình Random Waypoint
Bảng 6: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint
DSDV AODV DSR
0m/s
Gói tin truyền thành công 2768 50802 49802
Tổng số gói tin gửi đi 2813 50925 49943
Tỷ lệ % 98,40 99,75 99,72
5m/s
Gói tin truyền thành công 63930 62871 57789
Tổng số gói tin gửi đi 64601 64063 58170
Tỷ lệ % 98,96 98,13 99,34
10m/s
Gói tin truyền thành công 97453 60909 105725
Tổng số gói tin gửi đi 97979 61554 106059
Tỷ lệ % 99,46 98,95 99,69
15m/s
Gói tin truyền thành công 24978 46136 41019
Tổng số gói tin gửi đi 25222 46937 41356
Tỷ lệ % 99,03 98,29 99,19
20m/s
Gói tin truyền thành công 37344 46212 45568
Tổng số gói tin gửi đi 37839 47180 45897
b. Mô hình Random Walk
Bảng 7: Thống kê chi tiết tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Walk
DSDV AODV DSR
0m/s
Gói tin truyền thành công 69919 72729 69972
Tổng số gói tin gửi đi 70033 72859 70101
Tỷ lệ % 99,84 99,82 99,82
5m/s
Gói tin truyền thành công 51120 48731 44450
Tổng số gói tin gửi đi 51547 50096 44685
Tỷ lệ % 99,17 97,28 99,47
10m/s
Gói tin truyền thành công 55272 61102 56998
Tổng số gói tin gửi đi 55652 62065 57391
Tỷ lệ % 99,32 98,45 99,32
15m/s
Gói tin truyền thành công 34680 44709 42969
Tổng số gói tin gửi đi 35149 45723 43396
Tỷ lệ % 98,67 97,78 99,02
20m/s
Gói tin truyền thành công 31045 49969 50373
Tổng số gói tin gửi đi 31498 51238 50845
4.3.1.2. Thời gian thiết lập kết nối a. Mô hình Random Waypoint
Bảng 8: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Waypoint
Tốc độ
Giao thức 0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s
DSDV (s) 0,0045 1,1788 5,4950 5,0125 6,9357
AODV (s) 0,6204 1,6365 1,4021 2,3528 1,4003
DSR (s) 0,0333 1,4792 3,8303 3,4793 0,5594
b. Mô hình Random Walk
Bảng 9: Thời gian thiết lập kết nối trung bình-Random_Walk
Tốc độ
Giao thức 0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s
DSDV (s) 0,0039 0,7459 0,2433 0,0721 0,0514
AODV (s) 0,0077 3,2728 1,8551 6,0929 0,9361
4.3.2. Sử dụng gnuplot để vẽ đồ thị
Tôi đã sử dụng gnuplot với input là các file sau:
• Time_of_connection_setup_randomWaypoint
• Time_of_connecion_setup_randomWalk
Thực hiện các theo tác trong chế độ tương tác của gnuplot để vẽ các đồ thị trong mục 4.3.2.2: Thời gia thiết lập kết nối.
4.3.2.1. Tỷ lệ phân phát gói tin thành công a. Mô hình Random Waypoint
Bảng 10: Tỷ lệ phân phát gói tin thành công - Random Waypoint
Tốc độ Giao thức 0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s DSDV (%) 98,40 98,96 99,46 99,03 98,69 AODV (%) 99,75 98,13 98,95 98,29 97,95 DSR (%) 99,72 99,34 99,69 99,19 99,28 98 98,5 99 99,5 100 DSDV (%) AODV (%) DSR (%) Kết quả phân phát gói tin dữ liệu
tr ăm g ói t in t ru yề n th àn h cô ng ( % )
b. Mô hình Random Walk
Bảng 11:Tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk
Tốc độ Giao thức 0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s DSDV (%) 99,84 99,17 99,32 98,67 98,56 AODV (%) 99,82 97,28 98,45 97,78 97,52 DSR (%) 99,82 99,47 99,32 99,02 99,07 96 96,5 97 97,5 98 98,5 99 99,5 100 100,5 0m/s 5m/s 10m/s 15m/s 20m/s DSDV (%) AODV (%) DSR (%)
Hình 17: Đồ thị tỷ lệ phân phát gói tin thành công – Random Walk
Kết quả phân phát gói tin dữ liệu
P hần t răm g ói ti n tr uy ền t hà nh cô ng (% ) Vận Tốc
4.3.2.2. Thời gian thiết lập kết nối
a. Random Waypoint
Hình 18: Đồ thị thời gian thiết lập kết nối trung bình_Random-Waypoint
4.4. Đánh giá ảnh hưởng của sự chuyển động của nút mạng đến hiệu suất của các giao thức định tuyến của các giao thức định tuyến
Thông qua tập các cấu hình mạng mô phỏng được xây dựng ở trên, chúng tôi tiến hành mô phỏng, phân tích, khảo sát ảnh hưởng của sự chuyển động các nút đến hiệu suất của ba giao thức định tuyến điển hình trong mạng MANET là: DSDV, AODV và DSR. Các kết quả so sánh được bao gồm: kết quả về tỷ lệ phân phát gói tin thành công và thời gian phản ứng của các giao thức định tuyến (Thời gian thiết lập kết nối).
Hình 16 thể hiện tỷ lệ phân phát gói tin thành công trong mô hình Random Waypoint với 10 nguồn phát. Các giao thức cho kết quả làm việc khá tốt với tỷ lệ đạt trên 97%, tỷ lệ mất gói tin là rất ít chỉ chiếm khoảng từ 1-3%. Đi vào xem xét sâu hơn nữa chúng ta thấy ngay hoạt động tốt nhất là giao thức DSR gần như các gói tin truyền đi đều tới đích, tỷ lệ rớt gói luôn dưới 1%. Giao thức AODV thể hiện ưu điểm của mình