5.3.1.1 Thiết lập thông số mô phỏng
Đối với mô hình RW, chúng tôi xây dựng mạng mô phỏng gồm 50 nút di động, hình thành nên một mạng ad hoc. Các nút này di chuyển trong một khu vực địa lý rộng 1500m x 900m (không gian phẳng). Toạ độ của các nút tại mỗi thời điểm là (x, y, z), trong đó tọa độ z = 0. Chúng tôi lựa chọn không gian hình chữ nhật để đường đi giữa các nút có độ dài lớn hơn so với trong các không gian hình vuông với mật độ nút tương đương. Cụ thể là độ dài đường lớn nhất trong mạng mô phỏng của chúng tôi là 8 chặng (trong khi không gian hình vuông là 4 chặng). Thời gian mô phỏng là 900 giây.
Tôi tạo ra 7 tệp mẫu di chuyển của nút với 7 giá trị vận tốc nút khác nhau là 0, 5, 10, 15, 20, 25 và 30 m/s. Thời gian tạm dừng 0 giây tương ứng với việc các nút di chuyển liên tục trong suốt thời gian mô phỏng.
Mô hình truyền thông được lựa chọn là CBR (constant bit rate). Đây là mô hình truyền thông được mô phỏng bởi NS2 với tốc độ phát gói tin không đổi. Tôi chọn tham số cho nguồn phát CBR có tốc độ gửi là 4 gói tin/giây với kích thước các gói tin là 512 bytes. Số lượng kết nối cho mỗi mô hình di chuyển nút là 10 nguồn phát.
Tổng kết về các cấu hình mạng mô phỏng và các tham số của các mô hình di chuyển, mô hình truyền thông được cho trong bảng 13.
Tham số mô phỏng Giá trị
Số nút tham gia mô phỏng 50
Kích thước vùng mô phỏng (m x m) 1500 x 900 Phạm vi truyền sóng vô tuyến (m) 250
Băng thông (Mbps) 2
Kích thước gói tin (bytes) 512 Tốc độ gửi gói tin (packets/ s) 4
Dạng truyền thông Cbr
Số lượng nguồn phát 10
Thời gian tạm dừng (s) 0
Tốc độ nút di chuyển (m/s) 0-5-10-15-20-25-30
Thời gian mô phỏng (s) 900
Giao thức định tuyến mô phỏng AODV-DSDV-DSR-OLSR
5.3.2.2 Kết quả và nhận xét
Phần trăm gói tin được phân phát thành công
Hình 27. Đánh giá kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Waypoint
Trễ đầu cuối trung bình
Thông lượng đầu cuối trung bình
Hình 29. Đánh giá kết quả thông lượngtrong mô hình Random Waypoint
Tải định tuyến chuẩn hóa
Hình 30. Đánh giá kết quả tải chuẩn hóatrong mô hình Random Waypoint Với tập các cấu hình mạng mô phỏng được xây dựng ở trên, tôi tiến hành mô phỏng, phân tích, đánh giá các kết quả làm việc giữa các giao thức dựa trên các độ đo hiệu suất. Các kết quả so sánh được cho thấy sau đây bao gồm: kết quả phân phát gói tin, độ trễ đầu cuối trung bình, thông lượng đầu cuối trung bình và tải định tuyến
Từ hình 27, nếu coi tỷ lệ phân phát gói tin thành công là độ đo quan trọng nhất thì ta có thể đánh giá giao thức AODV hoạt động ổn định, đạt hiệu quả tốt nhất với tỷ lệ phân phát gói tin thành công trung bình trên 80%. Còn lại, 3 giao thức DSDV, DSR và OLSR thì tỷ lệ phân phát gói tin thành công xuống thấp khi vận tốc nút tăng lên. Điều này phù hợp với thông lượng đầu cuối trung bình, hình 29 cho thấy kết quả là thông lượng của AODV lớn nhất trung bình đạt trên 130 kpbs, trong khi thông lượng của DSDV, DSR và OLSR giảm dần khi vận tốc nút tăng. Những cải tiến từ DSR giúp AODV hoạt động tốt hơn, cụ thể là AODV dựa vào thiết lập động các bảng định tuyến ở các nút trung gian, điều này làm giảm rất nhiều tải định tuyến chuẩn hóa so với việc truyền từng gói tin dữ liệu chứa các tuyến đường nguồn trong tiêu đề như trong DSR. Hai nguyên nhân: Một là, DSR là giao thức phản ứng dựa trên định tuyến nguồn; hai là, trong bộ mô phỏng ns-2.34 thời gian giữa các ROUTE REQUEST được phát lại chỉ là 500 ms trong khi thời gian giữ các gói tin chờ đường là 30s dẫn đến số lượng gói tin ROUTE REQUEST là rất lớn lý giải cho vấn đề thông lượng đầu cuối trung bình thấp và độ trễ đầu cuối trung bình cao của DSR. Cuối cùng, ta thấy DSR có tải định tuyến chuẩn hóa rất cao. Từ bốn độ đo trên, trong mô hình này ta có thể đánh giá DSR hoạt động tồi khi vận tốc các nút lớn. Còn đối với AODV, đây là giao thức định tuyến phản ứng dựa trên vec tơ khoảng cách với các bảng định tuyến của các nút hàng xóm được tổ chức để tối ưu hóa thời gian phản ứng các di chuyển cục bộ và cung cấp thời gian phản ứng nhanh cho các yêu cầu thành lập tuyến đường mới. Chính sự linh hoạt này đã khiến AODV hoạt động ổn định, hiệu quả kể cả khi vận tốc các nút tăng.
Với các thể hiện của DSDV, ta có thể nhận thấy rõ hoạt động rất hiệu quả của giao thức chủ ứng dựa trên vecto khoảng cách này trong việc định tuyến khi vận tốc nút tăng. Trễ đầu cuối trung bình của DSDV rất nhỏ, khá ổn định với các mức độ linh động của nút khác nhau mặc dù độ trễ có tăng lên khi vận tốc tăng. Mặt khác, tỷ lệ phân phát gói tin thành công là khá tốt trong khi tải định tuyến chuẩn hóa rất nhỏ, điều này minh chứng cho nhận xét của ta về hoạt động hiệu quả của DSDV. Ta lý giải như sau: DSDV sử dụng cập nhật định kỳ và cập nhật sự kiện nên phản ứng tốt với sự thay đổi cấu hình mạng nhanh, mặt khác nó tối ưu hóa cập nhật bằng cách sử dụng hai loại thông điệp cập nhật là thông điệp cập nhật đầy đủ và thông điệp cập nhật bổ xung do đó trong bốn giao thức, tải định tuyến chuẩn hóa của DSDV là tốt nhất. Để tránh sự bùng nổ các cập nhật định tuyến tại các thời điểm cấu hình mạng thay đổi nhanh, DSDV cũng áp dụng cơ chế hãm các cập nhật tức thời khi có các thay đổi xảy ra trong mạng. Bằng việc ghi nhận các quãng thời gian xảy ra những thay đổi về đường, DSDV làm trễ các cập nhật tức thời theo thời gian đó. Thời gian làm trễ thường là thời gian trung bình để có được tất cả các quảng bá cập nhật cho một tuyến đường. Bằng cách này, các nút có thể chắc chắn nhận được tất cả những thay đổi đường dẫn định tuyến đến một đích trước khi lan truyền bất cứ thay đổi nào. Điều này làm giảm việc sử dụng băng thông và tiêu thụ điện năng của các nút hàng xóm. Kết quả là, trong hình 29 thông lượng của DSDV là khá tốt. Trong mô hình Random Waypoint, giao thức định
tuyến OLSR chỉ đạt hiệu quả trung bình. Mặc dù là giao thức định tuyến chủ ứng nhưng tải định tuyến chuẩn hóa của OLSR cao hơn nhiều so với DSDV do nó dựa trên định tuyến trạng thái liên kết dù đã được cải tiến bằng cách sử dụng các chuyển tiếp đa điểm (MultiPoint Relays - MPRs) để giảm chi phí flooding mạng và kích thước của các bản cập nhật trạng thái liên kết. Nhưng so với các giao thức phản ứng như AODV, DSR thì tải định tuyến chuẩn hóa của OLSR khá nhỏ. Tuy nhiên, trễ đầu cuối trung bình của OLSR là rất cao, đi kèm với phần trăm phân phát gói tin thành công thấp. Điều này là phù hợp với thông lượng đầu cuối trung bình chỉ ở mức thấp.
5.3.3 Mô phỏng sử dụng mô hình Random Walk 5.3.3.1 Thiết lập thông số mô phỏng 5.3.3.1 Thiết lập thông số mô phỏng
Với mô hình Random Walk, tôi lựa chọn cấu hình gồm 50 nút di động di chuyển trong không gian phẳng 1500m x 900m. Như đã phân tích trong phần 4.4.2.2 về các mô hình di chuyển, tham số quan trọng trong mô hình Random Walk là quãng thời gian dịch chuyển của nút trước khi thay đổi hướng và tốc độ. Nếu quãng thời gian này nhỏ, sự di chuyển của các nút sẽ bị giới hạn trong phạm vi nhỏ của khu vực mô phỏng, mạng nửa tĩnh. Nếu quãng thời gian này lớn, thay đổi của mạng sẽ thường xuyên hơn. Với mục đích chọn ra một cấu hình mạng tiêu biểu, chúng tôi đã kiểm tra các trạng thái vật lý của mạng với các giá trị thời gian dịch chuyển là 5, 10, 30, 60 và 120 giây. Cuối cùng, tôi đã sử dụng giá trị thời gian dịch chuyển của nút là 10 giây để xây dựng mạng mô phỏng cho việc đánh giá các giao thức.
Tương tự như mô hình Random Waypoint, trong mô hình Random Walk tôi cũng sử dụng 7 mẫu di chuyển của nút với 7 giá trị vận tốc nút khác nhau là 0, 5, 10, 15, 20, 25 và 30 m/s.
Về mô hình truyền thông, tôi vẫn sử dụng nguồn phát CBR với các tham số tốc độ gửi 4 gói tin/giây, kích thước gói tin 512byte. Trong thí nghiệm này, số nguồn phát là 10 nguồn.
Tổng kết về các cấu hình mạng mô phỏng được cho trong bảng 14
Tham số mô phỏng Giá trị
Số nút tham gia mô phỏng 50
Kích thước vùng mô phỏng (m x m) 1500 x 900 Phạm vi truyền sóng vô tuyến (m) 250
Băng thông (Mbps) 2
Kích thước gói tin (bytes) 512 Tốc độ gửi gói tin (packets/ s) 4
Dạng truyền thông Cbr
Số lượng nguồn phát 10
Tốc độ nút di chuyển (m/s) 0-5-10-15-20-25-30 Thời gian dịch chuyển của nút (s) 10
Thời gian mô phỏng (s) 900
Giao thức định tuyến mô phỏng AODV-DSDV-DSR-OLSR
5.3.3.2 Kết quả và nhận xét
Phần trăm gói tin được phân phát thành công
Hình 31. Đánh giá kết quả phân phát gói tin trong mô hình Random Walk
Trễ đầu cuối trung bình
Thông lượng đầu cuối trung bình
Hình 33. Đánh giá kết quả thông lượngtrong mô hình Random Walk
Tải định tuyến chuẩn hóa
Hình 34. Đánh giá kết quả tải chuẩn hóatrong mô hình Random Walk
Hình 31 Đánh giá kết quả phân phát gói tin cho thấy một sự khác biệt với kết quả trong mô hình Random Waypoint khi DSR hoạt động hiệu quả hơn so với DSDV và OLSR đó là sự kết hợp của cả hai yếu tố phần trăm phân phát gói tin thành công của DSR tăng lên trong khi của DSDV và OLSR giảm xuống. Điều thú vị này cũng lặp lại trong hình 33 Đánh giá kết quả thông lượng. Với hai độ đo, phần trăm phân
phát gói tin thành công và thông lượng đầu cuối trung bình ta có thể sắp xếp hiệu quả hoạt động của bốn giao thức theo thứ tự giảm dần như sau: AODV; DSR; DSDV và OLSR cùng ở vị trí thứ ba.
Trễ đầu cuối trung bình được chỉ ra trong hình 32 cho thấy DSDV phản hồi tốt và ổn định nhất khi thời gian trễ luôn nhỏ hơn hoặc bằng 0.1s trong khi cơ chế của DSR đã gây ra nghẽn mạng dẫn đến trễ đầu cuối trung bình tăng cao khi vận tốc các nút tăng. Cũng giống như DSDV, OLSR có kết quả phản hổi ổn định còn trễ đầu cuối trung bình của AODV tăng khi vận tốc nút tăng. Cũng giống như trong mô hình Random Waypoint, tải định tuyến chuẩn hóa của bốn giao thức cho kết quả tương tự. Một điều dễ thấy là tải định tuyến chuẩn hóa của DSR cao nhất dù phần trăm phân phát gói tin thành công tốt hơn nhưng số gói tin định tuyến lại quá cao. Điều ngược lại xảy ra với DSDV, tải định tuyến chuẩn hóa của nó nhỏ nhất do số lượng gói tin định tuyến rất nhỏ của nó.
5.3.4 Đánh giá hiệu quả của các giao thức định tuyến
Trong cả hai mô hình Random Waypoint và Random Walk, tôi xây dựng các mạng mô phỏng với các vận tốc nút khác nhau còn các tham số hoạt động khác là giống nhau đồng thời sử dụng một tệp truyền thông duy nhất với 10 nguồn phát để đánh giá hiệu quả hoạt động của bốn giao thức định tuyến: AODV, DSR, DSDV và OLSR. Các giao thức này thuộc nhiều các kỹ thuật định tuyến khác nhau bao gồm định tuyến nguồn, định tuyến theo yêu cầu, định tuyến trước, định tuyến phân tán, định tuyến dựa trên trạng thái liên kết, định tuyến dựa trên véc tơ khoảng cách, … Từ những kết quả mô phỏng thu được, ta thấy được mỗi giao thức đã thể hiện tính hiệu quả khác nhau của các cơ chế định tuyến. Những kết luận chung nhất về hiệu suất của từng giao thức và các cơ chế định tuyến được trình bày dưới đây.
Là giao thức chủ ứng dựa trên vectơ khoảng cách, DSDV hoạt động hiệu quả trong cả hai mô hình với hai độ đo là trễ trung bình đầu cuối và tải định tuyến chuẩn hóa thấp và ổn định. Còn phần trăm phân phát gói tin thành công và thông lượng đầu cuối trung bình trong mô hình Random Walk lại thấp hơn khá nhiều so với trong mô hình Random Waypoint nhưng trong cả hai mô hình thì hai độ đo này đều giảm khi vận tốc nút tăng. Tổng hợp kết quả của bốn độ đo, ta có thể thấy được tính ổn định cùng hiệu quả khá tốt của DSDV trong hoạt động định tuyến ở cả hai mô hình.
Tương tự như DSDV, OLSR là giao thức chủ ứng nhưng dựa trên phương pháp định tuyến trạng thái liên kết. Trong mô hình Random Waypoint độ trễ đầu cuối trung bình cao hơn nhiều so với trong mô hình Random Walk mà phần trăm phân phát gói tin thành công và thông lượng đầu cuối trung bình lại cho kết quả cao hơn. Kết quả tải định tuyến chuẩn hóa ở cả hai mô hình Random Waypoint và Random Walk là giống nhau. Như vậy, ta có thể đánh giá hiệu quả hoạt động của OLSR đạt mức trung bình.
Thuộc giao thức định tuyến phản ứng, AODV là sự kết hợp cơ chế định tuyến véc tơ khoảng cách của DSDV và cơ chế định tuyến phản ứng theo yêu cầu của DSR.
Sự kết hợp này đem đến cho AODV hiệu quả hoạt động rất tốt khi vận tốc nút tăng. Trong cả hai mô hình, phần trăm phân phát gói tin thành công và thông lượng đầu cuối trung bình ổn định và cao. Trung bình của phần trăm phân phát gói tin thành công là trên 80% còn của thông lượng đầu cuối trung bình là trên 130 kbps. Với hai độ đo còn lại là trễ đầu cuối trung bình và tải định tuyến chuẩn hóa cho kết quả tương tự ở cả hai mô hình và đó là kết quả khá tốt. Đánh giá hiệu quả hoạt động của AODV ta thấy đây là một giao thức phản ứng tốt với sự linh động của các nút mạng.
Cuối cùng, ta xét đến hiệu quả hoạt động của giao thức định tuyến DSR. Cũng là giao thức phản ứng như AODV nhưng DSR dựa trên định tuyến nguồn. Do đó, DSR đã loại bỏ được các chi phí cho cập nhật định kỳ đường và phát hiện hàng xóm. Chính vì vậy, khi cấu hình mạng thay đổi nhanh chóng do các nút chuyển động nhanh thì DSR hoạt động kém hiệu quả. Kết quả trễ đầu cuối trung bình và tải định tuyến chuẩn hóa lớn đã làm rõ nhận định trên. Điều này cho thấy đặc điểm của các giao thức phản ứng theo yêu cầu là tải định tuyến thay đổi theo môi trường mạng. Khi vận tốc các nút tăng kéo theo cấu hình mạng thay đổi liên tục và nhanh chóng, tải định tuyến chuẩn hóa của các giao thức phản ứng đã cao hơn hẳn các giao thức chủ ứng. Nguyên nhân là sự bùng nổ các gói tin phát hiện đường, trả lời đường và thông báo lỗi. Mặc dù tải định tuyến chuẩn hóa không quyết định hiệu suất cuối cùng là phân phát tỷ lệ cao các gói tin thành công tới đích, tải định tuyến chuẩn hóa quá cao sẽ tiêu tốn băng thông mạng và có thể gây nên tắc nghẽn mạng. Đây chính là hạn chế của các giao thức phản ứng theo yêu cầu. Và cũng giống như DSDV, OLSR, AODV phần trăm phân phát gói tin thành công và thông lượng đầu cuối trung bình của DSR giảm khi vận tốc nút tăng. Nhận xét của ta về DSR là nó hoạt động tồi khi vận tốc nút tăng lên.