4.3.1 Mô hình hóa các kịch bản mô phỏng
Hình 4.1 mô tả một trong số các kịch bản mô phỏng, gồm 9 nút di chuyển với vận tốc 20 m/s.
Tám kịch bản được mô phỏng và thời gian chạy mỗi kịch bản là 900 giây (simulation time). Các kịch bản mô phỏng được thực hiện lặp lại nhiều lần với mục đích xác thực độ tin cậy của kết quả. Mỗi loại kịch bản sẽ mô phỏng bốn giao thức AODV, DSR, TORA, và DSDV. Việc phân loại các kịch bản mô phỏng nhằm mục đích kiểm tra tác động của tải và tốc độ di chuyển tới kết quả cuối cùng. Quá trình thu thập các thông số thống kê sự kiện riêng lẻ sẽ cho phép kiểm tra các thông số đánh giá hiệu năng cần thiết như khả năng truyền, tỉ lệ chuyển tiếp gói tin và độ tối ưu về đường đi.
Các kịch bản được xây dụng trên quy mô mạng trường học trải rộng trên diện tích 1000m x 500m. Các nút mạng là các đầu cuối vô tuyến và server phân bố ngẫu nhiên trên vùng địa lý này. Trong các kịch bản, các nút di động sẽ trao đổi lưu lượng dữ liệu với cùng một server.
Di chuyển của các nút được cấu hình với cùng một mobility config với chế độ di chuyển ngẫu nhiên nhằm mô tả sự di chuyển giống như trên thực tế. các nút di chuyển với vận tốc tối đa là 20m/s tùy theo các kịch bản khác nhau. Di chuyển của các nút được thực hiện dựa trên cơ chế giả ngẫu nhiên. Với cơ chế này, một nút sẽ chọn cho nó một đích để bám theo, khi đến được đích, nó sẽ tạm dừng 30 giây hoặc hơn để tính toán trạng thái tương quan và sau đó chọn cho nó một nút đích ngẫu nhiên khác rồi tiếp tục di chuyển. Cơ chế này được cấu hình với mục đích so sánh các thông số thống kê trong các khoảng thời gian dừng và di chuyển trong cùng một kịch bản.
4.3.2 Khảo sát và phân tích kết quả
Trong mục này sẽ thực hiện phân tích các kết quả mô phỏng thu được đồng thời đánh giá hiệu năng của các giao thức AODV, DSDV, TORA, DSR thông qua các thông số đầu vào.
– Mạng gồm 9 nút di động.
– Phạm vi trường học, diện tích 1000m x 500m. – Thời gian mô phỏng 900 giây.
– Thời gian không di chuyển (Pause Time) gồm 7 mức: 0,30,60,120,300,600, và 900
– Tốc độ di chuyển tối đa là 20 m/s
4.3.2.1 Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin
Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin (PDR - Packet Delivery Ratio) là tỷ số giữa số gói tin được phát và số gói tin nhận được trong mạng. Thông số này đánh giá tỷ lệ mát dữ liệu cũng như độ chính xác và hiệu quả của giao thức định tuyến.
Hình 4-2 biểu diễn tỷ lệ chuyển tiếp gói tin của các giao thức AODV, DSDV, TORA, DSR tại vận tốc 20m/s.
Hình 4-2. Tỷ lệ chuyển tiếp gói tin của các giao thức
Tỷ lệ này khá cao với các giao thức DSR, AODV, TORA ngoại trừ giao thức DSDV tại thời điểm 300 giây đầu tiên, sau đó tỷ lệ này lại tăng lên khá cao. Do bản chất, DSDV là một giao thức định tuyến sửa đổi từ thuật toán định tuyến Bellman-Ford. Nó mất thời gian cho việc tạo và cập nhật bảng định tuyến tại mỗi nút. Tuy nhiên DSDV là một giao thức không hiệu quả bởi vì nó yêu cầu truyền các gói tin cập nhật một cách định kỳ mà không cần để ý đến số lần thay đổi hình trạng mạng. Sau đó tỷ lệ này cao hơn rất nhiều vào các giai đoạn sau đó. DSR có tỷ lệ chuyển tiếp gói tin cao nhất trong toàn bộ thời gian hoạt động và khá ổn định, thấp hơn là AODV. Hầu hết các giao thức đều có tỷ lệ không ổn định tại ba chặng đầu tiên của quá trình. TORA cũng giống như vậy nhưng thấp hơn và chỉ cao hơn DSDV.
Nhìn chung giao thức DSR và AODV thực thi việc truyền nhận gói tin tốt hơn hai giao thức còn lại và DSDV hoạt động kém hiệu quả nhất. Tuy nhiên khi hình trạng mạng khá ổn định thì các giao thức hoạt động tốt hơn.
4.3.2.2 Khả năng truyền gói tin
Hình 4-2 biểu diễn khả năng truyền gói tin của các giao thức.
Hình 4-3: Khả năng truyền gói tin của các giao thức.
Có sự khác biệt rõ ràng về khả năng truyền gói tin giữa các giao thức. Nhận thấy rằng giao thức TORA có khả năng truyền gói tin đạt hiệu quả cao nhất, tuy có sự suy giảm đáng kể về giao đoạn cuối nhưng vẫn là giao thức đạt hiệu quả cao. Điều này chứng tỏ TORA hoạt động tốt hơn khi có vận tốc di chuyển lớn. Đỉnh cao lưu lượng tại thời điểm bắt đầu mô phỏng cho thấy có nhiều lưu lượng định tuyến được đưa vào mạng tại thời điểm thiết lập ban đầu. Tiếp sau đó là AODV, giao thức này luôn chứng tở được khả năng truyền tin khá ổn định trong các môi trường khác nhau. DSDV đạt hiểu quả không cao nhưng lại khá ổn định. Khả năng truyền gói tin thấp nhất là giao thức DSR, có thể vận tốc di chuyển cao làm tăng khả năng gãy liên kết dẫn đến DSR phải phản ứng với tần số cao hơn, tác động của nó thể hiện rõ rệt.
Hình 4-4: Độ tối ưu về đường đi
Dễ dàng nhận thấy tại thời điểm ban đầu, số lượng gói tin gửi đi là rất cao, sau đó số lượng này giảm dần theo các chặng đường đi. Ổn định nhất là giao thức AODV, sau đó là TORA. Giao thức định tuyến AODV có thể điều chỉnh các thay đổi trong thời gian tạm dừng và khởi động tại các vận tốc thấp nhưng khi di chuyển với vận tốc cao các nút mất thời gian để điều chỉnh và do đó mất dần sự tối ưu. Đỉnh cao lưu lượng tại thời điểm bắt đầu mô phỏng cho thấy có nhiều lưu lượng định tuyến được đưa vào mạng tại thời điểm thiết lập ban đầu. Độ tối ưu của TORA tăng theo số lượng nút trong mạng. Lúc đầu số lượng gói tin gửi đi của DSR là cao nhất nhưng sau đó thì giảm mạnh, do sự đứt gãy liên kết nên ảnh hưởng rõ rệt. Vận tốc di chuyển cao làm tăng khả năng gãy liên kết dẫn đến DSR phải phản ứng với tần số cao hơn; tác động của nó thể hiện rõ rệt khi các nút bắt đầu dừng và di chuyển trờ lại sau chu kỳ đầu của ổn định tương đối. DSDV là giao thức mất ổn định nhất, là một giao thức không hiệu quả bởi vì nó yêu cầu truyền các gói tin cập nhật một cách định kỳ mà không cần để ý đến số lần thay đổi hình trạng mạng. Điều này giới hạn một cách có hiệu quả số lượng các nút có thể kết nối vào mạng khi thông tin điều khiển tăng.
KẾT LUẬN
Để đánh giá hiệu suất của các giao thức định tuyến cần phải có các tiêu chí và độ đo đánh giá. Các độ đo đánh giá được chia thành hai nhóm là các độ đo định tính và các độ đo định lượng.
Đồ án đã đưa ra các tiêu chí để đánh giá hiệu năng của một giao thức trong mạng Ad-Hoc. Cụ thể là tỷ lệ chuyển tiếp gói tin, khả năng truyền gói tin và độ tối ưu về đường đi. Trong đó tỷ lệ chuyển tiếp gói tin và khả năng truyền gói tin tác động trực tiếp đến độ tin cậy của giao thức, còn độ tối ưu về đường đi thể hiện hiệu năng sử dụng tài nguyên của giao thức. Hoạt động hiệu quả và tin cậy là điều mong muốn của các giao thức định tuyến trong mạng.
Trong quá trình nghiên cứu ứng dụng TCP (truyền file FTP) đã được sử dụng với tất cả nguồn tới cùng một đích. Do cơ chế hoạt động của TCP, tỉ lệ chuyển tiếp gói tin cho tất cả giao thức trong các kịch bản chỉ đạt chưa quá 50%. Điều này chứng minh TCP không phù hợp với các giao thức định tuyến tùy biến hiện tại. Sử dụng các lưu lương UDP sẽ cho kết quả tỉ lệ chuyển tiếp gói tin cao hơn.
Giao thức DSR thích hợp để ứng dụng vào các mạng có các nút di chuyển với tốc độ trung bình. Các giả thiết đưa ra khi thực hiện thuật toán này là đường kính mạng tương đối nhỏ và các nút mạng có thể hoạt động ở chế độ nhận hỗn hợp, trong đó mọi gói tin nhận được được truyền tới các driver mạng mà không có cơ chế lọc địa chỉ. Ưu điểm lớn nhất của DSR là nó tiết kiệm băng thông mạng và năng lượng của nút mạng bởi vì nó là kiểu giao thức hoạt động theo yêu cầu nghĩa là nó không truyền các gói tin định tuyến theo chu kỳ quảng bá. Do đó khi không có sự thay đổi hình trạng mạng, giao thức DSR không phải chịu tải của việc truyền các thông tin điều khiển.
TORA là một giao thức định tuyến rất phù hợp với các mạng lớn có mật độ các nút lớn. Tính chất mới lạ của TORA bắt nguồn từ việc tạo ra các gói tin DAG để thành lập đường.
AODV hoạt động tốt hơn DSR và DSDV trong các mạng tải trung bình và thấp với tốc độ di chuyển của các nút thấp. Nó cũng hoạt động tốt hơn DSR và DSDV ở mạng tải lớn và tốc độ di chuyển cao.
DSDV là giao thức hoạt động kém hiệu quả nhất, tốn nhiều thời gian và năng lượng hoạt động do các nút luôn phải cập nhật bẳng định tuyến. DSDV phù hợp với những mạng có kích thước nhỏ.
Trong các giao thức được nghiên cứu không có một giao thức nào có hiệu năng vượt trội hoàn toàn trong tất cả các điều kiện mạng. Việc lựa chọn các giao thức phụ thuộc vào hoàn cảnh cụ thể của mạng.
Mỗi một chiến lược định tuyến có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Trong mạng không dây kiểu không cấu trúc, tùy theo hoàn cảnh, yêu cầu và các đặc tính của từng mạng cụ thể mà mỗi một giao thức định tuyến thể hiện các ưu, nhược điểm của mình theo các cấp độ khác nhau.
Trong tương lai có thể thực hiện dánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến tùy biến hiện tại và các giao thức được thiết kế đặc biệt theo chuẩn IEEE 802.16 cho WiMAX di động. Hướng nghiên cứu này có thể cung cấp các thông tin về những tán thành và phản đối của các chuẩn đã được phát triển trong lĩnh vực này. Trong nghiên cứu này đã thực hiện đánh giá hiệu năng các giao thức định tuyến trong Ad-Hoc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Subir Kumar Sarkar, T G Basavaraju, C Puttamadappa, Ad Hoc Mobile
Wireless Networks: Principles, Protocols, and Applications, Taylor & Francis
Group, LLC, 2008.
[2]. Bained Nyirenda, Jason Mwanza, Performance Evaluation of Routing
Protocols in Mobile Ad hoc Networks (MANETs), Blekinge Institute of
Technology, January 2009
[3]. Dmitri D. Perkins, Herman D. Hughes, and Charles B. Owen, Factors
Affecting the Performance of Ad Hoc Networks, Department of Computer
Science and Engineering Michigan State University, East Lansing, MI 48824- 1226.
[4]. Anipakala Suresh, Bremen Institute of Technology, Performance Analysis of
Ad hoc On-demand Distance Vector routing (AODV) using OPNET Simulator,
11th April 2005.
[5]. RFC4728 - The Dynamic Source Routing Protocol (DSR), IETF.
[6]. RFC3561 - Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, IETF.
[7]. RFC3626 - Optimized Link State Routing Protocol (OLSR), IETF.
[8]. Temporally-Ordered Routing Algorithm (TORA) Version 1 Functional
Specification, IETF.
[9]. Edit by Mohammad Ilyas, florida Atlantic University, Boca Raton, Florida,
The Handbook of Ad hoc Wireless Networks, CRC Press LLC, 2003.
[10]. Farooq Anjum and Petros Mouchtaris, Security for Wireless Ad Hoc
Networks, John Wiley and Sons, Feb 2007.
[11]. Amitabh Míhra, Security and Quality of Service in Ad Hoc Wireless
Networks, Cambridge Press, Mar 2008
[12]. Uyen Trang Nguyen and Xing Xiong, “Rate-adaptive Multicast in Mobile
Ad hoc Networks,” IEEE International Conference on Ad hoc and Mobile
Computing, Networking and Communications, WiMob, Montreal, Canada, 2005.
[13]. Mohammad Naserian, Kemal E. Tepe and Mohammed Tarique, “Routing
overhead analysis for reactive routing protocols in wireless ad hoc networks,”
IEEE Conference on Wireless And Mobile Computing, Networking And Communications, WiMob, 2005, pp. 87 – 92.
[14]. Ad Hoc Networks Technologies And Protocols, Springer Science + Business Media, 2005.
[15]. Nguyễn Quang Huy, D04VT2, đồ án tốt nghiệp: “Định tuyến trong mạng
Mesh”.
[16]. Phạm Đức Hòa, Lò Văn Duy, Nguyễn Hoàng Cương, Sand Sakda, D05VT2, chuyên đề kỹ thuật chuyển mạch: “Bảo mật định tuyến trong
MANETs”.
[17]. http://www.vntelecom.org/
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ………