Tác giả mô phỏng giao thức RPL, CTP-0, CTP-31 trong các điều kiện chất lượng kênh truyền khác nhau để đưa ra ưu, nhược điểm của từng giao thức. Để đánh giá, tác giả sử dụng bốn thông số quan trọng liên quan đến hiệu năng mạng đó là: Năng lượng tiêu thụ trung bình, tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu thành công, số lần thay đổi nút cha trung bình (churn), số bước nhảy trung bình trong mạng.
Năng lượng tiêu thụ trung bình: Để ước lượng được năng lượng tiêu thụ của một nút mạng, tác giả sử dụng cơ chế ước lượng năng lượng dựa trên phần mềm sử dụng mô hình tiêu thụ năng lượng tuyến tính. Tổng năng lượng E được tính toán như sau [15]:
i ci ci r r t t l l a at I t I t I t I t I U E ( ) (3.3) Trong đó:
- U: Là điện áp nguồn cung cấp (điện áp pin).
- Ia , ta: Là dòng tiêu thụ và thời gian mà bộ vi xử lý khi hoạt động ở chế độ tích cực (active mode).
- Il , tl: Là dòng tiêu thụ và thời gian mà bộ vi xử lý khi hoạt động ở chế độ công suất thấp (low power mode).
- It, tt: Là dòng tiêu thụ và thời gian bộ thu phát vô tuyến ở chế độ truyền
(transmit).
- Ir, tr: Là dòng tiêu thụ và thời gian bộ thu phát vô tuyến ở chế độ nhận
(receive).
- Ici, tci: Là dòng tiêu thụ và thời gian hoạt động của các bộ phận khác như cảm biến, LED...
Để tiết kiệm năng lượng, các nút mạng thường xuyên bật hoặc tắt các thiết bị của chúng (ví dụ như thiết bị truyền thông, các cảm biến, các LED) hoặc chuyển đổi qua lại giữa chế độ tích cực và chế độ công suất thấp (ví dụ với bộ vi điều khiển). Cơ chế ước lượng năng lượng sử dụng mô hình tuyến tính sẽ được gọi đến mỗi khi một thiết bị phần cứng bật hoặc tắt hoặc chuyển chế độ. Khi một thiết bị phần cứng được bật thì mô đun ước lượng năng lượng sẽ lưu một dấu thời gian. Khi thiết bị phần cứng này được tắt thì sự sai khác về thời gian giữa hai thời điểm sẽ được tính toán và được cộng vào tổng thời gian bật của thiết bị. Sau đó, mô đun ước lượng năng lượng tiêu thụ sử dụng thông số kỹ thuật về dòng tiêu thụ của từng thiết bị để tính toán được tổng năng lượng tiêu thụ của nút mạng.
Bảng 3.2: Mô hình năng lượng của Tmote Sky tại công suất phát là 0dBm Thành phần Trạng thái Dòng tiêu thụ MSP430 F1611 Tích cực 1,95 mA Công suất thấp 0,0026 mA CC2420 Truyền (0 dBm) 17,4 mA Nhận 19,7 mA
Trong luận văn này, tác giả đánh giá giao thức CTP và giao thức RPL dựa trên mô phỏng. Tác giả sử dụng phần cứng Tmote Sky được tích hợp sẵn trên công cụ mô phỏng Cooja. Phần cứng Tmote Sky được trang bị bộ thu phát vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.15.4 giống như các đồng hồ nước thông minh. Bảng 3.2 trình bày mô hình năng lượng của phần cứng Tmote Sky [16]. Trong đó, các số liệu về dòng tiêu thụ được lấy từ các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất linh kiện.
Tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu DDR (Data Delivery Ratio) được xác định bằng tỷ số giữa số bản tin dữ liệu nhận được tại nút gốc và tổng số bản tin dữ liệu được gửi đi bởi tất cả các nút trong mạng.
(%) .100% data received N N DDR (3.4) Trong đó: Nreceived là tổng số bản tin dữ liệu nhận được tại nút gốc; Ndata là tổng số bản tin dữ liệu được gửi bởi tất cả các nút trong mạng. Tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu DDR càng cao thì hiệu quả truyền thông trong mạng càng tốt.
Số lần thay đổi nút cha trung bình (Churn) được xác định dựa trên sự thống kê số lần thay đổi nút cha đối với từng nút mạng. Các mạng không dây theo chuẩn IEEE 802.15.4 hoạt động trên các liên kết vô tuyến có tổn hao. Các liên kết vô tuyến thường có chất lượng không ổn định và thay đổi thường xuyên theo thời gian. Vì vậy, cấu trúc liên kết mạng cũng cần phải có sự thay đổi để thích ứng với môi trường truyền thông vô tuyến. Để đánh giá sự thay đổi thích ứng này, tác giả dựa vào số liệu thống kê về số lần thay đổi nút cha trung bình trong toàn mạng.
Số bước nhảy trung bình trong mạng: Xác định số bước nhảy trung bình dọc theo tuyến đường đến nút đích. Số bước nhảy là yếu tố ảnh hưởng đến độ trễ truyền gói tin trong mạng.