3.4.2.1. Các giả thiết cho bài toán mô phỏng
Hình 3.17 minh họa mô hình cấu trúc liên kết mạng được tác giả xét đến trong luận văn. Mạng được chia thành nhiều cụm nhỏ khác nhau. Do các cụm là giống nhau nên tác giả chỉ mô phỏng đánh giá các giao thức định tuyến thu thập dữ liệu trong một cụm.
…...
Điểm thu thập
Nút gốc 1 Nút gốc n
Hình 3.17: Cấu trúc liên kết mạng được xét đến trong bài toán mô phỏng. Tác giả mô phỏng đánh giá các giao thức định tuyến thu thập dữ liệu cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh theo chuẩn IEEE 802.15.4 với các giả thiết sau:
Các nút mạng không đồng nhất và trong mạng có hai loại nút đó là các nút mạng đồng hồ nước thông minh và các nút gốc. Các nút mạng đồng hồ nước
thông minh sử dụng nguồn năng lượng bằng pin và có khả năng xử lý cũng như có bộ nhớ hạn chế. Các nút gốc có nguồn năng lượng, khả năng lưu trữ và tính toán tốt hơn các nút mạng khác. Các nút này đóng vai trò là các nút chủ cụm để chuyển tiếp lưu lượng từ các nút mạng đồng hồ nước thông minh đến điểm thu thập.
Các nút mạng đồng hồ nước đọc và gửi dữ liệu về các nút gốc bằng kỹ thuật truyền đa chặng thông qua các nút mạng trung gian khác. Các nút gốc có nhiệm vụ thu thập dữ liệu và gửi trực tiếp dữ liệu về điểm thu thập.
Trong suốt toàn bộ quá trình hoạt động của mạng, các nút truyền cùng một mức công suất không đổi. Không có sự tập hợp dữ liệu nào được thực hiện trong mạng. Tất cả các dữ liệu thu thập bởi các nút gốc đều được gửi tới điểm thu thập.
Mạng lưới các đồng hồ nước thông minh không dây bao gồm nhiều nút mạng được phân bố trên một vùng triển khai được xem là phẳng (mạng 2D).
Mạng được chia thành nhiều cụm nhỏ khác nhau.
Các nút mạng đồng hồ nước thông minh phát sóng đẳng hướng. Các liên kết được giả thiết là đối xứng. Trong thực tế, các nút mạng đồng hồ nước thông minh có thể được trang bị loại anten đẳng hướng.
Các nút mạng đồng hồ nước thông minh là cố định. Mạng được xem là tĩnh.
3.4.2.1. Thiết lập môi trường mô phỏng
Mô phỏng được thực hiện với trình mô phỏng Cooja Contiki-2.7. Mạng mô phỏng trong một cụm bao gồm 37 nút mạng (tương ứng với 37 đồng hồ nước thông minh) được đặt theo một hình lưới trong khu vực 100mx100m, mỗi node có một phạm vi truyền 30m và nằm phân bố theo lô giống trong một khu vực nhỏ của khu đô thị (hình 3.18). Trong đó, bao gồm 1 nút màu xanh lá cây (đánh dấu số 37) là nút gốc và 36 nút màu vàng khác là những nút thành viên có nhiệm vụ thu thập và gửi dữ liệu về cho nút gốc như hình 3.19.
Hình 3.18: Một khu vực nhỏ trong khu đô thị Vinhome.
Hình 3.19: Mô hình một cụm gồm 37 nút mạng.
Tác giả sẽ tiến hành mô phỏng trạng thái hoạt động bình thường của mạng ứng với các giao thức RPL, CTP trong các điều kiện chất lượng liên kết khác nhau để so sánh hiệu năng của mạng và từ đó có thể thấy được ưu nhược điểm của từng giao thức. Giao thức RPL hoạt động trên lớp giao vận UDP. UDP là giao thức truyền không tin cậy, không có xác nhận và truyền lại. Riêng đối với giao thức CTP, tác giả đánh giá trong hai điều kiện khác nhau là truyền tin cậy với số lần
truyền lại tối đa giữa các bước nhảy là 31 (CTP-31) và truyền tin không tin cậy với số lần truyền lại tối đa giữa các bước nhảy là 0 (CTP-0). Trong điều kiện mạng hoạt động bình thường, mỗi nút thành viên sẽ gửi các gói tin về nút gốc với khoảng thời gian gửi ngẫu nhiên 60s/1 gói tin.
Các tham số được sử dụng trong suốt thời gian đánh giá mô phỏng được tóm tắt ở bảng 3.1. Mô hình truyền thông vô tuyến được sử dụng trong mô phỏng là mô hình truyền thông UDI, trong đó phạm vi truyền thông hiệu quả là 30m và phạm vi ảnh hưởng của nhiễu là 50m. Giao thức tiết kiệm năng lượng ở lớp MAC được sử dụng trong kịch bản mô phỏng là giao thức ContikiMAC.
Bảng 3.1: Kịch bản đánh giá mô phỏng.
Các tham số Giá trị
Mô hình truyền thông vô tuyến UDI (mục 3.4.1.2)
Số nút mạng (nút) 37
Kích thước mạng (m x m) 100 x 100
Tỷ lệ truyền, nhận thành công (%) 85, 91, 97
Giao thức lớp mạng RPL, CTP-0, CTP-31
Phạm vi phủ sóng của nút (m) Phạm vi truyền hiệu quả: 30
Phạm vi ảnh hưởng của nhiễu: 50
Chu kỳ gửi bản tin dữ liệu (giây) 60
Nguồn gửi bản tin dữ liệu Tất cả các nút trong mạng
(ngoài nút gốc)
Giao thức lớp MAC ContikiMAC