2.4. 2.4.
2.4. Mô hình di động Mô hình di động Mô hình di động Mô hình di động
Khả năng di chuyển của các nút mạng là tính năng nổi bật và quan trọng của các mạng ad hoc và trong một số trường hợp bao gồm cả các mạng WSN. Do đó việc nghiên cứu về khả năng hoạt động của các giao thức mạng ad hoc/sensor trong thế giới di động là một giai đoạn quan trọng của chu trình thiết kế. Vì các triển khai của các mạng ad hoc/sensor rất ít thấy, các đối tượng chuyển động trong thế giới thực rất khó nắm bắt và ghi nhận nên cách tiếp cận thông thường là sử dụng các mô hình di động nhân tạo/giả thực để mô phỏng và nghiên cứu.
Mô hình di động cho các mạng ad hoc/sensor nên có những đặc tả như sau:
− Các chuyển động thế giới thực tương đồng (resemble real-life movements): đưa ra những khả năng sử dụng rộng rãi các ứng dụng của mạng ad hoc/sensor, sự di chuyển của các đối tượng (patterns) là rất đa dạng: di chuyển của sinh viên trên các phương tiện giao thông trên đường, sự di chuyển của nhóm du khách ở vùng ngoại ô, sự di chuyển của các nhóm cứu hộ ở những vùng thảm họa và từ các sensor ở các dòng chảy ở đại dương cho đến sự di chuyển của động vật trong các ứng dụng WSN theo dõi sự di chuyển của động vật.
Đưa ra một mô hình duy nhất tương đồng với tất cả các loại hình di động là điều không thể. Tuy nhiên, môt mô hình di động nên đặc tả ít nhất một kịch bản ứng dụng.
− Đơn giản cho mô phỏng và phân tích: Vì các mô hình di động được sử dụng để mô phỏng các mạng ad hoc, mô hình nên đơn giản để có thể tích hợp với các bộ/công cụ mô phỏng (simulator) để các ứng dụng mô phỏng có thể chạy trong thời gian thích hợp. Hơn nữa, sử dụng các mô hình di động đơn giản làm dễ dàng hơn công việc đưa ra các kết quả phân tích có ý nghĩa khi sử dụng các tham số mạng cơ bản trong thế giới di động. Thêm nữa, những kết quả có thể được sử dụng để tối ưu hoạt động của các giao thức mạng ad hoc/sensor. Rõ ràng hai mục đích trên mâu thuẫn với nhau: mô hình càng thực tế thì càng phải chi tiết các tham số và mức độ phức tạp của mô hình sẽ tăng theo. Cho nên một mô hình di động nên là sự hài hòa giữ tính đặc tả và tính đơn giản. Nó nên đặt sự quan tâm vào các đặc điểm quan trọng nhất của một loại đối tượng chuyển động cụ thế và ít quan tâm đến các chi tiết ít quan trọng hơn.
Trong phần dưới, chúng ta mô tả tóm tắt các mô hình di động quan trọng nhất được sử dụng trong mô phỏng các mạng ad hoc/sensor [3] [11].
2.4.1. Mô hình điểm đích ngẫu nhiên (Random waypoint model) waypoint model)
Đây là mô hình di động thông dụng nhất cho các mạng ad hoc. Một trong các lý do cho sự phổ dụng của nó bởi vì nó được đưa vào các công cụ mô phỏng phổ biến như là Ns2 [28] và GloMoSim [42]. Mô hình điểm đích ngẫu nhiên (RWP) đã được giới thiệu ở [21] để nghiên cứu hoạt động của giao thức định tuyến DSR . Trong mô hình này, mỗi nút đồng loạt chọn ngẫu nhiên một điểm đích (waypoint) trong vùng hoạt động R và di chuyển hướng đến các điểm đích theo một đường thẳng. vân tốc của nút là ngẫu nhiên trong khoảng [vmin, vmax], vmin và vmax là vận tốc tối thiểu và vận tốc cực đại của nút. Khi nút đến được đích, nó đứng yên trong một khoảng thời gian được định trước rồi tiếp tục di chuyển theo cùng một đối tượng.
Mô hình RWP có tính miêu tả một chuyển động của một đối tượng, trong ngữ cảnh đơn giản: mỗi nút di chuyển độc lập với các nút khác và nó có khả năng di chuyển vào bất kỳ một vùng con R. Ví dụ: một loại di chuyển giống nhau có thể phát sinh khi người sử dụng đi và một phòng rộng, ngoài trời hoặc trong một môi trường phẳng.
Vì tính phổ dụng của nó, di chuyển RWP đã được nghiên cứu kỹ trong học thuật. Trong trường hợp riêng, sự phân bố không gian lâu dài của các mạng di động RWP là tập trung vào trung tâm của các vùng triển khai (hiệu ứng biên) [5] [6] [8], và tốc độ trung bình của nút được định nghĩa như là trung bình của vận tốc các nút tại một thời điểm, giảm dần theo thời gian [41]. Những quan sát này mang đến sự quan tâm của cộng đồng vào thực tế rằng các mạng di động RWP phải được mô phỏng cẩn thận. Trong trường hợp riêng hoạt động của mạng nên được đánh giá sau một khoảng khởi động, khoảng khởi động phải đủ dài để mang đạt đến không gian nút và trung bình vận tốc nút phân bố ổn định.
Mô hình RWP cũng đướng khái quát hóa theo hướng thực tế hơn cho dù nó vẫn là những mô hình đơn giản. Ví dụ, theo [6] mô hình RWP được mở rộng bằng cách cho phép các nút được chọn thời gian dừng theo phân phối xác xuất ngẫu nhiên. Ngoài ra, một phần ngẫu nhiên của các nút mạng đứng yên trong toàn bộ quá trình mô phỏng.
2.4.2. Mô hình hướng ngẫu nhiên (Random dierection model - RD) dierection model - RD)
Tương tự như mô hình RWP, RD tương đồng các phần tử mạng coi các chuyển động là không cản trở (obstacle free). Mô hình này được tạo ra để duy trì sự sự phân bố không gian các nút một cách đồng bộ trong suốt quá trình mô phỏng do đó bỏ qua hiệu ứng biên như trong mô hình RWP.
Trong mô hình này [35], mỗi nút chọn một đích ngẫu nhiên trong khoảng thời gian [0, 2π] và vận tộc ngẫu nhiên trong khoảng [vmin, vmax]. Di chuyển trong một hướng chọn trước với vận tốc cho trước. Khi nút chạm vào biên của miền R, nó sẽ chọn một hướng mới và vận tốc mới và cứ thế tiếp tục.
Những biến đổi của mô hình cũng được trình bày. Ở biến đổi đầu tiên [17] [29], một nút được bật lại (bounced back) khi nó chạm vào biên của vùng triển khai. Trong một biến đổi khác [4], nút di chuyển theo thời gian ngẫu nhiên, rồi đổi hướng và đổi vận tốc di chuyển.
2.4.3. Chuyển động Brownian-like (Brownian-like motion) motion)
Ngược với trường hợp của RWP và RD, lớp những mô hình chuyển động Brownian-like tương đồng những chuyển động không cố ý (nonintentional motion). Bởi lý do này những mô hình này đôi khi được gọi là những mô hình kiểu người say (drunkardlike).
Trong chuyển động Brownian-like vị trí của một nút tại một thời điếp phụ thuộc vào vị trí nút ở bước trước. Cụ thể là không có việc mô hình rõ ràng của các hướng di chuyển và vận tốc được sử dụng.
Một ví dụ của chuyển động Brownian-like là mô hình được sử dụng ở [36]. Sự di động được mô hình dựa vào ba tham số pstat, pmove và m. Tham số đầu đại diện cho xác xuất một nút đứng yên trong suốt quá trình mô phỏng. Tham số pmove là xác xuất một nút di chuyển tại một thời điểm. Tham số m mô hình, mở rộng vận tốc: nếu một nút đang di chuyển tại bước i, vị trí của nó tại bước i+1 được chọn ngẫu nhiên trong vùng vuông 2m có trung tâm tại vị trí nút hiện tại.
2.4.4. Chuyển động theo bản đồ (map-based mobility) mobility)
Trong tất cả các mô hình giới thiệu ở trước các nodes tự do chuyển động trong bất kỳ phân vùng nào của vùng hoạt động R (deployment region). Tuy nhiên, trong nhiều kịch bản thực tế thì các nodes bị ràng buộc dịch chuyển trong phạm vi cụ thể, các con đường cụ thể. Trường hợp này có thể ví dụ như chuyển động của xe ôtô trên đường cao tốc hoặc người đi đường đi trên vĩa hè. Mô hình map-based được sử dụng để mô hình hoá các trường hợp này.
Bước đầu tiên trong định nghĩa về các mô hình map-based là thiết lập bản đồ. Đó là định ra các con đường trong đó các nodes được phép chuyển động. Sau đó, một vài nodes được định vị một cách ngẫu nhiên trên các con đường và chúng bắt đầu chuyển động theo các quy luật cụ thể của kịch bản.
Một trường hợp của mô hình map-based là mô hình chuyển động Freeway (đường cao tốc) [2], được sử dụng bắt chước theo sự chuyển động của các ôtô trên đường cao tốc. Trong mô hình này, một vài đường cao tốc được đặt vào vùng triển khai. Mỗi con đường cao tốc cấu thành bởi một số lượng thay đổi các làn đường ở cả hai hướng. Các nodes được đặt ngẫu nhiên trên đường cao tốc, và chúng chuyển động với vận tốc ngẫu nhiên, vận tốc này phụ thuộc vào vận tốc trước đấy của chúng. Nếu hai nodes trên cùng một làn đường giữ một khoảng cách tối thiểu nào đó (khoảng cách an toàn), vận tốc của node sau không thể vượt quá vận tốc của node ở trước.
Một trường hợp khác của mô hình map-based là mô hình chuyển động
Manhattan [2], được sử dụng để thi đua các kịch bản chuyển động trong thành phố. Đầu tiên, tao ra bản đồ kiểu ManhaĴan bao gồm các con đường ngang và dọc. Các nodes có thể chuyển động dọc theo các con đường ở cả 2 hướng. Khi một node đi đến tại điểm giao nhau, nó sẽ ngẫu nhiên chọn hoặc là tiếp tục đi thẳng hoặc rẽ trái hoặc rẽ phải. Giống như mô hình Freeway, vận tốc của một node tại một thời điểm phụ thuộc vào vận tốc trước đó của nó.
Trường hợp thứ ba về mô hình map-based là mô hình chuyển động Obstacle (chướng ngại vật) được giới thiệu trong [20]. Trong mô hình này, đầu tiên bản đồ được tạo ra bằng cách đặt thêm các chướng ngại vật (các toà nhà) vào trong môi trường. Việc đặt các chướng ngại vật có thể hoặc ngẫu nhiên hoặc dựa theo bản đồ thực tế. Một khi các toà nhà được triển khai xong, một số lượng các con đường nối giữa các toà nhà khác nhau được tạo ra và các nodes được giả định dịch chuyển dọc theo những con đường này. Một đặc tính thú vị của mô hình này là các chướng ngại vật được xem chống như trong trường hợp truyển tín hiệu radio trong môi trường, hay có thể xem rằng các tính hiệu vô tuyến bị chặn lại bởi các chướng ngại vật.
2.4.5.thể thể nhóm Chuyển động này định nghĩa là một tập các trưởng nhóm
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm các nhóm
R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm Sau đấy
trước
chuyển động theo trưởng nhóm
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất định
2.4.5. Chuyển động theo nhóm mobility
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá thể. Tuy nhiên nhóm (ví dụ Chuyển động này. Trong các mô hình định nghĩa là một tập các trưởng nhóm
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm các nhóm. Khởi đầu
R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm Sau đấy, trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề trước, như RWP hoặc hướng ngẫu nhiên
chuyển động theo trưởng nhóm
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất định. Mô hình
Hình 2
Chuyển động theo nhóm mobility)
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá . Tuy nhiên trong nhiều tình huống
ví dụ, các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố Chuyển động group-based
Trong các mô hình
định nghĩa là một tập các trưởng nhóm
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm
Khởi đầu, các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề như RWP hoặc hướng ngẫu nhiên
chuyển động theo trưởng nhóm
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất Mô hình group- 2-3. (a) Các ví dụ của RWP và nhiên hướng giao nh biên). Chuyển động theo nhóm )
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá trong nhiều tình huống
các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố based được trình bày để mô hình hoá các trường hợp
(a)
Trong các mô hình group-based
định nghĩa là một tập các trưởng nhóm
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm
các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề như RWP hoặc hướng ngẫu nhiên
chuyển động theo trưởng nhóm
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất -based đã được sử dụng trong
Các ví dụ của RWP và
nhiên. Trong trường hợp chuyển động RWP hướng giao nhau tại tâm của vùng hoạt động biên).
Chuyển động theo nhóm
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá trong nhiều tình huống
các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố được trình bày để mô hình hoá các trường hợp
(a)
based, một tập nhỏ của các nodes mạng được định nghĩa là một tập các trưởng nhóm
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm
các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề như RWP hoặc hướng ngẫu nhiên
chuyển động theo trưởng nhóm. Khi hai nhóm gặp nhau
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất đã được sử dụng trong
Các ví dụ của RWP và
Trong trường hợp chuyển động RWP au tại tâm của vùng hoạt động
Chuyển động theo nhóm (Group
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá trong nhiều tình huống, các nodes chuyển động theo các các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố
được trình bày để mô hình hoá các trường hợp
một tập nhỏ của các nodes mạng được định nghĩa là một tập các trưởng nhóm (group leaders)
được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm
các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề
như RWP hoặc hướng ngẫu nhiên. Các thành viên khác của nhóm sẽ Khi hai nhóm gặp nhau
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất đã được sử dụng trong
Các ví dụ của RWP và (b) chuyển động hướng ngẫu Trong trường hợp chuyển động RWP
au tại tâm của vùng hoạt động
(Group-based
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá các nodes chuyển động theo các các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố
được trình bày để mô hình hoá các trường hợp
(b)
một tập nhỏ của các nodes mạng được
group leaders). Các nodes còn lại được ngẫu nhiên phân vào một trong các trưởng nhóm, do v
các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề
Các thành viên khác của nhóm sẽ Khi hai nhóm gặp nhau
nhóm có thể rời nhóm vào gia nhập vào nhóm khác theo một xác suất nhất đã được sử dụng trong [18] [39]
chuyển động hướng ngẫu Trong trường hợp chuyển động RWP, các nodes có xu
au tại tâm của vùng hoạt động
based
Tất cả các mô hình được mô tả ở trước tương đương với chuyển động cá các nodes chuyển động theo các các nhóm khách du lịch chuyển động trong thành phố
được trình bày để mô hình hoá các trường hợp
một tập nhỏ của các nodes mạng được Các nodes còn lại , do vậy nó tạo thành các trưởng nhóm được phân phối một vùng hoạt động R và các thành viên của mỗi nhóm ngẫu nhiên được đặt cạnh trưởng nhóm
trưởng nhóm chuyển động theo một trong các mô hình đề
Các thành viên khác của nhóm sẽ