Diễn giải:
SPEED sử dụng cơ chế trao đổi gói tin báo hiệu (beacon) để thu thập thông tin về các nút và vị trí của chúng. Ước lượng độ trễ tại mỗi nút bằng cách tính toán thời gian đã tiêu tốn khi một gói tin ACK nhận được từ một nút hàng xóm để trả lời một gói dữ liệu truyền thành công. Để tìm các giá trị độ trễ, SNGF chọn nút đảm bảo các yêu cầu về tốc độ. Nếu như không thể tìm thấy nút đó thì tỷ lệ chuyển tiếp (relay ratio) của nút sẽ được kiểm tra. Mô đun lặp phản hồi (Feedback Loop Module) có trách nhiệm cung cấp tỷ lệ chuyển tiếp bằng cách tính toán tỷ lệ mất gói tin (miss ratio) của các nút hàng xóm của một nút (còn gọi là các nút không thể đảm bảo tốc độ theo yêu cầu) và đưa vào môđun
SNGF. Nếu tỷ lệ chuyển tiếp nhỏ hơn một số ngẫu nhiên được sinh ra giữa 0 và 1 thì gói tin đó bị loại bỏ. Cuối cùng, mô-đun định tuyến lại (backpressure rerouting module) dùng để ngăn chặn việc các gói tin bị bỏ qua. Khi tìm thấy một nút hỏng ởchặng tiếp theo thì thực hiệngửi tin nhắn trở lại nút nguồn để tìmđường đi mới , đồng thời loại bỏ tắc nghẽn.
So với DSR (Dynamic Source Routing) và AODV (Adhoc On-Deman Vector Routing) thì SPEED có hiệu năng tốt hơn về độ trễ đầu cuối và tỉ lệ mất gói tin. Hơn nữa, tổng năng lượng truyền ít hơn do sự đơn giản của các thuật toán định tuyến như: chi phí kiểm soát gói tin ít, phân phối lưu lượng tốt hơn.
Chương 3- ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH HIỆU NĂNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO WSNs
3.1. Giới thiệu
Để xem xét tính ưu việt của một giao thức định tuyến thì ta cần phải xác định một sốthông số hiệu năng thông qua việc đánh giáhiệu năng mạng khi sử dụng giao thức đó. Mục tiêu của định tuyến trong WSNs là tổng tiêu hao năng lượng ít nhất, tuổi thọ của mạng tăng và quá trình gửi gói tin về BS vẫn bình thường.
Tổng tiêu hao năng lượng của mạng là tổng năng lượng bị tiêu tốn trong quá trình hoạt động của mạng kể từ khi mạng hoạt bắt đầu hoạt động đến thời điểm tính toán. Tổng năng lượngcàng ít chứng tỏ giao thức đó có hiệu năng tốt.
Tuổi thọ của mạng là tổng thời gian được tính từ khi mạng bắt đầu hoạt động đến khi không có nút mạng nào sống nữa hoặc quá trình truyền tin về BS đã kết thúc.
Quá trình truyền tin càng lâu, càng ổn định khẳng định giao thức đó hoạt động có hiệu năng tốt.
Để xác định các giá trị trên, tác giả đã sử dụng các công cụ mô phỏng mạng để mô phỏng, đánh giá, so sánh hiệu năng mạng khi sử dụng các giao thức.
Mục đích chính của mô phỏng các giao thức trong WSNs là đánh giá hiệu năng của từng giao thức theo các tiêu chí mong muốn, đồng thời so sánh hiệu năng của các giao thức với nhau.
Chương này sẽ trình bày các nội dung sau: -Xác định các tiêu chí cần đánh giá;
- Các khởi tạo ban đầu trước khi chạy mô phỏng giao thức;
- Sử dụng NS-2 để chạy mô phỏng các giao thức và dùng ứng dụng Cat, Grep, Awk, Perl, GNUPlot để trích rút số liệu, vẽ đồ thị phân tích kết quả mô phỏng, đánh giá và so sánh hiệu năng của các giao thức như LEACH, LEACH-C, STAT-CLUSTER, PEGASIS…
* Các tiêu chí đánh giá hiệu năng của một giao thức trong WSNs gồm:
- Sự tiêu hao năng lượng trong quá trình hoạt động của mạng theo thời gian: Năng lượng của các nút cảm biến bị hạn chế và nó quyết định thời gian một nút có thể hoạt động. Do đó, việc kéo dài tuổi thọ mạng là một yêu cầu đối với WSNs;
- Số nút còn sống theo thời gian: Các nút có năng lượng hạn chế và sẽ tiêu hao không đều trong quá trình hoạt động, theo thời gian các nút sẽ chết dần. Số nút còn sống trong quá trình hoạt động là một tiêu chí đánh giá tính ưu việt của WSNs;
- Độ thăng giáng truyền tin về trạm cơ sở/nơi chứa tin (BS/sink): Đánh giá sự tăng giảm số gói tin truyền về BS (hoặc sink). Đó cũng là tiêu chí đánh giá chất lượng WSNs.
3.2. Công cụ mô phỏng WSNs3.2.1. Giới thiệu 3.2.1. Giới thiệu
Mô phỏng mạng là một phần không thể thi ếu khi nghiên cứu các giao thức định tuyến cho WSNs[3]; Đặc biệt là khi cần đi sâu nghiên cứu một vấn đề. Các công cụ mô phỏng WSNs phổ biến hiện nay gồm: NS-2, TOSSIM, OMNeT++, GloMoSim, SENSE, OPNET, J-Sim,...
Trong số những công cụ này thì không có công cụ nào là hoàn hảo để mô phỏng WSNs. Ví dụ: NS-2 không phải thiết kế cụ thể cho riêng WSN s và không dễ dàng cài đặt, không phải tất cả các giao thức đều có sẵn trong NS-2. Một số công cụ mang tính thương mại (như OPNET), một số lại thiếu công cụ để phân tích, so sánh các kết quả. Tuy nhiên, các công cụ phân tích, so sánh có thể được tích hợp vào trong NS -2 một cách dễ dàn g. Trong khuôn đề tài luận văn này, tác giả cố gắng sử dụng công cụ NS-2 để mô phỏng WSNs.
Dưới đây là bảng mô tả các công cụ mô phỏng phổ biến, mà tôi đã tìm hiểu và so sánh để đi đến việc lựa chọn sử dụng NS-2:
Tên công cụ Mô tả đặc tính
NS-2
NS-2 được xây dựng từ dự án VINT, được viết và phát triển bởi ngôn ngữ C++ và OTcl. Là công cụ mô phỏng mạng mở rộng, nó cung cấp các hỗ trợ mở rộng để mô phỏng TCP/IP, các giao thức định tuyến và Multicast trong mạng có dây và không dây. NS-2 được thiết kế hướng vào việc tích hợp C++ và OTcl nhằm tăng khả năng linh hoạt của phần mềm. Các tính năng của WSNs không được phát triển nhiều. NS-2 không những cung cấp các thông số mà có thể dễ dàng thực hiện cài đặt và đánh giá các giao thức trong WSNs
J-Sim
Là phần mềm mã nguồn mở, các thà nh phần trên cơ sở môi trường mô phỏng mạng đã phát triển bằng Java. Các module dễ thêm vào hoặc bỏ đi. Yếu tố này giúp cho J -Sim được thực thi trong môi trường Java một cách độc lập, dễ mở rộng. Tuy nhiên, tốc độ thực hiện chậm hơn nhiều so với các công cụ khác.
OPNET Dễ sử dụng vào mô phỏng WSNs. Là sản phẩm thương mại
Glomosim
Được viết bằng C bằng các mở rộng từ công cụ PARSEC. Mã nguồn của nó có sẳn trên mạng nhưng mã nguồn của PARSEC lại không có. Nó có 1 tệp cấu hình Straightforward cung cấp một tập lớn các tham số cụ thể liên quan đến các thuộc tính mô phỏng mạng. Đây là phần mềm đơn giản
Tên công cụ Mô tả đặc tính
nhưng không mạnh như OTcl trong NS-2, nhưng nên dùng nó vì đơn giản cho mô phỏng và giảm được sự phức tạp trong việc cấu hình.
OmNETT++
Được viết bằng ngôn ngữ C++ với hiệu năng cao. Nó có thể thực hiện mô phỏng mạng trong trường hợp mạng lên đến hàng nghìn nút, hỗ trợ các tính năng chỉnh sửa cấu trúc mạng và biểu diễn mạng và luồng đi trong mạng.
TOSSIM Tossim mô phỏng trong hệ điều hành nhỏ ở mức bit. Vì lý do đó nên nó không thể sử dụng để đánh giá các hiệu năng của mạng ở thế giới thực SENSE Đây là công cụ mô phỏng được phát triển cụ thể cho WSNs. Bộ công cụ
này tập trung phát triển vào yếu tố địa chỉ trong mạng.
Bảng 3.1. Các công cụ mô phỏng WSNs phổ biến
3.2.2. Công cụ mô phỏng NS-2
NS-2 là phần mềm mô phỏng mạng, hoạt động của nó được điều khiển bởi các sự kiện rời rạc. NS-2 được thiết kế và phát triển theo kiểu hướng đối tượng, được phát triển tại đại học Berkely, bang California, Mỹ. Bộ phần mềm này đ ược viết bằng ngôn ngữ C++ và Otcl [18, 20, 21].