2.3. Kết luận
Chƣơng này đã trình bày những khái niệm, đặc điểm, nguyên lý tổng quan trong giao thức RPL và IPv6, chuẩn IEEE 802.15.4 và giao thức 6LoPAN. Những nội dung này là cơ sở để thiết kế chƣơng trình và kịch bản mô phỏng giao thức RPL ở chƣơng sau.
CHƢƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU
3.1. Phƣơng pháp đánh giá
Để nghiên cứu tiến hành một cách có hệ thống, có kết quả đánh giá chính xác, trong luận văn trình bày theo thứ tự:
- Trình bày về khái niệm, kiến trúc của mạng cảm biến không dây; các giao thức và hệ điều hành sử dụng để mô phỏng mạng cảm biến không dây năng lƣợng thấp.
- Thực hiện mô phỏng để xác định các tham số ảnh hƣởng đến hiệu năng của giao thức RPL trong mạng cảm biến không dây năng lƣợng thấp
- Lập thống kê, phân tích số liệu, đƣa ra các đánh giá và khuyến nghị
3.1.1. Mô hình đánh giá
Giao thức RPL có nhiều tính năng linh hoạt, đƣợc sử dụng nhiều trong các ứng dụng. Nó hỗ trợ hàng loạt các tham số cho các hàm mục tiêu (OF). Đầu tiên các định các tham số ảnh hƣởng đến các hàm mục tiêu. Với mục đích đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến RPL, trong luận văn này tôi chọn mô phỏng mạng cảm biến không dây với số lƣợng node vừa đủ để thống kê đánh giá.
Để mô phỏng tôi chọn công cụ mô phỏng Cooja trong hệ điều hành Contiki dễ dàng quản lý, quan sát các tham số, tỷ lệ lỗi; các mô phỏng có thể tiến hành lặp đi lặp lại với sự thay đổi giá trị các tham số.
3.1.2. Kết quả phân tích
Mục tiêu của kết quả phân tích là đánh giá ảnh hƣởng của các tham số trong giao thức RPL đối với các đại lƣợng nhƣ độ trễ mạng (Latency), mức độ tiêu thụ năng lƣợng (Energy Consumption)... và xác định nguyên nhân làm thay đổi các đại lƣợng này.
Trong quá trình mô phỏng, có các yếu tố làm ảnh hƣởng đến kết quả mô phỏng: - Các yếu tố nội tại bên trong mô hình mô phỏng đảm bảo các biến độc lập ảnh hƣởng trực tiếp đến các biến phụ thuộc. Việc kiểm soát các yếu tố này đảm bảo kết quả phân tích chính xác do đó cần lựa chọn công cụ tối ƣu.
- Các yếu tố bên ngoài nhƣ sắp xếp thứ tự các thử nghiệm, điều kiện môi trƣờng, thời gian đo. Mạng cảm biến không dây có thể bị ảnh hƣởng bởi sóng wifi, gây thất
thoát cho mạng. Để khắc phục điều này, công cụ mô phỏng Cooja cung cấp việc thống kê chính xác, tránh đƣợc sự ảnh hƣởng của môi trƣờng bên ngoài.
- Cách phân tích cũng ảnh hƣởng đến kết quả đánh giá, do đó cần xác định chính xác các biến độc lập và biến phụ thuộc.
3.1.3. Phƣơng pháp đánh giá
Đầu tiên ta đánh giá so sánh các hàm mục tiêu OF0 và ETX qua việc thay đổi giá trị của các tham số DIO Interval Minimum, DIO Interval Doubling, Duty Cycling Interval và Frequency of Application Message (tần suất gửi thông điệp của ứng dụng), sau đó thông kê các đại lƣợng: Mức độ tiêu thụ năng lƣợng (Energy Consumption), độ trễ của mạng (Network Latency), quản lý lƣu lƣợng (Control Traffic Overhead)...
a) Đơn vị đánh giá hiệu suất
+ Thời gian thiết lập mạng: Các node trong mạng cảm biến cần phải tạo thành một kiến trúc để kết nối với nhau. Do đó thời gian thiết lập mạng là một đại lƣợng quan trọng để đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến RPL trong mạng cảm biến không dây. Thời gian thiết lập của DAG trong giao thức RPL đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để các node tham gia vào DAG.
+ Quản lý lƣu lƣợng: Bao gồm các thông điệp DIO, DIS và DAO phát sinh bởi các node để kiểm soát lƣu lƣợng.
+ Mức độ tiêu thụ năng lƣợng:
+ Độ trễ mạng: là thời gian để gói tin đƣợc đƣợc truyền từ node đến sink, là độ trễ trung bình của tất cả các gói tin trong mạng.
+ Tỷ lệ truyền các gói tin: Là số gói tin trung bình nhận đƣợc ở sink. b) Các tham số
+ DIO Interval Minimum: Tham số này kiểm soát tỷ lệ truyền các thông điệp DIO. Các thông điệp DIO đƣợc truyền càng nhanh thì thời gian thiết lập mạng càng nhanh chóng. Tham số này ảnh hƣởng đến toàn bộ hiệu năng của giao thức. Trong Contiki, tham số này đƣợc thiết lập bới RPL_DIO_INTERVAL_MIN
+ DIO Doubling Interval: là khoảng thời gian DIO Minimum có thể tăng lên gấp đôi, hỗ trợ trong mạng cảm biến năng lƣợng thấp. Tham số này đƣợc thiết lập bởi RPL_DIO_INTERVAL_DOUBLING.
+ Duty Cycling Interval: Tham số này đƣợc sử dụng để thiết lập số lần cảm nhận trong một giây đối với bất kỳ kết nối nào. Tham số này đƣợc thiết lập bởi NETSTACK_RDC_CHANNEL_CHECKRATE
+ Tần suất gửi thông điệp ứng dụng: Là tỷ lệ thông điệp mức ứng dụng đƣợc gửi từ node đến sink. Tham số này đƣợc thiết lập bởi SEND_TIME.
3.2. Cài đặt mạng
Trong mô hình mô phỏng gồm 80 client và 01 server hoạt động nhƣ một nút gốc DODAG. Server sử dụng một ứng dụng mẫu udp-server.c còn client sử dụng udp- client.c. Chƣơng trình sử dụng một plugin có tên là Contiki Test Editor để ghi lại thời gian mô phỏng và kết thúc mô phỏng sau một khoảng thời gian xác định. Plugin này tạo ra một file log COOJA.testlog, đƣợc sử dụng để phân tích kết quả mô phỏng.
Các tham số của mô hình mô phỏng nhƣ sau:
Tham số Giá trị Start delay 65s Randomness 2s Total Packets 32115 RPL MOP NO_DOWNWARD_ROUTE OF OF0, ETX DIO Min 12 DIO Doubling 8
RDC Chanel Check Rate 16
Send Interval 4s RX Ratio 30-100% TX Ratio 100% TX Range 50m Interference Range 55m Simulation Time 1 hr
Client Node 80