Mô phỏng OLSR được cung cấp bởi Francisco J. Ros dựa trên đặc tả của giao thức trong RFC 3636 [26]. Chi tiết các cài đặt của giao thức trên trang web: http://ants.dif.um.es/masimum/um-olsr/html/index.html [10].
Chương 4:
ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC
Trong chương này chúng tôi trình bày việc đánh giá hiệu suất một số giao thức
định tuyến mạng MANET được thực hiện bằng bộ mô phỏng NS2. Tập hợp các giao thức được đánh giá là DSDV, OLSR, AODV, DSR và TORA, chúng đặc trưng cho nhiều cách tiếp cận định tuyến khác nhau. Các vấn đề liên quan tới hiệu suất của các giao thức được xem xét một cách cụ thể về lượng với tập đa dạng các ngữ
cảnh mạng.
Để xây dựng các ngữ cảnh mạng thích hợp cho việc đánh giá các giao thức, trước tiên chúng tôi tiến hành xem xét và phân tích các tham số môi trường có ảnh hưởng tới hiệu suất của giao thức, các yếu tố môi trường này được chỉ ra trong phần 4.1. Vấn đề hiệu suất của các giao thức được thể hiện thành các đại lượng cụ thể. Giá trị của các đại lượng được tính với mỗi giao thức để cho thấy kết quả làm việc của từng giao thức. Các đại lượng này được trình bày trong phần 4.2. Với việc xem xét các tham số môi trường, chúng tôi đã xây dựng các thí nghiệm cụ thể để đánh giá hiệu suất các giao thức. Các thí nghiệm được trình bày trong phần 4.3. Thông qua các kết quả thí nghiệm, chúng tôi có thể đưa ra các nhận xét về hiệu suất làm việc của từng giao thức. Các nhận xét được trình bày trong phần 4.4.
4.1 Các tham số của môi trường
Các đặc điểm của mạng MANET bao gồm cấu hình mạng động, băng thông hạn chế, khả năng các liên kết có thể thay đổi, các nút có năng lượng thấp và bảo mật vật lý giới hạn. Với các đặc điểm như vậy, khi phân tích hiệu suất các giao thức
định tuyến mạng MANET một số tham số của ngữ cảnh mạng cần được xem xét là [24]:
Kết nối mạng: được thể hiện bằng số trung bình các hàng xóm của một nút.
Tốc độ thay đổi mạng: là tốc độ thay đổi cấu hình vật lý của mạng theo thời gian
Khả năng của liên kết: là băng thông của liên kết không dây, được tính bằng bps
Dạng thông lượng: được thể hiện bằng các mức độ tải trong mạng, có thể là đồng dạng, không đồng dạng hoặc bùng phát.
Dạng di chuyển: được thể hiện bởi sự tương ứng của các hình trạng mạng về thời gian và không gian.
4.2 Các độ đo hiệu suất
Đối với hệ thống nói chung, hiệu suất là độ đo công việc mà hệ thống thực hiện được bao gồm tính sẵn sàng, thông lượng và thời gian đáp ứng [2,22]. Trong mạng MANET, các giới hạn về tài nguyên mạng yêu cầu các giao thức bên cạnh các yếu tố hiệu suất nêu trên cần đảm bảo việc dùng hiệu quả các tài nguyên hạn chế này. Với các giao thức định tuyến, đó chính là chi phí để thực hiện các yêu cầu
định tuyến được thể hiện bởi mức tải định tuyến.
Do vậy, chúng tôi sử dụng các độđo sau để đánh giá hiệu suất các giao thức
định tuyến trong các mạng mô phỏng:
• Phần trăm gói tin được phân phát thành công: Là tỷ lệ giữa số các gói tin được phân phát thành công tới đích so với số các gói tin tạo ra bởi nguồn phát.
• Trễ đầu cuối trung bình của các gói dữ liệu: Là độ trễ toàn phần được tính từ
khi gói tin được phát đi từ ứng dụng phát cho tới khi được nhận bởi ứng dụng nhận bao gồm các trễ có thể như trễ do quá trình phát hiện đường, xếp hàng tại các hàng đợi, trễ phát lại tại tầng MAC và thời gian trễ truyền.
• Tải định tuyến chuẩn hóa: Là tỷ lệ giữa số các gói tin định tuyến trên số gói tin dữ liệu được phân phát. Nếu gói tin định tuyến đi qua nhiều chặng thì mỗi chặng
Hai độđo đầu đánh giá kết quả làm việc của các giao thức. Các độđo này có ý nghĩa đối với hoạt động của các giao thức lớp trên như các giao thức giao vận và các giao thức ứng dụng. Độ đo tải định tuyến chuẩn hóa thể hiện việc sử dụng các tài nguyên mạng. Mức độ ổn định của tải định tuyến có thể cho thấy tính khả mở
của các giao thức.
4.3 Các thí nghiệm mô phỏng
Mục đích các thí nghiệm của chúng tôi là đánh giá hiệu suất các giao thức
định tuyến trong điều kiện cấu hình mạng thay đổi. Phương pháp của chúng tôi là áp dụng nhiều dạng di chuyển với các mức tải mạng khác nhau. Các mạng MANET mô phỏng được xây dựng dựa trên các mô hình di chuyển và mô hình thông lượng.
Đối với mô hình di chuyển, chúng tôi sử dụng ba mô hình tiêu biểu là Random Waypoint, Random Walk và Random Direction thể hiện các dạng di chuyển khác nhau được mô tả trong phần 3.3.2.1. Đối với mỗi mô hình, chúng tôi thay đổi các giá trị tham số để thay đổi các trạng thái của mạng như kết nối mạng, thời gian và tốc độ chuyển động của các nút mạng. Đối với mỗi mạng, chúng tôi áp dụng các mức tải mạng khác nhau.
Để đảm bảo các so sánh là trực tiếp và công bằng giữa các giao thức, điều quan trọng là việc áp dụng các điều kiện tải và môi trường giống nhau với mỗi giao thức. Chính vì vậy, với mỗi mô hình di chuyển chúng tôi xây dựng các file ngữ
cảnh mô tả chính xác chuyển động của mỗi nút cùng với thời gian diễn ra sự thay
đổi của nút. Cũng như vậy với các mô hình thông lượng, các file ngữ cảnh truyền thông được tạo ra thể hiện chính xác các kết nối giữa các nút và thời gian các truyền thông này diễn ra. Do đó, tập các file ngữ cảnh chuyển động và thông lượng giống nhau được áp dụng cho từng giao thức.
Trong tất cả các thí nghiệm, chúng tôi lựa chọn mô hình thông lượng là CBR. Chúng tôi không sử dụng các mô hình thông lượng là các ứng dụng mô phỏng sử
dụng TCP để gửi các gói tin, bởi vì TCP có cơ chế tự động điều phối tải theo tình trạng mạng, có nghĩa là thời gian gửi gói tin thay đổi dựa trên khả năng truyền tải
hiện tại của mạng. Do vậy, thời gian mỗi gói tin được tạo ra tại bên gửi và vị trí của nút khi gửi các gói tin sẽ khác nhau giữa các giao thức do vậy khó có thể thực hiện các so sánh giữa các giao thức với nhau.
Các giao thức DSDV, OLSR, AODV, DSR, TORA lần lượt được áp dụng vào các ngữ cảnh mạng. Bộ mô phỏng ghi nhận lại các hoạt động mạng diễn ra tại các lớp trong chồng các giao thức mạng. Chúng tôi dựa trên các ghi nhận này để đánh giá hiệu suất làm việc của các giao thức, chủ yếu là trên lớp ứng dụng và lớp mạng. Các thí nghiệm và các đánh giá được thể hiện trong các phần sau bao gồm thí nghiệm 1 với mô hình Random Waypoint, thí nghiệm 2 với mô hình Random Walk và thí nghiệm 3 với mô hình Random Direction. Các nhận xét về hiệu suất các giao thức được trình bày trong phần 4.4.
4.3.1 Thí nghiệm 1: Sử dụng mô hình Random Waypoint
Đối với mô hình Random Waypoint, chúng tôi xây dựng mạng mô phỏng gồm 50 nút di động, hình thành nên một mạng MANET. Các nút này di chuyển trong một khu vực địa lý rộng 1500m x 300m (không gian phẳng). Toạđộ của các nút tại mỗi thời điểm là (x, y, z), trong đó toạđộ z luôn bằng 0. Chúng tôi lựa chọn không gian hình chữ nhật để đường đi giữa các nút có độ dài lớn hơn so với trong các không gian hình vuông với mật độ nút tương đương. Cụ thể là độ dài đường lớn nhất trong mạng mô phỏng của chúng tôi là 8 chặng (trong khi không gian hình vuông là 4 chặng). Thời gian mô phỏng là 900 giây.
Chúng tôi tạo ra các mẫu di chuyển của nút với 7 giá trị giới hạn thời gian tạm dừng khác nhau là 0, 30, 60, 120, 300, 600 và 900 giây. Thời gian tạm dừng 0 giây tương ứng với việc các nút di chuyển liên tục trong suốt thời gian mô phỏng và thời gian tạm dừng 900 giây (bằng độ dài thời gian mô phỏng) tương ứng với việc các nút đứng yên trong suốt quá trình mô phỏng.
Mô hình thông lượng được lựa chọn là CBR (constant bit rate). Đây là mô hình thông lượng với tốc độ phát gói tin không đổi. Chúng tôi chọn tham số cho nguồn phát CBR với tốc độ gửi là 4 gói tin/giây và các gói tin có kích thước 512
byte. Số lượng kết nối cho mỗi mô hình di chuyển nút là 10 nguồn phát, 20 nguồn phát và 30 nguồn phát.
Tổng kết về các cấu hình mạng mô phỏng và các tham số của các mô hình di chuyển, mô hình thông lượng được cho trong bảng 12.
Tham số Các giá trị
Cấu hình chung
Phạm vi truyền sóng vô tuyến 250m Băng thông 2Mbps Số lượng nút 50 nút
Khu vực địa lý 1500m x 300m Thời gian mô phỏng 900 giây
Mô hình di chuyển
Thời gian tạm dừng 0, 30, 60, 120, 300, 600, 900 giây Tốc độ di chuyển cao nhất 20 m/giây
Tốc độ di chuyển thấp nhất 0 m/giây
Mô hình thông lượng
Dạng thông lượng CBR
Số nguồn phát 10, 20
Tốc độ gửi gói tin 4 gói tin / giây Kích thước gói tin 512 bytes