Chương 1 : Tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu
2.6 Phân tích đánh giá tương quan giữa tiêu hao nguồn điện và hiệu suất chuyển giao
2.6.5 Mô phỏng và đánh giá
Trong phần này, Luận án thiết lập môi trường mô phỏng để đánh giá và so sánh hiệu suất của EEMA với hai giao thức định tuyến điển hình là AERP [82] và AODV [62], trên phiên bản phần mềm NS2 2.34.
2.6.5.1 Chỉ số hiệu suất
Sử dụng các số liệu sau đây để đánh giá hiệu suất của các giao thức định tuyến được thử nghiệm.
1) Tỷ lệ chuyển gói (PDR) (tính bằng%): tỷ lệ số bản tin được gửi đến các nút đích Pr vượt
quá số lượng bản tin do các nút nguồn Ps gửi:
PDR = × 100% (2.42)
2) Trung bình độ trễ kết cuối: Thời gian cần thiết để truyền bản tin từ nút nguồn tới nút
đích:
Delay I = ∑ ( )
(2.43) 3) Thông lượng: Thông lượng trên một kết nối là tích của số lượng bản tin được truyền và
kích thước nó trong một giây
Throughput = × V (2.44)
4) Thời gian duy trì mạng: là khoảng thời gian mà mạng bắt đầu hoạt động cho đến khi nút
đầu tiên hết năng lượng, hay chính xác hơn là năng lượng của nút nhỏ hơn ngưỡng. Trong đó:
Pr là số bản tin nút đích nhận được; Ps là số bản tin do nút nguồn gửi đi;
tr là thời gian bản tin nhận được tại nút đích; ts là thời gian bản tin gửi đi tại nút nguồn; T là thời gian của q trình đo;
KT là kích thước của bản tin. 2.6.5.2 Các tham số mô phỏng
Luận án sử dụng loại lưu lượng CBR với 100 giá trị ngẫu nhiên gán cho nút di động (sử dụng mơ hình di động Waypoint ngẫu nhiên) trong phạm vi 1000 × 1000 (m). Dải truyền của nút di động là 250 m. Vận tốc của các nút di động đặt ở mức 2 (m / s). Thời gian mô phỏng là 500
(s). Số lượng kết cuối (end to end) được đo là 10, 20,… , 90, 100. Các tham số mơ phỏng được tóm tắt trong bảng 2.3 dưới đây.
Bảng 2.3: Các tham số mô phỏng
Tham số Giá trị
Diện tích mơ phỏng 1000×1000 (m)
Thời gian mơ phỏng 500 (s)
Số Nút 100
MAC Layer 802.11b
Loại lưu lượng CBR
Lớp giao vận UDP
Kích thước gói 512 (byte)
Khoảng cách truyền 250 (m)
Tốc độ di chuyển 2 (m/s)
Năng lượng ban đầu của nút 7 (J)
Công suất truyền 1.0 (W)
Công suất nhận 0.2 (W)
Overhearing Power 0.01 (W)
Hopmax [ \+2
Loại di động Random Waypoint
2.6.5.3 Kết quả mơ phỏng
Hình 2.11 cho thấy hiệu suất mạng theo tiêu chí thời gian duy trì (sống) của mạng. Quan sát kết quả, tác giả thấy rằng thời gian duy trì mạng của AERP luôn được cải thiện tốt hơn giao thức EEMA và AODV trong tất cả các mơ phỏng. Bởi vì, các giao thức truyền thống (như AODV) sử dụng phương thức định tuyến dựa trên số bước nhảy, do đó lưu lượng mạng tập trung trên tuyến có số bước nhảy thấp nhất. Đây là lý do chính làm tiêu hao năng lượng nhiều, nhanh hết năng lượng. Ngược lại, AERP sử dụng phương pháp định tuyến dựa trên năng lượng còn lại của nút, do đó tất cả các nút trong mạng có thể cân bằng mức năng lượng tiêu thụ, giúp cho thời gian duy trì mạng của AERP ln cao hơn giao thức khác.
Với mục tiêu tăng thời gian sống của mạng mà vẫn đảm bảo hiệu suất, đặc biệt là theo tiêu chi trễ kết cuối, EEMA thực hiện việc phân chia lưu lượng trên một số tuyến có giới hạn độ trễ (các tuyến có số bước nhảy trong phạm vi [hopmin, hopmax]). Nói cách khác, EEMA khơng đánh đổi tiêu chí để làm tăng tuổi thọ mạng bằng mọi cách. Do vậy, tuổi thọ mạng khi sử dụng EEMA cao hơn so với AODV nhưng thấp hơn AERP.
Hình 2.12 biểu diễn hiệu suất mạng theo tiêu chí tỷ lệ phân phối bản tin. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi lưu lượng mạng thấp (số lượng kết nối đầu cuối thấp), thì tỷ lệ phân phối bản tin
của 3 giao thức là khá cao và không khác nhau nhiều. Khi lưu lượng mạng tăng lên (số lượng kết nối đầu cuối cao), thì tỷ lệ phân phối gói của cả 3 giao thức đều giảm.
Hình 2.11: Thời gian duy trì mạng Hình 2.12: Tỷ lệ phân phối bản tin
Với phương pháp định tuyến dựa trên số bước nhảy của AODV, các tuyến ngắn nhất được chọn để truyền dữ liệu. Do đó, một số nút mạng có thể bị q tải. Hơn nữa, tình trạng xung đột giữa các bản tin tăng lên, cao hơn thời gian thiết lập lại tuyến, đồng thời số bản tin truyền lại càng nhiều hơn. Do vậy, tỷ lệ phân phối bản tin của AODV là thấp nhất so với các giao thức khác. Ngược lại, với phương pháp định tuyến cân bằng động, các tuyến của EEMA và AERP sẽ được chọn dựa trên năng lượng Pin tối thiểu còn lại của tuyến, làm giảm trạng thái xung đột giữa các bản tin, nghĩa là tỷ lệ phân phối bản tin của các giao thức EEMA và AERP được cải thiện. Tuy nhiên, do cơ chế sử dụng giới hạn số bước nhảy để cải thiện hiệu suất mạng, nên tỷ lệ phân phối bản tin của EEMA thấp hơn AERP chút ít.
Hình 2.13: Trung bình trễ kết cuối Hình 2.14: Trung bình thơng lượng
Trong hình 2.13 chỉ ra kết quả mơ phỏng dựa trên độ trễ trung bình cho 3 giao thức. Kết quả mơ phỏng cho thấy độ trễ trung bình của 3 giao thức tăng lên khi số lượng kết nối đầu cuối tăng, tuy nhiên trễ trung bình của AERP là cao nhất và của EEMA và AODV là xấp xỉ bằng nhau. Lý do là: (1) phương trình tính tốn độ trễ trung bình khơng bao gồm các bản tin truyền lại và (2) AERP ln chọn tuyến có năng lượng cịn lại tối đa để truyền dữ liệu, trong khi AODV chọn tuyến ngắn nhất.
EEMA được đề xuất nhằm cân bằng hai phương pháp kia. Như vậy, trung bình trễ kết cuối của EEMA thấp hơn so với AERP và xấp xỉ bằng AODV.
Hình 2.14 biểu diễn kết quả mơ phỏng dựa trên thơng lượng trung bình đối với ba giao thức. Kết quả mơ phỏng cho thấy, thơng lượng trung bình của ba giao thức ngày càng giảm khi số lượng kết nối đầu cuối tăng lên. Tuy nhiên thơng lượng trung bình của EEMA được cải thiện tốt hơn so với hai giao thức còn lại. Điều này là phù hợp cho các tính tốn lý thuyết của luận án. Với phương pháp định tuyến được đề xuất, EEMA cải thiện tỷ lệ phân phối bản tin, tuổi thọ mạng, và làm giảm tình trạng tắc nghẽn và truyền lại. Do đó, thơng lượng trung bình của EEMA được cải thiện hơn các giao thức khác.