2. GIẢI PHÁP OVERHEARING PHỊNG CHỐNG TẤN CƠNG TỪ CHỐ
2.2. Các tiêu chí đo đạc và đánh giá hiệu năng mạng
Hiệu năng mạng được hiểu như độ hiệu quả của mạng trong các hoạt động truyền tin bao gồm từ lúc bản tin được gửi từ nút nguồn cho đến khi nhận được ở nút đích. Độ hiệu quả việc truyền tin được xét theo hai tiêu chí là tính tin cậy và tính kịp
41
thời. Tính tin cậy trả lời cho câu hỏi cĩ gĩi tin nào bị mất mát trong quá trình truyền tin khơng, trong khi tính kịp thời trả lời cho câu hỏi gĩi tin cĩ đến trễ khơng. Mục tiêu của tấn cơng DoS là làm suy yếu tính tin cậy và tính kịp thời của việc truyền tin, từ đĩ làm giảm hiệu quả của truyền thơng trong IoT. Vì vậy, việc đánh giá hiệu năng mạng sẽ dựa vào hai tiêu chí là tỉ lệ truyền nhận thành cơng đại diện cho tính tin cậy và Độ trễ đại diện cho tính kịp thời.
WSN là cảm biến bị giới hạn về năng lượng, tấn cơng DoS làm gia tăng mức độ tiêu thụ năng lượng khiến mạng IoT bị cạn kiệt tài nguyên, giảm thơng số liên quan đến truyền thơng. Trong một số tình huống, mức độ tiêu thụ năng lượng cũng được xét như một tiêu chí quan trọng để đánh giá hiệu năng mạng.
2.2.1. Tỉ lệ truyền nhận thành cơng (PDR)
PDR (Packet Delivery Ratio) của một nút là thơng số chỉ ra tỉ lệ phần trăm giữa số lượng gĩi tin gửi đến nút đĩ với số lượng gĩi tin mà nút đĩ nhận được. Nĩi cách khác, thơng số này chỉ ra bao nhiêu phần trăm gĩi tin đến được đích. PDR càng lớn, phần trăm gĩi tin đến được đích càng cao. Ngược lại, lượng gĩi tin khơng đến được mục tiêu càng thấp và điều đĩ cĩ nghĩa là hiệu quả hoạt động càng cao.
Ở đây, việc xác định số gĩi tin mà một nút gửi đi hoặc nhận được khơng khĩ, nhưng biết gĩi tin mà nút đĩ gửi đi là đến nút nào thì khơng đơn giản. Do đĩ, để tính được PDR của tồn mạng, ta sẽ sử dụng cơng thức (1) 𝑃𝐷𝑅 = !" 𝑥 100 (1)
Trong đĩ:
• R: Tổng số gĩi tin mà tất cả các nút nhận được (tính cả nút Coordinator). • S: Tổng số gĩi tin mà tất cả các nút gửi đi (tính cả nút Coordinator). • Đơn vị của PDR là %
Do mạng mơ phỏng là một hệ khép kín, gĩi tin gửi từ một nút chắc chắn phải đến một nút khác trong mạng đĩ. Vì thế cơng thức (1) cho phép tính tốn chính xác PDR của tồn mạng mà khơng cần phải lần xem gĩi tin từ một nút sẽ gửi đến nút nào. Để tính tốn PDR, tính số lượng bản tin gửi đi từ các nút Client và phân tích bản tin mà nút root nhận được, từ đĩ truy địa chỉ nguồn của từng bản tin và đếm số lượng các bản tin đã gửi thành cơng cho nút Coordinator với từng nút Client, truyền thơng các gĩi tin trong hệ thống hay truyền thơng trung gian khơng được sử dụng để phục vụ tính tốn PDR.
42
PDR phản ánh độ tin cậy truyền thơng, PDR càng lớn, càng nhiều bản tin đến đích thành cơng, độ tin cậy càng cao [43]. Theo Mansfield đến từ Trung tâm Cengage thì PDR từ 95% trở lên là đảm bảo mạng hoạt động ổn định [44].
2.2.2. Độ trễ trung bình (Latency)
Latency của một nút là thơng số chỉ ra thời gian trung bình của thương giữa một gĩi tin từ nơi xuất phát đến mục tiêu với quãng đường gĩi tin đĩ đi (khơng tính các gĩi tin khơng đến được đích). Nĩi cách khác, thơng số này chỉ ra một gĩi tin mất bao nhiều thời gian trên một đơn vị đường truyền mạng (cĩ thể gọi là vận tốc của gĩi tin) [47]. Ngược lại với PDR, Latency càng nhỏ, gĩi tin đi càng nhanh, hiệu năng mạng càng cao. Sau khi tính được Latency của từng nút, sẽ lấy giá trị trung bình của các nút này (khơng tính nút Bot và nút Coordinator). Cơng thức (2) tính Latency của một nút. 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑛𝑐𝑦 = ∑ ! "#$ %&"'%(" )" $ (2) Trong đĩ:
• n: Tổng số gĩi tin đến được mục tiêu.
• i: Số thứ tự gĩi tin (được đánh theo thời gian gĩi tin đĩ tới đích) từ 0 tăng thêm 1 với mỗi gĩi tin tới đích.
• TRi – TSi: Thời gian gĩi tin đĩ từ khi nĩ rời khỏi nơi xuất phát cho đến khi đến được nút đo đạc. Đơn vị là mili giây (ms).
• Di: Khoảng cách từ nơi gĩi tin đĩ xuất phát tới đích đến (nút đo đạc được). Đơn vị là mét (m). Ý nghĩa của thơng số này là tạo sự cân bằng giữa các nút ở xa nút nguồn và các nút ở gần nút nguồn. Các nút ở xa nút nguồn sẽ cĩ thời gian truyền tin dài hơn các nút ở gần nút nguồn, chính vì vậy, việc chia thời gian với khoảng cách sẽ giúp các nút cĩ giá trị đạt độ tương đồng cao trên tồn mạng, khơng phân biệt nút đĩ ở xa hay gần nút nguồn. • Đơn vị của Latency là mili giây trên mét (ms/m)
Quãng đường là giá trị cĩ thể tính tốn, thời gian gĩi tin ra vào cũng cĩ thể lần ra từ việc đọc địa chỉ gĩi tin, việc tính tốn Latency khơng khĩ khăn.
2.2.3. Năng lượng tiêu thụ (E)
43
Contiki-OS chỉ là một hệ điều hành mơ phỏng, nĩ khơng thể cho biết thơng số chính xác năng lượng tiêu thụ ở cấp độ vật lý. Do đĩ, Contiki quy ước một cách trừu tượng năng lượng tiêu thụ dựa trên phần trăm giữa thời gian nút này hoạt động (tiêu thụ năng lượng) so với tổng thời gian mà chương trình mơ phỏng hoạt động. Thời gian nút này hoạt động càng lớn, nút tiêu thụ càng nhiều và điều này chứng tỏ mạng hoạt động khơng hiệu quả, gây lãng phí năng lượng [45]. Ngồi ra, Contiki cũng là hệ điều hành mơ phỏng thực tế, cĩ thể ước tính năng lượng vật lý mà mạng cảm biến sẽ tiêu thụ nếu nĩ được triển khai trên thực địa bằng cơng thức (3) do V.Gokilapriya và các cộng sự đề xuất trên bài báo “Energy measurements and conversions” tại Tạp chí quốc tế về xu hướng nghiên cứu nâng cao trong Kỹ thuật và Cơng nghệ [46]:
𝐸 = (𝑇𝑥 𝑥 𝐸% + 𝑅𝑥 𝑥 𝐸&+ 𝐶𝑃𝑈 𝑥 𝐸' + 𝐿𝑃𝑀 𝑥 𝐸() 𝑥 τ (3)
Trong đĩ Tx, Rx, CPM và LPM là các tham số và thay đổi với mỗi lần thí nghiệm dù là mơ phỏng hay thực tế:
• Tx: phần trăm giữa thời gian nút đấy thức để gửi một gĩi tin với tổng thời gian của chương trình.
• Rx: phần trăm giữa thời gian nút đấy thức để chờ được nhận các gĩi tin đến với tổng thời gian của chương trình.
• CPU: Năng lượng CPU tiêu thụ cho chương trình mơ phỏng. Thơng số này cố định với từng cấu hình Hệ điều hành Contiki trong mỗi lần mơ phỏng, khơng phụ thuộc vào hoạt động mơ phỏng.
• LPM: phần trăm giữa thời gian chạy các thuật tốn duy trì hoạt động mơ phỏng của các nút với tổng thời gian của chương trình. Thơng số này cũng cố định với từng cấu hình Hệ điều hành Contiki mỗi lần mơ phỏng, khơng phụ thuộc vào hoạt động mơ phỏng.
• Năng lượng vật lý được đo bằng mili Jun (mJ)
Trong đĩ Et, Er, Eo, EI và τ là các hằng số và khơng đổi với mỗi lần thí nghiệm dù là mơ phỏng hay thực tế. Tuy nhiên, với các thiết bị khác nhau thì các hằng số này lại cĩ giá trị khác nhau:
• Et: Hằng số năng lượng gửi là độ tiêu thụ năng lượng của nút mạng khi thức để gửi một gĩi tin.
44 thức để chờ được nhận các gĩi tin.
• Eo: Hằng số Cache độ tiêu thụ năng lượng của trong quá trình lưu trữ và truy cập dữ liệu giữa Cache và CPU trong hoạt động của nút mạng.
• EI: Hằng số trễ giữa các thao tác nhận, gửi,..... • τ: Hằng số điện áp đầu vào của nút mạng.
Như vậy, với từng thí nghiệm với các loại nút mạng khác nhau, trên các loại thiết bị khác nhau, các hằng số sẽ khác nhau. Với từng thí nghiệm cụ thể (mơ phỏng hoặc thực tế), tác giả sẽ thiết lập hằng số cụ thể dựa trên loại hình và các thơng số kỹ thuật của các thiết bị đĩng vai trị nút thí nghiệm, từ đĩ sẽ cĩ cơng thức cụ thể.