Chương 5 : Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
5.1 Mô phỏng
5.1.2 Kịch bản mô phỏng
Tất cả các mô phỏng đều sử dụng phần mềm Cooja và các node cảm biến là Sky mode.
Mô phỏng 1: Từ một Lw-TLS Client node thực hiện khởi tạo kết nối đến 1
Lw-TLS Server Node, đo thời gian để hoàn thành giao thức Lightweight TLS, các thuật tốn mã hóa trên Sky Mode.
Trang 62
Dựa vào thời gian và các thông điệp được in ra tại Mote Output, chúng ta có thể đo được chính xác thời gian thực hiện từng thuật tốn của giao thức Lw-TLS.
Type Time (s) Lw-TLS-Handshake 73 ECDSA 19,7 ECDH 16,7 HMAC-MD5 0.005 PRF-MD5 0.012 MD5 0.003
AES-Encrypt 16 byte data 0.022
AES-Decrypt 16 byte data 0.042
Bảng 4 - Thời gian xử lý của các thuật toán sử dụng trong Lw-TLS
Thời gian để thực hiện giao thức Lw-TLS Handshake là khoảng 73s, trong đó phần lớn thời gian để chạy các thuật toán ECDH (Elliptic Curve Diffie– Hellman) và ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature) chiếm tổng cộng 72.8s.
Do đó, để rút ngắn thời gian thực hiện giao thức Handshake, cần chú trọng rút ngắn thời gian thực hiện các thuật tốn mã hóa ECC. Hiện nay, có một số dòng vi xử lý được thiết kế dành cho mạng cảm biến khơng dây có hỗ trợ mã hóa ECC và AES trên phần cứng, hứa hẹn sẽ giúp tăng tốc độ mã hóa và giải mã lên đáng kể.
Mô phỏng 2: Tạo một mạng MultiHop gồm nhiều Client và Server Node. Từ
Client Node thực hiện truy vấn dữ liệu tới Server Node. Client Node sẽ gửi câu query tới Server Node để lấy 100, 500, 1000 dòng dữ liệu. Biết rằng mỗi dòng dữ liệu trả về của TinySQL khi chưa mã hóa thường có kích thước 80 byte. Mô phỏng sẽ thử nghiệm ở 2 trường hợp có và khơng có mã hóa AES. Dữ liệu sẽ
Trang 63
được mã hóa bằng AES 128 trước khi gửi lại Client Node. Client Node sẽ thực hiện giải mã dữ liệu và in ra màn hình, sau đó nhận thêm các gói tin mới.
Hình 5. 3 - Mơ hình mạng mơ phỏng 2 - So sánh thời gian xử lý câu truy vấn khi dùng và khơng dùng mã hóa AES
Mục đích của mơ phỏng này để so sánh tốc độ xử lý câu truy vấn của TinySQL khi có sử dụng mã hóa AES 128 và khơng sử dụng AES 128.
Trang 64
Khi tích hợp mã hóa AES 128 vào TinySQL Database, thời gian cần để hoàn thành câu truy vấn và gửi toàn bộ dữ liệu tăng lên đáng kể, nhiều hơn so với khi khơng mã hóa 6 đến 7 lần. Thời gian để truyền dữ liệu giữa các hop rất nhỏ so với thời gian để xử lý câu truy vấn và mã hóa dữ liệu.
Mơ phỏng 3: Tạo một mạng MultiHop gồm 10 Client node và 10 Server
Node như hình bên dưới. Một Client node sẽ thực hiện khởi tạo kết nối Lw-TLS tới một Server Node tại một thời điểm. Việc này sẽ được lặp lại 60 lần và ghi lại số lần thực hiện thành công giao thức Lw-TLS Handshake mà khơng có lỗi nào xảy ra.
Hình 5. 5 - Mơ hình WSNs cho Mơ phỏng 3
Mục đích của thí nghiệm này là kiểm tra tính ổn định của phần mềm được dùng để triển khai giao thức Lw-TLS và khả năng hoạt động của giao thức Lw- TLS trong một mạng multihop có điều kiện môi trường truyền tin lý tưởng.
Kết quả cho thấy tỷ lệ thực hiện thành công giao thức Lw-TLS là 100% trong trường hợp Client Node và Server Node cách nhau 1, 2, 3, 4 hop. Vì vậy phần mềm được dùng để triển khai giao thức Lw-TLS có độ tin cậy cao.
Trang 65
Mô phỏng 4: Tạo một mạng MultiHop gồm 10 Client node và 10 Server
Node. 10 Server Node thực hiện khởi tạo giao thức Lw-TLS tới 10 Client Node đã được xác định trước. Ví dụ Client Node ID 18 sẽ khởi tạo kết nối tới Server Node ID 8, Client Node ID 17 sẽ khởi tạo kết nối tới Server Node ID 7. Dù thực hiện thành công hay thất bại giao thức Lw-TLS Handshake, Client Node đều sẽ khởi động lại giao thức Lw-TLS. Số lần khởi tạo giao thức Lw-TLS trên mỗi Client Node là 20. Số lần thực hiện giao thức Lw-TLS thành công và thất bại do mất gói tin hay thất bại gói tin bị thay đổi sẽ được ghi lại.
Hình 5. 6 - Mơ hình WSNs cho Mơ phỏng 4
Hình 5. 7 - Đánh giá khả năng thực hiện thành công giao thức Lw-TLS Handshake trong mạng multihop đang chịu tải lớn
Trang 66
Mục đích của mơ phỏng này là kiểm tra khả năng thực hiện thành công giao thức Lw-TLS Handshake mà khơng có lỗi nào xảy ra trong mạng multihop và trong điều kiện các node cảm biến đang chịu tải lớn do các Client node liên tục khởi tạo kết nối Lw-TLS tới Server node.
Kết quả cho thấy giao thức Lw-TLS Handshake có thể thực hiện thành cơng trong điều kiện các phần tử mạng phải chịu tải lớn do các node liên tục thực hiện tính tốn và gửi tin cho nhau. Nếu 2 node cảm biến được kết nối trực tiếp với nhau thì có tỷ lệ thực hiện thành cơng giao thức Lw-TLS Handshake mà khơng có lỗi nào xảy ra cao hơn so với 2 node kết nối qua nhiều node.
Mô phỏng 5: Tạo một mạng MultiHop gồm 10 Client node và 10 Server
Node. Các Server Node gửi 500 dòng dữ liệu tới Client Node, 1 dịng có kích thước 24 byte (data 16 byte), mỗi lần gửi cách nhau 0.5s. Đo đạt tổng số dòng dữ liệu Client Node nhận được.
Hình 5. 8 - Mơ hình WSNs cho mơ phỏng 5
Mục đích của mơ phỏng này là đánh giá khả năng thực hiện thành công câu truy vấn mà dữ liệu trả về được mã hóa trong điều kiện mạng đang chịu tải cao do tất cả các Client đều thực hiện truy vấn về tới Server Node. Mơ hình mạng giống với mơ phỏng 5.
Trang 67
Hình 5. 9 - Mơ phỏng 5 - Đánh giá khả năng truyền nhận dữ liệu được mã hóa trong mạng multihop đang chịu tải lớn
Như kết quả thu được ở hình Trong điều kiện mạng đang chịu tải lớn do tất cả các Server Node đều gửi tin tới Client Node với tốc độ 0.5 giây một gói tin chứa dữ liệu mã hóa có kích thước 23 byte, tỷ lệ gửi nhận thành cơng các gói tin giữ Server và Client Node tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữ các node.
Mô phỏng 6: Tạo một mạng MultiHop gồm 10 Client node và 10 Server Node như mô phỏng 5. Một Client Node sẽ thực hiện khởi tạo giao thức Lw-TLS tới 1 Server Node 60 lần. Chín Client Node còn lại liên tục thực hiện 100 câu truy vấn tới 9 Database Server Node, mỗi câu cách nhau 5s, và lấy 1 dòng dữ liệu từ Database Server Node. Đo đạt số lần thực hiện thành công giao thức Lw-TLS Handshake.
Mục đích của mơ phỏng này là đánh giá khả thực hiện thành công giao thức Handshake mà khơng có lỗi xảy ra trong điều kiện mạng chịu tải cao do nhiều Client node thực hiện truy vấn dữ liệu tới Server Node.
Trang 68
Hình 5. 10 – Kết quả Mô phỏng 6 – Thử nghiệm Lw-TLS Handshake trong mạng WSNs chịu tải lớn do các Client Node thực hiện truy vấn Database Server Node
Theo kết quả thu được trong hình bên trên, chúng ta thấy rằng việc các tất cả các Node cù ng tham gia vào q trình mã hóa/giải mã, trao đổi thơng tin trong mạng có thể khiến việc thực hiện giao thức Lw-TLS xảy ra sự mất gói tin trong lúc thực hiện giao thức Lw-TLS Handshake. Nguyên nhân chính là các Node phải thực hiện nhiều tính tốn phức tạp dẫn đến khơng xử lý gói tin nhận được trong quá trình truyền multihop. Vì vậy những cặp Client-Server Node cách nhau càng nhiều Hop thì tỷ lệ thành cơng khi thực hiện giao thức Lw-TLS Handshake càng thấp.