Chương 3. ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC
3.4. Đánh giá thuật toán
3.4.2. Các kết quả mô phỏng
3.4.2.1 Đánh giá tỷ lệ truy vấn thành công
Phần này mô tả đánh giá của chúng tôi về tỷ lệ truy vấn thành công khi thay đổi các tham số thí nghiệm, bao gồm thời gian sống trung bình của một nút trong mạng, số truy vấn trung bình đặt vào một nút, ngưỡng tắc nghẽn mềm T và tham số của phân bố xác suất Zipf.
Trong thí nghiệm đầu tiên, các khóa truy vấn đặt vào một nút theo hai dạng Uniform và Zipf với tham số = 0,8. Trong mỗi vòng của thí nghiệm, tốc độ truy vấn trung bình đặt vào một nút 20 truy vấn/giây. Chúng tôi đếm số
84
truy vấn định tuyến thành công bởi các nút quy vấn. Thời gian sống trung bình của một nút tương ứng là 15 phút, 30 phút, 60 phút, 120 phút và 180 phút. Tham số ngưỡng mềm T được đặt bằng 50% khả năng định tuyến của một nút.
Hình 3.4. Tỷ lệ truy vấn thành công khi thay đổi thời gian sống trung bình của nút
Kết quả thí nghiệm được vẽ trong hình 3.4 cho thấy tỷ lệ thành công của thuật toán CA-Chord do chúng tôi đề xuất cao hơn thuật toán Chord 42% đối với các truy vấn dạng Uniform và 37% đối với các truy vấn dạng Zipf.
85
Khi thời gian sống trung bình của một nút thấp, các nút vào ra mạng thường xuyên, độ ổn định của mạng không cao, các nút thường xuyên phải cập nhật lại bảng định tuyến, bảng định tuyến của một nút bị lỗi nhiều hơn, do đó tỷ lệ thành công các câu truy vấn của các thuật toán không cao. Khi thời gian sống trung bình của các nút trong mạng cao, các nút tồn tại trong mạng với thời gian dài, độ ổn định của mạng được nâng lên, bảng định tuyến của các nút ổn định hơn, do đó tỷ lệ thành công các câu truy vấn trong các thuật toán được nâng lên.
Thí nghiệm thứ hai chúng tôi đánh giá tỷ lệ thành công của các câu truy vấn dữ liệu khi thay đổi số lượng truy vấn trung bình được đặt vào một nút với số lượng được thay đổi từ 0.01, 0.1, 1, 10, 100 truy vấn/giây. Thời gian sống trung bình của một nút được giữ cố định là 1 giờ. Các khóa truy vấn được tạo ra theo phân bố Uniform và Zipf với = 0,8. Tham số ngưỡng mềm T được đặt bằng 50% khả năng định tuyến của một nút.
Kết quả thí nghiệm được vẽ trong hình 3.5. Khi số lượng truy vấn đặt vào mỗi nút là thấp, số nút tắc nghẽn trong mạng ít, do đó tỷ lệ thành công của hai thuật toán là gần 100%. Khi số lượng truy vấn đặt vào mỗi nút tăng, trong mạng tồn tại nhiều nút tắc nghẽn, các truy vấn tiếp theo đi qua nút tắc nghẽn sẽ dừng lại ở nút tắc nghẽn và không đến được đích. Thuật toán Chord không có cơ chế xử lý tắc nghẽn do đó tỷ lệ truy vấn thành công của các câu truy vấn giảm đáng kể. Trong khi đó, với thuật toán CA-Chord, nhờ có cơ chế thay thế một nút tắc nghẽn bởi một nút không tắc nghẽn khi một nút tắc nghẽn xảy ra, cho nên các truy vấn tiếp sẽ được định tuyến theo tuyến đường mới để đến đích do đó làm tăng tỷ lệ truy vấn thành công.
86
Hình 3.5. Tỷ lệ thành công với số truy vấn đặt vào mỗi nút thay đổi Với số lượng truy vấn trung bình được đặt vào một nút là 100 câu truy vấn, tỷ lệ truy vấn thành công của thuật toán đề xuất tốt hơn thuật toán Chord là 32% và 41% tương ứng với truy vấn Zipf và Uniform.
Thí nghiệm thứ ba được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của ngưỡng tắc nghẽn mềm đến tỷ lệ truy vấn thành công. Trong thí nghiệm này, số lượng truy vấn trung bình đặt vào một nút là 20 truy vấn/giây, thời gian sống trung
87
bình của một nút là 1 giờ. Ngưỡng tắc nghẽn mềm T đặt vào một nút được thay đổi. Các khóa truy vấn đặt vào một nút được thực hiện theo hai dạng:
phân bố Uniform và phân bố Zipf với = 0,8. Kết quả của thí nghiệm được vẽ trong Hình 3.6.
Hình 3.6. Tỷ lệ thành công của các truy vấn khi thay đổi ngưỡng mềm Khi giá trị ngưỡng tắc nghẽn mềm T được đặt ở mức thấp (nhỏ hơn 30%
khả năng định tuyến của một nút) và mức cao (lớn hơn 70% khả năng định tuyến của một nút), tỷ lệ truy vấn thành công thấp hơn khi giá trị ngưỡng tắc nghẽn mềm nằm trong khoảng từ 40% đến 60% khả năng định tuyến của một nút. Khi giá trị ngưỡng mềm T được đặt ở mức thấp, một nút chuyển sang trạng thái xử lý tắc nghẽn sớm làm ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống. Khi giá trị T được đặt ở mức cao, một nút chuyển sang trạng thái tắc nghẽn chậm. Trong trường hợp này số lượng gói tin bị loại bỏ tăng lên. CA- Chord đạt được hiệu suất tốt nhất khi giá trị của T là 50% khả năng định tuyến của một nút.
88
Thí nghiệm thứ tư chúng tôi đánh giá khả năng đáp ứng của các thuật toán đối với các truy vấn dạng Zipf. Trong thí nghiệm này, số lượng các câu truy vấn đặt vào một nút trung bình là 20 truy vấn/giây, tham số ngưỡng mềm T là 50% khả năng định tuyến của một nút, thời gian sống trung bình của một nút là 1 giờ. Các khóa truy vấn được tạo bởi phân bố xác suất Zipf với giá trị
là 0.8, 1,2, 2,4 và 4,8.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tham số Zipf đến tỷ lệ thành công của truy vấn Các kết quả của thí nghiệm được vẽ trong hình 3.7 cho thấy thuật toán đề xuất hoạt động tốt hơn thuật toán Chord với truy vấn Zipf khoảng 20%. Khi tham số thấp ( = 0,8 và = 1,2) các khóa truy vấn phân bố tương đối đồng đều. Do đó, các thuật toán Chord và CA-Chord nhận được tỷ lệ truy vấn thành công cao. Thuật toán CA-Chord, nhờ có cơ chế thay thế nút tắc nghẽn bằng nút không tắc nghẽn do đó tỷ lệ thành công của CA-Chord là cao hơn thuật toán Chord. Tuy nhiên, khi tham số cao, mức độ phổ biến của một số khóa tăng lên. Trong trường hợp này, một số khóa có tần suất truy vấn cao, một số khóa có tần suất truy vấn thấp hơn. Do đó, trong mạng tồn tại nhiều
89
nút bị tắc nghẽn không có khả năng định tuyến câu truy vấn làm cho tỷ lệ truy vấn thành công thấp.
3.4.2.2. Đánh giá số bước chuyển tiếp truy vấn
Các thí nghiệm tiếp theo chúng tôi đánh giá số bước (tức là các nút) cần thiết để chuyển tiếp truy vấn. Thời gian sống trung bình của một nút được giữ cố định là 1 giờ, ngưỡng tắc nghẽn mềm T được đặt cố định bằng 50% khả năng định tuyến của một nút. Số lượng câu truy vấn trung bình đặt vào một nút thay đổi tương ứng là 0,01; 0,1; 1; 10; 100 truy vấn/giây. Khóa truy vấn được phân bố theo hai dạng Uniform và Zipf với =0,8.
Các kết quả được vẽ trong hình 3.8 cho thấy khi số truy vấn đặt vào một nút thấp, các nút trong mạng chưa bị tắc nghẽn do đó thuật toán CA-Chord xử lý truy vấn tương tự thuật toán Chord. Số bước trung bình để chuyển tiếp câu truy vấn của hai thuật toán là như nhau. Khi số truy vấn đặt vào một nút tăng lên, trong mạng xuất hiện các nút bị tắc nghẽn. Thuật toán CA-Chord thay thế các nút bị tắc nghẽn bằng các nút láng giềng đứng sau tốt nhất không bị tắc nghẽn. Nút thay thế này gần với nút quản lý khóa truy vấn hơn trên đường định tuyến, do đó làm giảm số bước trung bình để chuyển tiếp câu truy vấn đến đích so với thuật toán Chord.
90
Hình 3.8. Ảnh hưởng của số truy vấn đặt vào một nút đến số bước chuyển tiếp truy vấn
Thứ hai, chúng tôi giữ cố định số lượng trung bình các câu truy vấn đặt vào một nút là 20 truy vấn/giây. Ngưỡng tắc nghẽn mềm T được đặt bằng 50% khả năng định tuyến của một nút. Thời gian sống trung bình của nút thay đổi tương ứng với các giá trị 15 phút, 30 phút, 60 phút, 120 phút và 180 phút.
Khóa tuy vấn đặt vào một nút được phân bố theo dạng Uniform và dạng Zipf với = 0,8.
91
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian sống trung bình đến số bước chuyển tiếp truy vấn
Kết quả của thí nghiệm được vẽ trong hình 3.9 cho thấy khi thời gian sống trung bình của một nút trong mạng thấp (15 phút), các nút ra/vào mạng nhiều, độ ổn định của mạng thấp, do đó số bước trung bình để chuyển tiếp câu truy vấn của hai thuật toán cao. Khi thời gian sống trung bình của một nút tăng, độ ổn định của mạng tăng lên, số bước chuyển tiếp truy vấn của cả hai thuật toán đều giảm. Trong cả hai dạng truy vấn Zipf và Uniform, số bước để chuyển tiếp truy vấn trong thuật toán CA-Chord đều nhỏ hơn thuật toán Chord.
3.4.2.3. Đánh giá số thông báo tắc nghẽn được gửi
Để đạt được tỷ lệ truy vấn thành công cao, thuật toán CA-Chord phải tiêu tốn một số chi phí mà trong thuật toán Chord nguyên thuỷ không có. Chi phí đó được đo bằng số thông báo tắc nghẽn và số thông báo hết tắc nghẽn (được đánh giá trong phần 3.4.2.4) mà các nút thực hiện trong quá trình điều khiển tắc nghẽn. Thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá số lượng thông báo được gửi bởi một nút trong trường hợp tắc nghẽn. Ngưỡng tắc
92
nghẽn mềm T được đặt bằng 50% khả năng định tuyến của một nút, thời gian sống trung bình của nút là 1 giờ. Số lượng câu truy vấn trung bình đặt vào một nút thay đổi với các giá trị tương ứng là 0,01; 0,1; 1; 10; 100 truy vấn/giây. Khóa truy vấn được phân bố theo dạng Uniform và Zipf với = 0,8.
Hình 3.10. Ảnh hưởng truy vấn đặt vào nút đến số thông báo tắc nghẽn Kết quả của thí nghiệm được vẽ trong hình 3.10 cho thấy khi số lượng truy vấn đặt vào một nút thấp (0,01; 0,1; 1 truy vấn/giây) số thông báo tắc nghẽn của thuật toán đề xuất hầu như không có. Khi số lượng truy vấn đặt vào một nút tăng lên, các nút tắc nghẽn trong mạng tăng, do đó số lượng thông báo tắc nghẽn cũng tăng theo. Trong các trường hợp số lượng thông báo tắc nghẽn của truy vấn dạng Uniform cao hơn số lượng thông báo tắc nghẽn của truy vấn dạng Zipf.
3.4.2.4. Đánh giá số thông báo phản hồi hết tắc nghẽn
Thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá số lượng thông báo được gửi bởi một nút khi nút đó hết tắc nghẽn. Ngưỡng tắc nghẽn mềm T
93
được đặt bằng 50% khả năng định tuyến của một nút, thời gian sống trung bình của nút là 1 giờ. Số lượng câu truy vấn trung bình đặt vào một nút thay đổi với các giá trị tương ứng là 0,01; 0,1; 1; 10; 100 truy vấn/giây. Khóa truy vấn được phân bố theo dạng Uniform và Zipf với = 0,8.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của số lượng truy vấn đặt vào nút đến số thông báo hết tắc nghẽn
Kết quả của thí nghiệm được vẽ trong hình 3.11 cho thấy khi số lượng truy vấn đặt vào một nút thấp (0,01; 0,1; 1 truy vấn/giây), số lượng các nút tắc nghẽn trong mạng hầu như không có, các nút ít nhận được thông báo tắc nghẽn, do đó, số thông báo hết tắc nghẽn trong mạng là rất ít. Khi số lượng truy vấn đặt vào một nút tăng lên, các nút tắc nghẽn trong mạng tăng, do đó số lượng thông báo tắc nghẽn cũng tăng theo. Điều này dẫn đến khi một nút hết tắc nghẽn thì số lượng thông báo hết tắc nghẽn được gửi lại cũng tăng lên theo. Trong các trường hợp số lượng thông báo tắc nghẽn của truy vấn dạng Uniform cao hơn số lượng thông báo tắc nghẽn của truy vấn dạng Zipf.