Kết quả mô phỏng và đánh giá

Hình 4.7: Thời gian sống của mạng

Theo kết quả thể hiện trên đồ thị hình 4.7 cho thấy, thời gian sống của mạng sử dụng giao thức PEGASIS kéo dài hơn rất nhiều so với các giao thức còn lại.

Cụ thể, mạng sử dụng giao thức Static-Cluster, các nút mạng nhanh chóng bị chết ngay trong thời gian đầu của mô phỏng (chỉ trong khoảng 50s) theo quan sát trên biểu đồ hình 4.8.

Kết quả này là do, sự hình thành nhóm trong Static-Cluster và vai trò của nút đứng đầu nhóm là cố định nên ngay khi nút đứng đầu nhóm tiêu hao hết năng lượng thì tất cả các nút khác trong cùng nhóm cũng sẽ mất kết nối với sink hay trạm cơ sở. Thời gian sống của mạng được cải thiện đáng kể hơn khi sử dụng giao thức LEACH và LEACH-C (gấp khoảng 10 lần so với Static-Cluster). Sự cải thiện này là do LEACH, LEACH-C có sự cân bằng năng lượng giữa các nút trong mạng do việc luân chuyển vai trò của nút đứng đầu nhóm. Tuy nhiên, nhìn từ biểu đồ thấy rằng LEACH- C có sự ổn định hơn so với LEACH, nguyên nhân này là do, LEACH-C chỉ lựa chọn nút mạng có năng lượng lớn hơn mức năng lượng trung bình của mạng để làm nút đứng đầu nhóm, do đó giảm chênh lệch năng lượng giữa nút đứng đầu và các nút thành viên trong nhóm. PEGASIS thể hiện ưu thế vượt trội khi duy trì thời gian sống của mạng lâu hơn hẳn các mạng sử dụng giao thức khác (gấp 40 lần so với Static- Cluster và gần 4 lần so với LEACH và LEACH-C). Hơn nữa, các nút mạng khi sử dụng giao thức PEGASIS chỉ bắt đầu hết năng lượng và mất kết nối vào khoảng giây thứ 500 của mô phỏng và kéo dài tuổi thọ của mạng lên tới 1500s. PEGASIS giảm thiểu năng lượng tiêu thụ của các nút mạng do giảm khoảng cách truyền giữa các nút liền kề nhau trong cùng chuỗi.

4.4.2Mức năng lƣợng tiêu thụ theo thời gian

Biểu đồ hình 4.9 chỉ ra tổng năng lượng tiêu thụ theo thời gian. Qua biểu đồ này thấy rằng, cả 3 giao thức LEACH, LEACH-C và PEGASIS đều sử dụng được tối đa năng lượng có sẵn của mạng (2J/node x 100 nút=200J). Riêng Static-Cluster thì chỉ sử dụng được khoảng 15J năng lượng (tức là khoảng 7% năng lượng của cả mạng) như biểu đồ hình 4.10. Sự lãng phí này là do Static-Cluster không thể tận dụng năng lượng còn lại trong các nút không phải là nút đứng đầu nhóm. Bởi vì các nút đứng đầu nhóm tiêu hao năng lượng và chết nhanh chóng làm kết thúc vòng đời sớm của tất cả các nút thuộc vào các nhóm đó. Mặt khác, nhìn vào biểu đồ này cũng cho thấy sự tương đồng về năng lượng tiêu thụ của toàn mạng với tỷ lệ nút còn sống theo thời gian ở biểu đồ hình 4.6 trên.

Hình 4.10 Năng lượng tiêu thụ trong 50s đầu

4.4.3Tỷ lệ dữ liệu nhận đƣợc ở BS

Biểu đồ hình 4.11 cho thấy, PEGASIS là giao thức gửi nhiều dữ liệu hơn về BS trong tổng thời gian mô phỏng. Tuy nhiên, xét trong cùng thời gian hoạt động với LEACH-C (khoảng 400s đầu của mô phỏng) thì lượng dữ liệu nhận được tại BS khi sử dụng PEGASIS sẽ ít hơn so với lượng dữ liệu nhận được khi sử dụng LEACH-C. Điều này này cho thấy trễ khi sử dụng PEGASIS lớn hơn so với LEACH-C. Kết quả này là hợp lý do số chặng trung gian khi truyền dữ liệu trong LEACH-C tới nút nhóm trưởng thường là 1 trong khi với PEGASIS để gửi dữ liệu được tới nhóm trưởng thì thường phải thông qua nhiều chặng trung gian khác. Mặt khác, dữ liệu nhận được tại BS khi sử dụng LEACH-C cũng lớn hơn so với LEACH. Nguyên nhân là do trong quá trình hình thành nhóm ở LEACH-C, BS đã biết trước được vị trí và mức năng lượng của các nút khác. Vì vậy, LEACH-C có thể tạo ra các nhóm tốt hơn LEACH. Trên biểu đồ cũng cho thấy, lượng dữ liệu nhận được ở BS khi sử dụng Static-Cluster tương đương với LEACH trong cùng thời gian mô phỏng. Tuy nhiên, do thời gian hoạt động của mạng khi sử dụng giao thức Static-Cluster hạn chế nên lượng dữ liệu nhận được tại BS cũng ít hơn rất nhiều.

4.4.4Kết luận

Trong phần thực nghiệm mô phỏng đánh giá hiệu suất của giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây. Tác giả luận văn tập trung vào các giao thức thuộc nhóm các giao thức phân bậc. Đây là nhóm các giao thức ra đời từ rất sớm (LEACH năm 2002) tuy nhiên cho đến nay chúng vẫn là đề tài khá thu hút đối với nhiều nhà nghiên cứu về mạng cảm biến.

Các kết quả mô phỏng được chỉ ra trong luận văn này cho thấy nhiều ưu điểm và lợi thế hơn từ việc hình thành nhóm động (LEACH, LEACH-C, PEGASIS) so với giao thức định tuyến phân bậc hình thành nhóm tĩnh (Static-Cluster) trong tất cả các độ đo như : thời gian sống của mạng, hiệu quả sử dụng năng lượng và lượng dữ liệu BS nhận được theo thời gian. Sự chênh lệnh giữa các độ đo này là khá lớn, Static- Cluster chỉ duy trì thời gian sống của mạng trong khoảng 50s trong khi PEGASIS có thể kéo dài thời gian sống của mạng lên tới gần 1500s. Mặt khác, các giao thức phân bậc hình thành nhóm động là những giao thức đạt hiệu quả sử dụng năng lượng cao (sử dụng gần 100% năng lượng của toàn mạng) trong khi Static-Cluster chỉ sử dụng được 15J tức là khoảng 7 % năng lượng của mạng. Lượng dữ liệu mà Static-Cluster gửi về BS theo thời gian là tương đương với LEACH nhưng tổng dữ liệu mà Static- Cluster gửi về BS lại rất nhỏ do thời gian tồn tại của mạng là quá ngắn.

PEGASIS đã khắc phục được nhược điểm của LEACH bằng cách loại bỏ được chi phí trong việc hình thành nhóm động, tối thiểu hóa khoảng cách truyền và nhận giữa các nút trong mạng. Các nút mạng thay nhau truyền dữ liệu hợp nhất đến trạm cơ sở làm cân bằng năng lượng tiêu hao trong mạng. Mặc dù có những cải tiến đang kể, nhưng một vấn đề hạn chế trong PEGASIS là trễ truyền. Nút đứng đầu chuỗi phải đợi nhận được dữ liệu hợp nhất của các nút sau đó mới truyền đến BS.

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN

Mạng WSN ra đời là sự kết hợp thành công của một loạt những thành tựu khoa học về công nghệ mạng máy tính. Hiện nay mạng WSN được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Tuy nhiên, năng lượng vẫn là vấn đề then chốt trong việc triển khai, xây dựng và áp dụng các mạng cảm biến vào mỗi ứng dụng cụ thể. Vấn đề này đã và đang nhận được sự quan tâm không chỉ của các nhà khoa học mà còn thu hút nhiều nhà kinh tế, nhiều ngành công nghiệp trên thế giới.

Cùng với mục tiêu đề ra, đề tài luận văn “Đánh giá hiệu suất của giao thức định

tuyến trong mạng cảm biến không dây” đã được hoàn thành với các nội dung chính đó

là trình bày kiến thức tổng quan về mạng cảm biến không dây với trọng tâm là các giao thức định tuyến hướng tới giảm mức độ tiêu thụ năng lượng. Ngoài ra, tác giả của luận văn cũng đã tiến hành mô phỏng và đánh giá một số giao thức định tuyến trong nhóm phân bậc cụ thể như: Static-Cluster, LEACH, LEACH-C và PEGASIS thông qua phần mềm mô phỏng NS2.

Các kết quả mô phỏng cho thấy, hiệu quả sử dụng năng lượng của các giao thức định tuyến khác nhau chênh lệch khá rõ rệt. Điều này phản ánh cách thức hình thành nhóm, lựa chọn nút đứng đầu trong nhóm cũng ảnh hưởng đáng kể tới hiệu quả sử dụng năng lượng cũng như hiệu quả truyền dữ liệu tới trạm cơ sở. Tuy nhiên, các giao thức khác nhau lại có những ưu, nhược điểm riêng. Cụ thể như trong các giao thức được tiến hành mô phỏng, mặc dù PEGASIS sử dụng hiệu quả năng lượng hơn và có tổng số dữ liệu được truyền về BS nhiều hơn nhưng PEGASIS lại có trễ truyền lớn hơn so với mạng sử dụng giao thức LEACH-C.

HƢỚNG PHÁT TRIỂN

Cho đến nay nhiều cải tiến tập trung vào vấn đề giảm thiểu năng lượng liên quan đến quá trình hình thành nhóm và lựa chọn nhóm trưởng. Việc phân nhóm tối ưu không chỉ dựa trên hiệu quả của việc hình thành nhóm, chọn nhóm trưởng mà còn ở sự tương tác giữa các nút với nhóm trưởng. Những cải tiến hiện đang tập trung giải quyết bằng các thuật toán khác nhau thông qua việc phân nhóm lại tại những khoảng thời gian khác nhau.

Một hướng mới cho các cải tiến trong tương lai đó là lựa chọn các nhóm trưởng trước và giữa nguyên vai trò của nhóm trưởng khi phân chia lại nhóm. Các điều chỉnh có thể thích ứng với việc duy trì các nhóm mạng trong liên kết hệ thống để giảm thiểu nguồn tài nguyên liên quan tới phân lại nhóm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1. Nguyễn Đình Việt (2010), Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy tính, Trường Đại học Công nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội.

Tiếng Anh

2. Ian F.Akyildiz, Mehmet Can Vuran (2010), “Wireless Sensor Networks, A John Wiley and Sons, Ltd, Publication.

3. Kazem Sohraby, Daniel Minoli and Taieb Znati (2007), “ Wireless Sensor

Networks Technology, Protocol, and Application”, A John Wiley and Sons, Inc.,

Publication.

4. Qiangfeg Jiang, D.Manivannan (2004), Routing Protocol for Sensor Network”, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

5. Wairagu G.Richard (2009), Extending LEACH Routing algorithm for Wireless

Sensor Networks”, A Project Report Submitted to the School of Graduate Studies in

Partial Fulfillment for the Award of Master of Science in Data Communication and Software Engineering Degree of Makerere University.

6. K. Sohrabi, J. Gao, V. Ailawadhi, and G.J. Pottie (October, 2000). Protocols for

self-organization of a wireless sensor network. IEEE Personal Communications,

7(5):16–27.

7. Vinay Kumar, Sanjeev Jain, Sudarshan Tiwari and IEEE Member (2011), Energy

Efficient Clustering Algorithms in Wireless Sensor Networks. A Survey. IJCSI

International Journal of Computer Science Issues, Vol.8, Issue 5, No 2, Septemper 2011, p.256-268.

8. Xiaodong Xian, Weiren Shi and He Huang(2008), Comparison of OMNET++ and

1443.

9. Marko Korkalainen, Mikko Sallinen, Niilo Kärkkäinen, Pirkka Tukeva, Survey of Wireless Sensor Networks Simulation Tools for Demanding Application, 978-0-7695- 3586-9/09 © 2009 IEEE, p 102-106.

10. Kevin Fall, Kannan Varadhan (2010), The NS Manual Formerly NS Notes and

Docmentation, The VINT Project. A Colllaboration between researchers at UC

Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC.

11. R. Jain. The Art of Computer Systems Performance Analysis. John Wiley and Sons, Inc., 1996

12. http://ptolemy.eecs.berkeley.edu/ptolemyII/ 13. http://linuxwhy.com

14. http://mailman.isi.edu/pipermail/ns-users 15. http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/

Phân loại các giao thức định tuyến

Directed Difusion (Khuếch tán trực tiếp)