Các yêu cầu về QoS trong các mạng truyền thống thường liên quan tới thông lượng hay trễ đầu cuối. Tuy nhiên, trong các mạng WSNs, vị trí tương đối của mỗi nút
mạng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất đầu cuối và khoảng cách là một trong các yếu tố để đảm bảo các yêu cầu về QoS. Giao thức SPEED khai thác đặc điểm này và nhắm mục tiêu cung cấp một tiến bộ trong việc đảm bảo tốc độ cho các gói tin trong một thời gian nhất định. Do đó, trễ đầu cuối của các gói tin trong các mạng WSNs tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa các nút nguồn và đích.
Giao thức SPEED gồm một vài thành phần nhằm đảm bảo tốc độ của các gói tin trong mạng. Giao thức “trao đổi báo hiệu lân cận” được thực thi theo định kỳ để trao đổi thông tin cục bộ giữa các nút lân cận. Kết quả là, mỗi nút sẽ xây dựng một bảng quan hệ lân cận và lưu trữ thông tin của các nút lân cận này như: ID của nút lân cận, vị trí, độ trễ ước tính khi tới nút lân cận và khoảng thời gian tối đa một quan hệ lân cận được tồn tại trong bảng, nếu sau khoảng thời gian đó mà quan hệ lân cận này không được cập nhật mới thì quan hệ này sẽ bị hủy bỏ.
Như đã nói ở trên, ngoài vị trí, mỗi nút mạng còn lưu trữ độ trễ ước tính từ nó tới các nút lân cận vào trong bảng quan hệ lân cận. Trễ ước tính được thực hiện vào bất cứ khi nào tại bên gửi một gói tin được gửi đi tới 1 nút lân cận cụ thể. Bên gửi lưu trữ thời gian cần thiết từ khi nó đặt gói tin vào trong hàng đợi đến khi nhận được ACK từ nút lân cận. Hơn nữa, các nút lân cận thực hiện chức năng nhận truyền thông trong khoảng thời gian xử lý ACK bằng cách sử dụng gói tin ACK, thời gian này đã được trừ vào trễ ước tính. Trong trường hợp nhiều gói tin được gửi đi tới cùng một nút lân cận, sự xê dịch trung bình của trễ ước tính cũng được lưu trữ vào trong bảng quan hệ lân cận.
Giá trị trễ ước tính được lưu trữ cho mỗi nút lân cận được sử dụng để chuyển tiếp gói tin thông qua việc sử dụng thuật toán chuyển tiếp địa lý không xác định phi trạng thái (SNGF) của SPEED. SNGF nhằm mục đích chuyển tiếp các gói tin tới các nút lân cận với một tốc độ chuyển giao tối thiểu là SSetpoint.
Hình 2.21: Hoạt động của SNGF
Hoạt động của SNGF được mô tả ở hình 2.21. Ở đó nút gửi A nhằm mục đích chuyển tiếp các gói tin của nó tới đích D. Đầu tiên, các nút nằm trong phạm vi truyền dẫn của A và gần đích D hơn nút A sẽ được lựa chọn là những ứng cử viên để chuyển
tiếp (E, F, G). Sau đó tốc độ chuyển tiếp giữa nút A và một nút j є {E,F,G} đến đích D được tính cho mỗi ứng cử viên như sau:
Trong đó dA,D và dj,D là các khoảng cách để đến được đích D từ nút A và nút j. HopDelayA,j là sự chậm trễ ước tính giữa nút A và j.
SNGF lựa chọn nút kế tiếp trong số các ứng cử viên với tốc độ ước tính cao hơn SSetpoint . Kết quả là, các gói tin được chuyển tiếp sẽ đảm bảo đạt được tốc độ tối thiểu. Tuy nhiên, nếu không nút nào thỏa mãn được tốc độ này, gói tin sẽ bị hủy một cách ngẫu nhiên dựa theo vòng phản hồi khu vực lân cận (NFL).
Thành phần NFL của SPEED điều khiển thủ tục hủy gói tin trong trường hợp không có nút lân cận nào đáp ứng được tốc độ tối thiểu đã đề ra. Với mục đích này, tốc độ bỏ lỡ của mỗi nút lân cận là tốc độ mà nút đó không đáp ứng được tốc độ yêu cầu. Dựa trên tốc độ bỏ lỡ của các nút lân cận, NFL xác định hoặc là chuyển tiếp, hoặc là hủy bỏ gói tin.
Trong một vài trường hợp, các gói tin có thể được định tuyến tới một vài điểm nóng, nơi mà có sự cạnh tranh cao. Để ngăn chặn việc các gói tin tiếp tục được chuyển tới những vùng này, SPEED sử dụng cơ chế “áp lực phản hồi”. Các nút mà có tốc độ bỏ lỡ lớn sẽ gửi tín hiệu “áp lực phản hồi” đến các nút phía trên. Các tín hiệu “áp lực
phản hồi” này được sử dụng để loại bỏ những nút lân cận từ danh sách các nút lân cận
và kết quả là các gói tin được định tuyến vòng qua các điểm nóng để tránh tắc nghẽn. SPEED sử dụng hiệu quả năng lượng do chi phí thiết lập các tuyến đường là rất nhỏ. Tuy nhiên, SPEED có một số hạn chế là nó chỉ đảm bảo một tốc độ duy nhất có thể được hỗ trợ trên mạng. Điều này, cản trở việc áp dụng các ứng dụng có các lớp lưu lượng khác nhau.
2.7.4. Đánh giá chất lƣợng các giao thức định tuyến theo chất lƣợng dịch vụ
Các giao thức định tuyến dựa trên chất lượng dịch vụ xem xét nhiều yếu tố hơn ngoài mức độ tiêu thụ năng lượng trong việc xây dựng các tuyến đường. Điều này giúp mạng WSNs có thể đáp ứng và triển khai thêm nhiều ứng dụng phức tạp. Tuy nhiên, những tính năng bổ sung sẽ làm tăng chi phí tiêu hao năng lượng và do đó giảm tuổi thọ của mạng. Do vậy, sự cân bằng giữa các tính năng mở rộng và chi phí cần phải được xem xét cẩn thận khi thiết kế giao thức nhằm đảm bảo những yêu cầu mà ứng dụng đó hướng tới.
CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT VÀ CÁC CÔNG CỤ MÔ PHỎNG MẠNG WSN
3.1. Giới thiệu
Hiệu suất là một tiêu chí quan trọng trong thiết kế, sản xuất và sử dụng các hệ thống máy tính. Do đó, đánh giá hiệu suất là công việc cần thiết ở mọi giai đoạn trong vòng đời phát triển của hệ thống. Việc đánh giá hiệu suất được thực hiện khi cần so sánh một vài hệ thống với nhau nhằm chọn ra được hệ thống hiệu quả và phù hợp nhất cho một tập các yêu cầu và ứng dụng cụ thể.
Ngày nay, các ứng dụng của máy tính đã trở thành thiết yếu trong nhiều lĩnh vực. Đặc biệt sự kết nối các máy tính với nhau để tạo nên các hệ thống mạng được coi là một trong những cuộc cách mạng của khoa học-công nghệ. Mạng cảm biến không dây (WSN) ra đời như một điều tất yếu của sự phát triển. Tuy nhiên, những hạn chế về năng lượng, khả năng lưu trữ và khả năng xử lý trong mạng WSN phần nào hạn chế phạm vi ứng dụng của nó. Nhưng không vì thế mà mạng WSN ngừng phát triển, các nhà khoa học vẫn không ngừng nỗ lực tìm ra các giải pháp nhằm khắc phục những hạn chế trên để đưa mạng WSN vào cuộc sống. Mỗi một kết quả nghiên cứu, mỗi một cải tiến mới đều được thuyết phục và công nhận dựa trên đánh giá của các tiêu chuẩn hiệu suất khác nhau thông qua kỹ thuật và phương pháp đánh giá phù hợp.