Trong mô hình Random Direction, nút di động chọn một hướng ngẫu nhiên và di chuyển theo tốc độ được phân bố đồng đều giữa [Speedmin, Speedmax]. Khi tới biên của khu vực mô phỏng theo hướng đó, nút đừng một khoảng thời gian ngẫu nhiên trong khoảng [Pmin, Pmax] trước khi chọn một hướng khác và tiếp tục quá trình. Minh họa trực quan sự di chuyển của một nút theo mô hình Random Direction bởi chương trình Gnuplot trên hình 3-5.
0 « toc xo »0 JOO
Hình 3-5: Sự di chuyển của một nút theo mô hình Random Direction38
Các tham số mô phỏng cho mô hình Random Direction cho trong bảng 3-3.
Tham sé Ỷ nghĩa
Speedy Tốc độ thấp nhất
Speedmax Tốc độ cao nhất
p mtr> Thòi gian dĩmg tại biên nhò nhất
Pmax Thời gian dừng tại biên 1Ớ11 nhất Bảng 3-3: Các t h a m số của mô hình Random Direction
Mô hình Random Direction được tạo ra để khắc phục sổ trung bình các hàng xóm cao trong mô hình Random Waypoint và Random Walk với với sự tập trung của các nút tại trung tâm của khu vực mô phỏng, số chặng trung bình của các gói dữ liệu sử dụng mô hình Random Direction lớn hơn só chăng trung bình của các mô hình di chuyển khác.
3.3.2.2 Các mô hình thông lượng
Các mô hình thông lượng được mô phỏng trong NS2 hình 3-6, gồm hai loại bộ tạo thông lượng (traffic generator) và các ứng dụng mô phỏng (simulated application) [31]. Các bộ tạo thông lượng sử dụng giao thức UDP để gửi các gói tin và các ứng dụng mô phỏng sử dung giao thức TCP.
Các bộ tạo thông lượng gồm bốn loại: lũy thừa, Pareto, CBR và theo file trace.
• Bộ tạo thông lượng lũy thừa: Tạo thông lượng theo phân bố bật tắt kiểu lũy thừa. Các gói tin có kích thước không đổi. Bộ tạo thông lượng lũy thừa có thể cấu hình để hoạt động như một quá trình Poisson.
• Bộ tạo thông lượng Pareto: Tạo thông lượng theo phân bố bật tắt Pareto. Các nguồn này có thể được dùng để tạo các thông lượng kết hợp thể hiện sự phụ thuộc.
Bỏ tạo truyẻn thỏng Các ứng dụng mô phong Application/
Traffic/
i Agent/UDP
FuBTcp
• Bộ tạo thông lượng CBR: Tạo thông lượng theo một tốc độ không đổi, xác định kích thước gói tin là không đổi. Ngoài ra, một sổ các giao động ngẫu nhiên được thực hiện giữa các quãng khởi đầu của gói tin. • Bộ tạo thông lượng theo file trace: Tạo thông lượng theo một file vết
(trace file), thu được từ mạng thực, xác định thời gian phát và ngừng phát gói tin cùng các thông số khác.
Các ừng dụng mô phỏng gồm hai loại: Telnet và FTP.
3.4 Tổng quan quá trình mô phỏng
Tổng quan quá trình mô phỏng MANET trong NS2 được thể hiện trong hình 3-7.
Hình 3-7: Tổng quan quá trình mô phỏng
Quá trình bao gồm việc tạo hai tệp đầu vao cho NS2:
• Tệp ngữ cảnh (scenario file): Là file kịch bản mô tả khuôn dạng di chuyển của các nút.
• Tệp truyền thông (communication file): Là file kịch bản mô tả các truyền thông trong mạng
Khi chương trình mô phỏng được cho chạy, bộ mô phỏng ghi nhận các hoạt động mạng tại các lớp trong một file vết (trace file). Trước khi mô phỏng, các tham số cần cho việc ghi tệp vết được lựa chọn. Tệp vết sau đó có thể được duyệt và phân tích để xác định các tham số cần tinh toán. Các kết quả tính toán, phân tích có thể dùng là dữ liệu cho các chương trình vẽ như gnuplot, xgraph, tracegraph. Tệp vết cũng có thể được dùng để trực quan hóa việc chạy mô phỏng bằng Ad-hoc key hoặc NAM (Network Animator).
3.5 Mô phỏng các giao thức định tuyến
Hiện tại có bổn giao thức định tuyến được cài đặt trong NS2 đung cho MANET là DSDV, DSR, AODV, TOAR [31, 13]. Ngoài ra còn mã mô phỏng của giao thức OLSR cho NS2 được cung cấp bởi Francico J.Ros [10]. Sau đây là các tham số hoạt động và cài đặt của các giao thức mô phỏng theo tài liệu của NS2.
3.5.1 DSDV
r
Các tham sô hoạt động của DSDV trong mô phỏng:
T ham số Giá trị
Quãng cập nhật đường định kỳ 15 s
Số cập nhật định kỳ bị mất trước khi liên kết được xem là bị hỏng 3 Thời gian cập nhật tức thời đầu tiên được giữ trong hiệu ứng hãm 6 s
Thời gian kết hợp các quảng cáo đường 1 s
Số lượng các gỏi tin lớn nhất trong bộ đệm mỗi nút 5
Bảng 3-4: Các tham số hoạt động của DSDV trong NS2
Tại nút di động DSDV, tất cả các gói tin có đích là nút di động được bộ phân tách địa chỉ (Address mux) chuyển tới bộ phân tách cổng (Port mux). Bộ
gói tin không được tìm thấy bời bộ phân tách địa chỉ, gói tin sẽ được chuyển tới một nút mặc định là thành phần định tuyến không phải nút đích của gói tin. Thành phần định tuyến của gói tin sẽ gửi nó xuống lớp liên kết.
3.5.2 AODV
Các tham số hoạt động của AODV trong mô phỏng:
Tham số Giá trị
Thời gian đường được xem là hợp lệ 300 s
Thời gian tồn tại của RREP được gửi bởi đích 600 s
Số RREQ được phát lại 3
Thời gian trước khi một RREQ được phát lại 6 s
Thời gian quảng bá của một gói tin RREQ được giữ 3 s Thời gian đường đi ngược lại cho RREP được giữ 3 s Thời gian trước khi liên kết bị hỏng được xóa khỏi bảng định tuyến
3 s
Phát hiện lien kết hỏng bằng lớp MAC có
Bảng 3-5: Các tham số hoạt động của AODV trong NS2
Trong đặc tả của giao thức AODV, việc phát hiện hàng xóm được thực hiện bằng việc gủi thông điệp HELLO định kỳ. Phiên bản mô phỏng AODV trong NS2, việc phát hiện liên kết hỏng được thay thế bằng thông báo từ lớp MAC. Bằng cách này đã loại bỏ được tổng chi phí của việc gửi định kỳ các thông điệp HELLO.
3.5.3 DSR
Nút di động của DSR không sử dụng bộ phân tách hay phân loại địa chỉ, tất cả các gói tin nhận bởi nút đều được chuyển tới thành phần định tuyến mặc định. Thành phần định tuyến DSR nhận gói tin cho chính nó bằng việc
chuyển gói tin tới bộ phân tách cổng hoặc chuyển tiếp gói tin theo thông tin về đường trong gói tin hoặc gửi các yêu câu đường và trả lời đường.
r
Các tham sô hoạt động của DSR trong mô phỏng:
Tham số G iá tri •
Thời gian giữa các ROUTE REQEST được phát lại 500 ms Kích thước tiêu đề gói tin mang địa chỉ đường với n chặng 4n+4byte Thời gian hết hạn tìm kiếm đường trong các hàng xóm 30 ms
Thời gian giữ các gói tin chờ đường 30 ms
Tốc độ cao nhất việc gửi các gói tin REPLY cho một đường 1/s
Bảng 3-6: Các tham số hoạt động của DSR trong NS2 3.5.4 TORA
Các tham số hoạt động của TORA trong mô phỏng:
Tham số Giá trị
Quãng thời gian phát do đường 1 s
Thời gian liên kết được xem là hỏng khi không có các gói tin BEACON hoặc HELLO được trao đổi
3 s
Thời gian phát lại khối đối tượng khi không nhận được biên nhận 500 ms Thời gian khối đối tượng không được phát lại và liên kết tới đích
được xem là bị hỏng
1500 ms
Bảng 3-7: Các tham số hoạt động của TORA trong NS2
Trong mô phỏng, TORA được đặt trên giao thức IMEP (Internet MANET Encapsulation Protocol). IMEP cung cấp sự phát tin cậy và đúng thứ tự các gói tin định tuyến của TORA tới các hàng xóm và thông báo cho giao thức về liên kết tồn tại với các hàng xóm. IMEP thường thích hợp các gói tin định tuyến của TORA và IMEP thành gói tin gọi là object block trước khi phát. Đe
cảm nhận trạng thái liên kết và duy trì danh sách các hàng xóm, IMEP định kỳ phát một gói tin BEACON và được trả lời bằng gói tin HELLO từ nút nhận được gói tin BEACON.
3.5.5 OLSR
Các thông số hoạt động của OLSR trong mô phỏng:
Tham số Giá trị
Thời gian phát các thông điệp HELLO 2 s
Thời gian phát các thông điệp TC 5 s
Quãng thời gian làm mới các thông điệp tại các nút 2 s
Thời gian thông điệp HELLO là hợp lệ 6 s
Thời gian thông điệpTC là hợp lệ 15 s
Bảng 3-8: Các tham số hoạt động của OLSR trong mô phỏng
Mô phỏng OLSR được cung cấp bời Francisco J.Ros dựa trên đặc tả của giao thức trong RFC 3636 [26]. Chi tiết các cài đặt của giao thức trên trang web:
http:/ants.dif.um.es/masimum/um-olsr/html/index.html [10].
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÀ ĐỊNH TƯYÉN QOS DỤ A TRÊN TIÊN ĐOÁN VỊ TRÍ
Trong chương này, tôi trình bày việc đánh giá hiệu suất một số giao thức định tuyến MANET được thực hiện bằng bộ mô phỏng NS2. Tập hợp các giao thức được đánh giá là DSDV, OLSR, AODV, DSR và TORA, chúng đặc trưng cho nhiều cách tiếp cận định tuyến khác nhau. Các vấn đề liên quan đến hiệu suất của các giao thức được xem xét một cách cụ thể về lượng với tập đa dạng các ngữ cảnh mạng.
Để xây dựng các ngữ cảnh mạng thích hợp cho viộc đánh giá các giao thức, trước tiên chúng tôi xem xét và phân tích các tham số môi trường có ảnh hưởng tới hiệu suất của giao thức, các yếu tố môi trường này được chỉ ra trong phần 4.1. Vấn đề hiệu suất của các giao thức được thể hiện thành các đại lượng cụ thể. Giá trị của các đại lượng được tính với mỗi giao thức để cho thấy kết quả làm việc của từng giao thức. Các đại lượng này được trình bày trong phần 4.2. Với việc xem xét các tham số môi trường, chúng tôi đã xây dựng các thí nghiệm cụ thể để đánh giá hiệu suất các giao thức. Các thí nghiêm được trình bày trong phần 4.3. Thông qua các kết quả thí nghiệm, chúng tôi có thể đưa ra các nhận xét về hiệu suất làm việc của từng giao thức. Các nhận xét được trình bày trong phần 4.4.
4.1 Các tham số của môi trường
Các đặc điểm của MANET bao gồm cấu hình mạng động, băng thông hạn chế, khả năng các liên kết có thể thay đổi, các nút có năng lượng thấp và bảo mật vật lý giới hạn. Với các đặc điểm như vậy, khi phân tích hiệu suất các giao thức định tuyến MANET một số tham số của ngữ cảnh mạng cần được xem xét là [24] :
Kích thước mạng: Được thể hiện bằng số các nút trong mạng.
Kết nối mạng: Được thể hiện bằng số các hàng xóm của một nút.
Tốc độ thay đổi mạng: Là tốc độ thay đổi cấu hình vật lý của mạng theo thời
Khả năng của liên kết: Là băng thông của liên kết không dây, được tính bằng bps.
Dạng thông lượng: được thể hiện bằng các mức độ tải trong mạng, có thể là đồng dạng, không đồng dạng hoặc bùng phát.
Dạng di chuyển: Được thể hiện bởi sự tương ứng của các hình trạng mạng về
thời gian và không gian.
4.2 Các độ đo hiệu năng.
Đối với hệ thống nói chung, hiệu năng là độ đo công việc mà hệ thống thực hiện được bao gồm tính sẵn sàng, thông lượng và thời gian đáp ứng [2,22]. Trong MANET, các giới hạn về tài nguyên mạng yêu cầu các giao thức bên cạnh các yếu tố hiệu năng nêu trên cần bảo đảm việc dùng hiêụ quả các tài nguyên hạn chế này. Với các giao thức định tuyến đó chính là chi phí để thực hiện các yêu cầu định tuyến được thể hiện bởi mức tải định tuyến.
Do vậy, chúng tôi sử dụng các độ đo sau để đánh giá hiệu suất các giao thức định tuyến trong các mạng mô phỏng:
• Phần tràm gói tin được phàn phát thành công: Là tỷ lệ giữa số các gói
tin được phân phát thành công tới đích so với số các gói tin tạo ra bởi nguồn phát.
• Trễ đầu cuối trung bình của các gói d ữ liệu: Là tỷ lộ độ trễ toàn phần được tính từ khi gói tin được phát đi từ ứng đụng phát cho tới khi được nhân bởi ứng dụng nhận bao gồm các trẻ có thể như trê do quá trình phát hiện đường, xếp hàng tại các hàng đợi, trễ phát lại tại tầng MAC và thời gian trễ truyền.
• Tải định tuyến chuẩn hoá: Là tỷ lộ giữa số các gói tin định tuyến trên số gói tin dữ liệu được phân phát. Nếu gói tin định tuyến đi qua nhiều chặng thì mỗi chặng được tính như một lần truyền thông.
Hai độ đo đầu đánh giá kết quả làm việc của các giao thức. Các độ đo này có ý nghĩa đối với hoạt động của các giao thức lớp trên như các giao thức giao vận và các giao thức ứng dụng. Độ đo tải định tuyến chuẩn hoá thể hiện việc
sử dụng các tài nguyên mạng. Mức độ ổn định của tải định tuyến có thể cho thấy tính khả mở của các giao thức.
4.3 Các thí nghiệm mô phỏng
Mục đích các thí nghiệm là đánh giá các hiệu năng các giao thức định tuyến trong điều kiện cấu hình mạng thay đổi. Phương pháp của chúng tôi là áp dụng nhiều dạng di chuyển với các mức tải mạng khác nhau. MANET mô phỏng được xây dựng dựa trôn các mô hình di chuyểnvà mô hình thông lượng. Đối với mô hình di chuyển, chúng tôi sử dụng ba mô hình tiêu biểu là Random Waypoit, Random Walk và Random Direction thể hiện các dạng di chuyển khác nhau. Đối với mỗi mô hình, chúng tôi thay đổi các giá trị tham số để thay đổi các trạng thái của mạng như kết nối mạng, thời gian và tốc độ chuyển động của các nút mạng. Đối với mỗi mạng, chúng tôi áp dụng các mức tải mạng khác nhau.
Để đảm bảo các so sánh là trực tiếp và công bằng giữa các giao thức, điều quan trọng là việc áp dụng các điều kiện tải và môi trường giống nhau với mỗi giao thức. Chính vì vậy, với mỗi mô hình di chuyển chúng tôi xây dụng các file ngữ cảnh mô tả chính xác chuyển động của mỗi nút cùng với thời gian diễn ra sự tray đổi của nút. Cũng như vậy với các mô hình thông lượng, các file ngữ cảnh truyền thông được tạo ra thể hiện chính xác các kết nối giữa các nút và thời gian các truyền thông này diễn ra. Do đó, tập các file ngữ cảnh chuyển động và thông lượng giống nhau được áp dụng cho từng giao thức.
Các giao thức DSDV, OLSR, AODV, DSR, TORA lần lượt được áp dụng vào các ngữ cảnh mạng. Bộ mô phỏng ghi nhận lại các hoạt động mạng diễn ra tại các lớp trong chồng các giao thức mạng. Chúng tôi dựa trên các ghi nhận này để đánh giá hiệu nãng làm việc của các giao thức, chủ yếu là trên lớp ứng dụng và lớp mạng. Các thí nghiệm và các đánh giá được thể hiện trong các phần sau bao gồm thí nghiệm 1 với mô hình Random Waypoint, thí nghiệm 2 với mô hình Ramdom Walk và thí nghiệm 3 vói mô hình Random Direction.
Đối với mô hình Random Waypoint, chúng tôi sử dụng mạng mổ phỏng gồm 50 nút di động, hình thành nên một mạng MANET. Các nút này di chuyển trong một khu vực địa lí rộng 1500m X 300m (không gian phẳng). Toạ độ của các nút tại mỗi thời điểm là ( X, y, z ), trong đó toạ độ z bằng 0. Chúng tôi lựa chọn không gian hình chữ nhật để đường đi giữa các nút có độ dài lớn hơn so với trong các không gian hình vuông với mật độ núl tương đương. Cụ thể là độ dài đường lớn nhất trong mạng mô phỏng của chúng tôi là 8 chặng (trong khi không gian hình vuông là 4 chặng). Thời gian mô phỏng là 900 giây.
Chúng tôi tạo ra các mẫu di chuyển của nút với 7 giá trị giới hạn thời gian tạm dừng khác nhau là 0, 30, 60, 120, 300, 600, và 900 giây. Thời gian tạm dừng 0 giây tương ứng với việc các nút di chuyển liên tục trong suốt thời gian mô phỏng và thời gian tạm dừng 900 giây ( bằng độ dài thời gian mô phỏng ) tương ứng với việc các nút đứng yên trong suốt quá trình mô phỏng.
Mô hình thông lượng được lựa chọn là CBR ( Constant Bit Rate). Đây ỉà mô hình thông lượng với tốc độ phát gói tin không đổi. Chúng tôi chọn tham số