- ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO YÊU CẦU TRÊN MÔ HÌNH ĐIỂM NHÓM DI ĐỘNG. - Trong các nghiên cứu trước đây, một số tác giả đã sử dụng mô hình điểm ngẫu nhiên (RWP) để mô tả tính di động của các nút trong WSN.. - Mô hình điểm nhóm di động (PGM) được sử dụng trong trường hợp này. - Bài báo này phân tích đặc điểm cùa mô hình PGM, sử dụng giao thức định tuyến AODV và DSR cho các nhóm nút cảm biến di chuyển theo mô hình PGM. - Chúng tôi đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến khi di chuyển theo mô hình PGM và RWP bằng cách thay đổi các thông số về tốc độ di chuyển, số lượng các nút, thông lượng gửi gói tin, số lượng kết nối. - Kết quả cho thấy rằng giao thức DSR có hiệu năng tốt hơn giao thức AODV do cơ chế khám phá tuyến và định tuyến dữ liệu của DSR phù hợp hơn AODV.. - Mô hình mạng BAN. - Mức độ quan trọng của giao thức di động cho các bộ cảm biến gắn trên BAN để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe cần phải đáng tin cậy trong bất kỳ điều kiện nào, nghĩa là, nó phải giảm mất gói, độ trễ đầu cuối và khả năng chịu lỗi của mạng. - Cho nên, một mô hình di động phù hợp để áp dụng cho phương thức di chuyển này là mô hình điểm nhóm di động (Point Group Mobility - PGM). - Trong nghiên cứu này, giao thức định tuyến AODV và DSR được sử dụng làm giao thức định tuyến cho nhóm cảm biến di động theo mô hình PGM và RWP. - Chúng tôi đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến khi di chuyển theo mô hình PGM và RWP bằng cách thay đổi các thông số về tốc độ di chuyển, số lượng các nút, thông lượng kết nối, số lượng kết nối.. - GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VÀ DSR TRÊN MÔ HÌNH ĐIỂM NHÓM DI ĐỘNG. - Phần này trình bày hai mô hình di động được sử dụng phổ biến là mô hình di động điểm ngẫu nhiên và mô hình điểm nhóm di động, áp dụng giao thức định tuyến AODV và DSR trên các mô hình này.. - Mô hình di động điểm ngẫu nhiên. - Mô hình điểm ngẫu nhiên đã được giới thiệu trong nghiên cứu [4]. - Mô hình di động đi bộ ngẫu nhiên [5] và mô hình hướng ngẫu nhiên là các biến thể của mô hình điểm ngẫu nhiên. - Trong mô hình này, các nút di động (mobile nodes - MNs) chọn một hướng ngẫu nhiên để di chuyển tương tự như mô hình di động đi bộ ngẫu nhiên. - Mô hình điểm nhóm di động. - Các nút khác nhau sử dụng mô hình di động của riêng từng nút và được thêm vào điểm tham chiếu điều khiển di chuyển theo hướng của nhóm. - Mô hình PGM sử dụng vector chuyển động là. - Chuyển động của ba nút di động sử dụng mô hình PGM. - Cho nên, giao thức định tuyến phản ứng thực hiện cơ chế tìm đường khi cần thiết sẽ phù hợp với tính di động của mạng WSNs. - Trong đó hai giao thức AODV và DSR là một trong những giao thức định tuyến được sử dụng phổ biến nhất cho cả MANET và WSNs [8].. - Các nhóm nút cảm biến của BAN tạo thành WSNs di động a) Giao thức DSR. - Giao thức định tuyến nguồn động (Dynamic Source Routing - DSR) [4] là giao thức định tuyến theo yêu cầu dựa trên định tuyến nguồn. - Trong giao thức DSR, mọi nút di động trong mạng cần duy trì bộ đệm định tuyến làm nơi lưu trữ các tuyến nguồn mà nó đã học. - Khám phá tuyến đường và cung cấp tuyến đường là điểm chính của giao thức DSR.. - b) Giao thức AODV. - Giao thức định tuyến AODV [9] trên mạng MANET được sử dụng trong nhiều nghiên cứu gần đây. - Đây là giao thức định tuyến đa chặng, nên AODV phải thực hiện việc khám phá và duy trì tuyến trước khi định tuyến gói tin dữ liệu đến đích. - Giao thức này thực hiện khám phá tuyến bằng cách sử dụng yêu cầu định tuyến bằng gói tin RREQ và trả lời tuyến bằng gói tin RREP bất cứ khi nào một nút muốn gửi gói tin đến đích. - Thông tin của nút láng giềng được lấy từ gói Hello, vì giao thức AODV là giao thức định tuyến phẳng, nó không cần bất kỳ hệ thống quản trị trung tâm nào để xử lý quá trình định tuyến. - AODV có lợi thế lớn trong việc có ít chi phí hơn các giao thức khác cần giữ toàn bộ tuyến đường từ nút nguồn đến nút đích trong các gói tin. - Giao thức AODV tránh được vấn đề điểm đến vô cực, điển hình cho các giao thức định tuyến vectơ khoảng cách, bằng cách sử dụng các số thứ tự.. - Để đánh giá hiệu quả mô hình mạng RWP và mô hình mạng PGM khi triển khai trên mạng BAN, chúng tôi cài đặt giao thức định tuyến AODV và giao thức DSR trên hai mô hình di động. - Ứng dụng của mô hình di động điểm ngẫu nhiên được đưa vào trong lệnh tạo tô-pô trong NS2.35. - Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng công cụ setdest của Ns2.35 để tạo tô pô và kịch bản di chuyển theo mô hình RWP như sau:. - Cú pháp chung để thực hiện khởi tạo mô hình như sau:. - <mô hình ứng dụng>. - Để khảo sát hoạt động của hai giao thức trong hai mô hình di động PGM và RWP chúng tôi các tạo kịch bản: thay đổi tốc độ di chuyển của các nút, thay đổi số lượng nút, thay đổi thông lượng gửi gói tin, thay đổi số lượng kết nối. - Mô hình PGM Mô hình RWP. - Giao thức truyền thông AODV, DSR AODV, DSR. - Phần tiếp theo bài báo sẽ tiến hành đánh giá hiệu năng của mạng theo các kịch bản khác nhau nhằm phân tích nguyên lý hoạt động của mạng BAN và WSNs sử dụng các giao thức định tuyến AODV và DSR.. - Đầu tiên, bài báo đánh giá hiệu quả định tuyến của giao thức AODV và giao thức DSR dựa vào tốc độ di chuyển của các nhóm nút và nút trong mô hình PGM (ký hiệu trên biểu đồ PGM-AODV, PGM-DSR) và RWP (ký hiệu trên biểu đồ RWP-AODV, RWP-DSR). - Trong kịch bản này sử dụng cùng một mạng có 100 nút cho cả hai giao thức AODV và DSR khi hoạt động trong mô hình PGM và RWP, thông lượng kết nối là 2pkts/s (2 gói/ 1 giây).. - Theo kết quả mô phỏng như trong Hình 5, khi thay đổi tốc độ từ m/s theo mô hình PGM di chuyển với tốc độ 5- 10m/s thì độ trễ của giao thức AODV cao hơn giao thức DSR. - Nhưng khi tốc độ tăng 15-20m/s lên thì độ trễ của giao thức AODV lại thấp hơn giao thức DSR. - lần lượt là 210.44ms, 259.39ms, 203.48ms, 226.29ms đối với giao thức AODV và 197.40ms, 132.76ms, 270.82ms, 314ms đối với giao thức DSR. - trong mô hình RWP độ trễ của giao thức DSR luôn thấp hơn giao thức AODV.. - Đánh giá tỷ lệ gửi gói tin thành công: Là tham số đánh giá độ tin cậy của giao thức định tuyến, được tính dựa vào số lượng chuyển gói tin thành công đến đích /tổng số gói tin đã gửi. - Khi tăng tốc độ thì tỷ lệ gửi gói tin thành công của giao thức DSR luôn cao hơn giao thức AODV, khi tăng tốc độ lên đến 20m/s thì tỉ lệ của giao thức AODV cao hơn giao thức DSR nhưng tỉ lệ này không đáng kể. - Theo kết quả mô phỏng trên Hình 6, lần lượt tỉ lệ chuyển gói tin thành công của giao thức AODV trong mô hình PGM là so với tỉ lệ của giao thức DSR trong mô hình PGM là . - Khi di chuyển ở tốc độ 5m/s thì tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức AODV thấp hơn so với khi di chuyển ở tốc độ 10- 15-20m/s. - Trong mô hình RWP thì tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức AODV là . - trong khi đó tỉ lệ của giao thức DSR là . - Tỉ lệ của giao thức DSR luôn cao hơn giao thức AODV.. - Theo kết quả mô phỏng trên Hình 7 phụ tải định tuyến của giao thức AODV tăng cao hơn giao thức DSR trong cả hai mô hình PGM và RWP. - Lần lượt số gói là gói đối với giao thức AODV trong mô hình PGM và gói đối với giao thức DSR trong mô hình PGM.. - Trong mô hình RWP số gói của giao thức AODV là gói và số gói của giao thức DSR là gói, tỉ lệ của giao thức AODV luôn cao hơn giao thức DSR.. - Trong kịch bản này, chúng tôi tăng số lượng nút từ nút khi thử nghiệm với hai giao thức AODV và DSR trong mô hình PGM và RWP. - Tỉ lệ gửi gói tin thành công khi tăng số lượng nút Theo kết quả Hình 8, chúng tôi nhận thấy độ trễ của giao thức DSR tăng cao hơn 5 lần so với giao thức AODV khi hoạt động trong mô hình PGM với số lượng nút là 40. - độ trễ của giao thức AODV là 112.97ms, 50.91ms, 67.28ms, 210.44ms và của giao thức DSR là 538.18ms, 61.78ms, 62.90ms, 197.41ms. - Trong hoạt động của giao thức DSR khi gói RREQ được gửi thì tiêu đề của gói dữ liệu sẽ tăng theo độ dài của đường đi dẫn đến độ trễ tăng lên trong quá trình phát quảng bá gói tin. - Khi số lượng nút được tăng lên 60, 80 nút thì độ trễ của hai giao thức đều dưới 100ms gần bằng nhau, nhưng khi số lượng nút tăng lên 100 nút thì độ trễ của cả hai giao thức đều tăng gấp đôi. - Tuy nhiên, độ trễ của giao thức DSR vẫn giữ ổn định độ trễ là 23.36ms, 20.32ms khi di chuyển với số lượng 80, 100 nút trong mô hình RWP. - mặt khác độ trễ giao thức AODV luôn cao hơn giao thức DSR và tăng hơn gấp đôi khi di chuyển với số lượng nút 80-100, độ trễ lần lượt là 86.94ms, 227.07ms.. - Theo Hình 9, tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức AODV và DSR hoạt động trong mô hình PGM và RWP có tỉ lệ ổn định trên 98% khi số lượng nút là 60-80. - Tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức AODV khi hoạt động trong mô hình PGM là và của giao thức DSR là . - Đồng thời, theo kết quả mô phỏng tại hình 10, phụ tải định tuyến của giao thức AODV trong mô hình PGM là gói. - đối với giao thức DSR là gói. - phụ tải định tuyến của giảo thức AODV luôn cao hơn giao thức DSR, tỉ lệ gấp 3 lần giao thức DSR khi số lượng nút bắt đầu tăng từ nút. - Đối với mô hình di động RWP thì phụ tải của giao thức AODV cũng luôn cao hơn giao thức DSR và giao thức DSR luôn có phụ tải định tuyến dưới 0,4 gói.. - Theo Hình 11, khi thông lượng được tăng lên thì độ trễ của cả hai giao thức đều giảm ở cả hai mô hình. - Tuy nhiên, khi hoạt động ở mô hình RWP thì độ trễ của giao thức DSR luôn giữ sự ổn định 20.32ms, 31.29ms, 21.44ms, 10.93ms. - Ở mô hình PGM, độ trễ của giao thức AODV luôn cao hơn độ trễ của giao thức DSR. - lần lượt là 210.44ms, 124.77ms, 89.27ms, 81.55ms đối với giao thức AODV và 197.41ms, 92.37ms, 35.56ms, 37.37ms đối với giao thức DSR.. - Theo kết quả thực nghiệm ở Hình 12, tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức ADOV luôn thấp hơn giao thức DSR khi có thay đổi thông lượng ở cả hai mô hình. - Giao thức DSR khi hoạt động trong mô hình PGM luôn duy trì tỉ lệ trên 96%, lần lượt là và đối với giao thức AODV là . - Tương tự như vậy, ở hình 13 phụ tải định tuyến của giao thức AODV luôn có một tỉ lệ cao hơn giao thức DSR. - Trong mô hình PGM, tỉ lệ của giao thức AODV là gói. - so với tỉ lệ của giao thức DSR là gói. - Đồng thời, trong mô hình RWP, tỉ lệ phụ tải định tuyến của giao thức AODV là gói. - so với giao thức DSR là gói.. - Theo Hình 14, khi tăng số lượng kết nối trong mạng từ thì độ trễ của giao thức AODV thấp hơn độ trễ của giao thức DSR trong mô hình PGM, ngược lại trong mô hình RWP thì độ trễ của giao thức AODV lại cao hơn giao thức DSR. - Độ trễ của giao thức AODV trong mô hình PGM lần lượt là 210.44ms, 107.35ms, 135.96ms, 129.72ms và giao thức DSR là 197.41ms, 181.76ms, 149.68ms, 172.10ms. - Đồng thời, theo kết quả Hình 15, tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức DSR cũng luôn cao hơn giao thức AODV khi hoạt động ở cả hai mô hình.. - Ở Hình 16, phụ tải định tuyến của giao thức AODV và của giao thức DSR khi hoạt động trong hai mô hình RGM và RWP đều giữ cân bằng khi có sự thay đổi số lượng kết nối từ 10, 15, 20. - Khi số lượng kết nối là 5 thì giao thức AODV chiếm tỉ lệ cao gấp 3 lần giao thức DSR hoạt động ở mô hình PGM và gấp 8 lần khi hoạt động ở mô hình RWP. - lần lượt số gói của giao thức AODV khi hoạt động ở mô hình PGM là gói và của giao thức DSR là gói.. - Trong bài báo này, với 4 kịch bản trên, chúng tôi rút ra những đánh giá liên quan đến hiệu năng của các giao thức định tuyến khi di chuyển theo mô hình PGM và RWP như sau:. - Khi thay đổi tốc độ di chuyển của các nút thì giao thức AODV trong mô hình PGM có độ trễ và phụ tải định tuyến cao nhất so với các kịch bản khác. - Khi thay đổi số lượng nút, thông lượng gửi gói tin, số lượng kết nối các nút trong mạng thì giao thức DSR trong mô hình PGM có phụ tải định tuyến thấp và có sự ổn định dao động từ gói. - Tỉ lệ gửi gói tin thành công khi tăng số lượng kết nối của hai giao thức AODV và DSR trong mô hình PGM đều có sự ổn định khi gửi và nhận gói tin so với các kịch bản khác, dao động từ 97-98%.. - Khi thay đổi thông lượng kết nối thì giao thức DSR trong mô hình RWP có độ trễ thấp nhất so với giao thức AODV và so với các kịch bản khác, độ trễ dao động từ 10-31ms. - Tỉ lệ gửi gói tin thành công của giao thức DSR trong mô hình RWP có sự ổn định đối với các kịch bản thay đổi số lượng nút, thông lượng gửi gói tin, số lượng kết nối, tỉ lệ luôn trên 99%. - Đồng thời, với kịch bản thay đổi thông lượng kết nối thì giao thức DSR trong mô hình RWP có phụ tải định tuyến thấp nhất so với các kịch bản khác, dao động từ gói.. - Qua các kết quả mô phỏng ở trên, chúng tôi nhận thấy giao thức AODV và DSR đều gặp hạn chế khi hoạt động trong mô hình điểm nhóm di động PGM, giao thức DSR hoạt động hiệu quả hơn giao thức AODV trên cả hai mô hình di động là PGM và RWP.. - Các chỉ số hiệu năng mạng của giao thức DSR luôn tốt hơn giao thức AODV. - Nguyên nhân do giao thức AODV tốn thời gian cho việc khám phá tuyến nên khi tăng số lượng nút, tăng tốc độ, tăng thông lượng gửi gói tin, tăng số lượng kết nối thì AODV không hiệu quả bằng DSR. - Định hướng tiếp theo, chúng tôi sẽ tiếp tục cải tiến hai giao thức AODV và DSR để hoạt động tốt hơn trên mô hình PGM.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt