CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG NS-2. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.

67



được hoạt động của hệ thống khi nghiên cứu. Các thí nghiệm mô phỏng là quan trọng

vì chúng giúp ta:

 Phát hiện những điều ta chưa biết hoặc kiểm tra một giả định.

 Tìm ra các lời giải thích hợp và cung cấp điều kiện để đánh giá chúng.

Những lý do làm mô phỏng hấp dẫn khi dự đoán hoạt động của hệ thống là:

 Mô phỏng có thể thúc đẩy sáng tạo những ý tưởng mới. Nhiều tổ chức hoặc các

công ty có nguồn nhân lực mà nếu tận dụng khả năng của họ thì có thể mang lại

những sự cải thiện ấn tượng trong chất lượng và sản xuất. Mô phỏng có thể là

một cách sinh lợi nhuận để biểu hiện, thí nghiệm và đánh giá các giải pháp đề

xuất, các chiến lược, các kỹ thuật hoặc các ý tưởng.

 Mô phỏng có thể dự đoán kết quả tiến trình hoạt động một cách nhanh chóng.

 Mô phỏng có thể tính toán tác động của những thay đổi xảy ra trong quá trình

hoạt động hoặc trong hệ thống. Chú ý rằng các tính toán hoạt động chỉ dựa trên

các giá trị trung bình mà không quan tâm đến phương sai (tức là moment bậc

hai). Điều này có thể dẫn đến các kết luận sai lầm.

 Mô phỏng có thể xúc tiến các giải pháp tổng thể.

 Mô phỏng mang lại sự tinh thông, sự hiểu biết và cùng với thông tin.

 Mô phỏng có thể sinh lợi nhuận về mặt thời gian [5].

Để lựa chọn phần mềm mô phỏng, ta đưa ra các tiêu chí đánh giá sau đây:

 Hỗ trợ nhiều loại mô phỏng.

 Hỗ trợ nền tảng tính toán.

 Hỗ trợ cho các thế hệ công nghệ mạng.

 Hỗ trợ các thế hệ và quản lý lưu lượng hiện trạng.



68



 Hỗ trợ quan sát.

 Phù hợp các giao thức OSI, các mô hình di động và sự truyền sóng.

 Mềm dẻo, có thể sửa đổi và có thể mở rộng.

 Tiện lợi chung.

 Mức độ chấp nhận phần mềm mô phỏng (tính phổ biến).

 Giấy phép của phần mềm [5].

Phần mềm mô phỏng NS-2

Có rất nhiều phần mềm mô phỏng đã đáp ứng được các yêu cầu mô phỏng và

đóng vai trò quan trong trong thiết kế và xây dựng hệ thống. Ta có thể xem hình 4.1 để

thấy thống kê về tỷ lệ sử dụng phần mềm mô phỏng.



Self-Developed,

25.40%

NS-2, 44.40%



CSIM, 3.20%

MATLAB,

3.20%

OPNET, 6.30%



QualNet,

6.30%



GlomoSim,

11.10%



Hình 4.1 - Kết quả sử dụng phần mềm mô phỏng [30].

Theo hình 4.1 thì NS-2 là phần mềm được sử dụng nhiều nhất. NS-2, viết tắt từ

Network Simulator 2, là phiên bản tiếp theo của phiên bản NS đầu tiên. Đây là một

phần mềm mô phỏng hệ thống viễn thông, đặc biệt là hệ thống mạng rất mạnh với mã

nguồn mở, chạy trong môi trường Linux và đặc biệt là miễn phí (phù hợp với điều kiện

Việt Nam). Phần mềm này cung cấp đầy đủ thư viện về các giao thức mạng, các loại

nguồn lưu lượng, các kỹ thuật xếp hàng và định tuyến,… cho phép người sử dụng có



69



thể xây dựng và mô phỏng bất kỳ một loại mạng nào, dù là mạng có dây hay không

dây [36].

NS-2 được viết bằng ngôn ngữ lập trình C++ và OTcl (Object Tool Command

Language - là ngôn ngữ kịch bản Tcl mở rộng hướng đối tượng). NS-2 có thể mô

phỏng truyền thông mạng theo nhiều lớp (chuyển vận, mạng và MAC), đồng thời hỗ

trợ rất nhiều loại giao thức khác nhau cho các lớp này.

Một công cụ khác phát hành cùng với NS-2 là Network Animator (NAM).

NAM cung cấp hình ảnh đồ hoạ về cấu hình và sự chuyển động cũng như quá trình

truyền thông giữa các nút trong mạng mô phỏng theo thời gian với tốc độ là tuỳ chọn.

Hơn nữa nó còn có thể hiển thị các thông tin như thông lượng, loại gói truyền, số gói bị

mất tại mỗi đường truyền,… Đây còn là một công cụ rất có ích để tìm lỗi trong mã

nguồn của giao thức.

Căn cứ vào đó, ta chọn phần mềm NS-2 và xây dựng các mô hình di động cho

phần mềm này.



4.2



Thực hiện mô phỏng hoàn hảo

Chương trình mô phỏng của ta có thể thực hiện lấy mẫu RTMM, cụ thể là:



RWPMM, RWM có phản xạ, RWM “đi xuyên”, RWPMM bị giới hạn và mô hình di

động theo bản đồ không gian thực.

RWPMM: Ở thời điểm chuyển trạng thái hành trình, MN chọn điểm đích có

phân bố đều trong hình vuông và lấy mẫu giá trị vận tốc từ phân bố đều. Đường đi của

hành trình là đoạn thẳng nối vị trí MN ở hiện tại và điểm có thời điểm chuyển trạng

thái tiếp theo. Khi tới đích, MN dừng trong một khoảng thời gian được đưa ra từ phân

bố đều. Luật chọn hành trình lặp lại thủ tục này. Luật khởi đầu mặc định đặt MN ở thời

điểm 0 là di chuyển (mo) hoặc dừng (pa) và chỉ định 0 là thời điểm chuyển trạng thái



70



của hành trình. Mô hình này được nghiên cứu mở rộng trong lý thuyết và là mô hình cơ

bản để ước lượng các giao thức định tuyến ad-hoc.

RWM “đi xuyên”: Tương tự như RWPMM, nhưng ở thời điểm chuyển trạng

thái, MN chọn một chiều, khoảng thời gian hành trình và giá trị vận tốc. MN di chuyển

theo chiều, vận tốc và khoảng thời gian của hành trình đã chọn này. Nếu trên hành

trình, MN chạm biên của miền mô phỏng thì nó “đi xuyên” sang bên biên đối diện. Vị

trí của MN phân bố đều trên miền mô phỏng, vận tốc có cùng phân bố với thời điểm

chuyển trạng thái hành trình. Với điều kiện phase là mo, vị trí, vận tốc và thời gian còn

đến khi kết thúc hành trình là độc lập. Với điều kiện phase là pa, vị trí và thời gian còn

đến khi kết thúc dừng là độc lập.

RWM phản xạ:Như mô hình RWM “đi xuyên”, nhưng khi chạm biên mô

phỏng nó sẽ phản xạ trở lại.

RWPMM bị giới hạn: Miền mô phỏng gồm các miền con. Ở một số thời điểm

chuyển trạng thái, MN thực hiện bước Markov trên các miền con; cho các thời điểm

chuyển trạng thái khác, MN di chuyển chỉ trong một miền con. Số hành trình trong một

miền con được vẽ một cách ngẫu nhiên tại những thời điểm chuyển trạng thái cho MN

trong miền con đó.

Bản đồ không gian thực: Là trường hợp đặc biệt của RWPMM bị giới hạn. Ta

đưa ra một bản đồ không gian gồm các đỉnh không gian (tương ứng với các điểm trong

bản đồ) và ma trận liên kết xác định các cạnh giữa hai đỉnh. Miền mô phỏng là hợp của

các đoạn thẳng định nghĩa bởi các cạnh. Miền con là tập của các đỉnh. Đường đi giữa

hai đỉnh là đường đi ngắn nhất.

Mô hình di động phân vùng thành phố: Là trường hợp đặc biệt của RWPMM

trên miền kết nối tổng quát. Miền là hợp của các đoạn thẳng định nghĩa bởi các cạnh

của bản đồ không gian.



71



Đầu vào của mô phỏng gồm có số MN và khoảng thời gian chạy mô phỏng. Ngoài ra

còn có các tham số khác phụ thuộc vào từng mô hình:

 Cho RWPMM, RWM (phản xạ và “đi xuyên”), dữ liệu đầu vào gồm kích thước

miền mô phỏng, với RWPMM thì thêm các tham số xác định phân bố giá trị vận

tốc, với RWM thì thêm các tham số xác định khoảng thời gian của hành trình.

 Cho bản đồ không gian và phân vùng thành phố, đầu vào là bản đồ không gian

định nghĩa một định dạng ASCII gồm: nhận dạng đường phố, vận tốc trung bình

trên đường, toạ độ của các điểm đầu - cuối.

 Cho RWPMM bị giới hạn, dữ liệu đầu vào gồm số miền con xác định theo hình

học và định dạng ASCII.

Công cụ tạo ra file “vết” di động tương thích định dạng của ns-2 nên có thể sử dụng

trực tiếp làm đầu vào của phần mềm mô phỏng mạng ns-2. Định dạng là:

$node_

$node_

$node_

$node_



at

at

at

at



TIME

TIME

TIME

TIME



“$node_(NODE)

“$node_(NODE)

“$node_(NODE)

“$node_(NODE)



set X_X1”

set Y_Y1”

set Z_Z1”

setdest X2 Y2 SPEED”



Trong đó, vị trí của node NODE được xác định bởi tập (X1,Y1,Z1) ở thời điểm TIME.

Điểm đích hành trình của node NODE là (X2,Y2,0) và giá trị vận tốc là SPEED



4.3



Các kết quả mô phỏng và bình luận



4.3.1 Kịch bản mô phỏng và các tham số đánh giá

Vì các kết quả có chung định dạng nên ta sẽ chỉ đưa ra kết quả mô phỏng kịch

bản là mô hình di động bản đồ không gian (là một bản đồ số thực tế):

 Vùng mô phỏng là bản đồ số có kích thước 1200  120 (m), với 1188 đường và

383 điểm giao nhau nằm trên một mặt phẳng (hình 4.2).



72



 Số MN là 100.

 Vận tốc của MN là ngẫu nhiên trong khoảng [0.01,9.99] (m/s).

 Thời gian dừng tại những điểm giao nhau (điểm định hướng) là ngẫu nhiên từ 0

đến 100 giây.

 Chạy mô phỏng 10 lần, mỗi lần là 1000 giây (trường hợp tính vận tốc trung bình

thì ta tăng thời gian lên 5000 giây).

 Độ mịn ε do bộ phát số ngẫu nhiên tạo ra nhưng đảm bảo vận tốc không vượt

quá 9.99m/s.



Hình 4.2 - Bản đồ không gian thực.

Các đặc điểm viễn thông mà ta quan tâm để xem xét và đánh giá (mà nó ảnh

hưởng đến sự thực hiện giao thức định tuyến) gồm có:





Tập hợp các MN lân cận của một node bất kỳ thay đổi theo thời gian, từ đó tính

trị trung bình sự thay đổi số lân cận này (hình 4.4 và hình 4.6).

Ta tính sự tăng/giảm số MN lân cận như sau: cứ 10 giây ta tính số MN lân cận

mới mà 10 giây liền trước không thuộc vùng phủ sóng của MN (ký hiệu  nnew



73



cho số MN lân cận mới ở thời điểm n  10 giây). Cũng tương tự cho sự giảm số

MN (ký hiệu  nold cho số MN mất ở thời điểm n  10 giây). Mức độ node tại thời

điểm lấy mẫu (n+1)  10 giây là Nn+1 được tính như sau:

Nn+1 = Nn +  nnew -  nold

 Trị trung bình của số cặp MN không trong dải truyền của nhau (hay còn gọi là

“vùng phủ sóng”) (hình 4.5).

 Vận tốc trung bình (hình 4.7).

 Mật độ phân bố của MN theo vận tốc (còn gọi là histogram của số MN theo vận

tốc) (hình 4.8 đến hình 4.11).

 Thực hiện giao thức định tuyến DSR trên bản đồ số này để đánh giá tỷ số phân

phát gói tin khi mô phỏng chưa hoàn hảo so với khi mô phỏng hoàn hảo (hình

4.12 và hình 4.13).



74



4.3.2 Kết quả mô phỏng



Hình 4.3 - Vị trí của 100 MNs tại 3 thời điểm lấy mẫu.



Hình 4.4 - Sự thay đổi số MN.



75



Hình 4.5 - Số cặp MN không trong dải truyền của nhau (đã chuẩn hoá).



Hình 4.6 - Mức độ node.



76



Hình 4.7 - Vận tốc trung bình.



Hình 4.8 - Mật độ sau 1 giây.



77



Hình 4.9 - Mật độ sau 100 giây.



Hình 4.10 - Mật độ sau 1000 giây.