Kỷ yếu Hội nghị KHCN Quốc gia lần thứ XII về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR); Huế, ngày 07-08/6/2019
DOI: 10.15625/vap.2019.00018

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
THEO YÊU CẦU TRÊN MƠ HÌNH ĐIỂM NHĨM DI ĐỘNG
Lê Vũ 1,2, Nguyễn Tấn Khôi 3, Võ Thanh Tú 1
1

Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế
2
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng
3
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
, ,

TÓM TẮT: Mạng cảm biến không dây (WSN) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây để phối
hợp thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào. Trong
các nghiên cứu trước đây, một số tác giả đã sử dụng mơ hình điểm ngẫu nhiên (RWP) để mơ tả tính di động của các nút trong WSN.
Tuy nhiên, mơ hình RWP khơng phù hợp để sử dụng trong lĩnh vực y tế do những đặc điểm khác biệt. Các bộ cảm biến gắn trên cơ
thể người (BAN) để thu thập tình trạng sức khỏe bệnh nhân và chúng có khuynh hướng di chuyển độc lập theo từng nhóm. Mơ hình
điểm nhóm di động (PGM) được sử dụng trong trường hợp này. Bài báo này phân tích đặc điểm cùa mơ hình PGM, sử dụng giao
thức định tuyến AODV và DSR cho các nhóm nút cảm biến di chuyển theo mơ hình PGM. Chúng tơi đánh giá hiệu năng của các
giao thức định tuyến khi di chuyển theo mơ hình PGM và RWP bằng cách thay đổi các thông số về tốc độ di chuyển, số lượng các
nút, thơng lượng gửi gói tin, số lượng kết nối. Tiêu chí đánh giá gồm tỷ lệ gửi gói thành cơng, thời gian trễ trung bình và phụ tải
định tuyến. 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.
Từ khóa: AODV, DSR, WSN, định tuyến, nhóm di động.

I. GIỚI THIỆU
Gần đây, cộng đồng nghiên cứu đã hướng đến những nghiên cứu một loại kiến trúc mạng mới gọi là mạng cảm biến cơ thể
(Body Sensor networks - BSN) hoặc còn gọi là mạng vùng cơ thể (Body Area Networks - BAN). Mạng BAN là một khái niệm phát

triển từ mạng không dây cá nhân (Wireless Personal Area Networks - WPANs) [1]. Đây là mơ hình các cảm biến nhỏ, đa năng, năng
lượng thấp… được gắn, đeo trên cơ thể hoặc quần áo. Trong mạng BAN, các cảm biến theo dõi liên tục các hoạt động và hành động
sinh lý của con người, như tình trạng sức khỏe và mơ hình chuyển động [2]. Bên cạnh đó, đặc điểm của BAN chứa các nút cảm biến
nên cơ chế hoạt động của BAN tương tự như hoạt động của mạng cảm biến không dây (Wiless Sensor Networks - WSNs), tuy nhiên
có một số khác biệt so với WSN như: mật độ các nút trong BAN không dày đặc như WSN, tốc độ truyền dữ liệu ổn định, khắc phục
được độ trễ, khả năng cấp năng lượng kịp thời, tính di động cao [2].

(BCU)

Hình 1. Mơ hình mạng BAN
Một trong những ứng dụng của BAN là lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, đó là theo dõi thời gian thực các dấu hiệu quan trọng
trong cơ thể, như là ECG (điện tâm đồ), nhịp tim, nồng độ oxi trong máy, huyết áp, cân nặng và nhịp thở của bệnh nhân... Những
giám sát này có thể được thực hiện được nhờ vào việc bố trí các cảm biến để thu thập thông tin trong khi bệnh nhân di chuyển trong
bệnh viện hoặc ở nhà. 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. Theo Hình 1, các nút cảm biến được gắn trên cơ thể hoặc quần áo để theo dõi, đo lường và thu thập dữ liệu cảm nhận từ khu
vực cơ thể con người. Trong khi cơ thể di chuyển hoặc ở trên các phương tiện di chuyển khác (xe cứu thương, xe ô tô…) thiết bị
điều khiển cơ thể (Body Control Unit - BCU) đóng vai trị như một trạm cơ sở tập hợp tất cả thông tin thu thập được từ các nút cảm


136

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO U CẦU TRÊN MƠ HÌNH…

biến gửi đến trạm gốc hoặc một nút đích nào khác thơng qua hạ tầng mạng. Sau đó, trạm gốc gửi chuyển tiếp dữ liệu thu thập của
BCU thông qua cơ sở hạ tầng thông thường như là mạng Internet hoạt động trên nền tảng IPv6 cho máy chủ xử lý. Tại máy chủ, các
ứng dụng chăm sóc, chẩn đốn y tế lưu trữ dữ liệu thu thập; sau đó các bác sĩ, chuyên gia y tế và các chương trình ứng dụng phân
tích, xử lý và đưa ra quyết định y học.
Trong thực tế tại những khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt, địa hình phức tạp, việc kết nối và cung cấp dịch vụ
Internet trở nên khó khăn; việc áp dụng công nghệ mạng không dây cá nhân công suất thấp dựa trên IPv6 (IPv6 over Low-Power

Wireless Area Networks - 6LoWPAN) để cung cấp khả năng kết nối trực tiếp giữa các thiết bị dựa trên địa chỉ IPv6 sẽ khơng được
đáp ứng trong hồn cảnh này. Trường hợp này, tại trạm gốc sẽ được trang bị máy chủ dùng để xử lý tại chỗ các dữ liệu thu thập của
BCU.
Hiện nay, đã có một số mơ hình nghiên cứu liên quan đến tính di động của mạng WSNs như mơ hình điểm di động ngẫu
nhiên (Random Way Point - RWP), mơ hình hướng ngẫu nhiên (Random direction), mơ hình đi bộ ngẫu nhiên (Random Walk) [3].
Tuy nhiên, các mô hình này khơng thể được áp dụng trực tiếp cho BAN vì những mơ hình này được thiết kế để tạo ra dấu vết
chuyển động cho từng nút riêng lẻ, không phù hợp với mạng BAN. Trong mạng BAN, áp dụng các mơ hình trên tạo ra nhiều bất cập
trong xác định vị trí và kiểm sốt nhiều nút [3]. Các bộ cảm biến trong BAN thường có xu hướng di chuyển độc lập theo từng nhóm,
BCU đóng vai trị nút đại diện cho nhóm các nút cảm biến, thực hiện truyền thông và định tuyến. Cho nên, một mô hình di động phù
hợp để áp dụng cho phương thức di chuyển này là mơ 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 mơ hình PGM và
RWP. Chúng tơi đánh giá hiệu năng của các giao thức định tuyến khi di chuyển theo mơ hình PGM và RWP bằng cách thay đổi các
thơng số về tốc độ di chuyển, số lượng các nút, thông lượng kết nối, số lượng kết nối.

II. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV VÀ DSR TRÊN MƠ HÌNH ĐIỂM NHĨM DI ĐỘNG
Mơ hình di động cho phép thiết kế các tơ-pơ mạng theo các thuật tốn khác nhau để mơ tả quá trình di động của các nút
trong mạng. Phần này trình bày hai mơ hình di động được sử dụng phổ biến là mơ hình di động điểm ngẫu nhiên và mơ hình điểm
nhóm di động, áp dụng giao thức định tuyến AODV và DSR trên các mơ hình này.

1. Mơ hình di động điểm ngẫu nhiên
Mơ hình điểm ngẫu nhiên đã được giới thiệu trong nghiên cứu [4]. Trong mơ hình này, mỗi nút chọn thống nhất một cách
ngẫu nhiên điểm đích (là điểm tham chiếu) trong vùng triển khai và di chuyển về phía đích dọc theo một đường thẳng. Tốc độ nút
được chọn thống nhất một cách ngẫu nhiên trong khoảng [Vmin, Vmax], trong đó Vmin và Vmax là tốc độ nút tối thiểu và tối đa. Khi
nút đến đích, nó vẫn đứng n, tạm dừng trong một khoảng thời gian nhất định và sau đó bắt đầu di chuyển trở lại theo quy trình.
Mơ hình di động đi bộ ngẫu nhiên [5] và mơ hình hướng ngẫu nhiên là các biến thể của mơ hình điểm ngẫu nhiên. Thuật
tốn của mơ hình đi bộ ngẫu nhiên được chia thành các bước sau: (1) chọn tốc độ ngẫu nhiên được phân phối đồng đều trong [Vmin,
Vmax], (2) chọn một hướng ngẫu nhiên được phân phối đồng đều, (3) di chuyển theo hướng đã chọn trong một khoảng thời gian định
trước hoặc theo khoảng cách nhất định. Nếu đến đường viền của khu vực mơ phỏng thì chọn một hướng mới. (4) Chờ trong một
khoảng thời gian rồi quay lại bước 1.
Mơ hình hướng ngẫu nhiên [6] là một mơ-đun nhỏ của mơ hình điểm ngẫu nhiên, được định nghĩa để tránh mật độ nút di

động ở trung tâm của khu vực mô phỏng. Tương tự như mơ hình điểm tham chiếu ngẫu nhiên: trước một giai đoạn di chuyển, tốc độ
và hướng đi được chọn thống nhất, duy trì cho đến ranh giới khu vực xác định trước. Trong mơ hình này, các nút di động (mobile
nodes - MNs) chọn một hướng ngẫu nhiên để di chuyển tương tự như mơ hình di động đi bộ ngẫu nhiên. MN đi đến ranh giới của
khu vực mô phỏng theo hướng đó, khi đạt đến ranh giới mơ phỏng, MN tạm dừng trong một thời gian xác định, chọn hướng góc
khác (trong khoảng từ 0 đến 180 độ) và tiếp tục q trình.

2. Mơ hình điểm nhóm di động
Mơ hình PGM mơ phỏng hành vi của nhóm [7], trong đó mỗi nút thuộc nhóm đi theo nút đại diện nhóm, nút này xác định
hành vi di chuyển của nhóm. Các nút trong một nhóm thường được phân phối ngẫu nhiên xung quanh điểm tham chiếu. Các nút
khác nhau sử dụng mơ hình di động của riêng từng nút và được thêm vào điểm tham chiếu điều khiển di chuyển theo hướng của
nhóm. Tại mỗi thời điểm, mỗi nút có tốc độ và hướng bằng cách lệch ngẫu nhiên so với tốc độ của nút trưởng nhóm.
Hình 2 minh họa nút đại diện nhóm tính tốn việc di chuyển của nhóm, chứa vector xác định di chuyển của nhóm là ̅̅̅̅̅, bao
gồm các thông số về hướng và tốc độ. Các nút riêng lẻ di chuyển ngẫu nhiên về các điểm tham chiếu được xác định trước, việc di
chuyển phụ thuộc vào xu hướng di chuyển của nhóm. Khi các điểm tham chiếu riêng lẻ di chuyển từ khoảng thời gian t đến t+1, vị
trí của nút được cập nhật theo nút đại diện nhóm. Khi các điểm tham chiếu được cập nhật, RP(t+1) được tính tốn, kết hợp với một
vector chuyển động ngẫu nhiên là ̅̅̅̅̅ để biểu diễn chuyển động ngẫu nhiên của mỗi nút về điểm riêng lẻ của từng nút. Hình 2 minh
họa ba nút di chuyển theo mơ hình PGM, tại thời điểm t, ba hình trịn nhỏ chấm đen biểu diễn các điểm tham chiếu cho ba nút di
động, giá trị là RP(t). Mơ hình PGM sử dụng vector chuyển động là ̅̅̅̅̅ để tính tốn điểm tham chiếu mới của mỗi MN, tại thời
điểm t+1 như trên là RP(t+1), ̅̅̅̅̅ có thể được chọn ngẫu nhiên hoặc xác định trước. Vị trí mới cho mỗi nút sau đó được tính tốn
bằng cách tổng hợp một vector di chuyển ngẫu nhiên ̅̅̅̅̅ chỉ ra điểm tham chiếu mới.
Mơ hình PGM xác định chuyển động của các nhóm một cách rõ ràng bằng cách đưa ra một đường dẫn mục tiêu di động cho
mỗi nhóm. Mỗi đường dẫn mà nhóm sẽ đi theo được đưa ra bằng cách xác định các điểm mốc dọc theo đường dẫn tương ứng với
các khoảng thời gian nhất định. Trong một khoảng thời gian t, một nhóm di chuyển từ điểm mốc này sang điểm tiếp theo. Khi nút
đại diện nhóm đến một điểm mốc mới, nút này sẽ tính tốn vectơ chuyển động mới từ các vị trí điểm mốc hiện tại và tiếp theo theo
khoảng thời gian.
Mơ hình này có các ưu điểm là cung cấp một khung chung và linh hoạt để mô tả các mẫu di động, được định hướng theo
nhiệm vụ và giới hạn thời gian cũng như dễ thực hiện và kiểm tra [7].


Lê Vũ, Võ Thanh Tú, Nguyễn Tấn Khơi


137

RP(t+1)
RM

GM
RP(t)

MN

Hình 2. Chuyển động của ba nút di động sử dụng mơ hình PGM
Như đã trình bày tại phần I, trong BAN, các cảm biến truyền thơng qua BCU, đóng vai trị nút đại diện cho nhóm nút di
động, các nhóm nút di chuyển tạo thành một mạng WSNs di động. 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].

Hình 3. 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 kỹ thuật định tuyến nguồn động, người gửi xác định đường đi chính xác của các nút thơng qua gói tin yêu cầu
tuyến được phát. Khi tuyến đường được tìm thấy thì gói tin trả lời tuyến thực hiện chứa đường đi đến đích. Danh sách các nút trung
gian để định tuyến được chứa trong phần tiêu đề của gói dữ liệu. 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. Khi một nút muốn gửi một gói đến một số nút khác, trước tiên, nó sẽ
kiểm tra bộ đệm định tuyến của nó để tìm tuyến nguồn đến đích. Trong trường hợp một tuyến đường được tìm thấy, sử dụng tuyến
đường này để quảng bá gói tin. Ngược lại, nút nguồn bắt đầu quá trình khám phá tuyến. 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. Tuyến được
chọn là tuyến có chi phí tốt nhất tương ứng số chặng (HC) nhỏ nhất.
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. Tuyến đường chuyển tiếp thiết lập tại một nút trung gian lưu bảng định
tuyến của nó liên kết với gói RREP. Khi nút đích hoặc nút trung gian di chuyển, gói tin lỗi tuyến RERR được gửi đến nút nguồn bị
ảnh hưởng. Khi nút nguồn nhận được gói RERR, nó có thể khởi tạo lại tuyến nếu tuyến vẫn cần thiết. Thông tin của nút láng giềng
được lấy từ gói Hello, vì giao thức AODV là giao thức định tuyến phẳng, nó khơng cần bất kỳ hệ thống quản trị trung tâm nào để xử
lý q trình định tuyến. AODV có xu hướng giảm chi phí kiểm sốt lưu lượng truy cập trong việc tìm tuyến mới. AODV có lợi thế
lớn trong việc có ít chi phí hơn các giao thức khác cần giữ tồn bộ tuyến đường từ nút nguồn đến nút đích trong các gói tin. Các gói
tin RREQ và RREP, chịu trách nhiệm phát hiện tuyến đường, không làm tăng đáng kể chi phí từ các gói tin điều khiển này. AODV
phản ứng tương đối nhanh với các thay đổi tô-pô trong mạng và chỉ cập nhật các nút có thể bị ảnh hưởng bởi thay đổi, sử dụng gói
tin RRER. Các thơng điệp Hello chịu trách nhiệm bảo trì tuyến cũng bị giới hạn để chúng không tạo ra chi phí khơng cần thiết trong
mạng. Giao thức AODV tránh được vấn đề điểm đến vơ cực, điển hình cho các giao thức định tuyến vectơ khoảng cách, bằng cách
sử dụng các số thứ tự.


138

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO U CẦU TRÊN MƠ HÌNH…

III. THIẾT KẾ KỊCH BẢN MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Giới thiệu mơ phỏng
Để đánh giá hiệu quả mơ hình mạng RWP và mơ hình mạng PGM khi triển khai trên mạng BAN, chúng tôi cài đặt giao thức
định tuyến AODV và giao thức DSR trên hai mơ hình di động. Cơng cụ mơ phỏng là hệ mô phỏng NS2.35 và công cụ Bonmotion
để tạo mơ hình.
Hệ mơ phỏng NS2.35 [10] là phần mềm hướng đối tượng được sử dụng để mô phỏng lại các sự kiện xảy ra trong hệ thống
mạng, từ đó đưa ra các yêu cầu, đặc tính vận hành cûa hệ thống mạng thực. NS2.35 được sử dụng để mô phỏng các mạng MANET,
IP, VANET, WSN.
Ứng dụng của mơ hình di động điểm ngẫu nhiên được đưa vào trong lệnh tạo tô-pô trong NS2.35. Lệnh cho phép mô phỏng

các phiên bản khác nhau của mơ hình RWP, nó chỉ định kích thước tơ pơ, vận tốc di chuyển của các nút. Trong nghiên cứu này
chúng tôi sử dụng công cụ setdest của Ns2.35 để tạo tô pô và kịch bản di chuyển theo mơ hình RWP như sau:
./setdest -v 2 -n 100 -p 25 -m 1 -M 10 -t 500 -x 1000 -y 1000 >scen-100n-si500-rwp10mps
BonMotion [11] là công cụ được sử dụng để tạo mơ hình và kịch bản tiến hành phân tích mơ phỏng mạng và hiệu suất của
mạng. Các kịch bản được tạo trong BonMotion có thể được xuất sang nhiều trình giả lập mạng khác như Ns-2, Ns-3,.... BonMotion
được chọn cho mô phỏng của nghiên cứu này vì nó có số lượng mơ hình di động nhiều nhất trong số tất cả các mô phỏng mạng.
BonMotion cũng cung cấp nhiều chức năng khác nhau để thay đổi và phân tích các tham số của các nút di động trong mẫu thử
nghiệm [11].
Khởi động ứng dụng bằng lệnh “Bm”, lệnh Bm có thể tạo mã cho các mơ hình mạng di động. Cú pháp chung để thực hiện
khởi tạo mơ hình như sau:
bm <tham số> <mơ hình ứng dụng> <tham số ứng dụng>
Các tham số bổ sung có sẵn cho mơ hình này được cung cấp trong lệnh như sau: -d : thời lượng kịch bản; -a: số nút trung
bình trong mỗi nhóm; -c: xác suất thay đổi nhóm cho một nút; -r: khoảng cách tối đa giữa một nút và trung tâm nhóm; -s: độ lệch
chuẩn kích thước của nhóm.
Nhằm xây dựng một tơ-pơ mạng có kịch bản di chuyển theo mơ hình PGM cho 100 nút, thời gian mô phỏng là 500 giây, tốc
độ di chuyển tối đa 10m/s và tối thiểu là 1m/s, diện tích vùng mô phỏng là 1000x1000m, số lượng nút tối đa của nhóm là 5 nút/ 1
nhóm, xác suất thay đổi nhóm cho một nút 0.05, khoảng cách tối đa giữa một nút với nút trung tâm của nhóm là 100m, độ lệch
chuẩn kích thước của nhóm là 2.0, lệnh mơ phỏng như sau:
bm -f scen-100n-20gr-rpgm10mps RPGM -n 100 -d 500 -i 500 -h 10 -l 1 -x 1000 -y 1000 -a 5 -c 0.05 -r 100 -s 2.0

2. Thiết kế kịch bản mơ phỏng

Hình 4. Giao diện mơ phỏng trên NS2.35
Để khảo sát hoạt động của hai giao thức trong hai mơ hình di động PGM và RWP chúng tơi 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. Thông số thiết lập mô
phỏng như Bảng 1.


Lê Vũ, Võ Thanh Tú, Nguyễn Tấn Khôi


139
Bảng 1. Thông số thiết lập mơ phỏng

Thơng số

Giá trị
Mơ hình PGM

Mơ hình RWP

Khu vực địa lý

500 x 500 m

500 x 500 m

Số lượng nút di động

40-60-80-100

40-60-80-100

Số lượng nút tối đa trong nhóm

5

-

Thời gian mô phỏng


500s

500s

Thời gian tạm dừng

25s

25s

Tốc độ tối thiểu của nút

1m/s

1m/s

Tốc độ tối đa của nút

5-10-15-20m/s

5-10-15-20m/s

Nguồn phát dữ liệu

CBR

CBR

Kích thước gói tin (bytes)


512

512

Thơng lượng kết nối

2-4-6-8 pkts/s

2-4-6-8 pkts/s

Số lượng kết nối

5-10-15-20

5-10-15-20

Giao thức truyền thông

AODV, DSR

AODV, DSR

Độ lệch chuẩn

2

-

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.


3. Đánh giá hiệu năng
a) Kịch bản 1
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 mơ hình PGM (ký hiệu trên biểu đồ PGM-AODV, PGM-DSR) và RWP (ký hiệu trên biểu đồ RWP-AODV,
RWP-DSR). Các tiêu chí đánh giá gồm: Độ trễ đầu cuối, tỉ lệ gửi gói tin thành cơng, phụ tải định tuyến. Trong kịch bản này sử dụng
cùng một mạng có 100 nút cho cả hai giao thức AODV và DSR khi hoạt động trong mơ hình PGM và RWP, thơng lượng kết nối là
2pkts/s (2 gói/ 1 giây).
Đánh giá độ trễ đầu cuối: Là thời gian trung bình từ khi bắt đầu truyền gói tại một nút nguồn cho đến khi phân phối gói đến
đích. Theo kết quả mơ phỏng như trong Hình 5, khi thay đổi tốc độ từ 5, 10, 15, 20m/s theo mơ hình PGM di chuyển với tốc độ 510m/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 ln 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 cơng đến đích /tổng số gói tin đã gửi. Khi tăng tốc độ thì tỷ lệ gửi gói tin thành cơng của giao
thức DSR ln 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 mơ phỏng trên Hình 6, lần lượt tỉ lệ chuyển gói tin thành cơng của giao thức AODV trong mơ
hình PGM là 95.35%, 96.19%, 96.07%, 96.8% so với tỉ lệ của giao thức DSR trong mơ hình PGM là 97.61%, 98.72%, 97.19%,
96.51%. Khi di chuyển ở tốc độ 5m/s thì tỉ lệ gửi gói tin thành cơng của giao thức AODV thấp hơn so với khi di chuyển ở tốc độ 1015-20m/s. Trong mơ hình RWP thì tỉ lệ gửi gói tin thành cơng của giao thức AODV là 96.52%, 96.43%, 97.50%, 96.26%; trong khi
đó tỉ lệ của giao thức DSR là 99.37%, 98.84%, 98.37%, 98.40%. Tỉ lệ của giao thức DSR ln cao hơn giao thức AODV.

Hình 5. Độ trễ đầu cuối khi tăng tốc độ di chuyển các nút

Hình 6. Tỉ lệ gửi gói tin thành công khi tăng tốc độ di chuyển
các nút


ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO U CẦU TRÊN MƠ HÌNH…

140


Đánh giá theo phụ tải định tuyến: Tham số này được
tính dựa trên tổng số gói tin điều khiển tham gia vào q trình
khám phá tuyến (đã được gửi hoặc chuyển tiếp) tại tất cả các
nút/ tổng gói tin gửi thành cơng. Theo kết quả mơ phỏng trên
Hình 7 phụ tải định tuyến của giao thức AODV tăng cao hơn
giao thức DSR trong cả hai mơ hình PGM và RWP. Lần lượt số
gói là 1.6, 2.1, 2.4, 2.7 gói đối với giao thức AODV trong mơ
hình PGM và 0.6, 0.7, 0.8, 1.1 gói đối với giao thức DSR trong
mơ hình PGM.
Trong mơ hình RWP số gói của giao thức AODV là
1.53, 2.03, 2.40, 2.65 gói và số gói của giao thức DSR là 0.19,
0.35, 0.46, 0.49 gói, tỉ lệ của giao thức AODV ln cao hơn
giao thức DSR.
Hình 7. Phụ tải định tuyến khi tăng tốc độ di chuyển các nút

b) Kịch bản 2
Tiếp theo bài báo đánh giá hoạt động của mạng khi số lượng nút tăng dần. Trong kịch bản này, chúng tôi tăng số lượng nút
từ 40, 60, 80, 100 nút khi thử nghiệm với hai giao thức AODV và DSR trong mơ hình PGM và RWP. Tốc độ tối thiểu của một nút
là 1m/s, tốc độ tối đa là 5m/s, thơng lượng là 2pkts/s.

Hình 8. Độ trễ đầu cuối khi tăng số lượng nút

Hình 9. Tỉ lệ gửi gói tin thành cơng khi tăng số lượng nút

Hình 10. Phụ tải định tuyến 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 mơ 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 q 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 mơ 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 cơng của giao thức AODV và DSR hoạt động trong mơ hình PGM và RWP có tỉ lệ ổn
định trên 98% khi số lượng nút là 60-80. Tỉ lệ gửi gói tin thành cơng của giao thức AODV khi hoạt động trong mơ hình PGM là
94.61%, 98.35%, 98.42%, 95.35% và của giao thức DSR là 96.6%, 98.82%, 98.41%, 97.62%. Đồng thời, theo kết quả mơ phỏng tại
hình 10, phụ tải định tuyến của giao thức AODV trong mơ hình PGM là 0.45, 0.65, 0.91, 1.59 gói; đối với giao thức DSR là 0.29,
0.27, 0.30, 0.59 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 60, 80, 100 nút. Đối với mơ 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.

c) Kịch bản 3
Tiếp theo bài báo tiến hành đánh giá đánh giá hiệu năng của mạng dựa vào thơng lượng gửi gói tin. Thơng lượng gửi gói tin
được tăng từ 2, 4, 6, 8 pkts/s, tốc độ di chuyển của các nút tối đa là 5m/s và tối thiểu là 1m/s, số lượng các nút vẫn giữ nguyên 100
nút.


Lê Vũ, Võ Thanh Tú, Nguyễn Tấn Khơi

Hình 11. Độ trễ đầu cuối khi tăng thơng lượng gửi gói tin


141

Hình 12. Tỉ lệ gửi gói tin thành cơng khi tăng thơng lượng gửi
gói tin
Theo Hình 11, khi thơng lượng được tăng lên thì độ trễ
của cả hai giao thức đều giảm ở cả hai mơ hình. Tuy nhiên, khi
hoạt động ở mơ hình RWP thì độ trễ của giao thức DSR luôn
giữ sự ổn định 20.32ms, 31.29ms, 21.44ms, 10.93ms. Ở mơ hình
PGM, độ trễ của giao thức AODV ln 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.

Hình 13. Phụ tải định tuyến khi tăng thơng lượng gửi gói tin

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 thơng lượng ở cả hai mơ hình. Giao thức DSR
khi hoạt động trong mơ hình PGM ln duy trì tỉ lệ trên 96%,
lần lượt là 97.62%, 97.53%, 97.58%, 97.7% và đối với giao
thức AODV là 95.35%, 95.33%, 96.46%, 95.52%.

Tương tự như vậy, ở hình 13 phụ tải định tuyến của giao thức AODV ln có một tỉ lệ cao hơn giao thức DSR. Trong mơ
hình PGM, tỉ lệ của giao thức AODV là 1.59, 0.74, 0.54, 0.42 gói; so với tỉ lệ của giao thức DSR là 0.59, 0.27, 0.18, 0.13 gói. Đồng
thời, trong mơ hình RWP, tỉ lệ phụ tải định tuyến của giao thức AODV là 1.53, 0.83, 0.6, 0.38 gói; so với giao thức DSR là 0.19,
0.12, 0.07, 0.05 gói.

d) Kịch bản 4
Tiếp theo chúng tôi thay đổi số lượng kết nối các nút trong mạng để đánh giá hiệu năng mạng. Chúng tôi tăng số lượng kết

nối từ 5, 10, 15, 20 kết nối, tốc độ di chuyển của các nút tối đa là 5m/s và tối thiểu là 1m/s, số lượng các nút là 100 nút.

Hình 14. Độ trễ đầu cuối khi tăng số lượng kết nối

Hình 15. Tỉ lệ gửi gói tin thành cơng khi tăng số lượng kết nối

Hình 16. Phụ tải định tuyến khi tăng số lượng kết nối


142

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THEO U CẦU TRÊN MƠ HÌNH…

Theo Hình 14, khi tăng số lượng kết nối trong mạng từ 10, 15, 20 thì độ trễ của giao thức AODV thấp hơn độ trễ của giao
thức DSR trong mơ hình PGM, ngược lại trong mơ hình RWP thì độ trễ của giao thức AODV lại cao hơn giao thức DSR. Độ trễ của
giao thức AODV trong mơ 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 cơng của giao thức DSR cũng luôn cao hơn
giao thức AODV khi hoạt động ở cả hai mơ hình.
Ở Hình 16, phụ tải định tuyến của giao thức AODV và của giao thức DSR khi hoạt động trong hai mơ 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 mơ 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 mơ hình PGM là 1.59, 1.05, 1.06, 1.02 gói và của giao thức DSR là 0.59, 0.46, 0.47, 0.51 gói.

e) Nhận xét
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 mơ hình PGM và RWP như sau:
- Khi thay đổi tốc độ di chuyển của các nút thì giao thức AODV trong mơ hình PGM có độ trễ và phụ tải định tuyến cao nhất
so với các kịch bản khác. Do khi thay đổi tốc độ thì tơ pơ mạng thay đổi nhanh, ảnh hưởng đến việc gửi gói tin RREQ và nhận gói
tin RREP trong quá trình khám phá tuyến và trả lời tuyến. Khi thay đổi số lượng nút, thơng lượng gửi gói tin, số lượng kết nối các
nút trong mạng thì giao thức DSR trong mơ hình PGM có phụ tải định tuyến thấp và có sự ổn định dao động từ 0.13 - 0.59 gói. Tỉ lệ

gửi gói tin thành cơng khi tăng số lượng kết nối của hai giao thức AODV và DSR trong mơ 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 mơ 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 cơng của giao thức DSR trong mơ hình RWP có sự ổn
định đối với các kịch bản thay đổi số lượng nút, thơng lượng gửi gói tin, số lượng kết nối, tỉ lệ luôn trên 99%. Đồng thời, với kịch
bản thay đổi thơng lượng kết nối thì giao thức DSR trong mơ hình RWP có phụ tải định tuyến thấp nhất so với các kịch bản khác,
dao động từ 0.05- 0.19 gói.

IV. KẾT LUẬN
Thơng qua bài báo, chúng tơi đã phân tích nguyên lý hoạt động của mạng BAN và WSNs trên cơ sở định tuyến AODV và
DSR. 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 mơ hình
điểm nhóm di động PGM, giao thức DSR hoạt động hiệu quả hơn giao thức AODV trên cả hai mơ 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 mơ
hình PGM.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, “Wireless sensor networks: a survey,” Computer
Networks, vol. 38, pp. 393-422, 2002.
[2] M. Chen, S. Gonzalez, A. Vasilakos, H. Cao, and V. C. M. Leung, “Body Area Networks: A Survey,” Mobile
Networks and Applications, vol. 16, no. 2, pp. 171-193, 2011.
[3] T. Camp, J. Boleng, and V. Davies, “A Survey of Mobility Models for Ad Hoc Network Research,” Wireless
communications & mobile computing (WCMC): special issue on mobile ad hoc networking: research, trends and
applications, vol. 2, pp. 483-502, 2002.
[4] D. B. Johnson and D. A. Maltz, “Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks,” in Mobile Computing.
The Kluwer International Series in Engineering and Computer Science, vol. 353, Springer, 1996.
[5] C. Bettstetter, “Smooth is Better Than Sharp: A Random Mobility Model for Simulation of Wireless Networks,”
in Proceedings of the 4th ACM International Workshop on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and
Mobile Systems, pp. 19-27, 2001.

[6] E. M. Royer, P. M. Melliar-Smith, and L. E. Moser, “An analysis of the optimum node density for ad hoc mobile
networks,” in ICC 2001. IEEE International Conference on Communications. Conference Record (Cat.
No.01CH37240), vol. 3, pp. 857-861, 2001.
[7] X. Hong, M. Gerla, G. Pei, and C.-C. Chiang, “A Group Mobility Model for Ad Hoc Wireless Networks,” in
Proceedings of the 2Nd ACM International Workshop on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and
Mobile Systems, pp. 53-60, 1999.
[8] T. S. B. S. Rajesh M , Vanishree K, “Stable route AODV routing protocol for mobile Wireless Sensor Networks,”
in 2015 International Conference on Computing and Network Communications (CoCoNet), pp. 917-923, 2015.
[9] C. E. Perkins, M. Park, and E. M. Royer, “Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing,” In Proceedings of
Second IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications (WMCSA), pp. 90-100, 1999.


Lê Vũ, Võ Thanh Tú, Nguyễn Tấn Khôi

143

[10] DARPA, “The network simulator NS2,” [Online]. Available: 1995.
[11] N. Aschenbruck, R. Ernst, E. Gerhards-Padilla, and M. Schwamborn, “BonnMotion: A Mobility Scenario
Generation and Analysis Tool,” in Proceedings of the 3rd International ICST Conference on Simulation Tools
and Techniques, pp. 51:1--51:10, 2010.

PERFORMANCE EVALUATION ON DEMAND ROUTING IN REFERENCE POINT
GROUP MOBILITY MODEL
Le Vu, Nguyen Tan Khoi, Vo Thanh Tu
ABSTRACT: Wireless Sensor Network (WSN) include a set of sensors using wireless link to coordinate in collecting scattered date
with large scale in any condition and in any geographical area. In previous research, some authors used Random Waypoint (RWP)
to describe mobility of nodes in WSN. However, RWP is not suitable in medical because of distinct characteristics. BAN collects
health status of patients and they tend to move independently in group. Point Group Mobility (PGM) is used in this case. This article
focuses on analyzing characteristic of PGM, uses AODV & DSR for the group of sensor buttons moving in PGM. We evaluate
performance routing protocols when moving in PGM and RWP by changing the parameters of travel speed, the number of nodes,

packet sending throughput, the number of connections. This article focuses on analyzing characteristics of PGM and evaluating
performance of AODV and DSR. Evaluating criterias consist of successful packets sending rate, average delay time and routing
load. The result shows that performance of DSR is better than AODV as route discovery and data routing algorithm of DSR is more
suitable than AODV.