第四章 安全性與穩定性分析
4.2 穩定性分析
4.2.3 實驗結果
實驗1. Leader Node 平均剩餘電量模擬實驗
對於 5 種不同大小的場地進行 4 種演算法分群模擬，分群完畢後網絡拓樸 中所有 Leader Node 剩餘電能百分比的實驗統計結果圖 36：
圖 36 Leader Node 平均剩餘電能比較圖
由比較圖表可看出，LCA 與 HCA 分群並未針對節點剩餘電能進行考量，
而 BEBCA 和 IAdNCA 不論在哪一種場地尺寸中，Leader Node 剩餘電量幾乎都 可維持在 60%以上，高出其他兩者 10%左右，這代表 IAdNCA 和 BEBCA 遴選 出來的 Leader Node 在自身能力的條件上更為適任。
實驗2. 平均群集內 Strong Gateway Node 比例模擬實驗
同樣的，對於 5 種場地各作 500 次實驗，每種演算法所產生的網路拓墣中 平均 Strong Gateway 總數之實驗統計如圖 37：
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圖 37 Strong Gateway 平均個數比較圖
由比較表中可看出 IAdNCA 執行後的分群拓墣，在 5 種場地中 Strong Gateway Node 總數都比其他 3 種演算法高出 4 個百分點以上，和前一個指標的實驗合起 來審視，可判定經由 IAdNCA 所執行產出的群集在拓樸開始運作的一段時間內，
相較於其他演算法，能夠保持一定程度的通訊穩定性。
實驗3. 平均有效拓樸維持時間模擬實驗
進行平均拓墣維持時間模擬實驗時，模擬程式所使用的能耗模型為First Order Radio Model[24][28]，此模型可用來計算muilti-hop環境中節點經過k-hop 到達距離為d之目的地接收端之能耗。在First Order Radio Model當中，傳送資料 所需要消耗的總能量設為ETX，接收資料所需要消耗的總能量設為ERX。在傳送 資料時，除了需要考慮傳送資料所需要消耗的能量（ETX_elec），還要考慮放 大機(Amplifier）擴大訊號所消耗的能量（ETX_amp），傳送每單位的資料所需 要消耗的能量設為Eelec，每單位的資料擴大訊號所需要消耗的能量設為Eamp， 而Eamp 和傳送距離 d 的n 次方（d n）成正比，一般環境中，n<4。綜合以上變 數，資料發送節點所要消耗的總能量如(1)：
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ETX(k,d) = Eelec * k +Eamp * k * dn (1)
資料接收節點所要消耗的總能量如(2)：
ERX(k) = Eelec * k (2)
因此資料發送端和資料接收端的能耗總和如(3)：
Cni, nj(k) = 2 Eelec*k+2 Eamp * k* dn (3)
實驗進行的方式為讓拓樸中所有的節點隨機尋找destination並進行封包傳輸，傳 輸持續時間為1至10秒之間，通訊過程採用CBRP進行繞路；為求縮短實驗時間，
給與每個節點微小的初始電能。
表9為進行平均拓墣維持時間模擬實驗關於能耗模型及網路傳輸設定的各項參 數：
表 9 First Order Radio Model 參數設定表
參數 數值
Eelec 50nJ
Eamp 100pJ
n 3 節點剩餘能量最大值(100%) 50J (扣除持續電源供應節點) 單一封包大小 1024 (byte)
封包傳送速率 10 packet (per second)
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圖 38 為各個尺寸的場地進行 500 次反覆實驗的平均結果：
圖 38 有效拓墣維持時間比較圖
由圖 38 可看出，IAdNCA 分群產生的拓樸，其平均有效拓墣維持時間在各個尺寸 場地的表現均優於其他三種演算法超過 600 秒，BEBCA 所產生的拓樸雖然在 Leader Node 平均剩餘電能的數據項目表現良好，但未考量其他因素，IAdNCA 在同時考量電能、距離、Degree 數、Strong Gateway Node 的情形下，建構出來 的網路拓墣具有更久的有效拓墣維持時間。至於場地大小對於拓墣節點的影響，
從圖 38 中可看出各演算法在大型場地的表現皆不如小尺寸場地理想。由於在本 實驗中節點個數於各個尺寸場地都維持 400 個，相較於小尺寸場地，大尺寸場地 中節點散布於各處，節點密度小同時意味著節點間彼此的平均距離拉大，根據 First Order Radio Model，距離加大發送封包所耗的電能也會跟著提高，最終導致 有效拓墣維持時間明顯縮減。
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