第四章 模擬結果與討論
第一節 模擬環境設定
本章節將展示並討論我們所提出的 K-based transmission 網路編碼(Dynamic transmission_NC)實驗模擬結果，我們在不同的成功率 α=0.5、α=0.6、α=0.7、
α=0.8 以及 α=0.9 的情形下，比較 K-based transmission 結合網路編碼以及單純 K-based transmission。再將 K-based transmission 以及傳送一次的方法做比較。
在我們的模擬實驗中，感測器隨機分布於固定大小的地圖之中。感測器分佈 完後，就不再移動，匯集點(Sink)固定在地圖的正下方。每個感測器都有自己的 編號(ID)，並且有固定的最大傳送範圍(r)，在傳送範圍以內的感測器才能接收 到資料。一開始，匯集點(Sink)會廣播關注訊號(interest)，節點會建立其傳送表 (Forwarding Table)，並且依據第三章第三節的 k 值決定傳送資料時所需要的傳送 次數。所有的節點都將產生一筆資料將傳送至匯集點(Sink)，並且每隔一個時間 單位節點可以傳送一筆資料，每個節點傳過一次資料時稱為一回合。我們測試 1000 回合時匯集點所收能成功解碼的封包數以及全部節點的傳送次數。我們模擬 每張地圖執行 1000 回合，最後依據 100 張不同的地圖計算其平均值。
我們先說明模擬實驗中的計算方式：
全部的傳送次數(Total Number of transmission)：全部的傳送次數為模擬時間 中，整個網路總共產生的封包傳送次數。
封包到達率(Packet Delivery Ratio, PDR)：
PDR =NsourceNsink (6)
不同的節點，並且不重複計算，倘若匯集點收到來自於相同節點封包兩個，只會 (packet loss ratio)下，地圖為(50m×50m)分佈 50 個節點以及地圖(100m×100m)分佈 100 個節點。相關參數設定如下表 1 所示。
Packet loss ratio
0.05、0.1、0.2、0.3、
0.4、0.5
0.05、0.1、0.2、0.3、
0.4、0.5 Buffer size 120、1000 120、1000
表格 1 模擬實驗相關參數設定
50 nodes,50m×50m
圖 4-1、圖 4-2、圖 4-3、圖 4-4 及圖 4-5 分別展示在 50 個節點的密度，不 同的成功率α 下使用我們所提出的 K-based transmission 結合網路編碼 D=4 且 Buffer 大小為 1000、K-based transmission 結合網路編碼 D=4 且 Buffer 大小為 120、
K-based transmission 結合網路編碼 D=8 且 Buffer 大小為 1000，以及 K-based transmission 無網路編碼四種情形下所比較的結果(子圖(a)所呈現的是封包到達 率(Packet Delivery Ratio)；子圖(b)所呈現的是傳送次數)。
在圖 4-1，成功率α 為 0.5 時，伴隨著不同的封包遺失率，四種方法的節點 都只需傳送一次就能使得其傳送成功之機率大於α 值，使得在各不同的封包遺失 率之下，封包到達率都隨著封包遺失率(Packet Delivery Ratio)的上升而下降。但 由於，網路編碼所產生的多餘性(Redundancy)較高，使得其封包到達率雖然在封 包遺失率 0.05 時略遜於無網路編碼的方式，但由於網路編碼所擁有的擴散性，使 得在封包遺失率 0.2 至 0.5，隨著封包遺失率的遞增而加入網路編碼的方式使得封 包到達率高於無編碼的方式。尤其在封包遺失率 0.5 時，加入網路編碼的方式能 使得其封包到達率高達 58%，相較於無網路編碼的方式只有 44%，高出 14%的封 包到達率。當節點收到相同的封包的時候會檢查緩衝器(Buffer)是否有相同的封包，
若已收到則刪除多餘的封包，緩衝器(Buffer)的大小會影響傳送次數以及最後封包 送達率。圖 4-1(a)可看到加入網路編碼的方式 Buffer 為 120 的封包到達率以及比 Buffer 為 1000 低，傳送次數在封包遺失率為 0.05 時也較為低。並且，加入網路 編碼的方式使得原本相同的幾個封包在經過編碼後收到封包的節點在檢查時判 斷為不相同的封包不會加以刪除，這使得封包傳送次數高於無網路編碼的方式，
但在封包遺失率較高之情形下，其所付出的傳送次數只略高於無網路編碼的方式。
而限制最大編碼個數 4 以及 8，從圖 4-1(a)，得到的結果幾乎相同跟所預期的當編 碼個數較大可能會使得遺失更多封包的風險增加較為不同。
在圖 4-2，成功率α 值變成 0.6，使得有些節點的所需的傳送在封包遺失率高 達 0.5 時所需的傳送次數高達兩次，是以使得封包遺失率在 0.5 時，封包到達率 反而提升。而比較加入網路編碼的方式也是在封包遺失機率 0.05 時略遜於無網路 編碼的方式，但在封包遺失機率 0.2 之後，加入網路編碼的方式所得到的封包到 達率高於無網路編碼的方式(圖 4-2(a))。而相對應的傳送次數(圖 4-2(b))也在封包 遺失率 0.5 時由於傳送次的改變而上升。而 D=4 以及 D=8 依然相差不大，Buffer 大小為 120 的封包到達率依然比 Buffer 大小為 1000 低。
在圖 4-3，成功率α 值變成 0.7，因為所要求的成功率的提升，使得節點所需 傳送次數的改變，導致在封包遺失率 0.4 時封包到達率(圖 4-3(a))以及傳送次數(圖 4-3(b))都反而上升。並且可以看出加入網路編碼的方式依然在封包遺失機率提升 時，亦即封包遺失率 0.2、0.3、0.4 以及 0.5 時的封包到達率，依然高於無網路編 碼的方式，但是加入網路編碼方式的傳送次數卻遠高於無網路編碼方式。
在圖 4-4，成功率α 值變成 0.8 後，由於所要求的成功率提升，使得節點所 需的傳送次數在封包遺失率為 0.3 時增加為 2，使得封包到達率以及傳送次數都 增加，而在封包遺失率為 0.5 時傳送次數再度增加為 3，再次使得封包到達率以 及傳送次數都上升。並且除了封包遺失率 0.05 之外，加入網路編碼方式的封包到 達率依然高於無編碼的方式，但加入網路編碼方式的傳送次數(圖 4-4(b))卻遠高於 無網路編碼方式。在圖 4-5，成功率 α 值變成 0.9 後，傳送次數在成功率為 0.2 以 及 0.4 時發生改變。但因重傳次數的提升無編碼方式與加入編碼方式的封包到達 率有縮小差異，加入編碼的方式封包到達率在 0.2 時只略高於無編碼方式。而因
為增加了累贅性(Redundancy)使得加入網路編碼方式的傳送次數遠高於無網路編 碼方式。
圖 4-1(a) α=0.5，50Nodes，Packet Delivery Ratio
0.4
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
0
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-2(a) α=0.6，50 Nodes，Packet Delivery Ratio
圖 4-2(b) α=0.6，50 Nodes，Number of transmissions
0.5
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
300
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-3(a) α=0.7，50 Nodes，Packet Delivery Ratio
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
300
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-4(a) α=0.8，50 Nodes，Packet Delivery Ratio
圖 4-4(b) α=0.8，50 Nodes，Number of transmission
0.7
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
400
number of transmissions
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-5(a) α=0.9，50 Nodes，Packet Delivery Ratio
圖 4-5(b) α=0.9，50 Nodes，Number of transmission
0.8
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
400
number of transmissions
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
100 Nodes, 100m×100m
圖 4-6、4-7、4-8、4-9 以及 4-10，為在 100m×100m 的地圖 100 個節點情形，
不同的成功率α 下，使用我們所提出的 K-based transmission 結合網路編碼 D=4 且 Buffer 大小為 1000、K-based transmission 結合網路編碼 D=4 且 Buffer 大小為 120、
K-based transmission 結合網路編碼 D=8 且 Buffer 大小為 1000，以及 K-based transmission 無網路編碼四種情形下所比較的結果(子圖(a)所呈現的是封包到達 率(Packet Delivery Ratio)；子圖(b)所呈現的是傳送次數)。
在圖 4-6，成功率α=0.5，和模擬 50 nodes 分佈於 50m×50m 類似，在封包遺 失機率 0.05 下，K-based transmission_NC 的方式相較於無網路編碼的方式，封包 到達率略低，然而隨著封包遺失機率的上升，當 p=0.2 以後，加入網路編碼的方 式的封包到達率(圖 4-6(a))漸漸與無網路編碼方式差異增大，到 p=0.5 時，加入網 路編碼的方式的封包到達率高達 60%，無網路編碼方式的封包到達率只有 43%，
使得網路編碼方式的封包到達率在 p=0.5 時，高於無網路編碼方式的封包到達率 17%。但由於緩衝器(Buffer)大小的影響，使得在加入網路編碼方式且 Buffer 為 120 的封包到達率在較低的封包遺失率下效果低於其他三種情形。由於節點會檢查緩 衝器(Buffer)中是否擁有相同的封包並且刪除相同的封包，導致使用網路編碼累贅 (Redundancy)增加，使得在低遺失機率時所需付出的傳送次數(圖 4-6(b))遠高於無 網路編碼的方式。然而在高遺失機率的情形下，加入網路編碼方式的傳送次數只 略高於無網路編碼方式。
而圖 4-7、圖 4-8、圖 4-9 以及圖 4-10，類似於 50m×50m 的地圖時，但加入 網路編碼方式且 Buffer 大小為 120，由於節點數增加 Buffer 大小相較於在 50m×
50m 的地圖影響更大，在封包遺失率 0.05、0.1 時反而因為封包過多接收點無法
成功接收其封包，導致最後匯集點無法成功解碼，使得整體的封包到達率反而不 如無網路編碼方式。無網路編碼方式，隨著傳送次數的增加使得封包到達率漸漸 提升，直到成功率α=0.9 時，封包到達率已經高達 89%(圖 4-10(a))，加入網路編 碼方式，由於所增加的累贅並使得此方法得到助益。然而由於所增加的累贅使得 所付出的傳送次數(圖 4-10(b))遠高於無網路編碼方式。
圖 4-6(a) α=0.5，100 Nodes，Packet Delivery Ratio
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-6(b) α=0.5，100 Nodes，Number of transmissions
圖 4-7(a)α=0.6，100 Nodes，Packet Delivery Ratio
0
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
0.4
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120
K-based transmission_NC D=8
圖 4-7(b) α=0.6，100 Nodes，Number of transmissions
圖 4-8(a) α=0.7，100 Nodes，Packet Delivery Ratio
0
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
0.6
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-8(b) α=0.7，100 Nodes，Number of transmissions
圖 4-9(a) α=0.8，100 Nodes，Packet Delivery Ratio
1000
number of transmissions
packet loss probability
K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
0.7
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-9(b)α=0.8，100 Nodes，Number of transmissions
圖 4-10(a) α=0.9，100 Nodes，Packet Delivery Ratio
1000
number of transmissions
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
0.8
packet delivery ratio
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
圖 4-10(b) α=0.9，100 Nodes，Number of transmissions
接著圖 4-11 以及圖 4-12，我們將展示所提出的 K-based transmission 與 One-based transmission 的模擬實驗數據，其中我們比較成功率在 0.5、0.6、0.7 時，
K-based transmission 與 One-based transmission 的封包到達率以及全部節點的傳送 次數。
1000 3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000
0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
number of transmissions
packet loss probability K-based transmission
K-based transmission_NC D=4 K-based transmission_NC buffer=120 K-based transmission_NC D=8
相關參數設定如下表 2 所示。
Packet loss ratio
0.05、0.1、0.2、0.3、
0.5 時，K-based transmission 與 One-based transmission 的封包到達率相差無幾，
然而隨著所要求的成功率α 值的提升使得 K-based transmission 的封包到達率提升。
但所要求的成功率α 值得提升也伴隨著傳送次數(圖 4-12(b))的提升，K-based 的 全部傳送次數自然也提升不少，α 值高達 0.7 封包遺失率為 0.5 時所需的傳送次數 One-based transmission 的 2 倍。
圖 4 -11(a) 50 Nodes, One-based v.s.K-based transmission，Packet Delivery Ratio
圖 4 -11 (b) 50 Nodes, One-based v.s.K-based transmission，Number of Transmissions
0.4
packet delivery ratio
packet loss probability One-based
K-based transmisssion α=0.5 K-based transmisssion α=0.6 K-based transmisssion α=0.7
0
number of tramssions
packet losss probability One-based
K-based transmisssion α=0.5 K-based transmisssion α=0.6 K-based transmisssion α=0.7
100 Nodes, 100m×100m
圖 4-12，為 100 個節點分佈於 100m×100m 地圖範圍之內，相似於 50 個節點 時，圖 4-12(a)中當 α 值在 0.5 時，K-based transmission 與 One-based 的封包到達 率相差無幾，然而隨著所要求的成功率α 值 0.6 以及 0.7 使得 K-based transmission 在封包遺失率 0.4 以及 0.5 時的封包到達率相對於只傳送一次提升許多。然而由 於節點的傳送次數上升，使的全部傳送次數在遺失機率 0.4 以及 0.5 時提升許多(圖
圖 4-12，為 100 個節點分佈於 100m×100m 地圖範圍之內，相似於 50 個節點 時，圖 4-12(a)中當 α 值在 0.5 時，K-based transmission 與 One-based 的封包到達 率相差無幾，然而隨著所要求的成功率α 值 0.6 以及 0.7 使得 K-based transmission 在封包遺失率 0.4 以及 0.5 時的封包到達率相對於只傳送一次提升許多。然而由 於節點的傳送次數上升，使的全部傳送次數在遺失機率 0.4 以及 0.5 時提升許多(圖