Chapter 4 Simulation Results and Performance Analysis
4.2 Simulation results for IWS
在這節裡面我們將針對我們之前對 IWS 所提出的 MAC protocol 作模 擬，並與原始未採用此 protocol 之架構作比較，且驗證是否有解決我們前述 所提到的在網路 load 不平衡狀態下所產生的 fairness 問題。
且在此我們將觀察在幾個不同 unbalanced load 底下 (Table 2)，此 protocol 對 fairness 改進的程度，且我們亦會考慮若為 bursty traffic 且在不同 burstiness 底下是否仍有相同的效果。
Tab. 2: Unbalanced load traffic cases of IWS
我們在此共考慮五種 unbalanced load 的情況，在 case 1 跟 2 我們均假設
node 1 為 malicious node，亦即其 traffic 流量非常大且超乎我們所預期，我 們將觀察在此情況下它會對其他 node 產生的影響以及我們所提出的 protocol 是否能克服此影響; 而 case 3 跟 4 我們則假設若網路中的 malicious node 不只一個，考慮其他 node 在 load 低或 load 高時可能的影響; 最後在 case 5 我們考慮的是具四個高流量的節點且探討此高流量節點間 fairness 的 問題。
接下來我們考慮 IWS 系統在此五個 case 下針對不同 burstiness 的 busty traffic 去作分析，且其中 mean end-to-end delay 代表的是一個從 packet 自其 抵達 packet buffer 等待傳送一直到被接收下來所需的時間。
Fig. 28-1: Mean access delay vs node index in case 1 of unbalanced traffic
Fig. 28-2: Mean end-to-end delay vs node index in case 1 of unbalanced traffic
Fig. 29-1: Mean access delay vs node index in case 2 of unbalanced traffic
Fig. 29-2: Mean end-to-end delay vs node index in case 2 of unbalanced traffic
由
Figure 28-1
以及Figure 28-2
我們可以看出在 case 1 底下，由於 node 1 為 malicious node 其 traffic 流量非常大，因此造成位於其下游的節點因為 可用的頻寬絕大部分都被 node 1 給搶走了，故產生 starvation 的現象，且由 圖我們可以發現越靠近 node 1 之 node 其 mean access delay 越大，表示其因 為一直得不到 access 的機會造成封包平均必須停留在 packet buffer 內等待很 長的時間才有辦法傳送出去，因此也造成其 mean end-to-end delay 在越靠近 malicious node 之 node 會越大。且在此我們亦考慮不同 burstiness 的 traffic，我們亦可發現當 burstiness 越大時，packet 的平均 delay 均會越大。
而若是套用我們所提出的 MAC protocol for IWS，我們可以發現原先靠 近所有節點的 mean access delay 幾乎不會因為 node 1 為 malicious node 而有 所影響，亦即所有 node 大家的 access 機會是相等的，並不會因為離 node 1
距離的遠近而有所改變; 原因是因為我們採用了 access cycle 的想法，即使 有些 node 因為得不到頻寬而產生 starvation 的現象，我們亦可藉由此 access cycle 去增加其 access 的機會，進而保障其該得的頻寬。
我們再觀察 mean end-to-end delay 亦呈現一個近乎平坦的現象，原先在 node 11 之前的節點受 node 1 影響導致 end-to-end delay 增大的效應已有了非 常明顯的改善，但值得注意的是 node 11 之後的節點其 end-to-end delay 亦 有所增長; 而這是合理的，因為在我們所提出的架構裡我們利用了 optical delay line 於每個 node 使用，故原先遠離 node 1 之節點會因為此 optical delay line 的效應造成其 mean end-to-end delay 增長，不過由 simulation 的結果我 們可以確認此結果是我們可容忍的，因為所有 node 的 mean end-to-end delay 由 simulation 結果發現並不會因為距離 malicious node 的遠近而有很大的差 別。
而由
Figure 29-1
以及Figure 29-2
我們亦可看出若其他 node 提高其 load 時，在 fairness 問題的改善上亦有顯著的成果，不同的是我們可以發現在 node 2 以及 node 3 其 packet delay 的降低不若其他 node 來得明顯; 這是因為 我們現在提高了其他 node 的 load，而當越靠近 malicious node 之節點其 access 機會的獲得就越需要 access cycle 的幫助，而我們之前 access cycle 的 概念是在一個 cycle time 內可以允許有一次 access 的機會，而此刻因為 node 2 和 node 3 的 load 增加了，故該 access cycle 雖然亦可增加其 access 的機會卻可能無法完全滿足，不過與原始不採用此 protocol 的架構相比，卻已有很 明顯的改善了。同理在 mean end-to-end delay 上後段節點 mean end-to-end delay 的增加亦是因為 optical delay line 的影響，而在前段靠近 malicious node 的節點其 mean end-to-end delay 亦可以有效的降低，整體而言仍是處於一個 較 fair 的狀況。
而我們亦可發現不同 burstiness 的 traffic 在此 protocol 的運用下均可有 效改善其 fairness 的問題，只是若 burstiness 越大時其 delay 亦會較大。
接下來我們將考慮若網路中的 malicious node 不只一個，在此我們假設 node 1 及 node 11 具有較高的流量，觀察其他 node 在此情況下會受到何種 影響以及我們所提出的 access protocol 是否能改善此種效應，如 case 3 及 case 4 所示。
Fig. 30-1: Mean access delay vs node index in case 3 of unbalanced traffic
Fig.30-2: Mean end-to-end delay vs node index in case 3 of unbalanced traffic
Fig. 31-2: Mean end-to-end delay vs node index in case 4 of unbalanced traffic
由
Figure 30-1
及Figure 30-2
我們可以看出若網路上具有兩個高流量的 節點 node 1 及 node 11 時，則我們可看出此兩個 node 將會造成其下游接近 節點之 mean access delay 較遠離該 node 的大許多，因此即使其他節點均具 有相同的 traffic arrival rate 卻產生 unfair 的現象。而若是在 medium access control 上加入我們所提出的 protocol，我們可以發現在 mean access delay 上 所產生的 unfair 現象可獲得很好的改善，亦即原先靠近流量大的節點已經因 為 access cycle 的機制而得到其應有的頻寬。而在Figure 30-2
裡我們亦可看 出靠近該兩個 node 的 mean end-to-end delay 亦可有效降低，而較遠離之節 點如 node 6-10 以及 node 16-20 會因為當 packet 在傳送的過程當中可能需要 進入 optical delay line 內暫存而導致 mean end-to-end delay 的增加，不過因 為所有的 node 的 mean end-to-end delay 均不會有太大的差別，故這種情況是我們可以接受的。
同理，在
Figure 31-1
及Figure 31-2
我們所考慮的是其他 node 的 traffic arrival rate 亦增加的情況下，則此時在 unfair 程度的改善雖不若 case 3 來得 好，但是我們對於如 node 2 以及 node 12 因為 starvation 的現象而導致 mean access delay 急遽上升的情形，在運用此 protocol 後亦可以有相當幅度的抑 制，亦即原先 unfair 的情形亦獲得緩和，且 mean end-to-end delay 亦較原先 不採取此 protocol 比有明顯的改善。最後我們考慮在網路中若具有四個高流量的節點而其他節點的流量正 常的 case 下所得的模擬結果(Figure 32-1, Figure 32-2)。我們可發現雖然經過 insertion 的機制後，原先流量正常的節點如 node 5 以後的節點所受到的 unfair 現象已獲得改善; 但是就 node 1 至 node 4 之間，我們仍可發覺 node 1 相較於 node 4 仍是處於一個較有利的位置，它們之間仍存在 unfair 的問題
，亦即我們對於那些流量高的節點之間所產生的公平性問題仍有待克服。
Fig. 32-1: Mean access delay vs node index in case 5 of unbalanced traffic
Fig. 32-2: Mean end-to-end delay vs node index in case 5 of unbalanced traffic