BẢO đảm CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG các MẠNG AD HOC KHÔNG dây

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ NGUYỄN HỒNG CHIẾN BẢO ĐẢM CƠNG BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHÂN LỚP 802.11 MAC TRONG CÁC MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mơ hình mạng LAN khơng dây .3 1.1.1 Ad Hoc (IBSS- Independent Basic Service Set) 1.1.2 Tập dịch vụ sở hạ tầng (IBSS - Infrastructure Basic Service Set) 1.1.3 Tập dịch vụ mở rộng (ESS - Extended Service Set) 1.2 Mô tả chức phân lớp MAC 1.2.1 Kiến trúc MAC 1.2.1.1 Chức phối hợp phân tán (DCF) 1.2.1.2 Chức phối hợp điểm (PCF) 1.2.1.3 Sự tồn DCF PCF 1.2.1.4 Phân mảnh 1.2.1.5 Dịch vụ liệu MAC 1.2.1.6 Các kiểu khung 1.2.1.6.1 Định dạng khung 10 1.2.1.6.2 Định dạng khung thông thường 14 1.2.2 DCF 16 1.2.2.1 Cơ chế cảm biến tần số .18 1.2.2.2 Các thông báo nhận tầng MAC 18 1.2.2.3 Interframe space (IFS) .19 1.2.2.3.1 Short IFS (SIFS) 19 1.2.2.3.2 PCF IFS (PIFS) 20 1.2.2.3.3 DCF IFS (DIFS) 20 1.2.2.3.4 Extended IFS (EIFS) 21 1.2.2.4 Thời gian backoff ngẫu nhiên .21 1.2.2.5 Thủ tục truy cập DCF .22 1.2.2.5.1 Truy cập sở 23 1.2.2.5.2 Thủ tục Backoff 24 1.2.2.5.3 Thiết lập cài đặt lại NAV 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii 1.2.2.5.4 Điều khiển kênh 26 1.2.2.5.5 Cách sử dụng RTS/CTS với phân đoạn .28 1.2.2.5.6 Thủ tục CTS 29 1.2.2.5.7 Thủ tục ACK 30 1.2.2.5.8 Những quan hệ tính toán thời gian DCF 31 CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH NGUN NHÂN CỦA SỰ KHƠNG CƠNG BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY 34 2.1 Vấn đề không công luồng mạng Ad Hoc không dây 34 2.1.1 Không cân luồng gây tầng liên kết 34 2.1.2 Không cân luồng gây tầng MAC 36 2.2 Một số chế đảm bảo công luồng mạng không dây 38 2.2.1 Mơ hình lập lịch tập trung .38 2.2.1.1 Mơ hình mạng vấn đề liên quan đến công 39 2.2.1.1.1 Mơ hình mạng 39 2.2.1.1.2 Vấn đề tranh chấp phụ thuộc vị trí sử dụng lại khơng gian 39 2.2.1.1.3 Vấn đề xung đột công sử dụng kênh tối đa 40 2.2.1.1.4 Giải pháp không gian 40 2.2.1.2 Mơ hình lập lịch gói tin 42 2.2.1.2.1 Mơ hình fluid đồ thị tranh chấp luồng .42 2.2.1.2.2 Đạt công tối thiểu thông qua chia sẻ hàng đợi công 43 2.2.1.2.3 Các hàng đợi khe hàng đợi gói tin .45 2.2.2 Cơ chế phối hợp hàng đợi cho luồng 46 2.2.2.1 Cô lập lưu lượng liệu nguồn 47 2.2.2.2 Trọng số khác lưu lượng liệu chuyển tiếp 48 2.2.2.3 Hàng đợi cho luồng .49 2.2.3 Cơ chế phối hợp điều khiển truyền 50 2.2.3.1 Cơ chế nghe .50 2.2.3.2 Cơ chế backoff 51 2.2.3.3 Cơ chế tranh chấp sở 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv 2.2.3.4 Cơ chế điều khiển tốc độ 52 2.2.3.5 Vấn đề nút ẩn đa chặng 54 2.2.4 Cơ chế MACAW( Media Access Protocol for Wireless LAN’s) 55 2.2.4.1 Các quy tắc điều khiển trao đổi thông báo 55 2.2.4.2 Các quy tắc Backoff chép 57 2.2.5 Chuẩn IEEE 802.11 e MAC 60 CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN SỰ CÔNG BẰNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHÔNG DÂY .61 3.1 Giải pháp cải thiện công cho luồng tầng liên kết 61 3.2 Giải pháp cải thiện công cho luồng tầng MAC 63 3.3 Phân tích đặc trưng giải pháp cải thiện công 65 3.3.1 Đánh giá phân tích cơng cho luồng .65 3.3.2 Đánh giá phân tích mơi trường tiện ích .67 3.4 Đánh giá giải pháp thông qua mô 68 3.4.1 Mơ hình đơn chặng 69 3.4.2 Mơ hình đa chặng .73 KẾT LUẬN 77 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACK Acknownledgement Báo nhận AP Access Point Điểm truy nhập BSS Basic Service Set Tập dịch vụ sở CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định CFP Contention Free Period Chu kỳ không xung đột CP Contention Period Chu kỳ xung đột CRC Cyclic redundancy code Mã dư vòng CCA Clear channel assessment Đánh giá kênh toàn CW Contention window Cửa sổ xung đột CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance Đa truy nhập cảm nhận sóng mang nhằm tránh xung đột DCF Distributed Coordination Function Chức phối hợp phân tán DIFS DCF interframe space Khoảng cách liên khung DCF DS Distribution system Hệ thống phân phối ESS Extended service sets Tập dịch vụ mở rộng EIFS Extended interframe space Khoảng cách liên khung mở rộng FCS Frame check sequence Chuỗi kiểm tra khung FIFO First in First out Vào trước trước IBSS Independent BSS BSS không phụ thuộc IFS Interframe space Khoảng cách liên khung IEEE Institute of Electrical and Viện kỹ sư điện điện Electronics Engineers tử LAN Local area network Mạng cục LLC Logical link control Điều khiển liên kết logic MLME MAC sublayer Thực thể quản lý lớp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi management entity MAC MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MMPDU MAC management protocol data unit Đơn vị liệu giao thức quản lý MAC MPDU MAC protocol data unit Đơn vị liệu giao thức MAC MSDU MAC service data unit Đơn vị liệu dịch vụ MAC NAV Network Allocation Vector Vector định vị mạng PCF Point Coordination Function Chức phối hợp điểm PIFS PCF interframe space Khoảng cách liên khung ngắn PCF PLCP Physical layer convergence protocol Giao thức hội tụ tầng vật lý PS Power save (mode) Chế độ tiến kiệm lượng RA Receiver address Địa nhận RTS/CTS Request to Send/ Clear to Yêu cầu gửi/Sẵn sàng để Send nhận RR Round Robin Xoay vòng Rx Receive or receiver Nhận thiết bị nhận SA Source address Địa nguồn SFD Start frame delimiter Bắt đầu phạm vi khung SIFS Short interframe space Khoảng cách liên khung ngắn TA Transmitter address Địa thiết bị truyền Tx Transmit or transmitter Truyền thiết bị truyền WLAN Wireless LAN Mạng LAN không dây WEP Wired equivalent privacy Mã truy nhập tương đương có dây LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Tên bảng/ Hình vẽ Trang Hình 1.1 Mơ hình dịch vụ khơng có sở hạ tầng Hình 1.2 Mơ hình mạng sở hạ tầng Hình 1.3 Tập hợp dịch vụ mở rộng Hình 1.4 Mơ hình OSI kiến trúc phân lớp MAC Hình 1.5 Phân đoạn Hình 1.6 Định dạng khung MAC 11 Hình 1.7 Trường điều khiển khung 11 Bảng 1.1 Địa khác hai bit ToDS FromDS 14 Hình 1.8 Khung RTS 14 Hình 1.9 Khung CTS 15 Hình 1.10 Khung ACK 15 Hình 1.11 Một vài mối quan hệ IFS 19 Hình 1.12 Phương thức truy nhập sở 24 Hình 1.13 Thủ tục Backoff 25 Hình 1.14 RTS/CTS/DATA/ACK thiết lập NAV 26 Hình 1.15 Minh họa việc truyền đoạn MSDU sử dụng SIFS 27 Hình 1.16 RTS/CTS với MSDU phân đoạn 28 Hình 1.17 RTS/CTS với độ ưu tiên truyền thiếu báo nhận 29 Hình 1.18 Các mối quan hệ định thời DCF 32 Hình 2.1 Mơ hình khơng cơng xuất tầng liên kết 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii Hình 2.2 Mơ hình khơng cơng xuất tầng MAC 37 Hình 2.3 Mơ hình truy nhập kênh chế gốc Hình 2.4 Một mạng khơng dây đa chặng đơn giản với bốn nút sử dụng gateway 47 Hình 2.5 Những phối hợp hàng đợi thích hợp cho mạng không dây đa chặng (a) Hàng đợi tầng mạng đơn.(b) Hai hàng đợi công tầng mạng.(c) Hai trọng số hàng đợi tầng mạng.(d) Hàng đợi cơng cho luồng tầng mạng 48 Hình 3.1 Giải thuật xác định số lượng luồng 62 Hình 3.2 Giải thuật truyền gói tin 64 Hình 3.3 Một thao tác truy nhập kênh đợi DIFS 64 Hình 3.4 FairnessIndex chế với mơ hình mạng hình 2.1 67 Hình 3.5 FairnessIndex chế với mơ hình mạng hình 2.2 67 Bảng 3.1 Các tham số mô 68 Bảng 3.2 Các đặc trưng riêng biệt giải pháp 69 Hình 3.6 Mơ hình đơn chặng 70 Hình 3.7 Thơng lượng đạt luồng mơ hình đơn chặng 70 Hình 3.8 So sánh FairnessIndex chế mơ hình đơn chặng 71 Hình 3.9 So sánh FairnessIndex (CBR) với số luồng S2 72 Hình 3.10 So sánh mơi trường tiện ích mơ hình đơn chặng 73 Hình 3.11 Mơ hình đa chặng 73 Hình 3.12 Thơng lượng đạt luồng mơ hình đa chặng 74 Hình 3.13 So sánh FairnessIndex chế mơ hình đa chặng 75 Hình 3.14 So sánh mơi trường tiện ích mơ hình đa chặng 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Các mạng Ad Hoc di động thu hút ý hình mẫu cấu hình mạng tương lai, với lợi ích có khả triển khai nhanh chúng khơng cần thiết bị phụ thuộc tồn Đồng thời, mạng Ad Hoc dựa vào giao thức định tuyến đặc biệt, giao thức phải sửa lại nhằm đáp ứng với thay đổi cấu trúc liên kết mạng Trong công nghệ mạng LAN không dây, tiêu chuẩn IEEE 802.11MAC xem công nghệ bật triển khai mạng Ad Hoc Sự nhận thức rõ mạng Ad Hoc di động, việc cung cấp QoS (Quality of Service) hỗ trợ mạng Ad Hoc nhiệm vụ quan trọng Trong số nhiều tham số QoS, công luồng vấn đề quan trọng mạng Ad Hoc Trong mạng có dây truyền thống, không công luồng xảy chủ yếu tầng liên kết Tuy nhiên, mạng Ad Hoc di động, ngồi tầng kết nối, tầng MAC có ảnh hưởng quan trọng vấn đề công luồng Mặc dù IEEE 802.11 MAC cung cấp phân chia băng thông hợp lý cho nút, để đạt công cho luồng, cần đến phương thức đưa phân chia băng thông công cho luồng Đề tài “Bảo đảm công luồng mạng Ad Hoc không dây” viết với mong muốn góp phần giải vấn đề cấp thiết Tình hình nghiên cứu Hiện nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu đưa nhiều phương pháp khác nhằm đạt công mạng khơng dây Nhưng kết đạt khơng cịn áp dụng vào mạng Ad Hoc mà hoạt động mạng không dựa tồn sở hạ tầng tập trung Do đó, việc nghiên cứu cách hệ thống vấn đề công mạng Ad Hoc không dây nhằm đưa giải pháp để tăng cường QoS luồng tạo chế đáp ứng công mạng Ad Hoc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục đích nghiên cứu Trên sở nghiên cứu số vấn đề lý luận nguyên lý, chế hoạt động giao thức 802.11 kinh nghiệm dựa số viết công mạng không dây, tác giả xác lập luận khoa học cho việc xây dựng chế nhằm đảm bảo công mạng Ad Hoc Tìm hiểu nguyên nhân gây khơng cơng thơng qua việc phân tích chế hoạt động giao thức mơ hình ứng dụng cụ thể Từ đưa giải pháp nhằm cải thiện công cho luồng khả thực thi tiện ích mơi trường mạng Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu vấn đề là: Lý luận liên quan đến mơ hình, cấu trúc, hoạt động phân lớp 802.11 MAC mạng không dây; kinh nghiệm nghiên cứu công mạng không dây; phân tích kết đạt việc nghiên cứu công mạng Ad Hoc Phạm vi nghiên cứu: Cơ chế hoạt động DCF phân lớp MAC tầng liên kết chuẩn IEEE 802.11b Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục đích đề ra, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: Phương pháp phân tích, phương pháp mô tả, phương pháp thống kê, mô Kết cấu luận văn Ngoài Lời mở đầu kết luận, nội dung luận văn trình bày ba chương: Chương I: “Tổng quan phân lớp 802.11 MAC mạng không dây” Chương II: “Phân tích ngun nhân khơng cơng luồng mạng Ad Hoc không dây” Chương III: “Giải pháp cải thiện công mạng Ad Hoc không dây” LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 65 3.3 Phân tích đặc trưng giải pháp cải thiện công Những giải pháp đưa nhằm mục đích đảm bảo cơng cho luồng mạng Ad Hoc không dây Bởi vậy, chúng đánh giá dựa hai tiêu chí phân tích cơng đặc trưng mơi trường tiện ích 3.3.1 Đánh giá phân tích cơng cho luồng Để đo công hệ thống với nhiều luồng, độ đo sử dụng để số công cho luồng [13] Công thức số công sau: n T i FairnessIndex =   Avg i 1 2(n  1) Avg (6) đây, n số lượng luồng, Ti thông lượng luồng i, Avg thơng lượng trung bình đạt tất n luồng Như định nghĩa trên, FairnessIndex trình bày thuộc tính sau đây:  FairnessIndex xác định cách lấy giá trị khoảng từ đến cho số lượng luồng Khi mạng hoàn tồn cơng cho luồng (tất luồng có thơng lượng), FairnessIndex Ngược lại, nhận giá trị mạng hồn tồn khơng cơng (một luồng chiếm tất dải thông luồng cịn lại khơng sử dụng)  Nó liên tục (mỗi thay đổi thông lượng luồng ảnh hưởng tới giá trị số)  Đơn vị phép đo không ảnh hưởng tới số  Nếu n luồng, k chia sẻ tương đương tồn băng thơng n – k lại rỗi, FairnessIndex (k-1)/(n-1) Tử số phân số công thức tổng giá trị tuyệt đối khác thông lượng luồng từ thơng lượng trung bình Tổng lớn, hệ thống không công bằng, thông lượng riêng biệt lệch so với giá trị trung bình Trong trường hợp xấu nhất, luồng luồng hoạt động tất luồng khác rỗi Trong trường hợp này, hiệu số tuyệt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 66 luồng rỗi Avg (khi Ti = 0), luồng hoạt động, hiệu số tuyệt đối (n-1)*Avg Tổng n-1 số hạng (n-1)*Avg Cộng hiệu số tuyệt đối cho luồng hoạt động, 2(n-1)*Avg, giá trị phân chia phù hợp với kết chuẩn hố Do đó, mẫu số phân số giá trị tuyệt đối khác thông lượng luồng từ thông lượng trung bình trường hợp mạng hồn tồn khơng cơng Để so sánh đặc tính cơng chế gốc giải pháp đưa ra, mơ hình mạng hình 2.2 xem xét Tỷ lệ lưu lượng truy cập nguồn gửi G, băng thông môi trường trung bình cực đại B Giả sử vùng đệm nút S1 chia sẻ công Flow1 Flow2 (điều có nghĩa gói tin gửi đến tầng MAC theo cách công cho luồng ), thông lượng đạt Flow1 Flow2 xấp xỉ Biểu diễn thông lượng Flow1 Flow2 Th(Flow1) thông lượng Flow0 Th(Flow0) Trước tiên, FairnessIndex tính tốn chế gốc điều chỉnh phù hợp với mơ hình mạng Từ chế gốc công cho nút, thông lượng đạt luồng là:  Th(Flow0) = Th(Flow1) = G  B-G  Th(Flow0) = G, Th(Flow1) =   B B Th(Flow0) = , Th(Flow1) =   ( nÕu G  B ) B B  G< ) B ( nÕu G  ) ( nÕu (7) Từ (6) (7), FairnessIndex mơ hình chế gốc là:  1,   3(B - G) , FairnessIndex=  2B 3  , 4  ( nÕu G  B ) B B  G< ) B ( nÕu G  ) ( nÕu (8) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 67 Bây FairnessIndex tính tốn mà giải pháp điều chỉnh phù hợp với mô hình mạng hình 2.2 Như hình 3.3 cho thấy, chế đưa cho phép phân chia băng thông cơng tới luồng, từ thơng lượng luồng (Th(Flow0) = Th(Flow1) = Th(Flow2)), FairnessIndex giữ lấy toàn phạm vi G Dựa kết này, so sánh FairnessIndex chế minh hoạ với hai mơ hình mạng Rõ ràng, giải pháp đưa cải thiện đáng kể công cho luồng FairnessIndex Cơ chế đưa Cơ chế gốc B/2 G Hình 3.4 FairnessIndex chế với mơ hình mạng hình 2.1 FairnessIndex Cơ chế đưa 3/4 Cơ chế gốc B/3 B/2 G Hình 3.5 FairnessIndex chế với mơ hình mạng hình 2.2 3.3.2 Đánh giá phân tích mơi trường tiện ích Mơi trường tiện ích đặc trưng quan trọng mạng nút chia sẻ môi trường không dây Để đo môi trường tiện ích, cơng thức tính tốn thời gian trung bình sử dụng để truyền gói tin sau: Mơi trường tiện ích = Thêi gian sư dơng  100% (9) Tæng sè thêi gian LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 68 Thời gian sử dụng không bao gồm thời gian dùng cho lần truyền thất bại xung đột Cơ chế gốc yêu cầu nút thực giải thuật backoff kết thúc truyền Mặt khác, giải pháp đưa cho phép nút truyền vài gói tin mà không cần thực giải thuật backoff phiên truyền Như vậy, làm sáng tỏ rằng, trái với chế gốc, giải pháp đưa làm giảm bớt chi phí thời gian tham gia thực vài chế backoff Vì thế, Thời gian sử dụng tăng lên dẫn đến cải thiện mơi trường tiện ích Do đó, dẫn đến cải thiện toàn thực thi mạng 3.4 Đánh giá giải pháp thông qua mô Các giải pháp đưa dựa đánh giá mô sử dụng mô mạng ns-2 Bảng cho thấy tham số sử dụng cho mô sau: Bảng 3.1 Các tham số mô Thời gian mô 50 s Kiểu Antenna Ommi directional Mơ hình lan truyền Free space & Two-ray Dải truyền 250 m Giao thức MAC IEEE 802.11b (RTS/CTS) Băng thông môi trường cực đại MBit/s Kiểu vùng đệm FIFO, RR Kích thước vùng đệm 50 pkts Giao thức định tuyến DSDV Kiểu lưu lượng UDP/CBR, TCP/FTP Khoảng cách gói tin CBR 1-20 ms Kích thước cửa sổ cực đại TCP 20 pkts Kích thước gói tin 512 byte, 1Kbyte LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 69 Các đặc trưng đánh giá với hai lưu lượng UDP/CBR TCP/IP bao gồm thông lượng luồng riêng biệt, tổng thông lượng mạng, công cho luồng, môi trường tiện ích Để đo công cho luồng mơi trường tiện ích, độ đo trình bày (6) (9) sử dụng Giả thiết vấn đề cơng bằng, mơ hình mạng xem xét tất lưu lượng có tỷ lệ truyền tin giống Bằng mô phỏng, đặc trưng giải pháp đưa so sánh với hai chế gốc chế FIFO chế RR Bảng 3.2 Các đặc trưng riêng biệt giải pháp Các giải pháp Tầng liên kết Tầng MAC Cơ chế FIFO Bộ lập lịch FIFO IEEE 802.11 b Cơ chế RR Bộ lập lịch RR IEEE 802.11 b Cơ chế đưa Bộ lập lịch RR Sự phối hợp Như bảng cho thấy, hai chế gốc sử dụng IEEE 802.11 b tầng MAC Tuy nhiên, tầng liên kết, chế FIFO sử dụng FIFO làm chế lập lịch, chế RR sử dụng RR làm chế lập lịch Trong chế đưa ra, số lượng gói tin tối đa gửi truy cập kênh đơn (Max_flow) cố định Hai kiểu mơ hình mạng sử dụng để đánh giá khả thực thi mơ hình đơn chặng (được đánh giá nơi mà không công cho luồng chủ yếu gây tầng MAC) mơ hình đa chặng (được đánh giá nơi mà không công cho luồng chủ yếu gây tầng liên kết) 3.4.1 Mơ hình đơn chặng Cho mơ hình mạng đây, S0 S2 nút gửi phạm vi dải truyền khác nhau, S0 có luồng (Flow0) S2 có n luồng (Flow1- Flow n) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 70 Hình 3.6 Mơ hình đơn chặng Đầu tiên, đặc trưng công đánh giá với số luồng nút S2 với n 400 Flow0 Flow1 Flow2 350 Throughput(kbps) 300 250 200 150 100 50 FIFO RR Đưa Hình 3.7 Thơng lượng đạt luồng mơ hình đơn chặng Như kết hình 3.7 cho thấy thơng lượng riêng biệt luồng ứng với chế, gói CBR (Constant Bít Rate) khoảng thời gian 0.01s Sự khác thông lượng luồng rõ ràng chế FIFO ứng dụng vào mơ hình mạng Để so sánh với chế FIFO, chế RR, thông lượng thu Flow1 Flow2 gần Tuy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 71 nhiên, thông lượng thu Flow0 cao nhiều so với Flow1 Flow2 Trong chế gốc, thông lượng Flow0 xấp xỉ với tổng thông lượng Flow1 Flow2 Trái ngược với chế gốc, chế đưa đạt thông lượng cho luồng Tồn thơng lượng mạng với chế FIFO, chế RR chế đưa tương ứng 692.38 [kpbs], 692.46 [kbps], 700.10 [kbps] Rõ ràng, tồn thơng lượng chế đưa cao nhiều so chế gốc xấp xỉ khoảng [kpbs] Việc gia tăng tồn thơng lượng thể cải thiện mơi trường tiện ích Qua kết cho thấy, chế đưa có hiệu khơng cơng cho luồng mà cịn tồn thực thi mạng FIFO RR Đưa 0.9 FairnessIndex 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.02 0.015 0.01 0.005 0.001 TCP CBR (sec) Hình 3.8 So sánh FairnessIndex chế mơ hình đơn chặng Hình 3.8 cho thấy so sánh FairnessIndex ba chế với khoảng thời gian truyền gói tin CBR khác từ [0.001s đến 0.02s] Ngoài ra, kết kết nối TCP cho thấy Từ kết hình cho thấy công cho luồng chế FIFO phụ thuộc vào việc gia tăng tốc độ truyền CBR Điều giải thích cơng chế chuẩn giảm sút với gia tăng tốc độ truyền CBR phương trình (5) Ngược lại chế RR, cung cấp dịch vụ công cho luồng tầng liên kết, cải thiện đặc trưng công tốt so với chế FIFO Tuy nhiên, chế RR có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 72 đặc trưng công thấp so với chế đưa cho phép Flow0 giữ thơng lượng cao nhiều so với luồng lại Như rõ ràng chế đưa cải thiện đáng kể cơng bằng, FairnessIndex xấp xỉ tồn phạm vi khoảng cách hai loại lưu lượng UDP TCP So sánh đặc trưng cơng hình 3.8 hình 3.5 với kết thu thí nghiệp mơ phân tích lý thuyết, lần lượt, chế đưa chế RR Trục nằm ngang hình 3.5 hình 3.8 cho thấy tốc độ truyền CBR (G) khoảng thời gian truyền gói tin CBR, PacketSize Khi PacketSize t giá trị số, rõ giảm sút t ( trục nằm ngang hình tương ứng G biểu diễn t G = 3.8) tương đương với gia tăng G (trục nằm ngang hình 3.5 ) Hình 3.8 cho thấy FairnessIndex chế đưa đạt xấp xỉ toàn dải trục nằm ngang Mặt khác, FairnessIndex chế RR đạt bên trái trục nằm ngang Sau từ từ giảm bớt xuống tới 0.75 (=3/4), cuối trở nên ổn định xung quanh 0.75 Bằng việc so sánh đặc trưng cơng điều hình 3.5, cho thấy chúng tương tự mẫu đặc trưng chứng minh tính hợp lệ phân tích lý thuyết Tiếp theo, đặc trưng cơng chế CBR (trong FairnessIndex khoảng thời gian 0.01s) đánh giá với số luồng nút S2 với n 0.9 0.8 0.7 FIFO RR Đưa 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 CBR (sec) Hình 3.9 So sánh FairnessIndex (CBR) với số luồng S2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 73 Các kết cho thấy FairnessIndex chế gốc giảm sút với gia tăng số lượng luồng S2 Cơ chế đưa cải thiện cách đáng kể công cho luồng toàn phạm vi n Cuối cùng, đặc trưng mơi trường tiện ích đánh giá số lượng luồng S2 thay đổi từ đến 98 Môi trường tiện ích (%) 97 96 95 FIFO RR 94 Đưa 93 92 91 90 Số lượng luồng S2 Hình 3.10 So sánh mơi trường tiện ích mơ hình đơn chặng Như hình 3.10 cho thấy, chế đưa cải thiện Môi trường tiện ích lên tới 2% 3.4.2 Mơ hình đa chặng Mơ hình mạng đánh giá, S1 khởi nguồn từ Flow1 có hướng tới S3, S2 khởi nguồn từ Flow2 có hướng tới S3 Từ S1 S3 khơng nằm dải truyền với nhau, S2 sử dụng nút nhảy cho Flow1 Vì vậy, vùng đệm S2 chia sẻ hai luồng Trong mơ hình này, vấn đề mà cơng cho luồng trở nên xấu tầng liên kết Hình 3.11 Mơ hình đa chặng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 74 Khi S2 cung cấp dịch vụ chuyển tiếp tới Flow1, vùng đệm S2 chia sẻ hai luồng Hình 3.12 mơ tả so sánh thông lượng luồng riêng biệt khoảng thời gian truyền gói tin CBR 0.01s Như hình cho thấy, chế FIFO có thơng lượng khác luồng lớn Để so sánh với chế FIFO, chế đưa chế RR có cải thiện cơng bằng, chế RR cho thấy đặc trưng công tốt so với chế đưa Điều giải thích sau, để gửi gói tin theo cách cơng hồn tồn cho luồng, lập lịch RR S2 nhận gói tin gửi từ đệm tới Flow1 Flow2 Nếu đệm trống khoảng thời gian, mà thời gian đó, RR gửi gói tin từ vùng đệm lại dẫn đến giảm sút công cho luồng Để làm rõ xem xét đệm Flow2 bắt nguồn từ S2, tốc độ cung cấp lớn so với băng thơng trung bình Như có nhiều gói tin ln tồn đệm 300 Throughput (kbps) 250 Flow1 Flow2 200 150 100 50 FIFO RR Đưa Hình 3.12 Thơng lượng đạt luồng mơ hình đa chặng Bây giờ, đệm Flow1 xem xét chế RR ứng dụng vào mơ hình Khi chế MAC chuẩn cung cấp phân chia kênh công cho luồng, S1 S2 truyền gói tin theo tốc độ xấp xỉ Tuy nhiên, S1 có luồng Flow1 S2 có hai luồng Flow1 Flow2 để gửi đi, hiển nhiên S2 nhận Flow1 với tốc độ cao so với tốc độ truyền Flow1 Do đó, đệm cho S1 ln có gói tin lưu giữ Vì thế, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 75 lập lịch RR S2 chế RR gửi gói tin từ đệm, kết cải thiện công cách đáng kể Mặt khác, từ chế đưa cung cấp phân chia kênh công cho luồng, S2 nhận gửi Flow1 với tốc độ gần Vì thế, S2 nhận kênh, có khả khơng có gói tin Flow1 để gửi Trong trường hợp khác, S2 gửi gói tin Flow2 Như vậy, Flow2 đạt thông lượng cao so với thông lượng Flow1 Điều dẫn đến đặc trưng công cho luồng thấp so với mức chế RR Tồn thơng lượng mạng với chế FIFO, chế RR chế đưa tương ứng 334.48 [kpbs], 334.48 [kbps], 398.46 [kbps] Rõ ràng, chế đưa cải thiện toàn thơng lượng với khoảng chừng 64 kBít/s 0.9 FairnessIndex 0.8 0.7 FIFO RR Đưa 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.02 0.015 0.01 0.005 0.001 TCP CBR (sec) Hình 3.13 So sánh FairnessIndex chế mơ hình đa chặng Hình 3.13 cho thấy so sánh công chế khoảng thời gian truyền gói tin CBR thay đổi FairnessIndex chế FIFO giữ 0.009 0.005 khoảng thời gian truyền gói tin CBR 0.005 0.001 giây, tương ứng Hình 3.13 cho thấy cơng chế FIFO sụt giảm cách đáng kể với gia tăng tốc độ truyền CBR So sánh với điều này, chế RR chế đưa cải thiện đáng kể công bằng, FairnessIndex cao đạt 99% chế RR 92% chế đưa Tuy nhiên, tất chế, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 76 FairnessIndex với lưu lượng TCP khơng thể vượt q 30% Đó nguồn gửi TCP Flow1 thường xuyên tác động trở lại với mát ngẫu nhiên thực thi giải thuật điều khiển tắc nghẽn 98 Mơi trường tiện ích (%) 96 94 FIFO 92 RR Đưa 90 88 86 84 82 0.02 0.015 0.01 0.005 0.001 TCP CBR (sec) Hình 3.14 So sánh mơi trường tiện ích mơ hình đa chặng Cuối cùng, hình 3.14 cho thấy so sánh mơi trường tiện ích ba chế với khoảng thời gian truyền gói tin CBR khác Như kết cho thấy, so sánh với chế gốc, chế đưa đạt mơi trường tiện ích cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 77 KẾT LUẬN Để cải thiện công cho luồng mạng Ad Hoc không dây, luận văn “Bảo đảm công luồng mạng Ad Hoc không dây” nghiên cứu đưa chế cho phép nút gửi vài gói tin luồng khác truy nhập kênh đơn thông qua chương Chương I tập trung vào trình bày số khái niệm, đặc điểm, chế hoạt động mô hình mạng Ad Hoc kiến trúc phân lớp 802.11 DCF MAC mạng không dây Chương II phân tích ngun nhân xảy khơng cơng hai tầng liên kết tầng MAC nghiên cứu chế đề xuất liên quan đến việc cải thiện công mạng không dây Chương III tập trung vào việc đánh giá, phân tích giải pháp nhằm đạt công cho luồng mạng Ad Hoc Luận văn kết hợp lý luận thực tiễn để nghiên cứu chế công mạng không dây nhằm đưa phương thức chi tiết vấn đề công mạng Ad Hoc, kết đạt tồn chế hoạt động chuẩn IEEE 802.11 Luận văn đưa chế mà yêu cầu thay đổi không lớn phân lớp IEEE 802.11 MAC chuẩn, hai kiểu mơ hình mạng tính tốn để đánh giá hiệu chế đưa số gói tin lớn gửi truy nhập kênh đơn cố định Đầu tiên, mơ hình đơn chặng sử dụng để chứng thực cải thiện khả thực thi tầng MAC Sau đó, mơ hình đa chặng sử dụng để chứng thực cải thiện khả thực thi tầng liên kết Các kết cho thấy chế đưa cải thiện cơng cho luồng, tồn thực thi, mơi trường tiện ích mạng Những giải pháp đề có tính khả thi cao xuất phát từ phân tích đánh giá chặt chẽ kết hợp với ứng dụng thực tế Nếu thực hiện, giải pháp có khả triển khai hệ thống địi hỏi tính sẵn sàng cao mà không phụ thuộc vào sở hạ tầng mạng nhằm đạt công ổn định mạng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Anh James F.Kurose and Keith W.Ross (2005), Computer Networking a topdown Approach Featuring the Internet, 3/E, ISBN 0321269764, Addison Wesley, pp 503 - 523 Gary J.Mullett (2006), Wireless Telecommunications Systems and Networks, Thomson Delmar Learning, pp 385 - 435 Hsieh HY, Sivakumar R (2001), “Performance comparison of cellular and multi-hop wireless networks”, A quantitative study Proc ACM SIGMETRICS, Boston, pp 113-122 Katevenis M, Stefanos S, Courcoubetis (1991), “Weighted round-robin cell multiplexing in a general-purpose ATM switch chip”, IEEE Journal Selected Areas Communication, volume 9, pp 1265-1279 ANSI/IEEE Std 802.11 (1999) Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications Koksal CE, Kassab H, Balakrishnan H (2000), “An analysis of short-term fairness in wireless media access protocols”, ACM SIG-METRICS, Santa Clara, CA, pp 118-119 Luo H, Lu S, Bharghavan V (2000), “A new model for packet scheduling in multihop wireless networks”, MOBICOM, pp 76-86 Jangeun J, Sichitiu ML (2003), “Fairness and QoS in multihop wireless networks”, IEEE Veh Technol Conf, volume 5, pp 2936-2940 Woo A, Culler DE (2001), “A transmission control scheme for media access in sensor networks”, MOBICOM, Rome, pp 221-235 10 Bharghavan V, Demers A, Shenker S, Zhang L (1994), “MACAW : A media access protocol for wireless LANs”, SIGCOMM, pp 212-225 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ix 11 Oyunchimeg Shagdar and Bing Zhang (2005), “Improving per-flow fairness in Wireless Ad Hoc Networks”, IEEE Wireless Communication and Networking Conference, New Orleans, USA, NET39-4 12 IEEE 802.11 WG (2001), Draft Supplement to Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: Medium Access Control (MAC) Enhancements for Quality of Service (QoS), IEEE 802.11e/D2.0 13 Vardalis D (2001) On the efficiency and fairness of wired/wireless networks, Master’s thesis, State University of New York at Stony Brook, pp 19-20 14 USB/LBNL/VINT Networks Simulator ns (version2), http://www.isi.edu/nsnam/ns 15 Choi S, del Prado J, Shankar S, Mangold S (2003), “IEEE 802.11e contention-based channel access (EDCF) performance evaluation”, Proc IEEE ICC, Anchorage, AL, pp 1151-1156 16 Pentikousis K (2003), “TCP in wired-cum-wireless environments”, IEEE Commun Surv, volume 3, pp 2-14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... download : add luanvanchat@agmail.com 34 CHƯƠNG II PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN CỦA SỰ KHÔNG CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHƠNG DÂY 2.1 Vấn đề khơng cơng luồng mạng Ad Hoc không dây Mạng Ad Hoc không. .. SỰ KHÔNG CÔNG BẰNG LUỒNG TRONG CÁC MẠNG AD HOC KHƠNG DÂY 34 2.1 Vấn đề khơng công luồng mạng Ad Hoc không dây 34 2.1.1 Không cân luồng gây tầng liên kết 34 2.1.2 Không cân luồng. .. 802.11 MAC mạng khơng dây? ?? Chương II: “Phân tích ngun nhân không công luồng mạng Ad Hoc không dây? ?? Chương III: “Giải pháp cải thiện công mạng Ad Hoc không dây? ?? LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com