Nghiên cứu phương pháp phân tích và đánh giá chất lượng dịch vụ cho các mạng cục bộ không dây dựa trên chuẩn IEEE 802 11

BùI NGọC ANH Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội 0o0 Luận văn thạc sỹ khoa học CÔNG NGHệ THÔNG TIN Nghiên cứu phơng pháp phân tích đánh giá chất lợng dịch vụ cho mạng cục không dây dựa chuẩn IEEE 802.11 BïI NGäC ANH 2004-2006 Hµ néi 2006 Hµ Néi 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -1- Mục lục Mục lục Danh mục số từ viết tắt .3 Danh mục hình vẽ Chương I Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích luận văn 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .8 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.5 Nội dung luận văn Chương II Tổng quan mạng cục không dây 10 2.1 Khái niệm mạng cục không dây (WLAN) 10 2.2 Một số đặc điểm ưu nhược điểm mạng cục không dây 11 2.2.1 Đặc điểm 11 2.2.2 Ưu điểm 12 2.2.3 Nhược điểm 12 2.3 Lịch sử phát triển mạng cục không dây 14 2.4 Chế độ hoạt động hệ thống mạng cục không dây: 21 2.4.1 Chế độ làm việc ngang hàng – Ad-hoc mode 21 2.4.2 Chế độ làm việc sở hạ tầng – Infrastructure mode 22 Chương III Kĩ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ mạng truyền thống 24 3.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS) .24 3.2 Những tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ .28 3.2.1 Trễ 29 3.2.2 Biến thiên trễ 30 3.2.3 Tổn thất gói tin .32 3.3 Các ứng dụng đòi hỏi phải đảm bảo chất lượng dịch vụ 33 3.4 Các chế đảm bảo chất lượng dịch vụ .33 Chương IV Tổng quan chuẩn IEEE 802.11 vấn đề đánh giá chất lượng dịch vụ mạng cục không dây 35 4.1 Tổng quan chuẩn IEEE 802.11 35 4.1.1 Các chuẩn 802.11 .37 4.1.1.1 IEEE 802.11b 39 4.1.1.2 IEEE 802.11a 39 4.1.1.3 IEEE 802.11g 40 4.1.1.3 IEEE 802.11i 41 4.1.1.4 Các chuẩn khác IEEE 802.11 41 4.1.2 Vấn đề phân chia kênh tương tích phạm vi quốc tế 41 4.2 Cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ ban đầu giao thức IEEE 802.11 43 4.2.1 Hàm điều phối phân tán (DCF) 43 4.2.2 Hàm điều phối điểm (PCF) 43 4.3 Cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ cải tiến 802.11e .44 4.3.1 Hàm điều phối phân tán cải tiến (EDCF) 44 Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -2- 4.3.2 Hàm điều phối quản lý truy cập kênh (HCCA) 45 4.4 Các đặc tả khác 802.11e .45 4.4.1 APSD 46 4.4.2 BA 46 4.4.3 DLS 46 Chương V Các kĩ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ mạng cục không dây 47 5.1 Cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ mạng không dây ban đầu chuẩn IEEE 802.11 .47 5.1.1 DCF 48 5.1.2 PCF .51 5.2 Các hạn chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ 802.11 MAC 54 5.2.1 Hạn chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ DCF 55 5.2.2 Hạn chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ PCF 58 5.3 Các lược đồ hỗ trợ chất lượng dịch vụ cải tiến cho 802.11 MAC 59 5.3.1 Lược đồ cải tiến dựa phân loại dịch vụ 60 5.3.1.1 Các loại lược đồ phân loại dịch vụ dựa trạm 61 5.3.1.1.1 Lược đồ AC 61 5.3.1.1.2 Lược đồ DFS 63 5.3.1.1.3 Lược đồ VMAC .64 5.3.1.1.4 Lược đồ Blackburst 65 5.3.1.1.5 Lược đồ DC 66 5.3.1.1.6 Bảng so sánh lược đồ .68 5.3.1.2 Lược đồ phân loại dịch vụ dựa trạm sử dụng PCF cải tiến 70 5.3.1.3 Lược đồ phân loại dịch vụ dựa hàng đợi sử dụng DCF cải tiến luồng 70 5.3.1.3.1 Lược đồ EDCF .71 5.3.1.3.2 Lược đồ AEDCF 72 5.3.1.4 Lược đồ phân loại dịch vụ dựa hàng đợi sử dụng HCF .72 5.3.2 Các lược đồ cải tiến dựa quản lý lỗi .73 5.3.2.1 Cơ chế tự động lặp lại yêu cầu (ARQ) 73 5.3.2.2 Cơ chế sửa lỗi dựa chuyển tiếp (FEC) 75 5.3.2.3 Lược đồ lai FEC-ARQ 75 5.4 Chuẩn chất lượng dịch vụ cải tiến IEEE 802.11e .76 5.4.1 Hàm điều phối lai (HCF) .76 5.4.1.1 Hàm điều phối phân tán cải tiến (EDCF) 77 5.4.1.2 HCF điều khiển truy cập kênh 80 5.4.2 Giao thức liên kết trực tiếp (DLP) .83 5.4.3 Xác nhận khối (BlockAck) 83 Chương VI Đánh giá thử nghiệm, kết luận đề xuất tương lai .85 6.1 Đánh giá chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ mạng không dây dựa ứng dụng mô ns-2 85 6.2 Nhận xét tình áp dụng chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ 92 6.3 Kết luận đề xuất kiến nghị tương lai 98 Tài liệu tham khảo 100 Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -3- Danh mục số từ viết tắt BCVT (Bưu viễn thơng) Backoff Factor : hệ số truyền lại BSS (Basic Service Set) BSA (Basic Service Area) CFP (Contention Free Period) : khoảng không xung đột CNTT (Công nghệ thông tin) CP (Contention Period) : khoảng xung đột CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): đa truy cập cảm nhận sóng mang có xử lý xung đột CTS (Clear To Send) CW (Contention Window) : dải tranh chấp / cửa sổ tranh chấp DCF (Distributed Coordination Function): hàm điều phối phân tán DFS (Distributed Fair Scheduling) DiffServ (Differention Service) DIFS (Distributed InterFrame Space) : khoảng không liên khung phân tán EDCA (Enhanced Distributed Channel Access) FIFO (First-In/First-Out) HCCA (HCF Controlled Channel Access) IFS (InterFrame Space) : khoảng không liên khung IntServ (Intergrated Service) ISM band (Industrial, Scientific and Medical band) : băng tần dành riêng cho lĩnh vực công nghiệp, khoa học y tế Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -4- Jitter : biến thiên trễ MAC (Medium Access Control): quản lý truy cập đường truyền MDQ (Modified Dual Queue) NRT (Non-Real-Time) : phi thời gian thực OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) : kỹ thuật truyền tải dựa ý tưởng multiplexing theo tần số (Frequency-Division Multiplexing FDM) Trong kỹ thuật FDM, nhiều tín hiệu gửi lúc tần số khác Cịn kỹ thuật OFDM, có thiết bị truyền tín hiệu nhiều tần số độc lập (từ vài chục vài ngàn) PC (Point Coordinator) : điểm điều phối PCF (Point Coordination Function): hàm điều phối điểm PIFS (PCF InterFrame Space) QoS (Quality of Service) : chất lượng dịch vụ RT (Real-Time) : thời gian thực RTS (Request To Send ) RRP (Round-Robin Polling) : kiểm sốt vịng ln chuyển VoIP (Voice Over IP) WLAN (Wireless Local Area Network): mạng cục không dây Wi-Fi (Wireless Fidelity) : Tên thương mại cho tiêu chuẩn tính tương thích sản phẩm sử dụng cho mạng nội khơng dây Nó cho phép thiết bị di động máy tính xách tay PDA kết nối với mạng nội bộ, thường sử dụng để truy cập Internet, gọi điện thoại VoIP không dây WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) : WiMAX tương tự Wi-Fi khái niệm có số cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất cho phép kết nối khoảng cách xa Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -5- Danh mục hình vẽ Hình Một đoạn quảng cáo cho ứng dụng điện báo không dây 15 Hình Thiết bị liên lạc khơng dây sử dụng sóng radio cảnh sát vào năm 1925 16 Hình Thiết bị điện thoại di động cầm tay hãng Ericsson giới thiệu năm 1987 18 Hình Chế độ ad-hoc hệ thống mạng cục không dây .22 Hình Chế độ infrastructure hệ thống mạng cục không dây 23 Hình Xu hướng hội tụ cơng nghệ truyền dẫn dựa IP vấn đề QoS 25 Hình Các khía cạnh khác định nghĩa chất lượng dịch vụ 26 Hình Ánh xạ IEEE 802.11 mơ hình OSI tầng 36 Hình Các giao thức sử dụng hệ thống mạng cục không dây dựa chuẩn IEEE 802.11 tầng vật lý (PHY layer) tầng điều khiển truy cập môi trường truyền (MAC layer) 37 Hình 10 Lược đồ điều khiển truy cập DCF CSMA/CA 49 Hình 11 Lược đồ truy cập RTS/CTS .50 Hình 12 Chu trình PCF DCF 52 Hình 13 Thơng lượng hiệu trễ DCF 57 Hình 14 Sự phân loại dịch vụ lược đồ dựa phân loại 61 Hình 15 EDCF đề xuất 802.11e 78 Hình 16 Mối quan hệ EDCF truy cập kênh IFS .79 Hình 17 Một mốc chu kỳ 802.11e HCF thông thường 81 Hình 18 So sánh lược đồ hỗ trợ chất lượng dịch vụ khác sử dụng mạng cục khơng dây dựa tiêu chí: thông lượng , sử dụng môi trường lan truyền, trễ truy cập trung bình 88 Hình 19 Tỷ lệ va chạm chế 89 Hình 20 Phân phối trễ tích luỹ 91 Hình 21 Hiệu thơng lượng trễ lược đồ EDCF 94 Hình 22 So sánh tổng goodput EDCF DCF .95 Hình 23 Trễ trung bình âm thanh, CBR video EDCF HCF 97 Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -6- Chương I Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài Cùng với phát triển công nghệ thông tin, nhu cầu nâng cao chất lượng dịch vụ cho hệ thống mạng, đặc biệt hệ thống mạng cục không dây (Wireless LAN – WLAN) ngày quan tâm Mạng không dây với nhiều ưu điểm khả triển khai dễ dàng, thuận tiện, tiết kiệm thời gian tiền bạc tổ chức doanh nghiệp quan tâm Các điểm truy cập Internet không dây nở rộ Việt Nam không tập đồn, tổng cơng ty, doanh nghiệp lớn mà ta dễ dàng tìm thấy qn cafe Wi-Fi, nhà hàng, khách sạn chứng tỏ tính ưu việt so với hệ thống mạng có dây truyền thống Mạng cục khơng dây (WLAN), cịn gọi mạng Wi-Fi, khơng cịn lãnh địa riêng cho máy tính xách tay hay thiết bị trợ giúp cá nhân số (PDA) Với phát triển nhanh chóng cơng nghệ, người dùng Việt Nam kết nối Internet miễn phí ĐTDĐ, Pocket PC thiết bị trợ giúp cá nhân thông qua Wi-Fi Đây lĩnh vực đầy tiềm dự báo tăng trưởng cao năm tới Theo tạp chí TechWorld (Mĩ), thị trường Wi-Fi tăng gấp ba năm tới Lượng chipset dùng cho mạng cục không dây xuất xưởng tăng từ 140 triệu năm 2005 lên 430 triệu vào 2009 Theo hãng nghiên cứu In-Stat, động lực cho tăng trưởng nhu cầu dùng máy tính di động, định tuyến khơng dây cổng kết nối gia đình "Trong năm qua, thị trường thiết bị mạng không dây cục thúc đẩy chủ yếu sản phẩm truyền thống tính Wi-Fi nhúng máy tính di động", Gemma Tedesco, chuyên gia phân tích In-Stat, cho biết "Tuy nhiên, thực tế có chuyển biến mạnh mẽ với xuất ngày nhiều loại sản phẩm máy chơi game dạng console dạng bỏ túi, điện thoại máy in di động" Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -7- Tổng doanh số chipset mạng khơng dây năm ngối ước tính đạt khoảng tỷ USD với ba nhà cung cấp hàng đầu Broadcom, Atheros Intel In-Stat cho rằng, năm 2007 2008, mảng thị trường điện thoại di động tăng trưởng mạnh nhờ xu hướng tích hợp tính Wi-Fi sản phẩm Tuy nhiên, hệ thống mạng không dây cục có đặc điểm khách quan khiến cho việc đảm bảo chất lượng cho dịch vụ gặp nhiều khó khăn so với hệ thống mạng có dây truyền thống Sự xã hội hóa cơng nghệ thơng tin khiến các dịch vụ trước tưởng xa xỉ dần trở nên phổ biến triển khai đại trà, dịch vụ đòi hỏi truyền thời gian thực voice, audio, video, VoIP Như bên cạnh xu hướng xã hội hố ứng dụng cơng nghệ thơng tin ứng dụng công nghệ thông tin vào mặt sống, yêu cầu tất yếu nảy sinh phải kiểm soát đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng cung cấp Theo thông tin tạp chí Bưu viễn thơng số 22 năm 2006 đăng tải địa chỉ: http://www.vnpost.mpt.gov.vn/bao_2006/so22/thoisu/t2b3.htm, Bộ Bưu Viễn thông (BBCVT) Công nghệ thông tin (CNTT) công bố số loại dịch vụ viễn thông bắt buộc phải quản lý chất lượng bao gồm: dịch vụ điện thoại mạng điện thoại công cộng; dịch vụ điện thoại di động mặt đất công cộng; dịch vụ truy nhập Internet gián tiếp qua mạng điện thoại công cộng; dịch vụ kết nối Internet; dịch vụ truy nhập Internet ADSL; dịch vụ điện thoại mạng vô tuyến nội thị cơng cộng PHS Sáu loại hình dịch vụ bắt buộc phải quản lý chất lượng theo Dự thảo quy định quản lý chất lượng dịch vụ, mạng viễn thông thay cho Quyết định số 177/2003/QĐ-BBCVT Bộ BCVT soạn thảo Chính nhận định trên, việc nghiên cứu tìm hiểu chế đảm bảo chất lượng dịch vụ chế giám sát đánh giá chất lượng dịch vụ vừa yêu cầu vừa động lực để định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu phương pháp Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -8- phân tích đánh giá chất lượng dịch vụ cho mạng không dây cục dựa chuẩn IEEE 802.11” 1.2 Mục đích luận văn Nghiên cứu lịch sử phát triển mạng cục khơng dây Tìm hiểu chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho hệ thống mạng khơng dây từ đưa ưu nhược điểm chế Từ nhận định mặt lý thuyết nêu trên, tiến hành kiểm nghiệm lại cách sử dụng phần mềm ns-2 mô hoạt động hỗ trợ chất lượng dịch vụ Áp dụng kết thu từ thực nghiệm từ đưa chiến lược sử dụng chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ phù hợp cho hệ thống mạng khơng dây tình khác 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ hệ thống mạng cục không dây bao gồm DCF, PCF, EDCF, Blackburst… Sau tìm hiểu, tơi nhận thấy hệ thống mạng cục khơng dây, có hai tầng mơ hình tầng OSI có khác biệt so với hệ thống mạng cục dùng dây (Ethernet) Ngay tầng liên kết liệu (Data Link), có tầng quản lý truy cập mơi trường lan truyền (MAC) có thay đổi, tầng LLC (Logical Link Control) giữ ngun Từ tầng mạng trở lên mơ hình tầng OSI, chế giao thức giữ nguyên Ethernet Bản thân hai tầng lại có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng dịch vụ mạng cục không dây thực tế chủ yếu nghiên cứu đảm bảo chất lượng dịch vụ hệ thống mạng cục không dây tập trung nghiên cứu chế thực thi trằn hai tầng Do vậy, dù đề tài nghiên cứu phương pháp đảm bảo đánh giá chất lượng dịch vụ cho mạng cục không dây thực chất nghiên cứu đánh giá chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho hệ thống mạng cục không dây thực tầng quản lý truy cập môi trường lan truyền (MAC) tầng liên kết liệu (Data Link) Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -9- 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Nghiên cứu đề xuất phương pháp phân tích đánh giá chất lượng dịch vụ thích hợp hệ thống mạng cục không dây dựa chuẩn 802.11 Với phương pháp nêu đặc điểm, ưu nhược điểm tình nên áp dụng để có hiệu Kết nghiên cứu áp dụng vào việc đánh giá chất lượng dịch vụ hệ thống mạng cục không dây tổ chức, doanh nghiệp có triển khai hệ thống WLAN 1.5 Nội dung luận văn Bản luận văn gồm chương: Chương I Mở đầu Chương II Tổng quan mạng cục không dây Chương III Kĩ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ mạng truyền thống Chương IV Tổng quan chuẩn 802.11 vấn đề đánh giá chất lượng dịch vụ mạng cục không dây Chương V Các kĩ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ mạng cục không dây Chương VI Đánh giá thử nghiệm, kết luận đề xuất tương lai Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -87- Hình 18b So sánh hiệu truy cập môi trường truyền chế Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -88- Hình 18c So sánh trễ truy cập trung bình chế Hình 18 So sánh lược đồ hỗ trợ chất lượng dịch vụ khác sử dụng mạng cục khơng dây dựa tiêu chí: thông lượng , sử dụng môi trường lan truyền, trễ truy cập trung bình Kết thu Trong hình 1a, nhận thấy lược đồ Blackburst cho hiệu cao với lưu lượng ưu tiên cao có tính đến thơng lượng, đặc biệt vùng tải thấp Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -89- Tuy nhiên, tải cao hơn, ta thấy EDCF cho hiệu tốt với lưu lượng ưu tiên cao lược đồ PCF thể rõ sụt giảm, số vị trí cịn DFS Mặt khác, hai lược đồ cho hiệu tốt cho lưu lượng ưu tiên thấp Blackburst EDCF hoàn tồn “đói” (completely starves) tải cao Bằng trực quan, hình 1b Blackburst cho kết tốt việc tận dụng môi trường lan truyền Việc sử dụng ngập tràn gói tin EDCF lý khiến cho tin tận dụng cao (vì có khoảng trống), kết thực tế sau mô làm ta ngạc nhiên khơng giống suy đốn lý thuyết Lời giải thích tìm thấy hình Hình 19 Tỷ lệ va chạm chế Dựa vào hình vẽ nhận thấy tốc độ xung đột lược đồ EDCF cao so với lược đồ khác, nguyên nhân ảnh hưởng đến hiệu sử dụng mơi trường lan truyền Cũng nhận tốc độ xung đột Blackburst giảm Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -90- số lượng trạm ưu tiên cao tăng lên Điều khẳng định khơng có đụng độ xuất nút Blackburst Quan sát trễ trung bình hình 1c, thấy tất lược độ đưa trễ trung bình chấp nhận cho lưu lượng ưu tiên cao Blackburst EDCF lại cho độ trễ thấp Ta cảm thấy thú vị nghiên cứu phân phối xác suất trễ thể hình Ảnh hưởng bùng nổ gói tin EDCF dễ dàng nhận Blackburst DFS có đường cong dốc đứng (có sai lệch biến thiên độ trễ thấp) đạt đến mức 100% nhanh chóng, nghĩa trễ có giới hạn thấp Mặt khác, lưu lượng sử dụng PCF EDCF có dạng cong phẳng hơn, đặc biệt vùng tải cao, phần gói tin có trễ cao thực (trên 100 ms) Các ứng dụng thời gian thực thường có giới hạn trễ chấp nhận được, quan trọng phần lớn gói tin có trễ thực tế mức giới hạn chấp nhận Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -91- Hình 20 Phân phối trễ tích luỹ Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -92- Ví dụ, giả sử trễ mức chấp nhận tối đa 100 ms Ở mức tải cao nhất, nhận thấy DFS Blackburst quản lý để đưa độ trễ mức yêu cầu hai lược đồ EDCF PCF thực khoảng 85% gói tin Điều nghĩa DFS có thơng lượng thấp với lưu lượng ưu tiên cao so với EDCF, chúng thực truyền cách xấp xỉ số lượng liệu thời gian thực hữu dụng Điều khiến đơi ta nói DFS cho hiệu tốt EDCF với lưu lượng ưu tiên thấp 6.2 Nhận xét tình áp dụng chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ Mô rằng, chế EDCF phát triển nhóm IEEE 802.11e cải thiện PCF EDCF thực phân tán, cho hiệu tốt PCF lại phức tạp Blackburst cho hiệu tốt với lưu lượng ưu tiên cao hai tiêu chí thơng lượng trễ truy cập Trong trường hợp tải thấp, cho hiệu tốt với lưu lượng ưu tiên thấp Tuy nhiên tình tải cao, Blackburst gặp vấn đề việc bỏ đói trạm có độ ưu tiên thấp Hơn nữa, thử nghiệm mô lược đồ Blackburst cho hiệu sử dụng môi trường truyền tốt Điều quan trọng mang nhiều ý nghĩa với hệ thống mạng khơng dây có băng thơng hạn hẹp Chúng ta kiểm chứng lại thực Blackburst ngăn chặn xung đột trạm có độ ưu tiên cao Điều trở ngại Blackburst yêu cầu chu kỳ truy cập số Nếu điều kiện khơng thoả mãn, EDCF ứng cử viên thay thích hợp Mặc dù EDCF cung cấp dịch vụ tốt Blackburst bị vướng phải vấn đề tốc độ xung đột cao, cung cấp phân định dịch vụ tốt cho trễ trung bình thấp cho lưu lượng ưu tiên cao Trong trường hợp tải cao hơn, lưu lượng ưu tiên thấp gặp phải tượng bị bỏ đói giống trường hợp Blackburst Trong nhiều trường hợp, bỏ đói với lưu lượng ưu tiên thấp không đáng kể lại có phân loại xác DFS đảm bảo dịch vụ tốt cho lưu lượng ưu tiên cao mà khơng bỏ đói lưu lượng ưu tiên mức thấp phải đảm bảo chiếm băng thơng hợp lý Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -93- Với mô để đánh giá hiệu hỗ trợ chất lượng dịch vụ lược đồ DCF, PCF, EDCF Blackburst , nhận thấy Blackburst chứng minh lựa chọn tốt cho hệ thống địi hỏi có lưu lượng ưu tiên cao, nhiên lại gặp phải tượng “bỏ đói” cho dịch vụ có mức ưu tiên thấp trường hợp tải hệ thống mức cao EDCF có hiệu cao gần Blackburst lại có nhược điểm có tốc độ đụng độ cao (high collision rate) so với lược đồ cịn lại Với PCF, hiệu khơng thực tốt Blackburst EDCF lại có ưu điểm so với hai phương pháp chỗ khơng bắt gặp tượng “bỏ đói” gói tin có độ ưu tiên thấp (low priority traffic) Để đánh giá hiệu lược đồ 802.11e EDCF mới, tiến hành thiết lập mô có cấu hình hình học mạng (topology) giống thiết lập cho DCF phần 5.2.1 Chỉ có điểm khác biệt thiết lập ba luồng tách biệt (audio, video background) vào ba hàng đợi Các tham số truy cập môi trường lan truyền EDCF cho ba hàng đợi tổng hợp bảng đây: Bảng Các tham số EDCF cho ba hàng đợi Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -94- Hình 21 Hiệu thông lượng trễ lược đồ EDCF Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -95- Hình 21 hiệu thông lượng trễ lược đồ EDCF Như so sánh với DCF phần 5.2.1 , EDCF hỗ trợ phân biệt cho loại luồn khác Thông lượng gói tin âm thanh, video EDCF ổn định số lượng trạm nhỏ 16 (76% tỷ lệ tải) Tuy nhiên, thông lượng giao thông giảm cách đột ngột số lượng trạm lớn 10 (chiếm tỷ lệ 48%) giảm xuống tốc độ 10KB/s số lượng trạm 18 (90% tỷ lệ tải) Điều có nghĩa EDCF trì thơng lượng cho luồng có mức ưu tiên cao (ở thiết lập âm video) cách “bỏ đói” luồng có mức ưu tiên thấp Hơn nữa, kênh có tải 90%, thông lượng âm video bắt đầu giảm, nghĩa việc quản lý điều khiển cho âm video yêu cầu có tải cao Mặt khác, độ trễ trung bình luồng tăng nhanh số lượng trạm lớn 10, chí trễ lên đến 4,5 giây trường hợp tỷ lệ tải 90% Khi lưu lượng nhỏ 76%, độ trễ trung bình luồng âm video mức thấp Hình 22 So sánh tổng goodput EDCF DCF Cần nhắc lại rằng, kết thu mô thể hình 22 trên, thơng lượng EDCF thấp DCF tải lưu lượng lớn 48% EDCF Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -96- giảm thơng lượng luồng có mức ưu tiên thấp đáng kể hệ kéo theo tổng thông lượng giảm Để so sánh chế quản lý truy cập kênh HCF với EDCF, thiết lập mô sau: trạm gửi tín hiệu âm (8 kb/s) , thiết lập ưu tiên mức cao CBR (Constant Bit Rate) tín hiệu video có mức ưu tiên thấp CBR lúc Tốc độ gửi CBR ưu tiên mức cao thiết lập 25.4kb/s với kích thước gói tin 660 bytes chu kỳ 26 ms Chúng ta thay đổi tốc độ tải kênh việc tăng kích thước gói tin tín hiệu video CBR có mức ưu tiên thấp từ 900 bytes (0.3 MB/s) đến 1500 bytes (0.5 MB/s) Các tham số tầng PHY MAC thiết lập tương tự bảng Trong mô này, HCF lập lịch sử dụng Với luồng âm thanh, tốc độ cao (8kb/s) chu kỳ dịch vụ lớn (50 ms) lựa chọn thông số yêu cầu để đảm bảo chất lượng dịch vụ; lưu lượng CBR, tốc độ gửi số chu kỳ dịch vụ lớn (100 ms) lựa chọn yêu cầu chất lượng dịch vụ Chúng ta ánh xạ luồng ưu tiên mức cao luồng CBR video ưu tiên mức thấp vào hàng đợi khác với tham số EDCF Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -97- Hình 23 Trễ trung bình âm thanh, CBR video EDCF HCF Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -98- Từ hình vẽ trên, nhận EDCF cho trễ thấp cho lưu lượng âm Khi ta tăng tốc độ tải đến 80% việc tăng tốc độ gửi tín hiệu CBR video, trễ trung bình tín hiệu âm giữ mức thấp trễ trung bình CBR video tăng đến xấp xỉ 185 ms Trong lược đồ quản lý truy cập kênh HCF, trễ giữ mức xấp xỉ 20 ms cho tín hiệu âm video mức ưu tiên thấp Kết mô HCF đảm bảo yêu cầu độ trễ nhỏ (50 ms) cho tất luồng mức tải khác Mặt khác, EDCF làm việc tốt với điều kiện tải thấp nhiên điều kiện tải cao chế khơng cịn đảm bảo hoạt động tốt 6.3 Kết luận đề xuất kiến nghị tương lai Việc phân tích đánh giá cách tổng thể chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ tầng MAC hệ thống mạng cục không dây cho ta đánh giá cách khách quan mặt mạnh yếu chế Luận văn đánh giá phân loại chế cải tiến QoS khác đề xuất cho IEEE 802.11 WLAN Qua ta nghiên cứu ưu, nhược điểm từ chúng để biết nên dùng chúng tình Các nghiên cứu đánh giá hiệu chuẩn IEEE 802.11e hỗ trợ chất lượng dịch vụ nghiên cứu kĩ, kể chế độ dạng tuỳ chọn phân tích đánh giá thơng qua thí nghiệm mơ ns-2 Phần cuối luận văn đề xuất số chế nhằm cải thiện hiệu chất lượng dịch vụ dựa sở sử dụng hàng đợi Thơng qua đánh giá mơ kết khả quan nhiên phức tạp triển khai Đây lĩnh vực cần đầu tư nghiên cứu để đạt hiệu ứng dụng hỗ trợ chất lượng dịch vụ Sau số vấn đề tiếp tục mở rộng, nghiên cứu tương lai: • Nghiên cứu chế điều chỉnh tham số thích ứng với tải lưu lượng hiệu kênh truyền chế độ ad-hoc EDCF • Tối ưu hố để cân yếu tố hiệu kênh, ưu tiên công cho dịng lưu lượng • So sánh khác biệt lược đồ lập lịch chế HCF Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -99- • Ánh xạ IP DiffServ (AF, EF), mức ưu tiên IntServ mức ưu tiên IEEE 802.11e MAC • Chuẩn hố mơ hình cơng cụ mô chuẩn 802.11e Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -100- Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Nguyễn Thúc Hải (1999), “Mạng máy tính hệ thống mở”, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Nam Thuận (2005), “Thiết kế giải pháp cho mạng không dây”, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Trần Việt An (2006), “N5ối mạng không dây”, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Nguyễn Hồng Tuấn (2005), “Mạng ứng dụng không dây”, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội Đỗ Trọng Tuấn, Nguyễn Hữu Thanh (2005), “Mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11”, Tạp chí Bưu Viễn thơng & Cơng nghệ thông tin, số 263, trang 42- 43 Đỗ Trọng Tuấn, Nguyễn Hữu Thanh (2005), “Ứng dụng công cụ NS mơ mạng viễn thơng”, Tạp chí Bưu Viễn thông & Công nghệ thông tin, số 253, trang 42- 43 Tiếng Anh IEEE 802.11 WG (1999), Reference number ISO/IEC 8802-11:1999(E) IEEE Std 802.11, “International Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networksSpecific Requirements—Part 11: wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications”, IEEE Press IEEE 802.11 WG (2003), “Draft supplement to standard for telecommunications and information exchange between systems-LAN/MAN specific requirements—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/Draft 4.2 Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -101- Aad I, Castelluccia C (2001), “Differentiation mechanisms for IEEE 802.11” Proceedings of IEEE Infocom 2001, Anchorage, Alaska, USA, trang 209–218 10 Vaidya NH, Bahl P, Gupa S (2000), “Distributed fair scheduling in a wireless LAN”, Proceedings of the Sixth Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (Mobicom 2000), Boston, USA, trang 167–178 11 Deng J, Chang RS (1999), “A priority scheme for IEEE 802.11 DCF access method”, IEICE Transactions in Communications 12 Sobrinho JL, Krishnakumar AS (1996), “Real-time traffic over the IEEE 802.11 medium access control layer”, Bell Labs Technical Journal 13 Singla A, Chesson G (2001), “HCF and EDCF simulations”, IEEE 802.11e working document 802.11-01/525r0 14 Liu H, Ma H, Zarki MEI, Gupta S (1997), “Error control schemes for networks: an overview”, Baltzer Journal of Mobile Networks and Applications 15 Lindgren A, Almquist A, Schelen O (2001), “Evaluation of quality of service schemes for IEEE 802.11 wireless LANs”, Proceedings of the 26th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN 2001), USA 16 Aad I, Castelluccia C (2002), “Remarks on per-flow differentiation in IEEE 802.11”, Proceedings of European Wireless (EW2002), Florence - Italy 17 The Network Simulator, http://www.isi.edu/nsnam/ns 18 Tapan K Sarkar, Robert Mailloux, Arthur A Oliner, Magdalena Salazar-Palma, Dipak L Sengupta (2006), “History of Wireless”, Wiley-IEEE Press 19 Michael E Flannagan (2001), “Administering Cisco QoS for IP Networks”, Syngress Press Bïi Ngäc Anh – Líp Cao häc CNTT 2004 - 2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... -8- phân tích đánh giá chất lượng dịch vụ cho mạng không dây cục dựa chuẩn IEEE 802. 11? ?? 1.2 Mục đích luận văn Nghiên cứu lịch sử phát triển mạng cục khơng dây Tìm hiểu chế hỗ trợ chất lượng dịch. .. quan mạng cục không dây Chương III Kĩ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ mạng truyền thống Chương IV Tổng quan chuẩn 802. 11 vấn đề đánh giá chất lượng dịch vụ mạng cục không dây Chương V Các kĩ... lượng dịch vụ hệ thống mạng cục không dây tập trung nghiên cứu chế thực thi trằn hai tầng Do vậy, dù đề tài nghiên cứu phương pháp đảm bảo đánh giá chất lượng dịch vụ cho mạng cục không dây thực chất