Hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây AD HOC

Hiu sut hot ng TCP trờn mng khụng dõy AD HOC Lờ Minh Vit Trng i hc Cụng ngh Lun vn Thc s ngnh: Cụng ngh thụng tin; Mó s: 1.01.10 Ngi hng dn: TS. V Duy Li Nm bo v: 2003 Abstract: Tng quan v Internet, giao thc TCP v cụng c mụ phng mng bng mỏy tớnh. Khỏi nim, c im v ng dng ca mng khụng dõy Adhoc. Tng quỏt v cỏc phng phỏp nõng cao hiu sut TCP trờn mng khụng dõy. xut ci thin hiu sut ca TCP bng phng phỏp nhn bit hin tng mt th t v phng phỏp cnh bỏo Keywords: Cụng ngh thụng tin; Internet; Mng khụng dõy; Mng mỏy tớnh; Mng vin thụng khụng dõy Content mở đầu 1. Cơ sở thực tiễn, mục đích và phạm vi nghiên cứu ứng dụng của đề tài Hiện nay mạng Internet đang trở thành cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc của cả xã hội. Internet có ảnh h-ởng đến hầu hết các lĩnh vực đời sống. Internet đ-ợc xem nh- là mạng của các mạng. Các mạng vật lý khác nhau phát triển và tích hợp trong mạng Internet. Giao thức truyền thông chủ yếu của mạng Internet là giao bộ giao thức chuẩn TCP/IP. Tuy nhiên việc nghiên cứu, giải quyết các vấn đề điều khiển l-u l-ợng số liệu TCP trên các mạng vật lý khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng có ý nghĩa lý luận và thực tiễn sâu sắc đặc biệt là đối với mạng không dây Ad hoc. Chúng ta không thể áp dụng giao thức TCP/IP chuẩn cho mạng không dây Ad hoc bởi vì lỗi mất đ-ờng truyền th-ờng xuyên xảy ra. Qua tìm hiểu tài liệu kỹ thuật tiêu chuẩn về hệ thống mạng viễn thông không dây, nguyên tắc hoạt động của bộ giao thức TCP/IP, các hệ thống mạng viễn thông không dây, mạng Internet hoạt động trong thực tế em nhận thấy có một vấn đang đ-ợc các nhà khoa học, các phòng nghiên cứu và các công ty tin học ở nhiều n-ớc đang hết sức quan tâm đó 2 l ph-ơng pháp nào nâng cao hiệu suất TCPtrên mạng không dây Ad hoc. Các phơng án hiện có đều có những -u và nh-ợc điểm riêng ch-a thể chắc chắn đạt đ-ợc hiệu suất cao nhất. Sử dụng công cụ mô phỏng mạng bằng máy tính (Network simulator NS) trong thí nghiệm của mình và tiến hành thay đổi các tham số môi tr-ờng em mong muốn sẽ góp phần nâng cao hiệu suất TCP của mạng không dây Ad hoc. Luận văn là kết quả ghi lại tóm tắt những nghiên cứu của em bao gồm ba ch-ơng. Phần mở đầu trình bày ph-ơng pháp luận, mục đích nghiên cứu, tổng quan về Internet, giao thức TCP và công cụ mô phỏng mạng bằng máy tính. Ch-ơng một trình bày khái niệm đặc điểm và ứng dụng của mạng không dây Ad hoc. Ch-ơng hai là tổng quát về một số ph-ơng pháp nâng hiệu suất TCP trên mạng không dây Ad hoc nh- F-TCP, I-TCP, Snoop Protocol. Ch-ơng ba đi sâu vào nghiên cứu cải thiện hiệu suất TCP của ph-ơng pháp nhận biết hiện t-ợng mất thứ tự (OOO Out of Order) và ph-ơng pháp cảnh báo (ECN - Explicit Congestion Notification). 2. Tổng quan về mạng Internet và giao thức TCP Internet ra đời từ một dự án nghiên cứu, phát triển mạng thông tin máy tính dựa trên công nghệ chuyển mạng gói phục vụ nghiên cứu phát triển của Bộ quốc phòng Mỹ ở thập kỷ 60. Internet ngày nay đã trở thành mạng của các mạng thông tin máy tính toàn cầu, đ-ợc kết nối với nhau trên cơ sở bộ giao thức trao đổi số liệu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP/IP đang đáp ứng hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của xã hội, tiến tới trở thành hạ tầng thông tin liên lạc duy nhất của xã hội thông tin t-ơng lai. Lịch sử phát triển của Internet: 1969: đ-a vào sử dụng thử nghiệm mạng thông tin máy tính trên cơ sở sử dụng công nghệ mạng chuyển mạch gói 1977: thử nghiệm thành công việc kết nối ba mạng thông tin máy tính của ba tr-ờng đại lớn ở Mỹ bằng giao thức TCP/IP. 1986: việc đ-a vào sử dụng mạng NFSNET, mạng x-ơng sống tốc độ cao (34 Mbps 45 Mbps) phục vụ cho nghiên cứu, giảng dạy đã kích thích sự phát triển mạnh mẽ của Internet trong cộng đồng nghiên cứu khoa học và giáo dục ở Mỹ và các n-ớc Tây Âu. 1990/1991: Internet đ-ợc th-ơng mại hoá với sự ra đời của tổ chức khuyến khích phát triển v sử dụng Internet Xã hội Internet (Internet society), đánh dấu thời kỳ bùng nổ của Internet. Kể từ đây Internet trở thành mạng thông tin máy tính của toàn xã hội. 3 1997: đã có hơn 100 000 mạng thông tin máy tính đ-ợc kết nối trong Internet toàn cầu với hơn 15 triệu máy chủ và 50 triệu ng-ời sử dụng. Ng-ời ta dự đoán con số này sẽ tăng gấp đôi sau mỗi năm. Có thể kể đến những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của Internet mà thực chất là việc mở rộng thực hiện kết nối một cách mềm dẻo, tin cậy các máy tính và các mạng máy tính với nhau trên cơ sở bộ giao thức trao đổi số liệu TCP/IP sau đây: Việc sử dụng bộ giao thức TCP/IP trong hệ điều hành UNIX để thực hiện trao đổi số liệu giữa các tiến trình trên một máy và giữa các máy đ-ợc kết nối trong mạng. Unix là hệ điều hành đ-ợc sử dụng rộng rãi từ năm 1983 trong các tr-ờng đại học và trong các viện nghiên cứu ở Mỹ. Kỹ thuật vi xử lí và các máy tính cá nhân (Personal computer) ra đời vào giữa những năm 1980 đã ngày càng đ-ợc hoàn thiện, nâng cao về công suất tính toán và tiện lợi trong giao diện với ng-ời sử dụng, thực sự rút ngắn khoảng cách giữa ng-ời sử dụng với các thiết bị tính toán, làm cho máy tính thâm nhập ngày càng sâu vào tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, thúc đẩy nhu cầu kết nối máy tính và mạng máy tính. NFSNET mạng x-ơng sống Internet ra đời năm 1986 tại Mỹ có tốc độ truy nhập đ-ờng trục là 45 Mbps đã nâng cao một b-ớc cơ bản về dải thông và chất l-ợng truy cập mạng, đáp ứng đ-ợc nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao trong cộng đồng nghiên cứu khoa học và giáo dục. Thống nhất tên miền (DNS) đã làm cho vấn đề truy nhập Internet trở nên đơn giản và tiện lợi [1]. Trong thời gian gần đây do sự thành công và phát triển không ngừng của mạng Internet, rất nhiều doanh nghiệp đã nhận thức đ-ợc tầm quan trọng của mạng Internet đối với hoạt động của doanh nghiệp. Internet là một môi tr-ờng lý t-ởng để giới thiệu sản phẩm và dịch vụ của từng doanh nghiệp tới một số l-ợng ng-ời dùng lớn trên một phạm vi rộng không bị cách trở bởi các yếu tố không gian và thời gian. Mặt khác, Internet cũng cho phép các doanh nghiệp có một môi tr-ờng trao đổi thông tin thuận lợi, qua đó có thể tăng khả năng hợp tác giữa các đối tác của doanh nghiệp. Trong khoa học giáo dục nhờ có mạng Internet mà rất nhiều ph-ơng pháp học tập, nghiên cứu, trao đổi thông tin xuất hiện. Cách học từ xa qua mạng ngày nay đang ngày càng trở nên phổ biến. Internet là kho thông tin vô cùng phong phú cho tất cả mọi ng-ời có nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu ở bất kỳ lĩnh vực nào từ văn hoá xã hội, y học, sinh học, kinh tế, khoa học kỹ thuật cho đến vui chơi giải trí vv 4 TCP là giao thức truyền số liệu ra đời cách đây hai ba thập kỷ. Trong mô hình kết nối mở các hệ thống tính toán ISO/OSI, TCP t-ơng ứng với chức năng tầng giao vận (transport) và thêm một số chức năng của tầng phiên (session). TCP hoạt động đặc biệt tin cậy, hiệu quả trong mạng hữu tuyến và ứng dụng rộng rãi trong mạng Internet hiện nay. TCP sử dụng giao thức Go-back-N và cơ chế truyền lại gói tin dựa vào khoảng thời gian (timeout) . Khoảng thời gian timeout đ-ợc đánh giá bằng độ trễ round-trip. Bên phát sẽ phát lại những gói tin mà nó không nhận đ-ợc tín hiệu trả lời ACK từ bên thu quá thời gian timeout qui định. Nếu gói tin th-ờng xuyên phải truyền lại TCP coi đó là hiện t-ợng tắc nghẽn và điều khiển quá trình thu/phát bằng cơ chế điều khiển tắc nghẽn cơ chế cửa sổ (window). Khi xảy ra tắc nghẽn TCP giảm kích th-ớc cửa sổ truyền (tức là giảm tốc độ truyền) để tránh tắc nghẽn mạng và truyền lại những gói tin bị mất. 3. NS - Network Simulator NS là công cụ hỗ trỡ đắc lực trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu, mô phỏng, thiết kế mạng tr-ớc khi tr-ớc khi triển khai thực tế. NS càng ngày càng có vai trò quan trọng vì nhu cầu phát triển tin học cần phải xây dựng mạng qui mô lớn, phức tạp. Với những mạng qui mô lớn đòi hỏi công việc thiết kế, tính toán hiệu suất mạng tr-ớc khi triển khai là hết sức cần thiết vì nó tránh hậu quả nh- tắc nghẽn mạng hoặc thông l-ợng ch-a đạt mong muốn cần phải thiết kế lại. Sử dụng NS giảm đ-ợc chi phí trong quá trình thiết kế, tối -u mạng. NS mô phỏng mạng theo sự kiện (event driven). NS2 đ-ợc viết bằng ngôn ngữ C++ và dụng giao diện command h-ớng đối t-ợng Otcl (object tool command language). NS1 sử dụng ngôn ngữ giao diện kiểu command Tcl (tool command language). Tcl nh- một ngôn ngữ cấu hình (configuration language). Quá trình mô phỏng nhờ bộ máy (engine) thông dịch (interpreter). Interpreter là lớp shell trong Unix, Linux (Otclsh). Ch-ơng trình mô phỏng có cấu trúc nhiều lớp (theo kiểu h-ớng đối t-ợng), lớp chính là lớp mô phỏng (Simulator Class). Các ph-ơng thức tạo mới và xoá đ-ợc sử dụng để khởi tạo và giải phóng lớp. Ngoài ra còn rất nhiều các ph-ơng thức dùng để cấu hình các khối (khối block là các phần của mạng). Để mô phỏng một mạng hoạt động NS sử dụng ba khối cơ bản là: nút mạng (node), liên kết mạng (link) và các agent. Node là các thiết bị đầu cuối truyền nhận dữ liệu. Mỗi node sau khi khởi tạo có một địa chỉ duy nhất. Link là khối có chức năng liên kết các Node trong mạng với nhau. Tuỳ theo loại Link ta có thể phân chia thành các mạng khác nhau: mạng simple-link nếu link là vô h-ớng (undirection) hoặc mạng duplex-link nếu link là hai chiều (bi-direction). Agent là những đối t-ợng điều khiển quá trình mô phỏng. 5 Nó giống nh- một tiến trình làm nhiệm vụ vận chuyển dữ liệu giữa nguồn tới đích. Mỗi agent sau khi tạo ra đ-ợc gắn với một node và đ-ợc gán một số cổng (port) xác định. References [1] Ts. Vũ duy Lợi (Hanoi 2001) -Mạng thông tin máy tính, kiến trúc hiệu suất và nguyên tắc hoạt động , Tr 160 - 163. [2] Ashish Natani, Jaganadha, Mansoor, Vijay Sharma - TCP for Wireless Networks, PP 12, 20. [3] Chi Ho Ng, Jack Chow, and Ljiijana Trajkovic - Performance Evaluation of TCP over WLAN 802.11 with the snoop performance enhancing proxy PP 4, 5. [4] Chiristina Parsa and J.J Garcia-Luana-Aceves - Improving TCP Congestion Control over Internets with Heterogeneous Transmission Media PP 32, 32, 37, 38. [5] Dongkyun Kim, C-K.Toh and Yanghee Choi - TCP-BuS: Improving TCP Performance in Wireless Ad hoc Networks Page 1, 2 [6] Feng Wang, Yongguang Zhang - Improving TCP performance over Mobile Ad- Hoc Networks with Out-of-Order Detection and Response, PP 20, 21 [7] Gavin Holland and Nitin Vaidya - Analysis of TCP Performance over Mobile Ad Hoc Networks, PP 230 [8] Mansi Thoppian, Anjulatha Veduru TCP For Wireless Networks, PP 4, 5, 6 [9] Nachiket Deshpande - TCP Extentions for Wireless Networks [10] Sally Floyd - TCP and Explicit Congestion Notification, PP 2 . các mạng vật lý khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng có ý nghĩa lý luận và thực tiễn sâu sắc đặc biệt là đối với mạng không dây Ad hoc. Chúng ta không thể áp dụng giao thức TCP/ IP. nâng cao hiệu suất TCPtrên mạng không dây Ad hoc. Các phơng án hiện có đều có những -u và nh-ợc điểm riêng ch-a thể chắc chắn đạt đ-ợc hiệu suất cao nhất. Sử dụng công cụ mô phỏng mạng bằng. TCP và công cụ mô phỏng mạng bằng máy tính. Ch-ơng một trình bày khái niệm đặc điểm và ứng dụng của mạng không dây Ad hoc. Ch-ơng hai là tổng quát về một số ph-ơng pháp nâng hiệu suất TCP trên