Nghiên cứu cơ chế lập lịch hiệu quả trong công nghệ mạng WIMAX luận văn ths công nghệ thông tin pdf

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI THỊ CẨM DƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ LẬP LỊCH HIỆU QUẢ TRONG CÔNG NGHỆ MẠNG WIMAX Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T.S Dương Lê Minh Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến người thầy TS Dương Lê Minh, thầy dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Thầy dẫn dắt cho tới vấn đề khoa học, định hướng nghiên cứu, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi tốt cho học tập nghiên cứu Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô trường Đại học Công nghệ tham gia giảng dạy chia sẻ kinh nghiệm quý báu cho tất học viên nói chung cá nhân nói riêng Cuối cùng, bày tỏ lòng biết ơn giúp đỡ thầy cô, anh, chị, em đồng nghiệp khoa Công nghệ Thông tin - trường Đại học Thủ đô Hà Nội, quan nơi công tác tạo điệu kiện tốt cho thời gian động viên hoàn thành luận văn Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 09 năm 2015 Học viên Bùi Thị Cẩm Dương LỜI CAM ĐOAN Những kiến thức trình bày luận văn tìm hiểu, nghiên cứu trình bày lại theo cách hiểu Trong trình làm luận văn, có tham khảo tài liệu có liên quan ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu không chép với hỗ trợ giảng viên hướng dẫn Các nội dung nghiên cứu kết luận văn trung thực chưa công bố công trình Hà Nội, ngày tháng 09 năm 2015 Học viên Bùi Thị Cẩm Dương MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 10 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ WIMAX 12 1.1 GIỚI THIỆU WIMAX 12 1.1.1 Lịch sử phát triển 12 1.1.2 Kiến trúc WiMAX 14 1.2 CÁC ĐẶC TÍNH NỔI BẬT CỦA WIMAX 15 1.3 ỨNG DỤNG CỦA WIMAX 16 1.4 LỚP MAC TRONG WIMAX 16 1.4.1 Lớp hội tụ chuyên biệt dịch vụ 18 1.4.2 Lớp phần chung MAC (CPS) 20 1.4.3 Lớp bảo mật 22 1.5 CƠ CHẾ YÊU CẦU THIẾT LẬP KẾT NỐI 23 1.5.1 Đường xuống DL 25 1.5.2 Đường lên UL 25 1.6 TDD FRAME 27 1.6.1 TDD Downlink-subframe 28 1.6.2 TDD Uplink-subframe 31 1.7 KIẾN TRÚC QoS VÀ QoS SCHEDULING 33 1.7.1 Kiến trúc QoS 33 1.7.2 QoS Scheduling 34 CHƯƠNG 2.KỸ THUẬT LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS TRONG WIMAX 37 2.1 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 38 2.1.1 Yêu cầu QoS 39 2.1.2 Yêu cầu lập lịch QoS tầng 39 2.1.3 Các chế yêu cầu – đáp ứng 40 2.1.4 Các yêu cầu lập lịch hỗ trợ QoS 41 2.2 MỘT SỐ THUẬT TOÁN LẬP LỊCH 42 2.2.1 First Come First Serve 42 2.2.2 Early Deadline First 43 2.2.3 Strict Priority 43 2.2.4 Fair Queuing 44 2.2.5 Round Robin 45 2.2.6 Weighted Round Robin 46 2.2.7 Weighted Fair Queuing 49 2.2.8 Deficit Weighted Round Robin 52 2.2.9 Cross-Layer 54 2.3 SO SÁNH CÁC THUẬT TOÁN 54 CHƯƠNG 3.THUẬT TOÁN LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS 56 3.1 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN MÔ PHỎNG 56 3.1.1 Môi trường mô 56 3.1.2 Kịch mô 58 3.2 THUẬT TOÁN “LẬP LỊCH HỖN HỢP” 62 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ viết tắt Nghĩa 3G Third Generation AAA Authentication, Authorization, and Sự xác thực, cấp phép tính Accounting toán Bandwidth Thế hệ thứ ABAS Adaptive Scheme Allocation Cơ chế cấp phát băng thông thích ứng AC Admission Control Điều khiển chấp nhận ACK Acknowledgment Xác nhận AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mật mã cải tiến AK Authentication Key Khoá xác thực ARQ Automatic Repeat Request Yêu cầu truyền lại tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng BE Best Effort Dịch vụ nỗ lực tốt BER Bit Error Rate Tốc độ lỗi bit BS Base Station Trạm gốc BWR Bandwidth Request Yêu cầu băng thông CAC Call Admission Control Điều khiển chấp nhận gọi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit cố định CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CID Connection Identifier Nhận dạng kết nối CPS Common Part Sublayer Lớp phần chung CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra mã vòng dư CS Convergence Sublayer Lớp hội tụ DC Deficit Counter Bộ đếm dư thừa DCD Downlink Channel Descriptor Mô tả kênh đường xuống DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hoá liệu DL Downlink Đường xuống DRR Deficit Round Robin Thuật toán lập lịch DRR EAP Extensible Authentication Protocol Giao thức xác thực mở rộng EDF Earliest Deadline First ertPS Extended Service FCH Frame Control Header Tiêu đề điều khiển khung FDD Frequency Division Duplexing Song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Access FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước FER Frame Error Rate Tốc độ lỗi khung FIFO First In First Out Vào trước trước FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GPSS Grant Per Subscriber Station Cấp phát theo trạm thuê bao HARQ Hybrid-ARQ ARQ kết hợp HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn LAN Local Area Network Mạng cục LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị MIMO Multiple Input Multiple Output Nhiều đầu vào nhiều đầu Thuật toán lập lịch EDF Real-Time Division Polling Dịch vụ thăm dò thời gian thực mở rộng Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần số MN Mobile Node Nút di động MPDU MAC Protocol Data Unit Đơn vị liệu giao thức lớp MAC MS Mobile Station Trạm di động MSDU MAC Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ lớp MAC NAP Network Access Provider Nhà cung cấp truy nhập mạng NAS Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng NAT Network Address Translation Thông dịch địa mạng NLOS Non Line Of Sight Tầm nhìn không thẳng nrtPS Non Real-Time Polling Service Dịch vụ thăm dò phi thời gian thực OFDM Orthogonal Frequency Multiplexing Division Đa phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Multiple Access Division Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao PDU Packet Data Unit Đơn vị liệu gói PER Packet Error Rate Tốc độ lỗi gói PHS Packet Header Suppression Rút ngắn tiêu đề gói PHSF PHS Field Vùng PHS PHSI PHS Index Chỉ mục PHS PHSM PHS Mask Mặt nạ PHS PKM Privacy Key Management Quản lý khoá bảo mật PSH Packing Subheader Tiêu đề đóng gói QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RR Round Robin Thuật toán lập lịch RR RSS Received Signal Strength Cường độ tín hiệu thu RSSI Received Signal Strength Indicator Bộ thị cường độ tín hiệu thu rtPS Real-Time Polling Service Dịch vụ thăm dò thời gian thực SDU Service Data Unit Đơn vị liệu dịch vụ SFA Service Flow Authorization Cấp phép luồng dịch vụ SFID Service Flow Identifier Nhận dạng luồng dịch vụ SFM Service Flow Management Quản lý luồng dịch vụ SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu tạp âm SS Subscriber Station Trạm thuê bao TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDD Time Division Duplexing Song công phân chia theo thời gian TDM Time Division Multiplexing Đa phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UDP User Datagram Protocol Giao thức gam liệu người sử dụng UGS Unsolicited Grant Services Dịch vụ cấp phát tự nguyện UL Uplink Đường lên VoIP Voice Over Internet Protocol Thoại IP WAN Wide Area Network Mạng khu vực rộng WAP Wireless Access Protocol Giao thức truy nhập không dây WDRR Weighted Deficit Round Robin Kỹ thuật lập lịch WDRR WFQ Weighted Fair Queuing Kỹ thuật lập lịch WFQ Wi-Fi Wireless Fidelity Mạng không dây Wifi WiMAX Worldwide Interoperability Microwave Access WRR Weighted Round Robin for Khả tương tác toàn cầu với truy nhập viba Kỹ thuật lập lịch WRR 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình mạng WiMAX chế độ PMP 12 Hình 1.2: Kiến trúc mạng WiMAX 14 Hình 1.3: Các đặc tính bật công nghệ WiMAX 15 Hình 1.4: Cấu trúc lớp MAC 17 Hình 1.5: Chức lớp mô hình phân lớp chuẩn IEEE 802.16 17 Hình 1.6: Phân loại ánh xạ CID hướng từ BS đến SS 19 Hình 1.7: Phân loại ánh xạ CID hướng từ SS đến BS 19 Hình 1.8: MAC PDU liệu 20 Hình 1.9: Định dạng tiêu đề MAC chung [2] 20 Hình 1.10: Định dạng MAC PDU 21 Hình 1.11: Định dạng tiêu đề MAC yêu cầu băng thông [2] 22 Hình 1.12: Quá trình khởi tạo thiết lập kết nối [3] 23 Hình 1.13: Quá trình thực ranging 24 Hình 1.14: Khời tạo luồng dịch vụ 25 Hình 1.15: yêu cầu cấp băng thông hỗ trợ lớp dịch vụ BE 26 Hình 1.16: Cấu trúc khung TDD (tổng quát) 27 Hình 1.17: Cấu trúc khung TDD (chia theo phần chức năng) 28 Hình 1.18: Khung phụ Downlink TDD 28 Hình 1.19: Các trường DL/UL BURST 31 Hình 1.20: DL Subframe [1] 32 Hình 1.21: Kiến trúc QoS IEEE 802.16 33 Hình 2.1: Cơ chế yêu cầu cấp phát băng thông WiMAX hỗ trợ QoS 39 Hình 2.2: Minh họa thuật toán lập lịch FCFS [19] 42 Hình 2.3: Minh họa thuật toán lập lịch Fair Queuing 45 Hình 2.4: Minh họa thuật toán lập lịchWRR 47 Hình 2.5: Minh họa thuật toán lập lịchWRR gói tin có chiều dài cố định 48 Hình 2.6: Minh họa thuật toán lập lịchWRR gói tin có chiều dài thay đổi 49 Hình 2.7: Minh họa thuật toán lập lịchWFQ – truyền bit-by-bit 50 Hình 2.8: Minh họa thuật toán lập lịchWFQ – truyền theo thời gian kết thúc 50 Hình 2.9: Minh họa thuật toán lập lịchDWRR 52 Hình 3.1: Module WiMAX NS-2 57 Hình 3.2: Mô hình mô 58 Hình 3.3: Thông lượng trung bình gói tin 59 Hình 3.4: Độ trễ trung bình gói tin 60 Hình 3.5: Thông lượng trung bình gói tin kích thước thay đổi 61 Hình 3.6: Độ trễ trung bình gói tin kích thước gói tin thay đổi 61 Hình 3.7: Quá trình xử lý gói tin theo thuật toán EDF queue UGS, rtPS, nrtPS, ertPS 65 Hình 3.8: Quá trình xử lý gói tin theo thuật toán WRR queue BE 66 65 While (Capa > and queue (Flow_NumberBE ) != NULL) // The uplink channel capacity and queue BE is not empty For i in 1…Flow_NumberBE BWi = BWi + Wi * Capa CreatIE (i) //Tạo IE (Information Element) kết nối gán vào tin UL-MAP Capa = Capa – Wi *Capa End for End while Giải thích giả mã: - Bước 1: Khi gói tin k luồng i cần truyền, chương trình xác định xem luồng i thuộc queue Nếu luồng i thuộc bốn queue UGS, rtPS, ertPS, nrtPS thời gian hết hạn gói tin lấy thông qua thủ tục deadline () gán vào biến T Nếu gói tin thuộc queue BE, kiểm tra tiếp để xác định trọng số gán Nếu gói tin FTP trọng số luồng i thông qua thủ tục weight (i, ftp), ngược lại, thủ tục weight (i, other) gọi để gán trọng số cho gói tin Sau kiểm tra xong, gói tin k thêm vào queue qua thủ tục enqueue () - Bước 2: Duyệt kiểm tra tất luồng, luồng rỗng tức gói tin cần truyền chương trình duyệt lại từ bước - Bước 3: Sử dụng thuật toán EDF, với queue UGS, rtPS, ertPS, nrtPS, ul-subframe có slot trống chứa thêm packet, queue packet cần truyền, gói tin truyền với băng thông băng thông phân chia theo SS, khả sẵn sàng kênh uplink bị giảm xuống Hình 3.7: Quá trình xử lý gói tin theo thuật toán EDF queue UGS, rtPS, nrtPS, ertPS 66 - Bước 4: Sử dụng thuật toán WRR, duyệt queue BE, ul-subframe slot trống queue BE gói tin tiến hành tính băng thông tích trọng số Wi với capacity kênh thông tin SS, gán thông tin băng thông lên UL-MAP, khả sẵn sàng kênh uplink bị giảm xuống Hình 3.8: Quá trình xử lý gói tin theo thuật toán WRR queue BE Bài toán đặt cần xây dựng hệ thống mạng ưu tiên dịch vụ truyền file (FTP) giúp hệ thống giảm thiểu việc bị gói tin đường truyền hết hạn Theo kết mô sử dụng thuật toán lập lịch RR queue BE, gói tin FTP truyền với băng thông thấp, với độ trễ cao Thuật toán “lập lịch hỗn hợp” đưa tạo độ ưu tiên gói tin FTP cao gói tin luồng khác queue BE Gói tin FTP đặt trọng số Weight cao hơn, truyền với băng thông cao truyền nhiều gói tin so với gói tin dịch vụ khác Trọng số Weight gán từ bắt đầu truyền tin không cần tính lại nên không thêm thời gian để tính toán lại, thuật toán không phức tạp Do mức độ ưu tiên lớp dịch vụ UGS > rtPS > nrtPS > ertPS, gói tin thuộc lớp dịch vụ có độ ưu tiên thấp dễ bị hạn mà chưa truyền dẫn đến tình trạng gói tin, độ tin cậy hệ thống mạng không cao Với queue UGS, rtPS, nrtPS, ertPS, tác giả sử dụng thuật toán EDF để tìm gói tin có thời gian hết hạn gần để truyền gói tin Do đó, hệ thống mạng giảm thiểu tình trạng gói tin bị hủy hết hạn, độ tin cậy hệ thống tăng cao Chắc chắn rằng, thuật toán “lập lịch hỗn hợp” đề xuất giúp hệ thống đạt yêu cầu đặt tối ưu việc sử dụng thuật toán RR Thuật toán lập lịch WRR hỗ trợ việc phân bổ băng thông khác cho lớp dịch vụ, cho phép hàng đợi băng thông cao gửi nhiều gói đơn truy cập vòng dịch vụ Để điều chỉnh nguồn tài nguyên mạng cho lớp dịch vụ, tham số độ trễ gói tin thông lượng hàng đợi điều chỉnh Tuy nhiên, hàng đợi WRR không hỗ trợ lập lịch phân bổ xác băng thông với gói tin có chiều dài thay đổi WRR cung cấp xác tỷ lệ phần trăm băng thông cho lớp dịch vụ tất gói liệu tất hàng đợi có kích thước kích thước gói tin trung bình phải biết trước 67 KẾT LUẬN Nhu cầu ngày tăng dịch vụ không dây VoIP, Video streaming,… xu hướng tích hợp dịch vụ điện thoại di động mạng nảy sinh yêu cầu cần phải có công nghệ không dây có khả cung cấp đường truyền tốc độ cao, tin cậy phạm vi phủ sóng rộng rãi WiMAX công nghệ không dây băng rộng quan trọng dự đoán thay công nghệ băng rộng hữu tuyến truyền thống với chi phí hiệu Để hỗ trợ tốt ứng dụng đa phương tiện, vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS - Quality of Service) với yêu cầu khác trở thành tính quan trọng, cần tập trung phát triển mạng truy nhập băng rộng không dây nói chung WiMAX nói riêng Chuẩn IEEE 802.16 định nghĩa phân loại thành lớp dịch vụ UGS, rtPS, ertPS, nrtPS BE Với lớp dịch vụ khác có yêu cầu băng thông chất lượng dịch vụ QoS khác WiMAX, dựa chuẩn IEEE 802.16, thiết kế theo hướng kết nối, sử dụng điều khiển nạp nghiêm ngặt (strict admission control) chế lập lịch nhằm hỗ trợ QoS Vì vậy, chế lập lịch hiệu có vai trò quan trọng hệ thống WiMAX Trong WiMAX, chế lập lịch hỗ trợ QoS cho lớp ứng dụng Tuy nhiên, chế lập lịch vấn đề mở, chưa tối ưu hóa để hỗ trợ giao thức TCP/IP, ứng dụng đa phương tiện Việc nghiên cứu, xây dựng thuật toán lập lịch hiệu giải vấn đề tranh chấp băng thông, sử dụng hiệu tài nguyên vô tuyến, đáp ứng yêu cầu QoS người dùng mạng WiMAX thực vấn đề cấp thiết Việc thực tốt nghiên cứu mang lại hiệu to lớn dung lượng thực hoá khả truyền liệu tốc độ cao đáp ứng yêu cầu QoS cho mạng truy nhập băng rộng không dây Trong nội dung luận văn này, tác giả trình bày số đặc điểm công nghệ WiMAX IEEE chuẩn hóa tiến hành nghiên cứu số kỹ thuật lập lịch số kỹ thuật lập lịch riêng biệt đề xuất áp dụng cho WiMAX Luận văn tập trung trình bày mô hình mô so sánh băng thông độ trễ luồng gói tin FTP CBR sử dụng thuật toán lập lịch quay vòng Round Robin, phân tích kết cho thấy ưu tiên luồng gói tin CBR cao so với luồng gói tin FTP Nhiều luồng gói tin FTP truyền tin, xảy tranh chấp băng thông làm gia tăng độ trễ truyền gói tin Luận văn vào phân tích nghiên cứu cải tiến, cách kết hợp thuật toán EDF với thuật toán Weight Round Robin để lập lịch với mục đích hạn chế việc bị gói tin đường truyền hạn (bị hủy) queue UGS, rtPS, nrtPS, ertPSvà đặt mức độưu tiên cho luồng gói tin FTP (ưu tiên dịch vụ truyền file) tất luồng gói tin dịch vụ khác trongqueue BE FTP truyền với băng thông cao Tuy nhiên, thuật toán lập lịch WRR không hỗ trợ gói tin có kích thước thay đổi kích thước trung bình gói tin trước Do 68 đó, kết tạo có sai số Ngoài ra, luận văn đưa đề xuất cải tiếnđi kèm với giả mã mà chưa thực kiểm nghiệm thực tế Hướng nghiên cứu luận văn dự kiến theo hai hướng cụ thể sau: - Nghiên cứu cải tiến thuật toán lập lịch theo hướng hỗ trợ kích thước gói tin thay đổi - Thực viết chương trình code thử nghiệm đề xuất cải tiến mà luận văn nêu phía 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE, “IEEE Standard for Air Interface for Broadband Wireless Access Systems”, IEEE Std 802.16™-2012 [2]IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, “Part 6: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands”, IEEE Std 802.16e™-2005 and IEEE Std 802.16™-2004/Cor1-2005 [3] Jeffrey G Andrews, Arunabha Ghosh, Rias Muhamed, “Fundamentals of WiMAX Understanding Broadband Wireless Networking”, [4] Professor Nguyen DinhThong, “802.16 MAC Layer Scheduling and its Effect on TCP performance”, [5] Teerawat Issariyakul and Ekram Hossain,Springer Science Business Media, LLC, 233 Spring Street, New York, NY 10013, USA,“Introduction to Network Simulator NS2” [6] Sadia Murawwat, Shen Ting-Zhi, Muhammad Iqbal, Tariq Aziz, Umer Farooq,“An overview of scheduling strategies for PMP mode in IEEE 802.16”, 2012 [7] Jia-Ming Liang, You-Chiun Wang, and Yu-Chee Tseng, “Scheduling Problems and Solutions in WiMAX Networks”, 2011 [8] Seungwoon Kim and Ikjun Yeom, Member, IEEE, “TCP-Aware Uplink Scheduling for IEEE 802.16”, IEEE Communications Letters, vol.11, no 2, February 2007 [9] NS-2 Development Team (Contacts: Shyam Parekh,Alcatel-Lucent; Biplab Sikdar, RPI), “TheWiMAX Forum System Level Simulator NS-2 MAC+PHY Add-On for WiMAX (IEEE 802.16)”, WIMAX Forum, Release 2.6 (In Collaboration with NIST), Version 2.6 (Beta), March 20, 2009 [10] “The ns Manual (formerly ns Notes and Documentation)”, The VINT Project, A Collaboration between researchers atUC Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC, November 4, 2011 [11]SyedAhsonMohammadIlyas,WiMAX:Technologies,PerformanceAnalysis,andQoS, Taylor&FrancisGroup,NewYork, 2008 [12]Jani Lakkakorpi, Alexander Sayenko, and Jani Moilanen,Comparison of Different Scheduling Algorithms forWiMAX Base Station, Proceedings of the 2008 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC 2008) Las Vegas, Nevada, USA 31 March - April 2008, pages 1991-1996 70 [13]Najah Abu Ali, Pratik Dhrona, Hossam Hassanein,A performance study of uplink scheduling algorithms in point-to-multipointWiMAX networks, Elsevier B.V,2008 [14]Qingwen Liu, Xin Wang, nd Georgios B Giannakis, A Cross-Layer Scheduling Algorithm With QoSSupport in Wireless Networks, IEEE Transactions on vehicular technology, vol 55, no 3, 5/2006 [15] Gandeva B Satrya, Ign Wiseto P Agung, Niken D W Cahyani,Performance Analysis of Packet Scheduling With Qosin IEEE 802.16e Networks, 2012 7th International Conference on Telecommunication Systems, Services, and Applications (TSSA) [16]Carlos Valencia and Thomas Kunz,Scheduling Alternatives for Mobile WiMAXEnd-to-end Simulations and Analysis, "IWCMC’10, June 28– July 2, 2010, Caen, France [17]Akashdeep, Karanjeet S Kahlon, Harish Kumar, Survey ofscheduling algorithmsin IEEE802.16 PMP networks,Egyptian Informatics Journal (2014) 15, 25 –36 [18] Carlos G Bilich, “TCP OVER WIMAX NETWORKS”, WIRELESS ACCESS NETWORKS PROJECT NUMBER II, Technical Report # DIT-06-061, June 16th , 2005 [19] Juniper Networks, “Supporting Differentiated Service Classes: Queue Scheduling Disciplines”, 2001 [20]Link tải NS 2.31: http://nchc.dl.sourceforge.net/sourceforge/nsnam/ns-allinone2.31.tar.gz [21] Link tải WiMAX 2.6: https://github.com/barun-saha/ns2-wimax-bluetoothwsn/blob/master/ns-2.34/ns-2.31-WiMAX_AATG_R2.6.patch 71 PHỤ LỤC TEST-BE-SAME.TCL # ns test-be-same-final.tcl ul 128 1024 0.5 > logbe.t #check input parameters if {$argc != 5} { puts "" puts "Wrong Number of Arguments! No arguments in this topology" puts "Syntax: ns test-be-same-final.tcl dl/ul block_size window_size data_loss_rate arq_enable" puts "" exit (1) } set nb_mn 4; # number of mobile node set direction [lindex $argv 0] set ARQ_b_size [lindex $argv 1] set ARQ_window_size [lindex $argv 2] set ARQ_data_loss_rate [lindex $argv 3] set ARQ_Enable_flag [lindex $argv 4] set packet_size 1000 ;# packet size in bytes at CBR applications set output_dir set gap_size 0.05 ;#compute gap size between packets puts "gap size=$gap_size" set traffic_start 20 set traffic_stop 30 set simulation_stop 31 set diuc ;#modulation for MNs set arq_max_window_size $ARQ_window_size #define debug values Mac/802_16 set debug_ Mac/802_16 set rtg_ 20 Mac/802_16 set ttg_ 20 Mac/802_16 set frame_duration_ 0.005 Mac/802_16 set ITU_PDP_ Mac/802_16/BS set dlratio_ Mac/802_16/SS set dlratio_ Mac/802_16 set fbandwidth_ 10e+6 Mac/802_16 set disable_interference_ Mac/802_16 set arq_block_size_ $ARQ_b_size Mac/802_16 set arqfb_in_dl_data_ Mac/802_16 set arqfb_in_ul_data_ Mac/802_16 set data_loss_rate_ $ARQ_data_loss_rate Mac/802_16 set queue_length_ 10000 Phy/WirelessPhy/OFDMA set g_ 0.25 72 #define coverage area for base station Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.2 Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 1.90546e-16 Phy/WirelessPhy set CSThresh_ [expr 0.9*[Phy/WirelessPhy set RXThresh_]] Phy/WirelessPhy set OFDMA_ # Parameter for wireless nodes set opt(chan) Channel/WirelessChannel ;# channel type set opt(prop) Propagation/OFDMA ;# radio-propagation model set opt(netif) Phy/WirelessPhy/OFDMA ;# network interface type set opt(mac) Mac/802_16/BS ;# MAC type set opt(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ;# interface queue type set opt(ll) LL ;# link layer type set opt(ant) Antenna/OmniAntenna ;# antenna model set opt(ifqlen) 50 ;# max packet in ifq set opt(adhocRouting) NOAH ;# routing protocol set opt(x) set opt(y) 1100 1100 ;# X dimension of the topography ;# Y dimension of the topography #defines function for flushing and closing files proc finish {} { global ns tf output_dir nb_mn $ns flush-trace close $tf exit } #create the simulator set ns [new Simulator] $ns use-newtrace #Open the NAM trace file set nf [open out.nam w] $ns namtrace-all $nf $defaultRNG seed #create the topography set topo [new Topography] $topo load_flatgrid $opt(x) $opt(y) #puts "Topology created" #open file for trace set tf [open $output_dir/out-be-same-1-0.res w] $ns trace-all $tf #puts "Output file configured" 73 # set up for hierarchical routing (needed for routing over a basestation) #puts "start hierarchical addressing" $ns node-config -addressType hierarchical AddrParams set domain_num_ ;# domain number lappend cluster_num 1 ;# cluster number for each domain AddrParams set cluster_num_ $cluster_num lappend eilastlevel [expr ($nb_mn+1)] ;# number of nodes for each cluster (1 for sink and one for mobile nodes + base station AddrParams set nodes_num_ $eilastlevel puts "Configuration of hierarchical addressing done" # Create God create-god [expr ($nb_mn + 2)] #puts "God node created" ;# nb_mn + (base station and sink node) #creates the sink node in first addressing space set sinkNode [$ns node 0.0.0] #provide some co-ord (fixed) to base station node $sinkNode set X_ 50.0 $sinkNode set Y_ 50.0 $sinkNode set Z_ 0.0 #puts "sink node created" #creates the Access Point (Base station) $ns node-config -adhocRouting $opt(adhocRouting) \ -llType $opt(ll) \ -macType Mac/802_16/BS \ -ifqType $opt(ifq) \ -ifqLen $opt(ifqlen) \ -antType $opt(ant) \ -propType $opt(prop) \ -phyType $opt(netif) \ -channel [new $opt(chan)] \ -topoInstance $topo \ -wiredRouting ON \ -agentTrace ON \ -routerTrace ON \ -macTrace ON \ -movementTrace OFF #puts "Configuration of base station" #setup channel model set prop_inst [$ns set propInstance_] $prop_inst ITU_PDP PED_A puts "after set pPDP" set bstation [$ns node 1.0.0] 74 $bstation random-motion #puts "Base-Station node created" #provide some co-ord (fixed) to base station node $bstation set X_ 550.0 $bstation set Y_ 550.0 $bstation set Z_ 0.0 [$bstation set mac_(0)] set-channel # creation of the mobile nodes $ns node-config -macType Mac/802_16/SS \ -wiredRouting OFF \ -macTrace ON ;# Mobile nodes cannot routing #Tao node 1: Chay dich vu FTP set wl_node_0 [$ns node 1.0.1] $wl_node_0 random-motion ;# disable random motion $wl_node_0 base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] ;#attach mn to basestation #compute position of the node $wl_node_0 set X_ 600.0 $wl_node_0 set Y_ 550.0 $wl_node_0 set Z_ 0.0 #$ns at "$wl_node_0 setdest 1060.0 550.0 1.0" ;#Thiet lap vi tri cua node puts "wireless node created " ;# debug info [$wl_node_0 set mac_(0)] set-channel [$wl_node_0 set mac_(0)] set-diuc $diuc [$wl_node_0 set mac_(0)] setflow UL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 [$wl_node_0 set mac_(0)] setflow DL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 if { $direction == "ul" } { set tcp_0 [$ns create-connection TCP $wl_node_0 TCPSink $sinkNode 42] } else { set tcp_0 [$ns create-connection TCP $sinkNode TCPSink $wl_node_0 42] } # Create a FTP traffic source and attach it to tcp0 set ftp_0 [new Application/FTP] $ftp_0 set packetSize_ 1000 $ftp_0 attach-agent $tcp_0 ;# bind ftp traffic to tcp agent $ns at $traffic_start "$ftp_0 start";# start ftp flow $ns at $traffic_stop "$ftp_0 stop";# stop ftp flow #} #Tao xong node 75 #Tao node 2: Chay dich vu FTP set wl_node_1 [$ns node 1.0.2] $wl_node_1 random-motion ;# disable random motion $wl_node_1 base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] ;#attach mn to basestation #compute position of the node $wl_node_1 set X_ 700.0 $wl_node_1 set Y_ 550.0 $wl_node_1 set Z_ 0.0 #$ns at "$wl_node_0 setdest 1060.0 550.0 1.0" ;#Thiet lap vi tri cua node puts "wireless node created " ;# debug info [$wl_node_1 set mac_(0)] set-channel [$wl_node_1 set mac_(0)] set-diuc $diuc [$wl_node_1 set mac_(0)] setflow UL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 [$wl_node_1 set mac_(0)] setflow DL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 if { $direction == "ul" } { set tcp_1 [$ns create-connection TCP $wl_node_1 TCPSink $sinkNode 43] } else { set tcp_1 [$ns create-connection TCP $sinkNode TCPSink $wl_node_1 43] } # Create a FTP traffic source and attach it to tcp1 set ftp_1 [new Application/FTP] $ftp_1 set packetSize_ 1000 $ftp_1 attach-agent $tcp_1 ;# bind ftp traffic to tcp agent $ns at $traffic_start "$ftp_1 start";# start ftp flow $ns at $traffic_stop "$ftp_1 stop";# stop ftp flow #} #Tao xong node #Tao node 3: Chay dich vu FTP set wl_node_2 [$ns node 1.0.3] $wl_node_2 random-motion ;# disable random motion $wl_node_2 base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] ;#attach mn to basestation #compute position of the node $wl_node_2 set X_ 800.0 $wl_node_2 set Y_ 550.0 $wl_node_2 set Z_ 0.0 76 #$ns at "$wl_node_0 setdest 1060.0 550.0 1.0" ;#Thiet lap vi tri cua node puts "wireless node created " ;# debug info [$wl_node_2 set mac_(0)] set-channel [$wl_node_2 set mac_(0)] set-diuc $diuc [$wl_node_2 set mac_(0)] setflow UL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 [$wl_node_2 set mac_(0)] setflow DL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 if { $direction == "ul" } { set tcp_2 [$ns create-connection TCP $wl_node_2 TCPSink $sinkNode 44] } else { set tcp_2 [$ns create-connection TCP $sinkNode TCPSink $wl_node_2 44] } # Create a FTP traffic source and attach it to tcp set ftp_2 [new Application/FTP] $ftp_2 set packetSize_ 1000 $ftp_2 attach-agent $tcp_2 ;# bind ftp traffic to tcp agent $ns at $traffic_start "$ftp_2 start";# start ftp flow $ns at $traffic_stop "$ftp_2 stop";# stop ftp flow #} #Tao xong node #Tao node 4: set wl_node_3 [$ns node 1.0.4] $wl_node_3 random-motion ;# disable random motion $wl_node_3 base-station [AddrParams addr2id [$bstation node-addr]] ;#attach mn to basestation #compute position of the node $wl_node_3 set X_ 900.0 $wl_node_3 set Y_ 550.0 $wl_node_3 set Z_ 0.0 #$ns at "$wl_node_3 setdest 1060.0 650.0 1.0" puts "wireless node created " ;# debug info [$wl_node_3 set mac_(0)] set-channel [$wl_node_3 set mac_(0)] set-diuc $diuc [$wl_node_3 set mac_(0)] setflow UL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 [$wl_node_3 set mac_(0)] setflow DL 10000 BE 275 $ARQ_Enable_flag 0.05 $ARQ_window_size 0 0 0 0 0 77 #create source trafficSegmentation fault (core dumped) #Create a UDP agent and attach it to node n0 set udp_3 [new Agent/UDP] $udp_3 set packetSize_ 1000 $udp_3 set fid_ 45 # -If if { $direction == "ul" } { $ns attach-agent $wl_node_3 $udp_3 } else { $ns attach-agent $sinkNode $udp_3 } # Create a CBR traffic source and attach it to udp set cbr_3 [new Application/Traffic/CBR] $cbr_3 set packetSize_ $packet_size $cbr_3 set interval_ $gap_size $cbr_3 attach-agent $udp_3 # Create the Null agent to sink traffic set null_3 [new Agent/Null] if { $direction == "ul" } { $ns attach-agent $sinkNode $null_3 } else { $ns attach-agent $wl_node_3 $null_3 } # Attach the agents $ns connect $udp_3 $null_3 $ns at [expr $traffic_start] "$cbr_3 start" $ns at [expr $traffic_stop] "$cbr_3 stop" #} #Tao xong node # create the link between sink node and base station $ns duplex-link $sinkNode $bstation 100Mb 1ms DropTail # Traffic scenario: if all the nodes start talking at the same time, we may see packet loss due to bandwidth request collision #set diff 0.02 #for {set i 0} {$i < $nb_mn} {incr i} { # $ns at [expr $traffic_start+$diff] "$ftp_0 start";#duong - start ftp flow # $ns at [expr $traffic_stop+$diff] "$ftp_0 stop";#duong - stop ftp flow #} $ns at $simulation_stop "finish" 78 #$ns at $simulation_stop "$ns halt" # Run the simulation puts "Running simulation for $nb_mn mobile nodes " $ns run puts "Simulation done." AVG-THROUGHPUT.PL #perl avg_throughput_during_sim_time.pl out-be-different-1-0.res 42 $infile=$ARGV[0]; $flow_id=$ARGV[1]; $tonode=$ARGV[2]; $start_time=0; $end_time=0; # -# -$sum=0; open (DATA,"[...]... hiệu năng của một mạng, được cung cấp thông qua việc phân lớp và lập lịch cho 5 lớp dịch vụ với các mức độ QoS riêng Do đó, lập lịch lưu lượng hiệu quả là rất quan trọng trong mạng WiMAX Luận văn này tập trung tìm hiểu những cách thức, thuật toán để giải quyết bài toán lập lịch nêu ở trên mà trong chuẩn IEEE.802.16 còn có phần để ngỏ cho các nhà phát triển dịch vụ lựa chọn 2 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Luận. .. khung trong hàng đợi Trong chiều UL, bộ lập lịch sử dụng biểu đồ cấp phát phức tạp hơn so với yêu cầu giữa BS và các SS riêng biệt BS chứa tất cả các yêu cầu tài nguyên khả dụng Do đó, bộ lập lịch DL đơn giản hơn bộ lập lịch UL Bộ lập lịch DL hay lập lịch UL hay bộ điều khiển đầu vào hay chính sách lưu lượng đều được quy định trong chuẩn IEEE 802.16 Mỗi dịch vụ lập lịch có cơ chế để hệ thống mạng sử... thuật toán lập lịch là kỹ thuật xử lý dữ liệu để hỗ trợ bộ lập lịch MAC cho việc truyền dữ liệu trên kết nối BS điều khiển việc lập lịch cho cả chiều uplink và chiều downlink Bộ lập lịch tính toán yêu cầu về băng thông, khoảng thời gian chờ thích hợp cấp phát băng thông cho chiều UL và chiều DL Chiều DL thực hiện truyền quảng bá và bộ lập lịch điền thông tin vào trong mỗi burst dựa trên các thông số... hiểu yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), các cơ chế yêu cầu của bộ lập lịch hỗ trợ QoS và phân tích một số thuật toán lập lịch Chương 3: THUẬT TOÁN LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS Chương 3 thực hiện mô phỏng thuật toán lập lịch trong dịch vụ BE và UGS, giới thiệu thuật toán lập lịch đề xuất nhằm mục đích cải thiện chất lượng dịch vụ mạng 12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ WIMAX WiMAX, viết tắt của Worldwide Interoperability... hàng đợi, bộ lập lịch DL tại BS lựa chọn từ hàng đợi DL các gói tin SDU tiếp theo để truyền tới SS 34 Bộ lập lịch UL tại BS: Các yêu cầu băng thông được BS sử dụng để ước lượng gói tin trong hàng đợi của các kết nối UL Dựa vào sự khác nhau giữa băng thông yêu cầu và băng thông được cấp, bộ lập lịch UL của BS tính backlog trong mỗi kết nối UL, và phân bổ băng thông UL tiếp theo dựa vào các thông số QoS... Luận văn gồm các phần chính sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ WiMAX Chương 1 giới thiệu nền tảng của tiêu chuẩn IEEE 802.16 và WiMAX, trình bày kiến trúc WiMAX, các đặc tính nổi bật của WiMAX, và đặc biệt là lớp MAC trong WiMAX, cấu trúc MAC trong TDD Frame, và các yêu cầu chất lượng dịch vụ Chương 2: KỸ THUẬT LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS TRONG WiMAX Chương 2 tập trung tìm hiểu yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), các cơ. .. chấp nhận, thông tin về BS sẽ được lưu tại SS Sau khi được đồng bộ, SS xem xét các thông tin điều khiển FCH, DCD, UCD, DL-MAP, UL-MAP và các thông số liên quan trong việc truyền DL và UL - Các thông số uplink kết nối: dựa trên các thông số UL được giải mã từ các thông tin điều khiển, SS xác định BS nào là phù hợp với yêu cầu của nó Nếu BS nào phù hợp, SS sẽ đọc thông tin trong UL-MAP để xem cơ hội được... BS muốn thông báo cho SS cơ hội yêu cầu băng thông đang đến, nó sẽ sử dụng bản tin UL-MAP để làm việc đó UL-MAP sẽ chấp nhận băng thông đủ cho SS hay xem xét yêu cầu băng thông của SS trong chu kỳ yêu cầu BS điều khiển truy cập mạng của UL, cấp phát yêu cầu băng thông từ SS sẽ được thực hiện trên 4 cơ chế yêu cầu băng thông cho UL sau: - Cấp không theo yêu cầu: cấp băng thông cố định, chỉ trong giai... ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Hiện nay, mạng truy cập không dây băng thông rộng BWA (Broadband Wireless Access) đang là lĩnh vực được tập trung nghiên cứu và phát triển Trong đó, Wi-Fi và 3G là những công nghệ đang phát triển với tốc độ dữ liệu tăng nhanh Tuy nhiên, WiFi và 3G có hạn chế chỉ sử dụng được trong phạm vi nhỏ và với tốc độ không cao Công nghệ mạng WiMAX ra đời, là giải pháp kinh tế khi... với hệ thống mạng có nhiều kết nối trên mỗi trạm SS Trong chế độ thứ hai, SS được cung cấp băng thông tổng cộng để phân bổ cho nhiều kết nối dữ liệu truyền cùng lúc trong SS Khi SS muốn truyền, nó sẽ gửi thông điệp yêu cầu băng thông BWR (BandWidth Request) tới BS (thông báo các lớp và các thông số kỹ thuật của nó) BS nhận yêu cầu từ các SS và thực hiện phân bổ băng thông sử dụng bộ lập lịch theo các ... dụng Do đó, lập lịch DL đơn giản lập lịch UL Bộ lập lịch DL hay lập lịch UL hay điều khiển đầu vào hay sách lưu lượng quy định chuẩn IEEE 802.16 Mỗi dịch vụ lập lịch có chế để hệ thống mạng sử dụng... THUẬT LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS TRONG WiMAX Chương tập trung tìm hiểu yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS), chế yêu cầu lập lịch hỗ trợ QoS phân tích số thuật toán lập lịch Chương 3: THUẬT TOÁN LẬP LỊCH... bày luận văn tìm hiểu, nghiên cứu trình bày lại theo cách hiểu Trong trình làm luận văn, có tham khảo tài liệu có liên quan ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu