đồ án giảm tắc nghẽn mạng

đồ án giảm tắc nghẽn mạng

- 1 - - Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Lê Mai Duyên cùng quý thầy cô bộ môn khoa Điện-Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Duy Tân Thành Phố Đà Nẵng. - Trong quá trình thực hiện đồ án chuyên ngành em gặp không ít khó khăn và thiếu sót. Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của cô đã giúp em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đồ án này. - Do kiến thức của em còn hạn chế nên trong đồ án này còn nhiều sai xót em rất mong được sự thông cảm của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, tháng 3 năm 2013 SV thực hiện VÕ KHẮC THẮNG - Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Lê Mai Duyên cùng quý thầy cô bộ môn khoa Điện-Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Duy Tân Thành Phố Đà Nẵng. - Trong quá trình thực hiện đồ án chuyên ngành em gặp không ít khó khăn và thiếu sót. Nhưng được sự hướng dẫn và chí dạy nhiệt tình của cô đã giúp em khắc phục được những thiếu sót đó và có thể hoàn thành được đồ án này. - Do kiến thức của em còn hạn chế nên trong đồ án này còn nhiều sai xót em rất mong được sự thông cảm của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, tháng 3 năm 2013 SV thực hiện VÕ KHẮC THẮNG LỜI CẢM ƠN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN .4 3.5.4. Phát hiện sớm ngẫu nhiên thích nghi ARED .63 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN .4 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: So sánh các kĩ thuật hàng đợi------------------------------------------------39 LỜI MỞ ĐẦU Mạng viễn thông của các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ. Nhu cầu về dịch vụ mạng ngày càng phong phú và đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác nhau. Xu hướng phát triển là tiến tới hội tụ về mạng và hội tụ về dịch vụ. Tài nguyên của mạng thì có giới hạn trong khi nhu cầu - 2 - truyền thông tin ngày càng tăng. Chính vì vậy hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi. Để giải quyết vấn đề này có hai hướng giải quyết tổng quát nhất, đó là: - Tăng tài nguyên mạng (mở rộng nút mạng, tăng các tuyến truyền dẫn, tăng băng thông của mạng…). - Điều khiển chống tắc nghẽn mạng. Với cách thứ nhất chi phí đầu tư lớn, làm thay đổi phần cứng của mạng và không thể thực hiện thường xuyên được. Cách thứ hai sử dụng thuật toán, các giao thức để điều khiển chống nghẽn mạng. Cách này đầu tư nhỏ, không ảnh hưởng đến phần cứng của mạng và rất mềm dẻo linh hoạt, đây cũng là phương án khả thi thích hợp với điều kiện ở Việt Nam. Tuy nhiên điều khiển chống tắc nghẽn mạng là một vấn đề phức tạp, nhất là khi mạng ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày càng nhiều, số lượng người sử dụng tăng đột biến kèm theo vấn đề lưu lượng tăng vọt và biến đổi động…Vì vậy, điều khiển chống nghẽn mạng ngày càng trở nên cấp thiết. 1. MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các vấn đề mạng vô tuyến băng thông thấp, đồng thời nghiên cứu kỹ thuật hạn chế tắc nghẽn mạng mà ở đây là thuật toán hàng đợi (xếp hàng), mô phỏng, đánh giá để có thể ứng dụng thực tế sau này. 2. Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN - 3 - Đảm bảo vấn đề chất lượng dịch vụ cho mạng đa dịch vụ là một vấn đề phức tạp đã và đang có rất nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước. Tuy nhiên, việc áp dụng vào thực tế cho mỗi mạng không phải là một công thức cứng nhắc nào. Do vậy, việc nghiên cứu giải pháp chống tắc nghẽn trên đường vô tuyến băng thông thấp là việc làm thiết thực có ý nghĩa khoa học và thực triễn cao. 3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đồ án tập trung nghiên cứu các vấn đề tắc nghẽn mạng, các kỹ thuật chống nghẽn mạng, thuật toán hàng đợi, sau đó dùng phân mềm It Guru Opnet để mô phỏng. 4. CẤU TRÚC - Chương 1 : Tổng quan về mạng vô tuyến. - Chương 2 : Phương pháp quản lý và tránh tắc nghẽn trong mạng vô tuyến băng thông thấp. - Chương 3 : Quản lý hàng đợi và các thuật toán. - Chương 4 : Mô phỏng và phân tích. - Kết luận và hướng phát triển. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VÔ TUYẾN Trong gần 10 năm qua mạng vô tuyến (không dây) đã phát triển với tốc độ chóng mặt. Có rất nhiều loại hình mạng, nhiều công nghệ, nhiều chuẩn vô tuyến đã và đang được chuẩn hóa. Ngày nay mạng không dây đang trở nên phổ biến trong các tổ chức, doanh nghiệp và cá nhân. Nó đang dần dần thay thế mạng có hữu - 4 - tuyến bởi những ưu điểm mà nó mạng lại trong cuộc cách mạng công nghệ truyền thông hiện đại hiện nay. 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1. Khái niệm về mạng vô tuyến Mạng vô tuyến là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay vì các đường truyền dẫn bằng dây. Khi dùng các loại cáp ta gặp một số khó khăn như cơ sở cài đặt cố định, khoảng cách không xa, vì vậy để khắc phục những khuyết điểm trên người ta dùng đường truyền vô tuyến. Đường truyền vô tuyến mang lại những lợi ích sau: • Cung cấp nối kết tạm thời với mạng cáp có sẵn. • Những người liên tục di chuyển vẫn nối kết vào mạng dùng cáp. • Lắp đặt đường truyền vô tuyến ở những nơi địa hình phức tạp không thể đi dây được. • Phù hợp cho những nơi phục vụ nhiều kết nối cùng một lúc cho nhiều khách hàng. Ví dụ như: Dùng đường vô tuyến cho phép khách hàng ở sân bay kết nối vào mạng để duyệt Internet. • Dùng cho những mạng có giới hạn rộng lớn vượt quá khả năng cho phép của cáp đồng và cáp quang. • Dùng làm kết nối dự phòng cho các kết nối hệ thống cáp. Tuy nhiên, đường truyền vô tuyến cũng có những hạn chế sau đây: • Tín hiệu không an toàn. • Dễ bị nghe lén. • Khi có vật cản thì tín hiệu suy yếu rất nhanh. • Băng thông không cao. 1.1.2. Truyền dẫn vô tuyến 1.1.2.1. Sóng vi ba trên mặt đất A. Mô tả vật lý - 5 - Loại ăng ten sóng vi ba phổ biến nhất chính là anten hình đĩa parabol, có kích thước điển hình là khoảng 3m đường kính. Anten này được dùng để truyền một chùm hẹp theo đường thẳng để đến anten nhận. Anten sóng vi ba thường nằm ở vị trí cao đáng kể so với mặt đất để mở rộng phạm vi giữa những anten và có thể tránh những trở ngại trên đường truyền. Để đạt được khoảng cách truyền dài, một loạt các trạm tiếp sức sóng vi ba được sử dụng. Các trạm sóng vi ba được kết nối với nhau qua liên kết điểm - điểm trong khoảng cách mong muốn. B. Ứng dụng Ứng dụng chính của các hệ thống sóng vi ba trên mặt đất là dịch vụ thông tin liên lạc đường dài. Đây là một sự thay thế cho cáp đồng trục hoặc cáp quang. Các hệ thống này đòi hỏi ít bộ khếch đại và bộ lặp so với cáp đồng trục nhưng chỉ cho phép truyền thẳng. Sóng vi ba được sử dụng cho cả thoại và truyền hình. Một ứng dụng khác ngày càng phổ biến của sóng vi ba là cho những liên kết ngắn điểm – điểm giữa những tòa nhà. Liên kết này được sử dụng cho truyền hình có khép kín được xem như một liên kết dữ liệu giữa các mạng cục bộ. C. Đặc tính truyền dẫn Truyền dẫn sóng vi ba bao gốm một phần đáng kể của phổ điện từ. Tần số phổ biến sử dụng để truyền từ 1- 40 GHz. Tần số càng cao thì băng thông tiềm năng cũng tăng chính vì thế tốc độ truyền dữ liệu tiềm năng cũng tăng. Đối với bất kỳ hệ thống truyền dẫn nào, nguyên nhân chính là sự suy hao. Đối với vi ba ( và tần số vô tuyến), mất mát có thể được diễn tả theo công thức: 2 4 10log( ) d L π λ = Trong đó d ( khoảng cách ) và λ ( bước sóng ) có cùng đơn vị đo. Như vậy mất mát biến thiên theo một hàm bậc hai của khoảng cách. Ngược lại, đối với cắp xoắn đôi và cáp đồng trục, mất mát biến thiên theo hàm mũ đối với khoảng cách ( tuyến tính trong đơn vị decibels). Vì vậy, bộ lặp hoặc bộ khếch đại có thể được đặt cách nhau ở những khoảng cách xa hơn, điển hình 10-100km. Một nguyên nhân - 6 - khác của suy hao chính là do nhiễu chồng. Với sự phổ biến ngày càng tăng của sóng vi ba, khu vực truyền dẫn chồng chéo lên nhau do đó các dải tần số được quy định một cách nghiêm ngặt. 1.1.2.2. Vệ tinh A. Mô tả vật lý Một vệ tinh liên lạc chính là một trạm tiếp sóng vi ba. Nó được sử dụng để liên kết hai hay nhiều trạm thu và phát sóng vi ba trên mặt đất. Các vệ tinh nhận tín hiệu trên một băng tần, khếch đại hay lập tín hiệu đó và truyền nó đi trên một băng tần khác. Một vệ tinh xoay quanh quỹ đạo sẽ hoạt động trên một số băng tần, được gọi là các kênh tiếp sóng. Hình 1 mô tả một cách chung chung hai cấu hình phổ biến cho truyền thông tin vệ tinh. Trong hình đầu tiên, vệ tinh được sử dụng để cung cấp một liên kết điểm- điểm giữa hai anten cách xa nhau trên mặt đất. Ở hình thứ hai, vệ tinh cung cấp giao tiếp giữa một trạm phát và một trạm thu trên mặt đất. Để một vệ tinh hoạt động hiệu quả, vệ tinh cần phải đứng yên so với trái đất. Nếu không, vệ tinh sẽ có lúc nằm ngoài tầm ngắm của các trạm trên mặt đất. Để duy trì trạng thái này, vệ tinh phải có chu kỳ quay bằng chu kỳ quay trái đất. Hai vệ tinh sử dụng cùng băng tần, nếu chúng gần nhau thì sẽ giao thoa sóng với nhau. Để tránh vấn đề này, các tiêu chuẩn được đưa ra để quy định về vị trí cũng như tần số của các vệ tinh. B. Ứng dụng Các vệ tinh truyền thông là một cuộc cách mạng công nghệ cũng quan trọng như cáp quang. Các ứng dụng quan trọng nhất của vệ tinh : • Truyền hình vệ tinh. • Truyền dẫn điện thoại đường dài. • Mạng kinh doanh riêng. - 7 - Hình 1.1: Point –to – point link - 8 - Hình 1.2: Cấu hình truyền thông của vệ tinh C. Đặc tính truyền dẫn Dãy tần số tối ưu cho truyền dẫn vệ tinh trong khoảng 1- 10 GHz. Nếu dưới 1GHz tín hiệu sẽ chịu nhiều loại nhiễu trong tự nhiên bao gồm : thiên hà, mặt trời, nhiễu không khí, nhiễu chống do con người gây ra từ các thiết bị điện. Trên 10 GHz, tín hiệu bị suy hao mạnh bởi sức hút của bầu khí quyển và mưa gió. Hầu hết các vệ tinh cung cấp các dịch vụ điểm - điểm ngày nay sử dụng băng tần trong khoảng 5.925-6,425 GHz để truyền từ trái đất đến vệ tinh (uplink) và băng thông một trong khoảng 3,7-4,2 GHz để truyền từ vệ tinh đến trái đất (downlink). Sự kết hợp này được gọi băng tần 4 / 6GHz. Lưu ý rằng uplink và downlink có tần số khác nhau. Một số đặc tính của truyền thông vệ tinh cần phải được lưu ý. Trước tiên, việc truyền dẫn phải qua một khoảng cách dài nên có một sự chậm trễ bằng 1/4 giây nếu truyền từ một trạm đến một trạm khác ở mặt đất thông qua vệ tinh. Sự trì hoãn này là đáng chú ý trong các cuộc hội thoại thông thường. Nó cũng làm nãy sinh những vấn đề trong các lĩnh vực kiểm soát lỗi và điều khiễn luồng. Thứ hai, nhiễu trạm có thể truyền đến vệ tinh, và tín hiệu từ vệ tinh có thể được nhận bởi nhiều trạm. 1.2.2.3. Phát sóng vô tuyến A. Mô tả vật lý Sự khác biệt giữa sóng vô tuyến và sóng vi ba: sóng vô tuyến thì không có hướng còn sóng vi ba thì có hướng. Hơn nũa sóng vô tuyến không cần những anten có hình đĩa và các anten có thể đặt một cách linh động. B. Ứng dụng - 9 - Sóng vô tuyến là một thuật ngữ chung được sử dụng để chỉ các sóng có tần số trong khoảng 3 kHz đến 300 GHz. Dãy tần số từ 30 MHz đến 1 GHz bao gồm đài FM, truyền hình UHF và VHF. Dãy tần số này cũng được sử dụng cho một số ứng dụng mạng dữ liệu. C. Đặc tính truyền dẫn Dãy tần số từ 30 MHz đến 1 GHz là một dãy tần hiệu quả để loan truyền tín hiệu. Không giống như các trường hợp sóng điện từ có tần số thấp hơn, tầng điện vô hình đối với các sóng vô tuyến có tần số lớn hơn 30 MHz. Do đó việc truyền dẫn bị giới hạn trong một khoảng nhất định, và những trạm phát ở xa sẽ không thể cản trở nhau vì tính phản xạ của bầu khí quyển. Không giống như sóng vi ba, sóng vô tuyến ít bị ảnh hưởng bởi mưa. Cũng như với sóng vi ba, số lượng suy hao do khoảnh cách thỏa công thức : 2 4 10log( ) d L π λ = Nếu bước sóng dài hơn thì sóng vô tuyến sẽ ít bị suy hao hơn. 1.2.2.4. Hồng ngoại Tất cả mạng vô tuyến hồng ngoại đều hoạt động bằng cách dùng tia hồng ngoại để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị. Phương pháp này có thể truyền tín hiệu ở tốc độ cao do dải thông cao của tia hồng ngoại. Thông thường mạng hồng ngoại có thể truyền với tốc độ từ 1-10Mbps. Miền tần số từ 100GHz đến 1000GHz. Có bốn loại mạng hồng ngoại : • Mạng đường ngắm(đường thẳng): Mạng này chỉ truyền khi máy phát và máy thu có một đường ngắm rõ rệt giữa chúng. • Mạng hồng ngoại tán xạ: Kỹ thuật này phát tia truyền dội tường và sàn nhà rồi mới đến máy thu. Diện tích hiệu dụng bị giới hạn ở khoảng 100feet (35m) và có tín hiệu chậm do hiện tượng dội tín hiệu. - 10 - . có tốc độ thấp • Đạo hàng, định vị • Phát thanh AM • Hàng hải, trạm thông tin duyên hải,chỉ dẫn tìm kiếm • Phát thanh song ngắn, cảnh sát, taxi… 1.2.2. Khó. cao của các dịch vụ đa phương tiện và các loại hình dịch vụ mới: dữ liệu, âm thanh, hình ảnh gây ra tắc nghẽn tại các đường truyền dẫn băng thông thấp. •