Thuật toán điều khiển tắc nghẽn WLDA+

Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Hồng Đoàn THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN WLDA+ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Mạng truyền thông Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS, TS Nguyễn Đình Việt Hà nội – 2007 Lời cảm ơn Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Mục lục Bảng thuật ngữ viết tắt Error! Bookmark not defined Danh mục hình vẽ Error! Bookmark not defined Mở đầu Chương Giới thiệu I Internet mô hình tham chiếu Lịch sử phát triển mạng Internet giao thức TCP/IP Các mô hình tham chiếu II Một số giao thức phổ biến Error! Bookmark not defined Giao thức TCP Error! Bookmark not defined Giao thức UDP: Error! Bookmark not defined Giao thức RTP Error! Bookmark not defined Chương Cơ chế điều khiển lưu lượngError! Bookmark not defined I Phát lỗi điều khiển khắc phục lỗi Error! Bookmark not defined 1.Tổng quan Error! Bookmark not defined Cơ chế bảo vệ, phát khắc phục lỗi Error! Bookmark not defined II Điều khiển lưu lượng, tránh tắc nghẽn Error! Bookmark not defined Cơ chế điều khiển lưu lượng Error! Bookmark not defined Thuật toán điều khiển lưu lượng Error! Bookmark not defined Điều khiển tắc nghẽn mạng hỗn hợp có dây không dây .Error! Bookmark not defined Kỹ thuật TCP-friendly Error! Bookmark not defined Lược đồ WLDA+ Error! Bookmark not defined Chương Đánh giá hiệu suất giao thức việc đảm bảo QoS cho truyền thông đa phương tiện Error! Bookmark not defined I Các phương pháp đánh giá hiệu suất giao thức Error! Bookmark not defined Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined Đánh giá hiệu suất mô hình toán học Error! Bookmark not defined Đánh giá hiệu suất đo thực tế Error! Bookmark not defined Đánh giá hiệu suất mô Error! Bookmark not defined II Truyền thông Multimedia vấn đề đảm bảo QoS Error! Bookmark not defined 1.Truyền thông đa phương tiện Error! Bookmark not defined Một số mô hình QoS: Error! Bookmark not defined III Một số kỹ thuật xử lý hàng đợi Error! Bookmark not defined Chương 4: Đánh giá hiệu suất WLDA+ mô phỏngError! Bookmark no I Cơ NS Error! Bookmark not defined II Mô thuật toán WLDA+ NS Error! Bookmark not defined Cấu hình mô WLDA+ Error! Bookmark not defined Đánh giá độ xác lược đồ lỗi Error! Bookmark not defined Đánh giá hiệu suất kỹ thuật Error! Bookmark not defined Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Đánh giá ảnh hưởng tỷ lệ lỗi khác mạng không dây: Error! Bookmark not defined Tính khả triển WLDA+ Error! Bookmark not defined Kết luận phương hướng nghiên cứuError! Bookmark not defined Kết luận Error! Bookmark not defined Phương hướng nghiên cứu .Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo 11 Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Mở đầu Các giao thức truyền thông chủ yếu Internet áp dụng ngày giao thức truyền thống TCP, UDP, IP…Những giao thức đáp ứng yêu cầu thực tế mức độ định Ứng dụng phổ biến chạy giao thức TCP File Tranfer Protocol, World Wide Web, Telnet, HyperText Tranfer Protocol, Simple Mail Tranfer Protocol v.v Một số ứng dụng đặc biệt truyền thông Multimedia, hội thảo truyền hình trực tuyến, Telephony, xem phim qua mạng triển khai giao thức UDP Tuy nhiên, hiệu suất ứng dụng chưa có kết mong đợi, môi trường mạng hỗn hợp mạng có dây mạng không dây dần trở nên phổ biến Trong môi trường hỗn hợp, chế điều khiển luồng, điều khiển tắc nghẽn truyền thống TCP khó phát huy hết tác dụng tình trạng liệu, độ trễ gói tin tăng đột biến không dấu hiệu tình trạng tắc nghẽn mạng mà nguyên nhân đường truyền không dây có tỷ lệ lỗi bit cao, việc triển khai QoS chưa rộng rãi Ngoài ra, với TCP giao thức không hỗ trợ truyền Multicast nên truyền tin theo nhóm hay Multicast vấn đề quản lý phiên làm việc đan xen phức tạp Giao thức UDP ứng dụng multimedia chế phát lại gói tin dẫn đến không đảm bảo toàn vẹn liệu, không đảm bảo tính công đường truyền cho giao thức khác tham gia truyền tin tuyến đường mạng, dẫn đến tình trạng luồng thông tin chạy giao thức khác dần hội truyền lúc thông lượng trở Vậy nên giải pháp cho mạng Internet ngày có xu hướng là: mặt tiếp tục nghiên cứu sách ưu tiên dịch vụ, đảm bảo chất lượng Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 triển khai sách thiết bị mạng Những thiết bị mạng tương thích với giao thức, thiết bị cũ tồn Sau đó, thay dần thiết bị cũ đường truyền Internet thiết bị hơn, có kỹ thuật quản lý QoS tốt tính mở rộng cao để có mạng Internet chất lượng cao Mặt khác, cải tiến giao thức với kỹ thuật điều khiển luồng, tránh tắc nghẽn tốt để phục vụ ứng dụng multimedia môi trường mạng hỗn hợp hiệu Một ví dụ: với kỹ thuật WLDA+ giới thiệu V.Dorgham Sisalem vào tháng năm 2004 [4] thuật toán kiểu TCP-friendly chạy môi trường mạng hỗn hợp Kỹ thuật dựa chế điều khiển luồng giao thức RTP [13] để phân tích thông tin độ trễ, liệu, băng thông nơi cổ chai đường truyền phục vụ cho việc điều khiển tắc nghẽn, đồng thời sử dụng thêm số kỹ thuật khác để bóc tách nguyên nhân liệu đường truyền hay tắc nghẽn có cách xử lý thích hợp nhằm tăng hiệu suất sử dụng băng thông đồng thời đảm bảo tính công cho giao thức khác đường truyền Việc nghiên cứu tìm hiểu rõ kỹ thuật mục tiêu luận văn Ngoài ra, để làm sáng tỏ vấn đề luận văn tìm hiểu, trình bày số nội dung liên quan chế áp dụng cho việc truyền tải liệu mạng hỗn hợp I-TCP, SnoopTCP…, giới thiệu giao thức RTP khái niệm khác chế điều khiển tắc nghẽn TCP, đảm bảo chất lượng dịch vụ ứng dụng multimedia phương pháp đánh giá hiệu suất mạng, mô mạng dựa mô mạng (Network Simulator) NS-2 Việc nghiên cứu giao thức WLDA+ nhằm khẳng định tính công việc chia sẻ đường truyền, tính xác liệu truyền áp dụng chế đặc biệt tính ưu việt tách bạch hai nguyên nhân gây gói tin tắc nghẽn hay đường truyền lỗi Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 môi trường mạng hỗn hợp, từ có cách đối xử hợp lý với tốc độ truyền liệu vào mạng giúp cải thiện hiệu suất mạng tốt Với mục tiêu đó, bố trí luận văn thành phần Chương 1: Giới thiệu Chương hệ thống lại lịch sử phát triển Internet giao thức TCP/IP, ưu, nhược điểm giao thức tự thích ứng với đường truyền, chia sẻ công hay không đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, tượng đồng toàn cầu Sau so sánh với số giao thức phổ biến khác UDP, RTP trình bày giải pháp cải thiện hiệu suất ứng dụng Multimedia đường truyền có dây đường truyền không dây Chương 2: Cơ chế điều khiển lưu lượng giao thức WLDA+ Chương trình bày chế, kỹ thuật điều khiển lưu lượng tránh tắc nghẽn giao thức TCP truyền thống, đặc trưng lỗi đường truyền không dây cải tiến cho mạng hỗn hợp ITCP, snoop-TCP cải tiến cho mạng hỗn hợp có ứng dụng Multimedia giao thức WLDA+ Chương 3: Đánh giá hiệu suất giao thức mạng Chương giới thiệu vài phương pháp đánh giá hiệu suất giao thức mạng phương pháp đánh giá mô hình toán học (lý thuyết hàng đợi) hay phương pháp đánh giá dựa việc đo mạng thực lựa chọn phương pháp đánh giá hiệu suất cho giao thức WLDA+ Trong chương này, đề cập đến vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, đặc biệt với ứng dụng Multimedia Chương 4: Đánh giá hiệu suất WLDA+ mô Chương tập trung vào việc sử dụng phần mềm mô mạng NS2, xây dựng mô hình mô phục vụ cho luận văn, thực số mô để đánh giá giao thức nhằm thấy hiệu sử dụng Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 mạng, phân biệt lỗi đường truyền tính cân giao thức WLDA+ Kết luận Phương hướng nghiên cứu Chương Giới thiệu I Internet mô hình tham chiếu Lịch sử phát triển mạng Internet giao thức TCP/IP Mạng công cộng toàn cầu Internet trở nên thành phần thiếu đời sống xã hội kỷ Xuất phát từ nhu cầu thực tế, ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng, máy móc trở nên đại phục vụ hữu ích cho đời sống người việc điều khiển máy, dây chuyền đại với kích thước khổng lồ không đơn giản với thao tác tay người, máy với nhiệm vụ tính toán hay gọi tắt máy tính, máy điều khiển lần xuất công xưởng lớn hay môi trường quan trọng Quốc gia Kế theo đòi hỏi việc chia sẻ thông tin máy tính dẫn tới hình thành mạng máy tính, liên mạng máy tính phạm vi toàn cầu để trở thành mạng thông tin lớn nhất: Internet Ban đầu, vào năm 60 mạng hình thành phòng thí nghiệm Robert LG đề xuất, quan quản lý dự án nghiên cứu phát triển ARPA thuộc Bộ Quốc phòng Mỹ liên kết mạng địa điểm tạo thành mạng WAN có tên ARPANET Năm 1983 giao thức TCP/IP coi chuẩn ngành quân Mỹ máy mạng Arpanet phải tuân thủ chuẩn Với ưu điểm bật giao thức này, đặc biệt khả liên kết mạng khác cách dễ dàng trở thành giao thức phổ biến cho mạng Internet ngày Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Internet hiểu theo nghĩa tập hợp nhiều mạng con, tạo thành liên mạng sử dụng giao thức TCP/IP, với thực thể tham gia vào mạng cấp địa IP công bố toàn giới mạng Mọi lĩnh vực trị, xã hội, thể thao, văn hóa, học tập, nghiên cứu v.v xuất Internet trở thành phần tất yếu sống người đại ngày nay, đồng thời làm cho nhu cầu ứng dụng truyền thông đa phương tiện tăng lên không ngừng với tốc độ chóng mặt Các mô hình tham chiếu Để thuận tiện việc lập trình giao thức, xử lý thông tin giảm độ phức tạp thiết kế hay trình xử lý lỗi, mô hình mạng máy tính nói chung chia thành nhiều tầng (layer) hay gọi mức lớp Mỗi tầng xây dựng dựa tầng bên dưới, tầng bên thực chức riêng chuyển kết thực lên tầng Tầng lại dựa vào kết để thực chức chúng mà không cần quan tâm đến chi tiết lại có kết mà nhận Mặt khác, để có thống tất nhà sản xuất thiết bị mạng toàn giới, hay nói sản phẩm mạng hãng khác liên lạc, làm việc cách đơn giản với cần có chuẩn truyền thông chung hay gọi mô hình tham chiếu Có hai mô hình phổ biến ISO OSI TCP/IP 2.1 Mô hình OSI: Mô hình OSI (Open system interconnection – Mô hình kết nối hệ thống mở) sở dành cho việc chuẩn hoá hệ thống truyền thông, nghiên cứu xây dựng ISO Vào năm 70, việc nghiên cứu mô hình OSI bắt đầu Đến năm 1984, mô hình tham chiếu OSI thức đưa giới thiệu Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 Đúng tên gọi, mô hình lớp OSI mô hình tham chiếu mạng cụ thể Theo mô hình này, hai thực thể thuộc hai tầng đồng mức liên kết với phải sử dụng giao thức chung Giao thức tạm hiểu đơn giản quy định, phương tiện để tầng giao tiếp với nhau, tương tự hai người thuộc hai Quốc gia sử dụng ngôn ngữ khác muốn hiểu cần có ngôn ngữ chung Trong mô hình OSI có hai loại giao thức áp dụng là: giao thức có liên kết (connection - oriented) giao thức không liên kết (connectionless) Giao thức có liên kết: trước truyền số liệu, hai thực thể hai tầng đồng mức cần thiết lập liên kết logic gói tin trao đổi thông qua liên kết Giao thức không liên kết: không cần thiết lập liên kết logic trước truyền số liệu gói tin truyền độc lập với gói tin trước sau Mô hình OSI Hình 1.1 Mô hình OSI Các tầng xây dựng dựa số nguyên tắc chung: Trang Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007  Mỗi tầng tạo có nhu cầu phải có trừu tượng  Mỗi tầng tương ứng với chức định  Số lượng tầng phải đủ lớn để chức riêng biệt tầng không xa  Các ranh giới tầng chọn để giảm tối thiểu lưu lượng thông tin trao đổi trực tiếp Nhiệm vụ tầng mô hình OSI tóm tắt sau: Tầng ứng dụng (Application layer – lớp 7): Là tầng mô hình lớp, quy định giao diện người sử dụng môi trường OSI, cung cấp phương tiện cho người sử dụng truy cập sử dụng dịch vụ mô hình OSI, Giao thức ứng dụng nhiều giao thức HTTP, sở WWW, số giao thức phổ biến khác SMTP, Telnet, FTP … Phục vụ ứng dụng truyền tệp, đăng nhập từ xa, hay Email Tầng trình diễn (Presentation layer – lớp 6): Là tầng có chức chuyển đổi thông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền liệu, đồng thời tầng giải vấn đề liên quan đến ngữ nghĩa, cú pháp, nén liệu truyền mã hóa chúng trước truyền để bảo mật, tăng hiệu suất Một số chuẩn định dạng liệu lớp trình diễn liệu GIF, JPEG, MP3, MPEG Tầng phiên (Session layer – lớp 5): Là tầng thực việc thiết lập, trì hủy bỏ phiên làm việc hai hệ thống, hai máy tính khác Tầng phiên quy định giao diện ứng dụng cho tầng vận chuyển sử dụng Các giao thức lớp sử dụng NFS, XWindow System, ASP Tầng vận chuyển (Transport layer – lớp 4): Là tầng có chức xác định địa mạng, cách thức chuyển giao gói tin sở trực Trang 10 Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 tiếp hai đầu cuối, đảm bảo truyền liệu tin cậy (end-to-end) Tầng vận chuyển có chức điều khiển luồng, khắc phục lỗi Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Nguyễn Đình Việt, đánh giá hiệu suất mạng máy tính (2003), luận án tiến sỹ Toán học, Khoa Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Vũ Duy Lợi, Mạng thông tin máy tính (2002), Nhà xuất giới, Hà Nội Báo cáo khoa học “So sánh hiệu suất kế hoạch kiểm soát lỗi link-by-link end-to-end mạng tốc độ cao” PGS.TS Nguyễn Đình Việt báo cáo Hội thảo Quốc Gia năm 2001 Tài liệu tiếng Anh TCP- Friendly Congestion Control over Wireless NetWork Vicente E.Mujica V.,Dorgham Sisalam (2004) TCP- Friendly Congestion schema in the Internet Congestion Avoidance and Control – Van Jacobson, Michael J.Karels The loss delay Based Adjustment Algorithm – Dorgham Sisalem, Henning Schulzrinne TCP- friendly for Multimedia Communication in the Internet – Dorgham Sisalem LDA+: A TCP-friendly Adaptation Scheme for multimedia communication - Dorgham Sisalem, Adam Wolisz 10.The multimedia Transport Protocol RTP – Kevil jecffay 1999 11.RAP: end-to-end Rate-base Congestion Control Machenism for Realtime Streams in the Internet – Reza Rejaie, Mark handley, Deborah Estrin Trang 11 Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 12.Discriminating Congestion Losses From Wireless Losses using Inter-Arrival at the Receiver 13 RFC 1889 – RTP a Transport Protocol for Real-Time Applications 14.TCP Westwood: End-to-end bandwidth Estimation for Enhanced Trasport over Wireless links – Claudio casetti, Mario gerla, Saverio Mascolo, M.Yahya Sanadidi and Ren wang 15.S.Biaz and N.Vaidya, “Discriminating congesstion losses from wireless losses using inter-arival times at the receiver,” 1999 16 End-to-end differentiation of congesstion and wireless lossess Song Cen, Pamela C.Cosman, and Geoffrey, M Voelker 17 Y.Tobe, Y Tamura, A Molano, S Ghosh, and H Tokuda, “Achieving moderate fairness for UDP flows by path-status classification,” 2000 18 The multimedia transport Protocol RTP, Kevin Jeffay 1999 19 NS –by – Example, NS-for –beginer NS – Tutorial 20 http://www.isi.edu/nsnam/ 21 http://www.vnlinux.org/ 22 http://sourceforge.net/project/nsnam 23 Và số tài liệu tham khảo khác Trang 12 [...]...Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 tiếp giữa hai đầu cuối, đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy (end-to-end) Tầng vận chuyển còn có các chức năng như điều khiển luồng, khắc phục lỗi và Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt 1 Nguyễn Đình Việt, đánh giá hiệu suất mạng máy tính (2003), luận án tiến sỹ Toán học, Khoa Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội 2 Vũ Duy Lợi,... Kevil jecffay 1999 11.RAP: end-to-end Rate-base Congestion Control Machenism for Realtime Streams in the Internet – Reza Rejaie, Mark handley, Deborah Estrin Trang 11 Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+ 2007 12.Discriminating Congestion Losses From Wireless Losses using Inter-Arrival at the Receiver 13 RFC 1889 – RTP a Transport Protocol for Real-Time Applications 14.TCP Westwood: End-to-end