Đánh giá hiệu suất của qos trong mạng không dây sử dụng chuẩn IEEE 802 11e
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC – ĐẠI HỌC HUẾ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Lớp Cao học KHMT-AG2 K2015 TIỂU LUẬN ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG Đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA QoS TRONG MẠNG KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CHUẨN IEEE 802.11e Giảng viên: PGS.TS Võ Thanh Tú An Giang, 06/2016 Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Mục lục Tóm Tắt I Giới thiệu QoS: .1 II Những vấn đề liên quan: III Chuẩn IEEE 802.11e .3 IV Mô phỏng: .5 A Kịch cấu trúc hạ tầng B Kịch đặc biệt V Kết phân tích: .8 Tài liệu tham khảo 12 Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Tóm Tắt Nhu cầu gia tăng chất lượng dịch vụ (QoS) mạng máy tính phổ biến gần mạng không dây cần tiêu chuẩn để mang QoS vào mạng Chuẩn IEEE 802.11e, bổ sung cho hệ thống 802.11, trả lời yêu cầu thực chế QoS Những đóng góp việc cung cấp đánh giá cuối chuẩn IEEE 802.11e Sử dụng mô ns-2, so sánh IEEE 802.11a với hàng đợi FIFO, ưu tiên vòng hàng đợi luân chuyển Chúng xem xét kịch khác nhau, dạng đặc biệt dạng cấu trúc sở hạ tầng Kết cho thấy IEEE 802.11e cải thiện QoS mạng không dây tất kịch Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” I Giới thiệu QoS: Sự phát triển Internet công cụ cho video âm trực tuyến tạo mối quan tâm đến chất lượng người dùng Bảo đảm số liệu độ trễ nóng vội tảng cho ứng dụng hoàn thành mục tiêu Giới hạn QoS (Chất lượng dịch vụ) giới thiệu bối cảnh này, thông qua tính để cải thiện số liệu Một số chương trình đề xuất để đáp ứng nhu cầu này, đạt kết cao Gần đây, mạng không dây trở nên phổ biến ứng dụng nước ứng dụng doanh nghiệp, đặc biệt chi phí cao để xây dựng mạng có dây, cho phép tính linh động môi trường Các mạng không dây có nhiều vấn đề mặt chất lượng, có can thiệp từ nguồn khác tính linh động Trong tình đặc biệt, mạng đặc biệt tạo thách thức chí lớn hơn, chủ yếu việc nhanh thay đổi cấu trúc liên kết thiếu sót điểm trung tâm việc phối hợp Các tiêu chuẩn IEEE 802.11e dự định để cung cấp QoS mạng không dây Bài báo so sánh giao thức IEEE 802.11e giao thức IEEE 802.11a MAC Kể từ tiêu chuẩn IEEE 802.11a liên kết với hàng đợi FIFO, định mở rộng nghiên cứu cách thay đổi nguyên tắc hàng đợi Bên cạnh hàng đợi FIFO, sử dụng hàng đợi ưu tiên hàng đợi Round Robin (DRR) Các kịch lựa chọn phép hiểu IEEE 802.11e cải thiện QoS mạng, sử dụng số liệu thông qua, độ trễ trung bình nóng vội Các hàng đợi ưu tiên làm việc đơn giản cách cho phép lưu thông vượt qua hàng đợi có ưu tiên cao trước ưu tiên thấp Sự phối hợp Round Robin không đưa vào tài khoản ưu tiên Mỗi lưu thông có khoảng thời gian để qua, sau hoàn thành, việc truyền Cuối Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” cùng, hàng đợi FIFO sử dụng thời gian đến số liệu, gói tin đến phản hồi Những đóng góp viết để cung cấp đánh giá tiêu chuẩn IEEE 802.11e cuối cùng, so sánh với IEEE 802.11a sách hàng đợi khác Các kịch khác sử dụng để làm phong phú cho thảo luận Để có kiến thức tốt nhất, kết này, tương tự, chưa công bố cách hoàn chỉnh Phần lại viết tổ chức sau Trong phần III, IEEE 802.11e trình bày tính thảo luận Các kịch sử dụng mô trình bày mục IV, phần sau trình bày kết mô này, cung cấp số phân tích chúng Cuối chùng, phần VI kết luận báo II Những vấn đề liên quan: Nghiên cứu trước trình bày đánh giá hiệu IEEE 802.11e, họ thường không bao gồm số lượng lớn kịch Ví dụ, Rushabh et al đánh giá thảo chế độ MAC Họ sử dụng hai kịch bản, thiết bị phụ thuộc, với lưu lượng ưu tiên khác Phân tích kết tập trung vào việc tìm kiếm thông số tốt giao thức lớp liên kết hai kịch 802.11e Grilo Nunes đánh giá thảo 802.11e sử dụng kịch ban đầu thiết bị phụ thuộc với điểm truy cập hai phiên truyền lưu lượng video lưu lượng VoIP Nó sử dụng trì hoãn có số liệu biến máy tiêu thụ liệu nền, mô hình hóa HTTP lưu thông bùng phát Carlson et al so sánh IEEE 802.11e với phân bố nguồn lực động (DRA), có kịch đặc biệt sử dụng, kết luận lựa chọn thứ hai cho kết tốt kịch mô Việc sử dụng phiên cuối Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” IEEE 802.11e, giảm số lượng kịch có để thừa hưởng từ phối hợp DRA Gu Zhang đánh giá tiêu chuẩn cuối cách đặc biệt đơn giản kịch bước nhảy Kết đưa vào tài khoản thời gian truy cập trung bình thông lượng cho lớp khác lưu lượng Như trước đó, việc thiếu đa dạng, hai số kịch so sánh với tiêu chuẩn trước đây, cho phép nhìn hạn chế IEEE 802.11e Trong nghiên cứu gần đây, hiệu chuẩn IEEE 802.11e phân tích mạng lưới sở hạ tầng, với hai điểm truy cập máy trạm đường lưu thông với mức ưu tiên khác sử dụng Kết đạt cho thấy hiệu IEEE 802.11e, phối hợp khác sử dụng để so sánh kết Việc so sánh thực chương trình EDCA DCF III Chuẩn IEEE 802.11e Chuẩn IEEE 802.11e tiêu chuẩn để hỗ trợ ứng dụng với QoS mạng không dây; tiêu chuẩn bổ sung đến hệ thống 802.11, toàn hệ thống 802.11 lớp giao thức thứ hai (MAC) IEEE 802.11a thường định nghĩa theo hai chế MAC: DCF (Hình 1-a) PCF (Hình 1-b) Phân bố chức điều phối (DCF) sử dụng kịch đặc biệt chức điểm đầu phối sử dụng kịch sở hạ tầng Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Hình 1: a) Phân bố chức phối hợp chế độ mặc định đặc biệt để liên kết theo chuẩn IEEE 802.11 Một chương trình Collision Avoidance sử dụng để tối ưu hóa việc sử dụn b) Phối hợp điểm chức chế độ mặc định hạ tầng IEEE 802.11 Một điều phối sử dụng cột mốc để đồng hóa thông tin liên lạc Chuẩn IEEE 802.11e định nghĩa hai phương thức sau: Tăng cường phân phối kênh truy cập (EDCA) điều phối lai chức (HCF) kiểm soát kênh truy cập (HCCA), có nguồn gốc từ phiên gốc HCF tăng cường chức kênh phân phối (EDCF) [10] Các HCCA (Hình 2) dựa chế độ PCF, bắn nguồn từ không QoS IEEE 802.11 Trong PCF, siêu hệ thống kết hợp Contention Free Periods (CFP) theo sau Contention Period (CP) CFP, hệ siêu hệ thống, bắt đầu với dấu hiệu Trong HCCA, khởi đầu CFP suốt giai đoạn CP có thể, CFP đặc biệt gọi kiểm soát truy cập (CAP), cho phép điểm truy cập (AP) bắt đầu truyền tiếp nhận không theo kiểu EDCA định nghĩa với kịch đặc biệt, nguyên tắc nút muốn truyền phải đợi khoảng thời gian định Thời gian chờ đợi lâu lưu lượng ưu tiên thấp Ngoài ra, Contention Window (CW) Arbitration Inter-Frame Space (AIFS) sử dụng cho lưu lượng ưu tiên cao Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Hình 2: Chức điều phối lai kiểm soát kênh truy cập chế độ IEEE 802.11e để cung cấp QoS cho mạng không dây Nó dựa chế độ PCF, dấu hiệu sử dụng lúc để kiểm soát lưu lượng tốt Điều quan trọng phải ý đến chuẩn IEEE 802.11e, nói chung, hành vi xác suất, không đảm bảo QoS Nó hoạt động cách cải thiện khả lưu lượng ưu tiên tìm ra, không phân bố nguồn lực vị trí IV Mô phỏng: Mô thực với chương trình ns2, module 802.11e sử dụng để mô kiểu IEEE 802.11e Các kịch chia làm lớp; trước hết (kịch 2), cấu trúc hạ tầng giống kiểu sử dụng Trong lần thứ 2, cấu trúc liên kết đặc biệt mô Một biến, nhỏ, số lượng lưu lượng sử dụng, tùy thuộc vào kịch bản, tất thuộc lớp: FTP download, video trực tuyến âm trực tuyến (tiếng nói) Cả hai FTP luồng video sử dụng 200kbytes/s, âm trực tuyến sử dụng kbytes/s Các lưu lượng thoại có ưu tiên cao FTP thấp Bảng I cho thấy ánh xạ lưu lượng vào lớp IEEE 802.11e dịch vụ (CoS), bảng II cho thấy thông số sử dụng cho CoS Người gửi người nhận lựa chọn cách ngẫu nhiên, tất nút gửi/nhận l lưu lượng, phần định tuyến Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Băng thông lớp MAC giới hạn 2Mbits/s để tạo tranh gianh phương tiện Mỗi kịch có biến: Hàng đợi ưu tiên, Round Robin, 802.11a (FIFO) 802.11e (sử dụng EDCA) Kịch cấu trúc hạ tầng mô 20 lần cho biến kịch đặc biệt mô 50 lần cho biến trung bình giá trị sử dụng Thời gian mô 50 giây Mục đích để nhấn mạnh (và bão hòa) để giới hạn mạng, mà đánh giá hiệu hoạt động kịch bình thường (những làm việc với nguồn tài nguyên cao) A Kịch cấu trúc hạ tầng Những kịch đánh giá ứng dụng gia đình mạng không dây, môi trường kinh doanh nhỏ Trong kịch này, lưu lượng nút máy trạm bước nhảy đơn giản sử dụng Tất nút nằm vùng khác Một điểm truy cập không định nghĩa thức, module thiết bị 802.11e kiểu EDCA, tất lưu lượng đến từ nút đơn Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Hình 3: FTP trung bình (a), âm (b) video (c) thông lượng kịch đến đề án đề xuất khác Kịch có lưu lượng (và máy trạm): FTPs, video trực tuyến VoIPs Kịch có 10 máy trạm lưu lượng FTP sử dụng Thứ tự lưu lượng ảnh hưởng đến mô phỏng, tất nút phạm vi khác B Kịch đặc biệt Các lớp mô thứ (kịch 4) sử dụng môi trường đặc biệt đa bước nhảy Nguồn nút điểm đến chọn ngẫu nhiên, với hạn chế mà không lặp lại Khi định tuyến vấn đề lớp thứ ba, lựa chọn để cô lập định tuyến vấn đề có liên quan tới chế QoS, định tuyến tĩnh sử dụng; điều thực với định tuyến tĩnh cho việc thực giao thức không dây (FixxRT) Các tuyến cố định di chuyển theo đường chéo, có thể, theo chiều dọc chiều ngang Các tuyến không thiết phải giống hai cách Hình 4: kịch thông lượng trung bình cho tất lưu lượng cắt ngắn 20s thể một ảnh, cho hàng đợi FIFO (a) IEEE 802.11e (b) Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Kịch gồm nút phân bố lưới 3x3 Các tín hiệu nút đạt nút liền kề, bao gồm đường chéo, làm cho thành mạng có bước nhảy Chúng sử dụng lưu lượng FTP, video trực tuyến lưu lượng VoIP Vì vậy, có tổng cộng nút gửi nhận liệu, thứ khác phần tuyến đường, tùy thuộc vào nới người gửi người nhận Kịch có 25 nút lưới 5x5 Điều tạo mạng có bước nhảy Nó có lưu lượng: video trực tuyến, audio trực tuyến lưu lượng FTP Hình 6: kịch thông lượng trung bình cho tất lưu lượng ảnh cắt ngắn đến 20s, cho hàng đợi FIFO (a) IEEE 802.11e (b) V Kết phân tích: Trong phần này, kết mô thảo luận trình bày Quan điểm khác đưa phép hiểu kết cách tốt Đầu tiên, kết cho kịch mô lưu lượng đưa Trong hình ảnh so sánh hiệu phương án khác sử dụng Sau đó, lưu lượng đồng thời đặt lại với nhau, cho thấy kết tổng thể kịch So sánh sau làm cho hai trường hợp (FIFO 802.11e), trường hợp đề cập đến vấn đề liên quan Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Jitter trung bình độ trễ end-to-end tách ra, lưu lượng, kịch phương án Hình cho thấy thông lượng trung bình kịch 1, hình 3a, FTP qua tất phương án hiển thị Sau đó, hình mang đến cách hiểu khác cho kết tương tự: tất lưu lượng cho hàng đợi FIFO IEEE 802.11e vẽ hình ảnh giống Hình 8: Thông lượng trung bình tất lưu lượng vẽ hình ảnh giống cắt ngắn đến 20s, cho hàng đợi FIFO (a) IEEE 802.11e (b) kịch Hình 5: FTP trung bình (a), audio (b) Video (c) thông qua kịch với đề xuất xếp khác Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Hình 7: FTP trung bình (a), audio (b) video (c) thông qua kịch với đề xuất xếp khác Kịch cho thấy trường hợp, số máy trạm luồng, mạng không nhấn mạnh Tuy nhiên, thấy hiệu tốt IEEE 802.11e Các thông lượng cho ứng dụng VoIP gần phẳng suốt thời gian IEEE 802.11e, thông lượng video bị giảm nhẹ Các giao thức giảm đáng kể, phải bù đắp cho phần khác Ngạc nhiên hàng đợi ưu tiên, có kết tệ so với trường hợp thường (FIFO) Kết tương tự đạt kịch Chúng ta thấy hình 6, IEEE 802.11e trì thông lượng âm gần phẳng, thông lượng âm giảm Sự khác biệt từ kịch phương án khác xảy tương tự, tệ so với kịch trước, điều giải thích việc cạnh tranh bổ sung Sự nóng vội chậm trễ, cho kịch thể bảng III IEEE 802.11e cải thiện số liệu đến lưu lượng âm thanh, khiến số liệu video FTP trở nên tệ Kết luận kịch IEEE 802.11e có khả đạt số liệu QoS tốt Một bất lợi độ giảm lớn số liệu lưu thông Trong hình thông qua kịch hiển thị, lưu lượng phối hợp Kịch kế thừa xu hướng kịch trước đây, số lượng bước nhảy nhỏ Sự diện dòng lưu lượng làm cho hiệu suất (của tất phối hợp) tốt so với kịch 10 Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Kịch trường hợp đặc biệt Khi nhìn thấy hình 10, thông lượng có nhiều biếng động so với phối hợp khác Sự nóng vội chậm độ trễ cho hai kịch cuối có bảng III Chúng ta thấy độ trễ dài môi trường nhiều bước nhảy Hình 10: Thông lượng trung bình tất dòng thể hình cắt ngắn đến 20s, cho hàng đợi FIFO (a) IEEE 802.11e (b) kịch Trong kịch cuối nói IEEE 802.11e mang QoS vào mạng, Nhưng thấy cải thiện chúng Trong kịch thực, xem xét trường hợp giao thức định tuyến thực, vấn đề tệ VI Kết luận Bài báo phân tích phương án khác cho QoS mô kịch khác với đơn đa bước nhảy mạng không dây Trong kịch cần thiết để cung cấp QoS phép xem video, nghe đoạn âm trực tuyến nói chuyện điện thoại chất lượng chấp nhận IEEE 802.11e đạt đến mục tiêu cách cải thiện độ trễ cho hầu hết dòng ưu tiên thông lượng cho dòng ưu tiên cao kịch giới hạn Nó có khả cải thiện số liệu trường hợp phức tạp hơn, có tổn thất chất lượng giao tiếp trường hợp 11 Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” Sẽ thú vị, điều tra thêm, để hiểu IEEE 802.11e thực việc ghép mạng (không dây có dây) so sánh hiệu suất so với phương án xây dựng khác, chẳng hạn MPLS DiffServ Chèn thêm môi trường để mô đánh giá quan trọng công việc sau Tài liệu tham khảo [1] G Ghinea and J P Thomas, “Qos impact on user perception and understanding of multimedia video clips,” in Proceedings of the sixth ACM international conference on Multimedia, ser MULTIMEDIA ’98 New York, NY, USA: ACM, 1998, pp 49–54 [2] F Hao, E Zegura, and M Ammar, “Qos routing for anycast communications: motivation and an architecture for diffserv networks,” Communications Magazine, IEEE, vol 40, no 6, pp 48 –56, jun 2002 [3] B Davie and Y Rekhter, MPLS: technology and applications San Francisco, CA, USA: Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2000 [4] Institute of Electrical and Electronics Engineers, Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer specifications Amendment 8: Medium Access Control Quality of Service Enhancements, 2005 [5] P G Rushabh, P Garg, R Doshi, R Greene, M Baker, M Malek, and X Cheng, “Using ieee 802.11e mac for qos over wireless,” in In Proceedings of the 22nd IEEE International Performance Computing and Communications Conference (IPCCC 2003) IEEE, 2003, pp 537– 542 12 Tiểu luận “Đánh giá hiệu mạng” [6] A Grilo and M Nunes, “Performance evaluation of ieee 802.11e,” in Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 2002 The 13th IEEE International Symposium on, vol 1, sept 2002, pp 511 – 517 vol.1 [7] E Carlson, C Bettstetter, C Prehofer, and A Wolisz, “A performance comparison of qos approaches for ad hoc networks: 802.11e versus distributed resource allocation,” in in Proc European Wireless, 2005 [8] D Gu and J Zhang, “Qos enhancement in ieee 802.11 wireless local area networks,” Communications Magazine, IEEE, vol 41, no 6, pp 120 – 124, june 2003 [9] A Kamadyta, Y Bandung, and A Langi, “Performance analysis of supporting qos for multimedia in ieee 802.11e,” in Cloud Computing and Social Networking (ICCCSN), 2012 International Conference on, april 2012, pp –4 10] C H Sven Wiethölter, “An IEEE 802.11e EDCA and CFB Simulation Model for ns-2,” http://www.tkn.tu-berlin.de/research/802.11e_ns2, January 2007 11] “The Network Simulator - ns-2,” http://www.isi.edu/nsnam/ns 12] Z Wu, “Implement a routing agent with manually configured routing table,” http://www.winlab.rutgers.edu/~zhibinwu 13 ... khác sử dụng Kết đạt cho thấy hiệu IEEE 802. 11e, phối hợp khác sử dụng để so sánh kết Việc so sánh thực chương trình EDCA DCF III Chuẩn IEEE 802. 11e Chuẩn IEEE 802. 11e tiêu chuẩn để hỗ trợ ứng dụng. .. Đánh giá hiệu mạng Tóm Tắt Nhu cầu gia tăng chất lượng dịch vụ (QoS) mạng máy tính phổ biến gần mạng không dây cần tiêu chuẩn để mang QoS vào mạng Chuẩn IEEE 802. 11e, bổ sung cho hệ thống 802. 11,... sánh IEEE 802. 11e với phân bố nguồn lực động (DRA), có kịch đặc biệt sử dụng, kết luận lựa chọn thứ hai cho kết tốt kịch mô Việc sử dụng phiên cuối Tiểu luận Đánh giá hiệu mạng IEEE 802. 11e,