Nghiên cứu về đảm bảo chất lượng dịch vụ đa phương tiện trên mạng không dây ad hoc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Ngơ Hải Anh NGHIÊN CỨU VỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN MẠNG KHƠNG DÂY AD HOC LUẬN ÁN TIẾN SĨ TỐN HỌC Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Ngơ Hải Anh NGHIÊN CỨU VỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN MẠNG KHÔNG DÂY AD HOC Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho tin học Mã số: 9.46.01.10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Phạm Thanh Giang PGS TS Nguyễn Văn Tam Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết công bố với tác giả khác đồng ý đồng tác giả trước đưa vào luận án Các kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 NGHIÊN CỨU SINH Ngô Hải Anh LỜI CẢM ƠN Luận án thực Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, hướng dẫn PGS TS Phạm Thanh Giang PGS TS Nguyễn Văn Tam Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy định hướng khoa học, người động viên, trao đổi nhiều kiến thức bảo tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Đồng thời, xin chân thành cảm ơn tới nhà khoa học, tác giả cơng trình cơng bố trích dẫn luận án, tư liệu quý, kiến thức liên quan quan trọng giúp Nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Xin cảm ơn đến nhà khoa học phản biện cơng trình nghiên cứu Nghiên cứu sinh Tơi trân trọng cảm ơn Phịng Tin học viễn thông, Viện Công nghệ Thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình nghiên cứu thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, người ủng hộ, giúp đỡ hỗ trợ mặt để yên tâm học tập đạt kết tốt Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 NGHIÊN CỨU SINH Ngô Hải Anh MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị 10 MỞ ĐẦU 11 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 18 1.1 Giới thiệu 18 1.2 Chuẩn IEEE 802.11e cho liệu đa phương tiện với mạng không dây 23 1.3 Các vấn đề tính cơng mạng khơng dây 25 1.3.1 Các vấn đề tầng MAC 25 1.3.1.1 Vấn đề EIFS 25 1.3.1.2 Vấn đề trạm ẩn 27 1.3.2 Vấn đề tầng liên kết 29 1.3.3 Vấn đề với lập lịch FIFO 29 1.3.4 Vấn đề với lập lịch Round Robin 30 1.4 Phương pháp đánh giá hiệu mạng không dây 30 1.4.1 Đánh giá công cụ mô 31 1.4.2 Đánh giá công cụ testbed 32 1.5 Kết luận 38 PHÂN TÍCH THƠNG LƯỢNG MẠNG KHƠNG DÂY CHUẨN IEEE 802.11 39 2.1 Phân tích thơng lượng lý thuyết IEEE 802.11 39 2.1.1 IEEE 802.11b 40 2.1.2 IEEE 802.11g 45 2.2 Nhận xét kết tính thơng lượng lý thuyết 50 2.3 Kết luận 51 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÁC LUỒNG DỮ LIỆU CÓ ĐỘ ƯU TIÊN KHÁC NHAU 52 3.1 Đặt vấn đề 52 3.2 Một số nghiên cứu liên quan 53 3.3 Phân tích thông lượng IEEE 802.11e EDCA 56 3.4 Phương pháp cải tiến tỷ lệ phân chia thơng lượng cho luồng liệu có độ ưu tiên khác 61 3.4.1 Đề xuất phương pháp phân chia thông lượng theo tỷ lệ luồng liệu có độ ưu tiên khác 61 3.4.2 Đề xuất phương pháp điều khiển động CW nhằm đạt thông lượng theo nhu cầu luồng liệu có độ ưu tiên khác 63 3.5 Đánh giá giải pháp đề xuất mô 68 3.5.1 Thước đo dùng để đánh giá 68 3.5.2 Các kịch mô 69 3.5.2.1 Kịch ba nút 70 3.5.2.2 Kịch ba cặp nút mạng 73 3.5.2.3 Kịch ngẫu nhiên 75 3.6 Kết luận 77 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG LƯỢNG BẰNG TESTBED 78 4.1 Xây dựng hệ thống testbed phục vụ đánh giá hiệu mạng 78 4.1.1 Một số phương pháp đánh giá hiệu mạng không dây 79 4.1.2 Những ưu điểm testbed mơ hình hoạt động hệ thống testbed 81 4.1.3 Thiết lập hệ thống testbed 84 4.2 Phương pháp đánh giá mạng testbed 87 4.3 Đánh giá tỷ lệ thông lượng đề xuất testbed 89 4.4 Đánh giá mơ hình ad hoc đa chặng 91 4.4.1 Đánh giá ảnh hưởng tham số chất lượng dịch vụ 91 4.4.1.1 Đánh giá ảnh hưởng tham số CW 94 4.4.1.2 Đánh giá ảnh hưởng tham số TXOP 96 4.4.1.3 Đánh giá ảnh hưởng tham số AIFS 98 4.4.2 Nhận xét ảnh hưởng tham số QoS đến hiệu mạng 100 4.5 Kết luận 101 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 104 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AC Access Category (Phân loại truy cập) Active_Time Thời gian truyền liệu thực trạm không dây AIFS Arbitrary InterFrame Space Number (Số khoảng cách frame xen kẽ) BE Best Effort (Nỗ lực tối đa, ký hiệu kiểu liệu đa phương tiện IEEE 802.11e) BK BacKground (nền, ký hiệu kiểu liệu đa phương tiện IEEE 802.11e) CW Contention Window (Cửa sổ tương tranh) DCF Distributed Coordination Function (chức cộng tác phân tán) DIFS DCF InterFrame Space (Khe trống thời gian DCF) DSSS Direct Sequence Spread Spectrum (Trải phổ chuỗi liên tiếp trực tiếp) EDCA Enhanced Distributed Channel Access (Truy cập kênh truyền phân tán nâng cao EIFS Extended InterFrame Space (Khe trống thời gian mở rộng) EP Estimation Period (Khoảng thời gian ước tính, dùng để quan sát việc truyền liệu) HCCA HCF Controlled Channel Acesss (Điều khiển truy cập tập trung khơng có tranh chấp) HCF Hybrid Coordination Function (Chức cộng tác lai) HR/DSSS High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS tốc độ cao) NAV Network Allocation Vector (Véc-tơ cấp phát mạng) OFDM Ortogonal Frequency Division Multiplexing (Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao) PCF Point Coordination Function (Chức cộng tác điểm) PIFS PCF Interframe Space (Khe trống thời gian PCF) QoS Quality of Service (Chất lượng dịch vụ) SIFS Short InterFrame Space (Khe trống thời gian ngắn) TXOP Tranmission Opportunity (Cơ hội truyền) UP User Priority (Ưu tiên người dùng) VI VIdeo (video, ký hiệu kiểu liệu đa phương tiện IEEE 802.11e) VO VOice (voice, ký hiệu kiểu liệu đa phương tiện IEEE 802.11e) WME Wireless Multimedia Extensions (Phần mở rộng đa phương tiện không dây) WMM WiFi Multimedia (Mạng không dây đa phương tiện) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.2.1 Độ ưu tiên mức truy cập 24 Bảng 1.2.2 Các tham số EDCA mặc định 25 Bảng 2.1.1 Các thông lượng lý thuyết trung bình (backoff counter 15.5 0) 802.11b 45 Bảng 2.1.2 Các thơng lượng lý thuyết trung bình (backoff counter 15.5 0) 802.11g 50 Bảng 2.1.3 Các tham số điều chế độc lập 50 Bảng 2.2.1 Hiệu thông lượng lý thuyết tầng Ứng dụng 802.11b 50 Bảng 2.2.2 Hiệu thông lượng lý thuyết tầng Ứng dụng 802.11g 51 Bảng 3.3.1 User Priority Access Category [1] 57 Bảng 3.3.2 Giới hạn giá trị cửa sổ tương tranh (CW) 57 Bảng 3.3.3 Các tham số mô 59 Bảng 3.4.1 Trọng số cho tỷ lệ thông lượng kiểu liệu khác 63 Bảng 3.5.1 Trọng số ba loại liệu (Voice, Video, Best-effort) dùng mô 69 Bảng 4.4.1 Các tham số QoS mặc định 91 Bảng 4.4.2 Kết mô chế độ DCF 92 Bảng 4.4.3 Kết mô chế độ EDCA 92 Bảng 4.4.4 Các giá trị giống cho tham số WMM 93 Bảng 4.4.5 Kết mô chế độ EDCA với tham số QoS giống 94 ... Nghiên cứu, đề xuất phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ mạng không dây sử dụng hệ thống đánh giá thực nghiệm (testbed) Đối tượng phạm vi nghiên cứu Chất lượng dịch vụ liệu đa phương tiện mạng không. .. chế độ mạng này, số trạm hoạt động chế độ ad hoc có kết nối với mạng có dây, trạm mạng ad hoc có truy cập khơng dây đến Internet Mạng ad hoc đa chặng (multi-hop ad hoc networks) mạng ad hoc mà... NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ Ngơ Hải Anh NGHIÊN CỨU VỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN MẠNG KHƠNG DÂY AD HOC Chun ngành: Cơ sở tốn học cho tin học Mã số: 9.46.01.10