(Luận văn thạc sĩ) nâng cao hiệu năng mạng adhoc đa chặng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ HẢI NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG AD HOC ĐA CHẶNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội, 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ HẢI NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG ADHOC ĐA CHẶNG Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.Nguyễn Quốc Tuấn Hà Nội – 2012 MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, thuật ngữ chữ viết tắt Danh mục bảng biểu, hình vẽ Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ADHOC 1.1 Giới thiệu 1.2 Các đặc tính mạng adhoc 1.3 Các ứng dụng mạng adhoc 1.4 Các thách thức mạng adhoc 1.4.1 Định tuyến 1.4.2 Phân phối tài nguyên dịch vụ 1.4.3 Kết nối với Internet 1.4.4 An ninh mạng adhoc 1.4.5 Hiệu mạng adhoc 10 Chƣơng GIAO THỨC IEEE802.11 12 2.1 Các thách thức tầng MAC 12 2.1.1 Chất lượng liên kết RF 12 2.1.2 Vấn đề trạm ẩn 13 2.2 Các kiểu truy cập MAC 14 2.2.1 Các chức cảm nhận sóng mang vec tơ phân phối mạng 16 2.2.2 Khoảng cách liên khung 17 2.3 Truy cập dựa tranh chấp sử dụng DCF 19 Thuật toán Backoff theo luật mũ 19 2.4 Phân mảnh hợp mảnh 21 2.5 Định dạng khung 22 2.6 Hỗ trợ mạng Ad hoc 28 2.6.1 Duy trì đồng (synchronization maintenance) 29 2.6.2 Thu nhận đồng ( Synchronization acquirement.) 30 2.7 Các giao thức định tuyến mạng adhoc 30 2.7.1 Định tuyến nguồn động (DSR) 32 2.7.2 Giao thức định tuyến vecto khoảng cách dựa nhu cầu mạng adhoc (AODV) 34 2.8 Quản lý lƣợng 37 Chƣơng 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LẬP LỊCH TRONG MẠNG ADHOC ĐA CHẶNG 39 3.1 Đặt vấn đề 39 3.2 Tranh chấp tầng MAC 41 3.3 Tranh chấp tầng LLC 42 3.2.1 Phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO 42 3.2.2 Phương pháp lập lịch theo thuật toán Round Robin 43 3.3 Phƣơng pháp lập lịch kiểm soát vào/ra 45 3.4 Đánh giá hiệu 47 3.5 Kết luận 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT AODV Ad hoc On-Demand Distance Định tuyến theo yêu cầu Vector ATMI BAN Adhoc Traffic Indication Sơ đồ hướng dịch chuyển Adhoc Map Body Area Network Mạng khu vực cá thể Controlled Input Output Scheduling CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Advoidance CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Lập lịch có kiểm soát vào/ra CTS Clear To Send Sẵn sàng nhận DCF Distributed Coordination Chức điều phối phân tán Function Distributed coordination Khoảng cách liên khung DCF function InterFrame Space Dynamic Source Routing Định tuyến nguồn động CIOS DIFS DSR EIFS FIFO Đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh xung đột Đa truy cập cảm nhận sóng mang phát xung đột Extended Inter-Frame Khoảng cách liên khung mở rộng Spacing Vào trước trước First In First Out Independent Basic Service Set Inter Channel Interference Tâp dịch vụ sở độc lập Hiệp hội viễn thông quốc tế LLC International Telecommunication Union Logical Link Control MAC Medium Access Control Kiểm soát truy cập đường truyền MACA Multiple IBSS ICI ITU Nhiễu liên kênh Kiểm soát liên kết logic Access Collision Tránh xung đột đa truy cập Avoidance MACAW Đa truy cập cảm nhận sóng mang cho mạng khơng dây MANET Multiple Access with Collision Advoidance for wireless Mobile Adhoc Network NAT Network Address Translation Phân giải địa mạng NAV Network Allocation Vector Vec-tơ phân bổ mạng PAN Private Area Network Mạng khu vực cá nhân PCF Point Coordination Function Chức điều phối điểm PIFS RF Point Coordination Function Khoảng cách liên khung PCF Interframe Space Dải tần số sóng radio Radio Frequency RR Round Robin Xoay vịng RTS Request To Send Yêu cầu gửi SIFS Short interframe spacing Khoảng cách liên khung ngắn SR Sensing Range Phạm vi cảm nhận TSF Timing Synchronization Function Wired Equivalent Privacy Hàm đồng thời gian WEP Mạng phi cấu trúc di động Mã truy nhập tương đương có dây DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 1.1 Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 2.14 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 2.3 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Mạng Ad hoc Cách đặc tính mạng Ad hoc Các ứng dụng mạng Ad hoc Các công nghệ cho phép ứng dụng mạng Ad hoc Vị trí lớp MAC mơ hình lớp Q trình truyền khung Nút ẩn Quá trình bắt tay bước Các tính điều phối MAC Các giao thức mạng không dây lớp MAC Sử dụng NAV để cảm nhận sóng mang ảo Các khoảng cách lien khung Cơ chế truy cập đường truyền Quá trình Backoff theo luật mũ Phân mảnh có sử dụng NAV SIFS Định dạng khung MAC Trường điều khiển Phân loại giao thức định tuyến mạng ad hoc Tìm đường DSR Duy trì đường DSR Tìm đường AODV Duy trì đường AODV Sơ đồ trao đổi liệu trạm chế độ tiết kiệm lượng Khoảng cách liên khung 802.11b Định nghĩa giá trị trường Type SubType Biểu diễn giá trị trường địa Mơ hình mạng ad hoc đa chặng Sự cân chia sẻ băng thông 802.11 Thông lượng đầu cuối luồng liệu từ trạm S1 S2 Thông lượng đầu cuối phương pháp lập lịch theo thuật toán RR Lập lịch có kiểm sốt vào/ra Chỉ số cân phương pháp lập lịch Tổng kích thước hàng đợi trạm S1 mơ hình mạng ad hoc Hình 3.8 Hình 3.9 Bảng 3.1 đa chặng Thời gian trễ luồng liệu trực tiếp trạm S1 mơ hình mạng ad hoc đa chặng Tổng thông lượng mô hinh mạng ad hoc đa chặng Các tham số chương trình mơ đánh giá hiệu Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ADHOC 1.1 Giới thiệu Lĩnh vực khơng dây di động có bước tăng trưởng vượt bậc thập kỷ vừa qua Mọi người dùng điện thoại di động để kiểm tra thư điện tử truy cập vào internet Các điểm truy cập mạng LAN không dây cho phép lướt web sân bay, bến tàu, khách sạn, trường học… Việc truy cập Internet băng rộng với hỗ trợ giải pháp mạng LAN không dây nhà cho phép chia sẻ truy cập máy tính Tuy nhiên, tất tiến đòi hỏi hạ tầng mạng cố định với quản trị tập trung, điều gây lãng phí chi phí lắp đặt trì Hơn nữa,các thiết bị laptop máy tính bỏ túi, máy tính bảng, điện thoại di động thơng minh, máy ảnh số, máy nghe nhạc MP3… hỗ trợ giao tiếp khơng dây sóng ngắn cần phải có phương thức trao đổi thông tin tiện lợi Điều nảy sáng kiến phương thức truyền tin di động, thiết bị di động hình thành mạng khơng dây tự quản trị tự tổ chức, gọi mạng không dây adhoc Với mạng không dây truyền thống, người dùng trực tiếp trao đổi thông tin qua trạm sở (Access Point) Tuy nhiên, mạng adhoc không dựa hạ tầng sẵn có để hoạt động Mạng kết hợp nút di động với cặp nút liên kết không dây Các cặp nút nằm phạm vi gửi trao đổi trực tiếp với phát nút khác nằm phạm vi cảm nhận Các nút trung gian hoạt động router chuyển tiếp gói tin đến đích Do đó, nút thường tiêu tốn lượng Hơn nữa, thiết bị thường kết nối ngắt kết nối ngẫu nhiên, làm cho hình dạng mạng thay đổi bất ngờ Trong môi trường mạng đa chặng, phân tán, di động, hạn chế lượng, nút cần tự tổ chức để đưa tính mạng cần thiết khơng có hạ tầng cố định quản trị tập trung Hình1.1 Mạng adhoc Thuật ngữ “adhoc” tài liệu dành cho loại mạng thiết lập tình đặc biệt Do đó, tồn mạng adhoc thường ngắn hạn Các giao thức có xu hướng điều chỉnh theo ứng dụng cụ thể (gửi video chiến trường, nhận biết hỏa hoạn rừng, thiết lập hội nghị truyền hình nhóm cứu hộ) Mơi trường mạng thay đổi liên tục Kết là, giao thức adhoc phải tự cấu hình để điều chỉnh theo mơi trường, lưu lượng thay đổi nhiệm vụ Do tính di động, chất khơng có hạ tầng, mạng adhoc đặt yêu cầu thiết kế Đầu tiên tự cấu hình (địa định tuyến) dạng di động Tại mức ứng dụng, người dùng mạng adhoc thường trao đổi hợp tác dạng nhóm ứng dụng (cảnh sát, lính cứu hỏa, nhân viên y tế) Do nhóm ứng dụng trao đổi nhóm liệu với lưu lượng thời gian thực, hiệu (multicasting) Sự phức tạp thiết kế mạng adhoc thách thức nhà nghiên cứu năm thập kỷ 70 Một phần nhờ vào tiến công nghệ radio, đem lại thành công chủ yếu báo cáo quân ứng dụng dân Sau cơng nghệ mạng adhoc dần trở nên quen thuộc tiếp cận với người sống hàng ngày 1.2 Các đặc tính mạng adhoc 40 so sánh thông lượng nhận thành công trạm R hai luồng liệu gửi từ trạm S1 với S2 Trong hình 3.2, khoảng cách S1 S2 đặt nhỏ khoảng cách truyền thông tối đa (transmission range), S1 nhận thành cơng gói tin gửi từ S2 ngược lại Tương tự với khoảng cách S1 R Khoảng cách S2 R đặt lớn khoảng cách truyền thông tối đa Như gói tin gửi từ S2 tới R phải thông qua trạm chuyển tiếp trung gian S1 Khoảng cách S2 R nhỏ khoảng cách cảm nhận tối đa (carrier sensing range) thơng thường khoảng cách cảm nhận tối đa lớn lần so với khoảng cách truyền thông tối đa Tuy nhiên khoảng cách thay đổi việc điều chỉnh mức lượng tín hiệu Như R khơng thể giải mã tín hiệu gửi trực tiếp từ S2, cảm nhận có trạm sử dụng băng thơng S2 gửi gói tin Trong mơ hình giả sử trạm S1 S2 gửi gói tin với tốc độ G tới R Gọi dung lượng băng thông B dung lượng băng thông chia sẻ cho trạm S1, S2 tương ứng B1, B2 Trong trạng thái bão hịa tốc độ gửi gói tin S1 S2 vượt qua dung lượng băng thông, tổng thông lượng luồng liệu gửi từ S1 S2 tương ứng B1, B2 Ta có B = B1 + B2 (3.1) Hình 3.1 Mơ hình mạng adhoc đa chặng 41 3.2 Tranh chấp tầng MAC Tranh chấp tầng MAC cạnh tranh trạm việc sử dụng kênh truyền thông không dây dùng chung Trong mô hình mạng ad hoc đa chặng hình 3.2, trạm S1 có xu hướng dành băng thơng lớn trạm S2 trạm S1 giải mã tất gói tin mạng S2 khơng thể giải mã gói tin từ trạm R Trong giao thức IEEE 802.11 sử dụng phương pháp trao đổi liệu bắt tay bước RTS/CTS/DATA/ACK(RequestToSend/ClearToSend/DATA/ACKnowledgment) Xét bước cuối phương pháp trao đổi liệu hình 3.3 Trạm R gửi khung tin ACK để xác nhận việc nhận khung tin DATA Do trạm S1 nằm khoảng cách truyền thơng tối đa trạm R, nên nhận giải mã khung tin ACK Tuy nhiên, trạm S2 nằm ngồi khoảng cách truyền thơng tối đa khoảng cách cảm nhận tối đa trạm R, nên trạm S2 cảm nhận mà khơng giải mã khung tin ACK Do theo giao thức IEEE 802.11, trạm S2 phải chờ khoảng thời gian EIFS (Extended InterFrame Space) Thời gian lớn thời gian chờ thông thường trạm S1 DIFS (Distributed coordination function InterFrame Space) Do trạm S2 phải chờ lâu nên hội cho trạm S2 truy nhập kênh truyền thơng lần thấp so với trạm S1 Điều dẫn đến cân việc chia sẻ băng thơng trạm S1 S2 Hình 3.2 Sự cân chia sẻ băng thông 802.11 42 3.3 Tranh chấp tầng LLC Tranh chấp tầng LLC cạnh tranh luồng liệu không gian đệm Chúng ta phân tích Tranh chấp tầng LLC hai phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO (First In First Out ) RR (Round Robin) Trong mơ hình mạng adhoc đa chặng hình 3.1, cho tốc độ gửi tin G trạm S1, S2 thay đổi từ tới vượt băng thông B Gọi thông lượng đầu cuối đạt trạm S1, S2 tương ứng Th(flow 1), Th(flow 2) 3.2.1 Phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO Xét với tốc độ gửi tin G nhỏ, tổng yêu cầu gửi trạm nhỏ so với khả băng thơng, luồng liệu có đạt thơng lượng u cầu: Th(flow 1) = Th(flow 2) = G; if G < B/3 (3.2) Xét với tốc độ gửi tin G trung bình, khả băng thơng khơng đủ đáp ứng yêu cầu tất trạm Do phần băng thông dành cho trạm S1 B1 lớn phần băng thông dành cho trạm S2 B2, nên luồng liệu trực tiếp từ trạm S1 nhận thông lượng yêu cầu, luồng liệu từ trạm S2 nhận phần băng thơng cịn lại: Th( flow1) G B G Th( flow2) if B G B1 B2 (3.3) Xét với tốc độ gửi tin G lớn, phần băng thông dành cho trạm S1 B1 không đủ đáp ứng yêu cầu luồng liệu trực tiếp từ trạm S1 luồng liệu chuyển tiếp từ trạm S2 Giả sử kích thước đệm vơ hạn, tỉ lệ sử dụng đệm luồng liệu trực tiếp chuyển tiếp là: Q flow1 : Qflow2 = G : B2 (3.4) Trong Q kích thước đệm luồng liệu Thông lượng đầu cuối đạt luồng liệu là: Th( flow1) B1 Th( flow2) B1 G G B2 B2 G B2 (3.5) 43 Phần mềm mô NS-2 sử dụng để kiểm chứng phân tích Hình 3.3 cho thấy kết thơng lượng đầu cuối luồng liệu trạm S1 S2 phân tích phù hợp với kết mơ Các tham số chương trình mơ mơ tả bảng Trong giá trị kích thước đệm đặt lớn đề coi vô hạn Tốc độ kênh liệu chọn 2[Mbps] Do vấn đề phụ phí giao thức IEEE 802.11 sử dụng phương pháp trao đổi liệu bắt tay bước, băng thông tương ứng đạt B, B1 B2 chương trình mô xấp xỉ 1.58 [Mbps], 1.38 [Mbps] 0.2 [Mbps] Kết cho thấy tốc độ gửi tin G trở nên lớn, thông lượng đầu cuối luồng liệu từ trạm S1 tăng tới giá trị B1 , thông lượng đầu cuối luồng liệu từ trạm S2 giảm tới Dẫn tới việc cân hồn tồn mặt thơng lượng luồng liệu mơ hình Hình 3.3 Thông lượng đầu cuối luồng liệu từ trạm S1 S2 3.2.2 Phương pháp lập lịch theo thuật toán Round Robin Trong phương pháp lập lịch theo thuật toán RR, với tốc độ gửi tin G nhỏ trung bình, thơng lượng đầu cuối luồng liệu có kết giống với phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO Khi tốc độ gửi tin G lớn, trạm S1 sử dụng hàng đợi riêng biệt cho luồng liệu trực tiếp luồng liệu chuyển tiếp, tốc độ gói tin tới hàng đợi luồng liệu chuyển 44 tiếp bị hạn chế B2 Do luồng liệu trực tiếp sử dụng hết phần băng thông cịn lại Thơng lượng đầu cuối luồng liệu là: Th ( flow1) B1 B2 Th ( flow2) B2 if G B1 B2 (3.6) Hình 3.4 cho thấy kết phân tích phù hợp với kết mô Như việc áp dụng phương pháp lập lịch theo thuật tốn RR giúp tăng thơng lượng luồng liệu chuyển tiếp so với phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO Nhưng áp dụng phương pháp lập lịch theo thuật tốn RR khơng đảm bảo việc cân thông lượng luồng liệu trực tiếp luồng liệu chuyển tiếp Hình 3.4 Thông lượng đầu cuối phương pháp lập lịch theo thuật tốn RR Khi tốc độ liệu tăng, thơng lượng luồng B1 – B2 , thông lượng luồng B2 nhỏ nhiều so với thơng lượng luồng Hình 3.5 phân tích hồn tồn xác kết mô với kết giải tích sử dụng hai phương pháp lập lịch FIFO Round Robin Cơ chế cho thông lượng mong muốn luồng 45 chuyển tiếp băng thông nhận bị hạn chế lớp MAC Chỉ lượng nhỏ gói tin chuyển tiếp đến trạm trung gian, hàng đợi luồng chuyển tiếp thường rỗng Khi thuật toán RR chuyển quyền truy nhập kênh truyền thông cho hàng đợi Như hàng đợi trực tiếp ln có gói tin, luồng liệu trực tiếp quyền truy nhập kênh truyền thông đạt thông lượng lớn nhiều so với luồng liệu chuyển tiếp 3.3 Phƣơng pháp lập lịch kiểm soát vào/ra Phương pháp lập lịch kiểm soát vào sử dụng hàng đợi riêng cho luồng liệu thuật toán RR, thêm vào phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào hàng đợi Luồng liệu quy định địa IP nguồn IP đích, gói tin vào địa để xác định thuộc luồng liệu tương ứng Hình sau mơ tả phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào/ra Hình 3.5 Lập lịch có kiểm sốt vào/ra Trong phương pháp này, hàng đợi RR sử dụng với hai thuật toán: Thuật toán kiểm sốt số lượng gói tin vào hàng đợi, thuật tốn kiểm sốt số lượng gói tin khỏi hàng đợi Thuật toán (Kiểm soát gói tin vào hàng đợi) 46 Trong mạng adhoc đa chặng, tốc độ gửi gói tin lớn, hàng đợi luồng liệu trực tiếp có xu hướng chiếm tồn khơng gian đệm Thuật tốn định nhận bỏ gói tin để khơng đưa vào q nhiều gói tin hàng đợi * Trường hợp 1: Nếu chiều dài hàng đợi luồng liệu i nhỏ chiều dài trung bình hàng đợi, gói tin đưa vào hàng đợi * Trường hợp 2: Nếu chiều dài hàng đợi có kích thước lớn kích thước trung bình hàng đợi, gói tin bị loại khỏi hàng đợi với xác suất là: n qleni ave (n 1) ave (3.7) Trong đó: n số lượng luồng liệu bao gồm luồng liệu trực tiếp chuyển tiếp; qleni chiều dài hàng đợi luồng liệu thứ i; ave chiều dài trung bình tất hàng đợi Như vậy, gói tin đến từ luồng i đưa vào hàng đợi với xác suất sau: Pi _ input n qleni ave (n 1) ave (3.8) Công thức cho thấy xác suất gói tin bị loại khỏi hàng đợi tăng lên chiều dài hàng đợi lớn so với chiều dài trung bình hàng đợi Số lượng trạm tham gia truyền thông làm tăng xác suất loại bỏ gói tin Như Thuật tốn làm giảm tốc độ đến gói tin kích thước hàng đợi lớn làm cho chiều dài hàng đợi luồng liệu trở nên cân Thuật toán 2: Kiểm soát số lƣợng gói tin khỏi hàng đợi Sự cân băng thông gửi băng thông nhận lý cho việc cân luồng phương pháp lập lịch RR Thuật tốn có nhiệm vụ hạn chế việc gửi gói tin luồng liệu lớn, nhờ tăng phần băng thông dùng để nhận liệu Sẽ có 47 nhiều gói tin chuyển tiếp tới trạm thơng lượng luồng liệu chuyển tiếp tăng thêm * Trường hợp 1: Giả sử kích thước hàng đợi luồng liệu i nhỏ chiều dài trung bình tất hàng đợi, gói tin đưa khỏi hàng đợi * Trường hợp 2: Giả sử kích thước hàng đợi luồng liệu i lớn chiều dài trung bình tất hàng đợi, gói tin bị giữ lại hàng đợi với xác suất là: qleni ave (n 1) ave (3.9) Trong γ hệ số khỏi hàng đợi Như gói tin từ luồng liệu lớn bị trì hỗn xuất khỏi hàng đợi với xác suất từ tới γ Như vậy, xác suất để gói tin khỏi hàng đợi luồng liệu thứ i tính theo cơng thức: qleni ave (n 1) ave (3.10) Trong trường hợp xấu hàng đợi đầy hàng đợi khác rỗng, gói tin từ luồng liệu phải bị hoãn xuất khỏi hàng đợi với xác suất γ Trong trường hợp hàng đợi có kích thước nhỏ cân gói tin ln xuất khỏi hàng đợi Thuật toán làm tỉ lệ xuất gói tin luồng liệu lớn nhỏ trở nên cân hay thông lượng luồng liệu trở nên cân Hơn việc hỗn xuất gói tin khỏi hàng đợi làm giảm tải việc sử dụng băng thông, gián tiếp dẫn đến giảm việc tranh chấp băng thơng tầng MAC Như Thuật tốn hạn chế việc tranh chấp băng thông tầng MAC, đồng thời đảm bảo cân thông lượng tầng LLC 3.4 Đánh giá hiệu Phần đánh giá phương pháp lập lịch có kiểm soát vào/ra việc so sánh với phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO RR Phần mềm 48 Network Simulator (NS-2) sử dụng để xây dựng chương trình mơ đánh giá hiệu Các tham số chương trình mơ bảng 3.1 Trong phần mơ phỏng, có bốn số hiệu quan trọng đánh giá - Chỉ số cân Chỉ số lấy từ công thức R.Jai sau n Fairness Index = i n x i n i x2 i (3.11) Ở n số lượng luồng, xi thông lượng luồng i Giá trị số cân có phạm vi từ 1/n đến Trong trường hợp lý tưởng, thông lượng tất luồng cân bằng, số có giá trị Trong trường hợp xấu nhất, mạng hoàn toàn cân bằng, luồng chiếm tồn băng thơng, số cân 1/n Trong luận văn này, số cân đánh giá dựa thông lượng mức ứng dụng trạm đích - Độ dài hàng đợi trung bình: Trung bình tất hàng đợi RR trạm thời gian mô - Thời gian trễ trung bình: Thời gian trễ trung bình đầu cuối q trình mơ tất gói tin đến đích thành cơng - Tổng thơng lượng: Trung bình tổng thơng lượng mức ứng dụng tất luồng thời gian mơ Xét mơ hình mạng ad hoc đa chặng hình 3.2 Trong mơ hình ta xem xét thông số hiệu cho trạm S1 S2 gửi tin với tốc độ G, với G tăng dần từ tới Mbps Trong mơ hình giá trị γ phương pháp lập lịch kiểm soát vào/ra đặt 0.4 Hình 3.6, 3.7, 3.8 3.9 mơ tả thông số hiệu theo thay đổi tốc độ gửi tin G Tốc độ kênh liệu 2[Mbps] Khoảng cách trạm 200[m] Khoảng cách truyền tối đa 250[m] Khoảng cách cảm nhận tối đa 550[m] Giao thức tầng liên kết liệu IEEE 802.11 (RTS/CTS) 49 Loại kết nối UDP/CBR Kích thước đệm 100[packet] Kích thước gói tin 1[KB] Thời gian mơ 100[s] Bảng 3.1 Các tham số chương trình mơ đánh giá hiệu Hình 3.6 cho thấy với tốc độ gửi tin lớn, phương pháp lập lịch theo thuật tốn FIFO, luồng liệu trực tiếp chiếm tồn đệm dẫn tới số cân giảm xuống thấp Trong phương pháp lập lịch theo thuật toán RR, có hàng đợi riêng dành cho luồng liệu chuyển tiếp hạn chế băng thông dành cho nhận liệu nên thông lượng luồng liệu chuyển tiếp nhỏ so với thông lượng luồng liệu trực tiếp, dẫn tới số cân thấp Trong phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào tăng băng thông dành cho nhận liệu, số cân nhận tốt so với hai phương pháp Tốc độ gửi gói tin [Mbps] Hình 3.6 Chỉ số cân phương pháp lập lịch 50 Hình 3.7 Tổng kích thước hàng đợi trạm S1 mơ hình mạng adhoc đa chặng Tổng chiều dài hàng đợi trạm S1 biểu diễn hình 3.8 Khi tốc độ gửi tin vượt qua khả đáp ứng băng thông, hai phương pháp lập lịch theo thuật tốn FIFO RR, gói tin chiếm đầy kích thước hàng đợi Nhưng phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào/ra, gói tin kiểm sốt vào hàng đợi, nên đảm bảo kích thước hàng đợi nhỏ so với hai phương pháp Thời gian trễ luồng liệu trực tiếp trạm S1 biểu diễn hình 3.8 Do thời gian trễ tỉ lệ thuận với kích thước hàng đợi Chiều dài hàng đợi lớn có nghĩa thời gian chờ hàng đợi tăng lên Do thời gian trễ phương pháp lập lịch có kiểm soát vào/ra nhỏ so với hai phương pháp lập lịch FIFO RR Tổng thông lượng tất luồng liệu biểu diễn hình 3.9 Khi tốc độ gửi tin nhỏ, tổng thông lượng phương pháp Nhưng tốc độ gửi tin lớn, tổng thông lượng phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào/ra suy giảm so với hai phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO RR Nguyên nhân Thuật tốn kiểm sốt gói tin khỏi hàng đợi, hạn chế gửi tin từ luồng liệu lớn để tăng hội nhận gói tin từ luồng liệu chuyển tiếp Điều dẫn đến gói tin gửi sau 51 vài khe thời gian so với hai phương pháp Tuy nhiên giá trị khe thời gian nhỏ, nên ảnh hưởng tổng thông lượng không đáng kể Hình 3.8 Thời gian trễ luồng liệu trực tiếp S1 mơ hình mạng adhoc đa chặng 52 Hình 3.9 Tổng thơng lượng mơ hình mạng adhoc đa chặng 3.5 Kết luận Phương pháp lập lịch theo thuật toán FIFO, có hàng đợi dùng chung nên giải vấn đề tranh chấp tầng LLC Phương pháp lập lịch theo thuật toán RR sử dụng hàng đợi riêng cho luồng liệu, nhiên việc tranh chấp tầng MAC nên phương pháp không giải vấn đề cân thông lượng luồng liệu Phương pháp lập lịch CIOS hoạt động tầng LLC, với việc kiểm soát vào luồng liệu hàng đợi gián tiếp có tác động tích cực đến tranh chấp tầng MAC Do việc kiểm sốt gói tin vào hàng đợi làm cho chiều dài hàng đợi trở nên cân bằng, đồng thời với việc kiểm soát gói tin khỏi hàng đợi dẫn đến hạn chế vấn đề tranh chấp tầng MAC Kết phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào/ra có số cân tốt so với hai phương pháp truyền thống Ngoài vấn đề nâng cao hiệu số cân bằng, phương pháp lập lịch có kiểm sốt vào/ra cịn đạt hiệu tài nguyên đệm thời gian trễ truyền thông Hiệu cân thông lượng luồng liệu hiệu tổng thông lượng luồng liệu hai tham số đối nghịch Tuy nhiên kết mô cho thấy, phương pháp đề xuất, “sự trả giá” tổng thông lượng không đáng kể so với thay đổi tích cực cân thơng lượng Như vậy, phương pháp lập lịch CIOS triển khai tầng LLC cho kết vượt trội so với phương pháp truyền thống Phương pháp đưa vào triển khai thực tế để nâng cao hiệu mạng adhoc nói chung cân thơng lượng luồng mạng nói riêng 53 KẾT LUẬN Luận văn đạt kết sau: Luận văn trình bày cách tổng quan mạng không dây adhoc ứng dụng thách thức mạng Luận văn trình bày chuẩn IEEE802.11MAC, tập trung vào chế truy cập lớp MAC Luận văn trình bày phương pháp lập lịch FIFO, Round Robin phương pháp lập lịch có kiểm sốt gói tin vào khỏi hàng đợi trạm mạng adhoc đa chặng Luận văn mô kết quả: phương pháp lập lịch mô tả phần rút đánh giá số hiệu mạng Kết mô phù hợp với sở lý thuyết trình bày 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phil Karn Mâc: A new channel access method for packet radio In ARRL/CRRL Amateur Radio 9th computer Networking Conference, pages 134140, 1990 [2] Vaduvur Bharghavan, Alan Demers, Scott Shenker, and Lixia Zhang MACAW: a media access protocol for wireless lan’s In Procedings of the conference on Communications architectures, protocols and applications, pages 212-225 ACM, 1994 [3] IEEE Standards Department IEEE802.11 wireless lan medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications ANSI/IEEE Standard 802.11, 1999 [4] Zhifei, Sukumar Nandi, and Anil K.Gupta Ecs: An enhanced carrier sensing mech-anism for wireless ad-hoc networks Computer Communication, 28(17): 1970-1984,2005 [5] J.Jangeun and ML.Sichitiu Fairness and qos in multihop wireless networks IEEE Vehicular Technology Conference, 5:2936-2940, 2003 [6] O.Shagdar, K.Nakagawa, and B.Zhang Achieving per-flow fairness in wireless ad hoc networks Elec.Com in Japan, Part 1, 89 (8): 37-49, 2006 [7] The Network Simulator: ns-2 http://www.isi.edu/nsnam/ns/ ... số giao thức mạng adhoc lớp Mac để phân tích vấn đề hiệu mạng adhoc đa chặng chương 39 Chƣơng 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LẬP LỊCH TRONG MẠNG ADHOC ĐA CHẶNG Trong mạng ad hoc, trạm... trung 1.4.5 Hiệu mạng adhoc Vấn đề nâng cao hiệu mạng ad hoc nghiên cứu nhiều năm Giao thức MACA [1] phần mở rộng MACAW [2] quan tâm đến vấn đề nâng cao cân sử dụng băng thông trạm mạng, tác giả.. .ĐA? ?I HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐA? ?I HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ HẢI NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG ADHOC ĐA CHẶNG Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông