Cơ chế điều khiển truy cập kờnh HCF được thiết kế cho việc hỗ trợ tham số hoỏ QoS, cơ chế này là sự kết hợp ưu điểm của hai phương phỏp PCF và DCF. HCF cú thể
bắt đầu điều khiển truy cập kờnh ở cả hai chu kỳ CFP và CP trong khi PCF chỉ cho phộp ở chu kỳ CFP.
Hỡnh 17. Một mốc chu kỳ 802.11e HCF thụng thường.
Hỡnh trờn là một vớ dụ về chu kỳ mốc của một 802.11e thụng thường. Nú thể hiện rừ khả năng kết hợp của chế độ dự phũng của cả CFP và CP. Trong chu kỳ CP, khoảng dỗi xung đột được đặt tờn là pha truy cập quản lý (Controlled Access Phase – CAP) được đề xuất. CAP là một số chu kỳ khung được truyền sử dụng cơ chế truy cập kờnh cú quản lý HCF. HCF cú thể bắt đầu một CAP bởi việc gửi khung QoS-downlink hoặc khung QoS-CFPoll để cấp phỏt TXOP-kiểm soỏt vũng cho cỏc QSTA khỏc nhau sau khi mụi trường rỗi ớt nhất khụng chu kỳ PIFS. Sau đú khoảng thời gian cũn lại của CP cú thể được sử dụng bởi EDCF. Lược đồ linh hoạt này khiến cho PCF và CFP trở nờn vụ dụng và bởi vậy chỉ là tuỳ chọn trong chuẩn 802.11e. Bởi việc sử dụng CAP, kớch thước chu kỳ mốc của HCF cú thể độc lập với giới hạn trễ đớch của cỏc ứng dụng đa phương tiện. Vớ dụ, để hỗ trợ cho cỏc lưu lượng õm thanh với độ trễ tối đa là 20 ms sử dụng PCF, chu kỳ mốc khụng được dài hơn 20 ms từ cỏc ràng buộc cố định của CP, lưu lượng õm thanh vỡ thế phải đợi vũng kiểm soỏt kế tiếp. Mặt khỏc, cơ chế này cú thể
được giới hạn trễ với kớch thước chu kỳ mốc bất kỳ. Vỡ vậy khụng cần phải giảm kớch thước nội tại của mốc. Hơn nữa, vấn đề về trễ mốc trong PCF được giải quyết bởi vỡ trong HCF, một QSTA khụng được phộp truyền nếu việc truyền khụng thể kết thỳc trước TBTT kế tiếp.
Trong cơ chế HCF, chất lượng dịch vụ được đảm bảo dựa trờn đặc tả lưu lượng (traffic specification – TSPEC) thoả thuận giữa QAP và QSTA. Trước khi truyền bất kỳ khung nào cú đũi hỏi việc tham số hoỏ QoS, một liờn kết ảo gọi là dũng lưu lượng (Traffic Stream – TS) được thiết lập. Để thiết lập TS, một tập cỏc tham số TSPEC (gồm cú tốc độ dữ liệu trung bỡnh, kớch thước khung , chu kỳ dịch vụ tối đa, giới hạn trễ) được trao đổi giữa QAP và QSTA tương ứng. Dựa trờn cỏc tham số TSPEC này, bộ lập lịch của QAP tớnh toỏn thời gian TXOP-kiểm soỏt vũng cho từng QSTA và cấp phỏt TXOP-kiểm soỏt vũng cho từng QSTA. Sau đú bộ lập lịch ở từng QSTA cấp phỏt TXOp cho cỏc hàng đợi TS khỏc nhau căn cứ vào thứ tự mức ưu tiờn. Một bộ lập lịch dựa trờn cơ chế round-robin được đề xuất trong IEEE 802.11e . Bộ lập lịch đơn giản sử dụng cỏc tham số TSPEC chớnh như đó liệt kờ ở trờn. Chỳ ý rằng chu kỳ dịch vụ tối đa yờu cầu cho từng TS tương ứng với chu kỳ thời gian tối đa giữa hai lần thực hiện TXOP thành cụng. Nếu giỏ trị này nhỏ, nú cú thể cung cấp trễ thấp nhưng lại xuất hiện nhiều khung CF-Poll. Nếu cỏc TS khỏc nhau cú cỏc yờu cầu chu kỳ dịch vụ tối đa khỏc nhau, bộ lập lịch sẽ chọn giỏ trị nhỏ nhất của cỏc chu kỳ dịch vụ tối đa yờu cầu của cỏc dũng cần lập lịch. Hơn nữa, QAP được cho phộp sử dụng giải thuật quản lý kiểm soỏt để xỏc định cú cho phộp hay khụng một TS mới trong BSS của nú. Khi một dũng lưu lượng được thiết lập, QAP thử cung cấp QoS bởi việc cấp phỏt băng thụng yờu cầu cho TS đú. Trong một CFP, mụi trường hoàn toàn được quản lý bởi QAP. Trong một CP, nú cú thể chiếm mụi trường bất cứ khi nào nú muốn (sau một khoảng thời gian rỗi PIFS). Sau khi nhận một khung CF-kiểm soỏt vũng, QSTA kiểm soỏt vũng được phộp truyền nhiều khung MAC được chỉ định bởi CFB (Contention-Free Burst) với tổng số thời gian truy cập khụng quỏ TXOPlimit. Tất cả cỏc QSTA khỏc thiết lập giỏ trị NAV của chỳng về giỏ trị TXOP + SlotTime. Bằng cỏch này, chỳng sẽ khụng đụng độ mụi trường trong suất chu kỳ. Nếu khụng cú khung nào được truyền đến QAP, QSTA-kiểm soỏt vũng sẽ gửi một khung QoS-Null đến QAP để cú thể kiểm tra QSTA khỏc.
5.4.2. Giao thức liờn kết trực tiếp (Direct Link Protocol – DLP)
Chuẩn cũ khụng cho phộp một trạm truyền trực tiếp khung dữ liệu đến một trạm khỏc trong cựng BSS ở chế độ infrastructure. Như vậy tất cả việc truyền thụng giữa hai trạm bất kỳ đều phải thụng qua AP. Mặt khỏc, trong IEEE 802.11e, giao thức liờn kết trực tiếp được giới thiệu cho cỏc QSTA để thiết lập một kờnh truyền thụng trực tiếp trong chế độ infrastructure. Điều này sẽ làm tăng đỏng kể băng thụng. Với DLP, bờn gửi đầu tiờn sẽ gửi một thụng điệp yờu cầu liờn kết trực tiếp bao gồm cả tốc độ mà nú hỗ trợ và một số thụng tin khỏc đến bờn nhận thụng qua QAP. Khi bờn nhận xỏc nhận yờu cầu, một liờn kết trực tiếp giữa hai QSTA được thiết lập. Khi khụng cú khung nào được truyền giữa hai QSTA trong khoảng thời gian DLPidle_timeout , liờn kết sẽ bị cấm. Trong trường hợp này, cỏc khung giữa hai QSTA sẽ được gửi thụng qua QAP. Tuy nhiờn với DLP, lưu lượng giữa hai QSTA khụng được đệm ở QAP để chuyển tiếp, vỡ vậy cú thể đỏnh thức liờn tục QSTA khỏi chế độ tiết kiệm điện khiến cho làm giảm hiệu quả tiết kiệm điện khi DLP khụng được sử dụng.
5.4.3. Xỏc nhận khối (Block Acknowledgment – BlockAck)
Hoạt động của tầng MAC cũ dựa trờn lược đồ SW-ARQ. Điều này nảy sinh nhiều vấn đề do việc truyền tức thời của cỏc gúi xỏc nhận ACKs. Trong 802.11e, một cơ chế SR-ARQ mới tờn là xỏc nhận khối (Block Acknowledgment – BlockAck) được đề xuất. Trong cơ chế này, một nhúm cỏc khung dữ liệu cú thể truyền nối tiếp với chu kỳ SIFS giữa chỳng. Sau đú, một khung BlockAck đơn được gửi trở lại cho bờn nhận để thụng bỏo cú bao nhiờu gúi đó được nhận đỳng. Hiển nhiờn, lược đồ này cú thể cải thiện hiệu quả truy cập kờnh. Cú hai loại cơ chế BlockAck được sử dụng trong 802.11e: tức thời và trễ.
Trong trường hợp BlockAck tức thời, bờn gửi truyền một khung yờu cầu BlockAck sau khi đó truyền một nhúm khung dữ liệu, bờn nhận phải gửi trả lại BlockAck sau một chu kỳ SIFS. Nếu bờn gửi nhận được khung BlockAck, nú sẽ truyền lại cỏc khung chưa được xỏc nhận trong khung BlockAck. Cơ chế này rất hữu dụng cho cỏc ứng dụng đũi hỏi băng thụng cao và gúc trễ thấp. Nhưng nú lại gặp một trở
ngại là khú triển khai việc sinh BlockAck trong chu kỳ SIFS. Mặt khỏc, trễ BlockAck khụng đũi hỏi giới hạn thời gian ngặt
Lược đồ loại hai trễ-BlockAck lại hữu dụng trong cỏc ứng dụng đũi hỏi trễ ở mức độ vừa phải. Nếu bờn gửi khụng nhận được khung BlockAck từ bờn nhận, nú sẽ truyền lại khung yờu cầu BlockAck. Khi số lượng khung yờu cầu BlockAck được truyền lại đạt đến giới hạn, toàn bộ nhúm khung dữ liệu sẽ bị xoỏ.
Chương VI. Đỏnh giỏ thử nghiệm, kết luận và những đề xuất trong tương lai
6.1. Đỏnh giỏ cỏc cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ mạng khụng dõy dựa trờn ứng dụng mụ phỏng ns-2
Để đỏnh giỏ những phương phỏp mụ tả ở trờn, chỳng ta sử dụng chương trỡnh mụ phỏng ns-2. Cỏc mụ phỏng được thực hiện với cựng một nguồn dữ liệu (bộ mó hoó tớn hiệu õm thanh và video, bờn cạnh đú cú một số tiến trỡnh nền với độ ưu tiờn thấp. Mỗi trạm khởi tạo một luồng đến một cấp phỏt thấp (sink located) so với trạm cơ sở. Những trạm cú độ ưu tiờn cao sinh ra cỏc gúi tin với kớch thước lấy từ phõn phối xỏc suất thường với kớch thước của trung bỡnh là 300 bytes, và với độ lệch chuẩn là 40 bytes. Chu kỳ giữa cỏc liờn gúi (interpacket) là 25 và 40 ms, tướng ứng với tốc độ trung bỡnh của luồng dữ liệu là 96 kbits/s và 60 kbits/s. Cỏc trạm cú mức ưu tiờn thấp sinh ra cỏc gúi với chu kỳ 50 ms, kớch thước gúi tin trung bỡnh 800 bytes, độ lệch chuẩn 150 bytes tương ứng với tốc độ 128kbits/s. Số lượng cỏc trạm cú mức ưu tiờn thấp được cố định là 3 và 12 trạm, cũn số lượng cỏc trạm cú mức ưu tiờn cao được tăng dần tương ứng với việc tăng thờm tải cho hệ thống. Tất cả cỏc trạm được định vị sao cho giữa chỳng cú thể phỏt hiện được cỏc trạm cũn lại, khụng cú sự di chuyển trong hệ thống.
Cỏc tham sốđo đạc: thụng lượng trung bỡnh cho cỏc trạm ứng với mỗi mức ưu tiờn chỉ ra cỏc lược đồ chất lượng dịch vụ hoạt động tốt như thế nào và liệu chỳng cú thể cung cấp sự phõn biệt cỏc dịch vụ khỏc nhau giữa cỏc mức độ ưu tiờn khỏc nhau. Để cú thể so sỏnh trờn đồ thị từ cỏc mức khỏc nhau của tải, thụng lượng chuẩn hoỏ sẽ được vẽ và tớnh toỏn như là phần trăm của dữ liệu được yờu cầu thực sự được chuyển tới đớch. Bởi sự khan hiếm của băng thụng khụng dõy, chỳng ta cũng sẽ giỏm sỏt sự tận dụng mụi trường lan truyền tương ứng với cỏc lược đồ khỏc nhau. Việc giỏm sỏt này thể hiện qua việc đo đạc theo phần trăm thời gian được sử dụng cho việc truyền dữ liệu. Tốc độ xung đột (collision rate) là thụng số thứ ba ta cũng sẽ tiến hành đo đạc. Tốc độ xung đột là giỏ trị trung bỡnh của số lần xung đột xuất hiện trong một giõy. Trễ
được truyền đi thành cụng. Lý do ta đo trễ truy cập trung bỡnh vỡ ta cú thể thấy được cỏc lược đồ cú thể điều chỉnh luồng thời gian thực tốt như thế nào. Tuy nhiờn, với cỏc luồng thời gian thực, thường xuyờn khụng đủ với trễ truy cập trung bỡnh thấp nhưng cú thể cú trễ nhảy vọt sau khi dữ liệu khụng cũn cú ý nghĩa. Chỳng ta giới thiệu sự phõn bố tớch luỹ của trễ truy cập cho cỏc giao thụng với mức ưu tiờn cao để tỡm ra phần trăm gúi tin nằm bờn dưới giới hạn trễ .
Hỡnh 18c. So sỏnh trễ truy cập trung bỡnh của cỏc cơ chế
Hỡnh 18. So sỏnh cỏc lược đồ hỗ trợ chất lượng dịch vụ khỏc nhau sử dụng trong mạng cục bộ khụng dõy dựa trờn cỏc tiờu chớ: thụng lượng , sử dụng mụi trường
lan truyền, trễ truy cập trung bỡnh
Kết quả thu được
Trong hỡnh 1a, chỳng ta cú thể nhận thấy lược đồ Blackburst cho hiệu năng cao nhất với lưu lượng ưu tiờn cao cú tớnh đến thụng lượng, đặc biệt là trong vựng tải thấp.
Tuy nhiờn, khi tải cao hơn, ta thấy rằng EDCF cũng cho hiệu năng rất tốt với lưu lượng ưu tiờn cao trong khi lược đồ của PCF thể hiện rừ sự sụt giảm, tại một số vị trớ cũn kộm cả DFS. Mặt khỏc, hai lược đồ này sẽ cho hiệu năng tốt hơn cho lưu lượng ưu tiờn thấp trong khi Blackburst và EDCF hoàn toàn “đúi” (completely starves) ở tải cao. Bằng trực quan, hỡnh 1b chỉ ra Blackburst cũng cho kết quả tốt nhất trong việc tận dụng mụi trường lan truyền. Việc sử dụng ngập tràn gúi tin đối với EDCF là lý do khiến cho nú được tin rằng sự tận dụng sẽ là cao (vỡ cú rất ớt cỏc khoảng trống), kết quả thực tế sau khi mụ phỏng làm ta ngạc nhiờn vỡ khụng giống như những suy đoỏn của lý thuyết. Lời giải thớch cú thể được tỡm thấy trong hỡnh 3.
Hỡnh 19. Tỷ lệ va chạm của cỏc cơ chế.
Dựa vào hỡnh vẽ trờn cú thể nhận thấy rằng tốc độ xung đột của lược đồ EDCF cao hơn so với cỏc lược đồ khỏc, đú là nguyờn nhõn ảnh hưởng đến hiệu năng sử dụng mụi trường lan truyền. Cũng cú thể nhận ra rằng tốc độ xung đột của Blackburst giảm
khi số lượng của cỏc trạm ưu tiờn cao tăng lờn. Điều đú khẳng định rằng khụng cú đụng độ xuất hiện giữa cỏc nỳt Blackburst.
Quan sỏt trễ trung bỡnh trong hỡnh 1c, chỳng ta thấy rằng tất cả cỏc lược độ đưa ra trễ trung bỡnh chấp nhận được cho lưu lượng ưu tiờn cao nhưng Blackburst và EDCF lại cho độ trễ thấp nhất. Ta sẽ cảm thấy thỳ vị hơn khi nghiờn cứu phõn phối xỏc suất của trễ được thể hiện ở hỡnh 2. Ảnh hưởng của sự bựng nổ gúi tin của EDCF cú thể dễ dàng được nhận ra. Blackburst và DFS cú đường cong dốc đứng hơn (cú sai lệch và biến thiờn độ trễ thấp) đạt đến mức 100% rất nhanh chúng, nghĩa là trễ cú giới hạn trờn thấp hơn. Mặt khỏc, lưu lượng sử dụng PCF và EDCF cú dạng cong phẳng hơn, đặc biệt ở vựng tải cao, một phần của cỏc gúi tin cú trễ cao thực sự (trờn 100 ms). Cỏc ứng dụng thời gian thực thường cú một giới hạn trễ chấp nhận được, quan trọng hơn là phần lớn cỏc gúi tin cú trễ thực tế dưới mức giới hạn chấp nhận được.
Vớ dụ, giả sử trễ ở mức chấp nhận được tối đa là 100 ms. Ở mức tải cao nhất, chỳng ta cú thể nhận thấy rằng trong khi DFS và Blackburst quản lý để đưa ra được độ trễ dưới mức yờu cầu thỡ hai lược đồ EDCF và PCF chỉ thực hiện được khoảng 85% cỏc gúi tin. Điều đú nghĩa là mặc dự DFS cú thụng lượng thấp hơn với lưu lượng ưu tiờn cao so với EDCF, chỳng thực sự truyền một cỏch xấp xỉ số lượng dữ liệu thời gian thực hữu dụng. Điều đú khiến đụi khi ta núi DFS cho hiệu năng tốt hơn EDCF với lưu lượng ưu tiờn thấp.
6.2. Nhận xột về tỡnh huống ỏp dụng cỏc cơ chế hỗ trợ chất lượng dịch vụ dịch vụ
Mụ phỏng chỉ ra rằng, cơ chế EDCF mới được phỏt triển bởi nhúm IEEE 802.11e là một cải thiện hơn của PCF. EDCF thực sự phõn tỏn, cho hiệu năng tốt hơn PCF và lại ớt phức tạp hơn. Blackburst cho hiệu năng tốt nhất với lưu lượng ưu tiờn cao trong cả hai tiờu chớ về thụng lượng và trễ truy cập. Trong trường hợp tải thấp, nú cũng cho hiệu năng tốt hơn với lưu lượng ưu tiờn thấp. Tuy nhiờn trong những tỡnh huống tải cao, Blackburst gặp vấn đề trong việc bỏ đúi cỏc trạm cú độ ưu tiờn thấp. Hơn nữa, cỏc thử nghiệm mụ phỏng cũng chỉ ra rằng lược đồ Blackburst cho hiệu năng sử dụng mụi trường truyền tốt nhất. Điều này rất quan trọng và mang nhiều ý nghĩa với cỏc hệ thống mạng khụng dõy cú băng thụng hạn hẹp. Chỳng ta cũng kiểm chứng lại được thực sự Blackburst ngăn chặn được xung đột trong cỏc trạm cú độ ưu tiờn cao. Điều trở ngại đối với Blackburst là yờu cầu chu kỳ truy cập là hằng số. Nếu như điều kiện này khụng được thoả món, EDCF cú thể là một ứng cử viờn thay thế thớch hợp. Mặc dự EDCF khụng thể cung cấp dịch vụ tốt như Blackburst và bị vướng phải vấn đề tốc độ xung đột cao, nú vẫn cung cấp sự phõn định dịch vụ tốt và cho trễ trung bỡnh thấp cho lưu lượng ưu tiờn cao. Trong trường hợp tải cao hơn, lưu lượng ưu tiờn thấp cũng gặp phải hiện tượng bị bỏ đúi cũng giống như trong trường hợp của Blackburst. Trong nhiều trường hợp, sự bỏ đúi với lưu lượng ưu tiờn thấp là khụng đỏng kể nhưng lại cú sự phõn loại chớnh xỏc hơn. DFS đảm bảo dịch vụ tốt hơn cho lưu lượng ưu tiờn cao mà vẫn khụng bỏ đúi cỏc lưu lượng ưu tiờn mức thấp nhưng phải đảm bảo rằng nú sẽ chiếm băng thụng hợp lý. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với cỏc mụ phỏng để đỏnh giỏ hiệu năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ của cỏc lược đồ DCF, PCF, EDCF và Blackburst , cú thể nhận thấy Blackburst được chứng minh là lựa chọn tốt nhất cho cỏc hệ thống đũi hỏi cú lưu lượng ưu tiờn cao, tuy nhiờn nú lại gặp phải hiện tượng “bỏ đúi” cho cỏc dịch vụ cú mức ưu tiờn thấp trong trường hợp tải