Song song với cỏc cơ chế tập trung vào cải tiến hàm điều phối như đó núi trong mục 5.3.1 , một hướng tiếp cận khỏc để nõng cao chất lượng dịch vụ là việc cải thiện cơ chế quản lý lỗi. Trong kiến trỳc mạng, độ tin cậy điểm-điểm được cung cấp bởi cỏc nỳt mạng đầu cuối. Vỡ vậy trong cỏc giao thức (vớ dụ TCP) hoặc cỏc ứng dụng bản thõn nú được thiết kế cú cỏc cơ chế sửa lỗi. Đõy cũng được coi là một hướng để nõng cao hiệu năng chất lượng dịch vụ. Một số mạng con như cỏc mạng khụng dõy đũi hỏi cơ chế phục hồi lỗi ở tầng liờn kết để cải thiện hiệu năng. Những cải tiến này nờn gọn nhẹ. Vớ dụ, cỏc liờn kết khụng dõy thường đũi hỏi tầng liờn kết cú khả năng phục hồi lỗi (vớ dụ như 802.2 LLC) và tầng MAC phục hồi lỗi. Cú hai loại lược đồ phục hồi lỗi cơ bản: ARQ (Automatic Repeat reQuest) và FEC (Forward Error Correction). Phần sau sẽ mụ tả rừ hơn hai loại này.
5.3.2.1. Cơ chế tựđộng lặp lại yờu cầu (Automatic Repeat reQuest – ARQ)
ARQ là một giao thức điều khiển lỗi được triển khai hầu hết ở tầng liờn kết dữ liệu và tầng giao vận. Nú hoạt động hiệu quả trờn cỏc mạng cục bộ khụng dõy tốc độ cao khi trễ khứ hồi (round-trip delay) nhỏ. Nhưng nú gõy ra trễ lớn khi xuất hiện nhiều sự truyền lại trờn liờn kết chậm.
a. Cơ chế dừng và đợi (Stop and Wait ARQ – SW-ARQ )
SW-ARQ một kĩ thuật đơn giản và rất hiệu quả cho việc truyền dữ liệu. Về cơ bản, trong SW-ARQ, bờn gửi truyền một gúi đơn và đợi phản hồi. Bờn nhận sẽ gửi xỏc nhận ACK cho từng gúi mà nú nhận chớnh xỏc. Nếu như khụng cú phản hồi sau một thời gian nhất định (time-out), bờn gửi truyền lại gúi tin. Bỡnh thường, khi bờn gửi nhận được ACK, nú sẽ bắt đầu gửi cỏc gúi dữ liệu khỏc. Như vậy cú thể nhận thấy một điểm là bờn gửi sẽ khụng thể gửi cỏc gúi tin khỏc nếu như nú chưa nhận được gúi ACK của bờn nhận (trong khoảng thời gian chưa đến time-out), và ta cú thể nhận thấy đõy là
khoảng thời gian chờ đợi này hay khụng? Trờn thực tế, cỏc cơ chế MAC hiện tại của mạng cục bộ khụng dõy IEEE 802.11 sử dụng cơ chế điều khiển lỗi này bởi vỡ nú đơn giản và hiệu quả hơn cơ chế FEC.
b. Cơ chế lặp lại cú lựa chọn (Selective Repeat ARQ – SR-ARQ)
Khụng giống như SW-ARQ, khi sử dụng SR-ARQ cỏc gúi được truyền một cỏch liờn tục bởi tầng điều khiển liờn kết dữ liệu (Data Link Control – DLC). Bờn nhận bỏo nhận mỗi lần nhận thành cụng gúi tin. Nếu gúi tin bỏo nhận khụng được truyền đến bờn gửi sau một khoảng thời gian quỏ hạn (timeout), gúi tin sẽ được truyền lại. Một khi gúi tin đó được truyền lại, bờn gửi giả định rằng việc truyền gúi từ nơi nú bỏ đi, nghĩa là nếu j là gúi tin với thứ tự lớn nhất đó được truyền đi, gúi tin với số thứ tự j+1 sẽ được truyền tiếp (giả sử rằng khụng cú bộ định thời nào hết hạn trong thời gian chờ đợi). Chỳ ý rằng, với cơ chế SW-ARQ, rất nhiều thời gian rỗi bị lóng phớ cho việc đợi ACK. Khi giao thức SR-ARQ được sử dụng, cỏc gúi tin liờn tục được truyền giỳp xoỏ bỏ được thời gian rỗi cú liờn quan đến SW-ARQ. Trờn thực tế, khi SR-ARQ được sử dụng, cỏc gúi tin cú thể được chấp nhận vượt khỏi trỡnh tự, bởi vậy những gúi tin này phải được đệm và được sắp lại theo trỡnh tự trước khi chỳng được chuyển giao cho tầng ứng dụng. Cú thể nhận thấy, SR-ARQ là lược đồ hiệu quả nhất cho việc tiết kiệm trễ thời gian điểm-điểm, tuy nhiờn đõy là một cơ chế phục hồi lỗi rất phức tạp.
c. Cơ chế quay lui N (Go-Back-N ARQ – GBN-ARQ)
Khi GBN-ARQ được sử dụng, cỏc gúi tin được truyền một cỏch liờn tục như của cơ chế SR-ARQ. Tuy nhiờn, bờn nhận chỉ chấp nhận gúi tin theo đỳng thứ tự mà chỳng được truyền đi. Cỏc gúi tin nằm ngoài trỡnh tự sẽ bị huỷ và khụng được chấp nhận. Vỡ bờn nhận chỉ chấp nhận cỏc gúi theo trỡnh tự, bờn gửi truyền lại gúi quỏ hạn và cả tất cả những gúi theo sau đú. Bởi vậy, mỗi khi timeout xuất hiện, tất cả cỏc gúi tin chưa được chấp nhận sẽ bị truyền lại. Một nhận xột quan trọng rỳt ra từ cơ chế này là GBN-ARQ chớnh là sự kết hợp những đặc trưng mong muốn của SE-ARQ và SW-ARQ nghĩa là cỏc gúi tin được truyền một cỏch liờn tục (như lược đồ SR-ARQ) và lại khụng cần thiết phải đệm những gúi tin ngoài trỡnh tự, vỡ vậy cũng khụng phải giải quyết vẫn đề sắp lại thứ tự gúi tin
5.3.2.2. Cơ chế sửa lỗi dựa trờn sự chuyển tiếp (Forward Error Correction – FEC)
FEC hoạt động dựa trờn ý tưởng của cỏc loại mó sửa sai, trong đú nú sẽ thờm vào cỏc bits dư thừa giỳp cho việc kiểm tra tớnh toàn vẹn và phục hồi cỏc bits lỗi. Nú được ỏp dụng cho cỏc ứng dụng thời gian thực do những yờu cầu ngặt nghốo về độ trễ và đặc điểm tự nhiờn của dũng phương tiện (media stream). Với ARQ, bờn nhận yờu cầu truyền lại khi nú phỏt hiện lỗi, nhưng ARQ hướng đến biến đổi trễ cỏi mà khụng thể chấp nhận cho cỏc dịch vụ thời gian thực. Lược đồ FEC giỳp duy trỡ thụng lượng đồng nhất và trễ thời gian trong giới hạn. Tuy nhiờn, tỷ lệ lỗi giải mó của FEC tăng nhanh tỷ lệ thuận với tỷ lệ lỗi của kờnh. Vỡ vậy, khi tỷ lệ lỗi kờnh cao, mó FEC dài là cần thiết. Điều này làm cho cặp mó hoỏ-giải mó phức tạp và cũng phải chấp nhận vấn đề truyền dẫn tốc độ cao. Hơn nữa, kờnh vụ tuyến là khụng cố định (cú thể di động) và tỷ lệ lỗi bit của kờnh biến đổi theo thời gian. Vỡ vậy chỉ FEC hoặc ARQ là khụng thực hiệu quả cho cỏc hệ thống mạng cục bộ khụng dõy tốc độ cao cú tỷ lệ lỗi lớn. Để vượt qua khỏi những hạn chế của từng cơ chế riờng lẻ, lược đồ lai giữa FEC-ARQ được phỏt triển. Trong phần tiếp theo chỳng ta sẽ nghiờn cứu hai loại cơ chế điều khiển lỗi trong đú sử dụng hai cơ chế kết hợp trờn: Lược đồ lai FEC-ARQ loại I và loại II.
5.3.2.3. Lược đồ lai FEC-ARQ
a. Lược đồ lai FEC-ARQ loại I
Lược đồ lai FEC-ARQ loại I sử dụng cơ chế kiểm tra mó chẵn lẻ của bit để phỏt hiện và sửa lỗi trong cỏc gúi tin. Nếu số lượng bit lỗi trong gúi tin nhận được nằm trong khả năng sửa lỗi của mó, lỗi sẽ được sửa. Trường hợp xấu hơn khi một mẫu lỗi khụng thể sửa được phỏt hiện, gúi tin sẽ bị từ chối và yờu cầu một sự truyền loại. Quỏ trỡnh truyền lại được lặp đi lặp lại đến khi bờn nhận xỏc nhận đó nhận thành cụng hoặc số lần truyền lại đạt đến ngưỡng. Một nhược điểm của lược đồ lai FEC-ARQ loại I là cỏc gúi tin khụng thể sửa sai sẽ bị huỷ bởi bộ giải mó thậm chớ cả khi nú vẫn chứa một số thụng tin hữu dụng.
Trong lược đồ lai FEC-ARQ loại II, cỏc gúi tin khụng thể sửa sai vẫn được giữ lại để sử dụng thay vỡ bị huỷ. Trong trường hợp gúi tin khụng thể được giải mó thành cụng ở đớch, bờn nhận yờu cầu truyền lại và sử dụng gúi tin lỗi đó được lưu lại để giỳp bộ xử lý giải mó sửa lỗi. Quỏ trỡnh này được lặp lại cho đến khi giải mó được thành cụng. SW-ARQ hiện tại đang là cơ chế được sử dụng ở tầng MAC của chuẩn 802.11 bởi vỡ nú cú ưu điểm là đơn giản và dễ triển khai. FEC mức MAC đó được giới thiệu trong phiờn bản nhỏp trước đú của chuẩn 802.11e nhưng cuối cựng lại khụng được lựa chọn. Một số kĩ thuật khỏc được đề xuất như FEC-ARQ lai loại I và loại II cú thể giảm trễ cho cỏc lưu lượng cú mức ưu tiờn cao. Chỳng đó được lờn kế hoạch sử dụng cho những mạng khụng dõy thụng lượng cao thế hệ tiếp theo, hiện tại chỳng chưa được lựa chọn bởi những yếu tố cú liờn quan đến cụng nghệ chế tạo và tớnh phức tạp.
5.4. Chuẩn chất lượng dịch vụ cải tiến IEEE 802.11e
Phần này chỳng ta sẽ giới thiệu những đặc trưng mới trong chuẩn con 802.11e . Chuẩn này được biết đến như là một chuẩn nhằm đưa ra cỏc cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ cải tiến hơn. Chỳng ta sẽ mụ tả về 3 loại trong số chỳng:
• Hàm điều phối lai (Hybrid Coordination Function - HCF),
• Giao thức liờn kết trực tiếp (Direct Link Protocol - DLP)
• Xỏc nhận khối (Block acknowledgment)
5.4.1. Hàm điều phối lai (Hybrid Coordination Function – HCF)
Để hỗ trợ cả hai hướng tiếp cận hỗ trợ chất lượng dịch vụ IntServ và DiffServ trong mạng cục bộ khụng dõy, chuẩn 802.11e đó định nghĩa một cơ chế mới tờn là hàm điều phối lai (HCF). HCF là sự kết hợp của hai phương phỏp truy cập: truy cập kờnh dựa trờn xung đột (EDCF) và cơ chế truy cập kờnh cú quản lý tương ứng với cỏc phần đó được trỡnh bày ở cỏc mục 5.3.1.4.1 và 5.3.1.4.2.
Một đặc trưng chớnh của HCF là việc đề xuất ra bốn hàng đợi phõn loại truy cập (Access Category - AC) và tỏm hàng đợi dũng lưu lượng (Traffic Stream – TS) ở tầng MAC. Khi một khung đến lớp MAC, nú được gắn thẻ với định danh mức ưu tiờn lưu
lượng (Traffic prIority iDentifier - TID) tương ứng với yờu cầu về chất lượng dịch vụ của nú. Giỏ trị này được quy định trong khoảng từ 0 đến 15. Khung với giỏ trị TID từ 0 đến 7 được ỏnh xạ vào 4 hàng đợi AC sử dụng cỏc luật truy cập của EDCF. Cỏc khung với giỏ trị TID từ 8 đến 15 được ỏnh xạ vào 8 hàng đợi TS sử dụng cỏc luật truy cập kờnh cú quản lý HCF. Lý do cho việc tỏch hàng đợi TS khỏi hàng đợi AC là để hỗ trợ sự tham số hoỏ chớnh xỏc về QoS ở hàng đợi TS trong khi ưu tiờn hoỏ QoS được hỗ trợ ở hàng đợi AC.
Một đặc trưng chớnh khỏc của HCF là phương thức nhận ra khi nào được truyền (Transmission Opportunity - TXOP) của trạm. Trong TXOP, một loạt khung cú thể được truyền bởi một trạm được phõn biệt bởi SIFS. TXOP cú thể được gọi là EDCF- TXOP khi nú dành được bởi chiến thẳng bởi cơ chế EDCF. Nú cũng cú thể được gọi là TXOP-kiểm soỏt vũng nếu nú dành được khung kiểm soỏt vũng từ QAP (QoS- enhanced AP). Giỏ trị lớn nhất của TXOP gọi là TXOPlimit , được xỏc định bởi QAP.
5.4.1.1. Hàm điều phối phõn tỏn cải tiến (Enhanced Distributed Coordination Function – EDCF)
EDCF được thiết kế hỗ trợ chất lượng dịch vụ ưu tiờn hoỏ dựa trờn xung đột. Hỡnh sau chỉ ra trong EDCF, mỗi trạm QoS-cải tiến (QoS-enhanced STA - QSTA) cú 4 hàng đợi AC để hỗ trợ 8 ưu tiờn người dựng như định nghĩa trong IEEE 802.11d. [39].
Hỡnh 15. EDCF đề xuất bởi 802.11e.
Bởi vậy, một hoặc một số mức ưu tiờn người dựng được ỏnh xạ vào cựng một hàng đợi. Xem bảng chi tiết sau .
Bảng 4. Ánh xạ giữa ưu tiờn tiờn mức người dựng (UP) và loại truy cập (AC).
Điều này xuất phỏt từ quan sỏt rằng gần như khụng cú 8 loại ứng dụng nào thực hiện truyền khung đồng thời và việc sử dụng số lượng hàng đợi AC ớt hơn số lượng hàng đợi UP sẽ làm giảm vấn đề đối với tầng MAC. Mỗi hàng đợi AC làm việc một cỏch độc lập với cỏc trạm DCF và chỳng sử dụng cỏc tham số truyền lại của bản thõn
nú. Trong EDCF, hai phương phỏp chớnh được giới thiệu để hỗ trợ sự phõn loại dịch vụ. Phương phỏp đầu tiờn là sử dụng cỏc InterFrame Space phõn biệt
Hỡnh 16. Mối quan hệ giữa EDCF và truy cập kờnh IFS.
Một loại khung IFS mới gọi là IFS-trọng tài (Arbitration IFS – AIFS) được sử dụng trong EDCF thay vỡ sử dụng DIFS trong DCF. AIFS được xỏc định bởi
AIFS[AC] = AIFSN[AC]*SlotTime + SIFS;
trong đú giỏ trị mặc định của số lượng khung AIFS-trọng tài (AIFS Number - AIFSN) được định nghĩa là 1 hoặc 2. Khi AIFSN = 1, hàng đợi mức ưu tiờn cao AC1, AC2 và AC3 cú giỏ trị AIFS bằng PIFS. Khi AIFSN=2, hàng đợi cú mức ưu tiờn thấp AC0 cú giỏ trị AIFS bằng DIFS. Khi một khung đến một hàng đợi AC rộng và mụi trường rỗi trong một khoảng thời gian lớn hơn AIFS[AC]+SlotTime, khung sẽ được truyền ngay lập tức. Nếu kờnh bận, gúi tin đến trong mỗi AC phải đợi cho đến khi mụi trường rỗi và trỡ hoón AIFS+SlotTime. Vỡ vậy, hàng đợi AC với AIFS nhỏ hơn sẽ cú ưu tiờn mức cao hơn. Vớ dụ, thời gian truyền sớm nhất cho một hàng đợi mức ưu tiờn cao là PIFS+SlotTime = DIFS trong khi thời gian truyền sớm nhất cho hàng đợi dựa trờn sự nỗ lực nhất (best-effort queue) là DIFS+SlotTime.
cho một AC ưu tiờn mức cao đảm bảo rằng trong hầu hết mọi trường hợp, AC ưu tiờn mức cao cú khả năng truyền khung trước những AC cú mức ưu tiờn thấp. Nếu bộ đếm truyền lại của hai hoặc nhiều AC hoạt động song song trong một QSTA cựng đạt 0, bộ lập lịch bờn trong QSTA sẽ ngăn ngừa đụng độ ảo bởi việc gỏn EDCF-TXOP cho hàng đợi cú mức ưu tiờn cao nhất. Cựng lỳc đú, cỏc hàng đợi AC va chạm khỏc sẽ bước vào quỏ trỡnh truyền lại và gấp đụi kớch thước CW như là khi cú xung đột bờn ngoài. Theo cỏch này, EDCF được đề xuất để cải thiện hiệu năng của DCF. Tuy nhiờn, kết quả mụ phỏng chỉ ra rằng, mặc dự tỷ lệ va chạm bờn trong là thấp đối với EDCF, cỏc va chạm ngoài giữa cựng mức ưu tiờn trong cỏc QSTA khỏc nhau vẫn cao.
Giỏ trị mặc định của AIFSN[AC], CWmin[AC], CWmax[AC] và TXOPlimit[AC] được loan bỏo bởi QAP trong cỏc khung mốc và chuẩn 802.11e cũng cho phộp QAP thớch ứng với cỏc tham số động này tuỳ thuộc vào điều kiện mạng. Tuy nhiờn làm như thế nào để thớch ứng với cỏc kờnh vẫn chưa được định nghĩa bởi chuẩn và cú thể coi là một hướng nghiờn cứu mở sau này.
Để cải thiện hiệu năng của thụng lượng, sự bựng nổ gúi EDCF cú thể được sử dụng trong 802.11e nghĩa là một khi một QSTA đạt tới EDCF-TXOP, nú được phộp gửi nhiều hơn một khung mà khụng phải cảm nhận lại mụi trường. Sau khi truy cập mụi trường, QSTA cú thể gửi nhiều khung trong một khoảng thời gian tổng cộng khụng vượt quỏ giới hạn TXOPlimit được định nghĩa bởi QAP. Để đảm bảo rằng khụng cú QSTA khỏc ngắt mạch truyền, SIFS được sử dụng giữa cỏc lần truyền loạt gúi tin (bursting packet). Nếu sự va chạm xuất hiện, sự truyền loạt sẽ bị ngắt. Cơ chế này cú thể giảm vấn đề đau đầu về mạng và tăng thụng lượng vỡ ỏp dụng đa truyền tải sử dụng SIFS và xỏc nhận loạt (burst ACK). Tuy nhiờn, truyền loạt cú thể tăng biến thiờn trễ, vỡ vậy TXOPlimit khụng được lớn hơn thời gian yờu cầu cho sự truyền khung dữ liệu lớn nhất.
5.4.1.2. HCF điều khiển truy cập kờnh
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,
