Hiệu suất sử dụng liên kết hay còn gọi là hiệu suất truyền tin giữa phía phát và thu được ký hiệu (U), là tỷ lệ giữa thời gian phía phát cần để phát xong một lượng thông tin trên tổng thời gian cần thiết để truyền lượng thông tin đó.
ix t T U T = (2.1)
Với: + Tix: Là khoảng thời gian phát một gói tin.
+ Tt: Là tổng thời gian cần thiết để truyền gói tin đó.
Tổng thời gian cần thiết (Tt) ở đây bao gồm thời gian trễ khi truyền tín hiệu từ phía phát sang phía thu (và ngược lại) cũng như thời gian xử lý thông tin và thời gian chờ báo nhận từ phía thu. Khi tín hiêu được truyền lan từ một điểm này đến một điểm khác thông qua môi trường truyền dẫn luôn luôn tồn tại một khoảng thời gian trễ tuy ngắn nhưng xác định. Thời gian trễ này được gọi là trễ truyền lan do môi trường truyền dẫn, mặc dù hầu như không có ý nghĩa nhưng trong một vài trường hợp thời gian trễ này rất quan trọng. Trong liên kết truyền số liệu thời gian trễ liên quan đến liên kết chính là thời gian kể từ khi bit đầu tiên của gói tin được phía phát truyền đi tới khi bit cuối cùng của gói tin báo nhận được thu. Như vậy tham số này không chỉ phụ thuộc vào thời gian truyền gói tin mà còn phụ thuộc vào
thời gian trễ truyền lan trong môi trường truyền dẫn. Tỷ lệ giữa hai tham số thời gian này thay đổi theo các kiểu liên kết số liệu khác nhau và được biểu diễn:
p ix T a T = (2.2) Với Tp và Tix được tính là: + Tp= khoảng cách (m)/tốc độ truyền lan (m/s)
+ Tix= số bit được truyền/ tốc độ bit của liên kết (bps) Để tính hiệu suất tính cho phương pháp RQ dừng và đợi, người ta tính cho một gói tin điển hình, hiệu suất của cả một phiên truyền cho nhiều gói tin về bản chất chính bằng hiệu suất khi tính cho một gói tin (vì cả tử số và mẫu số cùng nhân với một hệ số tỷ lệ là số gói tin được truyền)
Giả sử quá trình truyền tin trong môi trường là không có lỗi, chỉ xét tới ảnh hưởng của trễ truyền lan.
Hình 2.13: Hiệu suất sử dụng liên kết cho 1 gói tin.
Trong đó:
+ Tix: Thời gian phát gói tin
+ Tp: Trễ truyền sóng giữa phía phát và phía thu + Tip: Thời gian xử lý gói tin ở phía thu
+ TACK: Thời gian phát gói tin ACK
+ Td: Trễ truyền sóng từ phía thu sang phía phát + Tap: Thời gian xử lý gói tin ACK ở phía phát
Tt = Tix+Tp+Tip+TACK+Td+Tap (2.3)
Trong thực tế thời gian xử lý gói tin tại phía thu Tip và thời gian xử lý gói tin ACK tại phía phát rất nhỏ so với thời gian phát gói tin Tix và thời gian trễ truyền sóng Tp, T nên trong tính toán có thể bỏ qua hai đại lượng này. Cũng vì gói tin ACK ngắn hơn rất nhiều so với gói mang dữ liệu nên cũng có thể bỏ qua trong quá trình tính toán.
Ta có:
Tt = Ti x+Tp+Td (2.4) Mặt khác Tp = Td nên:
Tt = Tix+2Tp = Tix+2Td (2.5) Theo định nghĩa ta tính được hiệu suất truyền như sau:
Ulý tưởng = d ix ix T T T 2 + = 1 2a 1 + (2.6)
Với a được xác định bởi công thức:
d ix T a T = (2.7) Với: d d T v = (2.8)
+ d: Là khoảng cách giữa hai trạm phát và thu.
+ v: Là vận tốc truyền sóng trong môi trường (v=3.108 m/s khi truyền trong không gian tự do và môi trường cáp quang, v≈2.108 m/s khi truyền với cáp đồng trục, cáp xoắn).
Tix =
R
Ni
(2.9) Với: + Ni là kích thước gói tin.
+ R là tốc độ đường truyền. Khi đó a = v N R d i. .
Nhưng trong thực tế không thể loại bỏ yếu tố lỗi do môi trường truyền gây ra vì các liên kết đều có tốc độ lỗi bit BER 0≠ (Bit Error Rate), lỗi bit luôn tồn tại dù nhiều hay ít. Lỗi do môi trường truyền được đặc trưng bởi tham số xác suất lỗi P.
Khi truyền thông tin trong môi trường có lỗi, có thể xảy ra trường hợp phải truyền lại gói tin (do lỗi), do đó hiệu suất trong trường hợp này nhỏ hơn trường hợp lý tưởng. Gọi Nr là số lần phát lại trung bình cho đến khi đúng (1≤ Nr≤ ∞), khi ấy, hiệu suất của trường hợp thực tế sẽ là:
Uthực tế = r lytuong N U (2.10)
Vấn đề ở đây là tính được giá trị Nr. Để đơn giản hóa, ta giả thiết ACK và NAK không bị lỗi.
Ta có thể suy ra giá trị của Nr từ những giá trị đã biết là BER và P của liên kết. Nếu P là xác suất của 1 lỗi bit bị hỏng Nếu giải sử các lỗi là ngẫu nhiên thì xác suất 1 frame có chiều dài Ni bit được nhận mà không bị lỗi là:
Pfe = (1-P)Ni
Do đó xác suất lỗi một frame được thu mà có lỗi là:
Pf = 1- (1-P)Ni ≈ Ni.P nếu Ni.P << 1.
Nếu Pf là xác suất 1 frame bị hỏng thì 1- Pf là xác suất 1 frame không bị hỏng sẽ được nhận. Do đó:
Nr = 1/ (1-Pf). (2.11)
Hiệu suất của phương pháp RQ dừng và đợi trong trường hợp thực tế:
Uthực tế = r lytuong N U = a Pf 2 1 1 + − (2.12)
Nhận xét: Như phần trên đã trình bày, hiệu suất của phương pháp RQ dừng và đợi phụ thuộc vào hệ số a =
vN N R d i. .
, a càng nhỏ thì hiệu suất càng lớn. Ta thấy a
sẽ nhỏ khi v.Ni lớn hoặc khi R.d nhỏ.
R nhỏ đây là điều không mong muốn khi truyền thông tin vì trên thực tế, người ta mong muốn truyền tin với tốc độ đường truyền càng cao càng tốt.
d nhỏ tham số khoảng cách giữa phía phát và phía thu thường không thay đổi được do phụ thuộc vào những yêu cầu khách quan bên ngoài.
v lớn vận tốc truyền sóng trong môi trường có các giá trị nhất định và rất khó có thể thay đổi.
Ni lớn có thể tăng kích thước gói tin để tăng hiệu suất. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là thông tin truyền lại sẽ lớn nếu gói tin ban đầu bị sai. Cũng vì lý do này mà mỗi môi trường truyền dẫn nhất định sẽ có kích thước gói tin tối ưu tương ứng.
Như vậy, hệ số a gần như không thể thay đổi dẫn đến phương pháp truyền lại theo cơ chế dừng và đợi không được sử dụng phổ biến do hiệu quả sử dụng đường truyền không cao. Để nâng cao hiệu suất, cần có những cơ chế mới nhằm đảm bảo phía phát có thể tận dụng được thời gian rảnh rỗi trong khi chờ báo nhận từ phía thu. Người ta đã dựa trên cơ chế dừng và đợi này để tạo ra các cơ chế mới cho hiệu quả truyền cao hơn, cụ thể là cơ chế truyền lại theo nhóm (Go-back-N ARQ) và cơ chế truyền lại có lựa chọn (Selective Repeat ARQ).
2.3.2 RQ liên tục.
Với RQ liên tục hiệu suất sử dụng liên kết được cải thiện đáng kể nhờ chấp nhận chi phí để mở rộng bộ đệm. Khác với RQ dừng và đợi (sử dụng liên kết bán song công), với RQ liên tục liên kết được thiết lập song công. Khi không có lỗi, hiệu suất sử dụng liên kết của RQ liên tục là 100%, trường hợp này khó có thể xảy ra vì số gói tin thường được giới hạn tại phía phát. Khi xảy ra lỗi truyền có thể thực hiện truyền lại theo 2 phương pháp:
+ Truyền lại có lựa chọn (Selective repeat ARQ). + Truyền lại theo nhóm (Go back N ARQ).
Truyền lại có lựa chọn có thể thực hiện theo hai phương pháp: Truyền lại ngầm định và truyền lại yêu cầu rõ.