Mô hình mạng dưới đây được đánh giá, trong đó S1 khởi nguồn từ Flow1 có hướng tới S3, S2 khởi nguồn từ Flow2 có hướng tới S3. Từ đó S1 và S3 không nằm trong cùng dải truyền với nhau, S2 được sử dụng như một nút nhảy cho Flow1. Vì vậy, vùng đệm tại S2 được chia sẻ bởi cả hai luồng. Trong mô hình này, vấn đề chính mà sự công bằng cho mỗi luồng trở nên xấu đi là trên tầng liên kết.
Khi S2 cung cấp dịch vụ chuyển tiếp tới Flow1, vùng đệm tại S2 được chia sẻ bởi cả hai luồng. Hình 3.12 mô tả sự so sánh thông lượng của các luồng riêng biệt khi khoảng thời gian truyền gói tin CBR là 0.01s. Như trong hình cho thấy, trong cơ chế FIFO có thông lượng khác nhau của mỗi luồng là rất lớn. Để so sánh với cơ chế FIFO, cơ chế đưa ra và cơ chế RR đã có cải thiện công bằng, nhất là cơ chế RR cho thấy những đặc trưng công bằng tốt hơn so với cơ chế đưa ra.
Điều này có thể được giải thích như sau, để gửi gói tin theo một cách công bằng hoàn toàn cho mỗi luồng, bộ lập lịch RR tại S2 nhận được gói tin gửi đi từ mỗi bộ đệm lần lượt tới Flow1 và Flow2. Nếu một trong những bộ đệm đang trống trong một khoảng thời gian, mà trong thời gian đó, RR chỉ gửi những gói tin từ vùng đệm còn lại dẫn đến sự giảm sút về công bằng cho mỗi luồng. Để làm rõ hơn khi xem xét bộ đệm của Flow2 được bắt nguồn từ S2, do đó tốc độ được cung cấp là lớn hơn so với băng thông trung bình. Như vậy sẽ có một hoặc nhiều gói tin luôn tồn tại trong bộ đệm.
0 50 100 150 200 250 300 FIFO RR Đưa ra Th ro u g h p u t (k b p s) Flow1 Flow2
Hình 3.12. Thông lượng đạt được bởi mỗi luồng trong mô hình đa chặng
Bây giờ, bộ đệm của Flow1 được xem xét khi cơ chế RR được ứng dụng vào mô hình. Khi cơ chế MAC chuẩn cung cấp sự phân chia kênh công bằng cho mỗi luồng, S1 và S2 truyền gói tin theo một tốc độ xấp xỉ bằng nhau. Tuy nhiên, khi S1 có một luồng Flow1 nhưng S2 có hai luồng Flow1 và Flow2 để gửi đi, hiển nhiên rằng S2 nhận được Flow1 với tốc độ cao hơn so với tốc độ nó truyền Flow1. Do đó, bộ đệm cho S1 luôn có gói tin được lưu giữ. Vì thế,
bộ lập lịch RR tại S2 trong cơ chế RR có thể gửi các gói tin lần lượt từ mỗi bộ đệm, kết quả là cải thiện sự công bằng một cách đáng kể. Mặt khác, từ cơ chế đưa ra cung cấp sự phân chia kênh công bằng cho mỗi luồng, S2 nhận và gửi Flow1 với một tốc độ gần bằng nhau. Vì thế, khi S2 nhận được kênh, có một khả năng rằng nó không có bất kỳ gói tin nào của Flow1 để gửi đi. Trong trường hợp khác, S2 gửi đi chỉ những gói tin của Flow2. Như vậy, Flow2 đạt được một thông lượng hơi cao hơn so với thông lượng của Flow1. Điều này dẫn đến những đặc trưng công bằng cho mỗi luồng thấp hơn so với mức của cơ chế RR.
Toàn bộ thông lượng của mạng với cơ chế FIFO, cơ chế RR và cơ chế đưa ra tương ứng là 334.48 [kpbs], 334.48 [kbps], và 398.46 [kbps]. Rõ ràng, cơ chế đưa ra cải thiện toàn bộ thông lượng với khoảng chừng 64 kBít/s.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.02 0.015 0.01 0.005 0.001 TCP CBR (sec) F a ir n e ss In d ex FIFO RR Đưa ra
Hình 3.13. So sánh FairnessIndex của mỗi cơ chế trong mô hình đa chặng
Hình 3.13 cho thấy sự so sánh công bằng của mỗi cơ chế khi khoảng thời gian truyền gói tin CBR thay đổi. FairnessIndex của cơ chế FIFO giữ 0.009 và 0.005 khi khoảng thời gian truyền gói tin CBR là 0.005 và 0.001 giây, tương ứng. Hình 3.13 cho thấy rằng sự công bằng của cơ chế FIFO sụt giảm một cách đáng kể với sự gia tăng của tốc độ truyền CBR.
So sánh với điều này, cơ chế RR và cơ chế đưa ra cải thiện đáng kể sự công bằng, FairnessIndex cao nhất đạt được là 99% đối với cơ chế RR và 92% đối với cơ chế đưa ra. Tuy nhiên, trong tất cả những cơ chế,
FairnessIndex với lưu lượng TCP sẽ không thể vượt quá 30%. Đó là bởi vì nguồn gửi TCP của Flow1 thường xuyên tác động trở lại với những sự mất mát ngẫu nhiên và thực thi một giải thuật điều khiển tắc nghẽn.
82 84 86 88 90 92 94 96 98 0.02 0.015 0.01 0.005 0.001 TCP CBR (sec) M ô i tr ư ờ n g t iệ n íc h ( % ) FIFO RR Đưa ra
Hình 3.14. So sánh môi trường tiện ích trong mô hình đa chặng
Cuối cùng, hình 3.14 cho thấy sự so sánh môi trường tiện ích của ba cơ chế với những khoảng thời gian truyền gói tin CBR khác nhau. Như kết quả cho thấy, so sánh với những cơ chế gốc, cơ chế đưa ra đạt được môi trường tiện ích cao hơn.
KẾT LUẬN
Để cải thiện công bằng cho mỗi luồng trong các mạng Ad Hoc không dây, luận văn “Bảo đảm công bằng luồng trong các mạng Ad Hoc không dây” đã nghiên cứu đưa ra một cơ chế cho phép một nút gửi vài gói tin của các
luồng khác nhau trong một truy nhập kênh đơn thông qua 3 chương. Chương I tập trung vào trình bày một số khái niệm, đặc điểm, cơ chế hoạt động của mô hình mạng Ad Hoc và kiến trúc của phân lớp 802.11 DCF MAC trong mạng không dây. Chương II phân tích những nguyên nhân xảy ra sự không công bằng trên cả hai tầng liên kết và tầng MAC và nghiên cứu các cơ chế đã đề xuất liên quan đến việc cải thiện sự công bằng trong các mạng không dây. Chương III tập trung vào việc đánh giá, phân tích về những giải pháp nhằm đạt được sự công bằng cho mỗi luồng trong các mạng Ad Hoc.
Luận văn đã kết hợp giữa lý luận và thực tiễn để nghiên cứu cơ chế công bằng trong các mạng không dây nhằm đưa ra một phương thức mới chi tiết hơn về vấn đề công bằng trong các mạng Ad Hoc, những kết quả đạt được và những tồn tại trong cơ chế hoạt động của chuẩn IEEE 802.11.
Luận văn đã đưa ra một cơ chế mà yêu cầu sự thay đổi không lớn về phân lớp IEEE 802.11 MAC chuẩn, hai kiểu mô hình mạng đã được tính toán để đánh giá hiệu quả của cơ chế đưa ra và số gói tin lớn nhất được gửi đi trong một truy nhập kênh đơn được cố định là 4. Đầu tiên, mô hình đơn chặng được sử dụng để chứng thực sự cải thiện khả năng thực thi ở tầng MAC. Sau đó, mô hình đa chặng được sử dụng để chứng thực sự cải thiện khả năng thực thi tại tầng liên kết. Các kết quả cho thấy cơ chế đưa ra cải thiện sự công bằng cho mỗi luồng, toàn bộ sự thực thi, và môi trường tiện ích của mạng. Những giải pháp đề ra có tính khả thi cao vì được xuất phát từ sự phân tích và đánh giá chặt chẽ kết hợp với ứng dụng trong thực tế. Nếu được thực hiện, các giải pháp có khả năng triển khai trong các hệ thống đòi hỏi tính sẵn sàng cao mà không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng mạng nhằm đạt được sự công bằng và ổn định trong mạng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Anh
1. James F.Kurose and Keith W.Ross (2005), Computer Networking a top- down Approach Featuring the Internet, 3/E, ISBN 0321269764, Addison Wesley, pp. 503 - 523.
2. Gary J.Mullett (2006), Wireless Telecommunications Systems and Networks, Thomson Delmar Learning, pp. 385 - 435.
3. Hsieh HY, Sivakumar R (2001), “Performance comparison of cellular and multi-hop wireless networks”, A quantitative study. Proc ACM SIGMETRICS, Boston, pp. 113-122.
4. Katevenis M, Stefanos S, Courcoubetis (1991), “Weighted round-robin cell multiplexing in a general-purpose ATM switch chip”, IEEE Journal Selected Areas Communication, volume 9, pp. 1265-1279.
5. ANSI/IEEE Std 802.11 (1999). Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications.
6. Koksal CE, Kassab H, Balakrishnan H (2000), “An analysis of short-term fairness in wireless media access protocols”, ACM SIG-METRICS, Santa Clara, CA, pp. 118-119.
7. Luo H, Lu S, Bharghavan V (2000), “A new model for packet scheduling in multihop wireless networks”, MOBICOM, pp. 76-86.
8. Jangeun J, Sichitiu ML (2003), “Fairness and QoS in multihop wireless networks”, IEEE Veh Technol Conf, volume 5, pp. 2936-2940.
9. Woo A, Culler DE (2001), “A transmission control scheme for media access in sensor networks”, MOBICOM, Rome, pp. 221-235.
10. Bharghavan V, Demers A, Shenker S, Zhang L (1994), “MACAW : A media access protocol for wireless LANs”, SIGCOMM, pp. 212-225.
11. Oyunchimeg Shagdar and Bing Zhang (2005), “Improving per-flow fairness in Wireless Ad Hoc Networks”, IEEE Wireless Communication and Networking Conference, New Orleans, USA, NET39-4.
12. IEEE 802.11 WG (2001), Draft Supplement to Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and physical layer (PHY) specifications: Medium Access Control (MAC) Enhancements for Quality of Service (QoS), IEEE 802.11e/D2.0.
13. Vardalis D (2001). On the efficiency and fairness of wired/wireless networks, Master’s thesis, State University of New York at Stony Brook, pp. 19-20.
14. USB/LBNL/VINT Networks Simulator ns (version2),
http://www.isi.edu/nsnam/ns.
15. Choi S, del Prado J, Shankar S, Mangold S (2003), “IEEE 802.11e contention-based channel access (EDCF) performance evaluation”, Proc IEEE ICC, Anchorage, AL, pp. 1151-1156.
16. Pentikousis K (2003), “TCP in wired-cum-wireless environments”, IEEE Commun Surv, volume 3, pp. 2-14.