Khi hàng đợi bị đầy và xảy ra tƣơng tranh ở tầng MAC (Bƣớc A và B) các gói tin bị mất sẽ đƣợc coi nhƣ là định tuyến lỗi (bƣớc C), ở đây sẽ có sự nhầm lẫn với định tuyến lỗi, các thực thể định tuyến sẽ thực hiện quá trình khắc phục bằng cách gửi đi các bản tin báo lỗi, cập nhật và thiết lập lại bảng định tuyến (bƣớc D) [16]. Quá trình khôi phục tạo ra thông lƣợng tại điểm tắc nghẽn (bƣớc E). Khi vấn đề tắc nghẽn chƣa đƣợc giải quyết, mất mát dữ liệu tại tầng MAC tiếp tục xảy ra (bƣớc B). Trong khi đang giải quyết vấn đề định tuyến lỗi thì kết nối TCP sẽ bị ngắt (bƣớc F) sau đó xảy ra timeout (bƣớc G). Do vậy sẽ không có một gói tin bên ngoài nào đƣợc đƣa vào mạng trong suốt quá trình này, hiện tƣợng quá tải mạng (network overload) sẽ đƣợc giảm, định tuyến và và chức năng của tầng MAC sẽ đƣợc khôi phục. Tuy nhiên, sau khoảng thời gian timeout TCP sẽ khởi động lại (trong bƣớc H) và hiện tƣợng quá tải mạng sẽ có thể tiếp tục xảy ra.
Từ hình trên chúng ta thấy rằng không có việc chia sẻ thông tin giữa tầng transport và các giao thức định tuyến bên dƣới. Thông thƣờng TCP sẽ cố gắng truyền với băng thông cao nhất có thể. Tầng MAC và các giao thức định tuyến sẽ bị mất các thông tin về tài nguyên mạng ở những thời điểm cần thiết nhất, hành vi ―tham lam‖ của TCP sẽ gây nên sự bất ổn nghiêm trọng trong toàn bộ mạng lƣới và kết quả là hiệu năng trong mạng
sẽ bị giảm theo. Trong hình trên chỉ tại bƣớc A và H là giao thức TCP có đƣợc chất lƣợng kết nối giữa điểm đầu và điểm cuối. Toàn bộ vòng lặp (Bƣớc B, C, D, E) là tự duy trì và nỗ lực phục hồi định tuyến bị gây ra do các liên kết bị lỗi. Với một mạng đầu - cuối (end- to-end) khi mà khoảng cách dài thì có thể có nhiều điểm liên kết bị lỗi và toàn bộ đƣờng truyền có thể sẽ không dễ dàng đƣợc khôi phục trong một khoảng thời gian nhất định. Khi mà các vòng lặp bên trong lặp lại, hệ thống mạng sẽ không đƣợc duy trì ổn định trừ khi có một hành động thích hợp đƣợc thực hiện.
Vòng lặp tại các bƣớc B, C, D, E có thể xảy ra do một số nguyên nhân và trong một khoảng thời gian ngắn, tuy nhiên sau mỗi khoảng thời gian timeout thì giao thức TCP sẽ khởi động lại và giảm thông lƣợng truyền đi theo cấp số mũ, việc giảm này sẽ làm sụt giảm thông lƣợng rất nhanh trong mạng. Trong nhiều trƣờng hợp việc giảm này là chƣa cần thiết.
Ngoài ra, đã có nhiều thí nghiệm chứng minh rằng hiệu năng của mạng MANET sẽ giảm khi số hop tăng lên [2][3] lý do của vấn đề này đó là quy tắc của truyền thông trong mạng không dây chỉ 2 nút có thể truyền dữ liệu tại một thời điểm. Trong mạng Wireless Ad hoc Network với mô hình kết nối chuỗi (chain) thì băng thông của toàn mạng sẽ nằm trong khoảng từ 1/7 đến 1/4 băng thông của kênh truyền[28].
Giao thức SCTP đƣợc thừa kế lại cơ chế điều kiển luồng và kiểm soát tắc nghẽn của TCP [18] do vậy, các vấn đề mà TCP đang gặp phải trong quá trình kiểm soát tắc nghẽn trong mạng không dây[22] thì SCTP cũng gặp phải tƣơng tự. Ngoài ra, quá trình điều kiển tắc nghẽn trong SCTP sẽ đƣợc áp dụng cho toàn bộ kết nối (Association) chứ không phải theo từng luồng (stream) và SCTP sẽ duy trì tham số cwnd cho mỗi địa chỉ đích trong ngữ cảnh Multi-homing [20].
Đã có khá nhiều công trình nghiên cứu để so sánh hiệu năng của TCP và SCTP trong mạng MANET đã chỉ ra rằng hiệu năng của TCP và SCTP là tƣơng đƣơng nhau, trong một số trƣờng hợp hiệu năng của TCP cao hơn SCTP trong mạng MANET [21]. Trong khi đó giao thức SCTP là ổn định và có hiệu năng cao hơn giao thức UDP khi chạy cùng một mô hình kết nối trong mạng MANET[15]. Với TCP và UDP đã có nhiều phƣơng phƣơng pháp tiếp cận để cải thiện hiệu năng của giao thức trong mang MANET[23], trong đó cách tiếp cận liên tầng (cross-layer) đang đƣợc sử dụng khá phổ biến và thu đƣợc các kết quả rất khả thi do vậy trong phần tiếp theo luận văn cũng sẽ sử
dụng cách tiếp cận này để áp dụng vào giao thức SCTP trong mạng MANET nhằm mục đích nâng cao hiệu năng của giao thức SCTP trong mạng MANET.
3.2 Cách tiếp cận liên tầng (cross-layer) trong mạng không dây
Mạng không dây đƣợc đặc trƣng bởi sự thay đổi không dự đoán đƣợc trƣớc chất lƣợng kênh truyền, băng thông có thể thay đổi theo thời gian và không gian. Do đó việc truyền thông tin trong mạng không dây gặp nhiều thách thức, đặc biệt là sự thay đổi của topo mạng (Các nút di chuyển tƣơng đối với nhau), lƣu lƣợng mạng không ổn định, độ trễ của gói dữ liệu, mất gói dữ liệu và thêm vào nữa là sự hạn chế về mặt tài nguyên của chính các thiết bị sử dụng trong mạng nhƣ năng lƣợng tiêu thụ, năng lực xử lý, phạm vi hoạt động … Các phƣơng pháp định tuyến, kiểm soát tắc nghẽn và điều khiển lỗi bằng các phƣơng pháp thông thƣờng đƣợc áp dụng trong các giao thức truyền thống không còn phù hợp và làm giảm hiệu suất khá nhiều khi áp dụng trọng mạng không dây. Giao tiếp liên tầng giúp giảm quá trình xử lý trung gian, thông tin đƣợc truyền trực tiếp lên tầng cao hơn giúp cho việc xử lý đƣợc nhanh và chính xác hơn, nâng cao hiệu xuất hoạt động của mạng. Đã có nhiều bài báo nghiên cứu về cách tiếp cận liên tầng trong mạng MANET với giao thức TCP [16][17][19].
Mô hình OSI là mô hình 7 lớp truyền thống, trong mô hình này chỉ các lớp ở ngay cạnh nhau mới giao tiếp và truyền dữ liệu trực tiếp cho nhau. Tuy nhiên với thiết kế giao tiếp liên tầng sẽ cho phép các tầng không cạnh nhau trao đổi thông tin trực tiếp với nhau. Các thực hiện nhƣ sau: Ở các tầng thấp hơn sẽ tập hợp các thông tin của mình thành các thông số (metric) sau đó chuyển các thông số này lên các tầng cao hơn để cải thiện hoạt động của các giao thức giao vận. Các thông số đó có thể là độ trễ gói tin, băng thông của đƣờng truyền, số lần truyền và số lần phải truyền lại. Chúng ta cần xem xét 2 vấn đề ở đây. Vấn đề đầu tiên đó là các thông số của tầng MAC đƣợc sử dụng để xác định trạng thái của mạng ở tầng thấp hơn. Càng nhiều thông tin của tầng bên dƣới chuyển lên thì sẽ càng giúp cho các giao thức của tầng giao vận dễ dàng kiểm soát tốc độ truyền của mình hơn. Vấn đề thứ 2 đó là điều khiển tốc độ truyền dựa trên các thông số của tầng MAC để nâng cao hiệu năng của giao thức giao vận trong mạng MANET.Li và nhóm tác giả [29] đã đề xuất một kiến trúc mà giao thức TFRC có thể ƣớc lƣợng và tối ƣu hóa băng thông bằng cách xem xét mức độ tranh chấp của tầng MAC. Trong bài báo này tác giả đề xuất
TFRC sử dụng một một giá trị tối ƣu RTT dựa trên mô hình mạng và tỉ lệ sự kiến mất gói tin tƣơng ƣớng. Giá trị tối ƣu RTT đƣợc ƣớc lƣợng dựa trên thời gian trễ do tranh chấp trong mô hình Multi-hop và thời gian phục vụ. Giá trị RTT tại thời điểm hiện tại đƣợc so sánh với giá trị tối ƣu này để ƣớc lƣợng mức độ tranh chấp và điều chỉnh tỉ lệ thông lƣợng cho phù hợp. Bằng thực nghiệm tác giả đã chỉ ra rằng thuật toán RE có thể nâng cao đáng kể hiệu suất của TFRC và có thể giảm giá trị RTT và tỉ lệ sự kiện mất gói tin trong khi thông lƣợng vẫn bằng hoặc tốt hơn TRFC thông thƣờng.
Để có đƣợc thông tin sử dụng kênh, Zhai và nhóm tác giả [30] đã tính toán tỉ lệ bận của kênh truyền ở mỗi node và sau đó ƣớc lƣợng băng thông có thể của mạng. Giá trị ƣớc lƣợng này sau đó sẽ đƣợc gắn vào tất cả các gói tin để mà nó có thể tới đƣợc tất cả các địa chỉ đích. Thông tin này sẽ đƣợc sử dụng để điều chỉnh lƣu lƣợng đƣa vào mạng. Tuy nhiên bên cạnh tỉ lệ bận của kênh truyền của tầng MAC đƣợc cung cấp cho tầng transport, đề xuất này cũng yêu cầu rằng tầng MAC phải cung cấp một số thông tin nhƣ tốc độ gửi gói tin. Điều này là không thể áp dụng trong thực tế. Hơn nữa thông số tỉ lệ bận của kênh truyền sẽ không còn đúng với vấn đề node ẩn là một trong những vấn đề rất phổ biến trong môi trƣờng mạng MANET.
Trong luận văn này tôi tập trung nghiên cứu phƣơng pháp cross-layer giữa tầng MAC và tầng Transport. Ở đây tôi sẽ sử dụng thông số độ trễ trung bình MAD (Medium Access Delay)[2][3] để chuyển thông tin lên tầng transport của giao thức SCTP. Nội dung chi tiết sẽ đƣợc trình bày ở ngay phần tiếp sau đây..
3.3 Phƣơng pháp tính độ trễ trung bình truy cập kênh truyền tại tầng MAC
Trong giao thức IEEE 802.11 định nghĩa 2 dạng truyền dữ liệu: DCF (Distributed Coordination Function) và PCF (Point Coordination Function)[27]. Do PCF không thể đƣợc áp dụng vào mạng Adhoc nên trong luận văn này chỉ đề cập xem xét tới DCF.
DCF cung cấp dịch vụ dựa trên cơ chế CSMA/CA với 2 phƣơng thức cơ bản đƣợc định nghĩa đó là: Truy cập ―cơ sở‖ (basic access) và bắt hay 4 bƣớc RTS/CTS (Ready To Send/ Clear To Send). Truy cập ―cơ sở‖ dựa trên phiên bản của RTS/CTS mà đƣợc sử dụng với các gói tin có kích thƣớc nhỏ. Với các gói tin có kích thƣớc lớn hơn có thể xác suất xảy ra xung động khi truyền cao hơn, kiến trúc RTS/CTS của DCF đƣợc sử dụng để giải quyết vấn đề nhƣ hình bên dƣới.