53
- Lượt 1: các giá trị quantum được thêm vào các DeficitCounter, DC1 = 1000, DC2 = DC3 = 500. Tại queue 1, gói tin 600 byte đầu queue nhỏ hơn DC1, gói tin 600 byte được truyền, và lúc này DC1 = 400. Tiếp theo, gói tin 300 byte nhỏ hơn DC1, gói tin 300 byte được truyền tiếp và DC1 = 100. Tương tự như vậy, tại queue 2, gói tin 400 byte được truyền và DC2 = 100. Tại queue 3, gói tin 600 byte đầu tiên có kích thước lớn hơn DC3, do đó, gói tin chưa được truyền và DC3 = 500.
- Lượt 2: DC1 = 1100, DC2 = 600, DC3 = 1000. Tại queue 1, gói tin 400 byte nhỏ hơn DC1, và sẽ được truyền, DC1 = 700, sau khi gói tin 400 byte được truyền, queue 1 rỗng, DC1 được gán giá trị 0, và queue 1 bị hủy đi, queue 2 được đẩy lên đầu. Tại queue 2, gói tin 300 byte nhỏ hơn DC2 nên được truyền, và DC2 gán giá trị 300. Tại queue 3, gói tin 600 byte nhỏ hơn DC3 nên được truyền và DC3 gán giá trị 400, sau đó gói tin tiếp theo 300 byte nhỏ hơn DC3 nên được truyền và DC3 = 100.
- Lượt 3: DC1 = 0, DC2 = 800, DC3 = 600. Tại queue 2, gói tin cuối 400 byte được truyền và DC2 = 400 byte. Tại queue 3, gói tin cuối 400 byte được truyền nốt và DC3 = 200. Tại queue 2 và queue 3, tất cả các gói tin đều được truyền xong, queue 2 và queue 3 bị xóa, DC2=DC3=0.
Ưu điểm:
- Thuật toán tương đối đơn giản và ít tốn kém.
- Khắc phục được hạn chế của thuật toán WRR, cung cấp các điều khiển chính xác về tỷ lệ băng thông đầu ra được phân bổ cho các lớp dịch vụ khi chuyển tiếp các gói tin có độ dài thay đổi.
- Khắc phục được hạn chế của thuật toán PQ, đảm bảo rằng tất cả các lớp dịch vụ có thể truy cập ít nhất một lần băng thông đầu ra, tránh việc bị thiếu băng thông.
Nhược điểm:
- Trong một mạng lớn, các bộ định tuyến được yêu cầu để sắp xếp các dòng tổng hợp, vì số lượng lớn các dòng đơn lẻ là rất khó để hỗ trợ cho từng luồng trong lập lịch hàng đợi.
- Thuật toán DWRR không hỗ trợ độ trễ đầu cuối chính xác như thuật toán lập lịch hàng đợi khác. Tuy nhiên, với các kết nối tốc độ cao, độ chính xác của việc phân bổ băng thông không phải là quan trọng như với các liên kết tốc độ thấp.
54
2.2.9 Cross-Layer
Thuật toán lập lịch liên lớp (Cross Layer) là thuật toán mà các khe cắm thời gian cố định được phân bổ các dịch vụ UGS riêng biệt, các khe cắm còn lại được phân bổ cho các dịch vụ cụ thể rtPS, nrtPS và BE theo mức độ ưu tiên. Các hàng đợi trong dịch vụ Polling thời gian thực (rtPS – real-time Polling Service) được quản lý bởi thuật toán EDF (Earliest Deadline First – phục vụ hàng đợi deadline sớm nhất), nhạy bén về độ trễ và đáng tin cậy cho các dịch vụ thời gian thực. Một lược đồ về cơ hội, tương tự như thuật toán PF triển khai cho các hàng đợi hỗ trợ dịch vụ Polling không theo thời gian thực (nrtPS – non-real time Polling Service), trong khi các hàng đợi của Best Effort (BE) được quản lý dựa trên quy tắc Best-Rate. Để phân biệt độ ưu tiên của 4 loại dịch vụ như rtPS > nrtPS > BE, các hệ số lớp được gán cho các hàng đợi của từng dịch vụ. [14]
Đối với dịch vụ rtPS, nó sẽ tính toán sự khác biệt giữa độ trễ tối đa hiện hành yêu cầu và được mô tả trong kết nối cụ thể, và nếu kết quả là 1 có nghĩa là gói tin được truyền ngay lập tức. Điều này được đảm bảo bằng cách gán độ ưu tiên cao nhất cho kết nốirtPS. Tương tự, đối với kết nối không theo thời gian thực nrtPS, nó tính toán tỷ số của tốc độ truyền dữ liệu trung bình với tốc độ dữ liệu mô tả của kết nối. Nếu kết quả nhỏ hơn 1 nghĩa là các yêu cầu tốc độ dữ liệu không được thỏa mãn, và độ ưu tiên cao nhất nên gán cho kết nối nrtPS. Hàm của Best Effort không được định nghĩa, không có yêu cầu QoS cụ thể. Do đó, độ ưu tiên được tính toán chỉ dựa trên chất lượng kênh chuẩn.
2.3 SO SÁNH CÁC THUẬT TOÁN
Thuật toán Ưu điểm Nhược điểm FCFS Nhanh
Đơn giản
Không công bằng
Không đảm bảo yêu cầu QoS EDF Đạt được sự đảm bảo về trễ Không công bằng
SP Đạt được sự đảm bảo về trễ Hạn chế về băng thông cho các gói có QoS thấp
FQ Tài nguyên được chia đều cho các luồng dịch vụ
Không đảm bảo yêu cầu QoS
RR Đơn giản Không công bằng (khi kích thước gói tin thay đổi)
55
WRR Đơn giản
Đạt được sự đảm bảo về thông lượng
Không công bằng (khi kích thước gói tin thay đổi)
WFQ Với trọng lượng động và thích hợp, đảm bảo về thông lượng, thời gian trễ và độ công bằng
Phức tạp
DWRR Đơn giản
Hỗ trợ gói tin có kích thước thay đổi
Không công bằng khi truyền trong khoảng thời gian ngắn
Cross-Layer Đảm bảo được độ trễ Phức tạp
Để bảo đảm được vấn đề QoS cho người sử dụng trong mạng đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải thiết kế và thực thi cơ chế cấp phát băng thông hợp lý. Độ phức tạp của cơ chế này tăng lên khi trạm BS phải sử lý hàng trăm kết nối đến mạng tại cùng thời điểm. Thuật toán lập lịch đóng một vai trò rất quan trọng để hỗ trợ QoS trong WiMAX. Giới hạn dung lượng kênh truyền, số lượng tối đa người sử dụng, giới hạn tài nguyên hữu hiệu làm cho thuật toán lập lịch trở nên rất quan trọng trong WiMAX. Vì vậy, nó rất quan trọng để đầu tư nghiên cứu thuật toán lập lịch thích hợp.
Ngoài các bộ lập lịch được trình bày ở trên, hiện nay đã và đang có rất nhiều các bộ lập lịch áp dụng cho WiMAX được nghiên cứu. Các nghiên cứu thường tập trung vào giải quyết một số yêu cầu của một bộ lập lịch. Sự phong phú của các nghiên cứu sẽ mở đường cho sự hình thành của một bộ lập lịch tối ưu, có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu của bộ lập lịch. Thông qua việc nghiên cứu các bộ lập lịch, ta có thể tham khảo, tận dụng, phát triển và đề xuất ra các kỹ thuật lập lịch mới, đóng góp vào sự phong phú đó.
56
CHƯƠNG 3.THUẬT TOÁN LẬP LỊCH HỖ TRỢ QoS
Trong chương này, tác giả tập trung nghiên cứu thử nghiệm và phân tích kết quả đạt được sau khi mô phỏng thuật toán Round Robin theo đường uplink nhằm mục đích kiểm chứng lại quá trình truyền các gói tin của các loại giao thức khác nhau trong queue lớp dịch vụ BE. Sau đó, tác giả đề xuất một thuật toán lập lịch nhằm mục đích tăng hiệu suất của đường truyền, và tạo độ ưu tiên lớn hơn cho một dịch vụ cụ thể mà hệ thống mạng muốn đạt đến, giảm thiểu tình trạng một số gói tin bị hủy vì quá hạn.
Bộ lập lịch chia làm hai phần, một phần nằm ở BS và một phần nằm ở MS. Bộ lập lịch tại BS chịu trách nhiệm cấp phát băng thông cho đường downlink và đường uplink qua các khung bản tin DL-MAP và UL-MAP. Bộ lập lịch tại SS chịu trách nhiệm phân chia băng thông cho đường cấp phát cho SS cho các kết nối của nó. Trong luận văn, tác giả chỉ tập trung thực hiện lập lịch tại BS theo chiều uplink.
3.1 CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN MÔ PHỎNG 3.1.1 Môi trường mô phỏng 3.1.1 Môi trường mô phỏng
Môi trường thực hiện mô phỏng là NS-2 (Network Simutator) phiên bản 2.31 chạy trong hệ điều hành Ubuntu 12.04. NS-2 là một công cụ mã nguồn mở cho phép mô phỏng mạng chuyển mạch gói, hỗ trợ mô phỏng các giao thức như TCP, UDP, các giao thức định tuyến, giao thức lớp MAC trên môi trường mạng vô tuyến và hữu tuyến như Wireless LANs, Mobile Adhoc Networks (MANETs), …
NS-2 là một công cụ mô phỏng hướng đối tượng. Cấu trúc ngôn ngữ bao gồm hai thành phần: ngôn ngữ hướng đối tượng C++ và OTcl được phân biệt theo hai mức điều khiển và xử lí gói. C++ được sử dụng để xử lí gói trong khi OTcl được sử dụng để định nghĩa các thông số cấu hình mô phỏng như topology mạng, kiểu đơn vị lập lịch, thời điểm khởi đầu và kết thúc luồng dữ liệu, kiểu luồng với định danh nút nguồn và nút đích.
Luận văn sử dụng module WiMAX for NS-2 (gọi tắt là module WiMAX) phiên bản 2.6 [21] thực thi chuẩn IEEE 802.16 trong NS-2 phiên bản 2.31 [20]. Module WiMAX được tích hợp vào kiến trúc sẵn có của một nút không dâytrong NS-2.
57