CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
3.2. Phân tích và đánh giá hiệu suất xử lý xung đột của các thuật tốn back-off khác
3.2.3. Các tham số hiệu suất
Thành cơng 1 sang Thành cơng 1, Thành cơng 2 sang Thành cơng 2: Đĩ là sự
kiện khi một nút truyền nhiều gĩi tin liên tiếp. Khả năng truyền mà một nút bình thƣờng và một nút lỗi trích xuất bộ đếm thời gian back-off mới đƣợc tính theo cơng thức sau
( ) ( ) (3.21)
và ( ) ( )
Xác suất trạng thái ổn định của chuỗi Markov đƣợc tính nhƣ sau:
( )⁄( ( ) ( )) ( )⁄( ( ) ( ))
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) (3.22)
Độ dài của khe thời gian trung bình đƣợc tính theo độ ổn định của mơ hình trạng thái kênh là:
, - ( ( ) ( )) (3.23)
Ở đây, TS là thời gian trung bình kênh bận sau truyền thành cơng, TC là thời gian trung bình kênh bận do mỗi trạm trong thời gian va chạm, và TW là khoảng của một khe
thời gian trống.
3.2.3. Các tham số hiệu suất
Trong phần này, ba tham số hiệu suất đƣợc tính tốn là phân tích lưu lượng truyền tải, xác suất rớt gĩi tin và phân tích trễ truy nhập đƣợc tính tốn nhƣ dƣới
đây.
Phân tích lưu lượng truyền tải: Lƣu lƣợng truyền tải cực đại của một nút đƣợc
truyền. Lƣu lƣợng truyền tải thơng thƣờng của nút bình thƣờng và nút lỗi cĩ thể đƣợc biểu diễn theo các cơng thức sau:
( )
, -
, - ( ) , -
, - (3.24)
Xác suất rớt gĩi tin: Xác suất rớt gĩi đƣợc định nghĩa là xác suất mà gĩi tin đĩ
bị rớt khi đạt đến giới hạn thử tối đa (R) và đƣợc tính nhƣ sau:
, . (3.25)
Phân tích độ trễ truy cập: Độ trễ của gĩi trung bình so với một gĩi đã truyền thành cơng đƣợc định nghĩa là khoảng thời gian từ thời điểm gĩi tin xếp ở đầu hàng lớp MAC đã sẵn sàng để đƣợc truyền đi cho đến khi cĩ xác nhận đối với gĩi tin này là đã nhận đƣợc. Độ trễ gĩi của nút bình thƣờng theo thuật tốn BEB sử dụng trong nghiên cứu [104] và theo thuật tốn EIED đƣợc tính bằng 2 cơng thức dƣới đây.
( ) ∑ (
)
, - ( ) ∑
∑ (3.26) Trong đĩ, Ti là độ trễ trung bình khi một nút bình thƣờng bắt đầu ở giai đoạn thứ i trong quá trình back-off, với hàm mật độ xác suất bằng di.
Ta cĩ ( ) và . Đối với mỗi i, Ti và độ trễ gĩi của nút lỗi đƣợc tính nhƣ sau:
∑ ( ( )
) , - ( ) ∑ (
) , - (3.27)
3.2.4. Kết quả mơ phỏng và đánh giá
Để xác nhận hiệu suất mạng của hai thuật tốn back-off BED và EIED cho cả nút bình thƣờng lẫn nút lỗi trong mạng vơ tuyến, ta sử dụng cơng cụ MATLAB để đánh giá các tham số phân tích lưu lượng truyền tải, xác suất rớt gĩi tin và phân tích độ trễ truy cập. Kết quả đánh giá đƣợc kiểm tra theo các thơng số chuẩn của
Gọi LDATA là độ dài trung bình của gĩi DATA, ta cĩ LDATA H E[P], trong đĩ
H là độ dài của tiêu đề (header), bao gồm tiêu đề vật lý và tiêu đề MAC. Thời
lƣợng truyền của các gĩi DATA, ACK, RTS và CTS là: TDATA LDATA /Rdata ; TACK LACK / RBASIC ; TRTS LRTS RBASIC ; T
CTS LCTS / RBASIC. Khoảng thời gian
của mỗi trạng thái ổn định là TW ,TS ,Tc đƣợc tham chiếu với mơ hình đề xuất. Với mơ hình cơ bản và mơ hình RTS/CTS, ta cĩ
(3.28)
(3.29)
Trƣớc tiên, ta xem xét lƣu lƣợng truyền tải mạng của tất cả các nút bình thƣờng đối với ba thuật tốn back-off khác nhau là Cửa sổ cố định (Fixed Windows), BEB và EIED theo sự thay đổi số lƣợng nút (Hình 3.10.a) và sự thay đổi giá trị cửa sổ tranh chấp theo 2 thuật tốn BED và EIED với mơ hình cơ bản và mơ hình RTS/CTS (Hình 3.10.b).
(a) Phân tích lƣu lƣợng truyền tải mạng so với số nút mạng theo 3 thuật tốn
(b) Phân tích lƣu lƣợng truyền tải mạng so với cửa sổ tranh chấp theo 2 thuật tốn BED
và EIED với mơ hình cơ bản và mơ hình RTS/CTS
Nhìn vào hình 3.10a, thuật tốn back-off Cửa sổ cố định (Fixed Windows) cĩ hiệu suất lƣu lƣợng truyền tải là kém nhất khi tăng nhanh số lƣợng các nút. Trong khi đĩ thuật tốn EIED cĩ lƣu lƣợng truyền tải tốt nhất và tốt hơn thuật tốn BEB nhƣ đã đƣợc chứng minh trong [101], [60]. Cịn trong hình 3.10b cho kết quả phân tích lƣu lƣợng truyền tải mạng theo 2 thuật tốn BED và EIED với mơ hình cơ bản và mơ hình RTS/CTS tƣơng ứng với một nút lỗi trong mạng. Ta nhận thấy thuật tốn EIED luơn cho kết quả tốt hơn so với thuật tốn BEB với cả hai mơ hình cơ bản và mơ hình RTS/CTS. Tuy nhiên, trƣờng hợp mạng theo mơ hình RTS/CTS, lƣu lƣợng truyền tải bị giảm là do nĩ đƣa ra các thơng báo điều khiển.
Hình 3. 11. Tỷ lệ rớt gĩi nút bình thƣờng so với nút lỗi.
Hình 3.11 cho thấy tỷ lệ rớt gĩi tin đối với nút bình thƣờng và nút lỗi khi số lƣợng nút lỗi thay đổi và kết hợp với các giá trị khác nhau của CW*. Nhƣ đã thấy trong hình, tỷ lệ rớt gĩi tin của các nút bình thƣờng luơn luơn cao hơn các nút lỗi với bất kỳ giá trị CW*
nào. Giá trị CW* nhỏ nhất đƣa ra tỷ lệ rớt gĩi lớn nhất. Tỷ lệ rớt gĩi tin sẽ tăng lên khi số nút lỗi tăng lên.
Hình 3. 12. Độ trễ của các nút bình thƣờng và nút lỗi tƣơng ứng với thuật tốn BED và EIED.
Hình 3.12 cho thấy độ trễ giữa 2 thuật tốn back-off khác nhau, một nút lỗi luơn giữ giá trị trễ nhỏ nhất so với tất cả các giá trị trong cửa sổ tranh chấp. Độ trễ của nút bình thƣờng là rất cao so với giá trị rất nhỏ của cửa sổ tranh chấp vì xác suất chiếm kênh của nĩ rất thấp và hiệu suất của thuật tốn BEB tốt hơn so với thuật tốn EIED.
3.2.5. Nhận xét và đánh giá
Với kết quả này, luận án cĩ hai nhận xét nhƣ sau:
- Thứ nhất, đề xuất một mơ hình phân tích mới đối với lớp MAC của IEEE 802.11 bằng việc sử dụng các thuật tốn EIED đã bao gồm xử lý hiện tƣợng đĩng băng back-off.
- Thứ hai, dựa trên kết quả số về phân tích hiệu suất mạng theo các thuật tốn back-off khác nhau với 3 tham số lưu lượng truyền tải, xác suất rớt gĩi tin và độ trễ
truy cập đối với nút bình thƣờng và nút lỗi để cho ra kết quả là khác nhau theo các
tấn cơng thơng thƣờng.
Thơng qua nghiên cứu này, luận án đánh giá đƣợc thuật tốn EIED back-off cĩ hiệu suất tốt hơn so với thuật tốn BEB trong điều kiện thơng thƣờng. Tuy nhiên,
khi mạng tồn tại nút độc do ảnh hƣởng của các tấn cơng thơng thƣờng, thì hiệu suất của mạng sử dụng thuật tốn BEB back-off tốt hơn thuật tốn EIED.