Vấn đề suy giảm hiệu suất của các giao thức tầng transport trong mạng MHWNs

Chương 2 : Các vấn đề về giao thức tầng giao vận trong Multi-hop Wireless Networks

2.2 Vấn đề suy giảm hiệu suất của các giao thức tầng transport trong mạng MHWNs

đến việc bị ngắt kết nối, tiêu thụ năng lượng thấp, băng thông truyền tải và tài nguyên của hệ thống.

Sự xuống cấp về hiệu suất ở tầng transport trong MHWN cũng là một vấn đề nghiêm trọng. Điều này chủ yếu do tính chất chia sẻ của môi trường không dây và các vấn đề liên quan đến tổn thất gói tin trong MHWN. Tính bảo mật cũng là vấn đề quan trọng trong mạng Ad-hoc, nguồn gốc của lỗ hổng bảo mật là từ tính chất chia sẻ của kênh truyền trong mạng không dây và truyền tin giữa các nút di động.

2.2 Vấn đề suy giảm hiệu suất của các giao thức tầng transport trong mạng MHWNs MHWNs

Do MHWN có nhiều ưu điểm và có tính năng ứng dụng cao, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề dẫn tới suy giảm hiệu suất của hệ thống. Việc nghiên cứu các nguyên nhân gây ra những vấn đề này là cần thiết để cải thiện nhằm nâng cao hiệu quả của MHWN. Hiệu suất của mạng bị ảnh hưởng tập trung chủ yếu do các giao thức tầng transport trong mạng MHWN. Những nguyên chủ yếu dẫn tới việc suy giảm hiệu suất chủ yếu vẫn là do bản chất của mạng MHWN, không dây (wireless) và multihop (nhiều bước). Dẫn tới một loạt các vấn đề.

2.2.1 Tính di động và không dây

Do bản chất mạng không dây bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố ngoài ví dụ: mưa gió, vật cản, nhiễu, phạm vi truyền tin…, dẫn tới tỷ lệ lỗi byte các gói tin cao, gây ra việc mất mát gói tin. Việc xác định các gói tin bị mất và truyền lại gói tin gây ra mất thời gian và tài nguyên của hệ thống. Đồng thời cơ chế kiểm sốt truy cập mạng khơng dây (DCF) thường hiểu nhầm các trường hợp mất gói tin với việc bị tràn gói tin trong hàng đợi và kích hoạt các cơ chế kiểm soát tắc nghẽn, gây ảnh hưởng tới thông lượng mạng và các liên kết đang được sử dụng[10].

Trong mạng MHWN các nút mạng thay đổi vị trí liên tục dẫn tới cấu trúc mạng không ổn định gây ra việc mất kết nối khiến liên kết bị hỏng. Việc liên kết giữa các nút bị hỏng gây ra việc mất mát gói tin hoặc tắc nghẽn gói tin tại nút bị gián đoạn liên kết. Việc khôi phục tuyến đường cũng như giải quyết vấn đề tranh chấp và tắc nghẽn tại nút bị gián đoạn cũng gây ra việc giảm hiệu suất của hệ thống.

Mạng MHWN tồn tại một vấn đề đó là hiệu suất sẽ giảm mạnh khi số lượng các bước trong đường truyền tăng lên. Nguyên nhân là do quy tắc kiểm sốt truy cập mạng

34

khơng dây, các bước truyền tin giữa các nút trong cùng một phạm vi truyền tin, chỉ có một bước được phép hoạt động. Điều này dẫn tới việc không tận dụng được tối đa tài nguyên của hệ thống.

2.2.2 Vấn đề về các nút

Để có thể truyền dữ liệu trong môi trường truyền không dây các dữ liệu được mã hóa dưới dạng byte sóng theo một hình dạng được xác định. Để đảm bảo bên nhận có thể bắt được sóng và chuyển nó thành dữ liệu như bên gửi đã truyền thì phải thỏa mãn hai điều kiện:

 Năng lượng của sóng đủ lởn

 Hình dạng của sóng khơng bị thay đổi.

Trong mạng không dây các nút mạng được chia làm hai loại nút hiện (exposed node) và nút ẩn (hidden node), việc phân loại các nút này dựa vào phạm vi truyền tin (Transmisstion range) và phạm vi ảnh hưởng (Interference range). Vấn đề nút hiện chỉ ra rằng các nút nằm trong vùng truyền tin của nhau khơng thể gửi gói tin cùng một lúc. Vấn đề ở đây là do phạm vi truyền tin của các nút trong đường truyền khiến các nút không thể sử dụng toàn bộ tài nguyên của kênh truyền mà phải chỉa với các nút lân cận[1][17].

Hình 2.3: Exposed node

Khi gói tin truyền tin từ nút A sang nút D. Gói tin được mã hóa thành các byte được gửi đi dưới năng lượng sóng cho nút D, nhưng do bản chất của mơi trường khơng dây, sóng trùn tin đi theo mọi hướng. Phạm vi truyền tin (TR) của nút A ảnh hướng đến nút B và phạm vi ảnh hưởng (IR) của sóng truyền tin từ A ảnh hưởng tới cả nút C. Do đó nút B và C khơng thể đồng thời được sử dụng để truyền tin.

Vấn đề nút ẩn chỉ ra rằng thứ nhất hai nút không cùng nằm trong vùng truyền tin của nhau cùng một lúc gửi đến gói tin thứ ba nằm trong vùng truyền tin của hai nút đó, điều này có thể dẫn tới việc xung đột ở nút này. Thứ hai do ảnh hương của phạm vi

35

truyền sóng (IR) làm ảnh hưởng đến việc truyền tin của các nút ẩn trong vùng lân cận. Ví dụ như bên hình dưới :

Hình 2.4: Hidden node

Khi nút B muốn truyền tin cho nút A, đồng thời nút D cũng muốn truyền tin cho nút A. Do hai nút B và D không nằm trong vùng truyền tin của nhau, tại nút A sẽ xảy ra sự va chạm giữa gói tin gửi từ B và D hay nói cách khác có sự giao thoa giữa sóng truyền tin từ B và D, khiến nút A không thể nhận được dữ liệu gây ra mất gói tin. Ngoài ra nếu nút C cũng tham gia việc trùn tin thì khi đó nút C cũng làm ảnh hưởng đến việc truyền tin của nút B cho nút A.

Cả hai vấn đề về nút ẩn và nút hiện dẫn tới việc mất mát dữ liệu. Dẫn tới việc trên tầng MAC sẽ hiểu nhầm rằng gói tin đó bỉ hỏng hoặc liên kết bị gián đoạn, rồi thông báo cho các tầng khác. Cơ chế phục hồi tuyến (Network Layer) được kích hoạt điều này lặp lại nhiều lần dẫn đến việc làm mất thời gian và làm giảm thông lượng mạng.

Các vấn đề về nút ẩn và nút hiện sẽ được nghiên cứu kĩ trong mục 3.1.1.1

2.2.3 Contention medium

Trong mạng MHWNs việc cạnh tranh giữa các tuyến đường và tranh chấp giữa các nút với nhau cũng là một vấn đề dẫn tới những bất ổn trong mạng sử dụng giao thức SCTP. Ở nơi chuyển tiếp giữa các gói tin, khi chờ kênh truyền rỗi, việc tranh chấp kênh truyền giữa các nút khiến việc gói tin bị mất và tắc nghẽn xảy ra nghiêm trọng. Ngoài ra còn có sự va chạm và xung đột giữa các gói tin dữ liệu và gói tin điều khiển (RTS/CTS) gây cản trở việc truyền tin[10].

2.2.4 Cơ chế chống tắc nghẽn

Cơ chế chống tắc nghẽn trong mạng MHWN không phân biệt được nguyên nhân việc mất mát gói tin là do nguyên nhân nào, thường hiểu lầm việc gói tin bị mất là do tắc nghẽn, và khi đó cơ chế chống tắc nghẽn được kích hoạt gây ra việc sụt giảm băng thông và cản trở việc truyền tin.

36

Khi cơ chế chống tắc nghẽn được kích hoạt nó sẽ giảm kích thước cửa sổ cạnh tranh (a-wnd) đi một nửa 𝑤

2 và tăng kích thước hàng đợi, hệ thống sẽ kích hoạt cơ chế truyền lại gói tin bị mất gây nên việc tắc nghẽn nghiêm trong tại các nút chuyển tiếp, khi gói tin đã truyền lại đến một mức tối đa (MAC retry limit) mà kích thước hàng đợi lại giới hạn dẫn tới việc các gói tin bị drop. Đồng thời việc giảm kích thước của sổ cạnh tranh tỷ lệ thuận với sự sụt giảm băng thơng trong kênh trùn. Nếu gói tin khơng bị mất mát và truyền nguyên vẹn kích thước của sổ cạnh tranh sẽ tăng từ từ theo công thức

1 𝑤

𝑅𝑇𝑇

⁄ , từ đó throughput cũng tăng theo.