CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO THỨC TCP TRÊN MẠNG CÓ ĐƯỜNG TRUYỀN ADSL
4.2 CÁC MÔ HÌNH LỖI VÀ SỬ DỤNG MÔ HÌNH LỖI TRÊN ĐƯỜNG TRUYỀN
Trong các đường truyền có tỉ lệ lỗi bit thấp, chúng ta có thể bỏ qua lỗi.
Nhưng khi sử dụng đường truyền có tỉ lệ lỗi bit cao (như đường truyền không dây, vệ tinh), nhất thiết phải đưa các mô hình lỗi vào trong mô phỏng để đảm bảo tính thực tiễn của mô phỏng. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng các mô hình lỗi là cần thiết khi mô phỏng các mạng có đường truyền có tỉ suất lỗi cao. Trong thực tế lỗi xuất hiện không theo một quy luật nhất định nào.
Nhưng để ứng dụng, nhất là các ứng dụng mô phỏng thế giới thực, người ta đã đề xuất rất nhiều loại mô hình lỗi khác nhau. Trong luận văn này chúng tôi
1 2
ADSL 2Mbps, 10ms
128Kbps, 20ms
2.048Mbps, 20ms Full Duplex
0 3
2 Mbps, 5ms Full Duplex, wireless
FH FH MH BS
Máy chủ của Internet Máy người
sử dụng
giới thiệu một vài mô hình lỗi thường được sử dụng trong mô phỏng mạng, và được cài đặt trong bộ mô phỏng NS.
4.2.1 Các đặc trưng lỗi của đường truyền không dây
Lỗi trong các đường truyền không dây chủ yếu là do khả năng máy thu không tách được tín hiệu một cách chính xác từ các tín hiệu truyền bị nhiễu.
Có rất nhiều nguyên nhân khác nhau có thể gây lỗi cho việc truyền thông tin bằng đường truyền không dây (sóng điện từ), chẳng hạn: hiện tượng suy giảm tín hiệu, ảnh hưởng của địa hình, các yếu tố môi trường, can nhiễu v.v. Lỗi cũng có thể xảy ra do sự chuyển cuộc gọi trong các hệ thống truyền thông được tổ chức kiểu tế bào, khi các thiết bị truyền thông di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác, làm cho kết nối bị gián đoạn. Bản thân sự di động cũng có thể làm mất các gói số liệu khi người dùng di động ra khỏi vùng thu/phát tin cậy của các trạm cơ sở, nhất là trong các mạng di động mà các tế bào ít hoặc không gối lên nhau.
Nhìn chung, đặc trưng lỗi của đường truyền không dây là tính chất bùng nổ và hay bị gián đoạn thất thường. Trong trạng thái đường truyền tốt, tỉ suất lỗi bit (BER) thường cao hơn so với đường truyền có dây một vài bậc.
Trong trạng thái đường truyền xấu, BER có thể cao đến mức làm cho hầu hết gói tin TCP gửi đi bị lỗi. Sự gián đoạn của kết nối đi qua đường truyền không dây cũng có thể thay đổi trong một miền rất rộng, từ vài chục tới vài trăm mili giây, thậm chí tới hàng phút.
Đối với mạng có đường truyền không dây đặc tính lỗi gói số liệu còn phụ thuộc vào khoảng cách kết nối không dây cũng như độ dài của gói số liệu được giữa hai kết nối không dây.
Bắt đầu với mô hình hai trạng thái Markov, hai trạng thái tương ứng với hai trạng thái B và G của kênh truyền. ứng với mỗi trạng thái thì tỉ lệ lỗi là khác nhau và phân bố xác suất lỗi cũng khác nhau.
Từ mô hình lỗi hai trạng thái Markov, người ta đã phát triển thêm nhiều mô hình nữa, cụ thể như mô hình ba và bốn trạng thái, mô hình của Gilbert, mô hình đồng đều (Uniform model), mô hình cải tiến (Improved model) được nghiên cứu bởi Noble, Nguyen, Satyanarayanan, và Katz 1996.
4.2.2 Mô hình lỗi Markov
Các mô hình lỗi sinh ra từ việc thu một chuỗi các bit dữ liệu trên đường truyền và từ đó tiến hành tính toán và lập mô hình. Mô hình lỗi được chia làm hai loại: memoryless (mô hình không nhớ) và memory (mô hình có nhớ).
Với loại thứ nhất các bit lỗi được lấy từ một tập hợp các quá trình truyền dữ liệu riêng biệt không liên quan đến nhau. Với mỗi một thử nghiệm thu được một kết quả tương ứng.
Với loại mô hình thứ hai dữ liệu được lấy từ các kênh truyền thông có nhớ (memory) nghĩa là có liên hệ với nhau và tại các kênh truyền đó xuất hiện các lỗi Burst riêng biệt nhau, và đây chính là nguyên nhân làm cho đường truyền suy yếu.
Mô hình lỗi Markov có hai trạng thái biểu diễn cho trạng đường truyền là “Good” (tỉ lệ lỗi thấp) và “Bad” (tỉ lệ lỗi cao).
Tương ứng với hai trạng thái của đường truyền là Good và Bad, chúng ta ký hiệu: P(0) là xác suất bit dữ liệu không bị lỗi, còn P(1) = 1 - P(0) là xác suất bit dữ liệu bị lỗi trên đường truyền.
Trong luận văn này chúng tôi chỉ đề cập đến mô hình lỗi Markov hai trạng thái cải tiến vì tính đơn giản của nó trong mô phỏng.
4.2.2.1 Mô hình hai trạng thái Markov và các mô hình cải tiến
Trong mô hình Markov, khoảng thời gian mà một trạng thái kênh truyền tồn tại có thể mô tả trong một chu kỳ truyền như hình 4.1.
Hình 4.3 Mô hình Markov hai trạng thái cải tiến.
Đây chính là mô hình đơn giản nhất của mô hình đa trạng thái của Frichman. Trạng thái truyền trong mô hình Markov là không nhớ (memoryless). Đặc tính này cho phép quá trình thực thi các gói tin truyền đi độc lập nhau.
Hai trạng thái của mô hình Markov là B (Bad) và G (Good), tương ứng là hai tham số xác suất chuyển trạng tháo pGB và pBG. Đó là hai tham số biểu hiện cho khả năng chuyển từ trạng thái G sang trạng thái B và ngược lại. Các tham số này có thể được tính từ thời gian trung bình khi đường truyền ở trạng thái tốt (Good) TG và thời gian trung bình khi đường truyền ở trạng thái xấu (Bad) TB bằng công thức do Jain đưa ra năm 1991:
pBG =1/TB và pGB=1/TG
Tốc độ đến của các gói tin bị lỗi theo phân bố mũ, giá trị trung bình khi
Good Bad
G B
G >B
pBG
pGB
pGG pBB
suất vẫn ở trạng thái Good và ở lại trạng thái Bad là pGG và pBB. Các mô phỏng chúng tôi sử dụng các tham số của mô hình lỗi như sau [6]:
Trạng thái Good: TG = 166, pGB = 0.006, pGG = 0.994.
Trạng thái Bad: TB = 2.6, pBG = 0.382, pBB = 0.618.
Chúng tôi sẽ sử dụng mô hình lỗi này vào trong mạng mô phỏng với máy của người sử dụng kết nối Internet qua Access Point bằng đường truyền ADSL.