Phần trên là kết quả so sánh thông lượng TCP – Reno với thông lượng cực đại. Tiếp theo là kết quả mô phỏng đối với TCP – ECN. Mỗi đồ thị biểu diễn trung bình khoảng 50 lần thực hiện.
Hình 3.15 (a,b,c,d) là kết quả thực hiện với khoảng thời gian phát gói tin thăm dò đường truyền là 2s. So sánh tương ứng với hình 3.14 (a,b,c,d) với trường hợp TCP – Reno ta thấy đối với mỗi tốc độ khác nhau thông lượng trong trường hợp TCP - ECN là cao hơn hẳn. Nhận thấy rằng thông lượng của mọi Node đều được cải thiện chứ không phải chỉ một vài Node. Thực nghiệm cho ta thấy hiệu suất phụ thuộc vào thời gian gửi gói tin thăm dò đường truyền. Nếu thời gian gửi gói tin thăm dò lớn hơn 30 giây thông lượng bị giảm xuống dưới thông lượng của TCP – Reno.
Thông lượng đo được
Thông lượng cực đại
57 Thông
lượng đo được
Thông lượng cực đại
Hình 3.15 (b) v=10 m/s
Thông lượng đo được
Thông lượng cực đại
58
Khi thay đổi khoảng thời gian thực hiện phát gói tin thăm dò đường truyền thông lượng cũng bị thay đổi theo. Kết quả cho thấy thông lượng giảm đi khi thời gian thăm dò lần lượt là 2s, 4s, 6s, 15s, 30s. Khi thời gian thăm dò lớn hơn hoặc bằng 30s thông lượng đã giảm xuống thấp hơn thông lượng của TCP – Reno.
Thông lượng đo được
Thông lượng cực đại
59
Khi thay đổi kích thước của sổ điều khiển sau khi thăm dò thành công và thời gian timeout đã không cải thiện được thông lượng (thực tế còn xấu đi) so với trường hợp ban đầu. Tuy nhiên có tăng so với TCP – Reno. Hình 3.16 minh hoạ khi kích thước cửa sổ là 1 gói tin giữ nguyên RTO và khi kích thước cửa sổ là 1 gói tin RTO bằng 6s.
Ta có nhận xét RTO thay đổi có ảnh hưởng nhiều đến thông lượng, trường hợp này làm thông lượng giảm đi nhanh hơn khi các node di chuyển với tốc độ cao. Kích thước cửa sổ thay đổi có làm
Tốc độ 2 s 4 s 6 s 15 s 30 s Base TCP Thông lượng
Hình 3.16 - Thông lượng thay đổi theo thời gian thăm dò
60
thông lượng bị giảm nhưng khi các node di chuyển nhanh hơn thông lượng bị giảm chậm hơn.
Hình 3.17 - Thông lượng khi thay đổi kích thước cửa số và thời gian timeout (RTO)
TCP- ECN Thay đổi cửa sổ
Thay đổi của sổ và RTO TCP- Reno
Thông lượng
61
Kết luận
Nâng cao hiệu suất TCP trên mạng là một vấn đề rất quan trọng, đặc biệt là đối với mạng không dây Ad hoc. Đề tài đã được sự chú ý của rất nhiều nhà nghiên cứu trong những năm gần đây. Qua thời gian tìm hiểu các tài liệu, thực hiện thí nghiệm bằng công cụ mô phỏng mạng NS cùng sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Vũ Duy Lợi em đã phần nào nắm bắt, phân tích và thực hiện được một số cải tiến TCP trên mạng không dây.
Phần đầu của luận văn đã tóm tắt những vấn đề cơ bản về mạng Internet, giao thức TCP, mạng không dây và những ứng dụng của mạng không dây. Sau đó trình bày cơ bản về những phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trên mạng không dây. Luận văn đã phần nào đi sâu nghiên cứu thực tế hoạt động của hai phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trên mạng không dây Ad hoc bằng nhận biết OOO và ECN.
Các phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trên mạng không dây Ad hoc chia làm hai loại. Loại một với mô hình mạng tách riêng giữa mạng hữu tuyến với mạng không dây (TCP –unware), loại hai không phân biệt mạng hữu tuyến với mạng không dây (TCP-ware). Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Giao thức Snoop nâng cao hiệu suất bằng cách cấm tầng giao vận (transport) kích thước cửa sổ điều khiển tắc nghẽn nên không làm thay đổi các ứng dụng hiện có.
62
Phương pháp TCP-DOOR tránh điều khiển tắc nghẽn bằng cách nhận biết thứ tự gói tin nhận được. TCP-DOOR đã nâng cao hiệu suất TCP trung bình khoảng 50% khi tránh điều khiển tắc nghẽn và chuyển bên phát sang trạng sửa lỗi ngay lập tức. Thực nghiệm chỉ ra vai trò tương đương của gói số liệu và gói biên nhận khi nhận biết thứ tự. Ưu điểm của phương pháp này là có thể áp dụng cho mạng hỗn hợp gồm cả hai phần hữu tuyến và không dây và mạng cần hiệu suất hoạt động TCP cao.
Phương pháp ECN cảnh báo trước bên phát khả năng xảy ra mất liên kết có thể xảy ra. ECN là phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trong mạng không dây Ad hoc tuy không phải là phương pháp mới (thực tế TCP – chuẩn đã sử dụng) nhưng nếu ta chọn khoảng thời gian phát gói tin thăm dò đường truyền đúng sẽ cải thiện được hiệu suất TCP.
Còn rất nhiều vấn đề phải cải thiện trước khi ứng dụng TCP trong mạng không dây Ad hoc. Trong tương lai em có dự định nghiên cứu sâu hơn về hai phương pháp OOO và ECN đối với trường hợp giao thức chọn đường không phải là DSR. Một vấn đề nữa là khi nguyên nhân của hiện tượng mất thứ tự gói tin không phải do lỗi liên kết (chẳng hạn như do giao thức chọn nhiều đường - multi-path routing có thể gây ra) như vậy phương pháp OOO cần phải được mở rộng để đáp ứng được yêu cầu này.
63
phụ lục a
giải thích một số khái niệm và những từ viết tắt
BS: Base Station là các trạm kiểm soát. Trong mạng không dây các thiết bị cuối (Host hay node) không liên kết trực tiếp với nhau mà thường thông qua các BS. BS đóng vai trò như một cầu nối trung gian giữa các Host, giúp các Host bắt tay với nhau khi chúng có nhu cầu trao đổi dữ liệu.
Cell: Mạng không dây được chia thành nhiều vùng, mỗi vùng chịu sự kiểm soát của một Super host. Một vùng hay còn gọi là một cell.
Duplicate Acks: TCP qui định mỗi tín hiệu ACK được gắn kèm với một số thứ tự (sequence). Số thứ tự cho Bên thu biết nó đã nhận được đúng đến byte nào. Do đó nếu bên phát nhận được nhiều lần tín hiệu ACK có cùng số sequence chứng tỏ là bên thu đã bị mất một số gói tin. Tất cả những tín hiệu ACK có số sequence nhỏ hơn số sequence của lần nhận cuối cùng đó đều được gọi là duplicate ACK.
DOOR: Detection of out-of-order and Response, phương pháp nhận biết và trả lời gói tin bị mất thứ tự.
64
DSR: Dynamic Source Routing là một giao thức chọn đường trong mạng không dây. DSR được trình bày trong tài liệu này. ECN: Explicit Congestion Notification là một phương pháp
nhằm nâng cao hiệu suất TCP trong mạng không dây bằng cách gửi thông báo . ECN được trình bày trong tài liệu này.
FEC: Forward Error Correction, là phương pháp sửa lỗi trước mà TCP sử dụng để nâng cao hiệu suất mạng.
FH: Fixed Host, là các thiết bị cuối trong mạng không dây, tương tự Node.
FRP: Fast Retransmit Procedure, là một phương pháp truyền lại các gói tin bị mất được sử dụng trong giao thức TCP chuẩn. F-TCP: Feedback – TCP, là một kỹ thuật nâng cao hiệu suất
TCP. Được trình bày tóm tắt trong tài liệu này.
Handoff: hiểu một cách đơn giản là “bắt tay”, khi hai node có nhu cầu trao đổi dữ liệu với nhau chúng phải bắt tay được với nhau thông qua các BS.
I-TCP: Indirect – TCP, là một kỹ thuật nâng cao hiệu suất TCP. Được trình bày tóm tắt trong tài liệu này.
MH: Mobile Host, tương tự như fixed host hay node. MSR: Mobile Support Router
MSS: Mobile Support Station
M-TCP: Mobile - TCP, là một kỹ thuật nâng cao hiệu suất TCP. Được trình bày tóm tắt trong tài liệu này.
Packet: là một mẩu tin trong một gói tin. Packet xem như đơn vị đo nhỏ nhất trong truyền tin. Khi bên phát có nhu cầu truyền một gói tin nó phải chia gói tin thành nhiều packet. Kích thước cửa sổ truyền luôn là bội số của packet.
65 PEG: Packet Error Generator RED: Random Early Detection
REM: Route error Message thông báo tuyến đường node đang lưu đã bị hết hiệu lực do nguyên nhân các node khác trong mạng di chuyển.
RRP: Route Request Packet gói tin do giao thức DSR sinh ra để làm nhiệm vụ chọn đường
RTO - Retransmission Timeout Timer, khoảng thời gian qui định để bên phát nhận biết gói tin được gửi có thành công hay không. Nếu quá khoảng thời gian này mà bên phát không nhận được tín hiệu trả lời từ bên phát gói tin bị xem là gửi không thành công. Bên phát sẽ phải phát lại gói tin đó.
RTT – Round Trip Time: thời gian trễ toàn phần, là khoảng thời gian từ khi bên phát gửi gói tin đi cộng thời gian lan truyền tín hiệu cộng thời gian nhận tín hiệu ACK.
SH: Supervisory Host, là thiết bị tinh vi có chức giám sát một miền (domain) trong mạng di động.
Segment: là một gói tin. Một segment gồm nhiều gói tin. SQM : Source Quench messages
TCP-DOOR: TCP – Detection of Out-of-Order and Response TTL: Time To Live là thời gian tồn tại của gói tin RRP trong
mạng. Mỗi khi gói tin chuyển qua một node trung gian TTL giảm đi một
66
phụ lục b tài liệu tham khảo
[1] Ts. Vũ duy Lợi (Hanoi 2001) -Mạng thông tin máy tính, kiến trúc hiệu suất và nguyên tắc hoạt động , Tr 160 - 163.
[2] Ashish Natani, Jaganadha, Mansoor, Vijay Sharma - TCP for Wireless Networks, PP 12, 20.
[3] Chi Ho Ng, Jack Chow, and Ljiijana Trajkovic - Performance Evaluation of TCP over WLAN 802.11 with the snoop performance enhancing proxy PP 4, 5.
[4] Chiristina Parsa and J.J Garcia-Luana-Aceves - Improving TCP Congestion Control over Internets with Heterogeneous Transmission Media PP 32, 32, 37, 38.
[5] Dongkyun Kim, C-K.Toh and Yanghee Choi - TCP-BuS: Improving TCP Performance in Wireless Ad hoc Networks Page 1, 2
[6] Feng Wang, Yongguang Zhang - Improving TCP performance over Mobile Ad-Hoc Networks with Out-of-Order Detection and Response, PP 20, 21
[7] Gavin Holland and Nitin Vaidya - Analysis of TCP Performance over Mobile Ad Hoc Networks, PP 230
67
[8] Mansi Thoppian, Anjulatha Veduru – TCP For Wireless Networks, PP 4, 5, 6
[9] Nachiket Deshpande - TCP Extentions for Wireless Networks
[10] Sally Floyd - TCP and Explicit Congestion Notification, PP 2
mục lục
mở đầu ... 2
1. Cơ sở thực tiễn, mục đích và phạm vi nghiên cứu ứng dụng của đề tài ... 2
2. Tổng quan về mạng Internet và giao thức TCP ... 3
3. NS - Network Simulator ... 6
Chương 1 ... 8
cơ bản về mạng không dây kiểu ad hoc... 8
1.1 Khái niệm về mạng không dây Ad hoc ... 8
1.2 Đặc điểm của mạng không dây Ad hoc ... 9
a) Topo luôn luôn thay đổi ... 9
b) Bị hạn chế băng thông ... 10
c) Hạn chế bởi nguồn cung cấp năng lượng ... 10
d) Bảo mật kém ... 10
1.3 ứng dụng của mạng không dây ... 10
a) Điều khiển thực ... 10
b) Khám bệnh từ xa ... 10
c) Các ứng dụng xử lí đồ họa từ xa... 11
d) Giáo dục qua internet ... 11
Chương 2 ... 12
tổng quan về phương pháp nâng cao hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây kiểu ad hoc ... 12
2.1 Những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động TCP trong môi trường không dây ... 12
a) Băng thông bị hạn chế ... 13
b) Thời gian trễ (round trip) lớn hơn mạng hữu tuyến ... 13
c) Nút mạng thường xuyên thay đổi ... 13
d) Không khai thác hết khả năng của mạng ... 14
f) Nguồn cung cấp năng lượng bị giới hạn ... 15
2.2 Tổng quan về những phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trong mạng không dây kiểu Ad hoc ... 15
2.3 Giao thức Snoop ... 19
68
chương 3 ... 24
nâng cao hiệu suất TCP trên mạng không dây ad hoc bằng phuơng pháp nhận biết thứ tự gói tin và gửi cảnh báo ... 24
3.1 Phương pháp phát hiện và trả lời khi gói tin bị mất thứ tự ... 24
3.1.1 Hiện tượng mất thứ tự (out-of-order - OOO) ... 25
3.1.2 Nhận biết hiện tượng mất thứ tự ... 26
a) Nhận biết mất thứ tự của các gói biên nhận... 26
b) Nhận biết mất thứ tự của các gói tin dữ liệu ... 27
3.1.3 Trả lời khi gói tin bị mất thứ tự ... 27
a) Tạm thời bỏ qua điều khiển tránh tắc nghẽn... 28
b) Sửa lỗi ngay lập tức trong khi tránh tắc nghẽn ... 28
3.1.4 Thực nghiệm mô phỏng bằng NS ... 29
a) Tham số và cấu hình mô phỏng ... 29
b) kết quả mô phỏng ... 31
3.2 Phương pháp gửi cảnh báo (Explicit Congestion Notification - ECN) ... 44
3.2.1 Môi trường và phương pháp thực nghiệm ... 46
3.2.2 Thông lượng cực đại ... 46
3.2.3 So sánh hiệu suất TCP giữa TCP- Reno và TCP-ECN ... 49
a) Thông lượng TCP - Reno ... 49
b) Nguyên nhân thông lượng của một số node giảm xuống cực tiểu ... 54
c) Thông lượng TCP - ECN ... 56
Kết luận ... 61
phụ lục a... 63
giải thích một số khái niệm và những từ viết tắt ... 63
phụ lục b ... 66
tài liệu tham khảo ... 66