802.11e
Để đánh giá thuật toán EDCF-DFS có đảm bảo sự công bằng kết hợp hai tiêu chí là ưu tiên theo thời gian (kiểu lưu lượng) và trọng số của tải trên IEEE 802.11e EDCF chúng ta phân tích một ví dụ sau.
Cho mạng WLAN, tại mỗi node chỉ có 2 AC được kích hoạt là AC[0] ưu tiên cao và AC[3] ưu tiên thấp.
Với EDCF chuẩn, AC[0] có độ ưu tiên cao, CWmin được chọn nhỏ hơn CWmax =15. Vì vậy, backoff interval luôn nhỏ hơn 15. Ngoài ra còn các sự ưu tiên khác như XTOP và AIFS. Các gói trên AC[0] có khả năng truyền rất cao. Trong khi đó AC[3] có độ ưu tiên thấp, nên CWmin được chọn nhỏ hơn CWmax =1023. Vì vậy, backoff interval luôn nhở hơn 1023, ta có 1023 lớn hơn rất nhiều so vói 15, chưa tính đến sự ưu tiên khác là XTOP và AIFS. Điều này thể hiện cơ hội truyền của gói tin trên AC[3] là rất thấp, đặc biệt khi tăng tải kiểu lưu lượng có độ ưu tiên cao vào mạng.
Với EDCF-DFS kết hợp sự ưu tiên theo kiểu lưu lượng (thời gian) và gắn thêm trọng số của tải lên các AC. Giá trị backoff interval được xác định theo thuật toán EDCF-DFS. Giả sử các gói tin có kích thước bằng nhau và gán thêm trọng số của tải tương ứng chẳng hạn 1:1. Do backoff interval được tính theo EDCF-DFS phụ thuộc vào độ dài gói tin và trọng số của tải (còn việc phụ thuộc vào CW xem như một hệ số làm giảm xác suất đụng độ). Lúc này Backoff interval của hai AC là giống nhau cơ hội truyền của các gói tin trên AC[3] được tăng lên. Điều này, đảm bảo sự công bằng tương đối về tải giữa các AC với nhau. Hơn nữa, đảm bảo giới hạn cận dưới về tải đối với các AC có độ ưu tiên thấp.
Với kỹ thuật này có những ưu điểm: thực hiện hoàn toàn phân tán, áp dụng đơn giản, đảm bảo sự công bằng và đảm bảo cận dưới về thông lượng cho các AC có độ ưu tiên thấp.
Điểm đặc biệt khi áp dụng EDCF-DCF thì backoff interval (được xác định theo công thức (3.2)) phụ thuộc vào trọng số của tải. Chọn trọng số của tải là một kỹ thuật có thể được cung cấp với hai phương pháp hoàn toàn tự động hoặc tùy biến theo người dùng.
Chọn tùy biến theo người dùng: Người dùng có thể chủ động điều khiển thông lượng của từng loại dịch vụ voice, video, data theo yêu cầu riêng của mình. Ví dụ: cần ưu tiên cho download data thì ta gán trọng số cho AC có độ ưu tiên thấp lớn,... và ngược lại. Đây là một điểm mới mà IEEE 802.11e không hổ trợ.
Chọn trọng số tự động: việc lựa chọn trọng số có thể dựa trên các chỉ số chẳng hạn căn cứ số gói tin chứa trong các hàng đợi.
Bên cạnh đó có những tồn tại: khi không có gói tin trên các AC, việc gán trọng số làm giảm tài nguyên của mạng. Để khắc phục vấn đề này, cần phải bổ sung thêm một số thuật toán hỗ trợ việc lựa chọn trọng số về tải một cách thích nghi.
3.4 Kết luận chương
Luận văn đã nghiên cứu việc hỗ trợ sự công bằng trên IEEE 802.11e nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, quá trình thực nghiệm cho thấy IEEE 802.11e EDCF không hỗ trợ tính công bằng về tải giữa các AC, giữa các node với nhau.
Luận văn đã đề xuất thuật toán EDCF-DFS hỗ trợ sự công bằng trên IEEE 802.11e EDCF với tư tưởng chính là trên mỗi AC ngoài sự ưu tiên theo kiểu lưu lượng của IEEE 802.11e, chúng ta gắn thêm một tiêu chí ưu tiên mới đó là trọng số của tải tương ứng cho từng AC (việc gắn thêm này có thể tùy biến theo người dùng). Như vậy, chúng ta có thể đảm bảo công bằng về tải bằng cách tính toán backoff interval theo EDCF-DFS thay vì tính backoff interval như IEEE 802.11e trước đây.
Kỹ thuật này có ưu điểm là đơn giản, phân tán, đặc biệt có thể đảm bảo về cận dưới chất lượng dịch vụ cho AC có độ ưu tiên thấp. Đảm bảo tính công bằng kết hợp giữa ưu tiên dựa trên phân biệt lưu lượng (theo thời gian) và ưu tiên dựa trên trọng số của tải trên IEEE 802.11e EDCF. Song còn một số hạn chế nhỏ như tính toán backoff theo EDCF-DFS tương đối phức tạp, chưa có những thuật toán hỗ trợ chọn trọng số của tải một cách thích nghi.
Điều này sẽ được làm rõ thông qua kết quả mô phỏng đánh giá so sánh giữa IEEE 802.11e EDCF chuẩn và IEEE 802.11e EDCF-DFS .
Chương 4: ĐÁNH GIÁ HỖ TRỢ SỰ CÔNG BẰNG TRÊN IEEE 802.11e EDCF
4.1. Mục đích
Để chứng minh sự đúng đắn và ý nghĩa việc áp dụng thuật toán EDCF- DCF trên IEEE 802.11e EDCF, tôi đã tiến hành mô phỏng đánh giá IEEE 802.11e EDCF-DFS và IEEE 802.11e EDCF chuẩn trên bộ mô phỏng NS-2 một số thí nghiệm sau.
Thí nghiệm thứ nhất: Mục đích của thí nghiệm này là để đánh giá đảm bảo tính công bằng thông lượng gữa các AC với nhau ngay trong một node.
Thí nghiệm thứ hai: Mục đích của thí nghiệm này để đánh giá tính công bằng giữa các AC, giữa các node với nhau trong trường hợp nhiều node. Đánh giá thông lượng đạt dược, sự tác động qua lại về độ trễ mà chủ yếu là các AC có độ ưu tiên cao.
Thí nghiệm thứ ba: Mục đích thí nghiệm là đánh giá sự công bằng, đảm bảo cận dưới về thông lượng cho các AC có độ ưu tiên thấp sử dụng đồng thời cả hai loại gói tin là UDP và TCP.
Qua kết quả thực nghiệm khẳng định việc áp dụng thuật toán DFS trên IEEE 802.11e EDCF đã giải quyết được những yêu cầu đặt ra là hỗ trợ tính công bằng và đảm bảo cận dưới chất lượng dịch vụ trên các AC có độ ưu tiên thấp và ý nghĩa việc áp dụng EDCF-DFS trên IEEE 802.11e.
4.2. Phương pháp đánh giá
4.2.1. Bộ mô phỏng NS-2
NS-2 [20],[21] là ngôn ngữ mô phỏng sự kiện rời rạc được phát triển bởi trường đại học California ở Berkeley hỗ trợ cho các giao thức mạng có dây và không dây. Đây là công cụ mô phỏng rất quen thuộc với các nhà nghiên cứu về mạng.
NS được viết bằng ngôn ngữ C++ và OTcl (ngôn ngữ Tcl script với mở rộng hướng đối tượng). Người sử dụng có thể định nghĩa các topo mạng gồm có các node, các router, và các liên kết …
Hình 4.1: Tổng quan về NS
Như minh họa trong hình 4.1, NS là ngôn ngữ Tcl hướng đối tượng (OTcl) mà có một bộ lập lịch sự kiện, các thư viện đối tượng thành phần mạng và các thư viện module cấu hình mạng. Tóm lại, khi sử dụng NS chúng ta sẽ lập trình bằng ngôn ngữ OTcl. Để cài đặt và chạy mạng mô phỏng chúng ta nên viết mã Otcl để khởi tạo bộ lập lịch sự kiện, cài đặt topo mạng và sử dụng bộ lập lịch sự kiện để bắt đầu và kết thúc truyền các gói.
Bộ mô phỏng ns-2.28 được sử dụng trong luận văn với lý do được hỗ trợ tích hợp bởi phần IEEE 802.11e. Tuy nhiên để sử dụng được cần phải thay đổi một số tham số trong cài đặt. Phần cài đặt ns-2.28/802.11e [22] kèm theo trong phụ lục.
4.2.2 Tiêu chí đánh giá
Cơ sở để dánh giá là dựa trên IEEE 802.11e chuẩn đã được đánh giá [3] để so sánh vì IEEE 802.11e đã được công nhận là chuẩn hoá. Đánh giá dựa trên ba tiêu chí cơ bản sau.
Thông lượng đạt được: Tổng thông lượng = Tổng thông lượng đạt được của mạng trên thời gian mô phỏng.
Độ trễ : Độ trễ trung bình của gói tin = (tổng (thời gian nhận của mỗi gói tin - thời gian gửi gói tin đó))/số gói tin. Chỉ xem xét độ trễ tại các AC có sự ưu tiên cao (ưu tiên về độ trễ).
Chỉ số công bằng [5] được tính theo công thức sau: 2 ( / ) Fairness index = (4.1) 2 * ( / ) T f f f n T f f f Với n là số kênh, f
hệ số tải trên kênh f, T
f thông lượng đạt được
trên kênh f
4.3. Tham số mô phỏng
Dựa trên mô hình 802.11 MAC, các tham số PHY trong mô hình mô phỏng EDCF và EDCF-DFS của tôi được thiết lập như sau:
SlotTime: 16µs
SIFS: 8µs
PIFS: 12µs
DIFS: 16µs
Tham số về CW, PF, AIFS của IEEE 802.11e chuẩn dùng để mô phỏng AC PF AIFS CW_MIN CW_MAX TXOPLimit
0 2 2 7 15 0.003264s 1 2 2 15 31 0.006016s
2 2 3 31 1023 0
3 2 7 31 1023 0
Bảng 4.1: Các tham số đầu vào EDCF chuẩn
Đối với EDCF-DFS giá trị backoff được xác định theo các công thức (3.2) và (2.10). Giá trị trọng số của tải được gắn vào tùy theo từng mô phỏng với mục đích cho chúng ta thấy rõ hơn những ảnh hưởng của kỹ thuật này so với EDCF chuẩn. Với thực nghiệm của Luận văn đã sử dụng trọng số của tải tương ứng AC[0]:AC[1]:AC[2]:AC[3] 5:5:7:7. Việc thay thế tham số backoff interval được thực hiện bằng các sửa đổi trực tiếp trong bộ lập lịch backoff chuẩn của bộ mô phỏng NS-2 với IEEE 802.11e tại file mac- times_802_11e.cc sau đó biên dịch và thực hiện mô phỏng (phụ lục 2).