Thực nghiệm thứ nhất Wire node Wire 10Mbs,1ms WM/1Mbs A C [0 ] A C [1 ] A C [2 ] A C [3 ] AP Sử dụng: UDP/CBR Độ lớn gói tin 200 bytes
S
T
A
Hình 4.2 Kiến trúc mạng mô phỏng thực nghiệm thứ nhất
Hình 4.3a: Thông lượng đạt dược trên các AC với EDCF chuẩn
Qua kết quả mô phỏng ở hình 4.3a cho thấy thông lượng trên các AC có độ ưu tiên thấp AC[3] và AC[2] đạt rất thấp, AC[2] đạt trung bình khoảng
50kbs trong khi đó AC[3] chỉ đạt vài kbs (5kbs) có lúc bằng 0. Điều này càng rõ hơn khi tăng tải bằng cách tăng lưu lượng phát trên các AC có độ ưu tiên cao. Kết quả cho thấy lưu lượng của các AC có độ ưu tiên thấp AC[3] tiến dần về 0 khi tải đưa vào mạng tăng. Qua thực thí nghiệm này, cho chúng ta thấy được sự không hợp lý về lưu lượng giữa các AC ngay trong mỗi node. Điều này khẳng định lại một lần nữa là EDCF chỉ đảm bảo chất lượng dịch bằng việc ưu tiên dựa theo kiểu lưu lượng và thời gian mà không có sự kết hợp giữa loại lưu lượng, thời gian và tải, củng như đảm bảo cận dưới cho dịch vụ có độ ưu tiên thấp.
Cũng với mô hình trên khi áp dụng thuật toán EDCF-DFS với gán thêm trọng số của tải cho các AC tương ứng AC0:AC1:AC2:AC3 5:5:7:7 quan sát thông lượng trên các AC kết quả được biểu diễn đồ thị dưới đây.
Hình 4.3b: Thông lượng đạt dược trên các AC với EDCF-DFS
Nhìn vào đồ thị hinh 4.3b cho thấy có sự công bằng tương đối về thông lượng giữa các AC, đặc biệt thông lượng AC[3] tăng lên đáng kể đạt trung
bình khoản 40kbs (gấp 10 lần so với EDCF chuẩn). Điều đáng chú ý là đã đảm bảo được một thông lượng cần thiết cho các AC có độ ưu tiên thấp. Điều này càng thấy rõ khi tải đưa vào mạng càng lớn. Bằng quan sát trực quan cho ta thấy khi gán thêm trọng số tải và áp dụng EDCF-DFS đảm bảo sự công bằng thông lượng đạt được trên các AC.
Với thực nghiệm này chúng tôi cũng đã làm với nhiều trọng số tải khác nhau, quá trình thực nghiệm cho thấy thông lượng đạt được trên các AC phụ thuộc vào trọng số của tải. Vì vậy, EDCF-DFS cho phép đảm bảo cận dưới (thông lượng tối thiểu) đối với các dịch vụ sử dụng trên các AC có độ ưu tiên thấp. Thực nghiệm thứ hai W M /4M bs W M/4 Mb s Wire node W ire 1 0 M b s ,1 m s WM/ 4Mbs AP
AC[0] AC[1] AC[2] AC[3]
AC[0] AC[1] AC[2] AC[3] AC[0] AC[1] AC[2] AC[3]
AC[0] AC[1] AC[2] AC[3]
AC[0] AC[1] AC[2] AC[3]
W M /4 M b s WM/4Mbs STA4 STA3 STA1 STA2 STA5
Hình 4.4: Kiến trúc mạng mô phỏng thực nghiệm thứ hai và ba
Tất cả các trạm có vai trò như nhau, các AC đều được kích hoạt sử dụng gói tin UDP. Các trạm kết nối đến AP với băng thông 4Mbs.
Kết quả về thông lượng đạt được:
AC[i] EDCF (packet) EDCF-DFS (packet)
0 54375 59794
1 33039 28727
2 5959 10474
3 819 4320
Tổng 94192 103315
Bảng 4.2: Số gói tin nhận được trên các AC với 5 node
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 Packet receive 1 2 3 4 5 AC[i] Thought receive EDCF EDCF-DFS Tổng AC[0] AC[1] AC[2] AC[3]
Hình 4.5: Số gói tin nhận được trên các AC với 5 node
Kết quả thực nghiện trên cho thấy thông lượng đạt được trên toàn mạng khi áp dụng EDCF-DFS tăng (khoảng 9%) so với EDCF chuẩn. Lý do khi chọn backoff interval theo EDCF-DFS gần với thời gian truyền gói tin trước đó làm giảm thời gian chờ tăng hiệu suất của mạng.
Kết quả về chỉ số công bằng: STT Fairness index EDCF Fairness index EDCF-DFS AC_0 0.918540544 0.968913076 AC_1 0.69840605 0.925356314 AC_2 0.41741133 0.95992805 AC_3 0.759033 0.877904 Node 0.823559 0.95539
Fairness Index 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 2 3 4 5 5 Node F a ir n e s s I n d e x EDCF EDCF-DFS
AC[0] AC[1] AC[2] AC[3 Node
Hình 4.6: Chỉ số công bằng đạt được trên các AC với 5 node
Kết quả mô phỏng cho thấy áp dụng EDCF-DFS đảm bảo sự công bằng cao:
Xét ở góc độ đối với từng loại lưu lượng trên từng AC tương ứng AC_VO, AC_VI, AC_BE, AC_BK. Đặc biệt khi sử dụng EDCF đối với AC[1] chỉ số công bằng đạt được 0.69 nhưng đối DFS thì đạt trên 0.90, đối với AC[2] chỉ số công bằng AC[2] đạt chưa đến 0.50 nhưng khi áp dụng DFS cho kết quả đạt trên 0.9.
Xét sự công bằng giữa các STA với nhau qua kết quả cho thấy khi sử dụng DFS cho kết quả công bằng rất tốt đạt trên 0.95 trong khi đó EDCF chuẩn chỉ đạt dưới 0,90.
Với thực nghiệm như trên nhưng thay đổi kịch bản là cho số node tăng dần từ 1 node đến 12 node, chỉ có AC[0] và AC[2] hoạt động lý do là AC[0] đại diện cho sự ưu tiên cao, AC[2] cho độ ưu tiên thấp là đủ. Để đánh giá ảnh hưởng về độ trễ củng như thông lượng đạt được.
Số Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 EDCF 15223 60890 91335 95864 100450 95166 88562 87429 86295 85923 84262 84356 EDCF -DFS 15223 60890 94744 96711 99581 99017 96552 92950 97765 98007 97964 89217
Bảng 4.4: Số gói tin nhận được trên AC[0] và AC[2] khi tăng dần số node từ 1 đến 12 node
Throughput 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Number of node To ta l P a c k e t re c e iv e EDCF EDCF-DFS Priority (AC[0]+AC[2]
Hình 4.7: Số gói tin nhận được trên AC[0] và AC[2] khi tăng dần số node từ 1 đến 12 node
Kết quả thể hiện hình 4.6, qua đồ thị cho thấy khi số node tăng dần từ 1 node đến 5 node, hiệu suất sử dụng mạng dưới 60% thì cả EDCF-DFS và EDCF chuẩn cho kết quả tương đương nhau. Khi mạng hoạt động với cường độ cao trên 60% thì EDCF-DFS cho thấy vượt trội của mình so với EDCF về thông lượng (hiệu suất) tăng khoảng 8 đến 9%. Hiệu suất mạng tăng là do chọn backoff hợp lý nên làm giảm thời gian chờ, xác suất đụng độ và càng thấy rõ khi cho tăng tải vào mạng.
Độ trễ trên AC có độ ưu tiên cao (AC[0]) thu được ở bảng sau.
Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
EDCF 1.89228 2.60356 3.43548 4.5568 7.90089 445.149 589.205 722.897 864.96 908.559 1038.81 1160.94 EDCF
-DFS
1.91356 2.8029 3.92376 3.92376 7.12861 431.119 559.06 700.979 825.248 992.935 1110.81 1226.57
AvgDelay AC[0] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Number of node A v g d e la y ( m s ) EDCF EDCF-DFS
Hình 4.8: Độ trễ trên AC[0] khi tăng dần số node từ 1 đến 12 node
Kết quả thực nghiệm hình 4.7 cho thấy độ trễ trên AC[0] chuẩn và có áp dụng thuật toán là tương đương (như nhau) cụ thể từ 1 đến 5 node độ trễ EDCF-DFS và EDCF chuẩn là tương đương, khi số node tăng từ 6 đến 9 node thì EDCF-DFS cho kết quả tốt hơn. Ngược lại từ 10 đến 12 node EDCF-DFS cho kết quả kém hơn nguyên nhân do quá trình thực nghiệm khi số node tăng lên vẫn chưa thay đổi trọng số tải. Hơn nữa, với thực nghiệm này chúng tôi đã làm với nhiều tỷ lệ theo trọng số của tải khác nhau. Mục đích là xem xét sự ảnh hưởng qua lại giữa thông lượng và độ trễ tùy theo yêu cầu về sự ưu tiên. Nếu chọn trọng số tải cho các AC có độ ưu tiên cao lớn thì độ trễ giảm và ngược lại.
Tóm lại: Qua quá trình mô phỏng trên cho ta thấy việc áp dụng EDCF- DFS cho kết quả đảm bảo sự công bằng tốt hơn so với EDCF chuẩn, trong khi đó vẫn đảm bảo được sự ưu tiên về thời gian dựa trên loại lưu lượng. Qua kết quả mô phỏng cho thấy trong trường hợp mạng sử dụng với hiệu suất dưới 60% thì DFS và EDCF là tương đương nhưng điểm nỗi bật là khi mạng làm việc với cường độ cao thì áp dụng EDCF-DFS mạng hoạt động tốt hơn hẳn so với EDCF chuẩn, điều này cho thấy khi mạng hoạt động cường độ cao xác suất đụng độ xảy ra lớn việc áp dụng EDCF-DFS đã tính toán thời gian backoff interval kết hợp sự ưu tiên lưu lượng và trọng số của tải hợp lý hơn EDCF chuẩn làm giảm xác suất đụng độ góp phần nâng cao hiệu năng và đảm bảo sự công bằng cho mạng. Thực nghiệm cũng đã chỉ ra rằng việc lựa chọn
trọng số của tải có hỗ trợ đảm bảo cận dưới về thông lượng cho các AC có độ ưu tiên thấp.
Thực nghiệm thứ ba
Kiến trúc mạng như thực nghiệm thứ hai (hình 4.4), kịch bản ở đây chỉ khác là thay vì mạng đồng nhất chỉ sử dụng gói tin UDP trước đây, sử dụng thêm loại gói tin TCP cho các AC có độ ưu tiên thấp. Cho một node sử dụng TCP trên các AC có độ ưu tiên thấp, tăng dần số trạm sử dụng UDP. Các trạm kết nối đến AP với băng thông 2Mbs. Kết quả mô phỏng.
Số node UDP
EDCF EDCF-DFS AC[2] AC[3] AC[2] AC[3] 1 12944 5266 9256 7126 3 5770 1412 4968 2926 5 4098 294 2978 1566
7 3270 96 2408 1260
9 2034 16 2132 1084
Bảng 4.6: Số gói tin TCP nhận được trên các AC khi tăng dần số node dùng UDP từ 1 đến 9 node
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Number UDP node
N um be r P a c k e t EDCF_AC[2] EDCF_AC[3] DFS_AC[2] DFS_AC[3]
1TCP-1UDP 1TCP-3UDP 1TCP-5UDP 1TCP-7UDP 1TCP-9UDP
Hình 4.9: Số gói tin TCP nhận được trên các AC khi tăng dần số node dùng UDP từ 1 đến 9 node
Kết quả mô phỏng hình 4.8 cho thấy khi tăng số trạm sử dụng UDP số gói tin TCP gửi qua mạng giảm một cách nhanh chóng đối với EDCF lý do gói tin UDP có độ ưu tiên cao hơn TCP. Chúng ta quan sát trên AC[3] khi số trạm sử dụng UDP tăng lên 9 trạm số gói TCP nhận được chỉ có 16 gói và dần về 0, các dịch vụ sử dụng qua AC[3] xem như bị từ chối hoàn toàn, điều này thể hiện sự mất công bằng về tải cũng như không đảm bảo chất lượng dịch vụ đối với những AC có độ ưu tiên thấp. Trong khi đó nếu áp dụng EDCF-DFS thì số gói tin TCP gửi qua AC[3] khi tăng UDP lên 9 node vẫn rất lớn là 1084 gói gấp hơn 67 lần so với EDCF. Đối với EDCF-DFS gói tin trên AC có độ ưu tiên thấp luôn đảm bảo cận dưới, đảm bảo chất lượng cho dịch vụ sử dụng trên AC[3] hay nói cách khác là công bằng hơn EDCF.
Để làm rõ hơn tôi tiến hành thực hiện tiếp mô phỏng như sau: các trạm chỉ sử dụng AC[0] và AC[2], AC[0] có độ ưu tiên cao sử dụng UDP còn AC[2] sử dụng TCP tăng đần số node tham gia vào mạng quan sát lưu lượng của AC[2] cho kết quả như sau.
Node 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
EDCF 16875 22045 15028 9762 6356 5058 5081 4449 3791 3412 2844 2320
EDCF +DFS
16785 18623 14717 11257 10082 9842 9039 8716 8067 7917 8086 7890
Bảng 4.7: Số gói tin TCP nhận được trên AC[2] khi tăng dần số node từ 1 đến 12 node
Total Packets AC_2 use TCP 0 5000 10000 15000 20000 25000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Number node Pa c k e ts EDCF DFS+EDCF
Hình 4.10: Số gói tin TCP nhận được trên AC[2] khi tăng dần số node từ 1 đến 12 node
Qua kết quả mô phỏng hình 4.9 cho thấy khi tăng dần số trạm (node) thì số gói tin TCP gửi qua mạng giảm, nhưng nếu sử dụng EDCF-DFS thì đảm bảo một cận dưới cho dịch vụ. Trong khi đó độ trễ trên có độ ưu tiên cao AC[0] là tương đương.
Qua thí nghiệm này cho thấy khi áp dụng EDCF-DFS với mạng sử dụng đồng thời hai loại gói tin TCP và UDP đều cho kết quả tốt và đảm bảo công bằng và có đảm bảo cận dưới cho các AC có độ ưu tiên thấp.
4.5 Kết luận chương
Qua thực nghiệm đã chứng minh rằng IEEE 802.11e với cơ chế truy cập môi trường truyền EDCF chỉ ưu tiên theo thời gian dựa trên loại lưu lượng dịch vụ, không đảm bảo sự công bằng về thông lượng. Bằng việc gán thêm trọng số ưu tiên về tải tương ứng cho mỗi AC, kết hợp với tính toán lại backoff interval dựa trên thuật toán EDCF-DFS đã hỗ trợ đảm bảo công bằng theo kiểu lưu lượng kết hợp với trọng số của tải trên IEEE 802.11e EDCF và đảm bảo cận dưới thông lượng cho các AC có độ ưu tiên thấp.
Xét về sự công bằng giữa các node thì chỉ số công bằng EDCF chuẩn chỉ đạt được dưới 0.9 trong khi đó EDCF-DFS đạt trên 0.95, nếu xét về sự công bằng giữa các AC thì EDCF-DFS đảm bảo công bằng tốt hơn trên tất cả các AC đặc biệt qua thực nghiệm trên AC[2] chỉ số công bằng EDCF chuẩn chưa đạt 0.5 trong khi đó EDCF-DFS cho kết quả là trên 0.9.
Xét ở khía cạnh khác là đảm bảo cận dưới chất lượng dịch vụ cho AC có độ ưu tiên thấp thì qua thực nghiệm thứ ba cho chúng ta thấy số gói tin TCP trên AC[3] khi áp dụng EDCF-DFS luôn đảm bảo (EDCF chỉ có 16 gói tin được gửi qua mạng, EDCF-DFS có 1084 gói gấp hơn 67 lần). Ngoài ra, khi mạng hoạt động với cường độ cao (tải lớn) thì EDCF-DFS cho hiệu năng tốt hơn EDCF chuẩn khoảng 8 đến 9%. Với những AC có độ ưu tiên thấp vẫn đảm bảo thông lượng tối thiểu để cung cấp dịch vụ. Kết quả này đúng với mạng sử dụng với cả hai loại gói tin UDP hay TCP.
Thực nghiệm cho chúng ta thấy rằng: backoff interval là một trong những tham số rất quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến hiệu năng của WLAN.
Nếu lựa chọn backoff interval phù hợp làm giảm thời gian chờ, xác suất đụng độ nâng cao hiệu năng của mạng và đảm bảo sự công bằng.
Bên cạnh đó còn một số hạn chế là việc tính toán lựa chọn backoff interval phù hợp dựa vào thời gian truyền gói tin trước đó là tương đối phức tạp khi nỗi node có mỗi chính sách khác nhau, và độ phức tạp tăng lên rất lớn khi kích cở gói tin luôn thay đổi. Thực nghiệm mà tôi đã làm chỉ với trường hợp là tất cả các node có cùng chính sách như nhau với các gói tin gửi được xem có kích thước không đổi.
KẾT LUẬN
Trong những năm gần đây, Internet phát triển một cách nhanh chóng trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, WLAN đang trở nên phổ biến, sự bùng nổ của các ứng dụng yêu cầu về thời gian thực như voice, video, video conferencing,... đòi hỏi cần cung cấp dịch vụ QoS. IEEE 802.11 là chuẩn được chấp nhận từ lâu và áp dụng rộng rãi. Nhưng hạn chế lớn nhất chuẩn IEEE 802.11 không cung cấp khả năng hỗ trợ QoS. Chuẩn IEEE 802.11e ra đời đã cung cấp dịch vụ QoS.
Với mục tiêu cũng như phạm vi nghiên cứu của luận văn, luận văn đã trình bày những hạn chế về QoS của chuẩn IEEE 802.11 MAC với hai cơ chế truy cập môi trường truyền quan trọng là chức năng phối hợp phân tán DCF và chức năng phối hợp điểm PCF. DCF giải quyết vấn đề tranh chấp môi trường truyền thông qua cơ chế đa truy cập cảm nhận sóng mang tránh tắc nghẽn CSMA/CA và thủ tục quay lui ngẫu nhiên. Còn PCF sử dụng phương thức thăm dò với sự hỗ trợ của bộ phối hợp điểm nằm trong AP. Chuẩn IEEE 802.11e được cải tiến dựa trên IEEE 802.11 MAC cung cấp dịch vụ QoS dựa trên ưu tiên theo kiểu lưu lượng và sử dụng cơ hội truyền XTOP với chức năng phối hợp lai HCF dựa trên hai cơ chế truy cập môi trường truyền EDCF cải tiến từ DCF và HCCA được cải tiến từ PCF.
Luận văn đã đi sâu nghiên cứu sự công bằng trên IEEE 802.11, ảnh hưởng sự mất công bằng đến chất lượng dịch vụ và các kỹ thuật đảm bảo tính công bằng. Qua nghiên cứu luận văn đã chỉ ra IEEE 802.11e EDCF đã cung