thí nghiệm 4.2) vớ i mu ̣c đích khảo sát và đánh giá khả năng đảm bảo chất lươ ̣ng di ̣ch vụ của mạng LAN không dây IEEE 802.11e.
Trong thí nghiệm 4.1, tôi xây dựng các mô phỏng nhằm so sánh khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của mạng LAN không dây IEEE 802.11 và IEEE 802.11e để khảo sát sự ha ̣n chế trong đảm bảo chất lượng di ̣ch vu ̣ của ma ̣ng LAN không dây IEEE 802.11 và chứng minh chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11e có khả n ăng phân loại và xử lý ưu tiên cho lưu lượng của các ứng dụng yều cầu khác nhau về đảm bảo chất lượng dịch vụ.
Trong thí nghiê ̣m 4.2, tôi thực hiê ̣n mô phỏng để đánh giá khả năng đảm bảo chất lươ ̣ng di ̣ch vu ̣ của chuẩn ma ̣ng LAN không dây IEEE 802.11e bằng việc quan sát sự biến thiên của các đại lượng cần đảm bảo chất lượng dịch vụ khi tải đưa vào mạng thay đổi. Từ đó, ta có thể đánh giá được hiệu quả hoạt động của các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ trong phân loại và xử lý ưu tiên cho các lưu lượng có các mức ưu tiên khác nhau khi tải đưa vào mạng ở các trạng thái tải nhẹ, tải đưa vào mạng dần tới ngưỡng quá tải và quá tải.
IV.3.1. Thí nghiệm 4.1
Như đã giới thiê ̣u ở trên , thí nghiệm 4.1 nhằm mu ̣c đích nghiên cứu sự ha ̣n chế trong đảm bả o chất lượng di ̣c h vụ của chuẩn mạng LAN IEEE 802.11 và kiểm chứng
56
khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của chuẩn mạng LAN IEEE 802.11e sử du ̣ng cơ chế EDCA. Các mô phỏng sử dụng trong thí nghiệm đươ ̣c xây dựng dựa trên cấu trúc mạng không dây có cơ sở hạ tầng . Đây là cấu trúc ma ̣ng hỗn hợp giữa ma ̣ng có dây và mạng không dây sử du ̣ng rất phổ biến trong đời sống thực. Khảo sát khả năng đảm bảo chất lươ ̣ng di ̣ch vu ̣ của hai chuẩn ma ̣ng LAN không dây IEEE 802.11 và IEEE 802.11e thực chất là khảo sát khả năng đảm bảo chất lượng của các chức năng điều khiển truy câ ̣p môi trường truyền ta ̣i tầng MAC . Trong khuôn khổ của luâ ̣n văn , tôi nghiên cứu, so sánh khả năng đảm bảo chất lư ợng dịch vụ của chức năng DCF và cơ chế EDCA (cả hai được thiết kế dựa trên cơ chế điều khiển truy cập có tranh chấp ). Do đó, tôi sử du ̣ng các tra ̣m sinh lưu lượng là các trạm không dây cho một tình huống thực tế là các tra ̣m không dây kết nối Internet qua điểm truy câ ̣p trung tâm (AP – hay còn gọi là trạm cơ sở BS ) và trên các trạm không dây chạy các ứng dụng sinh lưu lượng dạng voice, video và gửi tê ̣p (upload file) cần được đảm bảo các đa ̣i lượng chấ t lượng khác nhau. Cụ thể, trong các mô phỏng, tôi thiết lâ ̣p và quan sát 3 luồng lưu lượng của 3 ứng dụng là:
Truyền âm thanh (Voice): nguồn sinh lưu lượng CBR, sử du ̣ng giao thức giao vâ ̣n UDP, phát với tốc độ không đổi 128Kbps
Truyền hình ảnh (Video): nguồn sinh lưu lượng CBR , sử du ̣ng giao thức giao vâ ̣n UDP, phát với tốc độ không đổi 768 Kpbs
Gửi tê ̣p (FTP): nguồn sinh lưu lượng FTP, sử du ̣ng giao thức giao vâ ̣n TCP. Các nguồn sinh lưu lượng này cùng phát tại trạm di động đến cùng một trạm có dây thông qua tra ̣m truy câ ̣p trung tâm . Để khảo sát chi tiết hơn cho các trường hợp tranh chấp ngoại trạm (các lưu lượng sinh ra từ các trạm di động khác nhau ) và tranh chấp nội trạm (các lưu lươ ̣ng đươ ̣c sinh ra từ cùng mô ̣t tra ̣m di đô ̣ng ), tôi xây dựng cấu hình mô phỏng cho 2 trường hợp:
Trường hợp 1: các lưu lượng Voice , Video, FTP được sinh từ các ứng du ̣ng chạy trên các trạm không dây khác nhau (như mô tả trong hình 4.2a).
Trường hợp 2: các lưu lượng Voice , Video, FTP được sinh từ các ứng du ̣ng chạy trên cùng một trạm không dây (như mô tả trong hình 4.2b).
57
Hình 4.2a: Mô hình mô phỏng khảo sát đả m bảo QoS trong trƣờng hợp các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh ra tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên các tra ̣m không dây khác nhau .
Hình 4.2b: Mô hình mô phỏng khảo sát đả m bảo QoS trong trƣờng hợp các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh ra tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên cùng mô ̣t tra ̣m không dây
Khi khảo sát sự ha ̣n ch ế về đảm bảo chất lượng dịch vụ của mạng LAN không dây IEEE 802.11 và kiểm chứ ng khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của mạng LAN không dây 802.11e, tôi quan sát sự biến đổi của thông lươ ̣ng và đô ̣ trễ đầu cuối – đầu cuối theo thời gian của các lưu lượng.
58
Thông lượng theo thời gian: Thông lượng là số đơn vị thông tin tính trung
bình được vận chuyển qua mạng trong một đơn vị thời gian (ở đây tôi chọn là 1 giây). Thông lượng theo thời gian là tập các thông lượng đo được theo từng đơn vị thời gian trong mô phỏng.
Độ trễ đầu cuối – đầu cuối theo thời gian: Độ trễ đầu cuối là khoảng thời gian
để vận chuyển một gói số liệu qua mạng, từ nguồn tới đích. Trong đoạn mã tính toán độ trễ đầu cuối được tôi tính bằng hiệu thời điểm nhận được một gói tin tại trạm đích và thời điểm gửi gói tin đó tại trạm nguồn. Độ trễ đầu cuối theo thời gian là tập hợp các độ trễ đầu cuối đo được cho từng gói tin và thời điểm nhận được gói tin đó tại đích.
IV.3.1.1 Khảo sát hạn chế về dảm bảo chất lượng di ̣ch vụ của mạng LAN không dây
IEEE 802.11
Sau khi thực hiện mô phỏng cho ma ̣ng IEEE 802.11 và phân tích kết quả từ các tệp ghi vết sự kiện mạng, tôi thu được các biểu đồ biểu diễn thông lượng và độ trễ của các luồng lưu lượng theo thời gian mô phỏng trong trường hợp các ứng dụng sinh lưu lượng nằm trên các trạm không dây khác nhau (hình 4.3) và các ứng dụng sinh lưu lượng nằm trên cùng một trạm không dây (hình 4.4).
59
(a)Sự biến thiên thông lượng của các lưu lượng theo thời gian
(b)Sự biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lưu lượng theo thời gian
Hình 4.3: Sƣ̣ biến thiên thông lƣơ ̣ng và độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lƣu lƣợng trong trƣờng hơ ̣p các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên các tra ̣m không
dây khác nhau.
Như biểu diễn trong hình 4.3a, thông lượng của luồng dữ liệu Video dao động mạnh trong khoảng từ 150Kbps đến 500Kpbs, quanh giá trình trung bình bằng 315Kbps. Kết quả này cho thấy lưu lượng Video không được đảm bảo về thông lượng (so với yêu cầu 768 Kbps). Ngoài ra, độ thăng giáng thông lượng này cũng lớn, không thể chấp nhận đối với các ứng dụng thời gian thực vốn yêu cầu khắt khe với tính không đổi của luồng dữ liệu truyền tải. Trong khi đó, lưu lượng FTP vốn không cần đảm bảo về thông lượng lại có thông lượng khá cao.
Hình 4.3b biểu diễn sự biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các luồng dữ liệu FTP, Video và Voice, cho thấy độ trễ đầu cuối – đầu cuối cho nguồn video và voice là lớn, không được đảm bảo (đối với các ứng dụng truyền thông video, độ trễ đảm bảo cần phải đảm báo dưới 150ms và đối với các ứng dụng truyền thông voice, độ trễ đòi hỏi rất khắt khe, dưới 10ms). Từ đồ thị cũng cho ta thấy thăng giáng độ trễ đầu cuối –
60
đầu cuối của nguồn video và voice là rất lớn so với mức thăng giáng yêu cầu 10ms cho các ứng dụng loại này.
(a)Sự biến thiên thông lượng của các lưu lượng theo thời gian
(b)Sự biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lưu lượng theo thời gian
Hình 4.4: Sƣ̣ biến thiên thông lƣơ ̣ng và độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lƣu lƣơ ̣ng trong trƣờng hơ ̣p các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên cùng mô ̣t tra ̣m
không dây.
Hình 4.4 biểu diễn thông lượng và độ trễ của các lưu lượng FTP, Video và Voice theo thời gian trong trường hợp mô phỏng các lưu lượng được sinh ra bởi các ứng dụng chạy trên cùng một trạm di động. Khác với trường hợp khi các lưu lượng được sinh ra bởi các ứng dụng chạy trên các trạm di động khác nhau, thông lượng cho các lưu lượng Video và Voice tương đối được đảm bảo tuy thăng giáng băng thông của lưu lượng Video còn khá lớn. Tuy nhiên, đối với độ trễ đầu cuối (hình 4.4b), tất cả các lưu lượng giống nhau, đều rất cao, không thể chấp nhận đối với các ứng dụng Video và Voice. Đây là mô hình mô phỏng minh chứng rõ nét nhất cho giả thiết: “DCF cung cấp những dịch vụ giống nhau cho các ứng dụng tầng trên, không quan tâm đến yêu cầu về chất lượng dịch vụ của ứng dụng đó, không có sự hỗ trợ nào cho việc phân biệt các dịch vụ”.
61
IV.3.1.2 Kiểm chứng khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng LAN không
dây IEEE 802.11e
Sử dụng cùng một mô hình và các thông số mô phỏng sử du ̣ng cho mô phỏng ma ̣ng IEEE 802.11 nêu trên, tôi thực hiê ̣n mô phỏng trên ma ̣ng LAN không dây 802.11e. Sau khi phân tích kết quả từ các tệp ghi vết sự kiện mạng, tôi thu được các biểu đồ biểu diễn sự biến thiên thông lượng và độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lưu lượng theo thời gian trong trường hợp các ứng dụng sinh lưu lượng nằm trên các trạm không dây khác nhau (hình 4.5) và các ứng dụng sinh lưu lượng nằm trên cùng một trạm không dây (hình 4.6).
(a) Sự biến thiên thông lượng của các lưu lượng theo thời gian
(b) Sự biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lưu lượng theo thời gian
Hình 4.5: Sƣ̣ biến thiên thông lƣơ ̣ng và độ trễ đầu cuối – đẩu cuối của các lƣu lƣơ ̣ng trong trƣờng hơ ̣p các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên cùng các tra ̣m
62
(a)Sự biến thiên thông lượng của các lưu lượng theo thời gian
(b)Sự biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của các lưu lượng theo thời gian
Hình 4.6: Sƣ̣ biến thiên thông lƣơ ̣ng và độ trễ đầu cuối – đẩu cuối của các lƣu lƣơ ̣ng trong trƣờng hơ ̣p các lƣu lƣơ ̣ng đƣơ ̣c sinh tƣ̀ các ƣ́ng du ̣ng cha ̣y trên cùng các tra ̣m
không dây khác nhau.
Khác hoàn toàn so với các kết quả thu được khi mô phỏng mạng IEEE 802.11 như trong hình 4.3 và 4.4, các kết quả cho mô phỏng mạng IEEE 802.11e giống nhau trong cả hai trường hợp các lưu lượng được sinh ra bởi các ứng dụng chạy trên các trạm không dây khác nhau khác nhau và trên cùng một trạm không dây (hình 4.5 và 4.6). Với cả hai trường hợp khi mô phỏng mạng IEEE 802.11e, băng thông (hình 4.5a và 4.6a) đều cho thấy thông lượng của lưu lượng Video và Voice được đảm bảo: thông lượng của lưu lượng Video và Voice nằm trong khoảng tương ứng là 768Kbps và 128 Kbps, phù hợp với yêu cầu của ứng dụng sinh lưu lượng; thăng giáng lưu lượng theo
63
thời gian cũng là nhỏ, đảm bảo cho các ứng dụng video và voice. Thông lượng của nguồn FTP được hạn chế, dành băng thông cho các ứng dụng khác có độ ưu tiên cao hơn.
Hình 4.5b và 4.6b biểu diễn độ trễ đầu cuối của các lưu lượng FTP, Video và Voice trong mô phỏng mạng IEEE 802.11e. Các biểu đồ này cho thấy độ trễ đầu cuối của lưu lượng Voice (trong khoảng 6ms đến 10ms) nhỏ hơn độ trễ đầu cuối của lưu lượng Video (từ 20ms đến 50ms) và nhỏ hơn rất nhiều so với độ trễ đầu cuối của lưu lượng FTP (nằm trong khoảng 300ms đến 400ms). Các độ trễ đầu cuối này là đảm bảo cho các ứng dụng Voice và Video, minh chứng cho lập luận những lưu lượng có loại AC có độ ưu tiên cao sẽ có lợi thế hơn trong việc giành quyền truy cập môi trường truyền, do đó sẽ có độ trễ cao hơn và băng thông được đảm bảo tốt hơn.
IV.3.2. Thí nghiệm 4.2