Chương 4: Đánh giá hiệu suất WLDA+ bằng mô phỏng

Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



mạng và các module trong thư viện, đồng thời cho các source bắt đầu

phát hoặc dừng các gói tin theo lịch.



II. Mô phỏng thuật toán WLDA+ bằng NS

Để kiểm nghiệm hiệu suất của giao thức qua phần mềm NS2,

chúng tôi cài đặt phiên bản NS2.30 trên hệ điều hành Linux Fedora 6.0,

sau đó sử dụng ngôn ngữ kịch bản Script Tcl để xây dựng các topo mạng

và mô phỏng những kỹ thuật cơ bản trong NS về lưu lượng, độ trễ, độ

thăng giáng của các luồng đa phương tiện và TCP, sự cải thiện hiệu suất

của mạng khi thay đổi các chiến lược hàng đợi và tỷ lệ lỗi cao trong môi

trường mạng không dây. Chúng tôi sử dụng lại kết quả nghiên cứu về

WLDA+ của tác giả để thấy rõ ưu điểm của thuật toán này.



1. Cấu hình mô phỏng WLDA+

Dưới đây trình bày kết quả mô phỏng của tác giả [4] để thấy hiệu

suất của WLDA+. Thực hiện kiểm chứng kỹ thuật, tác giả thiết lập một

sơ đồ mạng như hình vẽ:



Hình 4.5 Topo mô phỏng WLDA+

Với mục đích kiểm tra cả 2 phiên bản WR0LDA+ và WIN-LDA+

của WLDA+, tác giả theo dõi một vài mô hình với những kịch bản khác

nhau. Mỗi một kịch bản được mô phỏng 5 lần và biểu diễn kết quả trung

bình được thực hiện trong những lần chạy khác nhau. Với 100s đầu tiên

(Tobs) có thể coi là thời gian quan sát và được bỏ qua. Kích cỡ của gói tin

được giữ với hằng số 1000 bytes, là kích cỡ thường xuyên được dùng

trong các ứng dụng hội thảo truyền hình.

Trang 90



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Liên kết giữa router và trạm làm việc BS (Base Station) có dải

thông là 10Mbs và độ trễ tín hiệu lan truyền là ґ, đại diện cho cấu hình

của mạng LAN. Router và BS được mô hình hoá dùng một RED router

để bảo đảm rằng tất cả các luồng nhận cùng một tỷ lệ lỗi và tránh sự

đồng bộ hóa giữa chúng. Vị trí cổ chai là giữa router và BS được đưa vào

một độ trễ tối đa ґrouter của 0,1 giây cho tương ứng với thời gian lưu trữ dữ

liệu. BS chỉ như là nơi phục vụ phân tải dữ liệu tới những thiết bị di động

cuối và một xác xuất mất dữ liệu (Pe) cũng được đưa vào để kiểm

nghiệm. Thực thể gửi được đặt trong các trạm có dây và khởi động với

tốc độ truyền là 10kb/s.

Mạng không dây được giả định hoạt động ở tần số 2.4 Ghz dùng

tiêu chuẩn 802.11. Băng thông cam kết trong kênh mạng không dây được

đặt là 11Mbps. Với một mô hình lỗi trên đường truyền không dây là mô

hình lỗi Markov 2 trạng thái thì việc mất dữ liệu của WaveLAN được

phát hiện ra có tỷ lệ lỗi trung bình là 3% trong khoảng cách dưới 100m.

Trong mô phỏng này tác giả chọn kích cỡ của gói tin bằng 1000 bytes thì

thấy một tỷ lệ lỗi khoảng 0,5%. Để đánh giá các trường hợp khác, xác

suất lỗi Pe trong kênh được thay đổi từ 0,5% đến 5%. Những đối số này

được biểu diễn trong kênh có tỷ lệ lỗi thấp và lỗi cao (tương ứng với tỷ lệ

mất gói tin riêng biệt là 0,5% và 5%). Cuối cùng, tác giả cho số lượng của

các thực thể gửi được biến đổi từ 20 đến 100.



2. Đánh giá độ chính xác của các lược đồ lỗi.

Với cấu hình như trên, đầu tiên tác giả đánh giá độ chính xác của

cả hai lược đồ. Mô phỏng được cấu hình với 20 thực thể gửi và độ trễ tín

hiệu ґ trong 150msec. Xác suất lỗi được đặt là 0.5%, đây là tỉ lệ các gói

tin đi qua liên kết không dây và bị mất do nhiễu và các nguyên nhân

khác. Số lượng lỗi truyền thực tế trong mạng không dây (A) được so sánh

với số lượng dữ liệu mất của mạng không dây được bởi lược đồ (M).

Trang 91



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Dựa trên những kết quả được biểu diễn trong hình 4.6, độ chính

xác (Ac) được tính toán như là tỷ lệ giữa số lỗi truyền không dây đo được

trên tổng số những gói tin thực sự bị huỷ bỏ trong kênh mạng không dây

(Số thực tế). Ví dụ: Nếu 100 gói dữ liệu bị mất trong mạng không dây

xuất hiện và WIN-LDA+ nhận ra chỉ 95 gói dữ liệu mất, thì độ chính xác

trong trường hợp này là 0.95.



Hình 4.6 Độ chính xác của WRO-LDA+ (a), WIN-LDA+ (b)

Hình 4.6 minh hoạ độ chính xác của cả hai thuật toán WR OLDA+ và WIN-LDA+. Nếu độ chính xác (Ac) là gần tới 1 thì thuật toán

đã phát hiện được hầu hết tất cả các lỗi truyền mạng không dây trong

kênh. Thuật toán WIN-LDA+ cho thấy tính chính xác tốt hơn trong việc

phát hiện đúng nguyên nhân gói tin bị mất. Với thuật toán WIN-LDA+,

kết quả đã cho thấy sự hiệu quả đối với những luồng UDP mà ở đó độ

chính xác dao động tiến tới một. Ngoài ra, mô tả thống kê đã được dùng

để kiểm tra tính chất chính xác và tính đúng đắn đối với cả 2 lược đồ trên.

Đối với WIN-LDA+, tổng số những gói tin lỗi trong mạng không dây có

giá trị “thực tế” là 40826 và những giá trị “đo lường” là 40721. Còn

với WRO-LDA+ đã phát hiện giá trị “thực tế” là 44940 gói tin và giá trị

“đo lường” là 50658. Các kết quả trên cho thấy độ chính xác khá tốt đối

với cả hai lược đồ. Xét một cách chi tiết, qua mô tả thống kê cho thấy độ

chính xác của WIN-LDA+ tốt hơn WRO-LDA+.

Trang 92



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Hình 4.7 So sánh tính chính xác của 2 lược đồ



3. Đánh giá hiệu suất của các kỹ thuật.

Cùng với cấu hình mô phỏng như trên, tác giả đánh giá tốc độ

truyền đối của các phiên bản WLDA+ và LDA+ một cách riêng biệt. Dựa

trên tốc độ truyền của WIN-LDA+ và WRO-LDA+ cho thấy chúng hội tụ

ở khoảng 200 KBps. Tuy nhiên, dùng LDA+ mà không dùng bất kỳ một

thuật toán phát hiện lỗi nào khác thì tỷ lệ truyền chỉ hội tụ ở 175KBps

(Hình 4.8).

Hơn nữa, hai phiên bản của WLDA+ cũng cho ta thấy giá trị mất

dữ liệu nhỏ, chỉ khoảng 0.42% với WIN-LDA+ và 0,43% với WR OLDA+. Trong trường hợp của LDA+ tổng số dữ liệu mất lên tới 0,56%.

Qua đó ta thấy rằng nhận thức đúng đắn hiệu quả của việc phân biệt

nguyên nhân mất dữ liệu trong mạng không dây làm giảm tổng số dữ liệu

bị mất do đó tỷ lệ truyền được tăng tối ưu giống như minh hoạ dưới đây:



Hình 4.8 So sánh tốc độ truyền của các kỹ thuật



Trang 93



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



4. Đánh giá ảnh hưởng của những tỷ lệ lỗi khác nhau trong

mạng không dây:

Để đánh giá 2 phiên bản trong thuật toán WLDA trong các trường

hợp có tỷ lệ lỗi khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất, tác giả đã xây dựng

kịch bản với xác suất lỗi mất dữ liệu Pe khác nhau trong kênh mạng

không dây, cụ thể được dùng từ 0.5% đến 5% một cách riêng biệt. Số

lượng thực thể gửi được đặt là 50 nguồn gửi. Với Pe=0.5% hình dưới mô

tả số gói tin bị mất do mạng không dây (WRLS) và số gói tin dữ liệu bị

mất do tắc nghẽn (CONG), được phân biệt bởi WR O-LDA+ trong khoảng

thời gian là 400 giây.



Hình 4.9 Phân biệt mất dữ liệu bởi WRO-LDA+

Tuy nhiên, WRO-LDA+ phát hiện mất dữ liệu mạng không dây chỉ

trong tình trạng dưới tải, cụ thể là xung nhọn biểu diễn những gói tin bị

huỷ do tắc nghẽn. Lược đồ này không phát hiện ra bất kỳ những gói tin bị

lỗi trên đường truyền không dây nào khi mạng đang trong tình trạng tắc

nghẽn. Ở khía cạnh khác, kỹ thuật WIN-LDA+ có thể liên tục phân biệt

mất dữ liệu do mạng không dây và mất dữ liệu do tắc nghẽn như mô tả ở

hình dưới.



Trang 94



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Hình 4.10 Phân biệt mất dữ liệu bởi WIN-LDA+

Với xác suất lỗi Pe=5%, hình tiếp theo minh họa sự so sánh tốc độ

truyền của WIN-LDA+ được quản lý với tốc độ truyền ôn hòa hơn so với

lược đồ WR O-LDA+. Tuy nhiên, cả hai lược đồ cũng chỉ hội tụ ở mức

75Kbps sau 230 giây trong khi LDA+ đạt được một tốc độ truyền chỉ là

40Kbps. Qua đó có thể thấy rất rõ ràng về ưu điểm trong việc dùng thêm

thuật toán lỗi khác so với LDA+ thông thường. Nếu áp dụng WLDA+ tỷ

lệ truyền có thể được cải thiện lên đến 100%.



Hình 4.11 So sánh tốc độ truyền với xác suất Pe=5%

Hình 4.12 cho kết quả thống kê sự mất dữ liệu mạng không dây

với xác xuất lỗi Pe=0.5% được xác định bởi các phiên bản WLDA+. Độ

đo được biểu diễn dưới dạng Mx  Sx dẫn tới kết quả tương tự như giá trị

thực tế. Sự đúng đắn và độ chính xác của cả hai lược đồ này cũng đã

được biểu diễn lại cho trường hợp của mô hình với hơn 50 thực thể gửi và

tốc độ truyền được cải thiện như mô tả trong hình 4.11 (dùng việc cài đặt

Trang 95



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



thuật toán lỗi khác (WIN-LDA+ và WRO-LDA+). Nói một cách chính

xác hơn, ưu điểm của WLDA+ là đáng kể khi xác suất lỗi trong kênh

truyền không dây là cao, Pe ~ 5%.



Hình 4.12 Thống kê những lược đồ lỗi khác nhau



5. Tính khả triển của WLDA+

Để kiểm tra tính khả triển của việc cài đặt WLDA+, tác giả đã tạo

kịch bản mô phỏng với 20 và 50 thực thể gửi. Khi đánh giá với 100 thực

thể gửi và xác suất lỗi trong kênh truyền không dây Pe=0.5%, hình 4.13

cho thấy sự so sánh tốc độ truyền của WIN-LDA+, WRO-LDA+ và

LDA+. Tốc độ truyền dao động đột ngột khoảng 40 KBps khi dùng cả 2

phiên bản của WLDA+. Do đó, 100 thực thể gửi là quá tải bộ đệm của

trạm cơ bản (BS). Một mặt khi chuyển vào trong một xác suất xung đột

lớn, xác suất này sẽ gây ra độ trễ truy cập đến kênh truyền radio. Mặt

khác, khi kênh bị chia sẻ bởi một số lượng lớn nguồn phát thì khả năng

chứa của kênh được nhận biết bởi những nguồn riêng biệt là nhỏ hơn.



Hình 4.13 So sánh tốc độ truyền với 100 sender

Với việc giả lập này tác giả phát hiện ra số những gói tin bị huỷ bỏ

vì tình trạng tắc nghẽn tăng đáng kể. Chỉ dùng 1 trạm không đảm bảo an

toàn bao phủ vùng của 100 thực thể gửi. Tuy nhiên, kết quả được biểu

Trang 96



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



diễn trong hình 4.13 của các phiên bản WLDA+ vẫn có thể duy trì một

tốc độ truyền chấp nhận được (khoảng 40Kbps) trong tình trạng mạng

quá tải. Còn nếu áp dụng LDA+ thì tốc độ truyền chỉ khoảng 25Kbps.



Trang 97



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Kết luận và phương hướng nghiên cứu

Kết luận

Qua các kết quả nghiên cứu chúng tôi một lần nữa khẳng định. Với

các kỹ thuật cải tiến TCP-friendly cho hệ thống End-to-End mà cụ thể là

kỹ thuật WLDA+ điều chỉnh tốc độ truyền của thực thể gửi tùy thuộc vào

tình trạng mất dữ liệu, độ trễ mạng sẽ nâng cao hiệu suất sử dụng mạng,

giảm tỷ lệ mất gói tin, độ chính xác cao và đảm bảo tính công bằng

đường truyền đặc biệt trong môi trường mạng hỗn hợp đang ngày một

phát triển.

Kết quả mô phỏng cho thấy sự cải thiện rõ ràng hiệu suất của thuật

toán điều khiển tắc nghẽn LDA+ khi có các lược đồ lỗi khác được tích

hợp. Hai phiên bản của WLDA+ thể hiện có được một độ chính xác tốt về

đánh giá đúng nguyên nhân lỗi với tỷ lệ xác suất lỗi thấp trong kênh

mạng không dây, dưới 0.5%. Hiệu suất của WLDA+ bị giảm một phần

nếu dùng xác suất lỗi cao đến 5%, giá trị đó được coi như là tỷ lệ lỗi cao

trong mạng không dây. Dùng WIN-LDA+ và WRO-LDA+, tốc độ truyền

cho thấy được cải thiện 100% so với kết quả của LDA+. Vì có khả năng

phân biệt lỗi truyền trong mạng không dây với độ chính xác lớn, hai

phiên bản của WLDA+ đã thể hiện những đặc tính tốt, chúng có thể được

cài đặt như những lược đồ điều khiển tắc nghẽn end-to-end cho những

môi trường mạng không dây.

So sánh hiệu suất giữa 2 lược đồ chúng ta thấy, WIN-LDA+ có thể

quản lý một cách đều đặn tốc độ truyền. Mặt khác, thông lượng WR OLDA+ thể hiện cao hơn nhưng có một mức độ dao động nhất định, đó

chính là do sự mất dữ liệu trong mạng không dây không được phân biệt

khi mạng ở trong tình trạng tắc nghẽn.



Trang 98



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Hiệu suất của WRO-LDA+ giảm đặc biệt trong tình trạng tắc nghẽn

mạng. Vì với nhiều thực thể gửi, tải mạng tăng và độ dài của hàng đợi là

thường xuyên lớn dẫn tới việc ROTT thường xuyên lớn. Do đó, dẫn đến

sự biến đổi trong giá trị của ROTT và mất dữ liệu mạng không dây bị

phân loại sai thành mất dữ liệu do tắc nghẽn.



Phương hướng nghiên cứu

Do những điều kiện khách quan và chủ quan, nghiên cứu của

chúng tôi chưa thật đầy đủ để phản ánh hết các trường hợp phát sinh của

thuật toán WLDA+ để làm nổi bật những ưu, khuyết của thuật toán này

trong môi trường thực tế.

Trong tương lai, chúng tôi có dự định sẽ kiểm thử kỹ thuật

WLDA+ trong mạng Multicast với nhiều trường hợp không chỉ là một

thiết bị không dây tại cuối đường link. Đồng thời chúng tôi cũng sẽ dành

thời gian cho việc thử nghiệm kết hợp các giải pháp đồng bộ như QoS, xử

lý hằng đợi , xử lý end-to-end để đảm bảo được một chất lượng mạng tốt

nhất cho các ứng dụng âm thanh, hình ảnh đang ngày trở nên phổ biến.

Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phó giáo sư, Tiến

sỹ Nguyễn Đình Việt đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá

trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các thầy cô giáo, bạn bè, đồng

nghiệp, gia đình, người thân đã hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn

thành luận văn này.



Trang 99



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng Việt

1. Nguyễn Đình Việt, đánh giá hiệu suất mạng máy tính (2003), luận

án tiến sỹ Toán học, Khoa Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

2. Vũ Duy Lợi, Mạng thông tin máy tính (2002), Nhà xuất bản thế

giới, Hà Nội

3. Báo cáo khoa học “So sánh hiệu suất của các kế hoạch kiểm soát

lỗi link-by-link và end-to-end trong mạng tốc độ cao” của PGS.TS

Nguyễn Đình Việt trong báo cáo tại Hội thảo Quốc Gia năm 2001

Tài liệu tiếng Anh

4. TCP- Friendly Congestion Control over Wireless NetWork

Vicente E.Mujica V.,Dorgham Sisalam (2004)

5. TCP- Friendly Congestion schema in the Internet

6. Congestion Avoidance and Control – Van Jacobson, Michael

J.Karels

7. The loss delay Based Adjustment Algorithm – Dorgham Sisalem,

Henning Schulzrinne

8. TCP- friendly for Multimedia Communication in the Internet –

Dorgham Sisalem

9. LDA+: A TCP-friendly Adaptation Scheme for multimedia

communication - Dorgham Sisalem, Adam Wolisz

10. The multimedia Transport Protocol RTP – Kevil jecffay 1999

11. RAP: end-to-end Rate-base Congestion Control Machenism for

Realtime Streams in the Internet – Reza Rejaie, Mark handley,

Deborah Estrin

12. Discriminating Congestion Losses From Wireless Losses using

Inter-Arrival at the Receiver.

13. RFC 1889 – RTP a Transport Protocol for Real-Time Applications

Trang 100