III. Một số kỹ thuật xử lý hàng đợi

Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Hình 3.2 Queue trong thuật toán FIFO

Tất cả các gói tin đến được đưa vào một hàng đợi duy nhất, không

có sự phân biệt theo mức ưu tiên của chúng. Đây là một hạn chế của

chiến lược FIFO, vì có thể nhiều gói tin có mức ưu tiên cao sẽ bị loại,

trong khi các gói tin có độ ưu tiên thấp hơn lại được phục vụ. Mặt khác,

các luồng có sự tăng đột biến về thông lượng thường gây ra sự chiếm giữ

độc quyền đường truyền, dẫn tới không công bằng cho các luồng khác.



Hình 3.3 Thuật toán FIFO

Ví dụ việc chuyển tiếp 5 gói tin theo cơ chế FCFS. Các gói tin đến

(miền arrivals) được đánh số thứ tự từ 1 đến 5, trong đó gói 2 có mức ưu

tiên thấp hơn các gói khác. Miền packet in service minh hoạ thời gian

phục vụ các gói tin, mỗi gói tin được phục vụ trong một khe thời gian.

Miền departures thể hiện thời điểm các gói tin thực sự được truyền đi.

Theo hình vẽ, gói tin thứ 2 có độ ưu tiên thấp hơn gói 3, nhưng nó vẫn

được phục vụ trước vì nó đến trước gói 3, sau đó là các gói 4, 5.



Trang 83



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Hình 3.4 Ví du về thuật toán FIFO

Priority Queuing: Sử dụng nhiều hàng đợi và có sự phân biệt mức

ưu tiên, các hàng đợi lần lượt được đưa vào sử dụng. Hết Q1 sẽ đến Q2

cho đến hết. Cũng chính vì vậy mà một số luồng dữ liệu có độ ưu tiên

thấp có thể không bao giờ được truyền đi.



Hình 3.5 Queue trong thuật toán Priority

Việc nhận biết các lớp ưu tiên thông qua các giá trị chứa trong

header của các gói tin, mỗi lớp gói tin có một hàng đợi riêng. Bộ lập lịch

của hàng đợi ưu tiên sẽ chọn các gói tin từ lớp có độ ưu tiên cao nhất nếu

hàng đợi dành riêng cho chúng không rỗng để truyền đi; sau khi truyền

hết các gói tin trong hàng đợi ưu tiên cao nhất nó mới truyền các gói tin

Trang 84



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



của hàng đợi có ưu tiên tiếp theo, v.v... Các gói tin trong một lớp ưu tiên

được chọn theo cơ chế FCFS.



Hình 3.6 Thuật toán Priority Queuing

Ví dụ việc sử dụng 2 lớp ưu tiên, các gói tin 1, 3, 4 thuộc lớp có độ

ưu tiên cao; các gói tin 2, 5 thuộc lớp có độ ưu tiên thấp hơn. Gói 1 tới

hàng đợi đầu tiên, khi đó đường truyền đang rỗi, nó được truyền đi ngay.

Sau đó gói tin thứ 2 và thứ 3 tới, gói thứ 2 có độ ưu tiên thấp nên gói thứ

3 được truyền trước, rồi tới gói thứ 2. Khi gói thứ 2 đang được truyền thì

gói thứ 4 có độ ưu tiên cao tới hàng đợi, gói tin thứ 2 vẫn tiếp tục được

truyền chứ không bị ngắt lại. Sau khi gói tin thứ 2 truyền xong tới gói thứ

4, v.v..



Hình 3.7 Ví dụ thuật toán Priority Queuing



Trang 85



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



PQ được cấu hình tĩnh, và không được hiệu chỉnh tự động theo sự

thay đổi yêu cầu của mạng.

Mặc dù PQ cung cấp một cách tiếp cận lập lịch đơn giản, nhưng nó

có thể gây ra sự thiếu băng thông cho các luồng có mức ưu tiên thấp. PQ

có thể dành hết băng thông để phục vụ cho luồng có ưu tiên cao, và nếu

băng thông hạn chế thì có thể dẫn tới những luồng thấp hơn không bao

giờ được phục vụ. Để tránh xảy ra tình trạng này, PQ phải được kết hợp

với các kỹ thuật nhằm hạn chế tốc độ của các lưu lượng có mức ưu tiên

cao, như Shaping hay CAR (Committed Access Rate).

Round Robin: Sử dụng nhiều Queues, không có sự ưu tiên và truyền lần

lượt các Queue, mỗi Queue một gói tin và lại lặp lại. Thuật toán này

thường bắt đầu từ trên xuống dưới. Nếu tất cả các gói tin là cùng cỡ, tất

cả các Queue chia sẻ băng thông là như nhau. Tuy nhiên thuật toán này

lại không có sự ưu tiên.



Hình 3.8 Queue trong thuật toán Round Robin

Cơ chế này đơn giản và dễ dàng cài đặt, tuy nhiên nó không giải

quyết được sự cấp phát dải thông công bằng do không quan tâm đến đặc

tính lưu lượng của các luồng gói tin đến như độ dài hàng đợi hiện tại,

mức độ ưu tiên của mỗi luồng gói tin. Vì vậy, những luồng có hàng đợi

Trang 86



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



dài (nhiều gói tin đang chờ) hoặc có mức ưu tiên cao hơn cũng chỉ được

cấp một lượng dải thông như các luồng khác.

Weighted Round Robin: Là thuật toán được phát triển nhằm cung cấp khả

năng ưu tiên cho thuật toán round robin dựa vào việc phục vụ theo trọng

số cho mỗi queue. Thuật toán này vận chuyển các gói tin từ mỗi queue

tương xứng với trọng số mà nó được gán, sau đó lại chuyển đến các

Queue khác.



Hình 3.9 Queue trong thuật toán Weighted Round Robin

Ngoài ra còn một số thuật toán Queues khác như: WFQ (Weight

Fair Queue), CBWFQ (Class base Fair queue), LLQ (Low letance queue)

Phương pháp dành chỗ trước tài nguyên đảm bảo được QoS nhưng

rất khó biết chính xác về những thành phần của luồng nên hiệu quả sử

dụng mạng thấp do lúc nào cũng phải dành trước tài nguyên ngay cả khi

không có nhu cầu. Đồng thời khó khăn và phức tạp trong việc triển khai

do không dễ dàng xác định được cần phải mở rộng băng thông là bao

nhiểu để cải thiện chất lượng dịch vụ trong tình trạng dưới tải.

Với kỹ thuật ưu tiên những gói dữ liệu khác nhau hoặc những

luồng khác nhau được đánh dấu với những mức độ ưu tiên khác nhau và

vì vậy được đối xử khác nhau ở tất cả các router trên mạng.

Trang 87



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Các kỹ thuật xử lý Queue ở trên nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ

cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện. Những gói tin âm thanh

và hình ảnh được gán mức ưu tiên cao luôn được ưu tiên xử lý trước. Các

kỹ thuật quản lý hàng đợi được cài đặt trên các bộ định tuyến hay các nút

trung gian trên các chặng đường của gói tin. Tuy nhiên, không phải thiết

bị trung gian nào cũng được cài đặt các kỹ thuật tương tự và cũng rất khó

để đồng bộ các kỹ thuật cải tiến lên mọi thiết bị trung gian trong mạng

Internet, nên việc áp dụng kỹ thuật nâng cao hiệu suất mạng theo hướng

link-by-link sẽ còn phải đầu tư nhiều thời gian, tiền của, công sức trong

tương lai.



Trang 88



Luận văn cao học – Nghiên cứu thuật toán WLDA+



2007



Chương 4: Đánh giá hiệu suất WLDA+

bằng mô phỏng

I. Cơ bản về NS

NS (Network Simulator) là một bộ chương trình máy tính mô

phỏng mạng được phát triển bởi dự án VINT (Virtual InterNetwwork)

của Bộ Quốc phòng Mỹ nhằm cung cấp cho những nhà nghiên cứu một

phương tiện để nghiên cứu hầu hết các vấn đề quan trọng của mạng IP.

NS cài đặt các giao thức mạng như TCP, UDP.. và các giao thức hỗ trợ

ứng dụng như FTP, Telnet, Web, các nguồn sinh lưu lượng có tốc độ

không đổi - CBR (Constant Bit Rate) và thay đổi - VBR (Variable Bit

Rate), các kỹ thuật quản lý hằng đợi như Droptail, RED, CBQ, các thuật

toán định tuyến như Dijkstra hay multicast và một vài giao thức lớp MAC

cho mô phỏng LAN có dây và không dây.



Với NS phiên bản 2.x ngày



nay, để mô phỏng mạng, người nghiên cứu cần viết các script bằng C++

hoặc OTcl.



Hình 4.1 Bộ mô phỏng NS

Để cài đặt và chạy chương trình, người sử dụng khởi tạo một bộ

lập lịch, thiết kế, cài đặt mô hình mạng, sử dụng các đối tượng trong



Trang 89



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