Thạc Sĩ Đánh giá chất lượng dịch vụ trên mạng Wireless LAN

Mở đầu
1.1 Bối cảnh nghiên cứu
Xã hội càng phát triển nhu cầu truyền thông của con người ngày càng cao,
chính vì vậy mà lĩnh vực này liên tục được tập trung nghiên cứu và phát triển trong
nhiều năm qua. Do những lợi ích về tính linh hoạt và tiện lợi khi sử dụng nên các
chuẩn không dây ngày càng được ứng dụng phổ biến, mỗi chuẩn kỹ thuật đều có
những ưu và nhược điểm về phạm vi phủ sóng, tốc độ truyền dữ liệu, yêu cầu về
thời gian thực Tuỳ từng yêu cầu cụ thể mà chúng ta sử dụng các kỹ thuật khác
nhau. Hiện nay, hệ thống mạng cục bộ không dây IEEE 802.11 Wireless Local
Area Network (WLAN) là một trong những công nghệ mạng không dây được triển
khai rộng rãi nhất trên toàn thế giới. Thành công của IEEE 802.11 chủ yếu đến từ
tính hiệu quả, giá thành rẻ, dễ dàng lắp đặt, triểnkhai và tốc độ truyền dữ liệu khá
cao.
Cùng ra đời trong sự phát triển của nhu cầu liên lạc giao tiếp xã hội, các ứng
dụng truyền thông đa phương tiện - multimedia đang khẳng định vai trò và ý nghĩa
quan trọng của mình một cách mạnh mẽ. Các ứng dụng truyền thông đa phương tiện
xuất hiện ở nhiều nơi, nhiều lúc và trong nhiều lĩnh vực, từ đời sống thường nhật,
giao tiếp liên lạc, giải trí và giáo dục: VoIP, Movie Streaming, Video Conference
Do đó sự kết hợp giữa tính linh hoạt và tiện lợi của mạng không dây WLAN và
nhu cầu sử dụng lớn của các ứng dụng đa phương tiệntrở thành một xu hướng tất
yếu, đầy tiềm năng. Như ta đã biết, với những tiến bộ của công nghệ hình ảnh, âm
thanh cùng với mong muốn của người dùng thì các ứngdụng đa phương tiện luôn
luôn có nhu cầu sử dụng đường truyền cả về tốc độ và chất lượng vượt trước khả
năng đáp ứng của phương tiện. Đây chính là câu hỏi mà bài toán chất lượng dịch vụ
cần phải giải quyết.
Trên mạng WLAN, cơ chế giải quyết truy nhập phương tiện truyền thống
802.11 MAC không có khả năng hỗ trợ những ứng dụng đa phương tiện luôn đòi
hỏi đảm bảo về chất lượng dịch vụ (QoS) cho những yêu cầu về tính ổn định, thời
gian và độ tin cậy về truyền dữ liệu. Việc thiếu khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ
trong 802.11 tạo ra một khiếm khuyết lớn khi ta muốn triển khai những ứng dụng
truyền thông đa phương tiện hiện đại trên nền công nghệ mạng không dây 802.11.
Với những đòi hỏi cấp thiết như vậy, đã có khá nhiều nghiên cứu hướng vào việc
tạo ra khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho 802.11 WLAN. Hiện nay cộng đồng
IEEE 802.11 Working Group đã đề xuất một phiên bản cảitiến cho 802.11 – phiên
bản 802.11e – có khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ. Với cơ chế truy nhập phương
tiện Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), phiên bản 802.11e đã có sự
phân biệt loại dữ liệu bằng cách gán cho mỗi loại một mức ưu tiên tuỳ theo yêu cầu
chất lượng dịch vụ của lưu lượng. Mỗi mức ưu tiên sẽ sử dụng một tập các tham số
tác động vào quá trình truy nhập đường truyền. Bằngcách này, 802.11e có thể cung
cấp được khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ dựa trên việc phân phối truy nhập
đường truyền.
Bên cạnh đó, để áp dụng hiệu quả mạng WLAN thì vẫn cần có những nghiên
cứu chỉ ra được những tác động và năng lực của hệ thống khi triển khai với những
ứng dụng thời gian thực có đòi hỏi riêng, khắt khe.Ví dụ: ứng dụng VoIP với tính
năng đòi hỏi tương tác cao, hai chiều nhưng đơn “phương tiện” chỉ có thoại.
Tóm lại việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả của QoS trên hệ thống WLAN là
cần thiết, trong đó ứng dụng thời gian thực mà ta chọn VoIP là đại diện, chúng ta
phải tìm ra được những nhu cầu riêng tuỳ thuộc loạihình nhằm đáp ứng đúng đòi
hỏi của ứng dụng và đây cũng là mục đích hướng tới khi thực hiện luận văn này.
1.2 Ni dung nghiên cu
Trong khuôn khổ luận văn, tác giả xin được trình bày nghiên cứu của mình
về các vấn đề như sau:
ã Nghiên cứu khái quát hoá mô hình thoại Voice over IP trên mạng
WLAN
ã Phân tích và tiếp cận một số yêu cầu riêng cho ứng dụng thoại VoIP
thông qua việc sử dụng mô hình ước lượng có so sánhvới kết quả của
thực nghiệm và mô phỏng.
ã Tập hợp và đánh giá ảnh hưởng của 802.11 MAC lên chất lượng của
VoIP.
ã Đánh giá và đề xuất một số biện pháp nhằm cái thiệnchất lượng dịch
vụ cho ứng dụng VoIP dựa trên những kết quả thu thập được.
1.3 Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia thành 7 chương
ã Chương 1: Giới thiệu chung về luận văn, bối cảnh nghiên cứu và định hướng
đề tài của luận văn.
ã Chương 2: Giới thiệu mạng không dây theo chuẩn 802.11 và những khái
niệm trong mạng cục bộ không dây 802.11
ã Chương 3: Giới thiệu các khái niệm chất lượng dịch vụ trong mạng không
dây theo chuẩn 802.11 và những yêu cầu về chất lượng dịch vụ trong mạng
WLAN IEEE 802.11, đặc biệt là những yêu cầu cho dịch vụthoại.
ã Chương 4: Giới thiệu về chuẩn IEEE 802.11, hỗ trợ chấtlượng dịch vụ trên
nền IEEE 802.11
ã Chương 5: Trình bày về những phương pháp đánh giá hiệu năng chất lượng
dịch vụ của mạng không dây WLAN
ã Chương 6: Xây dựng hệ thống mô phỏng, phân tích thông số chất lượng dịch
vụ. Thực hiện việc phân tích và tổng hợp kết quả thuđược từ hệ thống mô
phỏng để đánh giá hiệu năng của hệ thống chất lượngdịch vụ.
ã Chương 7: Tổng kết và đánh giá những kết quả đạt được trong quá trình thực
hiện nghiên cứu và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển cho đề tài.
Mục lục
1 Mở đầu .1
1.1 Bối cảnh nghiên cứu 1
1.2 Nội dung nghiên cứu 2
1.3 Cấu trúc luận văn 3
2 Giới thiệu mạng cục bộ không dây 4
2.1 Khái niệm mạng cục bộ không dây WLAN .4
2.2 Phân loại mạng cục bộ không dây 5
2.3 Các chuẩn của IEEE 802.11x về mạng WLAN .7
2.4 Giao thức điều khiển truy nhập phương tiện 802.11MAC 10
2.4.1 Khái niệm khung thời gian trống . 10
2.4.2 Giao thức đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA . 12
2.4.3 Giao thức điều khiển truy nhập phương tiện DCF . 16
2.5 Định dạng khung truyền .18
2.6 Giao thức trao đổi khung tin cơ bản 19
2.7 Nhược điểm của giao thức DCF .20
2.8 Kết chương .21
3 Chất lượng dịch vụ trên mạng WLAN 802.11 .23
3.1 Tổng quan về chất lượng dịch vụ .23
3.1.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ 23
3.1.2 Kiến trúc Chất lượng dịch vụ . 24
3.2 Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ 25
3.2.1 Phân loại ứng dụng mạng . 25
3.2.2 Các tham số Chất lượng dịch vụ 27
3.2.3 Các cơ chế đảm bảo Chất lượng dịch vụ 28
3.3 Chất lượng dịch vụ trên cho VoIP trên môi trường mạng WLAN .29
3.3.1 Trễ đầu cuối – đầu cuối 32
3.3.2 Độ biến đổi trễ . 34
3.3.3 Tỉ lệ mất gói . 34
3.3.4 Các tiêu chí chủ quan . 35
3.3.5 Các tiêu chí khách quan . 35
3.4 Định dạng Header gói tin VoIP trong mạng 802.11 .36
3.5 Kết chương .37
4 Giới thiệu IEEE 802.11e .38
4.1 Tổng quan .38
4.2 Giao thức Hybrid Coordination Function .38
4.3 Cơ chế phối hợp truy nhập kênh tăng cường EDCA .39
4.3.1 Các loại truy nhập-AC . 39
4.3.2 Các đặc điểm của EDCA . 40
4.3.3 Kiến trúc và định dạng những khung tin quan trọng của 802.11e . 50
4.4 Kết chương .54
5 Phân tích hiệu quả của chất lượng dịch vụ cho mạng 802.11 56
5.1 Phân tích hiệu năng chất lượng dịch vụ của mạng IEEE 802.11 DCF .56
5.2 Phân tích hiệu năng chất lượng dịch vụ của mạng IEEE 802.11E 60
5.3 Phân tích hiệu năng Bianchi trên môi trường 802.11 .62
5.4 Công thức Bianchi cho phân tích QoS với DCF MAC protocol 65
5.4.1 Trường hợp giữa các trạm chỉ trao đổi dữ liệu Voice 65
5.5 Kết chương .69
6 Các kết quả phân tích và đánh giá 71
6.1 Bộ mô phỏng NS-2 .71
6.1.1 Triển khai mạng không dây IEEE 802.11 trong NS-2 . 72
6.1.2 Triển khai VoIP trong NS-2 . 74
6.2 Kết quả của việc triển khai VoIP trên IEEE 802.11 .74
6.2.1 Thực hiện thoại VoIP với codec G.711 . 75
6.2.2 Thực hiện thoại VoIP với codec G.729 . 77
6.2.3 Thực hiện thoại VoIP với 802.11e . 78
6.3 Kết chương .81
7 Tổng kết .83
7.1 Tổng kết 83
7.2 Định hướng nghiên cứu tiếp theo .85