- 1 -
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

ĐOÀN THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG
TRUYỀN VÀO HIỆU NĂNG TCP TRONG MẠNG WLAN

CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TSKH HOÀNG ĐĂNG HẢI
HÀ NỘI - 2012
- 2 -

MỞ ĐẦU
Mạng Internet là mạng máy tính rộng lớn sử dụng nhiều
công nghệ khác nhau. Kết nối có dây (Wireline) đôi khi gây ra rất
nhiều khó khăn cho người sử dụng khi di chuyển hay lắp đặt tại nơi
có địa hình phức tạp, Xuất phát từ yêu cầu mở rộng Internet thân
thiện hơn với người sử dụng, mạng WLAN được nghiên cứu và triển

không dây.
Chương 2: Nghiên cứu tác động của môi trường không dây
đến hiệu năng TCP. Nghiên cứu các đặc điểm của yếu tố môi trường
truyền tác động mới như: biến thiên lưu lượng, đa dịch vụ, tính di
động. Mô hình hóa các tác động mới của môi trường vào hiệu năng
TCP.
Chương 3: Thực hiện mô phỏng các tác động của môi trường
và đánh giá hiệu năng giao thức TCP trong mạng WLAN. Luận văn
trình bày về một cải tiến giao thức TCP trong WLAN, thực hiện mô
phỏng để đánh giá khả năng duy trì hiệu năng trong các điều kiện
môi trường về nhiễu, đánh giá mức độ chịu lỗi của giao thức trong
các điều kiện trên.
Để hoàn thành nội dung luận văn tác giả xin tỏ lòng biết ơn
đến PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải đã tận tình chỉ bảo trong suốt quá
trình tác giả thực hiện luận văn của mình.

- 4 -
Chương 1 - NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG WLAN VÀ
HIỆU NĂNG TCP
1.1. Khái niệm về TCP/IP, WLAN và hiệu năng giao thức
1.1.1. Mô hình tham chiếu TCP/IP
1.1.2. Bộ giao thức TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP bao gồm hai giao thức chính là IP và
TCP. Giao thức liên mạng IP cung cấp cho giao thức TCP ở tầng
trên nó dịch vụ vận chuyển dữ liệu qua liên mạng, làm cho TCP
không cần phải biết về con đường vận chuyển dữ liệu từ nguồn đến
đích. Giao thức TCP sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng, tắc nghẽn
và lỗi từ hai đầu của kết nối để vận chuyển thông tin trên Internet
một cách hiệu quả và tin cậy.
Giao thức TCP chuẩn gồm có 4 thuật toán liên quan lẫn nhau.

1.2.2. Phương thức truyền tin TCP trong WLAN
1.3. Mô phỏng đánh giá hiệu năng giao thức
1.3.1. Cơ bản về mô phỏng mạng bằng chương trình máy
tính
Hoạt động của mạng máy tính có thể xem là một dãy các sự
kiện xảy ra liên tiếp, tại các thời điểm xác định, rời rạc. Bằng cách sử
dụng máy tính điện tử số, chúng ta có thể xây dựng các mô-đun
chương trình phần mềm để mô phỏng các thành phần khác nhau của
- 6 -
mạng thực cũng như hành trạng của chúng. Các mô-đun này được
kết hợp với nhau tạo thành bộ mô phỏng.
1.3.2. Bộ mô phỏng mạng NS (Network Simulator)
Bộ mô phỏng mạng NS (Network Simulator) được phát triển
từ bộ mô phỏng REAL (Realistic and Large) của S. Keshav từ năm
1989. Các phiên bản tiếp theo của NS ra đời sau năm 1997, thường
gọi bộ mô phỏng là NS-2. Đây là một máy mô phỏng vận hành bởi
các sự kiện rời rạc (discrete-event-driven simulation engine), có tính
chất tuần tự.
Các thành phần của bộ chương trình mô phỏng NS
Trong bộ chương trình mô phỏng mạng NS, chương trình mô
phỏng NS là thành phần chính.
Thành phần thứ hai là các công cụ hiển thị trực quan NAM
và XGRAPH. NAM là công cụ hiển thị.
NS đưa kết quả ra tệp vết (trace file) là các tệp chứa thông
tin vết của các sự kiện trong thời gian tiến hành chạy mô phỏng.
Lập trình mô phỏng bằng NS
1. Các thao tác đối với bộ lập lịch các sự kiện
2. Tạo ra mạng
3. Chọn thuật toán định tuyến
4. Tạo ra kết nối và lưu lượng

2.1.1. Ảnh hưởng của kích thước cửa sổ TCP
Mục tiêu của cửa sổ phát là cho phép phía thu TCP kiểm
soát xem có bao nhiêu dữ liệu được phát đi tại một thời điểm nhất
định. Phía thu báo kích thước cửa sổ tới phía phát, đó là số đơn vị dữ
liệu mà phía phát có thể phát.
Rõ ràng là khi kích thước cửa sổ phía thu nhỏ (do hạn chế về
buffer ) sẽ làm hạn chế tốc độ phát. Kích thước của cửa sổ tắc
nghẽn và cửa sổ nhận sẽ quyết định hiệu năng của TCP. Các yếu tố
quyết định kích thước và tốc độ thay đổi của cửa sổ tắc nghẽn là:
1. RTT
2. Xác suất gói bị lỗi hay mất gói
3. Băng thông đầu cuối tới đầu cuối
- 9 -
Kích thước của cửa sổ tắc nghẽn tỷ lệ nghịch với giá trị của
3 đại lượng trên. Như vậy để tăng thông lượng của TCP, ta có thể
nâng cao chất lượng mạng như giảm RTT và xác suất lỗi.
2.1.2. Ảnh hưởng của đặc tính lỗi đường truyền không dây
đến hiệu năng TCP
Tỷ suất lỗi bit (BER) của đường truyền không dây cao hơn
rất nhiều so với BER của các đường truyền có dây. Tỉ suất lỗi bit cao
trên các đường truyền không dây gây ra do sự kết hợp của nhiều yếu
tố: hiện tượng fading, do địa hình, do các yếu tố môi trường và do
can nhiễu của các tín hiệu khác được truyền trong không trung. Các
lỗi đường truyền này thường gây ra sự bùng nổ số gói số liệu bị mất
và dẫn đến sự gián đoạn của kết nối. Việc mất gói số liệu gây ra sự
phát lại hoặc hết giờ và điều đó lại kích hoạt cơ chế khởi động chậm
(SS), làm giảm mạnh tốc độ truyền, dẫn đến làm giảm trầm trọng
thông lượng.
2.1.3. Ảnh hưởng của sự gián đoạn kết nối thường xuyên đến
hiệu năng TCP

0 sec 36.9 23.3 12.6
1 sec 25.2 17.9 14.1
2.8 sec 24.5 15.4 9.0
5 sec 21.8 11.5 8.0

Các kết quả trên bảng 2.2 được biểu diễn dưới dạng đồ thị hình 2.2. Hình 2.2 Ảnh hưởng của tỉ suất lỗi bit (BER) cao và Sự chuyển
cuộc gọi đến hiệu năng của TCP
2.2. Các cơ chế cải thiện hiệu năng TCP trong mạng không dây
Trong mạng có đường truyền không dây, sự mất gói chủ yếu
là do lỗi đường truyền hoặc do sự chuyển cuộc gọi gây trễ quá dài,
chứ không phải là do tắc nghẽn mạng. Có hai giải pháp đó là: Che
- 12 -
giấu phần mạng hay làm mất gói số liệu do lỗi đường truyền và giải
pháp cải tiến TCP bằng các cơ chế thông báo rõ ràng về nguyên nhân
mất gói số liệu, giúp cho TCP có thể phân biệt được các kiểu mất gói
số liệu khác nhau.
2.2.1 Che giấu phần mạng gây ra mất gói số liệu do lỗi
đường truyền

phần cố định của mạng không dây cho các mức độ tắc nghẽn khác
nhau.

- 15 -
Hình 2.5 Thông lượng so với kích thước hàng đợi cho liên kết nút
cổ chai trong mạng không dây.
2.4. Kết chương 2
Trong chương 2, luận văn đã thực hiện nghiên cứu tác động
của môi trường truyền không dây WLAN đến hiệu năng TCP. Luận
văn đã phân tích ảnh hưởng của kích thước cửa sổ TCP, ảnh hưởng
của đặc tính lỗi đường truyền không dây và gián đoạn kết nối thường
xuyên của môi trường không dây đến hiệu năng TCP. Tiếp đó, luận
văn đã trình bày một số cơ chế cải thiện hiệu năng TCP cho mạng
không dây, một số kết quả mô phỏng thử nghiệm đánh giá hiệu năng
TCP cho một số cải tiến giao thức TCP trong mạng không dây
WLAN.
- 16 -
Chương 3 – MÔ PHỎNG CÁC TÁC ĐỘNG CỦA
MÔI TRƯỜNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG GIAO
THỨC TCP TRONG WLAN
Chương này nghiên cứu cơ chế Snoop TCP, được thực hiện
cho giao thức TCP và nghiên cứu ảnh hưởng của các mức độ lỗi
khác nhau của đường truyền không dây lên hiệu năng của Snoop
TCP.
3.1 Giới thiệu
3.2 Snoop TCP
Mục đích của cơ chế Snoop TCP là cải thiện hiệu năng của
giao thức TCP trong mạng không dây mà không phải sửa đổi các
giao thức TCP, đồng thời cho phép tích hợp dễ dàng các thiết bị
truyền thông di động đang truyền thông qua các đường truyền không

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán của thủ tục snoop_ack()
3.3. Mô phỏng so sánh hiệu năng TCP thông thường và Snoop
TCP
Trong phần này, tác giả trình bày kết quả mô phỏng so sánh
hiệu năng của giao thức TCP với Snoop TCP và TCP thông thường.
- 19 -
3.3.1. Cấu hình mạng
Các tham số mô hình TCP: Các tham số TCP sử dụng cho
các mô hình TCP trong mạng WLAN được mô tả trong bảng 3.1

Hình 3.4 Mạng mô phỏng
Bảng 3.1 Các tham số mô hình TCP
Các tham s
ố TCP

Giá tr
ị

Kích thư
ớc Segment tối đa (bytes)

2.264

Kích thư
ớc bộ đệm b
ên nh
ận (bytes)

8.760



0,5

RTO t
ối đa

64

Th
ời gian khứ hồi RTT

0,125

Bảng 3.2 Các tham số WLAN
Các tham số WLAN Giá trị
Tốc độ dữ liệu 2 Mbps
Kích thước bộ đệm (bits) 256.000
Thời gian nhận tối đa (giây) 0,5
- 20 -
3.3.2. Mô phỏng
Kịch bản mô phỏng 1 (một máy di động tải dữ liệu lên):

Hình 3.5 Thời gian đáp ứng tải lên của file 100,000 bytes
Kết quả mô phỏng: Hình 3.5 chỉ ra rằng thời gian đáp ứng
tải lên file 100.000 bytes. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc cải
thiện hiệu năng tăng lên khi tỷ lệ lỗi gói tin tăng lên. Khi tỷ lệ lỗi gói
tin là 30% thì hiệu năng giao thức Snoop TCP được cải thiện ước
tính 68 lần. Sự cải thiện lớn này là do sự kết hợp của 2 yếu tố: Bộ
đệm gói dữ liệu và thời gian truyền lại cục bộ.
Kịch bản mô phỏng 2 (Nhiều máy MH tải dữ liệu xuống):

3.3.3. Mô hình lỗi
3.4. Kết quả mô phỏng
3.4.1 Xác định thời gian mô phỏng cần thiết
Tiến hành các mô phỏng với thời gian mô phỏng bằng 20s,
40s, , 400s để xác định thời gian mô phỏng cần thiết.
- 23 -

Hình 3.9 Thông lượng chuẩn hoá đo được tương ứng với thời
gian mô phỏng
3.4.2 Đánh giá hiệu năng của Snoop TCP với các mức độ lỗi
đường truyền khác nhau
Mục tiêu là thực hiện một số mô phỏng để nghiên cứu kỹ
lưỡng ảnh hưởng của khoảng thời gian trung bình giữa hai gói số liệu
bị lỗi trong trạng thái đường truyền tốt và xấu lên thông lượng chuẩn
hoá của Snoop TCP và TCP thông thường. Các kịch bản mô phỏng
mạng WLAN có sử dụng Snoop TCP và không sử dụng Snoop TCP
được xây dựng. Các kết quả được cho trong bảng 3.4 và được biểu
diễn bằng đồ thị trên hình 3.10[1]. Khoảng cách giữa các gói số liệu
bị lỗi được tính theo đơn vị gói số liệu (packet).
Bảng 3.4 Thông lượng chuẩn hoá phụ thuộc vào mức độ lỗi
đường truyền

Kho
ảng cách giữa các gói số liệu bị lỗi

K
ịch bản mô phỏng

128


0.89

0.85

0.89

WLAN + no
-
snoop

0.82

0.82

0.82

0.81

0.79

0.74

0.64

0.70

0.65

- 24 -


gói tin khi đi qua mạng.
Các kết quả đạt được của luận văn cụ thể như sau:
1. Nghiên cứu về giao thức TCP, truyền tin với TCP qua mạng cục
bộ không dây WLAN và một số vấn đề phát sinh khi truyền tin
với TCP qua WLAN.
2. Nghiên cứu, phân tích các tác động của môi trường truyền không
dây ảnh hưởng đến hiệu năng TCP; một số cơ chế cải thiện hiệu
năng TCP trong mạng có đường truyền không dây; so sánh ưu,
nhược điểm của các phương pháp.
3. Nghiên cứu cơ chế Snoop TCP. Tiến hành các kịch bản mô
phỏng để phân tích, đánh giá, so sánh hiệu năng của các biến thể