Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan.

B

GIÁO D C VÀ ÀO T O

TRƯ NG

I H C BÁCH KHOA HÀ N I

---------------------------------------

LU N VĂN TH C SĨ KHOA H C

ÁNH GIÁ CH T LƯ NG D CH V
TRÊN M NG WIRELESS LAN

NGÀNH: X

LÝ THÔNG TIN VÀ TRUY N THÔNG
MÃ S :3.04.38

NGÔ

NG QUÝ DƯƠNG

Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N KIM KHÁNH

HÀ N I 2008

L i c m ơn

Trư c h t, tôi xin g i l i c m ơn c bi t nh t t i TS. Nguy n Kim Khánh,
B môn K thu t máy tính, Khoa Công ngh thông tin, Trư ng
i h c Bách Khoa
Hà N i, ngư i ã nh hư ng
tài và t n tình hư ng d n ch b o tôi trong su t
quá trình th c hi n lu n văn cao h c.
Tôi cũng g i l i c m ơn t i Trung tâm ào t o Sau i h c và các th y cô
giáo trong Khoa Công ngh thông tin, Trư ng
i h c Bách Khoa Hà N i ã t n
tình gi ng d y và truy n t nh ng ki n th c, nh ng kinh nghi m quý báu trong
su t 2 năm h c Cao h c. Xin g i l i c m ơn sâu s c t i ban lãnh o công ty AI&T
là nơi tôi công tác, ã t o m i i u ki n giúp
tôi hoàn thành cao h c.
Cu i cùng tôi xin dành m t tình c m bi t ơn t i gia ình và b n bè, nh ng
ngư i ã luôn luôn bên c nh tôi, ng viên, chia s cùng tôi trong su t th i gian
h c cao h c cũng như quá trình th c hi n lu n văn này.

Hà N i, tháng 3 năm 2008

Ngô

ng Quý Dương

Ngô

i

ng Quý Dương

Cao h c XLTT 2005-2007

M cl c
1M

u.................................................................................................................1

1.1

B i c nh nghiên c u ............................................................................................1

1.2

N i dung nghiên c u............................................................................................2

1.3

C u trúc lu n văn ................................................................................................3

2 Gi i thi u m ng c c b không dây......................................................................4
2.1

Khái ni m m ng c c b không dây WLAN.......................................................4

2.2

Phân lo i m ng c c b không dây......................................................................5

2.3

Các chu n c a IEEE 802.11x v m ng WLAN .................................................7

2.4

Giao th c i u khi n truy nh p phương ti n 802.11MAC ............................10

2.4.1

Khái ni m khung th i gian tr ng ........................................................................... 10

2.4.2

Giao th c a truy nh p c m nh n sóng mang tránh xung

2.4.3

Giao th c i u khi n truy nh p phương ti n DCF................................................. 16

2.5

t CSMA/CA............. 12

nh d ng khung truy n ...................................................................................18

2.6

Giao th c trao

i khung tin cơ b n ................................................................19

2.7

Như c i m c a giao th c DCF .......................................................................20

2.8

K t chương .........................................................................................................21

3 Ch t lư ng d ch v trên m ng WLAN 802.11 ...................................................23
3.1

T ng quan v ch t lư ng d ch v .....................................................................23

3.1.1

Khái ni m ch t lư ng d ch v ................................................................................ 23

3.1.2

Ki n trúc Ch t lư ng d ch v ................................................................................. 24

3.2

Các cơ ch

m b o ch t lư ng d ch v ..........................................................25

3.2.1

Phân lo i ng d ng m ng....................................................................................... 25

3.2.2

Các tham s Ch t lư ng d ch v ............................................................................ 27

3.2.3

Các cơ ch

3.3

m b o Ch t lư ng d ch v ................................................................ 28

Ch t lư ng d ch v trên cho VoIP trên môi trư ng m ng WLAN ...............29

3.3.1
3.3.2

Tr

u cu i –
bi n

u cu i.......................................................................................... 32

i tr ....................................................................................................... 34

QoS trong m ng Wireless LAN

Ngô

ii

ng Quý Dương


3.3.3

T l m t gói ........................................................................................................... 34

3.3.4

Các tiêu chí ch quan ............................................................................................. 35

3.3.5

Các tiêu chí khách quan ......................................................................................... 35

3.4

nh d ng Header gói tin VoIP trong m ng 802.11 .......................................36

3.5

K t chương .........................................................................................................37

4 Gi i thi u IEEE 802.11e ...................................................................................38
4.1

T ng quan...........................................................................................................38

4.2

Giao th c Hybrid Coordination Function.......................................................38

4.3

Cơ ch ph i h p truy nh p kênh tăng cư ng EDCA .....................................39

4.3.1

Các lo i truy nh p-AC ........................................................................................... 39

4.3.2

Các

4.3.3

Ki n trúc và

4.4

c i m c a EDCA ....................................................................................... 40
nh d ng nh ng khung tin quan tr ng c a 802.11e ......................... 50

K t chương .........................................................................................................54

5 Phân tích hi u qu c a ch t lư ng d ch v cho m ng 802.11 ..........................56
5.1

Phân tích hi u năng ch t lư ng d ch v c a m ng IEEE 802.11 DCF .........56

5.2

Phân tích hi u năng ch t lư ng d ch v c a m ng IEEE 802.11E................60

5.3

Phân tích hi u năng Bianchi trên môi trư ng 802.11.....................................62

5.4

Công th c Bianchi cho phân tích QoS v i DCF MAC protocol....................65

5.4.1

5.5

Trư ng h p gi a các tr m ch trao

i d li u Voice............................................ 65

K t chương .........................................................................................................69

6 Các k t qu phân tích và ánh giá ....................................................................71
6.1

B mô ph ng NS-2 .............................................................................................71

6.1.1

Tri n khai m ng không dây IEEE 802.11 trong NS-2 ........................................... 72

6.1.2

Tri n khai VoIP trong NS-2................................................................................... 74

6.2

K t qu c a vi c tri n khai VoIP trên IEEE 802.11.......................................74

6.2.1

Th c hi n tho i VoIP v i codec G.711 ................................................................. 75

6.2.2

Th c hi n tho i VoIP v i codec G.729 ................................................................. 77

6.2.3

Th c hi n tho i VoIP v i 802.11e......................................................................... 78

6.3

K t chương .........................................................................................................81


Ngô

ng Quý Dương

iii


7 T ng k t .............................................................................................................83
7.1

T ng k t ..............................................................................................................83

7.2

nh hư ng nghiên c u ti p theo .....................................................................85


Ngô

iv

ng Quý Dương


Danh M c Hình v
Hình 2-1: Thi t b không dây i n hình: Wireless Access Point và card m ng không dây .......................... 4
Hình 2-2: M ng IBSS .................................................................................................................. 5
Hình 2-3: M ng Infrastructure BSS ................................................................................................ 6
Hình 2-4: M ng d ch v m r ng ESS ............................................................................................. 7
Hình 2-5: Các thành ph n chu n trong 802.11 ................................................................................. 8
Hình 2-6: Các l p trong giao th c MAC c a 802.11 ........................................................................ 10
Hình 2-7: Cơ ch truy nh p cơ b n .............................................................................................. 11
Hình 2-8: Lư c

th i gian c a CSMA/CA ................................................................................... 12

Hình 2-9: Minh ho cơ ch CSMA/CA v i backoff ........................................................................... 14
Hình 2-10: Trao
v t lý

i thông tin gi a hai tr m ngu n, ích và NAV ư c k t h p v i c m nh n ư ng truy n

ch ra tr ng thái b n

ư ng truy n. ............................................................................... 15

Hình 2-11: 802.11 DCF MAC protocol ......................................................................................... 17
Hình 2-12: IEEE MAC frame format ............................................................................................ 18
Hình 2-13 Frame Control Format ................................................................................................ 19
d ng cơ b n ................................................................................. 19

Hình 2-14: Trao

i khung tin

Hình 2-15: Trao

i khung tin có s d ng thêm RTS và CTS ............................................................. 20

Hình 2-16: Th i gian tr trung bình. ............................................................................................. 21
Hình 3-1: Minh ho QoS - Phân chia ưu tiên v i các lưu lư ng m ng ................................................. 24
Hình 3-2: Ba thành ph n chính cho vi c tri n khai QoS.................................................................... 25
Hình 3-3: Các m c

òi h i tri n khai QoS ................................................................................. 26

Hình 3-4: Single Domain Wireless Network ................................................................................... 30
Hình 3-5: ánh giá

tr

u cu i .............................................................................................. 32

Hình 3-6: nh hư ng c a t l m t gói v i ch t lư ng tho i .............................................................. 34
Hình 3-7: Các c p

hài lòng MOS ............................................................................................. 35

Hình 4-1: B n AC cùng các b

m AIFS, CW và Backoff timer tương ng. ......................................... 41

Hình 4-2: M c ưu tiên thi t l p d a trên AIFS................................................................................ 43
Hình 4-3: Contention Free Bursting (CFB) .................................................................................... 46
Hình 4-4: Cơ ch truy c p phương ti n EDCA ................................................................................ 47
Hình 4-5: Cơ ch truy nh p EDCA và tr ng thái xung


t trong ........................................................ 49

Ngô

ng Quý Dương


v


t ngoài ........................................................ 50

Hình 4-7: Ki n trúc IEEE 802.11e MAC........................................................................................ 51
Hình 4-8: MAC Header và QoS subfield ........................................................................................ 51
Hình 4-9: V trí c a hai trư ng TID và QoS Control trong ph n 802.11 MAC header ............................ 52
Hình 4-10: T p các thành t tham s c a EDCA ............................................................................. 53
Hình 4-11: Trư ng QoS Info và QoS Capability Element .................................................................. 54
Hình 5-1: Mô hình chu i Markov c a backoff window ..................................................................... 64
Hình 6-1: Cơ ch ho t

ng c a NS-2 ........................................................................................... 71

Hình 6-2: Các bư c mô ph ng trên NS-2 ....................................................................................... 72
Hình 6-3: Các thành ph n trong m t mô hình node m ng không dây .................................................. 73
Hình 6-4: C u hình h th ng m ng mô ph ng ................................................................................ 74
Hình 6-5: Th i gian tr trung bình t i AP khi s d ng VoIP codec G.711 trên 802.11b .......................... 75
Hình 6-6: Th i gian tr trung bình t i AP khi s d ng G.711 v i 802.11g ............................................ 76
Hình 6-7: Th i gian tr trung bình G.729 khi s d ng 802.11g .......................................................... 78
Hình 6-8: T l r t gói t i AP khi th c hi n 802.11e theo codec G.729 ................................................ 79


Ngô

vi

ng Quý Dương


Danh M c B ng
B ng 2-1: M t s phiên b n trong b chu n IEEE 802.11 ................................................................... 8
B ng 2-2: Các tham s c a 802.11 DCF protocol ........................................................................... 16
B ng 3-1: Các codec dùng cho ng d ng tho i ............................................................................... 31
B ng 3-2: nh hư ng c a tr

u cu i t i ch t lư ng tho i .............................................................. 33

B ng 3-3: nh hư ng c a tr t i Access Point t i ch t lư ng tho i .................................................... 33
B ng 3-4: nh hư ng c a Jitter v i ch t lư ng tho i ....................................................................... 34
B ng 2-3-5: Packet Header c a các gói tin VoIP ............................................................................ 36
B ng 4-1: Ánh x m c ưu tiên ngư i dùng (UP) và lo i truy nh p (AC) .............................................. 40
B ng 4-2: Giá tr m c

nh cho các tham s EDCA ......................................................................... 42

B ng 4-3: Các giá tr m c

nh c a s phân tranh trong 802.11e ....................................................... 44

B ng 5-1: giá tr l n nh t, nh nh t c a contention window cho 3 PHY ư c c t theo chu n 802.11:
Frenquency Hopping Spread Spectrum (FHSS), Direct Hopping Squence Spread Spectrum (DSSS) và H ng
ngo i (IR)................................................................................................................................ 63
B ng 6-1: S lư ng k t n i t i a cho G.729 khi không có k t n i TCP ............................................... 79
B ng 6-2: S lư ng k t n i t i a cho G.729 khi có 1 k t nôi TCP ...................................................... 80
B ng 6-3: S lư ng k t n i t i a cho G.729 khi có 2 k t nôi TCP. ..................................................... 80


Ngô

ng Quý Dương

1


Chương 1

1M

u

1.1 B i c nh nghiên c u
Xã h i càng phát tri n nhu c u truy n thông c a con ngư i ngày càng cao,
chính vì v y mà lĩnh v c này liên t c ư c t p trung nghiên c u và phát tri n trong
nhi u năm qua. Do nh ng l i ích v tính linh ho t và ti n l i khi s d ng nên các
chu n không dây ngày càng ư c ng d ng ph bi n, m i chu n k thu t u có
nh ng ưu và như c i m v ph m vi ph sóng, t c
truy n d li u, yêu c u v
th i gian th c… Tuỳ t ng yêu c u c th mà chúng ta s d ng các k thu t khác
nhau. Hi n nay, h th ng m ng c c b không dây IEEE 802.11 Wireless Local
Area Network (WLAN) là m t trong nh ng công ngh m ng không dây ư c tri n
khai r ng rãi nh t trên toàn th gi i. Thành công c a IEEE 802.11 ch y u n t
tính hi u qu , giá thành r , d dàng l p t, tri n khai và t c
truy n d li u khá
cao.
Cùng ra i trong s phát tri n c a nhu c u liên l c giao ti p xã h i, các ng
d ng truy n thông a phương ti n - multimedia ang kh ng nh vai trò và ý nghĩa
quan tr ng c a mình m t cách m nh m . Các ng d ng truy n thông a phương ti n
xu t hi n nhi u nơi, nhi u lúc và trong nhi u lĩnh v c, t
i s ng thư ng nh t,
giao ti p liên l c, gi i trí và giáo d c: VoIP, Movie Streaming, Video Conference
… Do ó s k t h p gi a tính linh ho t và ti n l i c a m ng không dây WLAN và
nhu c u s d ng l n c a các ng d ng a phương ti n tr thành m t xu hư ng t t
y u, y ti m năng. Như ta ã bi t, v i nh ng ti n b c a công ngh hình nh, âm
thanh cùng v i mong mu n c a ngư i dùng thì các ng d ng a phương ti n luôn
luôn có nhu c u s d ng ư ng truy n c v t c
và ch t lư ng vư t trư c kh
năng áp ng c a phương ti n. ây chính là câu h i mà bài toán ch t lư ng d ch v
c n ph i gi i quy t.
Trên m ng WLAN, cơ ch gi i quy t truy nh p phương ti n truy n th ng
802.11 MAC không có kh năng h tr nh ng ng d ng a phương ti n luôn òi
h i m b o v ch t lư ng d ch v (QoS) cho nh ng yêu c u v tính n nh, th i
gian và
tin c y v truy n d li u. Vi c thi u kh năng h tr ch t lư ng d ch v
trong 802.11 t o ra m t khi m khuy t l n khi ta mu n tri n khai nh ng ng d ng

Ngô

ng Quý Dương

2


truy n thông a phương ti n hi n i trên n n công ngh m ng không dây 802.11.
V i nh ng òi h i c p thi t như v y, ã có khá nhi u nghiên c u hư ng vào vi c
t o ra kh năng h tr ch t lư ng d ch v cho 802.11 WLAN. Hi n nay c ng ng
IEEE 802.11 Working Group ã
xu t m t phiên b n c i ti n cho 802.11 – phiên
b n 802.11e – có kh năng h tr ch t lư ng d ch v . V i cơ ch truy nh p phương
ti n Enhanced Distributed Channel Access (EDCA), phiên b n 802.11e ã có s
phân bi t lo i d li u b ng cách gán cho m i lo i m t m c ưu tiên tuỳ theo yêu c u
ch t lư ng d ch v c a lưu lư ng. M i m c ưu tiên s s d ng m t t p các tham s
tác ng vào quá trình truy nh p ư ng truy n. B ng cách này, 802.11e có th cung
c p ư c kh năng h tr ch t lư ng d ch v d a trên vi c phân ph i truy nh p
ư ng truy n.
Bên c nh ó, áp d ng hi u qu m ng WLAN thì v n c n có nh ng nghiên
c u ch ra ư c nh ng tác ng và năng l c c a h th ng khi tri n khai v i nh ng
ng d ng th i gian th c có òi h i riêng, kh t khe. Ví d : ng d ng VoIP v i tính
năng òi h i tương tác cao, hai chi u nhưng ơn “phương ti n” ch có tho i.
Tóm l i vi c nghiên c u ánh giá hi u qu c a QoS trên h th ng WLAN là
c n thi t, trong ó ng d ng th i gian th c mà ta ch n VoIP là i di n, chúng ta
ph i tìm ra ư c nh ng nhu c u riêng tuỳ thu c lo i hình nh m áp ng úng òi
h i c a ng d ng và ây cũng là m c ích hư ng t i khi th c hi n lu n văn này.

1.2 N i dung nghiên c u
Trong khuôn kh lu n văn, tác gi xin ư c trình bày nghiên c u c a mình
v các v n như sau:
• Nghiên c u khái quát hoá mô hình tho i Voice over IP trên m ng
WLAN
• Phân tích và ti p c n m t s yêu c u riêng cho ng d ng tho i VoIP
thông qua vi c s d ng mô hình ư c lư ng có so sánh v i k t qu c a
th c nghi m và mô ph ng.
• T p h p và ánh giá nh hư ng c a 802.11 MAC lên ch t lư ng c a
VoIP.
•

ánh giá và
xu t m t s bi n pháp nh m cái thi n ch t lư ng d ch
v cho ng d ng VoIP d a trên nh ng k t qu thu th p ư c.


Ngô

ng Quý Dương

3


1.3 C u trúc lu n văn
Lu n văn ư c chia thành 7 chương
• Chương 1: Gi i thi u chung v lu n văn, b i c nh nghiên c u và
tài c a lu n văn.

nh hư ng

• Chương 2: Gi i thi u m ng không dây theo chu n 802.11 và nh ng khái
ni m trong m ng c c b không dây 802.11
• Chương 3: Gi i thi u các khái ni m ch t lư ng d ch v trong m ng không
dây theo chu n 802.11 và nh ng yêu c u v ch t lư ng d ch v trong m ng
WLAN IEEE 802.11, c bi t là nh ng yêu c u cho d ch v tho i.
• Chương 4: Gi i thi u v chu n IEEE 802.11, h tr ch t lư ng d ch v trên
n n IEEE 802.11
• Chương 5: Trình bày v nh ng phương pháp ánh giá hi u năng ch t lư ng
d ch v c a m ng không dây WLAN
• Chương 6: Xây d ng h th ng mô ph ng, phân tích thông s ch t lư ng d ch
v . Th c hi n vi c phân tích và t ng h p k t qu thu ư c t h th ng mô
ph ng
ánh giá hi u năng c a h th ng ch t lư ng d ch v .
• Chương 7: T ng k t và ánh giá nh ng k t qu
t ư c trong quá trình th c
hi n nghiên c u và xu t hư ng nghiên c u ti p t c phát tri n cho tài.


Ngô

ng Quý Dương

4


Chương 2

2 Gi i thi u m ng c c b không dây
2.1 Khái ni m m ng c c b không dây WLAN
M ng c c b không dây Wireless Local Area Network – WLAN là m t h
th ng m ng máy tính c c b (LAN), s d ng sóng i n t vô tuy n làm phương
ti n v n t i thông tin gi a các máy tính trong cùng m ng.
Các c t c a m ng WLAN ư c mô t chi ti t b i b chu n IEEE 802.11.
ây là t p h p bao g m r t nhi u tiêu chu n cho truy n thông trên m ng c c b
không dây (WLAN), ư c th ng nh t và
ra b i c ng ng IEEE LAN/MAN
Standards Committee v i d i ph 5GHz và 2.4 GHz.
B chu n 802.11 bao g m các k thu t i u ch vô tuy n s d ng m t s
giao th c cơ b n. Trong ó ph bi n nh t là các giao th c 802.11b và 802.11g, là
nh ng b n c p nh t thêm vào cho phiên b n 802.11 g c u tiên.

Hình 2-1: Thi t b không dây i n hình: Wireless Access Point và card m ng không dây

Ngoài ra trong h th ng WLAN chúng ta còn m t s khái ni m sau:
Tr m không dây – Wireless LAN Station
Tr m không dây (STA), khái ni m cơ b n và chung nh t, ư c nh nghĩa là
b t kỳ thi t b nào có tính năng c a giao th c 802.11: bao g m MAC, PHY và m t
k t n i phương ti n không dây. Thông thư ng thì các tính năng này ư c t trong
ph n c ng và ph n m m c a card giao ti p m ng (NIC).


Ngô

ng Quý Dương


5

M t máy tr m không dây có th là laptop PC, thi t b c m tay, Acces Point
(AP).
T p d ch v cơ s - Basic serice set(BSS)
T p d ch v cơ s ư c hi u như nh ng kh i cơ b n xây d ng nên m ng
không dây, là t p h p bao g m m t s lư ng b t kỳ các tr m không dây 802.11

2.2 Phân lo i m ng c c b không dây
H th ng m ng WLAN ư c chia thành m t s d ng cơ b n như sau:
IBSS (Independent Basic Service Set):T p d ch v cơ s

cl p

M t IBSS là m t nhóm các tr m 802.11 liên l c tr c ti p v i nhau (th y nhau
theo nghĩa quang h c) và như v y ch liên l c ư c trong kho ng th y nhau. IBSS
còn ư c
c p n như là m t m ng ad-hoc b i vì v cơ b n thì nó là m t m ng
không dây peer-to-peer (ngang hàng). M ng không dây nh nh t có th là m t IBSS
v i hai tr m STA.

STA

peer-peer connections

STA

STA

STA

Hình 2-2: M ng IBSS

c bi t, IBSS ư c xem là m t s ít các tr m ư c thi t l p cho nh ng m c
ích c th và t n t i trong th i gian ng n. Ví d : xây d ng m ng có th i gian s ng
ng n ph c v cho h i ngh .


Ngô

ng Quý Dương


6

Infrastructure BSS:T p d ch v cơ s
Infrastructure BSS có i m khác bi t v i IBSS là s d ng m t Access Point
(access point). Access point là i m trung tâm trong quá trình truy n thông gi a các
tr m trong Infrastructure BSS, các tr m client (khách) không liên l c tr c ti p v i
nhau mà chúng liên l c v i nhau qua access point mà ư c access point chuy n ti p
các khung d li u n tr m ích. Khi ó khu v c d ch v cơ b n tương ng v i m t
Infrastructure BSS ư c nh nghĩa là nh ng i m mà t i ó có th nh n ư c tín
hi u vô tuy n t access point. Access point có th ư c trang b m t c ng uplink
(hư ng lên)
k t n i BSS n m t m ng có dây (ví d như Ethernet uplink). C u
hình m ng này còn ư c bi t n v i m t cái tên khác ó là single domain WiFi –
m ng không dây ơn mi n.

Wired Backbone

AP

Hình 2-3: M ng Infrastructure BSS

ESS (Extended Service Set): T p d ch v m r ng
BSS có th s d ng trong văn phòng nh ho c gia ình nhưng không th s
d ng trong khu v c l n. 802.11 cho phép xây d ng m ng không dây kích thư c l n
b ng cách liên k t các BSS vào m t ESS. Các BSS k t n i v i nhau vào m t m ng


Ngô

ng Quý Dương


7

ư ng tr c t o thành m t ESS. T t c các access point trong ESS ư c gán cùng giá
tr nh n d ng d ch v (SSID: Same Service Identifier – nh danh t p d ch v ).
IEEE 802.11 không c t m t k thu t ư ng tr c c bi t, nó ch yêu c u
m ng ư ng tr c cung c p m t t p các d ch v c th . Các tr m trong cùng ESS có
th liên l c v i nhau th m chí các tr m này có th
nh ng khu v c d ch v khác
nhau và th m chí có th di chuy n gi a các khu v c này v i nhau.
các tr m
trong ESS liên l c v i nhau, môi trư ng không dây ph i ho t ng như m t k t n i
l p 2 riêng l . Access point ho t ng như bridge. Vì v y truy n thông tr c ti p
gi a các tr m trong m t ESS yêu c u m ng ư ng tr c gi ng như là k t n i l p 2.

Wired Backbone

AP

AP

BSS2

BSS1
Hình 2-4: M ng d ch v m r ng ESS

2.3 Các chu n c a IEEE 802.11x v m ng WLAN
T t c nh ng m ng trong chu n 802.11x

u bao g m thành ph n MAC và

PHY:
- MAC: t p các quy t c xác
nh n d li u.

nh giao th c truy c p môi trư ng và truy n

- PHY: chi ti t thông tin v giao th c truy n và nh n d li u.


Ngô

ng Quý Dương

8


Hình 2-5: Các thành ph n chu n trong 802.11

B ng thông tin dư i ây s mô t cho chúng ta m t s
trong b chu n IEEE 802.11

c t quan tr ng

B ng 2-1: M t s phiên b n trong b chu n IEEE 802.11

c t cơ b n 802.11-1997 (802.11 legacy)
Nguyên b n c a chu n IEEE 802.11 ư c ưa ra vào năm 1997 và chính
th c công nh n vào năm 1999, bao g m 2 t c
truy n d li u thô là 1 và 2
Mbit/s trên d i t n ISM v i t n s là 2.4 GHz. Phiên b n k th a t ó là
802.11b là phiên b n ư c phát tri n và ph d ng nhanh chóng t phiên b n g c
ban u.
802.11a


Ngô

ng Quý Dương

9


Phiên b n 802.11a, mô t các thông s và giao th c cho t ng v t lí, s d ng
chung các giao th c core như b n chu n nguyên g c ban u. Ho t ng d i
5Ghz v i băng thông t c
là 54Mbitsd/s, và làm vi c tin c y th c t kho ng
20 Mbit/s.
802.11b
Phiên b n 802.11b, mô t các thông s và giao th c cho t ng v t lí và t ng
MAC. Ho t ng d i 2.4Ghz v i băng thông t c
là 11Mbps có thông lư ng
là 4.3 Mbps.
802.11g
Phiên b n 802.11g, mô t các thông s và giao th c cho t ng v t lí và MAC.
ây là phiên b n h tr r ng rãi nh t hi n nay t i Vi t Nam. Ho t ng d i
2.4Ghz v i băng thông t c
là 54Mbps có thông lư ng là 19Mbps.
802.11n
ây cũng là m t c t cho t ng v t lý và MAC. Ho t
băng thông t c
là 248Mbps có thông lư ng là 74 Mbps

ng

d i 2.4Ghz v i

802.11e
Chu n qui nh v m t s c i ti n QoS cho m ng WLAN 802.11 thông qua
m t s i u ch nh l p MAC. Chu n này ư c coi là m t bư c c i ti n áng k
i v i nh ng ng d ng nh y c m v i th i gian tr như VoIP hay các ng d ng
Streaming Media.


Ngô

ng Quý Dương

10


2.4 Giao th c i u khi n truy nh p phưng ti n 802.11MAC
Các giao th c 802.11 có vai trò gi ng như các giao th c khác trong l p
802.x, nó bao ph hai l p MAC và Physical trong mô hình OSI.

Hình 2-6: Các l p trong giao th c MAC c a 802.11

Ngoài các tính năng thông thư ng cho t ng MAC thì giao th c MAC c a
802.11 còn có nh ng tính năng liên quan t i các giao th c t ng trên như: phân
m nh, truy n l i gói tin, báo nh n.
Trong giao th c 802.11 t ng MAC
ư ng truy n:

nh nghĩa hai phương th c truy nh p

• Phương th c: Distributed Coordination Function – DCF
• Phương th c: Point Coordinate Function – PCF
Trong ó phương th c: Distributed Coordination Function – DCF là m t cơ
ch truy nh p cơ b n, ư c xây d ng d a trên cơ ch a truy nh p c m nh n sóng
mang, tránh ng
(Carrier Sense Mutiple Access with Collision Avoidance –
CSMA/CA). Còn phương th c PCF do hi u qu không cao và chi phí tri n khai l n
nên không ư c ưa vào ng d ng s n xu t, do v y chi ti t c a giao th c s không
ư c trình bày trong cu n lu n văn này.
2.4.1 Khái ni m khung th i gian tr ng
Như ã trình bày trên, giao th c 802.11 xây d ng 2 cơ ch truy nh p
ư ng truy n cơ b n: truy nh p ng u nhiên – Distributed Coordinator Function
(DCF) và truy nh p ch nh yêu c u – Point Coordinator Function (PCF). C hai cơ
ch này u có chung khái ni m v khung th i gian tr ng
Chu n IEEE 802.11 nh nghĩa b n lo i khung th i gian Inter Frame Space là
các kho ng th i gian tr ng ư c chèn vào gi a các frame v i nh ng m c ưu tiên
khác nhau:


Ngô

ng Quý Dương

11


Hình 2-7: Cơ ch truy nh p cơ b n

• SIFS – Short Inter Frame Space: ư c dùng
phân tách vi c truy n thông
theo t ng kh i ơn (ví d c p Frame – Ack) và là lo i Inter Frame Space nh
nh t. T i m i th i i m nh t nh luôn ch có t i a m t tr m tin th c hi n
truy n thông. Giá tr c a SIFS là c
nh v i m i lo i t ng v t lý ví d v i
t ng v t lý 802.11 FH thì giá tr c a nó là 28 micro giây.
• PIFS – Point Coordination IFS: ư c s d ng b i các Access Point (hay
Point Coordinator) nh m giành ư c quy n truy c p vào ư ng truy n trư c
các máy tr m khác. Giá tr c a PIFS ư c tính b ng giá tr c a SIFS c ng
thêm m t Slot Time ( dài c a m t khe th i gian) ví d 78 micro giây.
PIFS = SIFS + SLOT

• DIFS – Distributed IFS: là kho ng tr ng ư c chèn thêm vào gi a các khung
tin giúp cho tr m truy n tin s n sàng b t u m t phiên truy n d li u m i.
DIFS = PIFS + Slot Time. Ví d : 128 micro giây.
DIFS = SIFS + 2*SLOT

• EIFS – Extended IFS: là m t IFS dài hơn ư c s d ng khi m t tram nhân
ư c m t gói tin mà nó không hi u. Kho ng th i gian tr ng này s ư c s
d ng
ngăn ch n vi c m t tr m tin (tr m này không bi t ư c thông tin v
th i gian truy n trong Virtual Cairier Sense) b xung t v i các packet khác
c a kh i d li u hi n t i.


Ngô

ng Quý Dương

2.4.2 Giao th c
CSMA/CA

12


a truy nh p c m nh n sóng mang tránh xung

t

Giao th c CSMA làm vi c v i nguyên lý: M t máy tr m phát tín hi u c m
nh n ư ng truy n. N u ư ng truy n b n (ví d như có tr m khác ang truy n
ch ng h n) thì tr m này s lùi l i vi c truy n thông m t kho ng th i gian nào ó.
N u tr m c m nh n ư c là ư ng truy n r i thì tr m s ư c phép truy n d li u.

Hình 2-8: Lư c

th i gian c a CSMA/CA

Ta d nh n th y lo i giao th c này c bi t hi u qu khi ư ng truy n không
ph i ch u n ng t i. Khi ó nó cho phép các tr m truy n tin v i th i gian tr r t nh
nhưng v i c i m c a mình thì giao th c này cũng gây ra kh năng các tr m s b
xung t (cùng truy n tin vào m t th i i m) b i vì có th các tr m s cùng nh n
bi t ư c ư ng truy n r i và s g i tin i cùng lúc. Do v y các tình hu ng gây
xung t này c n ư c xác nh
t ng MAC có th truy n l i gói tin mà không
c n n s can thi p c a các l p trên, tuy nhiên nó cũng gây ra m t s tr nh t nh.
Trong trư ng h p c a m ng Ethernet thì s xung t ư c nh n bi t b i các tr m
truy n và khi ó nó s truy n sang tr ng thái truy n l i gói tin v i gi i thu t
exponential random backoff - gi i thu t quay lùi ng u nhiên theo hàm mũ.
Tuy cơ ch phát hi n xung t Collison Detection là bi n pháp vô cũng h u
d ng i v i m ng Ethernet nhưng nó l i g p ph i nh ng tr ng i áng k khi tri n
khai cho m ng c c b không dây v i nh ng lí do chính sau ây:
1. Vi c tri n khai cơ ch phát hi n xung t CD òi h i ph i tri n khai ư c
truy n song công trên sóng radio (Full Duplex - truy n nh n tin ng
th i). i u này s làm gia tăng áng k chi phí tri n khai.
2. Trong môi trư ng không dây, ta không th
t ra gi thi t là m i tr m tin
u có th nghe th y ư c các tr m khác ( òi h i cơ b n cho cơ ch phát


Ngô

ng Quý Dương

13


hi n xung t CD) và th c t là cho dù tr m truy n nh n th y ư ng
truy n r i
g i tin i thì ư ng truy n xung quanh khu v c c a tr m
nh n cũng không ch c ch n là r i vào th i i m ó.
Do v y, trong h th ng 802.11 ngư i ta ã s d ng cơ ch tránh xung
Collision Avoidance cùng v i cơ ch Positive Acknowledge như sau:

t–

M t tr m g i s n sàng s g i gói tin c m nh n phương ti n truy n. N u th y
ư ng truy n b n thì tr m s ti n hành truy nh p sau. N u ư ng truy n r nh tr ng
m t kho ng th i gian xác nh ( ư c g i là DIFS – Distributed Inter Frame Space)
thì nó s ư c phép truy n tin, tr m nh n s ki m tra CRC c a gói tin nh n ư c và
g i ra gói tin xác nh n (ACK). Vi c nh n ư c ACK này cũng ng nghĩa v i vi c
ư ng truy n không b b n. N u tr m truy n không nh n ư c ACK thì s c g ng
g i l i v i sau m t s l n t i a
ư c ACK. Khi ó, ã s d ng h t s l n g i
cho phép mà v n không có h i âm, nó s ng ng l i vi c truy n tin.
2.4.2.1 Exponential Backoff Alogrithm
Gi i thu t Backoff ư c bi t n như là m t phương th c h u d ng cho vi c
gi i quy t s xung t gi a nh ng tr m tin khác nhau ã s n sàng cho truy c p vào
phương ti n truy n. Phương th c này yêu c u m i tr m ph i ch n m t giá tr ng u
nhiên Random Number (n): n m gi a 0 và m t s cho trư c làm s nguyên l n
dài khe th i gian tr m ch
n lư t truy nh p vào phương ti n truy n và ki m tra
xem trư c ó có tr m nào khác truy nh p vào hay không.
Khái ni m Slot Time – khe th i gian là cách
các tr m xác nh li u các
tr m khác có truy nh p vào ư ng truy n t i lúc b t u c a slot trư c.
Gi i thu t truy n l i theo phân ph i mũ – Exponential Backoff có nghĩa là
m i tr m s ch n l y m t khe th i gian và khi có xung t x y ra thì nó s tăng lên
t i a theo hàm mũ cho giá tr l a ch n ng u nhiên.
H th ng chu n 802.11 nh nghĩa gi i thu t Exponential Backoff
Alogrithm ư c s d ng trong nh ng trư ng h p sau:
• M t station c m nh n ư c phương ti n truy n trư c khi truy n i gói tin
u tiên và phưong ti n truy n ang tr ng thái b n.
• Sau m i l n truy n l i gói tin – retransmission
• Sau m i l n truy n tin thành công.


Ngô

ng Quý Dương

14


Hình 2-9: Minh ho cơ ch CSMA/CA v i backoff

V i CSMA/CA ta có hai chú ý quan tr ng:
-

Giá tr IFS có th s d ng
xác nh m c
thân Frame d li u ó.
c i m này s
802.11e qu n lí ch t lư ng d ch v .


ưu tiên c a tr m ho c b n
ư c s d ng trong IEEE

Ngô

ng Quý Dương

-

15


V i CSMA/CA. khi m t tr m phát hi n ra kênh b n nó s không kh i
ng l i timer c a c a s phân tranh mà ch d ng timer l i và s kh i
ng lai timer này khi kênh truy n ã r i.

Virtual Carrier Sense – C m nh n sóng mang o:
ây là cơ ch tr giúp, nh m gi m b t xác su t hai tr m b xung
ư c nhau.

t do không nghe

Khi m t tr m truy n s n sàng g i tin, u tiên tr m s g i m t gói tin i u
khi n nh ư c g i là RTS (Request To Send) trong ó có ch ra a ch g c, a ch
ích và th i gian c a vi c trao i (ví d như gói tin và ACK tương ng), tr m ích
(n u ư ng truy n r i) s g i l i gói tin i u khi n tr l i CTS ( Clear To Send)
cũng bao g m nh ng thông tin như v y.
T t c các tr m không dây khi nh n ư c gói tin RTS hay CTS, u c p
nh t l i giá tr ch th Virtual Carrier Sense c a mình (còn ư c g i là NAV –
Network Allocation Vector). Trong m t quãng th i gian nào ó, nó s ư c dùng
cũng v i Physical Carrier Sense (C m nh n sóng mang th c)
c m nh n ư ng
truy n.

Hình 2-10: Trao

i thông tin gi a hai tr m ngu n, ích và NAV ư c k t h p v i c m nh n ư ng
truy n v t lý ch ra tr ng thái b n
ư ng truy n.

Cơ ch này làm gi m áng k xác su t xung t trong khu v c c a tr m nh n
v i m t tr m b “khu t” i v i tr m truy n. Ngoài ra do RTS và CTS là nh ng
khung tin ng n nên nó cũng s làm gi m các overhead gây ra xung t c bi t là
khi gói tin c n truy n có kích thư c l n hơn nhi u so v i gói RTS.


Ngô

ng Quý Dương

16


2.4.3 Giao th c i u khi n truy nh p phương ti n DCF
Giao th c DCF – Distributed Coordination Function là giao th c cơ b n c a l p
MAC 802.11. Giao th c này i u khi n vi c chia s kênh truy n gi a nhi u tr m
khác nhau. Giao th c này ho t ng d a trên các phương th c CSMA/CA và
802.11 RTS/CTS: M i tr m có m t timer, m lùi khi nó th y m t slot tr ng. Timer
này b ông l i khi tr m th y kênh truy n b n và quay tr l i sau m t kho ng tr c
nh khi nó th y kênh r i. Khi b
m b ng 0, tr m truy n tin. N u vi c truy n tin
b
ng , tr m s l a tr ng m t giá tr timer m i ư c b i s lên sau m i l n b
ng . Vi c làm này ư c l p l i cho n khi truy n tin thành công ho c có s l n
truy n l i t i a. Các tr m l a ch n giá tr tr kh i t o trong kho ng {0, 1, 2,..,
CWmin-1}xIDLE.
Các tham s

802.11b

802.11g

DIFFS

50µs

28µs

SIFS

10µs

10µs

IDLE

20µs

9µs

CWmin

32

16

1024

ACK

54 Mbps

48

truy n t i a

1024

11 Mbps

CWmax
T c

24

B ng 2-2: Các tham s c a 802.11 DCF protocol

Giao th c DCF có m t s gi i h n sau:
-

N u có nhi u tr m liên l c cùng lúc, s xu t hi n nhi u

ng

do ó s

làm gi m băng thông hi n t i (gi ng Ethernet s d ng CSMA/CD).
-

Không phân chia m c

ưu tiên cho t i.

-

N u m t tr m “chi m” ư c ư ng truy n, nó có th lưu gi bao lâu tùy
ý, n u nó truy n v i bit rate th p, thì s s d ng kênh truy n lâu, nh
hư ng n các tr m khác.

-

Không có

m b o cho ch t lư ng d ch v .

d hi u chúng ta xem xét ví d dư i ây ( 802.11 DCF MAC protocol). Trong ví
d chúng ta minh h a trư ng h p khi có 2 tr m A và B tranh nhau m t kênh truy n
chung.


Ngô

ng Quý Dương

17


Hình 2-11: 802.11 DCF MAC protocol

Trong ó có s phân chia th i gian như sau:
Ph n (1): Trên hình v ph n (1) là ph n tr kh i t o, là th i gian mà m i
tr m ph i i sau khi kênh truy n r i trư c khi
có th b t u truy n d
li u. Ph n tr này ư c g i là Distributed Interframe Spacing (DIFS) và
trong 802.11g DIFS có giá tr 28.10-6s.
Ph n (2): Kho ng th i gian tr ư c l y ng u nhiên trong t p giá tr {0, 1,
2,.., CWmin-1}xIDLE trư c khi tr m th g i i gói tin u tiên. Trong ó
CWmin, IDLE là các tham s ư c cho trong giao th c.
Ví d v i 11g: CWmin=16, IDLE= 9.10-6 s, kho ng th i gian tr s
ư c tr n là {0, 1, 2, …, 15}x9.10-6 s. Trong ví d ta gi s c A và B cùng
l a tr n m t th i gian tr như nhau.
Ph n (3): A và B cùng truy n tin và b
ng . C hai tr m l p l i bư c (1)
i cho kênh truy n r i v i m t kho ng th i gian b ng tr kh i t o. M c
ích c a ph n tr này là i m t l i báo vi c truy n thành công ư c g i i
sau khi ã i m t kho ng th i gian Short Interframe Spacing (SIFS) ng n
hơn DIFS.
Ph n (4): Các tr m l i l y m t kho ng th i gian tr ng u nhiên ng d ng,
nhưng s ư c nhân ôi d i giá tr sau m i l n b xung t. Ví d trong 11g,
sau l n ng
th nh t t p giá tr là {0, 1, 2, …, 31}x9.10-6 s, sau l n th 2
là {0, 1, 2, …, 63}x9.10-6 s và c th . Trên hình v , A l y giá tr tr dài hơn 3
slot so v i B. C A và B s gi m timer tr c a mình m i khi th y m t slot
th i gian tr ng. Như trên hình v B ã b t u truy n d li u khi timer c a A
v n còn 3 slot. B
m lùi c a A s b ông l i trong su t quá trình truy n d


Ngô

ng Quý Dương

18


li u c a B. Khi kênh truy n l i r i, các tr m l i b t
tr oc khi chúng khôi ph c l i m lùi. Như trên

u kho ng tr kh i t o

Hình 2-11, sau 3 slot n a ( ư c ch ra b i ph n (4’)), tr m A truy n d li u.
Chúng ta mô t các tham s cho giao th c MAC c a 802.11 cho t ng chu n
802.11a/b/g theo cùng th t c nhưng v i ơn v khác nhau như sau:
• DIFS: th i lư ng ph i i sau khi kênh truy n r i trư c khi tr m khôi
ph c l i vi c c nh tranh chi m kênh truy n (1).
• SIFS: th i lư ng ph i i sau khi kênh truy n thành công trư c khi tr m
áp ng ra m t MAC layer acknowledgement cho ACK phiên truy n d
li u g n nh t
• IDLE:

dài c a các slot r i-idle.

• CWmin: kích thư c t p kh i t o mà kho ng
ch n (2).

m lùi ng u nhiên ư c

• CWmax: kích thư c t p l n nh t mà kho ng ng u nhiên ư c ch n và t c
truy n h tr

2.5

nh d ng khung truy n

nh d ng khung truy n là nh d ng cơ b n, bao g m m t s các trư ng v i
th t c
nh trong t t c các khung truy n MAC. nh d ng chung cho khung tin
MAC trong m ng WLAN ư c mô t như hình v dư i ây:

Hình 2-12: IEEE MAC frame format

Trong ó:
Address 1 - Recipient Address: a ch c a STA s nh n frame t c th i.
Trong trư ng h p bit ToDS c a FrameControl ư c set thì ây là a ch c a
AP, ngư c l i s là a ch c a tr m cu i.


Ngô

ng Quý Dương


19

Address 1 – Transmitter Address: a ch c a máy tr m v t lí ã phát ra
frame. N u bit FromDS ư c set thì ây là a ch c a AP, n u không ư c
set thì ây là a ch c a m t tr m STA thông thư ng.
Chi ti t v các trư ng c a Frame ư c miêu t trong tài li u [2]

Hình 2-13 Frame Control Format

2.6 Giao th c trao

i khung tin c b n

Giao th c trao i khung tin cơ b n hay còn g i là Basic Frame Exchange, là
giao th c yêu c u trao i gi a hai tr m
m c t i thi u và ch g m hai khung tin.
M t khung d li u ư c g i t ngu n n ích và xác nh n thành công tr m ích
ch c n tr l i b ng m t ACK. Hình v dư i ây minh ho m t phiên trao i khung
tin d a trên giao th c này. Trong ó vi c trao i ph n khung d li u và ACK là
nh ng ơn v trao i cơ b n không chia nh theo giao th c MAC, và thao tác này
không th b ng t do nh ng tr m khác gây ra.

Hình 2-14: Trao

i khung tin

d ng cơ b n

tránh g p ph i v n các node b n, vi c trao i gi a các tr m tin ư c
có th s d ng h tr thêm hai frame i u khi n RTS (Request To Send) và CTS


Ngô

ng Quý Dương

20


(Clear To Send). Như trong Hình 2-15, sau kho ng th i gian i kênh r i, tr m
phát g i khung RTS
yêu c u g i gói tin,
áp l i tr m ích g i l i khung CTS.
D a trên khung tin CTS nh n ư c, tr m ngu n s g i i khung tin ch a d li u
như ph n trên. N u bên ích nh n ư c khung tin m t cách úng n thì s g i
ACK h i áp và hoàn t t vi c trao ôi d li u. i v i phương th c m r ng này
thì c b n khung tin trên u là nh ng thành t cơ b n, không th chia nh và vi c
trao i là không th b ng t quãng b i b t kỳ m t tr m không dây nào khác.

Hình 2-15: Trao

i khung tin có s d ng thêm RTS và CTS

M c dù cơ ch RTS/CTS gi i quy t ư c v n
node n, nhưng cơ ch này
l i gây ra th i gian tr l n và làm tăng m c
s d ng kênh truy n v i các gói tin
ACK và RTS, CTS liên t c, gây lãng phí ư ng truy n. V i RTS/CTS thì thông
lư ng m ng cũng th p hơn nhi u so v i vi c s d ng cơ ch trao i gói tin cơ b n.
Do v y hi n nay ph n l n các thi t b không dây 802.11 ư c t ch
m c nh
là không s d ng RTS/CTS, c bi t là các thi t b ph d ng cho doanh nghi p v a
và nh .

2.7 Như c i m c a giao th c DCF
H th ng IEEE 802.11 v cơ b n ư c xây d ng d a trên mô hình d ch v
best-effort. Ví d : giao th c DCF ch truy n d li u theo kh năng t t nh t có th
(best-effort) mà không ưa ra b t kỳ m t cơ ch nào m b o v các y u t như th i
gian tr ,
r ng băng thông, t l r t gói. Do ó, t t c các ng d ng s ư c i
x
ng u như nhau, không quan tâm t i nh ng ng d ng có yêu c u v ch t
lư ng d ch v riêng bi t. Trong 802.11 DCF không h có khái ni m phân bi t ph c


Ngô

ng Quý Dương

21


v . T t c các ng d ng nh y c m v i băng thông,
tr ,
rung pha (jitter) hay t
l r t gói cũng ư c ph c v gi ng h t các ng d ng thông thư ng (best-effort). Do
v y khi m ng b ngh n thì t t c các ng d ng này u có
tr , t l r t gói và
băng thông tương ương nhau, không h có tính phân bi t, ưu tiên.
Hình v dư i ây mô t tr
u cu i- u cu i, c a b n lo i lu ng d li u
khác nhau ư c sinh ra t i m t tr m không dây: Voice, Video, Best Effort và
Background.

Hình 2-16: Th i gian tr trung bình.

Như ta th y trên hình v thì c b n lo i traffic trên u có th i gian tr x p x
nhau, không phân bi t lo i hình d ch v . i u này ch ng t giao th c DCF không
có nh ng cơ ch
m b o băng thông, th i gian tr ,
rung pha, hay t l r t gói
cho nh ng lu ng d li u a phương ti n có m c
ưu tiên cao. Vi c thi u h t kh
năng cung c p QoS cho nh ng ng d ng a phương ti n t o nên m t l h ng khá
l n trong vi c tri n khai m ng không dây 802.11 cho nh ng ng d ng c p cao như
a phương ti n, th i gian th c.

2.8 K t chưng
Trong ph n trình bàytrên, chúng ta ã lư c qua m t s khái ni m cơ b n
trong h th ng m ng WLAN. H th ng m ng WLAN IEEE 802.11 s d ng cơ ch
truy nh p ư ng truy n CSMA/CA và c a s phân tranh theo gi i thu t backoff.
Giao th c chính ư c s d ng là DCF tuy nhiên giao th c này chưa h tr cho ch t

Ngô

ng Quý Dương

22


lư ng d ch v . Giao th c EDCA ư c xây d ng trong phiên b n IEEE 802.11e
nh m gi i quy t v n này, chi ti t v EDCA s ư c trình bày k hơn chương 4.
Trong ph n ti p theo, ta s cùng tìm hi u m t s lý thuy t v
m b o ch t
lư ng d ch v - QoS. ó là nh ng hi u bi t cơ b n giúp ta gi i quy t v n
ch t
lư ng d ch v VoIP trên môi trư ng không dây 802.11


Ngô

ng Quý Dương


23

Chương 3

3 Ch t lư ng d ch v trên m ng
WLAN 802.11
Trong chương này, chúng ta s gi i thích khái ni m ch t lư ng d ch v
(Quality of Service - QoS) và các mô hình d ch v liên quan.

3.1 T ng quan v ch t lư ng d ch v
3.1.1 Khái ni m ch t lư ng d ch v
Khái ni m Qualitiy of Serivce (QoS) - ch t lư ng d ch ph ,
c p t i kh
năng c a m t h th ng m ng có th ph c v m t s lưu lư ng m ng ư c ch n v i
ch t lư ng ư c c i thi n hơn so v i các lo i lưu lư ng khác.
c bi t, QoS có
nh ng tính năng như cung c p các d ch v mà mà ch t lư ng c a nó ã ư c c i
thi n cũng như ư c oán nh trư c, bao g m:
-

Cung c p băng thông v i lư ng

-

C i thi n tình hình m t gói tin

-

Qu n lí và làm gi m

-

Phân lu ng lưu lư ng m ng

-

Thi t l p ưu tiên cho các lưu lư ng trên h th ng m ng.


ng

nh trư c

m ng

Ngô

ng Quý Dương

24


Hình 3-1: Minh ho QoS - Phân chia ưu tiên v i các lưu lư ng m ng

M t cách ơn gi n, ta hi u QoS là t p h p các bi n pháp, cách th c nh m
m b o v ch t lư ng ph c v cho m t lo i ho c m t t p h p lưu lư ng m ng
ư c ch nh. Và trong các ph n sau khi nh c n QoS ta có th ng m hi u là ây
là nh ng bi n pháp nh m cung c p, h tr cho v c m b o ch t lư ng ph c v cho
m t lo i hình d ch v hay lưu lư ng m ng nào y.
3.1.2 Ki n trúc Ch t lư ng d ch v
có th cung c p tính năng m b o ch t lư ng d ch v gi a các u cu i
trên h th ng m ng thì ta c n ph i thi t l p c u hình v i các c tính c a QoS cho
h th ng m ng. Có 3 ph n cơ b n cho vi c h tr QoS trên các m ng không ng
nh t:
• QoS cho m t thành t m ng ơn l , bao g m các
bi u, phân lo i lưu lư ng
• Các k thu t báo hi u QoS
ph i h p ho t
u cu i gi a các thành t m ng.

c trưng: hàng

ng QoS phân ph i

i, l p
u cu i-

• Các ch c năng qu n lí, chính sách QoS
i u khi n, qu n tr lưu lư ng
m ng u cu i khi truy n giao qua h th ng m ng


Ngô

ng Quý Dương

25


Hình 3-2: Ba thành ph n chính cho vi c tri n khai QoS

3.2 Các c ch

m b o ch t lư ng d ch v

Trư c khi quan tâm n các tham s ư c s d ng cho QoS, ta c n tìm hi u
v các lo i d ch v network ư c s d ng hi n nay:
3.2.1 Phân lo i

ng d ng m ng

3.2.1.1 Các d ch v truy n s li u (Elastic traffic Application)
ây là các d ch v liên quan n truy n s li u. Thư ng không òi h i yêu
c u c th v ch t lư ng d ch v , không b nh y c m v i th i gian mà ch yêu c u
m b o s úng n c a thông tin ư c phân ph i. Lo i hình d ch v này còn ư c
bi t n như là Best Effort Serive (không h a trư c ch t lư ng d ch v , ch c g ng
t i a) và No Realtime Service (không ph i tác ng v i yêu c u th i gian th c). Ví
d : các ng d ng FTP, Telnet hay b t kỳ m t ng d ng nào có th làm vi c mà
không b ràng bu c vi c phân ph i theo th i gian.
3.2.1.2 Các d ch v th i gian th c (Inelastic traffic Application)
ây là nh ng ng d ng có yêu c u khi mà tín hi u nh n ư c ph i có th i
gian tr nh hơn m t ngư ng cho trư c. Ví d như các ng d ng truy n video hay
audio. Hi n nay, ngư i ta chia các d ch v Inelastic làm hai lo i:


Ngô

ng Quý Dương

26


o D ch v tương tác – Interactive service: ây là lo i hình d ch v có
tương tác theo hai chi u. Ví d : VoIP, Video Conference. Lo i d ch
v này có yêu c u ch t lư ng d ch v nghiêm ng t nh t (nên ư c g i
là Guarantee service hay hard QoS).
o D ch v không tương tác – Non Interactive Service: là nh ng d ch v
không có tính tương tác, thông tin ch y u là theo m t chi u. Ví d :
E-learning, Video-On-Demand. Thông tin trao i có th bao g m c
nh ng lưu lư ng c n có
ưu tiên cao hơn so v i các lưu lư ng còn
l i (th i gian lưu chuy n nhanh, băng thông trung bình cao hơn, t l
r t gói tin nh i). Do v y các yêu c u c a lo i d ch v này không
kh t khe như d ch v tương tác nên còn ơc g i là Differentiated
service hay soft QoS.

Hình 3-3: Các m c

òi h i tri n khai QoS

Trên ây chúng ta ã trình bày v các lo i hình d ch v c n t i s h tr c a
QoS. Trong ph n ti p theo ta s tìm hi u v các khái ni m và các tham s ư c s
d ng cho vi c ánh giá và theo dõi ch t lư ng d ch v :


Ngô

ng Quý Dương

27


3.2.2 Các tham s Ch t lư ng d ch v
3.2.2.1 T l m t gói (Packet Error Rate-PER):
T l ph n trăm gói b m t nh hư ng áng k
n ch t lư ng tho i m ng IP.
T l gói b m t tính b ng t l ph n trăm các gói g i t host A mà không n ư c
nơi nh n cu i cùng c a nó t i host B.
PER =

LostPacket s _ Number
Transmitte dPackets _ Number

Có 3 nguyên nhân chính làm gói b m t, gi m ch t lư ng truy n d n do:
-

S c

thi t b truy n d n.

-

Ð tr gói vư t quá m c ngư ng “Time to live”.

-

Do ngh n m ng. Khi tình tr ng ngh n m ng tăng cao, thu t toán gi i
ngh n c a router s gi i phóng các hàng i c a chúng b ng cách th i h i
các gói trong hàng i, i u này d n n tình tr ng m t gói. Các gói tho i
b m t s t o ra các kho ng ng t trong cu c àm tho i. Tuy nhiên, trong
m t s công ngh tho i IP, thu t toán mã hoá tho i cho phép n i suy ra
n i dung c a 3-5% s gói b m t mà v n m b o ch t lư ng tho i.

3.2.2.2 Tr -Delay
tr ư c tính b ng
chênh l ch th i gian gi a th i gian gói tin xu t phát
cho n th i i m nh n ư c gói tin t i i m n. Hay nói cách khác
tr gói
tương ng v i s sai khác th i gian t khi ngư i nói b t u nói cho n khi ngư i
nghe nh n ư c âm u tiên.
Theo khuy n cáo ITU-T G.114 m c ngư ng c a
400 ms cho các cu c àm tho i.
Ð
quá trình
m ng. Do
gateway t
IP.

tr gói theo m t chi u là

tr gói trong tho i VoIP g m có 2 thành ph n chính:
tr c
nh do
óng gói tho i và
tr thay i do quá trình i và x lý gói ngang qua
ó
hi u s gi a m c ngư ng theo G.114 và
tr c
nh do h th ng
o ra có th xem như là khuy n cáo cho
tr gói m t chi u trong m ng


Ngô

3.2.2.3

ng Quý Dương

bi n

28


i tr - Jitter

bi n i tr ư c tính b ng
chênh l ch v tr c a các gói k nhau.
Tham s này nh hư ng n ch t lư ng truy n d n th i gian th c. Ð cho ch t
lư ng tho i t t, h th ng gateway nh n ph i ráp l i như cũ các gói tho i thành lu ng
tho i liên t c và th hi n lu ng tho i này m t cách u n b t ch p th i gian n
c a gói thay i. S thay i th i gian n c a gói do nh hư ng bi n i tr .
Phương pháp t t nh t gi m t i thi u bi n i tr là áp ng băng thông y .
3.2.2.4 Băng thông – Bandwith
Băng thông là i lư ng o kh năng truy n tin c a ư ng truy n thư ng
ư c tính b ng s lư ng bít thông tin có th truy n ư c trong m t giây (bps).
Khác v i throuput cũng ư c tính b ng lư ng bít truy n ư c trong 1 giây (bps),
nhưng l i là lư ng thông tin ư c truy n qua thi t b (nút m ng) trong m t ơn v
th i gian.
Trong m ng tích h p tho i và d li u thì ta ph i quy t nh băng thông cho
m i d ch v d a trên cơ s băng thông hi n có. N u dành cho tho i quá ít băng
thông thì ch t lư ng d ch v s không ch p nh n ư c. D ch v tho i nh y c m v i
vi c thi u băng thông hơn các d ch v khác trên m ng IP. Do ó băng thông dành
cho tho i và báo hi u c a nó ph i ư c ưu tiên hơn các d ch v khác. Băng thông
yêu c u cho d ch v VoIP tùy thu c vào s cu c g i gi cao i m.
V i t ng lo i hình d ch v thì các yêu c u v QoS s là khác nhau. Ví d v i
d ch v truy n s li u thì c n PER, Bandwidth. Nhưng v i VoIP thì ta c n quan tâm
c b n tham s
c bi t là
tr và
bi n i tr . Trong ph n ti p theo chúng ta
s tìm hi u v m t s cơ ch
m b o ch t lư ng d ch v trên h th ng m ng máy
tính.
3.2.3 Các cơ ch

m b o Ch t lư ng d ch v

Flow Classification – Phân lo i lu ng: phân lo i các gói tin i vào nút m ng
thành các lu ng thu c v nh ng ngư i s d ng khác nhau.
Ví d : phân lu ng d a trên

a ch IP ngu n, s hi u Port ngu n.

Packet Scheduling – Phân ho ch gói: Thư ng ư c th c hi n t i các router,
dùng xác nh gói thu c v lu ng nào
ưa ra ngoài ư ng truy n nh m
m b o ch t lư ng d ch v .


Ngô

ng Quý Dương

29


Resource Reservation – ành s n tài nguyên: ây là cơ ch
c p y
tài nguyên cho m t lu ng thông tin nào ó.

m b o cung

Admision Control - Cơ ch i u khi n ch p nh n tuy t i: Trư c khi k t n i
ơc th c hi n thì ti n hành ki m tra n u có
tài nguyên ho c năng l c
ph c v thì m i ch p nh n k t n i.
Traffic Shapping Policy: Cơ ch này ư c s d ng
ki m tra xem lu ng
lưu lư ng c a ngư i s d ng có tuân th úng theo các tham s QoS hay
không.
QoS Routing: nh tuy n gói tin d a trên các tham s c a QoS. Khi nh n
ư c m t gói tin thì tuỳ thu c vào các thông s QoS ư c c u hình router s
ti n hành quy t nh l a ch n ư ng nh tuy n cho gói tin.
Trong n i dung ti p theo, chúng ta s cùng nhau phân tich chi ti t nh ng
khía c nh c trưng, nh ng v n
c n ph i gi i quy t khi cung ng d ch v VoIP
trên môi trư ng không dây v i yêu c u có m b o ch t lư ng d ch v .

3.3 Ch t lư ng d ch v
WLAN

trên cho VoIP trên môi trư ng m ng

Quay tr l i v i v n
v các ng d ng th i gian th c (Inelastic) và ng
d ng truy n s li u (Elastic). Ví d i n hình cho ng d ng Elastic là ftp v i giao
th c TCP i u khi n t c
truy n nh n d li u và m b o truy n thông tin c y.
Các lưu lư ng inelastic tương ng v i nh ng ng d ng th i gian th c trong ó vi c
truy n nh n d li u ch có ý nghĩa n u nó nh n ư c v i kho ng tr nh Ví d như
VoIP, video conference và t t c các ng d ng òi h i tr truy n nh n gi a hai u
cu i là nh .
H th ng m ng Internet có dây truy n th ng ph c v c các t i elastic và
inelastic nhưng chúng ta không th ng d ng các gi i pháp c a m ng internet có
dây cho m ng internet không dây. S khác bi t
ây là ch kênh truy n c a
m ng không dây là chia s và ta ph i tr v v i mô hình m ng cũ là Ethenet hub,
m ng Ethernet 802.3 s d ng các giao th c CSMA/CD còn m ng WLAN s d ng
CSMA/CA.
Do ó trên m ng có dây ta có th thi t l p các m ng LAN o, cho phép phân
ph i băng thông mong mu n m t cách hi u qu còn m ng không dây thì không làm


Ngô

ng Quý Dương

30


ư c. M t khác trên m ng có dây, s can nhi u là r t nh còn v i WLAN thì l i là
m t v n nh y c m và d g p.
M c ích chúng ta
ra là nghiên c u tìm hi u kh năng áp ng c a h th ng
WiFi cho nh ng traffic có yêu c u QoS-ch t lư ng d ch v . Ví d như các công
s thư ng òi h i h th ng m ng áp ng c hai nhu c u t i d li u và t i d ch v
tho i. Như ta ã bi t thì các ng d ng truy n s li u thư ng có tính b n v ng và
truy n các gói tin có kích thư c l n. Không gi ng như các ng d ng tho i ch
truy n các gói tin nh theo chu kỳ nh t nh, ng d ng truy n s li u c g ng
truy n i các gói tin l n nhanh chóng liên ti p nhau. Hi u năng s d ng c a ư ng
truy n càng tr nên t i t khi các ng d ng tho i c a chúng ta c nh tranh tài nguyên
v i các ng d ng truy n s li u (elastic). Trong ó ph n b t l i dư ng như thu c v
các ng d ng tho i.

Hình 3-4: Single Domain Wireless Network

Hình trên mô t m t h th ng Wireless single domain i n hình ch bao g m
m t AP còn l i là các thi t b
u cu i như laptop hay softphone-IP phone. Trong
mô hình này s trao i d li u ch di n ra tr c ti p gi a nh ng thi t b
u cu i và
AP ch không có s trao i d li u tr c ti p gi a các thi t b
u cu i v i nhau.
Công ngh không dây ư c s d ng
ây là WiFi v i tên thư ng dùng là IEEE
802.11. Trong ó các chu n ư c s d ng ph bi n nh t hi n nay là 802.11b,
802.11g và chu n 802.11e c t h tr cho QoS. M c ích c a công vi c trong
ph n này là kh o c u năng l c c a h th ng không dây v i nghĩa là s k t n i tho i
l n nh t t ư c trên h th ng m ng này.

Ngô

ng Quý Dương


31

Năng l c c a các h th ng m ng hi n nay không ơn gi n bi u di n qua hàm
s c at c
truy n d li u. Các th c nghi m cho th y s lư ng có th c a các k t
n i tho i cũng chi m m t ph n nh trong t c
danh nghĩa c a m ng.
Ví d : trong m ng 802.11b, s lư ng t i a ch p nh n ư c các k t n i VoIP
G.711 thư ng là 6.
m t k t n i có ch t lư ng ch p nh n ư c ta c n 64 kbps,
v i 6 k t n i ta m i ch chi m 2x6x64 kbps= 728 kbps, t c là m i ch 7% c a kênh
truy n 11Mbps 802.11b. T i sao hi u qu s d ng ư ng truy n l i th p như v y??
Có nhi u nguyên nhân:
-

Các packet VoIP có ph n header và preamble l n.

-

Idle time c a MAC gi a hai l n truy n gói tin liên ti p.

-

Kho ng th i gian do b

Codec

ng

thêm vào.

GSM 6.10

G.711

G.723.1

G.726-32

G.729

13.2

64

5.3/6.3

32

8

Framing interval(ms)

20

10

30

20

10

Payload(Bytes)

33

80

20/24

80

10

Packets per second

50

50

33

50

50

Bit rate (Kbps)

B ng 3-1: Các codec dùng cho ng d ng tho i

Do ó chúng ta s xem xét các phương án nghiên c u kh thi ánh giá năng l c
h tr các t i tho i trên n n h th ng m ng WLAN v i trên các topology m ng
WLAN:
C u hình Infraqstructure BSS – Single Domain WiFi: s d ng tiêu chí ánh
giá là s lư ng k t n i tho i c c i có th thi t l p ư c, chúng ta s kh o
sát gi i h n QoS cho:
WLAN v i giao th c MAC thông thư ng chưa có h tr QoS:
802.11 DCF
WLAN có h tr QoS: 802.11e EDCF
T nh ng k t qu thu ư c, ta s có ư c các thông s c n thi t xây d ng
Admission Control nh m m b o ch t lư ng d ch v m t cách h p lí.
C u hình IBSS – Adhoc Mobile Network: V i c u hình này chúng ta s tìm
hi u v kh năng tri n khai QoS routing.


Ngô

ng Quý Dương


32

Ch t lư ng d ch v t t có nghĩa là em n s hài lòng cho ngư i dùng. c
bi t i v i bài toán v VoIP thì òi h i vi c thư ng xuyên gi ư c toàn b các
y u t như t l l i th p, t i thi u hoá các thông s như
tr , t l m t gói,
bi t
i tr là r t quan tr ng.
ây có hai d ng tiêu chí yêu c u v ch t lư ng cho d ch
v tho i. u tiên là tiêu chí khách quan có th tính toán v i
chính xác cao. Th
hai là tiêu chí mang tính ch quan có tính t i kh năng nghe và n nh c a con
ngư i v phân lo i ch t lư ng cu c tho i. Qua nh ng phân tích th c t cho th y
ch t lư ng tho i s ph thu c ch y u vào các y u t :
tr , t l r t gói, và
bi n
i tr . Trong khi lưu lư ng d li u thông thư ng ch u nh hư ng chính t y u t t
l m t gói và ch p nh n khá t t chuy n tr gói tin thì các cu c tho i tuy ch u ư c
vi c m t gói tin nhưng l i r t nh y c m v i các y u t tr và bi n i tr .

Hình 3-5: ánh giá

3.3.1 Tr

u cu i –

tr

u cu i

u cu i

Trong truy n thông tho i, khái ni m
tr thư ng ư c dùng
ch t i
tr gi a u cu i v i u cu i. ó là kho ng th i gian m t gói tin ư c chuy n t
ti n trình g i tin ti n trình nh n tin. Trong hình v trên, m i u cu i có m t hi u
ng riêng c m nh n ch t lư ng d ch v tho i và có th x y ra trư ng h p hi u ng
này s không gi ng nhau c hai hư ng (khi ó ta s có cu c g i b t i x ng). Ta
gi thi t là giá tr tr
u cu i- u cu i bao g m tr x lí, tr hàng i, truy n tin và
tr do ph i sao chép gói tin.


Ngô

ng Quý Dương

3.3.1.1 Tr


33

óng gói

Kho ng th i gian th i gian ư c yêu c u b i m t node m ng (có th là AP,
router hay 1 máy thông thư ng)
x lí thông tin và i u hư ng các gói tin tho i.
Th i gian tr này kho ng ch ng vài mili giây.
3.3.1.2 Tr hàng

i

Kho ng th i gian b tr do gói tin n m trong hàng i
ư c truy n i,
kho ng giá tr c a nó là t vài micro giây n mili giây.
l n c a tr ph thu c
vào c m t
lưu thông m ng và c u hình c a m ng (k t n i, thi t b , c u trúc…).
3.3.1.3 Tr tu n t
Tr tu n t là th i gian tr do vi c ưa m t gói tin vào ư ng k t n i không
dây, thư ng có giá tr trong kho ng micro giây n vài giây. Th i gian tr tu n t
này có th ư c c i thi n b ng cách tăng thông lư ng c a m ng.
3.3.1.4 Tr truy n lan
Kho ng th i gian dùng cho vi c truy n tin b ng không dây ho c có dây gi a
nơi phát gói tin và nơi nh n gói tin.
ánh giá th i gian tr chúng ta s d ng các nh nghĩa theo ITU-G.114.
M i quan h gi a
tr
u cu i- u cu i t i nơi phát ra gói tin tho i nơi thu v
nghe và ch t lư ng tho i ư c cho trong b ng dư i ây:
Tr

u cu i(ms)

Ch t lư ng tho i

150ms

T t

150ms-400ms

Ch p nh n ư c

400ms

T i

B ng 3-2: nh hư ng c a tr

u cu i t i ch t lư ng tho i

Nhưng t i Access Point, ta có tiêu chí sau [11]:
Tr

u cu i(ms)

Ch t lư ng tho i

20ms

T t

20ms

T i

B ng 3-3: nh hư ng c a tr t i Access Point t i ch t lư ng tho i


Ngô

3.3.2

ng Quý Dương

bi n

34


i tr

Jitter là tham s th ng kê ch s bi n i v
tr gi a các gói tin (m t s tài
li u g i là
rung pha). Hi n nay có r t nhi u nh nghĩa v Jitter nhưng trong tài
li u này ta t m hi u jitter là
l ch trung bình c a kho ng tr ng gi a các gói tin t i
nơi g i gói tin ra so v i kho ng tr ng gi a các packet t i nơi thu i v i m t c p
gói tin. Cũng theo tài li u ITU-G.114, ta có th ch p nh n ánh giá sau:
Jitter(ms)

Ch t lư ng tho i

0 ms – 20 ms

T t

20 ms – 50 ms

Ch p nh n ư c

50 ms

T i

B ng 3-4: nh hư ng c a Jitter v i ch t lư ng tho i

3.3.3 T l m t gói

VoIP trên m ng Wireless ư c th c hi n thông qua giao th c UDP – không
h tr truy n tin tin c y. Trong nh ng giai o n có x y ra ngh n m ng ho c các gói
tin b can nhi u, ng d ng tho i s ph i i phó và ch p nh n vi c m t gói tin và
kh năng này ph thu c nhi u các nh ng k thu t mã và gi i mã tho i. M t s k
thu t cho phép có th ch p nh t t l m t gói tin lên t i 20%. Tuy nhiên bên c nh t
l m t gói tuy t i, chúng ta cũng c n
c p n d ng phân ph i cúa chúng, rõ
rang vi c m t gói theo tương quan s cho ch t lư ng d ch p nh n hơn là b m t gói
m t cách r i r c, không thư ng xuyên.
Ví d v i i u ch PCM 8-bit, t l m t có th ch p nh nd ư c là 1% v i
trư ng h p không s d ng công ngh che gói b m t PLC (Packet Loss
Concealment) và 10% cho có s d ng. Do ó chúng ta s d ng m t m c ngư ng là
2% như trong b ng dư i ây:
T l r t gói

Ch t lư ng tho i

Nh hơn 2%

T t

L n hơn 2%

T i

Hình 3-6: nh hư ng c a t l m t gói v i ch t lư ng tho i


Ngô

ng Quý Dương


35

3.3.4 Các tiêu chí ch quan

i m s hài lòng (Mean Opion Score – MOS) là thư c o ánh giá ch t
lư ng c a cu c tho i m t cách tương i d a trên c m nh n c a con ngư i. ây là
tiêu chí ư c dùng ph bi n nh t trong các ánh giá d a trên ch quan. B i vì suy
cho cùng, t t c các d ch v chúng ta ang làm là ph c v cho con ngư i. Do v y
ây s v n là tiêu chí h u ích cho vi c ánh giá ch t lư ng d ch v . Tuy nhiên s r t
t n th i gian và chi phí cho vi c ánh giá này. Theo tài li u [Can I have a VoIP
call] ta có th chia MOS thành các thang b c:
i m

Ý nghĩa

5

Hoàn h o

4

Ch p nh n ư c, nhưng hơi khó nghe

3

Hơi khó nghe

2

Khó nghe rõ

1

R t khó nghe
Hình 3-7: Các c p

hài lòng MOS

3.3.5 Các tiêu chí khách quan
Các giá tr MOS có th ư c tính d a trên các tiêu chí khách quan, ví d gi i
thu t Perceptual Evaluation of Speech Quality c a ITU 1. Tiêu chí ánh giá này có
chi phí r hơn và tiêu t n ít th i gian hơn MOS, ã ư c áp dung cho công vi c d
oán ch t lư ng ti ng nói. Tuy nhiên trong khuôn kh lu n văn, chúng ta ch d ng
l i
ây, không ti p t c i sâu hơn n a.
hi u ư c chi ti t v n
truy n d li u tho i trên h th ng m ng WiFi
single domain chúng ta có nh ng vi c c n làm sau:
-

Phân tách c trưng các tác ng c a vi c lưu chuy n t i: khi ch có lưu
lư ng tho i và khi có c lưu lư ng tho i và lưu lư ng TCP.

-

Giao th c MAC trên n n 802.11 và các khía c nh liên quan: ã ư c xem xét
trong ph n Các cơ ch truy nh p phương ti n.

1
ITU. Perceptual evaluation of speech quality (PESQ), 1997, là m t phương pháp ánh giá khách quan cho ch t lư ng
tho i u cu i dùng cho m ng i n tho i băng h p v i b codec ti ng nói


Ngô

-

3.4

ng Quý Dương


36

Phân tích c u trúc khung tin VoIP trên WiFi 802.11.

nh d ng Header gói tin VoIP trong m ng 802.11

Trong h th ng m ng 802.11, các packet thư ng có ph n header khá l n
(nguyên nhân ch y u là do các cơ ch MAC). Trung bình m i packet có 74 byte
header thông tin (RTP, UDP, IP, MAC), khá lơn so v i
dài trung bình c a ph n
payload c a VoIP (kho ng t 10 n 160 bytes).
Packet

PacketHeader

RTP

16 bytes

UDP

8 bytes

MAC

30 bytes

IP

20 bytes

MAC ACK

14 bytes

B ng 2-3-5: Packet Header c a các gói tin VoIP

Ví d :
truy n m t gói tin trong 802.11 ta m t th i gian truy n o n MAC
overhead cho viêc truy n tin thành công ho c ng . Trong trư ng h p thành
công: truy n o n mào u preamble, truy n n i dung gói tin, SIFS, preamble cho
MAC acknowlege, MAC acknowlege và th i gian DIFS ch trư c khi kh i ng
l ib
m backoff cho vi c quay tr l i kênh truy n.
Ta có công th c tính các kho ng th i gian tiêu hao cho vi c truy n gói tin VoIP
như sau:

TVS = PRE + PACKET + SIFS + PRE + MACACK + DIFS

TVC = PRE + PACKET + DIFS
PACKET =

MAC + IP + UDP + RTP + Payload
R

ây:
o R: T c

ư ng truy n

o TSV: Th i gian truy n thành công 1 gói tin Voice.
o TCV: Th i gian truy n 1 gói tin Voice b xung


t.

Ngô

ng Quý Dương


37

o PACKET: Th i gian truy n trung bình n i dung c a 1 gói tin Voice.
o PRE: Th i gian truy n ph n preamble( m c
Mbps ho c 96 µs v i các t c
truy n khác).

nh PRE = 192µs v i R= 1

Chú ý: trong ph n trên chúng ta ã b qua các tham s RTS/CTS ( ư c s
d ng trong cơ ch c m nh n sóng mang o) nguyên nhân c a s b qua này là cơ
ch RTS/CTS có hi u qu không cao khi s d ng v i nh ng gói tin có kích thư c
nh như VoIP [4].
Tương t ph n trên ta cũng có nh ng k t qu sau cho trư ng h p truy n d
li u TCP:

TxS = PRE + PACKET + SIFS + PRE + MACACK + DIFS
TxC = PRE + PACKET + DIFS
PACKET =

RTP + UDP + IP + MAC + Payload
R

Trong ó: x l n lư t là A, D ta có
o TSD: th i gian

truy n thành công m t gói tin d li u thông thư ng

o TCD: th i gian gói tin d li u thông thư ng b
o TSA: th i gian

ng

truy n thành công m t gói tin ACK cho TCP

o TCA: th i gian gói tin ACK cho TCP b

ng

3.5 K t chưng
Chương này chúng ta ã t p trung vào các v n
v ch t lư ng cho m ng,
c thù khi ti n hành QoS cho m ng WLAN. Trong nh ng ph n ã i qua, ph n
phân tích các y u t và tiêu chí nh hư ng t i ch t lư ng d ch v VoIP trên WLAN
có m t ý nghĩa c bi t quan tr ng. D a trên nh ng k t qu phân tích và s hi u
bi t v
c thù mà chúng ta có th xây d ng ư c m t mô hình phân tích chi ti t
cho công vi c c n ti n hành. Trong chương ti p theo, tác gi xin ư c gi i thi u chi
ti t v giao th c IEEE 802.11e là giao th c ư c thi t k riêng cho m ng c c b
không dây h tr QoS.


Ngô

ng Quý Dương

38


Chương 4

4 Gi i thi u IEEE 802.11e
4.1 T ng quan
Hi n nay IEEE ang phát tri n m t phiên b n m i ư c g i v i cái tên
802.11e, phiên b n m r ng t phiên b n chính th c c a IEEE 802.11 nh m tăng
cư ng thêm kh năng h tr ch t lư ng d ch v . Tuy nhiên ây chưa là phiên b n
ư c công nh n chính th c mà v n còn ang d ng th nghi m.
Phiên b n IEEE 802.11 s d ng cơ ch phân m c ưu tiên
h tr ch t
lư ng d ch v . Không gi ng như b n 802.11 chu n nguyên g c i x v i m i lo i
lưu lư ng như nhau, thay vào ó 802.11e phân bi t ưu tiên i x v i các lưu lư ng
d a trên chính sách ưu tiên v ch t lư ng d ch v theo yêu c u. Không ch như v y,
trong phiên b n còn nh nghĩa ra b n lo i truy nh p (Access Categories – AC)
nh m ch nh cho các lưu lư ng v i nh ng m c ưu tiên khác nhau. Theo ó, vi c
truy nh p phương ti n s ư c tuân theo m c ưu tiên c a lo i lưu lư ng. M i frame
s ư c g n v i m t Access Category, s phân bi t ư c th hi n qua m t t p các
tham s phân tranh phương ti n g n v i t ng AC và các t p này khác nhau cho m i
AC.
IEEE 802.11e nh nghĩa các AP, STA, BSS có d ch v QoS l n lư t QAP
(QoS Acess Point), QSTA (QoS Station) và QBSSS (QoS Basic Service Set).
Bên c nh ó 802.11e cũng ưa ra m t giao th c ph i h p m i h tr QoS có
tên Hybrid Coordination Function (HCF). Trong ph n sau, chúng ta s cùng tìm
hi u v HCF cùng v i nh ng cơ ch ph c v có phân bi t c a mình.

4.2 Giao th c Hybrid Coordination Function
IEEE 802.11e ã xây d ng m t giao th c ph i h p m i h tr QoS có tên
Hybrid Coordination Function (HCF). HCF có ch c năng phân ph i trung tâm ư c
c u thành t nh ng tính năng c a DCF và PCF k t h p v i cơ ch tăng cư ng cho
QoS
h tr cho vi c ph c v có phân bi t. Do ó HCF h tr c hai cơ ch i u
khi n truy nh p phương ti n phân ph i và t p trung c a DCF và PCF. Ph n HCF s
d ng cơ ch phân tranh kênh truy n phân tán ư c g i là Enhanced Distributed

Ngô

ng Quý Dương

39


Channel Access (EDCA) hay thư ng ư c
c p v i tên EDCF. Còn cơ ch HCF
phân tranh i u khi n t p trung thì có tên HCF Controlled Channel Access
(HCCA).
Ngoài ra trong 802.11e, h còn nh nghĩa khái ni m TXOP (Transmission
Opportunity) – quãng th i gian mà m t QSTA có quy n ư c truy n gói tin. M t
khác, khi m t tr m t ư c quy n truy nh p phương ti n t c có ư c TXOP.
TXOP ư c ch ra b i m t i m th i gian b t u và chi u dài (th i gian) l n nh t
c a nó – TXOP Limit. Sau khi QSTA nh n ư c TXOP, STA có th truy n các
frame v i i u ki n th i gian truy n không vư t quá TXOP Limit – do AP ch nh.
ph n ti p theo, ta s cùng tìm hi u chi ti t hơn v EDCA, cơ ch i u
khi n truy nh p phân ph i c a HCF. Còn các thông tin v HCCA n m ngoài khuôn
kh c a tài nên không ư c trình bày
ây.

4.3 C ch ph i h p truy nh p kênh tăng cư ng EDCA
Cơ ch truy nh p theo EDCA h tr vi c truy nh p phương ti n phân tán và
có phân bi t b ng cách s d ng các m c ưu tiên khác nhau cho các lo i lưu lư ng
khác nhau. Chi ti t v các thành ph n và ho t ng c a EDCA s ư c trình bày
các ph n dư i ây.
4.3.1 Các lo i truy nh p-AC
EDCA nh nghĩa b n lo i truy nh p (Acess Category – AC) cho các lo i
lưu lư ng khác nhau. S phân bi t ph c v cho m i AC ư c d a trên t p tham s
s d ng khi phân tranh phương ti n, các t p này là khác nhau v i m i AC. S khác
bi t này s ư c trình bày các ph n ti p sau.
D a trên các yêu c u v QoS c a lưu lư ng ho c ng d ng, các gói tin2 s
ư c g n v i nh ng AC khác nhau. Tuỳ thu c vào lo i lưu lư ng Background, Best
Effort, Video, Voice các AC ư c t tên tương ng như sau: AC_BK, AC_BE,
AC_VI, AC_VO trong ó AC_BK có m c ưu tiên th p nh t còn AC_VO có m c
ưu tiên cao nh t. Ngoài ra ra cũng còn có m t cách ánh s AC[0], AC[1]..AC[4]
tương ng v i AC_BK, AC_BE, AC_VI, AC_VO

2

Các gói tin 802.11

t ng MAC còn ư c g i là các frame hay các khung tin


Ngô

ng Quý Dương

40


M i frame t các t ng trên n t ng MAC cùng v i m t giá tr ưu tiên. Giá
tr ưu tiên này ư c g i là m c ưu tiên ngư i dùng User Priority (UP) và ư c gán
theo lo i c a ng d ng ho c lưu lư ng mà t o ra (c a) frame ó. T t c có tám m c
ưu tiên ư c ánh s t 0 n 7.

Priority
Th p nh t
.
.
.
.
.
.
Cao nh t

User Priority (UP)
1
2
0
3
4
5
6
7

Access Category (AC)
AC_BK
AC_BK
AC_BE
AC_BE
AC_VI
AC_VI
AC_VO
AC_VO

Ý nghĩa
Background
Background
Best Efford
Best Efford
Video
Video
Voice
Voice

B ng 4-1: Ánh x m c ưu tiên ngư i dùng (UP) và lo i truy nh p (AC)

Tuy nhiên, trong tài li u draft c a IEEE 802.11e l i không
c p m t cách
c th cách th c mà ngư i ta s d ng
gán giá tr ưu tiên cho các frame t i nh ng
t ng trên. Thông thư ng thì i u này có th ư c ti n hành do ng d ng sinh ra lưu
lư ng ho c b i ngư i s d ng chương trình. Gi i pháp ư c ưa ra sau ó là các
ng d ng ph i ư c nâng c p
tương thích v i 802.11e ho c công vi c này s
ư c ti n hành t ng ng d ng. t ng ưng d ng, các gói tin s ư c g n cho giá
tr ưu tiên tương ng d a trên nh ng c i m lưu lư ng c a nó, ví d như t c ,
kho ng th i gian gi a hai l n truy n tin liên ti p (packet interval), kích thư c gói
tin…
T i t ng MAC, m i khung tin d a ư c ánh x v i m t AC d a vào giá tr
c a UP i kèm v i nó. Chi ti t vi c ánh x này s ư c mô t b ng trên.
4.3.2 Các

c i m c a EDCA

Theo EDCA, t i m i tr m ph i có b n hàng i cho m i AC và b n b
EDCAF (Enhanced Distributed Channel Access Function) cho m i hàng i như
hình dư i ây. Theo ó EDCF là phiên b n ư c xây d ng DCF có tăng cư ng
thêm kh năng ph c v khác bi t, nó gi i quy t vi c phân tranh phương ti n theo
nh ng nguyên t c c a CSMA/CA và backoff, nhưng vi c phân tranh l i có d a trên


Ngô

ng Quý Dương

41


các tham s xác nh lo i AC c a gói tin tham gia. Các tham s EDCA này s
miêu t chi ti t ph n ti p theo.

Hình 4-1: B n AC cùng các b

ư c

m AIFS, CW và Backoff timer tương ng.

4.3.2.1 Các tham s EDCA
M t EDCAF khi phân tranh phương ti n c n có nh ng tham s liên k t v i
AC sau:
• AIFS – Kho ng th i gian
khi truy n d li u ho c b t

c m nh n ư c là phương ti n r i trư c
u backoff

• CWmin, Cwmax – Kích thư c c a c a s phân tranh s d ng trong
backoff
• TXOP Limit – Kho ng th i gian l n nh t dành cho viêc truy n d
li u sau khi l y ư c phương ti n ( ây là kênh truy n).
Các tham s c a EDCA là khác nhau v i t ng AC. Các AC có m c ưu tiên
cao hơn s có th i gian i kênh truy n r i AIFS ng n hơn. Các AC có m c ưu tiên


Ngô

ng Quý Dương


42

th p s ph i i v i th i gian AIFS dài hơn các AC khác. Không gi ng như DCF,
EDCF kích thư c c a c a s phân tranh Contention Window thay i, ví d các AC
có m c ưu tiên cao ư c ch n giá tr backoff trong m t c a s phân tranh h p hơn
so v i các AC m c ưu tiên th p. Th i gian TXOP Limit cũng ư c dùng
t cho
các AC ưu tiên cao ư c có th i gian truy nh p phương ti n kéo dài hơn. Nói
chung, AC có m c ưu tiên càng cao thì các giá tr AIFS, CWmin, CWmax càng nh
và th i gian TXOP cũng càng dài hơn. Gi ng như v i các Access Category ta cũng
có th g i các giá tr AIFS, CWmin…, v i cách ánh s d a trên giá tr AC tương
ng c a nó: AIFS[AC], CWmin[AC], CWmax[AC], TXOP[AC].
V i các tính năng ã ư c trình bày, rõ ràng ta th y EDCAF khác bi t v i
DCF ch y u n m vi c s d ng các tham s c a AC: AIFS[AC], CWmin[AC],
CWmax[AC] v i nh ng giá tr thay i ch không s d ng các giá tr DIFS,
CWmin, CWmax c
nh.
Ngoài ra các tr m QAP còn có th
nh kỳ thay i giá tr c a các tham s
EDCA. Vi c i u ch nh giá tr các tham s EDCA c a QAP có th linh ng tuỳ
thu c vào tr ng thái h th ng m ng. Trong trư ng h p n u không có s i u ch nh
nào thì các thi t b có th s d ng các giá tr m c nh ã ư c nh nghĩa trong
phiên b n IEEE 802.11e.
Trong ph n ti p theo, chúng ta s i m qua các tham s c a EDCA và vai trò
c a t ng tham s trong vi c h tr kh năng phân bi t khi ph c v .
AC

CWmin

CWmax

AIFSN

TXOP Limit (ms)

AC_BK
AC_BE

CWmin
CWmin

CWmax
CWmax

7
3

FHSS
0
0

AC_VI
AC_VO

(CWmin)/2
(CWmin)/4

CWmin
(CWmin)/2

2
2

6.016
3.264

B ng 4-2: Giá tr m c

DSSS
0
0
3.008
1.504

nh cho các tham s EDCA

AIFS (Arbitration Inter-Frame Space):
AIFS là kho ng th i gian ng n nh t
EDCAF (m t tr m) ti n hành g i tin
ho c backoff sau khi nó c m nh n ư c kênh truy n r i. AIFS có nh n giá tr thay
i (không gi ng như DIFS c a DCF là c
nh) và giá tr này ph thu c vào lo i
AC tương ng v i EDAF. Cách tính AIFS như sau:
AIFS[AC] = AIFSN[AC]*SLOT + SIFS

Ngô

ng Quý Dương


43

Trong ó:
- SIFS: Giá tr c a th i gian SIFS ư c

nh nghĩa như

IEEE 802.11 chu n.

- SLOT: chi u dài c a m t khe th i gian SLOT cho backoff
- AIFSN: Arbitration Inter Frame Space Number, s lư ng khe th i gian ư c
thêm vào SIFS khi tính toán AIFS.
Giá tr c a AIFSN cũng thay i theo AC, nh ng AC có m c ưu tiên l n s
nh n ư c nh ng AIFSN nh . Giá tr nh nh t c a AIFSN là 2 và l n nh t là 7. Ví
d m c AIFS nh nh t s là 2SLOT + SIFS
AIFSmin = 2*SLOT + SIFS
DIFS = 2*SLOT + SIFS
V y giá tr nh nh t c a AIFS cũng úng b ng giá tr DIFS, i u này th hi n ý
nghĩa tương ương v th i gian trong trư ng h p t t nh t c a EDCAF và DCF.
Ngoài ra n u QAP ho t ng theo HCCA thì giá tr nh nh t c a AIFSN là 1, i u
này cũng khi n cho AIFS cũng nh n giá tr úng b ng giá tr c a PIFS (do PIFS =
SLOT + SIFS).
Các giá tr m c

nh c a AIFSN ư c mô t trong B ng 4-2.

Hình 4-2: M c ưu tiên thi t l p d a trên AIFS

Hình v trên gi i thích các AC nh n ư c các m c ưu tiên khác nhau d a
trên các kho ng th i gian AIFS khác nhau. D a vào hình v ta có th th y AC có
m c ưu tiên cao hơn s nh n ư c giá tr AIFS nh hơn. Do ó EDCAF tương ng
c a AC này s ch ph i i m t th i gian ng n hơn
b t u truy n tin ho c b t
u m lùi b
m backoff so v i các EDCAF có m c ưu tiên th p hơn. Theo cách
ó, các AC có m c ưu tiên cao hơn s ư c m b o nh n ư c ph n băng thông

Ngô

ng Quý Dương

44


chia s nhi u hơn. c bi t, do th i gian AIFS ng n hơn nên so v i các AC ưu tiên
th p thì các AC có m c ưu tiên cao s gi m ư c th i gian tr - y u t r t quan
tr ng i v i nh ng ng d ng nh y c m v i tr (ví d VoIP), m t i m y u khó
kh c ph c khi tri n khai v i DCF. Bên c nh ó, v i các AC ưu tiên th p, th i gian
AIFS s dài nên th i gian ch
i cũng lâu hơn (ch c ch n là lâu hơn DCF) tuy
nhiên d th y các AC này tương ng v i nh ng lo i lưu lư ng có kh năng ch u
ư c tr (ví d Background, Best Effort) và v i m t m c
nào ó thì th i gian tr
này v n m b o hi u qu c a ng d ng trong m c ch p nh n ư c.
CWmin và Cwmax:
CWmin và CWmax – Kích thư c l n nh t và nh nh t c a khung c a s
phân tranh. trong DCF, C hai giá tr này u c
nh nhưng trong EDCA chúng
có th nh n ư c nh ng giá tr thay i tuỳ theo m c
ưu tiên c a AC. So v i các
AC có m c ưu tiên th p thì các AC có m c ưu tiên cao s nh n ư c CWmin và
CWmax nh hơn. Giá tr m c nh c a CWmin và CWmax ư c c p B ng 4-2.
CWmin
CWmax

FHSS
16
1024

B ng 4-3: Các giá tr m c

DSSS
32
1024

nh c a s phân tranh trong 802.11e

N u m t AC có c a s phân tranh nh hơn thì EDCAF tương ng c a AC
này nhi u kh năng s có kho ng th i gian backoff ng u nhiên nh hơn. Khi ó th i
gian ch
i kênh truy n r i AIFS cũng s ng n hơn, th i gian tr s nh hơn và
i u ngư c l i cũng úng v i các AC có c a s phân tranh l n hơn thì th i gian tr
cũng có th s dài ra.
Như ta ã th y B ng 4-2, thông thư ng thì giá tr CWmin c a l p AC có
m c ưu tiên th p là AC_BE và AC_BK có
l n tương ương như phiên b n
802.11 DCF chu n nhưng v i các AC ưu tiên cao (AC_VI, AC_VO) thì giá tr
CWmin ch b ng m t n a ho c m t ph n tư so v i AC ưu tiên th p. K t qu này làm
cho các AC ư c ưu tiên cao s có th i gian tr ng n và giá tr backoff cũng nh
hơn. Tuy nhiên i u này cũng em l i m t như c i m. Do giá tr backoff nh nên
kh năng g p ph i ng
cũng s cao hơn. B i n u kích thư c c a s phân tranh
càng gi m thì xác su t ch n m t giá tr backoff ho c m lùi backoff v 0 trong
cùng m t th i i m s càng tăng lên mà i u này s d n t i xác su t g p ph i xung
t cũng tăng theo.


Ngô

ng Quý Dương

45


D th y theo cách t giá tr trên thì các AC ưu tiên cao luôn nh n ư c
CWmax nh hơn ho c b ng giá tr CWmin ng v i AC ưu tiên th p, d n t i c a s
phân tranh gi a 2 lo i AC s không b è lên nhau. Cũng v i cách làm này, khi có
phân tranh x y ra d n t i ph i truy n l i tin, thì khi c a s phân tranh ph i nhân ôi,
thì kích thư c c a s c a AC ưu tiên cao cũng v n s nh hơn CWmin c a AC ưu
tiên th p. Bên c nh ó, các AC ưu tiên th p nhân ôi kích thư c c a c a s phân
tranh sau m i l n truy n tin không thành công cho n lúc giá tr c a s phân tranh
b ng CWmax và xác su t AC ch n ng u nhiên giá tr backoff l n hơn cho l n nh ng
l n truy n l i ti p theo cũng là l n hơn. Trong khi ó kích thư c c a s phân tranh
c a AC ưu tiên cao tr thành không i ch sau m t vài l n truy n l i, nên vi c l y
giá tr backoff nh
truy nh p vào phương ti n có xác su t l n và n nh. B ng
cách này ngư i ta có th
m b o các AC có ưu tiên cao s ư c chia s lư ng băng
thông l n và n nh ngay c tr ng i u ki n h th ng m ng b ngh n. M t khác, k
thu t này cũng làm gi m hi u qu ho t ng c a các AC ưu tiên th p do không th
gi m giá tr backoff vì luôn vào backoff sau các AC có ưu tiên cao hơn. Chi ti t v n
này s ư c miêu t c th hơn nh ng ph n ti p theo.
Cũng d a vào B ng 4-2, ta th y AC_BE và AC_BK có các giá tr CWmin,
CWmax m c nh gi ng nhau nhưng m c ưu tiên gán cho AC_BE cao hơn cho
AC_BK ch giá tr AIFSN c a AC_BE là 3 trong khi ó c a AC_BK là 7. i u
này có nghĩa AC_BK s ph i i lâu hơn AC_BE nh ng 4 khe th i gian khi b t u
backoff ho c truy n d li u (AIFSN[AC_BK]- AIFSN[AC_BE]=7-3=4). Do ó
th i gian tr c a AC_BK s luôn l n hơn các AC khác.
TXOP (Tranmission Opportunity):
Như ã nói trư c ây, TXOP là kho ng th i gian mà m t EDCAF có th
truy n d li u sau khi gianh ư c quy n truy nh p ư ng truy n. TXOP ư c xác
nh b i m t kho ng th i gian gi i h n t i a – TXOP Limit. Khi m t EDCAF l y
ư c TXOP, nó có th b t u truy n các frame d li u n u th i gian truy n không
vư t quá gi i h n TXOP Limit. Th i gian truy n d li u ư c tính b ng th i gian
cho toàn b quá trình trao i frame v i y
các bư c, bao g m c kho ng th i
gian SIFS xen k , các ACK và c các frame CTS/RTS n u có. Các AC khác nhau
có giá tr TXOP Limit cũng khác nhau.
N u giá tr TXOP Limit khác không, thì EDACF có th truy n nhi u khung
tin trong m t TXOP mi n sao th i gian truy n không vư t quá TXOP Limit và các
khung tin u thu c v m t AC. Kh năng này ư c g i là Contention Free

Ngô

ng Quý Dương

46


Bursting (CFB) – phân tranh t do theo kh i l n: các frame li n k nhau thay vì
ư c phân tách b ng AIFS c ng v i th i gian backoff trư c thì s ư c phân tách
b i các SIFS ( ư c minh ho như hình v dư i ây).
ây có m t i u quan tr ng
c n ph i chú ý, vi c truy n nhi u frame liên ti p này ch di n ra v i EDCAF (ho c
AC) ch không ph i v i c tr m, ví d vi c này ch cho phép truy n nhi u frame
c a cùng 1 AC v i frame ã dành ư c TXOP.

Hình 4-3: Contention Free Bursting (CFB)

N u CFB ư c s d ng cùng v i cơ ch RTS/CTS thì phiên b t tay c a
RTS/CTS s ch ph i ti n hành m t l n trư c khi truy n khung tin u tiên ch
không ph i là v i m i khung tin trong CFB.
Giá tr TXOP Limit b ng 0 có nghĩa ch
CFB không ư c kích ho t và do
ó m i l n truy n d li u ch ư c truy n i m t khung tin duy nh t. Hơn n a,
trong trư ng h p truy n CFB v i cơ ch RTS/CTS n u th i gian truy n khung tin
vư t quá TXOP Limit thì khung tin ó s b truy n theo phân m nh.
Như ta ã bi t, giá tr m c nh c a TXOP Limit v i các AC có ưu tiên th p
như AC_BK, AC_BE là không, có nghĩa là các AC này không ư c s d ng ch
truy n CFB. V i các AC ưu tiên cao, vi c s d ng CFB cho phép kéo dài th i gian
truy nh p ư ng truy n do ó làm gi m áng k th i gian tr . Tuy nhiên, cái gì
cũng có m t trái c a nó, n u th i gian TXOP Limit cho các AC ưu tiên cao càng l n
thì s càng làm tăng th i gian tr c a các AC ưu tiên th p.
Tóm l i ta có th th y thông qua cơ ch TXOP Limit các AC có ưu tiên cao
ã ư c i x khác bi t v i nh ng AC ưu tiên th p hơn do có th i gian truy c p
ư ng truy n liên t c dài hơn.
Trong trư ng h p có s d ng CFB và s d ng NAV (c m nh n xung t o
RTS|CTS), b virtual carier s có trư ng Duration trong ph n header c a khung tin
có giá tr b ng c TXOP và khi các tr m nh n ư c khung tin này s c p nh t giá tr
NAV b ng c kho ng th i gian TXOP ch không ph i ch là th i gian truy n 1


Ngô

ng Quý Dương

47


khung tin ó. Ví d kho ng th i TXOP
ây bao g m: khung tin
TXOP c ng thêm các SIFS xen gi a cùng ACK.
4.3.2.2 Ví d ho t

u tiên trong

ng c a EDCA

Ngoài vi c có các giá tr AIFS, CWmin, CWmax và TXOP Limit khác nhau
cho các AC khác nhau thì ph n còn l i c a EDCA ho t ng hoàn toàn gi ng DCF.
Ví d khi ư ng truy n r i ít nh t m t kho ng AIFS thì EDCAF s ch n ng u nhiên
m t giá tr backoff t c a s phân tranh c a mình và b t u m lùi cho backoff
timer. Ch
n khi nào giá tr backoff b ng không thì EDCAF m i ư c truy n d
li u.
Hình v dư i ây minh ho ho t ng c a EDCF v i gi thi t t t c các
EDCAF u ang có gói tin truy n i. Trong ó có ch ra cách th c m t EDCAF
trong m t tr m không dây tham gia vào quá trình phân tranh ư ng truy n.

Hình 4-4: Cơ ch truy c p phương ti n EDCA

Hình trên minh ho m t tr m có 4 EDCAF bên trong tương ng v i 4 AC
ang c nh tranh nhau s d ng ư ng truy n. Kích thư c hi n t i c a c a s phân
tranh và giá tr backoff cho t ng EDCAF cũng ư c minh ho trong hình. Các
EDCAF cho nh ng AC ưu tiên cao ( AC_VO, AC_VI) có th i gian i AIFS nh
hơn th i gian i c a các EDAF v i AC có ưu tiên th p (AC_BK, AC_BE).
ây
các EDACF u có các tham s nh n giá tr m c nh và AIFSN cho AC_VO và
AC_VI cũng v y ( u b ng 2). T t c các EDAF u m lùi b
m backoff timer
c a mình cùng m t lúc. Như trên hình v ta th y hai EDCAF c a AC_BK và
AC_BE u ph i i thêm vài SLOT th i gian trư c khi i thêm kho ng th i gian
AIFS v n dĩ ã dài hơn c a mình. Nhìn hình minh ho , chúng ta có th th y rõ v i
các AC có m c ưu tiên thì các gi i h n nh nh t, l n nhât c a c a s phân tranh


Ngô

ng Quý Dương

48


cũng nh hơn c a các AC ư c ưu tiên th p d n t i các EDCAF c a AC ưu tiên cao
hơn s có giá tr backoff nh hơn (s ph i i ít hơn) các AC có ưu tiên th p.
Khi m t EDCAF giành ư c quy n truy nh p ư ng truy n nó s t m d ng
b
m backoff và l i ti p t c m lui ngay sau khi kênh truy n tr l i r i sau
kho ng th i gian AIFS. Tuy nhiên trong m t kho ng th i gian nh t nh, m t AC
m c ưu tiên th p v n có th có giá tr backoff nh hơn b i vì trong khi EDCAF c a
m c ưu tiênc cao hơn ang ph i l a ch n giá tr backoff cho m i frame c a mình thì
b backoff timer c a EDCAF m c ưu tiên th p v n ti p t c m lùi t l n t m d ng
trư c ó. i u này tránh cho các EDCAF ưu tiên th p b
ng ngoài cu c vô th i
gian theo cách th c gi ng như mà DCF phiên b n 802.11 nguyên g c th c hi n
v i các tr m không dây khác nhau.
Ví d trên cũng cho ta th y m t cách rõ ràng v vai trò c a các tham s
EDCA trong vi c cung c p kh năng phân bi t ph c v . Ch ng h n m t AC có m c
ưu tiên cao s ư c chia s lư ng băng thông l n hơn khi truy n ra ư c nhi u
frame hơn so v i nh ng AC có m c ưu tiên th p. Tuy nhiên ví d cũng ch ra r ng
các AC ưu tiên th p có th s m t khá th i gian
giành ư c phương ti n. Lý do
ư c ưa ra là khi chúng ph i i c m nh n kênh truy n r i v i kho ng th i gian
AIFS dài hơn thì h uu h t th i gian các EDCAF này cũng không th
m gi m
backoff timer vì các EDCAF khác truy n d li u. H qu là giá tr backoff ư c gi
nguyên cho n h t th i gian AIFS. M t nguyên nhân khá l n khác là v i c a s
phân tranh nh hơn các AC ưu tiên cao s làm gi m th i gian backoff c a mình.
Như trên hình v ta th y EDCAF c a AC_BK ch có th gi m giá tr b
m
backoff timer khi không có m t frame nào c a AC ưu tiên cao hơn ang dang d
ho c các EDCAF c a AC_VO và AC_VI có giá tr backoff l n hơn 5 ho c EDCAF
c a AC_BE có giá tr backoff l n hơn 4.
Trong Hình 4-4, ta th y m i EDCAF u có s h u m t c a s phân tranh
riêng bi t c l p v i các EDCAF khác do ó b n EDCAF t i các hàng i g i c a
AC u ho t ng như nh ng tr m o trong m t tr m th c. Vì v y v i EDCA s t n
t i hai m c xung t: xung t trong (Internal Collision) gi a các EDCAF(AC)
trong cùng m t tr m không dây và xung t ngoài (External Collision) gi a nh ng
tr m không dây v i nhau.
Internal Collision – Xung


t trong

Ngô

ng Quý Dương

49


Tình hu ng xung t trong (internal collision) hay còn ư c g i là xung t
o (virtual collision) x y ra trong m t tr m không dây khi có hơn m t EDCAF m
lùi b
m backoff timer v không và b t u truy n tin vào cùng m t lúc. Khi x y
ra tình hu ng này
gi i quy t phân tranh thì các EDCAF c a AC có quy n cao
nh t s ư c ưu tiên s d ng ư ng truy n còn các EDCAF c a nh ng AC m c
th p hơn s nhân ôi kích thư c c a s phân tranh và ti n hành backoff gi ng như
x lí phân tranh bình thư ng gi a các tr m bên ngoài (ví d gi ng DCF). Hình v
dư i ây s minh ho chi ti t v tr ng thái xung t trong.


t trong

Như mô t
trên, sau khi x y ra xung t trong thì m t trong nh ng EDCAF
b xung t là EDCAF c a AC_BE s nhân ôi
r ng c a c a s phân tranh và
ch n m t giá tr backoff m i, còn EDCAF c a AC_VI (có m c ưu tiên cao hơn) s
b t u truy n d li u mà không c n n backoff. i u này gi i thích t i sao lưu
lư ng c a AC ưu tiên cao l i không b tăng th i gian tr sau khi xu t hi n xung t
trong. Tuy nhiên i u này cũng có th làm cho nh ng AC ưu tiên th p có th không
truy nh p vào ư ng truy n ư c, ví d AC_BE s t n phí r t nhi u th i gian
m ngư c ư c t 39 v 0. Vi c này s
c bi t c n tr cho AC_BK n u b xung
t vì khi ó s r t khó có th làm gi m giá tr backoff timer sau khi các EDCAF
c a nh ng AC cao hơn liên t c g i i hàng tá các gói tin.
External Collision – Xung

t ngoài

Hi n tư ng xung t ngoài xu t hi n khi b
m backoff timer c a EDCA
trong hơn 1 tr m cùng tr v không vào m t th i i m ho c cùng m t lúc có không
dư i 2 tr m có EDCAF cùng nh n m t giá tr backoff và nh ng EDCAF u ang
dành ư c quy n truy nh p ư ng truy n (trong tr m ó). Khi hi n tư ng này x y
ra, cách th c x lí v n gi ng như 802.11 nguyên g c. Sau khi xu t hi n ng ,
các EDCAF tham gia vào xung t s m r ng g p ôi
l n c a c a s phân tranh


Ngô

ng Quý Dương

50


và ch n m t giá tr backoff m i, còn các EDCAF khác thì v n gi nguyên giá tr
backoff c a mình.


t ngoài

hình v trên, tr ng thái xung t ngoài ư c miêu t thông qua hai tr m
không dây STA, m i tr m l i có b n EDCAF tương ng v i b n AC khác nhau. S
xung i x y ra khi EDCAF c a AC_VO trên máy 1 và AC_VI trên máy 2 cùng có
b
m backoff timer tr v không và b t u truy n tin vào cùng m t th i i m.
Sau khi xác nh có xung t, c hai EDCAF tham gia u m r ng g p ôi kích
thư c c a c a s xung t và ch n l y m t giá tr backoff m i trong i ó nh ng
EDCAF không tham gia xung t c hai tr m v n ti p t c m ngư c backoff
timer t i giá tr ã b t m d ng trư c ó.
4.3.3 Ki n trúc và

nh d ng nh ng khung tin quan tr ng c a 802.11e

Bên c nh HCF cùng hai cơ ch truy nh p EDCA và HCCA,
m b o tính
tương thích ngư c thì trong phiên b n IEEE 802.11e cũng bao g m hai b ch c


Ngô

ng Quý Dương

51


năng ph i h p ư c k th a t b n 802.11 nguyên g c là DCF và PCF. Hình v
dư i ây s minh ho ki n trúc c a 802.11e MAC.

Hình 4-7: Ki n trúc IEEE 802.11e MAC

Cơ ch i u khi n truy nh p t p trung và t do phân tranh HCF s d ng m t
b ph i h p t p trung có tên là HC (Hybrid Controller) cũng ư c t trong QAP.
B HC này có th ho t ng ng th i v i EDCA.
Trong ph n MAC header c a khung tin 802.11, t i trư ng Frame Control có
bit u tiên ư c g i là QoS subfield. Bit này ư c dùng
xác nh xem frame
này có ph i ư c t o ra t m t tr m QSTA hay là non QSTA (không support QoS
theo giao th c 802.11e). N u bit này ư c b t (=1) thì ây là m t frame c a QSTA
và ngư c l i.

Hình 4-8: MAC Header và QoS subfield

t ng MAC, m i khung tin ư c c p cho m t m c ưu tiên thông qua nh
danh lưu lư ng TID (traffic indentifier). Trư ng TID này ư c ch a trong trư ng

Ngô

ng Quý Dương

52


QoS Control – m t trư ng m i ư c IEEE 802.11e thêm vào ph n MAC header.
Khi QAP nh n ư c frame này t QSTA, AP s d a vào giá tr c a TID mà xác
nh m c
ưu tiên ngư i dùng UP c a frame theo d i giá tr t 0 n 7. Hình v
sau ây s minh ho v trí c a QoS Control và TID trong MAC header.

Hình 4-9: V trí c a hai trư ng TID và QoS Control trong ph n 802.11 MAC header

Giá tr ưu tiên trư ng TID ch có ý nghĩa khi bit QoS subfield trong trư ng
Frame Control b ng 1 (ví d : tr m STA không dây có support 802.11e và k t n i
v i m t QAP do ó cũng tr thành m t QSTA). N u không có QAP nào t n t i
ho c m t QSTA ph i k t n i vói m t AP bình thư ng thì QSTA cũng s ho t ng
gi ng như các STA bình thư ng khác, i u này ư c th hi n qua trư ng QoS
subfield có giá tr b ng 0. Trong trư ng h p ó, giá tr c a TID s không có ý nghĩa
và t t c các khung tin s ư c i x ngang b ng v i nhau, v i m c ưu tiên c a
Contention, không phân bi t m c ưu tiên, gi ng như v i giao th c DCF nguyên
thu . Tương như v y v i các tr m không dây nguyên thu (ví d STA ho c
nonQSTA) khi k t n i v i m t QAP thì t t c các frame t tr m này s ư c coi
như là có m c ưu tiên là 0.
Như hình v trên, trư ng Queue size trong ph n QoS Control c a MAC
header khung tin xác nh t ng s frame c a m t m c ưu tiên riêng (TID) mà tr m
có trong hàng i truy n c a các AC không bao g m frame hi n t i.
Giá tr TXOP ư c h tr b i c hai phương pháp EDCA và HCCA, do v y
ti n phân bi t ngư i ta hay g i chúng v i cái tên EDCA TXOP cho EDCA và cái
tên HCCA TXOP (ho c là Polled TXOP) cho HCCA. Giá tr TXOP trong EDCAF
có ư c khi m t tr m QSTA giành ư c quy n truy nh p ư ng truy n v i giao
th c EDCA. Tương t như v y tr m cũng có ư c HCCA TXOP khi tương tác v i
HC theo giao th c HCCA nhưng
ây là HC s h i vòng l n lư t t ng tr m c p
cho TXOP tuỳ theo yêu c u c a tr m.


Ngô

ng Quý Dương

53


V i EDCA, m t tr m QSTA có th yêu c u vi c truy n tin a frame trong
m t phiên TXOP thông qua t giá tr c a trư ng Duration/ID trong ph n header
v i ý nghĩa là th i gian c n thi t
truy n thêm nh ng frame khác. Khi làm vi c
ch
HCCA, m t tr m QSTA có th yêu c u m t giá tr TXOP riêng b ng cách
t giá tr c a trư ng con TXOP duration request trong trư ng QoS Control như
xác
trên hình v (Hình 4-9). Trong trư ng h p này, trư ng TID s ư c s d ng
nh AC yêu c u TXOP và HC/QAP có th s ưa ra m t giá tr TXOP nh hơn
ho c như theo yêu c u.
Các tham s EDCA ư c nh trong t p các thành t c a EDCA (EDCa
Parameter Set) ư c nh kỳ thay i theo ch nh c a QAP trong m t khung tin
riêng (thư ng là khung beacon). QAP có th i u ch nh các tham s này m t cách
linh ng tuỳ thu c vào tình tr ng c a h th ng. Hình v dư i ây s minh ho chi
ti t t p các thành t c a EDCA.

Hình 4-10: T p các thành t tham s c a EDCA

Giá tr c a các tham s EDCA ư c xác nh trong t p thành t là: AIFSN,
ECWmin, ECWmax, TXOP Limit. M i khi nh n ư c t b n c p nh t c a QAP t p
các tham s EDCA thì các QSTA cũng u c p nh t l i giá tr các tham s EDCA
tương ng c a mình và s d ng các giá tr m i này
c nh tranh truy nh p phương
ti n. Các giá tr m c nh các tham s c a EDCA mà không ư c QAP ưa ra là
nh ng giá tr ã ư c nêu trong B ng 4-2.
Các QAP và QSTA s d ng ph n thông tin QoS Capablity element
xác
nh thông tin c p nh t là thông tin m i nh t như sau: m i l n QAP c p nh t các
tham s c a EDCA, QAP s tăng giá tr b
m update lên m t ơn v (trư ng này


Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan.

Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan.

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan.

Similar to Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan. (20)

More from Trần Đức Anh

More from Trần Đức Anh (20)

Tailieu.vncty.com danh gia-chat_luong_dich_vu_tren_mang_wireless_lan.