Nâng cao hiệu năng của chuẩn IEEE 802.11e bằng cơ chế điều khiển cửa sổ tranh chấp

Chuẩn IEEE 802.11e được đề xuất cho mạng không dây để đảm bảo các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS). Nó bao gồm nhiều cải tiến phương thức điều khiển truy cập môi trường truyền tại tầng MAC có ưu tiên đối với các luồng dữ liệu khác nhau. Trong chuẩn này chia các luồng dữ liệu vào bốn cấp độ truy cập (AC) với độ ƣu tiên khác nhau, mỗi AC sử dụng một hàng đợi với các tham số truy cập môi trường truyền khác nhau. Trong bài báo này chúng tôi đề xuất cơ chế điều khiển cửa sổ tranh chấp nhằm tránh việc xung đột giữa các luồng cùng một trạm hoặc giữa các trạm với nhau khi cùng tranh chấp đường truyền trong mạng không dây, nâng cao QoS cho các kênh truyền không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.11e.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao hiệu năng của chuẩn IEEE 802.11e bằng cơ chế điều khiển cửa sổ tranh chấp Lê Khánh Dƣơng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 116 (02): 85 - 89<br /> <br /> NÂNG CAO HIỆU NĂNG CỦA CHUẨN IEEE 802.11e<br /> BẰNG CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN CỬA SỔ TRANH CHẤP<br /> Lê Khánh Dƣơng*, Lê Tuấn Anh<br /> Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Chuẩn IEEE 802.11e đƣợc đề xuất cho mạng không dây để đảm bảo các yêu cầu về chất lƣợng<br /> dịch vụ (QoS). Nó bao gồm nhiều cải tiến phƣơng thức điều khiển truy cập môi trƣờng truyền tại<br /> tầng MAC có ƣu tiên đối với các luồng dữ liệu khác nhau. Trong chuẩn này chia các luồng dữ liệu<br /> vào bốn cấp độ truy cập (AC) với độ ƣu tiên khác nhau, mỗi AC sử dụng một hàng đợi với các<br /> tham số truy cập môi trƣờng truyền khác nhau.<br /> Trong bài báo này chúng tôi đề xuất cơ chế điều khiển cửa sổ tranh chấp nhằm tránh việc xung đột<br /> giữa các luồng cùng một trạm hoặc giữa các trạm với nhau khi cùng tranh chấp đƣờng truyền trong<br /> mạng không dây, nâng cao QoS cho các kênh truyền không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.11e.<br /> Từ khóa: Chất lượng dịch vụ, IEEE 802.11e, EDCA, Cửa sổ tranh chấp, Cấp độ truy cập<br /> <br /> GIỚI THIỆU*<br /> Một mạng không dây di động phi cấu trúc đa<br /> phƣơng tiện là một mạng Ad hoc với các nút<br /> là các thiết bị di động vừa là nút nguồn, nút<br /> đích vừa là nút chuyển giao. Đặc điểm của<br /> mạng này là các nút có năng lực xử lý hạn<br /> chế, tài nguyên và nguồn năng lƣợng nhỏ.<br /> Vấn đề đặt ra khi các dữ liệu đa phƣơng tiện<br /> truyền đi trong mạng này đòi hỏi vừa đảm<br /> bảo chất lƣợng dịch vụ trên hạ tầng mạng có<br /> cấu trúc thay đổi liên tục trong thời gian thực<br /> vừa đảm bảo các yêu cầu của các ứng dụng<br /> tƣơng ứng.<br /> Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một<br /> thuật toán điều chỉnh cửa sổ tranh chấp<br /> (Contention Window-CW) của mạng không<br /> dây IEEE 802.11e (của cơ chế truy cập kênh<br /> truyền EDCA) trong truyền dữ liệu đa<br /> phƣơng tiện. Chúng tôi tập trung nghiên cứu<br /> việc phân chia các luồng dữ liệu ƣu tiên theo<br /> 04 cấp độ truy cập (AC). Mỗi dịch vụ đƣợc<br /> gán với một AC nhất định, và mức độ ƣu tiên<br /> của các AC phân biệt qua các tham số truy<br /> cập môi trƣờng truyền khác nhau:<br /> AIFS – Khoảng thời gian lắng nghe môi<br /> trƣờng truyền rỗi trƣớc khi truyền gói tin tiếp<br /> theo hoặc khởi động thuật toán quay lui<br /> backoff.<br /> *<br /> <br /> Tel: 0982 500747, Email: lkduong@ictu.edu.vn<br /> <br /> CWmin, CWmax - Kích thƣớc cận dƣới và<br /> cận trên của cửa sổ tranh chấp sử dụng cho<br /> thuật toán quay lui backoff.<br /> TXOP Limit - Giới hạn của TXOP, là khoảng<br /> thời gian truyền tối đa sau khi giành đƣợc<br /> quyền truyền thông.<br /> Trong đó hai tham số CWmin, CWmax đã<br /> đƣợc biết đến trong một số nghiên cứu [1, 2,<br /> 4] nhằm nâng cao hiệu năng mạng không dây<br /> truyền dữ liệu đa phƣơng tiện, các tác giả điều<br /> chỉnh các giá trị này theo từng điều kiện mô<br /> phỏng cụ thể và rút trích các tham số hiệu<br /> năng để so sánh.<br /> Các phần tiếp theo của bài báo sẽ trình bày<br /> chi tiết hơn, trong đó: phần 2 sẽ trình bày về<br /> cơ chế truy cập môi trƣờng truyền phân tán<br /> IEEE 802.11e EDCA; đƣa ra thuật toán điều<br /> khiển cửa sổ tranh chấp dựa trên kích thƣớc<br /> hàng đợi ƣu tiên luồng voice (AC[VO]) và<br /> cuối cùng là kết luận.<br /> QOS TRONG CHUẨN IEEE 802.11E<br /> Chuẩn IEEE 802.11e là một chuẩn mở rộng<br /> của chuẩn gốc IEEE 802.11. Nó định nghĩa<br /> một tập các cải tiến nhằm nâng cao chất<br /> lƣợng dịch vụ cho mạng không dây. Trọng<br /> tâm các cải tiến của chuẩn này là phân tách<br /> các luồng ƣu tiên khác nhau với các tham số<br /> truy cập môi trƣờng truyền tại tầng MAC.<br /> 85<br /> <br /> Lê Khánh Dƣơng và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 116 (02): 85 - 89<br /> <br /> trình truyền dữ liệu. Có 8 giá trị ƣu tiên khác<br /> nhau tƣơng ứng ác giá trị từ 0 đến 7.<br /> Cơ chế EDCA định nghĩa các AC với các<br /> tham số cụ thể nhƣ: CW, AIFS và<br /> TXOPLimit tại tầng MAC. Khi các luồng dữ<br /> liệu từ tầngtrên xuống tới tầng MAC, dựa vào<br /> giá trị ƣu tiên của nó để ánh xạ vào một AC<br /> tƣơng ứng nhƣ trong hình 1.<br /> <br /> Hình 1. Các AC trong chuẩn IEEE 802.11e<br /> <br /> Trong chuẩn IEEE 802.11e định nghĩa một<br /> hàm phối hợp gọi là Hybrid Coordination<br /> Function (HCF). HCF bao gồm hai cơ chế<br /> truy cập kênh truyền có điều khiển ở trung<br /> tâm và phân tán giống nhƣ DCF và PCF trong<br /> chuẩn gốc IEEE 802.11. Cơ chế truy cập kênh<br /> truyền phân tán dựa trên xung đột của HCF<br /> gọi là Enhanced Distributed Channel Access<br /> (EDCA), và Cơ chế truy cập kênh truyền điều<br /> khiển trung tâm dựa trên cạnh tranh tự do gọi<br /> là HCF Controlled Channel Access (HCCA).<br /> Cơ chế IEEE 802.11e EDCA<br /> EDCA định nghĩa 4 loại AC khác nhau cho 4<br /> kiểu truyền dữ liệu và mỗi dịch vụ đƣợc gán<br /> cho một AC nhất định với các tham số truy<br /> cập môi trƣờng truyền khác nhau. Các frame<br /> dữ liệu đƣợc ánh xạ vào các AC tƣơng ứng<br /> với các hàng đợi QoS. Bốn loại AC này là<br /& ...