BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA *** VŨ TẤT THÀNH MÔ HÌNH TỰ THÍCH NGHI – GIAO THỨC HỌ TCP CHO CÁC ỨNG DỤNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 62 52 02 03 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà nội, 2014 Công trình hồn thành tại: VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn khoa học: PGS TSKH Nguyễn Hồng Vũ TS Ngô Văn SĩPGS TSKH Nguyễn Hồng Vũ TS Ngô Văn Sỹ Phản biện 1: PGS TS Đinh Thế Cường PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải Phản biện 2: PGS TSKH Hoàng Đăng Hải PGS.TS Lê Nhật Thăng Phản biện 3: PGS TS Phạm Văn Bình TS Lê Hải Nam Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Vào hời ……….giờ ……ngày …… tháng……….năm…… Có thể tìm hiểu ḷn án thư viện: MỞ ĐẦU Xu hướng hội tụ về công nghệ mạng IP tính chất đa dạng của mạng máy tính, viễn thông tương lai khiến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho kết nối thông qua mạng trở thành thử thách lớn, đặc biệt mơ hình mạng hỗn hợp, bao gồm nhiều loại kênh truyền khác Xu hướng sử dụng ngày phổ biến ứng dụng đa phương tiện, chứa nhiều loại liệu dung lượng lớn thoại, ảnh, video cũng yêu cầu băng thông cấp phát cho ứng dụng cao Mặc dù băng thông của mạng không dây thế hệ cải thiện, song mạng không dây nơi thắt nút của mạng hỗn hợp, internet Trong kết nối mạng hỗn hợp, điểm kết nối thường xảy tắc nghẽn Nguyên nhân gây nên việc gói tin mạng không dây khác xa giả thiết về nguyên nhân gây gói tin thiết kế giao thức trùn thơng trùn thống TCP/IP Vì vậy nhu cầu cần thiết phải xây dựng mô hình tự thích nghi, thơng qua việc đo băng thơng tức thời, phát chất lượng đường truyền, điều chỉnh tốc độ truyền tin để đảm bảo chất lượng của ứng dụng đa phương tiện, mạng không dây cần thiết Đây chính nội dung của cơng trình nghiên cứu Mục tiêu của ḷn án đề xuất phương pháp xác định nhanh chóng trạng thái kênh truyền, điều chỉnh phương pháp tính thời gian khứ hời gói tin, từ xây dựng mơ hình thích nghi với thay đổi tham số của mơi trường mạng, đặc biệt biến thiên với phần mạng không dây Luận án áp dụng kết nghiên cứu lý thuyết vào giao thức truyền thông thuộc họ giao thức TCP, cải thiện thông lượng, hội tụ nhanh, thích ứng tốt với lỗi gói tin cho ứng dụng đa phương tiện mạng hỗn hợp, có sử dụng thiết bị di động đầu cuối để thu phát tín hiệu với trạm gốc Bố cục của luận án gồm chương Chương I giới thiệu mơ hình tham chiếu TCP/IP, ứng dụng lý thuyết kiểm soát lưu lượng, chống tắc nghẽn Vấn đề điều khiển tắc nghẽn mạng có kết nối phức tạp, không đồng nhất, bao gồm đoạn mạng không dây, từ ứng dụng đa phương tiện, ứng dụng phổ biến TCP phân tích không đạt hiệu cao hoạt động môi trường mạng vậy Chương I đặt mục tiêu nghiên cứu của luận án xây dựng mô hình điều khiển thơng minh, nhằm phản ứng linh hoạt với biến cố của đường truyền Chương II tổng hợp đề xuất việc khắc phục điểm yếu của giao thức truyền thông họ TCP cho đến Trong chương này, luận án xây dựng công thức mới, cho phép tính nhanh chóng nhu cầu băng thơng của kết nối băng thông khả dụng của đường trùn Chương III đề xuất mơ hình điều khiển thích nghi, mơ hình điều khiển tổng qt cho giao thức họ TCP, đảm bảo hiệu suất truyền thông đồng thời công luông tin Trong mơ hình chế ECIMD đề xuất thay thế cho AIMD của TCP, phân tích tình điều chỉnh kích thước cửa sổ truyền, với giá trị của hệ số điều khiển, đảm bảo hiệu khả đáp ứng nhanh với môi trường mạng, đồng thời đảm bảo công l̀ng tin hạn chế tắc nghẽn Nghiên cứu cho thấy tình việc điều khiển giá trị cửa sổ có lỗi đơn cho thấy chế mang lại thông lượng tốt so với AIMD Chương cũng đề xuất phương pháp tính giá trị thời gian khứ hời gói tin, dựa phân tích tổng trọng số của N mẫu gần Điều đặc biệt quan trọng với môi trường không dây hay biến đổi, nên cần quan tâm đến ảnh hưởng của số giá trị gần Mơ hình đề xuất áp dụng để xây dựng giao thức họ TCP WRCAP thử nghiệm mô môi trường NS đạt hiệu suất cao hơn, có khả phát hiện, phân biệt phòng lỗi hiệu so với kết nghiên cứu sử dụng giao thức họ TCP, chạy môi trường hỗn hợp, mơ hình có trạm gốc trạm di động CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ TẮC NGHẼN 1.1 Sự phát triển mạng máy tính ứng dụng Năm 1967, Robert L G đề xuất mạng máy tính thí nghiệm, sau trở thành mạng ARPANET, tiền thân của mạng Internet Khi mạng vệ tinh vơ tún đời, Mơ hình tham chiếu TCP/IP đời để đáp ứng nhu cầu giao tiếp liên mạng 1.2 Kiến trúc mạng Internet mô hình tham chiếu TCP/IP Sau mơ hình tham chiếu TCP/IP trình bày so sánh với mơ hình tham chiếu OSI trùn thống trùn thơng Hình 1.1 Mơ hình tham chiếu TCP/IP mơ hình tham chiếu OSI 1.3 Điều khiển lưu lượng điều khiển tắc nghẽn 1.3.1 Cơ điều khiển lưu lượng điều khiển tắc nghẽn 1.3.1.1 Khái niệm Điều khiển lưu lượng liên quan đến việc vận chuyển người gửi người nhận Nhiệm vụ của đảm bảo bên gửi có tốc độ nhanh tiếp tục truyền liệu nhanh mức mà bên nhận tiếp thu Điều khiển tắc nghẽn thực nhiệm vụ đảm bảo cho mạng có khả vận chuyển lưu lượng đưa vào Điều khiển lưu lượng điều khiển tắc nghẽn hai khái niệm khác nhau, liên quan chặt chẽ với Điều khiển lưu lượng để tránh tắc nghẽn, điều khiển tắc nghẽn để đề phịng tắc nghẽn trước xuất 1.3.1.2 Điều khiển lưu lượng giao thức TCP Giao thức TCP giao thức hướng kết nối, kiểu đầu cuối - đầu cuối, tin cậy, thiết kế phù hợp với kiến trúc phân lớp giao thức Trên hình 1.7 chờng giao thức, giao thức TCP nằm giao thức IP Hình 1.2 Sự phân lớp giao thức Kết nối: Để đảm bảo việc vận chuyển tin cậy thực chế điều khiển lưu lượng, TCP phải khởi tạo trì số thơng tin trạng thái cho dịng liệu Sự tin cậy: TCP phải khơi phục lại gói số liệu bị hỏng, bị mất, bị lặp bị phân phát sai thứ tự hệ thống trùn thơng gây Điều đạt cách gán số thứ tự cho byte truyền phải có biên nhận nhận đúng (ack) từ bên nhận của kết nối TCP Điều khiển lưu lượng cửa sổ: TCP cung cấp phương tiện cho bên nhận để điều khiển lưu lượng mà bên gửi phát Để thực việc điều khiển này, bên nhận gửi “cửa sổ” biên nhận, miền số thứ tự mà chấp nhận, tiếp sau số thứ tự của gói số liệu mà nhận thành cơng Khởi động chậm Tḥt tốn khởi động chậm (SS, Slow Start) khắc phục nguyên nhân gây tắc nghẽn mạng gửi nhiều gói tin khả đáp ứng của mạng, cách tăng lượng liệu vận chuyển đạt tới cân 1.3.1.3 Tính thời gian thời gian hết hạn gói tin Tính thời gian khứ hời cách thơng minh theo đặc tả cho giao thức TCP, RFC793 [38] tính ước lượng thời gian khứ hồi thời gian để gửi lại sau: RTT = (α RTT_cũ) + ((1 − α) RTT mới) (1 1) RTO(k+1) = β RTT(k+1) (1 2) 1.3.1.4 Rút lui theo hàm mũ TCP đặt lại đồng hồ phát khoảng thời gian rút lui khoảng tăng gấp đôi lần bị hết liên tiếp Cơ chế rút lui giải thích tỉ mỉ [20], [30] 1.3.1.5 Tránh tắc nghẽn Một chiến lược tránh tắc nghẽn(CA, Congestion Avoidance) đề xuất [20], bao gờm: thứ nhất: mạng phải có khả gửi tín hiệu đến cho thực thể ở đầu cuối của kết nối (endpoint), báo cho chúng biết tắc nghẽn xảy sắp xảy ra; thứ hai: endpoint phải có chính sách giảm lưu lượng đưa vào mạng nếu nhận tín hiệu báo tăng thêm lưu lượng đưa vào mạng nếu khơng nhận tín hiệu báo Chính sách TCP tắc nghẽn: Đó chính chính sách tăng theo cấp số cộng, giảm theo cấp số nhân (AIMD), triển khai thực BSD [18][34]; 1.4 TCP ứng dụng đa phương tiện mơi trường khơng dây Ảnh hưởng đặc tính lỗi đường truyền không dây Với đặc tính tỉ suất lỗi bit cao của đường truyền không dây, người ta phải chọn kích thước cực đại của đơn vị liệu truyền, MTU (Maximum Transmission Unit) nhỏ nhiều so với đơn vị liệu mạng có dây Hệ chi phí cho xử lý gói số liệu (đóng gói liệu, tách liệu ) ở nút đường truyền tăng lên làm giảm thông lượng Ảnh hưởng gián đoạn kết nối thường xuyên Tác động đồng thời của tỉ suất lỗi bit cao kết nối hay bị đứt đoạn của đường truyền không dây lên hiệu suất của giao thức TCP nhiều người nghiên cứu, phải kể đến nghiên cứu của R Yavatkar N Bhagwat [19] Hình 1.3 Ảnh hưởng tỉ suất lỗi bit (BER) cao thời gian gọi đến tốc độ truyền TCP Từ kết trình bày trên, chúng ta nhận thấy:  Ngay đường truyền không gây lỗi (tỉ suất gói số liệu 0%), việc dừng kết nối chuyển gọi, cũng làm giảm tốc độ trùn nhiều  Ngay khơng có tạm dừng kết nối chuyển gọi (đường cùng của đờ thị), tỉ suất gói số liệu tăng lên làm tốc độ truyền giảm mạnh 1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của ḷn án xây dựng mơ hình điều khiển thông minh, nhằm phản ứng linh hoạt với biến cố của đường trùn Mơ hình điều khiển thích nghi có thành phần nhằm đo đạc tham số trạng thái thời điểm xem xét có chức sau: Lược sử Là nơi lưu giữ thông số của N trạng thái khứ cịn có ảnh hưởng đến Ước lượng Tham số QoS Là chức xử lý thông tin về tham số môi trường, tham khảo giá trị lưu ký ức của hệ thống để tiệm cận nhanh đến giá trị trạng thái tức thời của hệ thống Hình 1.4 Kiến trúc nguyên lý điều khiển thích nghi Điều khiển thích nghi: Qui trình điều khiển sử dụng phương pháp mơ hình chất lỏng dx(t )  f ( x(t ), e(t ) ) dt , x(t) trạng thái của mơi trường e(t) kết tính tốn thông số đấy, sử dụng phương pháp mơ hình rời rạc x(k+1)=x(k)+f( ) Với việc đưa vào kiến thức mà mơ hình điều khiển thu thập từ N trạng thái trước Mơ hình rời rạc có dạng: x(k+1)=x(k)+f[x(k-1), ,x(k-N+1)] Hiện thực tham sớ Đây phận thi hành quyết định phận điều khiển thích nghi đưa ra, giới hạn thời gian Việc thực thi thể phản ứng của hệ thống mơi trường Trong mơ hình điều khiển thích nghi, thông số đầu vào điều chỉnh đầu phụ thuộc vào loại thơng số mơi trường cụ thể Hình 1.5 Mơ hình điều khiển tự thích nghi Để quản lý nhớ đệm, ta có Zk = Zk-1 + u(t), với u(t) hàm của biến đổi Cơ chế điều chỉnh áp dụng kết nghiên cứu phương pháp quản lý vùng đệm theo RED [1] [61], để hạn chế khả tràn đệm Các biến trạng thái tính có gói tin nhận khoảng thời gian gói tin Quyết định đưa cho việc xử lý gói tin đến dựa việc so sánh biến trạng thái với giá trị giới hạn 1.6 Kết luận chương I Trong chương I phân tích đặc điểm thiết kế của giao thức truyền thông TCP chế kiểm soát lưu lượng, chống tắc nghẽn của TCP Trong chương tiếp theo tổng hợp phương án, đề xuất có, nhằm mục đích cải tiến giao thức TCP để đạt hiệu suất cao môi trường không dây mạng hỗn hợp CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG CÓ KẾT NỐI PHỨC TẠP Trong chương này, trình bầy hướng tiếp cận chính nhằm cải thiện hiệu của TCP mơi trường mạng có kết nối phức tạp Chúng phân loại phương pháp tiếp cận thành hai tập hợp giải pháp 2.1 Cấu trúc mạng có kết nới phức tạp – mạng có kết nối không dây Trong thực tế, việc đáp ứng khả kết nối của loại thiết bị khác của người, tạo nên hệ thống mạng lưới phức hợp, bao gồm máy tính thiết bị khác sử dụng nhiều hệ điều hành giao thức truyền thông khác Sự phức hợp cũng thể mạng không dây sử dụng công nghệ truy cập khác 2.2 Các kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu TCP 2.2.1 Che giấu phần mạng hay làm gói sớ liệu lỗi đường truyền Phương pháp che giấu gói số liệu tắc nghẽn, không cho bên gửi của kết nối TCP phát Kết bên gửi của kết nối TCP nhận thấy gói số liệu tắc nghẽn mạng Các giải pháp tầng Liên kết liệu Ưu điểm chính của việc khắc phục lỗi ở tầng Liên kết liệu thích hợp cách tự nhiên với cấu trúc phân lớp của giao thức mạng Các kỹ thuật điều khiển lỗi phổ biến ở tầng Liên kết liệu:  Phát lỗi / Khắc phục lỗi  Yêu cầu phát lại tự động Các giải pháp tầng Giao vận Các giải pháp cố gắng nâng cao chất lượng đường truyền cách phát lại gói số liệu ở mức giao thức TCP ở tầng Liên kết liệu Agent TCP đặt trạm sở, chúng nằm ở đường vào mạng không dây Cho đến có số chế sử dụng agent, điển hình TCP gián tiếp ( I-TCP - Indirect TCP)[2], [3], [4], [9], [10], [36], Snoop TCP [15], [22], Split TCP[63], TCP-ADW [72] số đề xuất điều chỉnh tham số TCP cho phù hợp điều chỉnh kích thước động cho đệm [53], [55],[71] điều chỉnh chế điều khiển TCP[52], [56], [62], [67], [73], cải thiện chế AIMD [54], điều khiển kích thước gói tin [60], điều khiển hàm lưu lượng [57] hay bổ sung chế che lỗi đường truyền khôi phục liên kết (một dạng snoop ở tầng liên kết) [17] 10 Để phù hợp với họ TCP, thành phần X=1/8≈0,1 công thức (2.7) biến đổi thành: 𝑅 𝑢𝑜𝑐 𝑙𝑢𝑜𝑛𝑔 = 𝐿 𝑇 𝑞𝑠𝑎𝑡 0,1 + 𝑅0 0,9 (2.11) Phương trình (2.7) (2.11) đưa vào mơ hình tính tốn để đối sánh Tính tốn mơ - Nghiên cứu biến đổi của băng thông ước lượng R(t), theo hai công thức (2.7) (2.11) Ý nghĩa vật lý của α (2.7) tỷ lệ giá trị hàng đợi nút mạng j-1 băng thông sử dụng đoạn mạng j-1,j vậy α > R(t) tính toán theo (2.7) với R0=100 ; Tqs=20; L=8000 ; α =10 đường cong có đánh dấu nút vng R(t) tính theo công thức (2.11) cho đường đánh dấu bởi nút trịn (Hình 2.4) 260 240 (2.7) 220 R(t) 200 180 160 (2.11) 140 120 10 t 12 14 16 18 20 Hình 2.4 So sánh giá trị R(t) theo cơng thức (2.7) (2.11) - Nghiên cứu biến đổi của băng thông ước lượng R(t) công thức (2.7), theo biến đổi của thời gian quan sát Tqs, với giá trị L=8000;R0=100; α = 100, Tqs = 10 30 ta có đờ thị Hình 2.5 Với Tqs nhỏ, R(t) có giá trị băng thơng lớn hơn, đường R(t) dốc Như vậy với Tqs nhỏ, phép ước lượng băng thông nhạy cảm hơn, nhanh chóng 14 Hình 2.5 Biến đổi R(t) theo giá trị Tqs 800 700 600 (2.11) X=0.3 R(t) 500 (2.11) X=0.2 400 300 (2.11) X=0.1 200 100 10 15 20 25 t 30 35 40 45 50 Hình 2.6 Biến đổi R(t) theo trọng số dung sai X -Nghiên cứu biến đổi của băng thông ước lượng R(t) theo công thức (2.7) cho đoạn Tqs liên tiếp, với giá trị L=8000;R0=100; α = 100, Tqs = 10 so sánh với trường hợp trọng số của phần dung sai X cố định, trường hợp dùng giao thức TCP, 0,1;0,2;0,3 đờ thị tương ứng (Hình 2.6) Đường đờ thị đánh dấu vuông giá trị của R(t) theo cơng thức (2.7), ta thấy xuất phát thấp hơn, sau lại tiệm cận nhanh đến gần giá trị của băng thông, số khoảng thời gian quan sát Như vậy, nói, cơng thức (2.7) cho phép tính băng thơng sử dụng nhanh hơn, so với phương pháp làm mịn trước của giao thức TCP, nhờ việc sử dụng trọng số của phần dung sai hàm mũ, thay số Đờng thời ta tính băng thông theo giá trị Tqs, thời gian gói tin từ nút mạng j-1, đến j, tức 15 nửa thời gian RTT thông thường Cơng thức (2.7) cho phép tính tốn băng thơng bên nhận, có đủ giá trị của tham số, nhờ giao thức sử dụng cơng thức phản ứng nhanh 2.4 Kết luận chương II Trong chương II, xem xét nghiên cứu đề xuất việc khắc phục điểm yếu của giao thức truyền thông họ TCP cho đến Luận án đề xuất phương pháp xác định nhu cầu băng thông trạng thái đường truyền nhanh chóng từ nút mạng, dựa tốc độ đến gói tin kích thước đệm, từ đảm bảo khả điều khiển tắc nghẽn nhanh hơn, so với giao thức TCP Trong chương tiếp theo, từ sở kết luận chứng minh chương II, luận án đề xuất phương án cải tiến chế quản lý tắc nghẽn của TCP, giúp giao thức thích nghi tốt môi trường không dây, cải thiện thông lượng, đồng thời đảm bảo công luồng liệu CHƯƠNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THÔNG TỰ THÍCH NGHI CHO MẠNG KHÔNG DÂY Trong chương này, luận án đề xuất phương án cải tiến chế AIMD của giao thức TCP mơ hình tự thích nghi, giúp giao thức thích nghi tốt môi trường không dây, cải thiện thông lượng, đồng thời đảm bảo công luồng liệu 3.1 Cơ chế điều khiển thích nghi Cơ chế điều khiển thích nghi đề xuất sau: wt+R = wt + a1 eKt+ a2.e-Kt wt+R = wt/2 nếu khơng gói tin nếu gói tin Hình Cơ chế điều khiển thích nghi 16 (3 1) Trong đó, a1, a2, tham số điều khiển, K hệ số Cơ chế điều khiển thích nghi gọi ECIMD ( Exponent Combinational Increase Multiplicative Decrease) thay thế cho chế AIMD của giao thức họ TCP Sở thực thế của chế sau: Khi không gói tin, chế điều khiển thích nghi cho phép tăng dần tốc độ - truyền tin vào mạng Với việc đưa thông tin gồm thành phần a1.eK vào công thức (3.1), ECIMD thể giai đoạn khởi động chậm, tăng dần theo hàm mũ Thành phần a2.e-Kt công thức thể giai đoạn tăng gần bão hòa, nghĩa - tốc độ tăng chậm dần để giúp trình thực hạn chế tắc nghẽn công lưu lượng luồng tin Bởi tính liên tục của hàm mũ, ta biến đổi (3.1) để tìm hàm biểu diễn giá trị cho W(t) sau: W T W    T T  W  W   Wt   WT t  t 1 T1 T1 t0 t0 T W T t0 T to W  to   a1 e Kt dt   a2 e  Kt dt Đơn giản hóa cách giải với a1 = a2 = a, ta thu 𝑊 𝑇 = 𝑊 𝑡0 + 𝑎 𝐾 ( 𝑒 𝐾𝑇 − 1) − 𝑎 𝐾 ( 𝑒 −𝐾𝑇 − 1) dW (t )  a.e Kt  a.e  Kt dt (3 2) (3 3) K nhỏ, độ hội tụ tốt Để K phản án ảnh hưởng của kích thước cửa K sổ cực đại Wm, ta chọn: a Wm Trong khoảng (t0,t1) thời gian hai gói tin bị gần nhất, giả thiết có 1/p gói gửi thành công với xác xuất lỗi p theo sau gói tin bị lỗi Như vậy gói tin bị thời điểm t1 cửa sổ giảm thành Wm/2 Đặt N số gói tin lần bị gói tin N diện tích hình gạch dọc (H3.1) N  t1 W (t )dt RTT t0 17 Wm RTT Với t0=0, ta có:   t1 t0 (e K t  e  K t  )dt Wm  K t1  K t1 2  t1    e  e RTT  K K K Wm  ln( X )  N  2 X   RTT K  X  N (3.8) ln( X )   Đặt  X    2  Y X   Wm Y N => RTT K W Y N m RTT a (3 9) Thay p=1/N từ giả thiêt vào phương trình trên, ta thu Wm  RTT a p.Y => Wm  RTT a p.Y (3.10) Trong khoản thời gian (t0,t1) có gói tin N gửi, vậy ta có:  ECIMD  N t1  t  Wm Y : ln( X ) RTT K K a Y RTT * p ln( X )  ECIMD  (3 11) Nếu chọn giá trị tham số điều khiển cho 3/ ln( X ) Y RTT a   (3 12) Công thức (3.11) trở thành 3/ * RTT * p  ECIMD  (3.13) Công thức (3 24) với β =1 chính công thức tính thông lượng sử dụng / Do vậy nói, mơ hình cơng thức (3.13) tổng qt hơn, TCP  TCP  RTT p so với trường hợp TCP Tính tốn mơ - Nghiên cứu biến đổi của thông lượng theo công thức (3.13) theo giá trị xác xuất gói tin p=[0.001;1], RTT = 100, ta có đờ thị Hình 3.2 Đường TCP có mũi tên chỉ, minh họa cho thông lượng tương ứng của TCP Giá trị p nhỏ, thông lượng lớn 18 ECIMD vs AIMD RTT=100ms; a =[5 50]; 140 120 thong luong 100 80 ECIMD (a=5) 60 TCP 40 20 0 50 100 150 200 250 p(*10-3) Hình Biến đổi Thông lượng theo p ECIMD vs AIMD 140 120 Throughput 100 80 60 40 TCP 20 0 20 40 60 80 100 120 RTT(ms) 140 160 180 200 Hình 3 Biến đổi Thông lượng theo RTT - Nghiên cứu biến đổi của thông lượng theo RTT với tham số điều khiển a khác (H 3.3), ta thấy thơng lượng đạt của chế ECIMD cao thông lượng của chế tăng cửa sổ theo AIMD 3.2 Thuật tốn tính RTT Trong TCP, với thuật toán nguyên gốc, để làm mịn biến đổi của giá trị RTT, RTT áp dụng theo lọc thơng thấp: RTT = (α • RTT_cũ) + ((1 − α) • Rk) (3.14) Hay RTTk = (α • RTTk-1) + ((1 − α) • Rk) Với k ký hiệu cho giá trị thống kê thứ k Rk giá trị RTT đo tương ứng 3.2.1 Phân tích cơng thức RTT theo hàm thớng kê Ta cần phân tích (3.25): 19 𝑅𝑇𝑇 𝑘 = (1 − 𝛼) (𝑅 𝑘 + 𝛼 (𝑅𝑇𝑇 𝑘−1 )) 1− 𝛼 Tiếp tục khai triển RTTk-1 theo giá trị trước đó: 𝑅𝑇𝑇 𝑘 = (1 − 𝛼) (𝑅 𝑘 + 𝛼 ((1 − 𝛼) 𝑅 𝑘−1 + 𝛼 𝑅𝑇𝑇 𝑘−2 )) (1 − 𝛼) 𝑅𝑇𝑇 𝑘 = (1 − 𝛼)(𝑅 𝑘 + α 𝑅 𝑘−1 + 𝛼 𝑅 𝑘−2 + ⋯ + 𝛼 𝑘 𝑅 𝑘−𝑘 ) 𝑅𝑇𝑇 𝑘 = (𝑅 𝑘 + 𝛼𝑅 𝑘−1 +𝛼2 𝑅 𝑘−2 +⋯+𝛼 𝑘 𝑅 𝑘−𝑘 ) 1+𝛼+𝛼 +⋯+ 𝛼 𝑘 (3.16) Cơng thức có mẫu số tổng hệ số của đa thức tử số, hàm số thống kê EWMA, hàm tính bình qn có trọng số theo hàm mũ, giá trị lấy mẫu thứ j Rk-j có trọng số tính theo hàm mũ bậc j của (1- α) Ta tính tỷ trọng của N trạng thái gần nhất, so với toàn trọng số theo công thức 𝑊𝑅 = (1+(1−𝛼)+(1−𝛼)2 + +(1−𝛼) 𝑁 ) (1+(1−𝛼)+(1−𝛼)2 + +(1−𝛼)∞ ) 𝑊𝑅 = − 𝛼 𝑁+1 (3.17) Ta nhận thấy, WR = 77% N = 10, tức 10 giá trị RTT đo gần nhất, thời nhất, đóng góp 77% tổng số trọng số của tất giá trị RTT Khi N nhỏ, tỷ lệ trọng số tổng trọng số của N mẫu gần nhỏ Ngược lại số lượng mẫu N lớn, WR lớn Do TCP giá trị α cố định, công thức (3.14) truy hồi đến tất giá trị mẫu, kể từ bắt đầu phiên làm việc Cách tính không phù hợp cho môi trường không dây, vốn có nhiều tham số mơi trường ln biến thiên độc lập Với công thức tính RTT (α = 7/8 hay ~0.9), giá trị RTT đóng góp 10% tỷ trọng vào giá trị trung bình của RTT Để RTT bắt kịp biến đổi của môi trường, ta cần nâng cao tỷ lệ trọng số của N trạng thái gần Ví dụ với N = 5, mong muốn tỷ lệ trọng số WR >= 90%, ta tính α