Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn Mạng Máy Tính Đại học Bách khoa Hà Nội: Lập trình mô phỏng hoạt động và đánh giá hiệu suất của mô hình mạng Slotted ALOHA, sử sụng c để lập trình app mô phỏng và MATLAB để đánh giá hiệu năng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Mơn: Mạng Máy Tính Đề Tài: Lập trình mơ hoạt động đánh giá hiệusuất mơ hình mạng Slotted ALOHA Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Quang Vinh Nhóm thực hiện: Họ Tên MSSV Nguyễn Phương Nam 20152577 Nguyễn Đức Tường 20154297 Nguyễn Đình Quốc 20153060 Nguyễn Tiến Dương 20150764 Nguyễn Minh Hiếu 20151336 Hà Nội, 12/2019 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 Chương 1: Cơ sở lý thuyết .4 1.1 Pure ALOHA 1.2 Slotted-ALOHA Chương 2: Mô hoạt động đánh giá hiệu Slotted ALOHA 2.1 Nguyên lý thiết kế 2.2 Mô hoạt động Slotted ALOHA phần mềm 2.3 Đánh giá hiệu 11 KẾT LUẬN 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Giao thức Pure ALOHA Hình 1.2 Giao thức Slotted ALOHA Hình 1.3 So sánh Pure ALOHA với Slotted ALOHA Hình 2.1 Quy trình thiết kế đánh giá giao thức Slotted ALOHA Hình 2.2 Giao diện phần mềm mô Slotted ALOHA Hình 2.3a Mô hoạt động Slotted ALOHA (1) 10 Hình 2.3b Mô hoạt động Slotted ALOHA (2) 10 Hình 2.4 Đánh giá hiệu Slotted ALOHA (sinh liệu ngẫu nhiên) .11 Hình 2.5 Đánh giá hiệu Slotted ALOHA (sinh liệu theo phân phối Poisson) .11 Hình 2.6 GUI tính thơng sớ mạng Slotted ALOHA .12 Hình 2.7 Kết thực GUI (kiểu sinh liệu ngẫu nhiên) 13 Hình 2.8 Kết thực GUI (kiểu sinh liệu theo phân phối Poisson) .13 Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Pure ALOHA Pure ALOHA giao thức truy cập ngẫu nhiên (Random Access Protocol) sử dụng lớp Data Link, trạm đầu ći truy cập để truyền gói chúng ḿn Giao thức đề xuất đại học Hawaii năm 1970 Trong trường hợp này, tất trạm đầu cuối truy cập không bận tâm liệu kênh truyền bận hay khơng Giao thức khơng có chế kiểm tra trạng thái kênh truyền, khơng có chế phát gói va chạm, việc phát lại phụ thuộc vào giao thức bậc cao (lớp host-to-host) Giao thức Pure ALOHA biểu diễn hình 1.1 Hình 1.1 Giao thức Pure ALOHA Nếu chiều dài gói tin L (bits), dung lượng kênh truyền C (bits/s) thì thời gian phục vụ gói là: Tại thời điểm ,trạm i phát gói tin lên kênh truyền khoảng thời gian nhạy cảm, khoảng thời gian trạm khác truy nhập kênh thì va đập xảy Gọi tốc độ đến trung bình trạm Số lần truy nhập kênh trung bình G (tải đầu vào) cho sau: Để gói tin phát trạm thời điểm t truyền thành công, trạm khác không truyền gói tin thời gian từ đến Như khoảng thời gian nhạy cảm là: Trong Pure ALOHA, gói phát trạm truyền Do đó, xác suất truyền thành cơng gói tin Psucc xác suất khơng có trạm khác gửi gói tin khoảng Gọi S sớ lần truy nhập thành công trung bình khoảng thời gian S thơng lượng hệ thớng Hàm sớ S(G) đạt cực đại G=0.5, S=0.5≈0.184 1.2 Slotted-ALOHA Hình 1.2 Giao thức Slotted ALOHA Giao thức Slotted ALOHA thể hình 1.2 Giao thức giống với pure ALOHA, nhiên kênh truyền chia thành khe thời gian (slot), slot dài Các trạm truy nhập kênh thời điểm đầu slot Nếu nhiều hai gói tin phát slot xảy va chạm Nếu có va chạm thì máy vừa gửi gói tin phải gửi lại đầu time slots với xác suất p đến thành công (đợi số time slots hay backoff ngẫu nhiên trước gửi lại) Trong Slotted ALOHA, khoảng thời gian nhạy cảm Xác suất truyền thành công gói tin Psucc xác suất khơng có trạm khác gửi gói tin khoảng thời gian Thông lượng S hệ thống là: Hàm số S(G) đạt cực đại G=1, S=≈0.368 Hiệu suất slotted ALOHA gấp đôi so với ALOHA thấp Hình 1.3 so sánh Pure ALOHA Slotted ALOHA Hình 1.3 So sánh Pure ALOHA với Slotted ALOHA Chương 2: Mô hoạt động đánh giá hiệu Slotted ALOHA 2.1 Nguyên lý thiết kế Phần mô tả quy trình để đánh giá thông lượng trễ giao thức Slotted ALOHA Quy trình thể hình 2.1 Hình 2.1 Quy trình thiết kế đánh giá giao thức Slotted ALOHA Quy trình thiết kế sau Trong khối đầu tiên, biến chung biến tĩnh định nghĩa - slot=0: Tổng sớ slot - iteration=0: Tổng sớ vòng lặp - Tot_delay=0: Tổng trễ - Tot_attempts: Tổng sớ gói tin gửi - Tot_succ: Tổng sớ gói tin gửi thành cơng - Xác định Time Arrival cho trạm Trong khối thứ hai, trạng thái tất trạm truy cập khởi tạo Trong khối này, thời gian khởi tạo gói tin phát chiều dài gói tin xác định - slot: Thời gian để phục vụ gói tin - N: Sớ lượng trạm tham gia gửi gói tin Trong khới thứ ba, việc truyền gói tin kết thúc thành cơng (chỉ có trạm gửi gói tin) Ở đây, trạm ći, gói tin khơng phát gói tin phát kênh truyền truyền thành công tới điểm truy cập - inc Tot_attempts: Tăng tổng sớ gói tin gửi - inc Tot_succ: Tăng tổng sớ gói tin gửi thành cơng - Tot_Delay = Tot_Delay + Slot-Arrival: Tính tổng trễ Trong khối thứ tư, xảy va chạm việc truyền gói tin (nhiêu trạm gửi gói tin) - Tot_attempts= Tot_attempts+N: Tính tổng sớ gói tin gửi - Tạo backoff ngẫu nhiên cho trạm Tiếp theo, chưa đạt đến sớ vòng lặp tối đa thì mạng tiếp tục hoạt động lặp lại từ khối thứ hai Trong khối thứ năm, đạt đến sớ vòng lặp tới đa, thơng sớ hệ thớng tính tốn - G=Tot_attempts/Slot: Tính tải hệ thớng - S=Tot_succ/Slot: Tính thơng lượng hệ thống - Delay = Tot_Delay: Tổng trễ Cuối dừng mô 2.2 Mô hoạt động Slotted ALOHA phần mềm Việc mô hoạt động Slotted ALOHA thực phần mềm thiết kế C#, sử dụng Visual Studio Giao diện phần mềm thiết kế hình 2.2 Hình 2.2 Giao diện phần mềm mô Slotted ALOHA Trong phần mềm này, giá trị đầu vào gồm: - Số nguồn: Số trạm tham gia gửi gói tin - Sớ backoff tới đa: Thời gian backoff tới đa (tính slots) mà trạm phải đợi để gửi gói tin sau có va chạm kênh truyền - Tớc độ đến gói tin: Giá trị λ trạm (các trạm có λ nhau) Phần mềm mơ trực quan hoạt động Slotted ALOHA đưa số liệu thời điểm định, bao gồm: - g: Tổng sớ gói tin gửi - s: Tổng sớ gói tin gửi thành cơng - G: Tải hệ thống - S: Thông lượng hệ thống - Tổng số slots theo thời gian Hình 2.3a 2.3b mô hệ thống bao gồm trạm, thời gian backoff tối đa slots, trạm có λ=0.2 mơ hoạt động qua phần mềm nhóm Các gói tin tạo theo phân phới Poisson với tham sớ λ Hình 2.3a Mơ hoạt động Slotted ALOHA (1) Hình 2.3b Mơ hoạt động Slotted ALOHA (2) Khi có nhiều trạm gửi gói tin đồng thời time slot, chúng bị va chạm phải chờ đợi khoảng thời gian backoff riêng mình (