I. Tổng Quan Về Hiệu Suất TCP Trên Mạng Không Dây Ad Hoc
Mạng Internet đã trở thành nền tảng thông tin liên lạc của xã hội. Giao thức TCP/IP là giao thức truyền thông chủ yếu của mạng Internet. Tuy nhiên, việc nghiên cứu và giải quyết các vấn đề điều khiển lưu lượng số liệu TCP trên các mạng vật lý khác nhau, đặc biệt là mạng không dây ad hoc, có ý nghĩa lý luận và thực tiễn sâu sắc. Cần có phương pháp nâng cao hiệu suất TCP trên mạng không dây ad hoc. Các phương án hiện có đều có những ưu và nhược điểm riêng, chưa thể chắc chắn đạt được hiệu suất cao nhất. Sử dụng công cụ mô phỏng mạng bằng máy tính (Network simulator – NS) trong thí nghiệm và tiến hành thay đổi các tham số môi trường để góp phần nâng cao hiệu suất TCP của mạng không dây ad hoc.
1.1. Lịch Sử Phát Triển Của Mạng Internet và Giao Thức TCP
Mạng Internet ra đời từ một dự án nghiên cứu phát triển mạng thông tin máy tính dựa trên công nghệ chuyển mạch gói phục vụ nghiên cứu phát triển của Bộ quốc phòng Mỹ ở thập kỷ 60. Ngày nay, Internet đã trở thành mạng của các mạng thông tin máy tính toàn cầu, được kết nối với nhau trên cơ sở bộ giao thức trao đổi số liệu TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). TCP/IP đang đáp ứng hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của xã hội, tiến tới trở thành hạ tầng thông tin liên lạc duy nhất của xã hội thông tin tương lai. Năm 1977, thử nghiệm thành công việc kết nối ba mạng thông tin máy tính của ba trường đại học lớn ở Mỹ bằng giao thức TCP/IP.
1.2. Vai Trò Của Giao Thức TCP Trong Mạng Internet Hiện Đại
TCP/IP đang đáp ứng hầu hết các dịch vụ thông tin liên lạc của xã hội, tiến tới trở thành hạ tầng thông tin liên lạc duy nhất của xã hội thông tin tương lai. Trong thời gian gần đây do sự thành công và phát triển không ngừng của mạng Internet, rất nhiều doanh nghiệp đã nhận thức được tầm quan trọng của mạng Internet đối với hoạt động của doanh nghiệp. Internet là một môi trường lý tưởng để giới thiệu sản phẩm và dịch vụ của từng doanh nghiệp tới một số lượng người dùng lớn trên một phạm vi rộng không bị cách trở bởi các yếu tố không gian và thời gian.
II. Thách Thức Hiệu Suất TCP Trong Mạng Không Dây Ad Hoc
Giao thức TCP hoạt động đặc biệt tin cậy và hiệu quả trong mạng hữu tuyến và ứng dụng rộng rãi trong mạng Internet hiện nay. TCP sử dụng giao thức Go-back-N và cơ chế truyền lại gói tin dựa vào khoảng thời gian (timeout). Nếu gói tin thường xuyên phải truyền lại, TCP coi đó là hiện tượng tắc nghẽn và điều khiển quá trình thu/phát bằng cơ chế điều khiển tắc nghẽn – cơ chế cửa sổ (window). Khi xảy ra tắc nghẽn, TCP giảm kích thước cửa sổ truyền (tức là giảm tốc độ truyền) để tránh tắc nghẽn mạng và truyền lại những gói tin bị mất.
2.1. Vấn Đề Mất Gói Tin và Điều Khiển Tắc Nghẽn Trong TCP
Để xác định những gói tin bị mất, bên phát sử dụng một trong hai kỹ thuật là xác định thời gian timeout của một gói tin hoặc nhận biết dựa trên thứ tự gói tin được truyền. TCP chuẩn giả thiết lỗi xảy ra là do tắc nghẽn mạng chứ không phải do mất liên kết. Nếu tắc nghẽn xảy ra, TCP điều chỉnh cửa sổ và truyền lại những gói dữ liệu bị mất. Tuy nhiên, trong môi trường mạng không dây ad hoc, tỷ lệ lỗi bit rất cao.
2.2. Ảnh Hưởng Của Mạng Không Dây Đến Hiệu Suất TCP
Điều khiển tắc nghẽn bằng cơ chế cửa số không những không cải thiện hiệu suất hoạt động của TCP mà ngược lại còn làm giảm đáng kể hiệu suất TCP. Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động TCP trên mạng không dây bao gồm: băng thông bị hạn chế, thời gian trễ lớn hơn mạng hữu tuyến, nút mạng thường xuyên thay đổi, tỷ lệ lỗi bit cao, không khai thác hết khả năng của mạng, và nguồn cung cấp năng lượng bị giới hạn.
III. Các Phương Pháp Nâng Cao Hiệu Suất TCP Trên Mạng Ad Hoc
Nhiều phương pháp đã được đề xuất để cải thiện hiệu suất TCP trong mạng không dây ad hoc. Các phương pháp này tập trung vào việc giảm thiểu ảnh hưởng của việc mất gói tin do lỗi truyền dẫn và di chuyển nút mạng. Một số phương pháp sử dụng cơ chế phản hồi rõ ràng để thông báo cho bên gửi về nguyên nhân gây mất gói tin. Các phương pháp khác sử dụng cơ chế sửa lỗi để giảm số lượng gói tin bị mất.
3.1. F TCP Giải Pháp Tối Ưu Hóa TCP Cho Mạng Không Dây
F-TCP là một phương pháp cải tiến TCP được thiết kế đặc biệt cho mạng không dây. Nó sử dụng cơ chế phản hồi rõ ràng để thông báo cho bên gửi về nguyên nhân gây mất gói tin. Khi một gói tin bị mất do lỗi truyền dẫn, bên nhận sẽ gửi một thông báo phản hồi rõ ràng (Explicit Loss Notification - ELN) cho bên gửi. Bên gửi sẽ sử dụng thông báo ELN để phân biệt giữa mất gói tin do lỗi truyền dẫn và mất gói tin do tắc nghẽn.
3.2. I TCP Cải Thiện TCP Bằng Cách Phân Biệt Mất Gói Tin
I-TCP là một phương pháp khác để cải thiện hiệu suất TCP trong mạng không dây. Nó sử dụng cơ chế phân biệt giữa mất gói tin do lỗi truyền dẫn và mất gói tin do tắc nghẽn. Khi một gói tin bị mất, bên nhận sẽ kiểm tra xem gói tin đó có bị mất do lỗi truyền dẫn hay không. Nếu gói tin bị mất do lỗi truyền dẫn, bên nhận sẽ không gửi thông báo ACK cho bên gửi. Thay vào đó, bên nhận sẽ đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi gửi lại yêu cầu truyền lại gói tin.
IV. Ứng Dụng Thực Tế Của Mạng Không Dây Ad Hoc và TCP
Mạng không dây ad hoc có nhiều ứng dụng thực tế trong các lĩnh vực khác nhau. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm: điều khiển từ xa, khám bệnh từ xa, các ứng dụng xử lý đồ họa từ xa, giáo dục qua Internet, và các ứng dụng quân sự. Trong các ứng dụng này, TCP đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo truyền dữ liệu tin cậy và hiệu quả.
4.1. Ứng Dụng Mạng Ad Hoc Trong Điều Khiển Từ Xa và IoT
Tưởng tượng khi đang đi du lịch trên ô tô hay tàu hỏa trong thành phố và muốn tìm kiếm một vị trí cần đến như bệnh viện, trường học. Cần có một chương trình nối với một cơ sở dữ liệu từ xa qua mạng không dây. Mô hình mạng không dây được ứng dụng nhiều trong những hệ thống loại này. Các ứng dụng Internet of Things (IoT) cũng sử dụng mạng ad hoc để kết nối các thiết bị với nhau.
4.2. Mạng Ad Hoc Trong Y Tế Từ Xa và Ứng Cứu Khẩn Cấp
Trong những tình huống đặc biệt chẳng hạn như tai nạn giao thông xảy ra tại một những nơi xa trung tâm, bệnh viện lớn. Lúc đó nếu có được sự hỗ trợ từ xa của các bác sĩ chuyên gia giỏi, có thiết bị tra cứu hồ sơ gốc lưu trữ của bệnh nhân thì việc chữa bệnh chắc chắn mang lại hiệu quả tích cực, nhanh chóng, chính xác mà lại không bị mất thời gian di chuyển bệnh nhân. Đây cũng là một lĩnh vực sử dụng nhiều công nghệ mạng không dây.
