Chương 1: “Nghiên cứu tổng quan” tìm hiểu, phân tích vấn đề chính của luận án và các giải pháp đã có. • Chương 2: “Phân tích thông lượng mạng không dây chuẩn IEEE 802.11” thực hiện tính toán thông lượng lý thuyết tối đa của các mạng không dây IEEE 802. Trong các yếu tố ảnh hưởng tới QoS, thông lượng (througput) đóng một vai trò quan trọng. Tuy nhiên với chuẩn không dây IEEE 802.11, thông lượng là một yếu tố có nhiều “giá trị” khác nhau, ví dụ với 802.11b có thông lượng là 11 Mbps tuy nhiên đây là tốc độ dữ liệu của sóng vô tuyến (radio data rate) chứ không phải là tốc độ truyền các gói tin (yếu tố chính của thông lượng mạng).
Thông lượng tối đa lý thuyết đóng vai trò quan trọng vì có thể được dùng để tạo điều kiện cung cấp mạng ở mức độ tối ưu nhất cho việc truyền dữ liệu, nhất là với các dữ liệu đa phương tiện. Họ tiêu chuẩn 802.11 [16] gồm nhiều công nghệ như 15 802.11a/b/g/n/ac, chương này của luận án thực hiện tính toán lý thuyết với hai chuẩn phổ biến 802. • Chương 3: “Đề xuất phương pháp điều khiển các luồng dữ liệu có độ ưu tiên khác nhau nhau” thực hiện việc đánh giá dựa trên mô phỏng để chứng minh rằng mặc dù IEEE 802.11 có thể cung cấp sự phân chia băng thông cho các kiểu dữ liệu đa phương tiện khác nhau, tuy nhiên cách phân chia này không thực sự đảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ của các luồng dữ liệu. Ví dụ dữ liệu kiểu voice luôn nhận tỷ lệ cao nhất và dữ liệu background luôn là thấp nhất.
Do đó, trong một số trường hợp ví dụ như với dữ liệu thời gian thực (real–time) mà cần sự khác biệt dịch vụ cho lưu lượng best effort và lưu lượng dữ liệu biến đổi theo thời gian thực thì IEEE 802.11 không thể cung cấp QoS tương xứng với yêu cầu như vậy. Và do đó là cần thiết phải có một cơ chế phân chia linh hoạt hơn. Trong khuôn khổ luận án, vấn đề được giải quyết bằng cách đo dữ liệu thực ở mỗi nút nhận dữ liệu trong một khoảng thời gian, rồi tiến hành so sánh với dữ liệu theo lý thuyết để xác định xem cần tăng hay giảm giá trị cửa sổ tương tranh (Contention Window – CW), thuật toán được đề xuất sẽ điều khiển việc tăng hay giảm giá trị CW này để đạt được tỷ lệ phân chia linh hoạt phù hợp với yêu cầu người dùng với nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như voice, video và background, việc đánh giá đề xuất được thực hiện trên bộ mô phỏng mạng NS-2 theo nhiều kịch bản. • Chương 4 “Đề xuất phương pháp đánh giá giải pháp điều khiển thông lượng bằng testbed” phân tích ưu điểm của phương pháp đánh giá dựa trên thực nghiệm (testbed), sau đó xây dựng hệ thống đánh giá sử dụng testbed, đề xuất các bước đánh giá, rồi sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của việc thay đổi giá trị của bộ tham số chất lượng dịch vụ dữ liệu đa phương tiện ảnh hưởng tới các yếu tố như thông lượng, độ trễ, tỷ lệ mất gói trong mô hình ad hoc đa chặng, kết quả chứng mình rằng việc sử dụng các thiết bị phần cứng thật sẽ có kết quả gần với thực tế hơn thay vì các giá trị mang tính lý tưởng trong các phương pháp mô hình hóa, mô phỏng hay phân tích lý thuyết.
Đóng góp của luận án Thông qua tổng hợp, phân tích ưu và nhược điểm của các nghiên cứu trước đây, 16 luận án đề xuất một số giải pháp nhằm phát huy ưu điểm, khắc phục những hạn chế. Sau đây là một số đóng góp chính của luận án: 1. Luận án đã đề xuất phương án cải tiến tỷ lệ chia sẻ băng thông nhằm đạt được một mức độ công bằng hợp lý cho các loại dữ liệu đa phương tiện. Luận án đã đề xuất phương pháp điều khiển các luồng dữ liệu có độ ưu tiên khác nhau nhằm đạt được mức độ công bằng và duy trì thông lượng cao khi mạng ở trạng thái bão hòa.
Luận án đề xuất phương pháp đánh giá hiệu năng mạng không dây bằng hệ thống thực nghiệm testbed.[CB7][CB8][CB9] Từ kết quả đạt được, luận án thấy rằng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ dữ liệu đa phương tiện trong mạng không dây ad hoc là phức tạp. Hướng tiếp cận dựa trên việc điều khiển động giá trị cửa số tương tranh cũng như thay đổi bộ tham số chất lượng dịch vụ được đánh giá theo bộ mô phỏng và hệ thống thực nghiệm đã cho thấy hiệu quả và tiềm năng ứng dụng để giải quyết bài toán chất lượng dịch vụ dữ liệu đa phương tiện trong mạng ad hoc. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1. Giới thiệu Vào năm 1997, Viện Kỹ nghệ điện và điện tử (Institute of Electrical and Elec- tronics Engineers – IEEE) tạo ra chuẩn mạng không dây cục bộ (Wireless LAN – WLAN) đầu tiên, đó là chuẩn 802.
Các tiêu chuẩn IEEE 802.11 đã trải qua quá trình phát triển lâu dài như Hình 1. Trong số nhiều tiêu chuẩn 802.11x thì chuẩn IEEE 802.11e được đề xuất năm 2005 [14] là đáng chú ý vì đưa ra các tập chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) tập trung vào các ứng dụng đa phương tiện như voice, video, và chuẩn IEEE 802.11e này đã được hợp nhất như một thành phần trong chuẩn WLAN IEEE 802. Có thể khái quát quá trình phát triển của chuẩn không dây IEEE 802.11 cũng như các đề xuất bổ sung cho chuẩn này như sau: Bắt đầu từ năm 1997, tiêu chuẩn cho mạng WLAN đã được đề xuất và tiêu chuẩn (standard) không dây được ký hiệu IEEE 802.11, tuy nhiên do giới hạn băng tần cực đại chỉ ở mức 2 Mbps nên không đáp ứng được thực tế sử dụng, các thiết bị không dây theo chuẩn ban đầu này gần như không được sản xuất và nhu cầu cải tiến 802.11 được đặt ra. Một đề xuất mở rộng (amendment) cho IEEE 802.11 đã nhanh chóng được đề xuất vào tháng 7 năm 1999 và có tên IEEE 802.11b, hỗ trợ băng thông gần tương đương với Ethernet lúc đó là 11 Mbps.11b sử dụng tần số 2.4 GHz vốn được dùng rộng rãi cho các thiết bị gia dụng như điện thoại không dây (kéo dài), lò vi sóng hoặc các thiết bị khác, do vậy các thiết bị 802.11b có thể bị xuyên nhiễu từ các thiết bị sử dụng cùng dải tần 2.4 GHz này, cách khắc phục có thể là đặt các thiết bị 802.11b cách xa các thiết bị cùng tần số để giảm được hiện tượng xuyên nhiễu.
IEEE cũng trong năm 1999 này đã tạo ra mở rộng thứ hai cho chuẩn 802.11a, còn được coi là WiFi thế hệ thứ hai – WiFi 2, chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 54 Mbps và tín hiệu trong một phổ tần số quy định quanh mức 5GHz. Tần số 18 của 802.11a cao hơn so với 802.11b, và với tần số này, các tín hiệu 802.11a cũng khó xuyên qua các vách tường và các vật cản khác hơn. Hai chuẩn a và b này thường được gọi chung là chuẩn IEEE-802. Từ năm 2003, một loạt các mở rộng tiếp theo của IEEE 802.11 được đưa ra gồm: IEEE 802.11g đã kết hợp các ưu điểm của cả 802.11 a và b trước đó nhằm hỗ trợ băng thông cao 54 Mbps và phạm vi tín hiệu tốt hơn và có khả năng tương thích ngược với các chuẩn trước đó.11h là phiên bản nâng cao của 802.11a để hỗ trợ riêng cho các yêu cầu quy định của thị trường châu Âu.11i tập trung cải tiến an toàn và bảo mật.11e tập trung hỗ trợ các đáp ứng về yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS).
Và đến năm 2007 thì các đề xuất mở rộng này đã được chính thức tích hợp vào chuẩn IEEE-802. Vào năm 2009, một mở rộng tiếp theo cho mạng WLAN được phê chuẩn là IEEE 802.11n, hay Wireless N nhằm cải tiến 802.11g và có thể thu/phát tín hiệu của kết nối không dây bằng cách sử dụng nhiều ăng-ten (Multiple In, Multiple Out – MIMO), băng thông của chuẩn n này có thể lên đến 300 Mbps và tần số hoạt động 2.4/5 GHz cho phép phạm vi phủ sóng lớn và khả năng chống nhiễu tốt hơn, cũng như tương thích ngược với các mở rộng tiêu chuẩn 802. Các năm tiếp theo có nhiều mở rộng được đề xuất như IEEE 802.11p năm 2010 tập trung cho môi trường mạng xe cộ (Vehicles Network); IEEE 802.11u năm 2011 cung cấp khả năng liên mạng với mạng viễn thông di động/mạng 3G. Đến năm 2012 thì các đề xuất mở rộng này đã được chính thức tích hợp vào chuẩn IEEE-802.
[16] Đến năm 2013, đề xuất mở rộng IEEE 802.11ac được đưa ra, 802.11ac sử dụng công nghệ không dây băng tần kép, hỗ trợ các kết nối đồng thời trên cả băng tần 2.4 GHz và 5 GHz.11ac cung cấp khả năng tương thích ngược với các chuẩn 802.11n và băng thông đạt tới 1300 Mbps trên băng tần 5 GHz, 450 Mbps trên 2. Cũng trong năm 2013, mở rộng IEEE 802.11af (còn có các tên gọi khác là Super WiFi hoặc White-Fi) dùng tần số thấp 1 GHz nhằm có bước sóng dài hơn để tín hiệu truyền đi xa hơn và lý thuyết có thể đến 10 km nhưng đổi lại băng thông chỉ ở mức quanh 20 Mbps. Chuẩn không dây có tích hợp các đề xuất mở rộng này đã được chính thức phê duyệt và được coi là chuẩn IEEE-802. 19 Quá trình phát triển của các tiêu chuẩn không dây IEEE 802.11 cũng như các đề xuất mở rộng được tổng hợp khái quát trong Hình 1.
Quá trình phát triển của họ tiêu chuẩn IEEE-802. Trong thực tế mô hình mạng TCP/IP đối với các loại hình mạng có dây (wired) và không dây (wireless) chủ yếu khác nhau ở các tầng vật lý (chủ yếu liên quan đến thiết bị) và MAC (Media Access Control), do vậy phần tiếp theo của luận án sẽ trình bày một số cơ chế hoạt động tại tầng MAC của IEEE 802.11 nói chung và chuẩn IEEE 802.11e liên quan đến chất lượng dịch vụ cho mạng không dây. Kiến trúc dựa trên hạ tầng cơ sở là chế độ thường dùng để xây dựng các điểm truy cập không dây (Wi-Fi hostpot) dựa trên một điểm truy cập mạng.