Tải bản đầy đủ
Hình 1.1: Tính động trong mạng Ad hoc

Hình 1.1: Tính động trong mạng Ad hoc

Tải bản đầy đủ

(như vấn đề bảo mật, tài nguyên, nguồn năng lượng…). Và cũng vì thế đặt ra
nhiều thách thức đối với mạng Ad hoc.
1.3. Khái niệm hiệu năng mạng
Hiệu năng mạng là một vấn đề phức tạp do các yếu tố có thể tổng hợp đưa
ra nhằm đánh giá vấn đề hiệu năng chưa thực sự rõ ràng. Đã có nhiều khái niệm,
tham số được đưa ra nhằm minh chứng cho bản chất của vấn đề hiệu năng, lý giải
cho việc truyền thông tin hiệu quả hay kém hiệu quả giữa các hệ thống trong
mạng. Tuy nhiên, trong thực tế rất cần có những khái niệm bản chất và sát thực
tiễn với mục tiêu đánh giá được toàn bộ vấn đề hiệu năng bao gồm cả các yếu tố
đo đạc, theo dõi, điều khiển đều được tính đến. Có thể sơ lược khái niệm hiệu năng
mạng như sau: Hiệu năng mạng là hiệu quả và năng lực hoạt động của hệ thống
mạng. Như vậy, việc đánh giá hiệu năng mạng chính là tính toán và xác định hiệu
quả, năng lực thực sự của hệ thống mạng trong các điều kiện khác nhau.
Các điều kiện được sử dụng trong đánh giá hiệu năng là rất quan trọng,
chúng ảnh hưởng trực tiếp tới các kết quả thu được. Trong các điều kiện ảnh
hưởng tới quá trình đánh giá hiệu năng thì kịch bản mô tả là yếu tố then chốt
quyết ðịnh giá trị hiệu nãng tại ðiểm cần ðo. Trong kịch bản cần xác ðịnh các
tham số ðầu vào rõ ràng như các nút tham gia hệ thống, thiết bị kết nối, tác nhân
tham gia, giao thức hoạt động, ứng dụng triển khai, thời gian thực hiện,.. và rất
nhiều yếu tố khác kết hợp tạo ra một kịch bản hoàn thiện.
1.3.1. Các phương pháp đánh giá hiệu năng mạng
1.3.1.1. Phương pháp toán học
Việc sử dụng các phương pháp toán trong tính toán hiệu năng mạng đã
được thực hiện từ lâu, trong đó các công cụ toán học đã được sử dụng rất linh
hoạt và đa dạng như xác suất thống kê, đồ thị, quy hoạch, luồng,... để giải quyết
nhiều vấn đề trong hiệu năng. Ưu điểm chính của phương pháp toán học là có thể
xác định các ngưỡng giá trị của hệ thống qua việc xác định mối tương quan giữa
các yếu tố trước khi tồn tại hệ thống. Nhưng khi áp dụng trong thực tế, việc mô
tả đầy đủ các yếu tố đầu vào cho bài toán là cực kỳ khó khăn do vậy kết quả của
phương pháp này còn nhiều hạn chế.
12

1.3.1.2. Phương pháp đo thực tế
Sau khi hệ thống mạng đã được xây dựng, đây là một hệ thống tổng thể
kết nối của các thiết bị với những công nghệ khác nhau do vậy việc đo đạc để
đưa ra kết quả từ mô hình thật là rất quan trọng. Khi thực hiện đo thực tế, người
đo phải dựng ra được các kịch bản cần đo từ đó tạo ra những điều kiện giống với
kịch bản thực tế và sử dụng các công cụ đo như phần mềm, thiết bị đo để thu
nhận các kết quả thực tế từ hoạt động của hệ thống theo kịch bản. Thông thường
với phương pháp đo thực tế cho chúng ta kết quả với độ chính xác rất cao, tuy
nhiên việc đầu tư quá lớn trước khi biết kết quả hoạt động nhiều khi gây ra sự
lãng phí vì vậy giải pháp đo thực tế chỉ được sử dụng để giám sát hoạt động
mạng. Để đo được giá trị hiệu năng, quan trọng nhất là lấy thông tin chính xác về
hệ thống. Hiện nay phổ biến có 3 phương pháp lấy thông tin sau:
-

Truy vấn trực tiếp các node mạng để lấy trực thiếp thông tin đang lưu trữ.

-

Theo dõi luồng thông tin thực tế trên hệ thống.

-

Xây dựng kịch bản với dữ liệu thử nghiệm để đo hệ thống.
1.3.1.3. Phương pháp mô phỏng
Để giảm sai số của phương pháp toán học, giảm chi phí đầu tư cho hệ
thống trước khi đo trong thực tế, phương pháp mô phỏng đã được sử dụng. Việc
mô phỏng hệ thống đòi hỏi phải mô tả chính xác, chân thực tính năng, kỹ thuật,
yếu tố ràng buộc giữa các nhân tố tham gia và ảnh hưởng tới hệ thống trong thực
tế khi xây dựng. Như vậy, để kết quả chính xác đòi hỏi công tác mô tả kịch bản
phải rất chuẩn xác. Trong khuôn khổ môn học, chúng ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu và
áp dụng phương pháp mô phỏng vào đánh giá hiệu năng mạng. Có hai phương
pháp chính được sử dụng trong mô phỏng hệ thống mạng là mô phỏng thời gian
thực và mô phỏng rời rạc. Để mô phỏng theo thời gian thực là rất khó do vậy
phương pháp phổ biến hiện nay là mô phỏng rời rạc tức là các sự kiện được xác
định rõ ràng và có thời điểm mô tả trên trục thời gian.
1.3.2. Các thông số đánh giá hiệu năng mạng
Có nhiều tham số khác nhau để đánh giá hiệu năng của các giao thức định
tuyến. Chúng ta thường sử dụng ba tham số để so sánh hiệu suất mạng tổng thể
khi dùng hai giao thức định tuyến khác nhau. Các thông số này là độ trễ, mất mát
13

gói tin và thông lượng. Những thông số này rất quan trọng trong việc xem xét
đánh giá của các giao thức định tuyến trong một mạng. Các giao thức này cần
được kiểm tra với các thông số nhất định cho hoạt động vủa nó. Để kiểm tra hiệu
quả giao thức trong việc tìm kiếm một tuyến đường đến đích, chúng ta sẽ xem
xét đến nguồn đó để kiểm soát các gói tin gửi đi. Nếu các giao thức định tuyến có
độ trễ cao thì giao thức đó không hiệu quả khi so sánh với các giao thức có độ trễ
thấp hơn. Giao thức nào bị mất gói tin nhiều sẽ không hiệu quả bằng giao thức
mất ít gói tin. Thông lượng là lượng thông tin thực tế truyền qua một liên kết
trong một đơn vị thời gian. Nếu giao thức nào có thông lượng cao thì sẽ hiệu quả
hơn so với giao thức có thông lượng thấp. Những thông số này có ảnh hưởng rất
lớn trong việc lựa chọn giao thức định tuyến cho một mạng cụ thể.
1.3.2.1. Delay
Độ trễ của gói tin là thời gian mà gói tin gửi từ nguồn đến khi tới đích. Vì
vậy đây là thời gian mà gói tin cần để đi trên mạng. Thời gian này có đơn vị giây.
Ví dụ về độ trễ như trong truyền tiếng nói, truyền file FTP. Có rất nhiều độ trễ,
như độ trễ xử lí (PD), độ trễ hàng đợi (QĐ), độ trễ truyền dẫn (TD). Chúng ta tìm
hiểu độ trễ khi truyền gói tin từ nguồn tới đích: giả sử gói tin A được gửi tại thời
điểm tggui[A] và đến đích tại thời điểm tgnhan[A]. Khi đó độ trễ của gói tin
được xác định:
Delay[A] = tgnhan[A] – tggui[A]
1.3.2.2. Throughput
Thông lượng (Throughput) là lượng thông tin hữu ích được truyền đi trên
mạng trong một đơn vị thời gian và nó là tham số để đánh giá mạng nhanh hay
chậm. Đơn vị của thông lượng là byte hoặc bit trên giây (byte/s hoặc bit/s). Một
số thông số ảnh hưởng đến thông lượng là sự thay đổi về liên kết mạng, truyền
thông không tin cậy giữa các node, hạn chế về băng thông. Một thông lượng cao
là sự lựa chọn tuyệt vời cho mạng. Cách tính thông lượng có thể được biểu diễn
một cách toán học như sau:

-

Number of delivered packet: Tổng số gói tin mà bên nhận nhận được từ bên gửi.
14

-

Packet size: Kích thước gói tin (byte)

-

Total duration of simulation: Khoảng thời gian từ lúc bên nhận nhận gói tin đầu
tiên và gói tin cuối cùng.
1.3.2.3. Packet loss
Sự mất mát gói tin nhiều hay ít cũng là tiêu chuẩn quan trọng trong việc
đánh giá giá thức hoạt động tốt hay không, giao thức nào mà số lượng gói tin bị
mất thấp thì sẽ được đánh giá cao hơn. Giả sử tại nguồn A gửi đi x gói tin, đích B
nhận được y gói tin. Khi đó số gói tin bị mất là (x – y). Có rất nhiều lí do khiến
gói tin bị mất như tràn bộ đệm, bị mất trên đường truyền
1.4. Tổng quan về NS2
NS2- Network Simulator Version 2: là phần mền mô phỏng mạng điều
khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely, viết bằng
ngôn ngữ C++ và Otcl. Được sử dụng rất phổ biến trong các nghiên cứu khoa
học về mạng (rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng WAN và mạng
local LAN.
Mục đích của NS-2 là tạo ra một môi trường giả lập cho việc nghiên cứu,
kiểm tra, thiết kế các giao thức, các kiến trúc mới, so sánh các giao thức và tạo ra
các mô hình mạng phức tạp.
Phiên bản thứ nhất của NS được phát triển vào năm 1995 và phiên bản thứ
hai ra đời năm 1996. NS-2 là phần mền mã nguồn mở có thể chạy được trong
môi trường Linux và Window.
1.4.1. Kiến trúc của NS2
NS thực thi các giao thức mạng như giao thức điều khiển truyền tải (TCP)
và thức gói thường dùng (UDP), các dịch vụ nguồn lưu lượng như giao thức
truyền tập tin (FTP), tốc độ bit cố định (CBR) và tốc độ bit thay đổi (VBR).
Các kỹ thuật quản lý hàng đợi như Vào trước Ra trước (Drop Tail), Dò
sớm ngẫu nhiên (RED) và CBQ, các thuật toán định tuyến như Dijkstra…NS
cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập đường truyền
(MAC) đối với mô phỏng LAN.

15

Hình 1.2: Mô hình đơn giản của NS
Otcl:

Kịch bản OTcl

Simulation Program:

Chương trình Mô phỏng

OTcl :

Bộ biên dịch Tcl mở rộng

hướng đối tượng
NS Simulation Library:

Thư viện mô phỏng NS

Event Scheduler Objects

Các đối tượng Bộ lập lịch sự kiện

Network Component Objects:

Các đối tượng Thành phần mạng

Network Setup Helping Modules:

Các modun Trợ giúp Thiết lập mạng

Plumbling Modules:

Các modun Plumbling

Simulation Results:

Các kết quả Mô phỏng

Analysis :

Phân tích

NAM:

Minh họa Mạng NAM

NS-2 bao gồm:
-

Các đối tượng Bộ lập lịch sự kiện.

-

Các đối tượng Thành phần mạng.

-

Các modun trợ giúp thiết lập mạng (modun Plumbing).

-

Để sử dụng NS-2, user lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. User có thể thêm
các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tượng mới trong OTcl.
Những lớp này khi đó sẽ được biên dịch cùng với mã nguồn gốc.

-

Kịch bản OTcl có thể thực hiện những việc sau:
16

-

Khởi tạo Bộ lập lịch sự kiện.

-

Thiết lập Mô hình mạng dùng các đối tượng Thành phần mạng.

-

Báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong Bộ
lập lịch sự kiện.

-

Bộ lập lịch sự kiện trong NS2 thực hiện những việc sau:

-

Tổ chức bộ định thời mô phỏng.

-

Hủy các sự kiện trong hàng đợi sự kiện.

-

Triệu gọi các Thành phần mạng trong mô phỏng.

-

Phụ thuộc vào mục đích của User đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả
mô phỏng có thể được lưu trữ như file trace.

-

File name trace ( file.nam) được dùng cho công cụ Minh họa mạng Nam.

-

File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ Lần vết và Giám sát Mô
phỏng XGRAPH hay TRACEGRAPH

Hình 1.3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Name

-

Trong mô phỏng mạng dùng NS2 ta sử dụng:

-

NAM Visual Simulation: Mô phỏng ảo NAM.

-

Tracing and Monitoring Simulation: Mô phỏng lần vết và Giám sát

17