›
›

Phân tích hiệu năng của WLAN sử dụng mô hình hàng đợi

Download
ISSN 2354-0575  
PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG CỦA WLAN SỬ DỤNG MÔ HÌNH HÀNG ĐỢI  
Dương Hồng Cảnh, Hồ Khánh Lâm  
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên  
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 20/07/2017  
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 12/09/2017  
Ngày bài báo được duyệt đăng: 15/09/2017  
Tóm tắt:  
WLAN 802.11 là môi trường truy cập phổ biến cho kết nối LAN và Internet. Triển khai lắp đặt nhiều  
điểm truy cập (AP) là xu hướng hiện nay để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các thiết bị di động (Smart  
phone và Laptop) sử dụng ở môi trường trong nhà. Nhưng cùng với xu hướng này thì cũng gia tăng các tấn  
công mạng, bởi các AP là những điểm yếu trong an ninh mạng và hiệu năng của các AP cũng suy giảm. Bài  
báo này đề cập đến phân tích hiệu năng của WLAN qua khảo sát trạng thái và mô hình hóa AP dựa trên  
hàng đợi M/M/1/N và mạng hàng đợi đóng có tính tới hành vi “suy nghĩ” truy nhập của các trạm đầu cuối  
(Client) đến AP (Server).  
Từ khóa: WLAN 802.11, AP, mô hình hàng đợi, hiệu năng.  
1. Đặt vấn đề  
phân phối giữa các ứng dụng khác nhau. Sự thực  
WLAN trong thiết kế mạng LAN của một cơ thi WMM trên ba chức năng: truy cập của WMM  
sở phải đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào (WMM Access): là chứng chỉ hỗ trợ tập hợp các  
tạo, đó là chất lượng dịch vụ (QoS) dựa trên một số đặc tính từ chuẩn 802.11e cho cả Client và AP, phân  
yếu tố:  
loại của WMM (WMM Classification): sử dụng  
- Đảm bảo các khu nhà, các tầng nhà của nhà phân loại theo chuẩn 802.1P với 8 mức ưu tiên truy  
trường có truy nhập tốc độ cao cho các lưu lượng nhập (Bảng 1), và các hàng đợi của WMM (WMM  
khác nhau, đặc biệt là lưu lượng đa phương tiện: trễ Queues): gồm 4 hàng theo ứng dụng và QoS:  
nhỏ (Latency hay Delay, sự chênh lệch trễ của các Background, Best Effort, Video, và Voice (Hình 1).  
gói thấp (Jitter hay Delay Variance), tỷ lệ mất gói  
thấp (Packet Loss).  
- Đảm bảo các giải pháp an ninh và ưu tiên  
lưu lượng cho các truy nhập của các khu nhà thuộc  
văn phòng quản lý của nhà trường.  
- Đảm bảo QoS cho các lưu lượng hướng  
lên (Upstream) và hướng xuống (Downstream) cho  
khai thác sử dụng các dịch vụ đa phương tiện trong  
học tập, đặc biệt trong yêu cầu đào tạo điện tử. Đó  
là QoS của WiFi đa phương tiện.  
Bảng 1. 802.1P và phân loại của WMM  
Priority 802.1P  
802.1P  
Access  
WMM  
Priority Designation Category Designation  
Hình 1. WMM queues  
Lowest  
1
2
0
3
4
5
6
7
BK  
-
BE  
EE  
CL  
VI  
AC_BK Background  
AC_BE Best Effort  
Mỗi loại lưu lượng mà người dùng truy  
nhập WiFi có khoảng thời gian (khe thời gian chờ  
đợi khác nhau, trong đó, tính theo độ dài thời gian  
thì Background là lớn nhất và Voice là nhỏ nhất:  
Bachground > Best Effort > Video >Voice.  
AC_VI  
Video  
Voice  
VO  
NC  
AC_VO  
Mật độ cácAP tăng lên cũng kéo theo sự tăng  
Highest  
nhiễu đồng kênh CCI (Co-Channel Interference)  
giữa các AP, mức độ an ninh bị ảnh hưởng, đặc biệt  
khi các AP không được cấu hình các giải pháp an  
ninh khác nhau. Để tránh nhiễu đồng kênh CCI, nâng  
cao an ninh mạng cho WLAN với mật độ cao các AP  
được nhiều nghiên cứu quan tâm. Bởi những yếu tố  
WiFi đa phương tiện, WMM (WiFi  
Multimedia) được coi là các mở rộng của đa phương  
tiện vô tuyến, chỉ đến QoS trên WiFi. Nó cho phép  
các điểm truy cập AP tạo ưu tiên các lưu lượng  
và tối ưu cách chia sẻ các tài nguyên mạng được  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
Journal of Science and Technology  
49  
ISSN 2354-0575  
3. Các mô hình hàng đợi  
Trong lý thuyết hàng đợi, công thức Kendall  
A/B/m/N-S xác định các mô hình hàng đợi dùng để  
mô hình hóa các hệ thống truyền thông như sau [1]:  
• A là phân bố của thời gian tn giữa các lượt  
khách hàng đến (Arrival time).  
này ảnh hưởng đến hiệu năng của WLAN: chuyển  
vùng không thành công - không đảm bảo dịch vụ  
liền mạch, nhiễu CCI không được khắc phục, dịch  
vụ bị chặn do bị tấn công DoS, mất gói do quá tải  
các AP - xác suất mất mát (High Loss Probability).  
Ở đây khảo sát một số nghiên cứu về hiệu năng của  
WLAN sử dụng các mô hình hàng đợi.  
• B là phân bố của các thời gian phục vụ xn  
(Service time).  
• m số nút phục vụ (Server).  
2. Các nghiên cứu liên quan  
• N kích thước lớn nhất của hàng đợi (hay  
dung lượng nhớ của hệ thống) nếu hàng đợi hữu  
Nghiên cứu [2] xét WLAN 802.11, trong  
đó AP được sử dụng để kết nối HTTP một số cố  
định người dùng đến Web hoặc hệ thống chia sẻ  
với giao thức TCP/IP sử dụng chuỗi Markov nhúng  
(Embedded Markov Chain) để phân tích hiệu năng.  
Nghiên cứu [3] phân tích trễ cho các WLAN với  
nhận nhiều gói dưới tải hữu hạn. Nghiên cứu [4] sử  
dụng mô hình hàng đợi để nghiên cứu các cơ chế tấn  
công làm giảm hiệu năng và có ngắt kết nối truyền  
thông củaWLAN. Các kết quả phân tích của mô hình  
hàng đợi dẫn đến sự phát triển của bốn giải pháp:  
xác thực yêu cầu (RA-Request Authentication),  
giảm các yêu cầu sao chép (RDR-Reduction of  
Duplicate Requests), giảm các truyền lại đáp ứng  
(RRR-Reduction of Response Retransmission),  
và truyền theo vòng tròn (RRT-Round Robin  
Transmission). Các tác giả trong nghiên cứu [5]  
[6] coi các AP là những hệ thống hàng đợi để phân  
tích hiệu năng dựa trên các thông số hiệu năng của  
các AP: thời gian phục vụ trung bình gói tin và trễ  
tại AP, trong đó nghiên cứu [6] sử dụng mô hình  
hàng đợi M/G/1/B cho AP xác định thời phục vụ và  
thông lượng của AP. Các thông số của QoS cho các  
lưu lượng đa phượng tiện trên WLAN 802.11 như  
thông lượng, trễ, xác suất mất gói và năng lượng  
tiêu thụ được tác giả trong [7] sử dụng hàng đợi  
BMAP/M/1 - quá trình đến của các lưu lượng đa  
phương tiện là quá trình Markov Poisson điều chế  
(Markov Modulated Poisson (BMAP), qua đó nêu  
ra các ảnh hưởng của tải lưu lượng đa phương tiện  
và kích cỡ mạng WLAN ảnh hưởng đến hiệu năng  
của WLAN như thế nào, và các kết quả nghiên cứu  
này cần được đưa vào đánh giá giao thức MAC  
trong thiết kế các công nghệ WLAN ứng dụng cho  
đa phương tiện. Cũng để nâng cao QoS hiệu năng  
của WLAN, nghiên cứu [8] lại quan tâm mô hình là:  
độ sẵn sàng, lỗi và khôi phục cấu hình của các AP.  
3
hạn (khi N = thì bỏ qua ký tự N trong công thức  
Kendall).  
• S là nguyên tắc phục vụ được sử dụng (FIFS,  
LIFS,v.v...). Nếu bỏ qua S trong công thức Kendall  
thì nguyên tắc phục vụ mặc định luôn là FIFS.  
Đối với các quá trình A (quá trình đến của  
khách hàng) và B (quá trình phục vụ của nút) có thể  
có các loại đặc tính sau đây:  
• M (Markov): là quá trình Markov (hay  
quá trình Poission) là một quá trình ngẫu nhiên có  
phân bố mũ của thời gian đến (tn $ 0) với CDF là  
_ i  
F t  
_ i  
=
1
-
e
-mt , và hàm phân bố xác suất (PDF) là  
f t = me-mt , với m > 0, và đặc tính không có nhớ  
(Memoryless): trạng thái tiếp theo chỉ phụ thuộc  
vào trạng thái hiện tại của quá trình và không phụ  
thuộc vào quá trình chuyển đến trạng thái hiện tại  
như thế nào.  
• D (Deterministic): quá trình xác định  
• G (General): quá trình có phân bố chung,  
với các giá trị không được xác định, nhưng trong  
nhiều trường hợp ít nhất giá trị trung bình và các  
biến được xác định.  
• Ek (Erlang-k): phân bố Erlang với thông số  
định dạng k (k ≥ 1) với hàm phân bố tích lũy (CDF):  
n
k-1  
_
i
mx  
/
F(x,k,m) = 1 -  
e-mx  
,
và hàm phân bố xác  
n!  
n = 0  
mktk-x  
f(x,k, m) =  
e
-mx ; x, m $ 0  
.
suất (PDF):  
(k - 1)!  
Thông số k = 1, thì phân bố Erlang trở thành phân  
bố mũ.  
• Hk (Hyper-k):  
(Hyperexponential  
phân bố siêu mũ  
distribution):  
với  
PDF  
k
-mix  
/
fH (x)  
=
ri mi e  
;x 2 0  
và  
CDF:  
i = 1  
k
pi e-  
.
x
m i  
/
FH (x) = 1 -  
Nhiễu đồng kênh CCI vì mật độ cao các AP của  
WLAN được nghiên cứu [8] phân tích dựa trên mô  
hình hàng đợi M/M/C và thực hiện mô phỏng đánh  
giá ảnh hưởng của CCI đến QoS trong các WLAN  
mật độ cao. Có thể nhận thấy khá nhiều nghiên cứu  
sử dụng các mô hình hàng đợi khác nhau để phân  
tích và đánh giá hiệu năng của WLAN đáp ứng QoS  
cho các kết nối truy nhập sử dụng các dịch vụ, đặc  
biệt là đa phương tiện.  
i = 1  
Một số loại mô hình hàng đợi cơ bản được  
sử dụng:  
• M/D/1, M/D/c, M/D/1 là các mô hình hàng  
đợi, trong đó, các cuộc đến (Arrivals) của khách  
hàng (gói tin) là quá trình Markov (M) với phân  
bố mũ, và thời gian phục vụ được xác định: D với  
nguyên tắc phục vụ mặc định FIFS. M/D/c là mở  
Journal of Science and Technology  
50  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
ISSN 2354-0575  
rộng của M/D/1 với số lượng Server là c.  
trung bình một khách hàng tiêu phí trong hệ thống);  
• M/M/1, M/M/c: là các mô hình với các E[W] – thời gian chờ đợi trung bình (thời gian trung  
cuộc đến của các khách hàng là quá trình Markov bình một khách hàng tiêu phí trong hàng đợi); E[R]  
(M) với phân bố mũ, và thời gian phục vụ theo phân - thời gian đáp ứng trung bình của hệ thống (tổng  
bố mũ của quá trình Markov, với một Server (1) và của các thời gian trung bình E[W], E[S]); E[NQ] - độ  
một số Server (c).  
dài trung bình của hàng đợi (số khách hàng trung  
• M/G/1, M/G/c: các cuộc đến của các khách bình ở trong hàng đợi); E[NS] - số lượng khách hàng  
hàng là quá trình Markov (M) với phân bố mũ, và trung bình đang được phục vụ (đang trong Server);  
thời gian phục vụ có phân bố chung (G).  
E[N] - số lượng khách hàng ở trong hệ thống (tổng  
• M/M/1/K: là mở rộng của M/M/1 nhưng của các số lượng E[NQ], và E[NS]); E[U] - mức độ  
kích thước hàng đợi là hữu hạn bằng K. Mô hình sử dụng trung bình của server (tỷ lệ với thời gian  
hàng đợi này có tính thực tế hơn, bởi các hệ thống bận của Server); E[T] - thông lượng trung bình (tốc  
có dung lượng và khả năng phục vụ hữu hạn.  
độ trung bình khách hàng được phục vụ xong và ra  
Có các mô hình hàng đợi biến đổi khác từ khỏi hệ thống); E[L] - sự mất mát khách hàng trung  
các mô hình hàng đợi cơ bản tùy thuộc vào ứng bình (là tốc độ mà các khách hàng bị mất hoặc là  
dụng cho hệ thống thực nào. Mô hình hàng đợi xác suất mà khách hàng bị mất).  
đặc biệt phù hợp cho các hệ thống truyền thông,  
Để tính các thông số này, có một số công cụ  
và trạng thái của hệ thống được biểu diễn chuỗi phần mềm phổ biến chạy trên Windows có thể được  
Markov thời gian xác định DTMC (Deteministic tải trên Internet. Một số thuật toán như giá trị trung  
Timed Markovian Chain) hay thời gian liên tục bình MVA và thuật toán cuộn [1] thường được áp  
CTMC (Continious Timed Markovian Chain).  
Các hệ thống thực tế thường gồm nhiều  
dụng cho tự động tính các thông số hiệu năng.  
khối chức năng và trạng thái phức tạp nên thường 4. Đề xuất mô hình hàng đợi điểm truy nhập AP  
được mô phỏng bằng mạng hàng đợi (Queueing và các truy nhập  
Network) gồm các loại hàng đợi cơ bản hoặc biến  
AP là điểm truy nhập quyết định hiệu năng  
đổi. Các mạng hàng đợi cũng được nhóm thành 3 của WLAN. Do đó, cần phải thử nghiệm đưa ra mô  
loại: đóng, mở, và hỗn hợp.  
Mạng đóng: là mô hình hệ thống mà không  
hình hàng đợi củaAP với các truy nhập từ các thiết bị.  
Cho rằng nút AP là một hàng đợi loại  
có khách hàng nào từ bên ngoài đi vào, và đi ra khỏi M/M/1/K, với K hữu hạn là kích thước hàng đợi  
hệ thống. Mạng mở: là mô hình hệ thống mà có các bằng số khách hàng (gói tin, bản tin, cuộc gọi, yêu  
khách hàng đến và ra khỏi hệ thống sau khi được cầu TCP/IP từ các Client) đồng thời có thể truy  
phục vụ xong. Mạng kết hợp: là mô hình hệ thống nhập và được xử lý với nguyên tắc phục vụ mặc  
có cả khối đóng và khối mở.  
định vào trước được phục vụ trước (FIFS). CTMC  
Các mô hình hàng đợi có các thông số hiệu chuyển trạng thái của AP được cho ở Hình 2. Trong  
năng, mà dựa vào chúng để phân tích đánh giá hiệu đó, m: tốc độ đến trung bình của khách hàng, n tốc  
năng của hệ thống thực.  
Các thông số hiệu năng của hàng đợi được K gói tin đang phục vụ, thì khách hàng thứ K+1 đến  
sử dụng cho mô hình hệ thống: sẽ bị mất, điều này đồng nghĩa với kết nối mới của  
E[S] – thời gian phục vụ trung bình (thời gian Client bị ngắt.  
độ phục vụ trung bình khách hàng. Khi AP đã có đủ  
λ
λ
λ
λ
µ
λ
λ
K
0
1
2
3
K-2  
K-1  
µ
µ
µ
µ
µ
Hình 2.CTMC chuyển trạng thái đối với hàng M/M/1/K [1]  
Số lượng K khách hàng thể hiện khả năng xử Vì số lượng khách hàng trong hệ thống bị  
lý đồng thời bao nhiêu khách hàng từ các truy nhập giới hạn nên quá trình đến của các khách hàng phụ  
đến AP. Mô hình hàng đợi M/M/1/K của AP với c thuộc vào các sự kiện: nếu trong hệ thống có số  
có các thông số hiệu năng được xác định như sau:  
• Các xác suất của trạng thái bền vững  
mr0 = nr1 , r1 = Ur0 ;  
lượng khách hàng < K thì tốc độ đến của các khách  
hàng là λ; nếu số lượng khách hàng trong hệ thống  
≥ K thì tốc độ đến = 0. Theo công thức xác suất  
đuôi ta có:  
(1)  
4
mrK-1 = nrK , rK = UrK-1 = UK r0  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
Journal of Science and Technology  
51  
ISSN 2354-0575  
K
x - (n + 1)xn+1 + nxn+2  
(1 - x)2  
n
kxk =  
, nên:  
/
/
P(N 2 K) = 1 - P(N # K) = 1 - pi = 0,  
i = 0  
k = 0  
K
(1 - U) U - (K + 1)UK+1 + KUK+2  
/
hay:1 =  
pi  
f
p
E[N] =  
(1 - UK+1  
)
(1 - U)2  
i = 0  
1 - xn+1  
1 - x  
n
n
a0 xj = a0  
suy ra:  
(K + 1)UK+1  
/
/
Vì Sn =  
aj =  
U
=
j = 0  
j = 0  
-
;
khi U ! 1  
1 - UK+1  
1 - U  
i
m
n
1 - UK+1  
1 - U  
K
/
d
n
1 = r0  
= r0  
.
Với: U = 1  
i = 0  
K
K
K
i
i
/
/
/
1 = ri = r0 + r0 U = r0 + r0 U  
Các xác suất của trạng thái bền vững là:  
i = 0  
i = 1  
i = 1  
( 7 )  
_
b
b
b
(1 - U)Ui  
1 - U  
m
n
1
r0 =  
1 ;U = ;ri = r0 Ui =  
;
= r0 (1 + K);" r0 =  
+
+
1
1 - UK  
(1 - UK  
)
`
b
b
1 + K  
K
K
K
b
b
i = 1,2,3,..,K  
i
/ / /  
E[N] = iri = r0 iU = r0 i =  
i = 0 i = 1 i = 1  
a
(2)  
• Mức độ sử dụng trung bình của Server, E[U]:  
K(K + 1)  
1
K
K
=
=
E[U] = ri = r0 U(1 + U + U + ... + UK-1 ) (3)  
2
+
2
n(n + 1)  
2
2
(1 K)  
/
n
i = 1  
/
vì  
i =  
.
Vì, biểu thức trong ngoặc là chuỗi có dạng  
của Geometric Sum (Zeno Sum):  
i = 1  
1 - xn+1  
n
• Thời gian đáp ứng trung bình của hệ  
thống, E[R]:  
i
/
x =  
; x ! 1 "  
1 - x  
i = 0  
(K + 1)UK+1  
1 - UK+1  
1 - UK+1  
1 - U  
1 - UK  
1 - U  
E[N]  
m
1
m
U
; U≠1  
e
o
E[R] =  
=
-
E[U] = r0 U  
=
1 U  
+
1 - UK  
1 - U  
1 - U  
(8)  
(1 - UK )  
1 - U  
• Thời gian chờ đợi trung bình, E[W]:  
= U  
K+1  
+
(K 1)U  
1
m
U
1
=
-
=
e
-
o-  
Hay có thể tính theo:  
E[W] E[R] E[S]  
K+1  
-
n
1 U  
-
K
1 U  
K
-
(1 U )  
-
1
U
= /  
=
-
=
-
=
1
(9)  
E[U]  
ri  
1
r0  
1
U
K
+
K
+
1
-
-
1
U
1 U  
i = 1  
(4)  
λ
µ
• Thông lượng trung bình của hệ thống, E[T]:  
K
1 - UK  
1
/
E[T] = n ri = nE[U] = m  
1 m  
(5)  
+
1
1 - UK  
i = 1  
• Xác suất mất mát (Loss probability), PK:  
Xác suất mất mát là xác suất mà khách hàng  
N
đến nơi khi hệ thống đã đầy (hệ thống đã có K khách  
hàng). Đây cũng chính là xác suất khóa PB khi U ≠ 1:  
Hình 3. Mạng đóng M/M/1/N của hệ thống PC  
Client - AP Server  
Z
K
]
]
]
]
(1 - U)U  
1 - UK+1  
1
;U ! 1  
rloss = rK = PB =  
(6)  
Các truy nhập TCP/IP từ các đầu cuối (PC,  
Smartphone) đến nối LAN được coi là các kết nối  
Client-Server, vì vậy đây được coi là hệ thống tương  
tác với AP-Server là hàng đợi M/M/1/N (loại hàng  
đợi M/M/1/K) với N trạm đầu cuối - các PC Client.  
Hệ thống truy nhập AP được mô hình là mạng hàng  
đợi đóng như ở Hình 3.  
[
]
]
]
;U = 1  
]
]
K + 1  
\
• Số lượng trung bình các khách hàng  
trong hệ thống, E[N]:  
K
K
i
/
/
d
n
E[N] = iri = r0  
iU  
i = 0  
i = 0  
CTMC của mạng hàng đợi đóng này cho ở  
Hình 4.  
Biểu thức trong ngoặc có dạng chuỗi  
Gauss-Zeno:  
2λ  
λ
µ
(N − i +1)λ (N − i)λ  
Nλ  
(N − 2)λ  
(N −1)λ  
K
K-1  
K-2  
2
i
i+1  
0
1
3
i-1  
µ
µ
µ
µ
µ
µ
Hình 4. CTMC của mạng hàng đợi M/M/1/N của hệ thống PC Client - AP Server  
Journal of Science and Technology  
52  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
ISSN 2354-0575  
Tính các thông số hiệu năng của mạng  
M/M/1/N của hệ thống PC Client - AP Server:  
N
1
m
=
-
(13)  
E[T]  
• Các xác suất của trạng thái bền vững  
Các PC - máy trạm làm việc có thể có thời  
gian “suy nghĩ” khi tương tác với AP - Server thì  
cần phải tính trễ này, và sử dụng luật thời gian đáp  
ứng trung bình, trong đó tính cả thời gian “suy  
nghĩ” (nhập yêu cầu TCP/IP) trung bình Z của từng  
Client, thì:  
-
1.2.3...(N 1)N  
=
=
=
nr1 Nmr0 " r1 NUr0  
Ur0  
-
1.2.3...(N 1)  
N!  
=
Ur0  
(N - 1)!  
nrN mrN-1 = mN!UN-1 r0 " rN = N!UN r0  
=
E[N]  
E[T]  
Number of clients  
average throughput  
N
1
J
N
O
O
O
O
O
O
O
O
E[R] =  
- Z =  
-
=
N!  
N!  
K
2
E[T]  
N
m
K
1 +  
U +  
U +  
K
K
K
K
K
K
(N - 1)!  
(N - 2)!  
/
1 = ri = r0  
i = 0  
N!  
U
N-1 + N!UN  
=
- average think time  
(14)  
+... +  
(1)!  
L
P
N
1
m
N!  
= r0  
Ui  
và E[N] = N - mỗi một  
/
Như vậy  
Z =  
i = 0 (N - i)!  
Client trung bình đưa ra một yêu cầu truy nhập  
TCP/IP. Để xác định thông số đáp ứng trung bình  
E[R] của AP:  
-1  
N
N!  
i = 0 (N - i)!  
i
/
d
n
Suy ra: r0 =  
U
;
1
m
1) Đặt Z = = 15s " m = 0.067; E[S] =  
N!  
ri =  
Ui r0 , i = 1,2,3,...,N  
(N - i)!  
.
1
n
= 1s, n = 1.  
• Mức độ sử dụng của Server, E[U]:  
Khi số lượng client N = 1, thì không có xếp  
N
N
hàng chờ đợi, E[W] = 0, và vì:  
=
=
-
=
-
=
r0  
/ /  
E[U]  
ri  
ri r0  
1
1
n
i=1  
i=0  
(10)  
E[R] = E[S] + E[W] nên E[R] = E[S] =  
= 1s.  
-1  
N
N !  
-
i=0 (N 1)!  
i
/
b
l
=
-
1
U
Số lượng Client tăng lên (tức là tăng số  
lượng yêu cầu đến AP - Server) sẽ làm tăng mức độ  
nghẽn vì giá trị mức độ sử dụng: U " 1:  
NE[S]  
• Thông lượng trung bình của Server, E[T]:  
N
/
E[T] = n ri = nE[U] = n(1 - r0 )  
1
1
(11)  
tăng  
lim N " 3:E[R] =  
-
= NE[S] -  
i = 1  
U
m
m
• Tốc độ trung bình đưa ra một yêu cầu  
bởi 1 PC Client:  
tuyến tính.  
Giá trị N* là giá trị mà ở đó: tiếp tuyến  
Nếu E[R] là thời gian đáp ứng trung bình của  
server cho một Client thì thời trung bình một yêu  
cầu TCP/IP được một Client đưa đến cho Server  
1
E[R] = NE[S] -  
tải nhẹ  
cắt tiếp tuyến tải  
m
1
nặng E[R] = E[S]  
=
= 1s, và nó được  
1
m
.
n
phải là:  
E[R] +  
gọi là số bão hòa (Saturation Number) với  
giá trị ngưỡng số truy nhập N* với E[U] = 1;  
• Tổng tốc độ đến của các yêu cầu từ N  
1
m
N
(12)  
1
Client:  
E[S] +  
E[S]  
n
m
15  
1
*
N =  
= 1 + = 1 +  
= 16.  
E[R] +  
m
Thời gian đáp ứng trung bình của Server,  
Với mô hình hàng đợi M/M/1/16 của AP,  
E[R]:  
n = 1, m = 0.067, khi số truy nhập N = 16 đến  
Trong trạng thái bền vững, tổng tốc độ đến  
AP thì sẽ xác suất mất mát tính theo (6) sẽ là:  
của các yêu cầu từ N Client phải bằng thông lượng  
trung bình của AP - Server, nghĩa là:  
1
r16 =  
= 0.59. Xác suất này là quá cao.  
16  
+
1
N
= E[T] = n(1 - r0 )  
1
E[R] +  
m
Do đó:  
NE[S]  
U
N
1
m
N
1
m
1
m
=
-
=
-
=
-
E[R]  
-
nE[U]  
n(1 r0 )  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
Journal of Science and Technology  
53  
ISSN 2354-0575  
E[R](s)  
25.0  
12.5  
1.0  
Tiếp tuyến tải nhẹ  
Tiếp tuyến tải nặng  
N
0
10  
N*=16 20  
30  
40  
Hình 5. Đồ thị E[R] phụ thuộc số PC Client  
Có thể biểu diễn đáp ứng trung bình của AP độ tải lý tưởng cho cấu hình AP của WLAN) thì:  
- Server như một hàm phụ thuộc vào số lượng các  
m
n
103  
#
E[U] = = 0. 65 " m = 0. 65 n = 0. 65  
0. 093  
PC - Client ở Hình 4.  
= 6882bits/s  
1
2) Đặt:  
Z = = 15s " m = 0. 067;  
E[S] =  
m
d) Tính số PC - Client kết nối với AP để đảm  
bảo mức độ sử dụng trung bình của AP - Server:  
1
n
= 0.1s; n = 10. Tốc độ phục vụ của AP tăng lên  
#
#
m = (Number of PCClient) (8packets/60s)  
gấp 10 lần so với kịch bản 1). Khi đó:  
Để không có xếp hàng chờ đợi, E[W] = 0,  
#
(8000bits/packet) = 6882bits/s  
1
#
5000  
6882 60  
thì: E[R] = E[S] =  
= 0.1s.  
Number of PCClient =  
. 10  
n
#
8
1
m
E[R] +  
E[S]  
1
m
e) Nếu đặt ngưỡng E[U] = 1 (AP bão hòa các  
limN " 3:E[R] = NE[S] - " N *=  
gói từ các PC Client), thì:  
m
n
103  
0.1s + 15s  
=
= 151  
#
#
E[U] = = 1 " m = 1 n = 1  
bits/s  
0. 1s  
0.093  
103 60  
#
#
Như vậy với mô hình hàng đợi M/M/1/151  
của AP, n = 10, m = 0.067, khi số truy nhập đạt  
tới N = 151 đến AP thì sẽ xác suất mất mát tính theo  
Number of PCClient =  
. 16  
#
(0.093) (8 5000)  
Như vậy, mô hình hàng đợi cho AP trong  
trường hợp này là M/M/1/16 với các giá trị mặc  
định: số gói truyền trong một phút (8packets/min),  
kích thước gói trung bình 5000bits/packet, thời gian  
phục vụ trung bình 0.093×10-3s, kích thước hàng  
đợi là 16 - tỷ lệ với dung lượng nhớ đệm của AP).  
1
(3.6) sẽ là:  
r151  
=
= 0.0066. Xác suất này  
151 + 1  
rất nhỏ, đảm bảo chất lượng truy nhập của AP. Nếu  
tất cả các AP đều đặt tính toán như vậy, ta có thể  
đảm bảo nâng cao hiệu năng của WLAN của nhà  
trường.  
Vậy nếu lựa chọnAPchuẩn 802.11g 54 Mbps?  
Khi đó cần tính toán như sau:  
5. Kết luận và đánh giá  
Bằng mô hình hàng đợi M/M/1/N và mạng  
3) Cho rằng mỗi truy nhập từ một PC (hay  
Smart phone) Client gửi hay nhận trung bình 8  
packets/min. Các gói tin của các PC Client đến  
AP một cách độc lập và ngẫu nhiên và theo phân  
mũ với độ dài trung bình là 4000 bits/packet. AP -  
Server có tốc độ dữ liệu 54 Mbps. Khi đó:  
a) Thời gian phục vụ trung bình một gói tin  
của điểm truy nhập AP - Server là:  
đóng cho hệ thống truy nhập các Client đến AP, có  
thực hiện tính toán các thông số hiệu năng của AP  
qua đó thực hiện các giải pháp nâng cao hiệu năng  
của WLAN. Trong quá trình khai thác WLAN thực  
tế, phải có hệ thống quản lý mạng trong LAN để  
giám sát lượng ở các AP để tính toán các giá trị mặc  
định này, và dựa trên số liệu giám sát, ta có thể tính  
toán hiệu năng của các AP trong đáp ứng nhu cầu  
truy nhập của một cơ sở như trường học, cơ quan,  
doanh nghiệp, khu nhà dân cư, nhà ga, khu giải trí  
công cộng, dựa trên mô hình hàng đợi M/M/1/N và  
mạng hàng đợi đóng. Sự trang bị các AP trang bị  
802.11n hỗ trợ đến 248 Mbps và vùng phủ rộng hơn  
và tích hợp chuẩn an ninh 802.11i cho phép nhiều  
kết nối truy nhập từ đầu cuối hơn và an toàn hơn  
dựa trên mã hóa WPA/WPA2+VLAN cho WLAN.  
5000bit  
-3  
#
E[S] =  
= 0. 093 10 s  
6
#
54 10 bit/s  
b) Tốc độ phục vụ trung bình một gói tin  
TCP/IP đến từ các PC Client của AP- Server là:  
1bit  
103  
n =  
=
bits/s  
E[S] 0.093  
c) Nếu muốn AP- Server phải đặt mức độ sử  
dụng trung bình (hay chịu tải luôn là 0.65: là mức  
Journal of Science and Technology  
54  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
ISSN 2354-0575  
Có thể sử dụng các mô hình hàng đợi khác (CCI), nâng cao QoS cho kết nối LAN sử dụng các  
nhau tùy thuộc vào mục đích cần giải quyết đối với dịch vụ đa phương tiện.  
WLAN như các giải pháp an ninh, nhiễu đồng kênh  
Tài liệu tham khảo  
[1]. Hồ Khánh Lâm, (2015), “Mạng hàng đợi và chuỗi Markov: lý thuyết và ứng dụng”, NXB Khoa  
học kỹ thuật.  
[2]. Daniele Miorandi, Arzad A. Kherani, Eitan Altman, “A Queueing Model for HTTP Traffic over  
IEEE 802.11 WLANs”, Computer Networks. Received 22 October 2004; Received in revised form  
17 February 2005; Accepted 7 April 2005. Available online 25 May 2005.  
[3]. Soung Chang Liew, Ying Jun Zhang, Da Rui Chen, “Delay Analysis of Aloha Network”, Global  
Telecommunications Conference 2008. IEEE GLOBECOM 2008. IEEE, pp. 1-6, 2008, ISSN 1930-  
529X.  
[4]. Chibiao Liu, JamesYu and Gregory Brewster, (2010), “Empirical Studies and Queuing Modeling  
of Denial of Service Attacks Against 802.11WLANs”, The College of CDM, DePaul University,  
Chicago, IL 60604 USA ([email protected]).  
[5]. Iyad Al Khatib, “Wireless LAN Access Points as Aueuing Systems: Performance Analysis and  
Service Time”. MOBICOM’02, September 23-28, 2002, Atlanta, Georgia, USA. Copyright 2002  
ACM 1-58113-486-X/02/0009.  
[6]. Carsten Burmeister, Ulrich Killat, Jens Bachmann,(2005), “Modeling Rate-adaptive Wireless  
LAN with an M/G/1/B Queueing System”. Hamburg University of Technology. Panasonic R&D  
Center Germany GmbH. From Proceeding (482) Communication Systems and Networks.  
[7]. Noushin Najjari, “Performance Modeling and Analysis of Wireless Local Area Networks with  
Bursty Traffic”. Submitted by Noushin Najjari to the University of Exeter as aThesis for the Degree  
of Doctor of Philosophy in Computer Science In January 2017.  
[8]. Y. Kirsal, E. Ever, O. Gemikonakli, and G. Mapp,(2011), “Modelling and Performability  
Analysis of WLANs as a Queuing Model with Channel/access Point Failures and Reconfiguration”.  
[9]. Jie Zhang, Guangjie Han, Yujie Qian, “Queuing Theory based co-channel Interference Analysis  
Approach for High-density Wireless Local Area Networks”.Academic Editors: Mianxiong Dong, Zhi  
Liu, Anfeng Liu and Didier El Baz Received: 16 June 2016; Accepted: 12 August 2016; Published:  
23 August 2016.  
WLAN NETWORK PERFORMANCE ANALYSIS USE THE QUEUE MODEL  
Abstract:  
WLAN 802.11 is a common access environment for LAN and Internet connections. Deployment  
install multiple access points (AP) is the current trend to meet need the increasingly high of mobile devices  
(smart phone and laptop) use in indoor environment. But along with this trend then network attacks there  
are also increased, by the APs are weaknesses in network security and the performance of the APs also  
decline. This article deals with performance of WLAN analyze over status survey and AP modeling based  
on the queue M/M/1/N and the close queue network takes into account behavior “think” access of terminal  
stations (Client) to AP (Server).  
Keywords: WLAN 802.11, AP, Queue Model, Performance.  
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017  
Journal of Science and Technology  
55  
pdf 7 trang yennguyen 23880 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Phân tích hiệu năng của WLAN sử dụng mô hình hàng đợi", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfphan_tich_hieu_nang_cua_wlan_su_dung_mo_hinh_hang_doi.pdf