..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Đồn Vũ Giang

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
MẠNG KHƠNG DÂY WI-FI GIA ĐÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

Hà Nội – Năm 2017
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Đồn Vũ Giang

ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG
MẠNG KHƠNG DÂY WI-FI GIA ĐÌNH

Chun ngành: Cơng nghệ thơng tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CƠNG NGHỆ THƠNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Ngơ Hồng Sơn

Hà Nội – Năm 2017
2


LỜI CẢM ƠN!
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Ngô Hồng Sơn - Viện Công nghệ thông
tin và Truyền thông – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, ngƣời đã định hƣớng, đã
tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo - Viện Công nghệ Thông tin và
Truyền thông - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, những ngƣời đã tận tình truyền
đạt các kiến thức, quan tâm, động viên em trong suốt thời gian em học tập và
nghiên cứu tại Trƣờng.
Nhân đây, tôi cũng gửi lời cảm ơn tới các bạn học cùng lớp 2015A chuyên
ngành công nghệ thông tin, các bạn đồng nghiệp đã thƣờng xuyên quan tâm, giúp
đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong suốt thời gian tôi học
tập và đặc biệt là trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp vừa qua.
Do trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và thực nghiệm luận văn chắc chắn
khơng thể tránh khỏi những sai sót nhất định, em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của
thầy, cô giáo và các bạn để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 09 năm 2017
Tác giả luận văn

Đoàn Vũ Giang

1



LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Đánh giá hiệu năng mạng khơng dây Wi-Fi gia
đình ” này là cơng trình nghiên cứu của tơi dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của
PGS.TS. Ngô Hồng Sơn. Tất cả những tài liệu tham khảo tôi đã liệt kê rõ ở phần
cuối của luận văn. Các nội dung công bố và kết quả trình bày trong luận văn này là
trung thực và khơng có sự sao chép của ngƣời khác.
Hà Nội, tháng 09 năm 2017
Tác giả luận văn

Đoàn Vũ Giang

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN! ............................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH ...........................................................................................8
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................10
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................11
Lý do chọn đề tài ...................................................................................................11
Mục đích nghiên cứu của luận văn này.................................................................12
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn ......................................................................12
Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................12
Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................12
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN...........................................................14
1.1. Tổng quan về mạng Wi-Fi .............................................................................14

1.1.1.

Các chuẩn của mạng không dây Wi-Fi: ............................................14

1.2.2. Ƣu và nhƣợc điểm của mạng không dây Wi-Fi ......................................16
1.2.2.1. Ƣu điểm ............................................................................................16
1.2.2.2 Nhƣợc điểm .......................................................................................16
1.2. Mạng gia đình ................................................................................................17
1.3. Vấn đề tắc nghẽn và các nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn: ............................18
1.3.1. Vấn đề tắc nghẽn .....................................................................................18
1.3.2. Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn ................................................................18
1.3.2.1. Hạn chế của băng thông truyền dẫn .................................................18

3


1.3.2.2. Sự thay đổi đột biến của lƣu lƣợng ..................................................18
1.3.2.3. Tràn bộ đệm .....................................................................................18
1.3.2.4. Nghẽn cổ chai ...................................................................................19
1.4. Các phƣơng pháp đánh giá hiệu năng mạng ..................................................19
1.4.1. Phƣơng pháp toán học .............................................................................19
1.4.2. Phƣơng pháp đo thực tế ..........................................................................19
1.4.3. Phƣơng pháp mô phỏng ..........................................................................20
1.5. Giải pháp đánh giá hiệu năng HoA ................................................................21
1.5.1. Khái niệm HoA .......................................................................................21
1.5.2. Cách thực hiện của thuật toán .................................................................21
1.5.2.1. Xác định mạng truy cập Access -link là nút thắt cổ chai .................22
1.5.2.2. Xác định mạng không dây Wi-Fi là nút thắt cổ chai .......................22
1.5.3. Sơ đồ thuật tốn HoA ..............................................................................23
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ PHỎNG THUẬT TỐN HoA .............................24

2.1. Lựa chọn công cụ mô phỏng ..........................................................................24
2.2. Cấu hình mạng mơ phỏng ..............................................................................25
2.2.1. Thiết kế mơ phỏng mạng ........................................................................25
2.2.2. Tham số cấu hình mơ phỏng mạng .........................................................26
2.3. Cài đặt mô phỏng ...........................................................................................27
2.3.1. Tạo liên kết và sự kiện ............................................................................27
2.3.2. Tạo file bám vết sự kiện ..........................................................................29
2.3.3. Các bƣớc thực thi HoA ...........................................................................29
CHƢƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ..........................................................33
3.1. Mục đích mơ phỏng .......................................................................................33

4


3.2. Kịch bản mô phỏng ........................................................................................33
3.2.1. Các tham số đầu vào ...............................................................................33
3.3. Chạy mô phỏng và đánh giá kết quả ..............................................................34
3.3.1. Chạy mô phỏng .......................................................................................34
3.3.2. Đánh giá kết quả......................................................................................35
3.3.2.1. Kết quả mô phỏng với băng thông 10Mbps .....................................35
3.3.2.2. Kết quả mô phỏng với băng thông 20Mbps .....................................37
3.3.2.3. Kết quả tổng hợp q trình mơ phỏng từ 5Mbps đến 50Mbps .......38
KẾT LUẬN ...............................................................................................................39
1. KẾT LUẬN .......................................................................................................39
1.1. Về lý thuyết ................................................................................................39
1.2. Về thực nghiệm ..........................................................................................39
1.3. Hƣớng phát triển tiếp theo .............................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................40

5



CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AP

Access Point

AL

Access Link

BER

Bit Error Ratio

BSSs

Independent Basic Service Sets

CBR

Constant Bit Rate

CS

Carrier Sense

CSMA

Carrier Sense Multiple Access


CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

CSMA/CD

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect

CTS

Clear To Send

DCF

Distributed Co-ordination Function

DFS

Dynamic Frequency Selection

DIFS

Distributed Co-ordinate Function Interframe Space

DSDV

Destination-Sequenced Distance-Vector

DSR


Dynamic Source Routing

DSSS

Direct Sequence Spread Spectrum

ESSs

Extended Service Sets

FHSS

Frequency Hopping Spread Spectrum

FTP

File Transfer Protocol

HoA

Home or Access link

IAPP

Inter-AP Protocol

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers


IFS

Interframe Spacing

ISDN

Integrated Services Digital Network

ISM

Industrial, Scientific and Medical

LAN

Local Area Network

MAC

Medium Access Control

6


MAN

Metropolitan Area Network

Modem


modulator and demodulator

NAM

Network Animator

NS2

Network Simulator

AODV

Adhoc On-demand Distance Vector

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Otcl

Object Oriented Tool Command Language

PCF

Point Co-ordination Function

QoS

Quality of Service


REAL

Realistic and Large

RTP

Real-time Transport Protocol

RTS

Request To Send

RTT

Round Trip Time

SW

Switch

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

TELNET

TELecommunication NETwork

UDP


User Datagram Protocol

UNII

Unlicensed National Information Infrastructure

VBR

Variable Bit Rate

WAN

Wide Area Network

WEP

Wired Equivalent Privacy

WI-FI

Wireless Fidelity

WLAN

Wireless Local Area Network

WWW

World Wide Web


7


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sự phát triển của mạng khơng dây ............................................................14
Hình 1.2. Mạng gia đình ...........................................................................................17
Hình 1.3: Sơ đồ mơ phỏng một hệ thống ..................................................................20
Hình 1.4: Minh họa sử dụng TCP RTT để phát hiện nghẽn mạng ...........................21
Hình 1.5 Xác định nguyên tắc để tìm ra tắc nghẽn mạng truy cập ...........................22
Hình 1.6: Sơ đồ Thuật tốn HoA ..............................................................................23
Hình 2.1. Kiến trúc cơ bản của NS-2 ........................................................................24
Hình 2.2. Mô phỏng mạng truy cập access-link và mạng không dây Wi-Fi ............25
Hình 2.3. Cấu hình topo mạng ..................................................................................27
Hình 2.4. Tham số cấu hình mạng truy cập và mạng khơng dây Wi-Fi ...................27
Hình 2.5. Tạo băng thơng giữa Node 0 và Node 1 ...................................................28
Hình 2.6. Tạo sự kiện gói tin TCP/FTP ....................................................................28
Hình 2.7 Tạo sự kiện gói tin UDP/CBR ...................................................................28
Hình 2.8 Chạy file các bám vết .................................................................................29
Hình 2.9. Khởi tạo tham số đầu vào..........................................................................29
Hình 2.10. Tính hệ số biến đổi thời gian Cvt tới giữa 2 gói dữ liệu liên tiếp ............30
Hình 2.11. Xác định vị trí nút thắt cổ chai có xảy ở mạng truy cập Access-link
khơng .........................................................................................................................30
Hình 2.12. Tính thời gian trọn vịng Roung Trip Time mạng khơng dây Wi-Fi ......32
Hình 2.13. Kiểm tra tắc nghẽn tại mạng khơng dây Wi-Fi .......................................32
Hình 2.14. Tính tỉ lệ phần trăm tắc nghẽn và in ra kết quả .......................................32
Hình 3.1. Mơ phỏng mạng khơng dây wi-fi gia đình đƣợc chụp lại bằng phần mềm
Snagit Editor..............................................................................................................35

8



Hình 3.2. Vị trí nút thắt cổ chai xảy ở mạng truy cập Access-link với băng thông
đƣờng truyền là 10Mbps ...........................................................................................35
Hình 3.3.Vị trí nút thắt cổ chai xảy ra tại mạng khơng dây Wi-Fi với băng thơng
đƣờng truyền 20Mbps ..............................................................................................37
Hình 3.4. Tổng hợp kết quả tắc nghẽn với băng thông từ 5Mbps đến 50Mbps .......38

9


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Tham số đầu vào của việc mô phỏng .......................................................34
Bảng 3.2. Các thông số đo với băng thông 5Mbps ...................................................36
Bảng 3.3. Các thông số đo với băng thông 15Mbps .................................................38

10


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ mạng không dây trong những năm gần
đây đã đem lại những lợi ích to lớn cho con ngƣời trong nhiều lĩnh vực đời sống.
Với mạng không dây Wi-Fi, ngƣời sử dụng dễ dàng truy cập và trao đổi thơng tin từ
máy tính xách tay, điện thoại thơng minh, máy tính bảng,v.v... Tuy nhiên, trong q
trình sử dụng mạng không dây Wi-Fi, nhiều ngƣời sử dụng hay gặp phải hiện tƣợng
kết nối Internet kém hiệu quả nhƣ trang Web tải chậm, cuộc gọi VoIP kém chất
lƣợng hoặc bị gián đoạn, mất hình trong quá trình truyền Video. Những hiện tƣợng
này xảy ra do nhiều nguyên nhân, trong đó đáng chú ý là hiện tƣợng tắc nghẽn hay
còn gọi là nút nghẽn cổ chai. Tắc nghẽn có thể xảy ra ở bất cứ nút cổ chai nào, trên
mạng truy cập (Access Link) của nhà cung cấp dịch vụ ISP (Internet Services

Provides) hay mạng khơng dây Wi-Fi gia đình.
Đánh giá hiệu năng mạng là một trong những vấn đề quan trọng trong việc
thiết kế mạng nói chung và mạng khơng dây Wi-Fi nói riêng. Bài tốn này ln
nhận đƣợc sự quan tâm nghiên cứu, từ các cơ quan, viện nghiên cứu đến những
công ty và nhà sản xuất thiết bị không dây. Tùy theo chuẩn mạng, phiên bản và kiểu
mạng khơng dây Wi-Fi, các thuật tốn đánh giá hiệu năng mạng khác nhau cần
đƣợc nghiên cứu phát triển.
Trong luận văn này, tơi tập trung tìm hiểu và thử nghiệm một giải pháp đánh
giá hiệu năng mạng mới đƣợc đề xuất gần đây, giải pháp đánh giá hiệu năng mạng
HoA (Home or Access link) [4] (do nhóm tác giả Srikanth Sundaresan, Nick
Feamster và Renata Teixeira thuộc Viện Khoa học Máy tính Quốc tế ICSI đƣa ra
năm 2016), để đánh giá hiệu năng của mạng khơng dây Wi-Fi gia đình. Mục tiêu là
chỉ ra điểm tắc nghẽn xảy tại mạng truy cập (Access -link) của nhà cung cấp dịch vụ
ISP (Internet Services Provides) hay mạng khơng dây Wi-Fi gia đình, qua đó có giải
pháp xử lý phù hợp áp dụng vào thực tế.
Xuất phát từ những phân tích trên, tơi chọn bài tốn “Đánh giá hiệu năng
mạng khơng dây Wi-Fi gia đình” làm đề tài nghiên cứu thạc sĩ.
11


Mục đích nghiên cứu của luận văn này
- Tìm hiểu nắm đƣợc kiến thức về đánh giá hiệu năng mạng nói chung và
mạng khơng dây Wi-Fi nói riêng.
- Tìm hiểu về thuật tốn đánh giá hiệu năng mạng khơng dây HoA. Thử
nghiệm bằng cách sử dụng phần mềm mô phỏng NS-2 mô phỏng lại đánh giá hiệu
năng HoA và đánh giá kết quả
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn
-

Mạng không dây Wi-Fi gia đình


-

Vị trí tắc nghẽn

-

Thuật tốn HoA phát hiện nút nghẽn cổ chai.

Phạm vi nghiên cứu
-

Lý thuyết về đánh giá hiệu năng mạng khơng dây

-

Thuật tốn HoA.

Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Tổng hợp lý thuyết (thu thập, tìm hiểu)

-

Thử nghiệm và đánh giá.

Nội dung của luận văn bao gồm các mục sau đây:
Mở đầu: Giới thiệu chỉ ra lý do chọn đề tài, mục đích, đối tƣợng, phạm vi
nghiên cứu và phƣơng pháp nghiên cứu của luận văn.

Chƣơng 1: Nghiên cứu tổng quan: Trình bày tổng quan về mạng khơng
dây Wi-Fi, khái niệm mạng gia đình, vấn đề tắc nghẽn và nguyên nhân dẫn đến tắc
nghẽn, tổng quan về các phƣơng pháp đánh giá hiệu năng mạng, giải pháp đánh giá
mạng khơng dây Wi-Fi theo thuật tốn HoA.
Chƣơng 2: Xây dựng mơ phỏng thuật tốn HoA: Trình bày việc xây dựng
mơ phỏng mạng internet, mạng khơng dây Wi-Fi gia đình và mơ phỏng lại thuật
tốn HoA đã tìm hiểu đƣợc ở chƣơng 1.
Chƣơng 3: Thử nghiệm và đánh giá: Trình bày việc thử nghiệm đánh giá
hiệu năng mạng không dây Wi-Fi gia đình dựa trên thuật tốn HoA bằng phƣơng
pháp mô phỏng trên NS2 và đánh giá kết quả thử nghiệm.

12


Kết luận: Tổng kết và đánh giá về toàn bộ luận văn đồng thời đƣa ra một số
hƣớng phát triển của luận văn.

13


CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về mạng Wi-Fi
Wi-Fi (viết tắt của từ Wireless-Fidelity) là mạng không dây dựa trên chuẩn
IEEE802.11. Mạng này kết nối mạng khác hay các thiết bị (nhƣ máy tính xách tay,
điện thoại thơng minh, máy tính bảng…) bằng sóng vơ tuyến.
Cơng nghệ mạng không dây xuất hiện lần đầu tiên vào cuối năm 1990 khi
những nhà sản xuất giới thiệu những sản phẩm hoạt động trong băng tần 900Mhz.
Những giải pháp này cung cấp tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps. Tuy vậy, những giải
pháp này không đƣợc đồng bộ giữa các nhà sản xuất khi đó.
Năm 1992, xuất hiện những mạng khơng dây sử dụng băng tần 2.4Ghz. Mặc

dù đã có tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhƣng chúng vẫn là những giải pháp riêng
của mỗi nhà sản xuất và không đƣợc công bố rộng rãi. Sự cần thiết cho việc hoạt
động thống nhất giữa các thiết bị ở những tần số khác nhau dẫn đến một số tổ chức
phát triển ra những chuẩn mạng không dây chung.
Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã phê
chuẩn sự ra đời của chuẩn 802.11 cho các mạng không dây. Đây là chuẩn sơ khai
của mạng khơng dây, nó mơ tả cách truyền thông trong mạng không dây sự dụng
các phƣơng thức nhƣ DSSS, FHSS, infrared (hồng ngoại). Tốc độ chuẩn này rất ít
đƣợc sử dụng trong các sản phẩm thƣơng mại do tốc độ còn chậm [1, 5].
1.1.1. Các chuẩn của mạng khơng dây Wi-Fi:
Các chuẩn của mạng khơng dây đƣợc trình bày trong hình 1.1. Cụ thể nhƣ sau:

Hình 1.1. Sự phát triển của mạng không dây

14


Chuẩn 802.11: Chuẩn ra đời năm 1997. Đây là chuẩn sơ khai của mạng
khơng dây. Nó mơ tả cách truyền thông trong mạng không dây sử dụng các phƣơng
thức nhƣ DSSS (trải phổ chuỗi trực tiếp), FHSS (trải phổ nhảy tần), infrared (hồng
ngoại). Tốc độ hoạt động tối đa là 2 Mbps, hoạt động trong băng tần 2.4 GHz ISM.
Chuẩn 802.11b: Đây là một chuẩn mở rộng của chuẩn 802.11 nhằm cải tiến
DSSS để tăng băng thông lên 11 Mbps. Nó cũng hoạt động ở băng tần 2.4 GHz và
tƣơng thích ngƣợc với chuẩn 802.11. Chuẩn này trƣớc đây đƣợc sử dụng rộng rãi
trong mạng WLAN nhƣng hiện nay thì các chuẩn mới với tốc độ cao hơn nhƣ
802.11a và 802.11g có giá thành ngày càng hạ đã dần thay thế 802.11b.
Chuẩn 802.11a: Chuẩn này sử dụng băng tần 5 GHz UNII (Unlicenced
National Information Infrastructure). Tốc độ của nó lên đến 54 Mbps vì nó sử dụng
cơng nghệ OFDM. Chuẩn này thích hợp khi muốn sử dụng mạng khơng dây tốc độ
cao trong mơi trƣờng có nhiều thiết bị hoạt động ở băng tần 2.4 Ghz vì nó khơng

gây nhiễu với các hệ thống này. Tuy vậy, chuẩn này không giao tiếp đƣợc với chuẩn
802.11 và 802.11b.
Chuẩn 802.11g: Chuẩn này hoạt động ở băng tần 2.4 GHz, sử dụng công
nghệ OFDM nên có tốc độ lên đến 54 Mbps (nhƣng khơng giao tiếp đƣợc với
802.11a vì khác tần số hoạt động). Nó cũng tƣơng thích ngƣợc với chuẩn 802.11b vì
có hỗ trợ thêm DSSS và hoạt động cùng tần số. Điều này làm cho việc nâng cấp
mạng không dây từ thiết bị 802.11b ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, trong mơi trƣờng
vừa có cả thiết bị 802.11b lẫn 802.11g thì tốc độ sẽ bị giảm đáng kể vì 802.11b
khơng hiểu đƣợc OFDM và chỉ hoạt động ở tốc độ thấp.
Chuẩn 802.11e: Đây là chuẩn bổ sung cho chuẩn 802.11 cũ. Nó định nghĩa
thêm các mở rộng về chất lƣợng dịch vụ (QoS) nên thích hợp cho các ứng dụng
multimedia nhƣ voice, video.
Chuẩn 802.11n: Đây là chuẩn tƣơng đối mới nhƣng đƣợc sử dụng phổ biến
nhất hiện nay. Chuẩn Wi-Fi 802.11n đƣợc đƣa ra nhằn cải thiện chuẩn 802.11g
bằng cách sử dụng công nghệ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) tận dụng
nhiều anten hơn. Chuẩn 802.11n hỗ trợ tốc độ tối đa lên đến 600Mbps. Nó có thể

15


hoạt động trên cả băng tầng 2.4Ghz và 5Ghz với phạm vi tín hiệu rất tốt (từ 100250m).
Chuẩn 802.11ac: Chuẩn này hoạt động ở băng tần 5Ghz với tốc độ tối đa
lên đến 1730Mbps khi sử dụng lại công nghệ đa anten trên chuẩn 802.11n cho
ngƣời dùng trải nghiệm tốc độ cao nhất. Tuy nhiên, do giá thành cao nên các thiết bị
phát tín hiệu cho chuẩn này chƣa đƣợc phổ biến trên thị trƣờng.
1.2.2. Ƣu và nhƣợc điểm của mạng không dây Wi-Fi
1.2.2.1. Ưu điểm
-

Tiện lợi: Mạng không dây có thể cho phép ngƣời dùng truy xuất tài nguyên

mạng bất kì nơi đâu trong khu vực triển khai mà không cần cáp nối.

-

Khả năng di động: Ngƣời sử dụng có thể duy trì kết nối khi đi từ nơi này đến
nơi khác.

-

Hiệu quả: Ngƣời dùng có thể thiết lập mạng Ad hoc để chia sẻ thông tin mà
không cần phải kết nôi với một cơ sở hạ tầng mạng.

-

Triển khai: Việc thiết lập mạng không dây ban đầu chỉ cần ít nhất 1 Access
Point (AP) mà khơng tốn chi phí hay khó khăn nhƣ việc triển khai cáp tới
nhiều tịa nhà.

-

Khả năng mở rộng: Mạng khơng dây có khả năng đáp ứng tức thì khi gia
tăng số lƣợng ngƣời dùng mà không cần phải cắm thêm cáp.

1.2.2.2 Nhược điểm
-

Bảo mật: Môi trƣờng kết nối là không dây dễ dàng truy nhập trong vùng
triển khai, khả năng ngƣời dùng bị tấn công là rất cao.

-


Phạm vi: Một mạng không dây chuẩn 802.11 chỉ đáp ứng trong phạm vi vài
chục mét. Nó chỉ phù hợp cho một căn nhà chứ khơng phù hợp cho một tịa
nhà. Do đó, để đáp ứng nhu cầu tòa nhà, ngƣời dùng phải mua thêm repeater
hoặc access point dẫn tới chi phí tăng.

-

Độ tin cậy: Do sử sụng sóng vơ tuyến để truyền thơng nên dễ bị tác động bởi
nhiễu, tín hiệu bị giảm do tác động của các thiết bị nhƣ lị vi sóng, điện thoại
sử dụng Bluetooth...

16


-

Tốc độ: Tốc độ mạng không dây thƣờng từ 1-300Mbps chậm so với mạng sử
dụng cáp thƣờng từ 100Mbps đến hàng Gbps

1.2. Mạng gia đình

Hình 1.2. Mạng gia đình
Mạng gia đình là mạng nằm phía sau modem hoặc bộ định tuyến gia đình.
Mạng thƣờng có một số cổng LAN và một hoặc nhiều mạng không dây. Modem
hoặc bộ định tuyến (Router) nhận đƣợc một địa chỉ IP duy nhất từ nhà cung cấp
dịch vụ Internet thông qua qua DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
[6,7]. Sau đó, nó cung cấp Network Address Translation và đƣợc viết tắt là NAT
[8]. Các thiết bị phía sau NAT thƣờng nhận các địa chỉ IP đƣợc gán trong dải địa
chỉ IP riêng [9]. Với sự phát triển của cơng nghệ mạng khơng dây, các gia đình

thƣờng sử dụng bộ định tuyến không dây Wi-Fi để truy cập Internet trong gia đình.
Có hai tần số vơ tuyến mà 802.11 sử dụng là 2,4GHz và 5GHz. Trong đó, tần số
2,4GHz, dùng cho các chuẩn 802.11b, g, and n, đƣợc sử dụng phổ biến hơn so với
tần số 5GHz dùng cho các chuẩn 802.11a và n. Các kênh 2,4GHz cũng đƣợc sử
dụng nhiều vì cùng tần số với một số đồ dùng gia đình nhƣ lị vi sóng, điện thoại
khơng dây, tai nghe khơng dây, và đây cũng có thể gây trở ngại cho truyền thơng
khơng dây. Ngồi ra, các hạn chế về quy định cũng ngăn cản việc sử dụng 5GHz ở
nhiều nƣớc trên thế giới. Kênh 5GHz ít đƣợc sử dụng, nhƣng có thể có độ suy giảm
cao hơn 2,4GHz.

17


1.3. Vấn đề tắc nghẽn và các nguyên nhân dẫn đến tắc nghẽn:
1.3.1. Vấn đề tắc nghẽn
Mạng Internet đã có sự bùng phát mạnh mẽ những năm gần đây cả về quy
mô, hạ tầng mạng lƣới cũng nhƣ chất lƣợng dịch vụ. Tuy vậy, sự tăng lên rất nhanh
số lƣợng ngƣời dùng cùng nhu cầu ngày càng đa dạng về các loại dịch vụ và dữ liệu
truyền tải trên mạng khiến cho mạng Internet phải đối mặt với nhiều thách thức
mới. Trong đó, tắc nghẽn là một tình trạng phổ biển mà nguyên nhân nói chung là
do tài nguyên mạng giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin của con ngƣời ngày
càng tăng. Tắc nghẽn có thể xảy ra bất cứ ở nút cổ chai nào. Khi mạng băng thơng
rộng trở nên nhanh hơn, nghẽn cổ chai có thể không phải do nhà cung cấp dịch vụ
(ISP) mà do mạng khơng dây Wi-Fi trong gia đình. Chính vì vậy, cần có thêm các
giải pháp hiệu quả nhằm phát hiện vị trí tắc nghẽn để từ đó có giải pháp giảm thiểu
tắc nghẽn nâng cao chất lƣợng mạng kết nối Internet [3].
1.3.2. Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn
Hiện tƣợng tắc nghẽn có thể xảy ra do một số nguyên nhân sau đâu:
1.3.2.1. Hạn chế của băng thông truyền dẫn
Nhu cầu băng thông cao của các dịch vụ đa phƣơng tiện và các loại hình

dịch vụ mới nhƣ dữ liệu, âm thanh và hình ảnh đƣợc tích hợp truyền trên mạng
gây ra tắc nghẽn tại các đƣờng truyền dẫn băng thông nhỏ.
1.3.2.2. Sự thay đổi đột biến của lưu lượng
Các ứng dụng đa phƣơng tiện mới trong mạng Internet đƣợc thiết kế với
nhu cầu lƣu lƣợng truyền tải lớn, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến cơ sở dữ
liệu phân tán, VoIP, Video hay IPTV. Những ứng dụng này có đặc điểm là lƣu
lƣợng biến đổi động khó dự đốn do đó có thể gây nên tắc nghẽn mạng.
1.3.2.3. Tràn bộ đệm
Trên mỗi dịng thiết bị đều có một bộ đệm đƣợc tích hợp nhằm gia tăng khả
năng truy xuất của thiết bị, nhƣng kích thƣớc bộ đệm là có hạn, do vậy khi lƣu

18


lƣợng tăng đột ngột sẽ dẫn đến hiện tƣợng tràn bộ đệm. Điều này sẽ dẫn đến nghẽn
mạng.
1.3.2.4. Nghẽn cổ chai
Nghẽn cổ chai thƣờng xảy ra tại điểm nối từ các mạng tốc độ thấp vào mạng
tốc độ cao. Đây là một trong những đặc điểm nổi bật của môi trƣờng hỗn tạp
Internet. Khi băng thông tại mỗi kết nối đầu ra của đoạn mạng nhỏ hơn băng thông
của các kết nối bên trong có lƣu lƣợng ra ngồi lớn sẽ dẫn đến tình trạng nghẽn cổ
chai tại điểm ra.
1.4. Các phƣơng pháp đánh giá hiệu năng mạng
1.4.1. Phƣơng pháp toán học
Việc sử dụng các phƣơng pháp toán học trong tính tốn hiệu năng đã đƣợc
thực hiện từ lâu, trong đó các cơng cụ tốn học đã đƣợc sử dụng rất linh hoạt và đa
dạng nhƣ xác suất thống kê, đồ thị, quy hoạch luồng…để giải quyết nhiều vấn đề
hiệu năng.
- Ƣu điểm: Có thể xác định đƣợc các ngƣỡng giá trị của hệ thống qua việc
xác định mối quan hệ tƣơng quan giữa các yếu tố trƣớc khi tồn tại hệ thống.

- Hạn chế: Khi áp dụng trong thực tế, việc mô tả đầy đủ các yếu tố đầu vào
cho bài tốn là cực k khó khăn, do đó kết quả của phƣơng pháp này còn nhiều hạn
chế.
1.4.2. Phƣơng pháp đo thực tế
Sau khi hệ thống mạng đã đƣợc 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 đƣa ra kết
quả từ mơ hình thật là rất quan trọng. Khi thực hiện đo thực tế, ngƣời đo phải dựng
ra đƣợc 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 nhƣ phần mềm, thiết bị đo để thu nhận các kết quả thực
tế từ hoạt động của hệ thống theo kịch bản. Thông thƣờng với phƣơng pháp đo thực
tế cho kết quả với độ chính xác rất cao, tuy nhiên việc đầu tƣ quá lớn trƣớc khi biết
kết quả hoạt động nhiều khi gây ra sự lãng phí vì vậy giải pháp đo thực tế chỉ đƣợc
sử dụng để giám sát hoạt động mạng. Để đo đƣợc giá trị hiệu năng, quan trọng nhất

19


là lấy thơng tin chính xác về hệ thống. Hiện nay phổ biến có 3 phƣơng pháp lấy
thơng tin sau:
- Truy vấn các nút mạng để lấy trực tiếp thông tin đang lƣu trữ.
- Theo dõi luồng thông tin thực tế trên hệ thống.
- Xây dựng kịch bản với dữ liệu thử nghiệm để đo hệ thống.
1.4.3. Phƣơng pháp mô phỏng
Trong nhiều trƣờng hợp khác, không thể sử dụng đƣợc phƣơng pháp toán
học và phƣơng pháp đo thực tế. Lúc này, sẽ lựa chọn phƣơng pháp mô phỏng. Việc
mô phỏng hệ thống địi hỏi phải mơ tả chính xác, chân thực tính năng, k thuật, yếu
tố ràng buộc giữa các nhân tố tham gia và ảnh hƣởng của môi trƣờng tới hệ thống
trong thực tế khi xây dựng. Có 2 phƣơng pháp chính đƣợc sử dụng trong mơ phỏng
hệ thống mạng là: mô phỏng thời gian thực tế và mô phỏng rời rạc. Để mô phỏng
theo thời gian thực tế là rất khó, do vậy phƣơng pháp mơ phỏng phổ biến hiện nay

là phƣơng pháp mô phỏng rời rạc tức là các sự kiện đƣợc xác định r ràng và có
thời điểm mơ tả trên trục thời gian. Hình 1.3 thể hiện sơ đồ cơ bản để mô phỏng
một hệ thống.

Hình 1.3: Sơ đồ mơ phỏng một hệ thống

20


1.5. Giải pháp đánh giá hiệu năng HoA
1.5.1. Khái niệm HoA
HoA (Home or Access-link) [4] là thuật toán hiệu quả dị tìm và chỉ ra điểm
tắc nghẽn nằm bên trong mạng khơng dây Wi-Fi gia đình hay do đƣờng kết nối nhà
mạng dịch vụ ISP bằng các phép đo cơ bản bao gồm: thời gian tới giữa hai gói dữ
liệu (Packet Interarrival Time) để chỉ ra tắc nghẽn tại mạng truy cập Access-link và
thời gian trọn vòng (Wireless Round Trip Times) để chỉ ra tắc nghẽn tại mạng
không dây Wi-Fi gia đình.

Hình 1.4: Minh họa sử dụng TCP RTT để phát hiện nghẽn mạng

1.5.2. Cách thực hiện của thuật toán
Thuật toán đƣợc thực hiện qua các bƣớc nhƣ sơ đồ hình 1.6. Cụ thể nhƣ sau:
Trƣớc hết, HoA thu thập các gói tin rời rạc. Sau đó thực hiện tính tốn hệ số
biến đổi thời gian tới giữa 2 gói tin. Nếu hệ số này nhỏ hơn thời gian giữa 2 gói dữ
liệu (khoảng thời gian truyền giữa 2 gói dữ liệu) thì xảy ra hiện tƣợng nghẽn mạng
truy cập Access-link. Ngƣợc lại, so sánh thời gian trọn vòng (Round Trip Times:
Thời gian để truyền 1 thơng điệp tới đích và quay vòng trở lại)  giữa thiết bị và
mạng khơng dây Wi-Fi và ngƣỡng thời gian trọn vịng T của mạng khơng dây WiFi. Nếu > T thì xảy ra nghẽn mạng không dây Wi-Fi. Và nếu không vi phạm các
ngƣỡng trên thì nút thắt cổ chai xảy ra ở một nơi khác.
21



1.5.2.1. Xác định mạng truy cập Access -link là nút thắt cổ chai
Để xác định mạng truy cập Access-link là nút thắt cổ chai, hệ số biến đổi
giữa 2 gói tin cv (interarrival time packet) sẽ đƣợc tính rồi sau đó so sánh với
ngƣỡng. Cv đƣợc tính bằng độ lệch chuẩn chia cho trung bình của thời gian giữa hai
gói dữ liệu đến trên cổng WAN của mạng truy cập. Ví dụ: Gọi B là sự kiện xảy ra
nút thắt cổ chai tại mạng truy cập với giá trị quan sát cv trong khoảng thời gian cụ
thể. Đầu tiên, tính điều kiện xác suất của các hàm số f(cv|B) và f(cv|Btrungbinh), đƣợc
thiết lập để cho thấy cổng mạng truy cập là nút thắt cổ chai. Ta có cơng thức sau:

Hình 1.5 Xác định nguyên tắc để tìm ra tắc nghẽn mạng truy cập
Trong đó cv là hệ số biến đổi đo đƣợc của thời gian tới giữa hai gói dữ liệu
đối với các gói ở trên cửa sổ quan sát. Khi Λ nhỏ hơn ngƣỡng γ, bộ dị tìm thơng
báo rằng cổng truy nhập là nút thắt cổ chai.
1.5.2.2. Xác định mạng không dây Wi-Fi là nút thắt cổ chai
Để xác định mạng không dây Wi-Fi là nút thắt cổ chai, thời gian trọn vòng
(TCP Round Trip Times) giữa cổng mạng truy cập và các thiết bị truy cập trong gia
đình đƣợc ƣớc tính rồi sau đó so sánh với ngƣỡng (Với sự kiện là W, ta có thời gian
khứ hồi không dây (Tτ) xác định bằng các hàm số f (τd|W) và f (τd|Wtrungbinh) với
phƣơng pháp tƣơng tự nhƣ phần trên). Khi Λ cao hơn ngƣỡng γ, bộ dò tìm sẽ thơng
báo rằng mạng khơng dây Wi-Fi gia đình là nút thắt cổ chai.

22


1.5.3. Sơ đồ thuật toán HoA
Thuật toán HoA đƣợc đề xuất nhƣ sau:
Tổng hợp gói tin thu đƣợc


Nút thắt cổ chai sảy ra ở
mạng Access-link

Đúng

Cvt
Sai

Nút thắt cổ chai sảy ra ở
mạng khơng dây Wi-Fi

Đúng

> T

Sai

Khơng sảy ra nút thắt
cổ chai

Hình 1.6: Sơ đồ Thuật tốn HoA
Trong đó:
+ Cvt: Hệ số biến đổi (thay đổi) thời gian tới giữa 2 gói dữ liệu.
+ Tc: Ngƣỡng thời gian trung bình giữa các gói dữ liệu (Packet Interarrival
Time)
+ : Thời gian trọn vịng (RTT) khi truyền dữ liệu giữa thiết bị và Wi-Fi
+ T: Ngƣỡng thời gian trung bình trọn vịng của Wi-Fi (Wi-Fi Round-Trip
Time).

23