Tóm tắt Luận án Mô hình tự thích nghi – giao thức họ tcp cho các ứng dụng đa phương tiện trong mạng không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG 
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA 
----***---- 
VŨ TẤT THÀNH 
MÔ HÌNH TỰ THÍCH NGHI – GIAO THỨC HỌ TCP CHO CÁC 
ỨNG DỤNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY 
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 
Mã số: 62 52 02 03 
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT 
Hà nội, 2014 
2 
Công trình được hoàn thành tại: 
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA 
Người hướng dẫn khoa học: 
 PGS. TSKH. Nguyễn Hồng Vũ 
 TS. Ngô Văn SĩPGS. TSKH Nguyễn Hồng Vũ. 
TS. Ngô Văn Sỹ 
Phản biện 1: PGS. TS. Đinh Thế Cường. 
 PGS.TSKH Hoàng Đăng Hải 
Phản biện 2: PGS. TSKH. Hoàng Đăng Hải 
 PGS.TS. Lê Nhật Thăng 
Phản biện 3: PGS. TS Phạm Văn Bình 
 TS. Lê Hải Nam 
Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: 
Vào hồi .giờ ngày ..tháng.năm. 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
3 
MỞ ĐẦU 
Xu hướng hội tụ về công nghệ mạng IP và tính chất đa dạng của các mạng máy 
tính, viễn thông trong tương lai sẽ khiến việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các kết 
nối thông qua các mạng này trở thành một thử thách lớn, đặc biệt khi mô hình mạng 
hiện nay là hỗn hợp, bao gồm nhiều loại kênh truyền khác nhau. 
Xu hướng sử dụng ngày càng phổ biến các ứng dụng đa phương tiện, chứa nhiều 
loại dữ liệu dung lượng lớn như thoại, ảnh, video... cũng yêu cầu băng thông cấp phát 
cho mỗi ứng dụng này càng cao. Mặc dù băng thông của các mạng không dây thế hệ 
mới này đã được cải thiện, song mạng không dây vẫn là nơi thắt nút của mạng hỗn hợp, 
như internet. Trong kết nối mạng hỗn hợp, điểm kết nối thường xảy ra tắc nghẽn. 
Nguyên nhân gây nên việc mất các gói tin trong mạng không dây khác xa các 
giả thiết về nguyên nhân gây mất các gói tin khi thiết kế các giao thức truyền thông 
truyền thống như TCP/IP. 
Vì vậy nhu cầu cần thiết phải xây dựng một mô hình tự thích nghi, thông qua 
việc đo băng thông tức thời, phát hiện chất lượng đường truyền, điều chỉnh tốc độ truyền 
tin để đảm bảo chất lượng của các ứng dụng đa phương tiện, trong mạng không dây là 
rất cần thiết. Đây chính là nội dung của công trình nghiên cứu này. 
Mục tiêu của luận án là đề xuất phương pháp xác định nhanh chóng trạng thái 
kênh truyền, điều chỉnh phương pháp tính thời gian khứ hồi gói tin, từ đó xây dựng một 
mô hình thích nghi với sự thay đổi tham số của môi trường mạng, đặc biệt có thể biến 
thiên với phần mạng không dây. Luận án áp dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết vào một 
giao thức truyền thông thuộc họ giao thức TCP, cải thiện thông lượng, hội tụ nhanh, 
thích ứng tốt với lỗi mất gói tin cho ứng dụng đa phương tiện trong mạng hỗn hợp, có 
sử dụng các thiết bị di động như các đầu cuối để thu phát tín hiệu với các trạm gốc. 
Bố cục của luận án gồm 3 chương. 
Chương I giới thiệu mô hình tham chiếu TCP/IP, ứng dụng lý thuyết kiểm soát 
lưu lượng, chống tắc nghẽn. Vấn đề điều khiển tắc nghẽn trong mạng có kết nối phức 
tạp, không đồng nhất, bao gồm đoạn mạng không dây, từ các ứng dụng đa phương tiện, 
là các ứng dụng phổ biến hiện nay. TCP được phân tích không đạt hiệu năng cao khi 
4 
hoạt động trong môi trường mạng như vậy. Chương I đặt mục tiêu nghiên cứu của luận 
án là xây dựng một mô hình điều khiển thông minh, nhằm phản ứng linh hoạt hơn với 
các biến cố của đường truyền. 
Chương II tổng hợp các đề xuất trong việc khắc phục điểm yếu của giao thức 
truyền thông họ TCP cho đến nay. Trong chương này, luận án xây dựng công thức mới, 
cho phép tính nhanh chóng nhu cầu băng thông của các kết nối và băng thông khả dụng 
của đường truyền. 
Chương III đề xuất mô hình điều khiển thích nghi, là mô hình điều khiển tổng 
quát cho các giao thức họ TCP, đảm bảo hiệu suất truyền thông đồng thời sự công bằng 
giữa các luông tin. Trong mô hình này cơ chế ECIMD được đề xuất thay thế cho AIMD 
của TCP, và được phân tích trong tình huống điều chỉnh kích thước cửa sổ truyền, với 
các giá trị mới của các hệ số điều khiển, đảm bảo hiệu năng và khả năng đáp ứng nhanh 
với môi trường mạng, đồng thời đảm bảo công bằng giữa các luồng tin do đó hạn chế 
tắc nghẽn. Nghiên cứu cho thấy trong tình huống việc điều khiển giá trị cửa sổ khi có 
lỗi đơn cho thấy cơ chế này mang lại thông lượng tốt hơn so với AIMD. 
Chương này cũng đề xuất phương pháp tính giá trị thời gian khứ hồi gói tin, dựa 
trên phân tích tổng trọng số của N mẫu gần nhất. Điều này đặc biệt quan trọng với môi 
trường không dây hay biến đổi, nên chỉ cần quan tâm đến sự ảnh hưởng của một số giá 
trị gần nhất. 
Mô hình đề xuất đã được áp dụng để xây dựng một giao thức họ TCP là WRCAP 
và thử nghiệm mô phỏng trong môi trường NS đạt hiệu suất cao hơn, có khả năng phát 
hiện, phân biệt và phòng lỗi hiệu quả hơn so với các kết quả nghiên cứu đang sử dụng 
hiện nay trong các giao thức họ TCP, khi chạy trên môi trường hỗn hợp, trong mô hình 
có trạm gốc và trạm di động. 
CHƯƠNG 1. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ TẮC NGHẼN 
1.1 Sự phát triển của mạng máy tính và ứng dụng 
Năm 1967, Robert L. G. đã đề xuất một mạng máy tính thí nghiệm, sau đó trở 
thành mạng ARPANET, tiền thân của mạng Internet. Khi các mạng vệ tinh và vô tuyến 
ra đời, Mô hình tham chiếu TCP/IP ra đời để đáp ứng nhu cầu giao tiếp liên mạng. 
5 
1.2 Kiến trúc mạng Internet và mô hình tham chiếu TCP/IP 
Sau đây mô hình tham chiếu TCP/IP sẽ được trình bày và so sánh với mô hình 
tham chiếu OSI truyền thống trong truyền thông. 
Hình 1.1 Mô hình tham chiếu TCP/IP và mô hình tham chiếu OSI 
1.3 Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn 
1.3.1 Cơ bản về điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn 
1.3.1.1 Khái niệm 
Điều khiển lưu lượng liên quan đến việc vận chuyển giữa một người gửi nào đó 
và một người nhận. Nhiệm vụ của nó là đảm bảo rằng bên gửi có tốc độ nhanh không 
thể tiếp tục truyền dữ liệu nhanh hơn mức mà bên nhận có thể tiếp thu được. 
Điều khiển tắc nghẽn thực hiện nhiệm vụ đảm bảo cho mạng có khả năng vận 
chuyển lưu lượng đưa vào. 
Điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn là hai khái niệm khác nhau, nhưng 
liên quan chặt chẽ với nhau. Điều khiển lưu lượng là để tránh tắc nghẽn, còn điều khiển 
tắc nghẽn là để đề phòng tắc nghẽn trước khi nó xuất hiện. 
1.3.1.2 Điều khiển lưu lượng trong giao thức TCP 
Giao thức TCP là giao thức hướng kết nối, kiểu đầu cuối - đầu cuối, tin cậy, được 
thiết kế phù hợp với kiến trúc phân lớp các giao thức. Trên hình 1.7 là một chồng các 
giao thức, trong đó giao thức TCP nằm trên giao thức IP. 
6 
Hình 1.2 Sự phân lớp các giao thức 
Kết nối: Để đảm bảo việc vận chuyển tin cậy và thực hiện được cơ chế điều 
khiển lưu lượng, TCP phải khởi tạo và duy trì một số thông tin trạng thái cho mỗi dòng 
dữ liệu. 
Sự tin cậy: TCP phải khôi phục lại được gói số liệu bị hỏng, bị mất, bị lặp hoặc 
bị phân phát sai thứ tự do hệ thống truyền thông gây ra. Điều này có thể đạt được bằng 
cách gán số thứ tự cho mỗi byte được truyền đi và phải có sự biên nhận đã nhận đúng 
(ack) từ bên nhận của kết nối TCP. 
Điều khiển lưu lượng bằng cửa sổ: TCP cung cấp phương tiện cho bên nhận để 
nó điều khiển lưu lượng mà bên gửi phát đi. Để thực hiện việc điều khiển này, bên nhận 
sẽ gửi một “cửa sổ” trong mỗi biên nhận, chỉ ra một miền các số thứ tự mà nó sẽ chấp 
nhận, tiếp sau số thứ tự của gói số liệu mà nó đã nhận thành công. 
Khởi động chậm 
Thuật toán khởi động chậm (SS, Slow Start) khắc phục nguyên nhân gây tắc 
nghẽn mạng do gửi nhiều gói tin hơn khả năng đáp ứng của mạng, bằng cách tăng lượng 
dữ liệu được vận chuyển cho tới khi đạt tới cân bằng. 
1.3.1.3 Tính thời gian khứ hồi và thời gian hết hạn gói tin 
Tính thời gian khứ hồi một cách thông minh theo đặc tả cho giao thức TCP, RFC-
793 [38] tính ước lượng thời gian khứ hồi và thời gian để gửi lại như sau: 
RTT = (α . RTT_cũ) + ((1 − α) . RTT mới) (1. 1) 
 RTO(k+1) = β . RTT(k+1) (1. 2) 
1.3.1.4 Rút lui theo hàm mũ. 
TCP sẽ đặt lại đồng hồ phát bằng khoảng thời gian rút lui và khoảng đó sẽ được 
tăng gấp đôi cứ mỗi lần bị hết giờ liên tiếp. Cơ chế rút lui này được giải thích tỉ mỉ 
trong [20], [30]. 
7 
1.3.1.5 Tránh tắc nghẽn 
 Một chiến lược tránh tắc nghẽn(CA, Congestion Avoidance) như đề xuất trong 
[20], bao gồm: thứ nhất: mạng phải có khả năng gửi tín hiệu đến cho các thực thể ở 
đầu cuối của các kết nối (endpoint), báo cho chúng biết là tắc nghẽn đang xảy ra hoặc 
sắp xảy ra; thứ hai: các endpoint phải có chính sách giảm lưu lượng đưa vào mạng nếu 
nhận được các tín hiệu báo và tăng thêm lưu lượng đưa vào mạng nếu không nhận được 
tín hiệu báo này. 
Chính sách của TCP đối với tắc nghẽn: 
Đó chính là chính sách tăng theo cấp số cộng, giảm theo cấp số nhân (AIMD), 
như đã được triển khai thực hiện trong BSD [18][34]; 
1.4 TCP và ứng dụng đa phương tiện trên môi trường không dây 
Ảnh hưởng của đặc tính lỗi đường truyền không dây 
Với đặc tính tỉ suất lỗi bit cao của đường truyền không dây, người ta phải chọn 
kích thước cực đại của đơn vị dữ liệu truyền, MTU (Maximum Transmission Unit) nhỏ 
hơn nhiều so với đơn vị dữ liệu trong các mạng có dây. Hệ quả là các chi phí cho xử lý 
gói số liệu (đóng gói dữ liệu, tách dữ liệu...) ở các nút trên đường truyền tăng lên và làm 
giảm thông lượng. 
Ảnh hưởng của sự gián đoạn kết nối thường xuyên 
Tác động đồng thời của tỉ suất lỗi bit cao và sự kết nối hay bị đứt đoạn của các 
đường truyền không dây lên hiệu suất của giao thức TCP đã được nhiều người nghiên 
cứu, trong đó phải kể đến nghiên cứu của R. Yavatkar và N. Bhagwat trong [19]. 
Hình 1.3 Ảnh hưởng của tỉ suất lỗi bit (BER) cao và thời gian cuộc gọi đến tốc độ 
truyền của TCP 
Từ kết quả được trình bày trên, chúng ta có thể nhận thấy: 
8 
 Ngay cả khi đường truyền không gây lỗi (tỉ suất mất gói số liệu bằng 0%), việc dừng 
kết nối do chuyển cuộc gọi, cũng làm giảm tốc độ truyền rất nhiều. 
 Ngay cả khi không có sự tạm dừng kết nối do chuyển cuộc gọi (đường trên cùng của 
đồ thị), tỉ suất mất gói số liệu tăng lên làm tốc độ truyền giảm đi rất mạnh. 
1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu 
Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng một mô hình điều khiển thông 
minh, nhằm phản ứng linh hoạt hơn với các biến cố của đường truyền. Mô hình điều 
khiển thích nghi sẽ có các thành phần nhằm đo đạc các tham số trạng thái tại thời điểm 
xem xét và có các chức năng sau: 
Lược sử 
Là nơi lưu giữ thông số của N trạng thái quá khứ còn có ảnh hưởng đến hiện tại. 
Ước lượng Tham số QoS 
Là chức năng xử lý thông tin về các tham số môi trường, tham khảo các giá trị 
đã lưu trong ký ức của hệ thống để tiệm cận nhanh nhất đến giá trị các trạng thái tức 
thời của hệ thống. 
Hình 1.4 Kiến trúc nguyên lý điều khiển thích nghi 
Điều khiển thích nghi: 
Qui trình điều khiển hiện nay sử dụng phương pháp mô hình chất lỏng 
))(),((
)(
tetxf
dt
tdx
, trong đó x(t) là trạng thái của môi trường. e(t) là kết quả tính toán 
một thông số nào đấy, hoặc sử dụng phương pháp mô hình rời rạc x(k+1)=x(k)+f(..) 
Với việc đưa vào kiến thức mà mô hình điều khiển thu thập được từ N trạng thái 
trước đó. Mô hình rời rạc sẽ có dạng: x(k+1)=x(k)+f[x(k-1), ..,x(k-N+1)] 
Hiện thực tham số 
9 
Đây là bộ phận thi hành các quyết định đã được bộ phận điều khiển thích nghi 
đưa ra, trong một giới hạn thời gian nào đó. Việc thực thi này sẽ thể hiện là các phản 
ứng của hệ thống đối với môi trường. Trong mô hình điều khiển thích nghi, các thông 
số đầu vào và các điều chỉnh đối với đầu ra phụ thuộc vào mỗi loại thông số môi trường 
cụ thể. 
Hình 1.5 Mô hình điều khiển tự thích nghi 
Để quản lý bộ nhớ đệm, ta sẽ có Zk = Zk-1 + u(t), với u(t) là hàm của các biến đổi. 
Cơ chế điều chỉnh áp dụng kết quả nghiên cứu phương pháp quản lý vùng đệm theo 
RED trong [1] [61], để hạn chế khả năng tràn bộ đệm. 
Các biến trạng thái có thể được tính mỗi khi có một gói tin được nhận hoặc 
khoảng thời gian giữa các gói tin. Quyết định đưa ra cho việc xử lý gói tin đang đến dựa 
trên việc so sánh biến trạng thái với các giá trị giới hạn. 
1.6 Kết luận chương I 
Trong chương I đã phân tích đặc điểm thiết kế của giao thức truyền thông TCP 
và các cơ chế kiểm soát lưu lượng, chống tắc nghẽn của TCP. 
Trong chương tiếp theo sẽ tổng hợp các phương án, đề xuất hiện có, nhằm mục 
đích cải tiến giao thức TCP để đạt hiệu suất cao hơn trong môi trường không dây và 
mạng hỗn hợp. 
CHƯƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG 
MẠNG CÓ KẾT NỐI PHỨC TẠP 
Trong chương này, sẽ trình bầy các hướng tiếp cận chính nhằm cải thiện hiệu 
năng của TCP trong môi trường mạng có kết nối phức tạp. Chúng tôi phân loại các 
phương pháp tiếp cận thành hai tập hợp các giải pháp. 
10 
2.1 Cấu trúc mạng có kết nối phức tạp – mạng có kết nối không dây 
Trong thực tế, việc đáp ứng khả năng kết nối của các loại thiết bị khác nhau hiện nay 
của con người, tạo nên một hệ thống mạng lưới phức hợp, bao gồm các máy tính và 
thiết bị khác sử dụng nhiều hệ điều hành và giao thức truyền thông khác nhau. Sự phức 
hợp cũng được thể hiện trong các mạng không dây sử dụng các công nghệ truy cập khác 
nhau. 
2.2 Các kỹ thuật nhằm cải thiện hiệu năng TCP 
2.2.1 Che giấu phần mạng hay làm mất gói số liệu do lỗi đường truyền 
Phương pháp này che giấu sự mất gói số liệu không phải do tắc nghẽn, không 
cho bên gửi của kết nối TCP phát hiện ra. Kết quả là bên gửi của kết nối TCP hầu như 
chỉ nhận thấy được sự mất gói số liệu do tắc nghẽn mạng. 
Các giải pháp ở tầng Liên kết dữ liệu 
Ưu điểm chính của việc khắc phục lỗi ở tầng Liên kết dữ liệu là nó thích hợp 
một cách tự nhiên với cấu trúc phân lớp của các giao thức mạng. Các kỹ thuật điều 
khiển lỗi phổ biến nhất ở tầng Liên kết dữ liệu: 
 Phát hiện lỗi / Khắc phục lỗi. 
 Yêu cầu phát lại tự động. 
Các giải pháp ở tầng Giao vận 
Các giải pháp này cố gắng nâng cao chất lượng đường truyền bằng cách phát lại 
các gói số liệu ở mức giao thức TCP chứ không phải ở tầng Liên kết dữ liệu. Agent 
TCP được đặt trong các trạm cơ sở, chúng nằm ở đường vào mạng không dây. Cho đến 
nay có một số cơ chế sử dụng agent, điển hình là TCP gián tiếp ( I-TCP - Indirect 
TCP)[2], [3], [4], [9], [10], [36], Snoop TCP [15], [22], Split TCP[63], TCP-ADW 
[72]...và một số đề xuất điều chỉnh các tham số TCP cho phù hợp như điều chỉnh kích 
thước động cho bộ đệm [53], [55],[71] điều chỉnh cơ chế điều khiển TCP[52], [56], 
[62], [67], [73], cải thiện cơ chế AIMD [54], điều khiển kích thước gói tin [60], điều 
khiển bằng hàm lưu lượng [57] hay bổ sung cơ chế che lỗi đường truyền và khôi phục 
liên kết (một dạng snoop ở tầng liên kết) [17]. 
11 
Các g ... àng nhỏ, thông lượng càng lớn. 
19 
Hình 3. 2 . Biến đổi của Thông lượng theo p 
Hình 3. 3 . Biến đổi của Thông lượng theo RTT 
- Nghiên cứu biến đổi của thông lượng theo RTT với các tham số 
điều khiển a khác nhau (H 3.3), ta có thể thấy thông lượng đạt được của cơ 
chế ECIMD cao hơn thông lượng của cơ chế tăng cửa sổ theo AIMD. 
3.2 Thuật toán tính RTT 
Trong TCP, với thuật toán nguyên gốc, để làm mịn sự biến đổi của giá trị RTT, 
RTT được áp dụng theo bộ lọc thông thấp: 
RTT = (α • RTT_cũ) + ((1 − α) • Rk) (3.14) 
Hay RTTk = (α • RTTk-1) + ((1 − α) • Rk) 
Với k là ký hiệu cho giá trị thống kê thứ k. Rk là giá trị RTT đo được tương ứng. 
3.2.1 Phân tích công thức RTT theo hàm thống kê 
Ta chỉ cần phân tích (3.25): 
0 50 100 150 200 250
0
20
40
60
80
100
120
140
p(*10-3)
t
h
o
n
g
lu
o
n
g
ECIMD vs AIMD RTT=100ms; a =[5..50]; 
TCP
ECIMD (a=5)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
20
40
60
80
100
120
140
RTT(ms)
T
h
ro
u
g
h
p
u
t
ECIMD vs AIMD
TCP
20 
𝑅𝑇𝑇𝑘 = (1 − 𝛼)(𝑅𝑘 + 
𝛼
1 − 𝛼
(𝑅𝑇𝑇𝑘−1)) 
Tiếp tục khai triển RTTk-1 theo các giá trị trước đó: 
𝑅𝑇𝑇𝑘 = (1 − 𝛼)(𝑅𝑘 + 
𝛼
(1 − 𝛼)
((1 − 𝛼). 𝑅𝑘−1 + 𝛼. 𝑅𝑇𝑇𝑘−2)) 
𝑅𝑇𝑇𝑘 = (1 − 𝛼)(𝑅𝑘 + α. 𝑅𝑘−1 + 𝛼
2. 𝑅𝑘−2 +⋯+ 𝛼
𝑘𝑅𝑘−𝑘 ) 
𝑅𝑇𝑇𝑘 = 
(𝑅𝑘+ 𝛼𝑅𝑘−1+𝛼
2𝑅𝑘−2+⋯+𝛼
𝑘𝑅𝑘−𝑘)
1+𝛼+𝛼2+⋯+ 𝛼𝑘
 (3.16) 
Công thức trên có mẫu số là tổng các hệ số của đa thức trên tử số, chính là hàm 
số thống kê EWMA, là hàm tính bình quân có trọng số theo hàm mũ, trong đó các giá 
trị lấy mẫu thứ j là Rk-j có trọng số được tính theo hàm mũ bậc j của (1- α). 
Ta có thể tính tỷ trọng của N trạng thái gần nhất, so với toàn bộ các trọng số theo 
công thức 
𝑊𝑅 = 
(1+(1−𝛼)+(1−𝛼)2+..+(1−𝛼)𝑁)
(1+(1−𝛼)+(1−𝛼)2+..+(1−𝛼)∞)
𝑊𝑅 = 1 − 𝛼𝑁+1 (3.17) 
Ta nhận thấy, WR = 77% khi N = 10, tức là 10 giá trị RTT đo được gần nhất, 
thời sự nhất, đóng góp 77% trên tổng số trọng số của tất cả các giá trị RTT. Khi N càng 
nhỏ, tỷ lệ trọng số trên tổng trọng số của N mẫu gần nhất càng nhỏ. Ngược lại khi số 
lượng mẫu N lớn, WR càng lớn. 
Do trong TCP giá trị α là cố định, công thức (3.14) truy hồi đến tất cả các giá trị 
mẫu, kể từ khi bắt đầu phiên làm việc. Cách tính này không phù hợp cho môi trường 
không dây, vốn có nhiều tham số môi trường luôn biến thiên độc lập. 
Với công thức tính RTT hiện nay (α = 7/8 hay ~0.9), giá trị RTT mới chỉ đóng 
góp 10% tỷ trọng vào giá trị trung bình của RTT. Để RTT bắt kịp sự biến đổi của môi 
trường, ta cần nâng cao tỷ lệ trọng số của N trạng thái gần nhất. Ví dụ với N = 5, và 
mong muốn tỷ lệ trọng số WR >= 90%, ta tính được α <= 0.63; N=10, α <= 0.7875. 
Để giải quyết vấn đề chọn giá trị α phù hợp, và thay cho một giá trị không đổi, 
chúng tôi đề xuất chọn α là một hàm số, và giá trị α được thay đổi và lưu giữ theo yêu 
cầu của người sử dụng, và được tham chiếu mỗi khi khởi tạo một phiên làm việc mới. 
21 
Tính toán mô phỏng 
Để xây dựng mô phỏng để so sánh thuật toán RTT điều chỉnh và phương pháp 
của TCP, chúng tôi sử dụng môi trường mô phỏng NS cho một trạm di động sử dụng 
TCP nối với trạm gốc bằng đường truyền 3Mbps mô phỏng cho mạng không dây 
(H.3.14a). 
a) b) 
Hình 3.7. Giá trị RTT đo bằng phương pháp EWMA RTT 
EWMA được áp dụng tính RTT cho luồng dữ liệu từ nút 1 đến 4 với số lượng 
lược sử N = 5, α= 0.6 để so sánh với giá trị RTT của luồng tin từ nút 1 đến 5. 
So sánh phương pháp tính RTT cổ điển của TCP và phương pháp mới, ta nhận 
thấy giá trị RTT theo cách tính mới biến động nhanh hơn, bám sát hơn với đặc tính 
đường truyền, phù hợp hơn với môi trường không dây. 
Tham khảo giá trị α được lưu giữ; 
Mặc định α = 0.63; RTO=3; RTT max = 2.5; G =1;K=4; 
Y=2
Yêu cầu N, WR 
mới
Tính α từ (5)
Lưu giữ N, 
WR, α mới 
RTT=R;
RTTVAR=R/2;
RTTmax = 
RTT+max(G,K
*RTTVAR)
Nhận được giá 
trị mới R lần 1 
RTTVAR = α*RTTVAR+(1-α)*|RTT-R|;
RTT = α*.RTT+(1-α)*R;
RTTmax = RTT+max(G,K*RTTVAR)
Nhận được giá trị 
mới R < RTTmax
Nhận được giá trị R 
> RTTmax Y lần liên 
tiếp
Hết chờ gói 
tin?
0
1
1
1
1
0
0
1
1
22 
3.3 Giao thức tự thích nghi họ TCP cho môi trường không dây WRCAP 
Chúng tôi áp dụng các nghiên cứu về mô hình điều khiển thích nghi đã đề xuất 
vào triển khai giao thức WRCAP trên nền giao thức UDP. Giao thức điều chỉnh tốc độ 
tự thích nghi WRCAP bao gồm bộ phận Theo dõi QoS được triển khai tại trạm gốc và 
các modul phần mềm là các thực thể được cài đặt tại trạm đầu cuối, trong kịch bản là 
nguồn phát và nguồn thu (H.3.8). Với WRCAP, quá trình gửi các gói tin được chia làm 
hai chiều riêng rẽ: khi truyền tin từ trạm di động đến trạm cố định và khi truyền tin từ 
trạm cố định đến trạm di động 
Truyền tin từ trạm di động đến trạm cố định: 
Một bộ phận tại BS gọi là QoS Theo dõi QoS sẽ đánh giá băng thông trên đoạn 
đường truyền không dây R1, đưa thông tin về băng thông này vào trong phần nhãn gói 
tin và gửi gói tin đến bên nhận. Tại phía bên nhận, băng thông của toàn bộ kết nối sẽ 
được đo với giá trị R2. Do đó, tốc độ khởi tạo cho kết nối sẽ được chọn là Rinit = min(R1, 
R2) và được gửi ngược trở lại bên gửi tin, thông qua gói tin ACK. 
 Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của WRCAP 
𝑅𝑒𝑠𝑡 =
𝐿
𝑇𝑞𝑠
[1 − 𝑒
−
𝛼.𝑡
1+ 𝛼.𝑇𝑞𝑠] + 𝑅0. 𝑒
−
𝛼.𝑡
1+ 𝛼.𝑇𝑞𝑠 , 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇𝑞𝑠 
Tốc độ đo được Rest được cập nhật thường xuyên mỗi khi có một gói tin nhận 
được, bên gửi sẽ gửi các gói tin với số thứ tự, giúp bộ phận Theo dõi QoS có thể theo 
dõi để phát hiện sự ngắt quãng trong các số hiệu tuần tự và phát hiện ra lỗi của đường 
Truyền tin từ trạm cố định đến trạm di động 
23 
bộ phận Theo dõi QoS phát hiện các lỗi do tắc nghẽn trong đoạn đường từ trạm 
cố định đi đến trạm gốc, nếu thấy xuất hiện sự gián đoạn trong các gói tin tuần tự. Trong 
trường hợp đó, bộ phận Theo dõi QoS gửi một thông điệp thông báo về mất gói cho 
bên gửi tại trạm cố định. Thông điệp này có thể được gắn kèm trong các gói tin dữ liệu, 
đang trên đường từ trạm di động đi đến trạm cố định. Sau khi gửi các gói tin cần gửi 
đến trạm di động, Theo dõi QoS sẽ chờ gói tin phản hồi từ phía trạm di động. Nếu quá 
thời gian chờ hoặc có xuất hiện gián đoạn trong số thứ tự của các gói tin phản hồi ACK 
được gửi từ trạm di động, trạng thái kênh không dây sẽ được cho là xấu. Bộ phận Theo 
dõi QoS sẽ gửi thông điệp thông báo trạng thái cho bên gửi tin tại trạm cố định, WRCAP 
tại trạm cố định sẽ hoãn gửi tin và chuyển sang trạng thái backoff để chờ phản hồi tích 
cực từ bộ phận Theo dõi QoS . 
Các trạng thái của WRCAP 
 Như đề cập ở trên , nguồn phát WRCAP gửi các gói tin có đánh số hiệu tuần tự, 
còn nguồn thu WRCAP sẽ phản hồi mỗi gói tin nhận được bằng một gói tin ACK. Mỗi 
gói tin ACK chứa thông tin về số hiệu của gói tin đã nhận được. Như Hình 3.11 WRCAP 
sẽ hoạt động với ba trạng thái: Initial, steady và backoff. 
Hình 3.11 Mô hình các trạng thái của giao thức tự thích nghi WRCAP 
 Trạng thái Initial (khởi tạo) 
Trạng thái này bắt đầu khi thiết lập một kết nối mới và kéo dài 2 chu kỳ RTT, là 
thời gian khứ hồi gói tin. Tương ứng với khoảng chất lượng dịch vụ yêu cầu, mỗi kết 
nối sẽ cần được duy trì với một khoảng băng thông để truyền tin tương ứng, là [Rmin, 
Rmax]. Do đó, WRCAP cần khởi tạo và gửi tin với tốc độ ban đầu không được nhỏ hơn 
giá trị Rmin. 
Giá trị tốc độ gửi tin ban đầu sẽ được chọn theo tại bên nhận, do bên nhận đo 
được băng thông khả dụng nhanh hơn: Rinit = min(R1, R2) với R1 là giá trị băng thông 
Steady Init Backoff 
Sau 2*RTT 
Phát hiện mất gói 
Ack tích cực 
Dò đường 
truyền 
24 
trong đoạn không dây, đo được bởi bộ phận Theo dõi QoS tại trạm gốc, R2 là tốc độ do 
bên thu đo được với công thức (2.7). Bên nhận WRCAP gửi lại thông tin về tốc độ được 
chọn cho bên gửi thông qua các gói tin ACK. 
 Trạng thái Steady 
Trong trạng thái này, WRCAP tại bên nhận đo băng thông đường truyền liên tục 
trong quá trình kết nối, theo công thức (2.7). Hơn nữa, RTT được điều chỉnh theo 
EWMA. Các thông số này sẽ được gửi về WRCAP ở bên gửi thông qua gói tin ACK. 
Khi phát hiện sự gián đoạn trong chuỗi các gói tin tuần tự, bên nhận WRCAP sẽ 
lấy thêm thông tin được gửi từ bộ phận Theo dõi QoS đã gắn vào phần mào đầu trong 
mỗi gói tin, để phân biệt, lỗi xảy ra là thuộc loại gì, vì lý do tắc nghẽn hay do mất gói 
tin trong phần đường truyền không dây. Các chỉ thị về mất gói tin được gửi thông qua 
gói tin ACK đến bên gửi của giao thức WRCAP. 
Tại bên gửi, WRCAP sử dụng thông tin từ các gói tin ACK để đo băng thông 
khả dụng và biết được trạng thái của mạng, cũng như tính toán và cập nhật giá trị thời 
gian khứ hồi, để phục vụ các quyết định tiếp sau của nó. 
Dựa trên giá trị RTT đã được cập nhật và thông tin trong gói ACK, WRCAP sẽ 
quyết định: 
- Tăng tốc độ gửi với tốc độ Rnew, cho mỗi khoảng thời gian RTT, nếu không 
có lỗi xảy ra 
 Rnew = min(Rold + R, Rmax) (3.15) 
Trong đó R là thành phần hàm mũ, giúp tốc độ gửi tiệm cận đến giá trì Rmax nhanh. 
- Giảm tốc độ, khi gặp lỗi do tắc nghẽn 
 Rnew = max( Rold / 2 , Rmin) (3.16) 
- Chuyển sang chế độ backoff, khi lỗi do mạng không dây được phát hiện. 
Lỗi hết giờ (time out) xảy ra, khi trong khoảng thời gian RTO không nhận được 
gói tin ACK nào, cũng sẽ được coi là lỗi do mạng không dây. Điều này có thể dự đoán 
chính xác hơn, khi trong trong gói tin ACK có thông tin phần còn trống trong vùng nhớ 
đệm. 
25 
WRCAP phục hồi nhanh chóng tốc độ gửi tin, ngay khi kết nối được phục hồi, 
sau khi bị mất gói tin do đường truyền internet. Trong tình huống băng thông được xác 
định là thấp hơn giá trị tốc độ gửi tối thiểu, chất lượng dịch vụ được coi là không đảm 
bảo. Với tình huống này, WRCAP phải thông báo cho ứng dụng, để ứng dụng điều 
chỉnh chất lượng dịch vụ mong muốn. 
 Trạng thái Backoff 
WRCAP sẽ ở trạng thái này khi phát hiện ra lỗi do mạng không dây gây ra. Các 
việc truyền tin sẽ tạm thời ngừng lại, WRCAP sẽ định kỳ gửi các gói tin nhỏ gọi là 
probe để nghe ngóng phản hồi. Việc sử dụng các gói tin probe có kích thước nhỏ sẽ hạn 
chế việc hoạt động một cách vô ích, tiết kiệm năng lượng cho thiết bị di động. WRCAP 
trở về trạng thái Steady, khi nhận được phản hồi tích cực từ gói tin Probe nào đó, từ bộ 
phận Theo dõi QoS . 
 Tính toán mô phỏng 
Để xây dựng mô phỏng cho giao thức WRCAP Luận án sử dụng môi trường mô 
phỏng NS cho một trạm di động sử dụng WRCAP và một trạm sử dụng TCP nối với 
trạm gốc bằng đường truyền 3Mbps mô phỏng cho mạng không dây (H.3.12a). Các gói 
tin được gửi với kích thước 1000 byte, thời gian khứ hồi gói tin là 15 ms. Đường truyền 
còn lại mô phỏng cho mạng có dây, băng thông là 5Mbps. Mô phỏng cho tình huống 
mất gói tin, đường truyền bị gián đoạn từ thời điểm [1 - 1.05] và từ [1.2-1.215]. 
 a) b) 
Hình 3.12 Thông lượng nguồn TCP và WRCAP 
Như trong hình 3.12b cho thấy, WRCAP hoạt động tốt trong hoàn cảnh có lỗi do 
tắc nghẽn và lỗi do mạng không dây gây ra. Tại thời điểm 1.0 và 1.2 đường truyền gián 
26 
đoạn WRCAP chuyển sang trạng thái backoff và tạm dừng quá trình truyền. Ngay sau 
khi đường truyền được khôi phục, tốc độ cũ ngay lập tức được hồi phục, mang lại tốc 
độ cao cho kết nối. 
3.4 Kết luận chương III 
Trong chương III đã đề xuất mô hình điều khiển thích nghi sử dụng cơ chế 
ECIMD, thay thế cho AIMD của TCP. Nghiên cứu cơ chế ECIMD trong tình huống 
việc điều khiển giá trị cửa sổ khi có lỗi đơn cho thấy cơ chế này mang lại thông lượng 
tốt hơn so với AIMD, là cơ chế cốt yếu của của TCP để kiểm soát tắc nghẽn. 
Chương này cũng đã đề xuất phương pháp tính giá trị thời gian khứ hồi gói tin, 
dựa trên việc quan tâm đến sự ảnh hưởng của các mẫu có giá trị nhất. 
Mô hình đề xuất đã được áp dụng để xây dựng một giao thức họ TCP là WRCAP 
và thử nghiệm mô phỏng trong môi trường NS đạt hiệu suất cao hơn, có khả năng phát 
hiện, phân biệt và phòng lỗi hiệu quả hơn so với các kết quả nghiên cứu đang sử dụng 
hiện nay trong các giao thức họ TCP. 
KẾT LUẬN 
Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu và đề xuất một mô hình điều khiển và 
tự thích nghi với môi trường vào điều khiển lưu lượng và điều khiển tắc nghẽn trong 
mạng hỗn hợp cố định – di động. Luận án áp dụng mô hình này vào xây dựng giao thức 
WRCAP là một giao thức họ TCP. Mô hình thích nghi có thể xác định và dự đoán trạng 
thái môi trường, từ đó đáp ứng tốt hơn, mang lại thông lượng tốt hơn. Với những kết 
quả tính toán mô phỏng mô hình điều khiển thích nghi, luận án đã chứng minh khả năng 
điều khiển và tính khả thi của mô hình được đề xuất. 
Các kết quả chính đạt được trong luận án là : 
1. So sánh các cơ chế kiểm soát lỗi đầu cuối - đầu cuối. Kết quả so sánh cho thấy: việc 
phục hồi nhanh chóng trên đường truyền không dây được sử dụng trong giải pháp 
WRCAP là thích hợp và mang lại thông lượng cao cho hệ thống. 
2. Đề xuất phương pháp ước lượng giá trị tổng nhu cầu băng thông, băng thông từng 
luồng, băng thông khả dụng từ phía nhận, mà không cần chờ gói tin phản hồi, giúp 
27 
quá trình đo đạc và dự đoán tham số này được thực hiện nhanh chóng, ảnh hưởng 
tốt tới quá trình hoạt động của giao thức. 
3. Đề xuất cơ chế điều khiển thích nghi ECIMD mới, thay cho cơ chế cốt yếu chống 
tắc nghẽn được dùng trong TCP là AIMD. Cơ chế này đảm bảo công bằng với các 
luồng tin sử dụng giao thức họ TCP, giúp tránh tắc nghẽn trên mạng. 
4. Đề xuất phương pháp tính giá trị trung bình thống kê của RTT mới, phù hợp với môi 
trường hay biến đổi, và chứng minh ưu điểm của phương pháp này. 
5. Thực hiện mô phỏng để chứng minh ưu điểm và tính khả thi của mô hình điều khiển 
thích nghi đã đề xuất. 
Những kết quả thu được nói trên trong luận án có thể cho phép kết luận rằng mô 
hình điều khiển thích nghi và ứng dụng của nó là giao thức WRCAP, hoàn toàn có thể 
triển khai, áp dụng với mô hình mạng có kết nối phức tạp, trong đó đoạn mạng giữa 
thiết bị di động (máy tính xách tay, smartphone, máy tính bảng..) và trạm gốc (BS hoặc 
AP) thường thiếu ổn định. 
CÁC 
28 
DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
[1] Vu Tat Thanh, “Một mô hình mới dự đoán xác xuất lỗi gói tin trong môi trường không 
dây”, Báo Cáo Khoa Học Kỷ niệm 25 năm thành lập Viện VIELINA, 2010. 
[2] Nguyen Hong Vu, Vu Tat Thanh, “Về một phương pháp mới xác định băng thông và 
trạng thái đường truyền”, Hội thảo Điện tử - Truyền thông – An toàn thông tin, 2012. 
[3] Vu Tat Thanh, Nguyen Hong Vu - “A new method to estimate the current RTT 
calculation algorithm”, REV 2013 Hanoi – 17 Dec 2013.