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).
7 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 627 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Phân tích hiệu năng của WLAN sử dụng mô hình hàng đợi, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 49
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
WLAN trong thiết kế mạng LAN của một cơ
sở phải đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào
tạo, đó là chất lượng dịch vụ (QoS) dựa trên một số
yếu tố:
- Đảm bảo các khu nhà, các tầng nhà của nhà
trường có truy nhập tốc độ cao cho các lưu lượng
khác nhau, đặc biệt là lưu lượng đa phương tiện: trễ
nhỏ (Latency hay Delay, sự chênh lệch trễ của các
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
Priority
802.1P
Designation
Access
Category
WMM
Designation
Lowest 1 BK
AC_BK Background
2 -
0 BE AC_BE Best Effort
3 EE
4 CL AC_VI Video
5 VI
6 VO AC_VO Voice
Highest 7 NC
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
phân phối giữa các ứng dụng khác nhau. Sự thực
thi WMM trên ba chức năng: truy cập của WMM
(WMM Access): là chứng chỉ hỗ trợ tập hợp các
đặc tính từ chuẩn 802.11e cho cả Client và AP, phân
loại của WMM (WMM Classification): sử dụng
phân loại theo chuẩn 802.1P với 8 mức ưu tiên truy
nhập (Bảng 1), và các hàng đợi của WMM (WMM
Queues): gồm 4 hàng theo ứng dụng và QoS:
Background, Best Effort, Video, và Voice (Hình 1).
Hình 1. WMM queues
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.
Mật độ các AP tăng lên cũng kéo theo sự tăng
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
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology50 Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017
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.
2. Các nghiên cứu liên quan
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 của WLAN. 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
độ sẵn sàng, lỗi và khôi phục cấu hình của các AP.
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.
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 t
n
giữa các lượt
khách hàng đến (Arrival time).
• B là phân bố của các thời gian phục vụ x
n
(Service time).
• m số nút phục vụ (Server).
• N kích thước lớn nhất của hàng đợi (hay
dung lượng nhớ của hệ thống) nếu hàng đợi hữu
hạn (khi N = 3 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 (t 0n $ ) với CDF là
F t e1 t= - m-_ i , và hàm phân bố xác suất (PDF) là
f t e tm= m-_ i , 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.
• E
k
(Erlang-k): phân bố Erlang với thông số
định dạng k (k ≥ 1) với hàm phân bố tích lũy (CDF):
( , , ) ! ,F x k n
x
e1
n
n
k
x
0
1
m
m
= - m
=
-
-
_ i
/ và hàm phân bố xác
suất (PDF): ( , , ) ( ) ! ; ,f x k k
t e x1 0
k k x
x $m m m= -
m
-
-
.
Thông số k = 1, thì phân bố Erlang trở thành phân
bố mũ.
• H
k
(Hyper-k): phân bố siêu mũ
(Hyperexponential distribution): với PDF
là: ( ) ;f x e x 0H i i x
i
k
1
i 2r m= m-
=
/ và CDF:
( )F x p e1H i x
i
k
1
i= - -
=
m/ .
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
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 51
rộng của M/D/1 với số lượng Server là c.
• M/M/1, M/M/c: là các mô hình với các
cuộc đến của các khách hàng là quá trình Markov
(M) với phân bố mũ, và thời gian phục vụ theo phân
bố mũ của quá trình Markov, với một Server (1) và
một số Server (c).
• M/G/1, M/G/c: các cuộc đến của các khách
hàng là quá trình Markov (M) với phân bố mũ, và
thời gian phục vụ có phân bố chung (G).
• M/M/1/K: là mở rộng của M/M/1 nhưng
kích thước hàng đợi là hữu hạn bằng K. Mô hình
hàng đợi này có tính thực tế hơn, bởi các hệ thống
có dung lượng và khả năng phục vụ hữu hạn.
Có các mô hình hàng đợi biến đổi khác từ
các mô hình hàng đợi cơ bản tùy thuộc vào ứng
dụng cho hệ thống thực nào. Mô hình hàng đợi
đặc biệt phù hợp cho các hệ thống truyền thông,
và trạng thái của hệ thống được biểu diễn chuỗi
Markov thời gian xác định DTMC (Deteministic
Timed Markovian Chain) hay thời gian liên tục
CTMC (Continious Timed Markovian Chain).
Các hệ thống thực tế thường gồm nhiều
khối chức năng và trạng thái phức tạp nên thường
được mô phỏng bằng mạng hàng đợi (Queueing
Network) gồm các loại hàng đợi cơ bản hoặc biến
đổi. Các mạng hàng đợi cũng được nhóm thành 3
loại: đóng, mở, và hỗn hợp.
Mạng đóng: là mô hình hệ thống mà không
có khách hàng nào từ bên ngoài đi vào, và đi ra khỏi
hệ thống. Mạng mở: là mô hình hệ thống mà có các
khách hàng đến và ra khỏi hệ thống sau khi được
phục vụ xong. Mạng kết hợp: là mô hình hệ thống
có cả khối đóng và khối mở.
Các mô hình hàng đợi có các thông số hiệu
năng, mà dựa vào chúng để phân tích đánh giá hiệu
năng của hệ thống thực.
Các thông số hiệu năng của hàng đợi được
sử dụng cho mô hình hệ thống:
E[S] – thời gian phục vụ trung bình (thời gian
trung bình một khách hàng tiêu phí trong hệ thống);
E[W] – thời gian chờ đợi trung bình (thời gian trung
bình một khách hàng tiêu phí trong hàng đợi); E[R]
- thời gian đáp ứng trung bình của hệ thống (tổng
của các thời gian trung bình E[W], E[S]); E[NQ] - độ
dài trung bình của hàng đợi (số khách hàng trung
bình ở trong hàng đợi); E[N
S
] - số lượng khách hàng
trung bình đang được phục vụ (đang trong Server);
E[N] - số lượng khách hàng ở trong hệ thống (tổng
của các số lượng E[NQ], và E[NS]); E[U] - mức độ
sử dụng trung bình của server (tỷ lệ với thời gian
bận của Server); E[T] - thông lượng trung bình (tốc
độ trung bình khách hàng được phục vụ xong và ra
khỏi hệ thống); E[L] - sự mất mát khách hàng trung
bình (là tốc độ mà các khách hàng bị mất hoặc là
xác suất mà khách hàng bị mất).
Để tính các thông số này, có một số công cụ
phần mềm phổ biến chạy trên Windows có thể được
tải trên Internet. Một số thuật toán như giá trị trung
bình MVA và thuật toán cuộn [1] thường được áp
dụng cho tự động tính các thông số hiệu năng.
4. Đề xuất mô hình hàng đợi điểm truy nhập AP
và các truy nhập
AP là điểm truy nhập quyết định hiệu năng
của WLAN. Do đó, cần phải thử nghiệm đưa ra mô
hình hàng đợi của AP với các truy nhập từ các thiết bị.
Cho rằng nút AP là một hàng đợi loại
M/M/1/K, với K hữu hạn là kích thước hàng đợi
bằng số khách hàng (gói tin, bản tin, cuộc gọi, yêu
cầu TCP/IP từ các Client) đồng thời có thể truy
nhập và được xử lý với nguyên tắc phục vụ mặc
định vào trước được phục vụ trước (FIFS). CTMC
chuyển trạng thái của AP được cho ở Hình 2. Trong
đó, m : tốc độ đến trung bình của khách hàng, n tốc
độ phục vụ trung bình khách hàng. Khi AP đã có đủ
K gói tin đang phục vụ, thì khách hàng thứ K+1 đến
sẽ bị mất, điều này đồng nghĩa với kết nối mới của
Client bị ngắt.
Hình 2.CTMC chuyển trạng thái đối với hàng M/M/1/K [1]
1 2 3 0
µ
λ λ λ λ
µ µ µ
K-2
µ
λ
K-1
µ
λ
K
Số lượng K khách hàng thể hiện khả năng xử
lý đồng thời bao nhiêu khách hàng từ các truy nhập
đến AP. Mô hình hàng đợi M/M/1/K của AP với c
có các thông số hiệu năng được xác định như sau:
• Các xác suất của trạng thái bền vững
, ;
,
U
U UK K K K K
0 1 1 0
1 1 0
mr nr r r
mr nr r r r
= =
= = =- -
4 (1)
Vì số lượng khách hàng trong hệ thống bị
giới hạn nên quá trình đến của các khách hàng phụ
thuộc vào các sự kiện: nếu trong hệ thống có số
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:
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology52 Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017
( ) ( ) ,
:
P N K P N K p
hay p
1 1 0
1
i
i
K
i
i
K
0
0
2 #= - = - =
=
=
=
/
/
Vì S a a x a x
x
1
1
n j
j
n
j
n
j
n
0
0
0
0
1
= = = -
-
= =
+
/ / suy ra:
U
U1 1
1
i K
i
K
0 0
1
0
r n
m r= = -
- +
=
d n/ .
Các xác suất của trạng thái bền vững là:
; ; ( )
( )
;
, , , ..,
U
U U U U
U U
i K
1
1
1
1
1 2 3
K i
i
K
i
0 1 0 1r n
m r r=
-
- = = =
-
-
=
+ +
_
`
a
bbb
bbbb
(2)
• Mức độ sử dụng trung bình của Server, E[U]:
[ ] ( ... )E U U U U U1i K
i
K
0
2 1
1
r r= = + + + + -
=
/ (3)
Vì, biểu thức trong ngoặc là chuỗi có dạng
của Geometric Sum (Zeno Sum):
;x x
x x1
1 1i
i
n n
0
1
"!= -
-
=
+
/
[ ]
( )
E U U U
U
U
U U U
U
U U
U
1
1
1
1
1
1
1
1
K
K
K
K
0
1
1r= -
- =
-
-
-
-
= -
-
+
+
Hay có thể tính theo:
[ ]
( )
E U U
U U U
U
1 1 1
1
1
1
i K K
K
i
K
0 1 1
1
r r= = - = -
-
-
=
-
-
+ +
=
/
(4)
• Thông lượng trung bình của hệ thống, E[T]:
[ ] [ ]E T E U U
U
1
1
i
i
K
K
K
1
1 1n r n m m= = = -
-
=
+/ (5)
• Xác suất mất mát (Loss probability), P
K
:
Xác suất mất mát là xác suất mà khách hàng
đến nơi khi hệ thống đã đầy (hệ thống đã có K khách
hàng). Đây cũng chính là xác suất khóa P
B
khi U ≠ 1:
( )
;
;
P U
U U
U
K U
1
1
1
1
1 1
loss K B
K
K
1 !
r r= = = -
-
+ =
+
Z
[
\
]]]]
]]]]]
(6)
• Số lượng trung bình các khách hàng
trong hệ thống, E[N]:
[ ]E N i iUi
i
K
i
i
K
0
0
0
r r= =
= =
d n/ /
Biểu thức trong ngoặc có dạng chuỗi
Gauss-Zeno:
( )
( )
kx x
x n x nx
1
1k
n n
k
n
2
1 2
0
=
-
- + ++ +
=
/ , nên:
[ ] ( )
( )
( )
( )
( )
;
E N U
U
U
U K U KU
U
U
U
K U
khi U
1
1
1
1
1 1
1
1
K
K K
K
K
1 2
1 2
1
1
!
=
-
-
-
- + +
= - - -
+
+
+ +
+
+
f p
Với: U = 1
( );
U U
K K
1
1 1
1
i
i
i
K
i
i
K
i
K
0 0
1
0 0
10
0 0"
r r r r r
r r
= = + = +
= + = +
= ==
/ //
(7)
[ ]
( )
( )
E N i iU i
K
K K K
1
1
2
1
2
i
i
K
i
i
K
i
K
0
0 0
11
r r r= = = =
= +
+
=
= ==
/ //
vì
( )
i
n n
2
1
i
n
1
=
+
=
/ .
• Thời gian đáp ứng trung bình của hệ
thống, E[R]:
[ ]
[ ] ( )
E R
E N
U
U
U
K U1
1 1
1
K
K
1
1
m m
= = - - -
+
+
+e o; U≠1
(8)
• Thời gian chờ đợi trung bình, E[W]:
[ ] [ ] [ ]
( )
E W E R E S U
U
U
K U1
1 1
1 1
K
K
1
1
m n
= - =
-
-
-
+
-+
+e o
(9)
λ
µ
1
N
Hình 3. Mạng đóng M/M/1/N của hệ thống PC
Client - AP Server
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.
CTMC của mạng hàng đợi đóng này cho ở
Hình 4.
2λ λ
ë
Nλ
( 1)N i λ− + ( 2)N λ− ( )N i λ−
K-2 K-1 K
µ
µ
m-
1
1 2 3 0 i-1 i i+1
( 1)N λ−
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
Hình 4. CTMC của mạng hàng đợi M/M/1/N của hệ thống PC Client - AP Server
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017 Journal of Science and Technology 53
Tính các thông số hiệu năng của mạng
M/M/1/N của hệ thống PC Client - AP Server:
• Các xác suất của trạng thái bền vững
. . ... ( )
. . ... ( )
( ) !
!
! !
N NU N
N N
U
N
N U
N U N U
1 2 3 1
1 2 3 1
1
N N
N
N
N
1 0 1 0 0
0
1
1
0 0
"
"
rn mr r r r
r
nr mr m r r r
= = =
-
-
=
=
-
= =-
-
( ) !
!
( ) !
!
... ( ) !
! !
( ) !
!
N
N U N
N U
N U N U
N i
N U
1
1 1 2
1
i
i
N
N N
i
N
i
0
0
2
1
0
0
r r
r
= =
+ - + - +
+ + +
= -
= -
=
J
L
KKKKKKKK
N
P
OOOOOOOO
/
/
Suy ra: ( ) !
!
N i
N Ui
i
N
0
0
1
r = -=
-d n/ ;
( ) !
! , , , , ...,N i
N U i N1 2 3i i 0r r= - = .
• Mức độ sử dụng của Server, E[U]:
[ ]
( ) !
!
E U
N
N
U
1
1
1
i i
i
N
i
N
i
i
N
0 0
01
0
1
r r r r= = - = - =
= - -
==
=
-b l/
//
(10)
• Thông lượng trung bình của Server, E[T]:
[ ] [ ] ( )E T E U 1i
i
N
1
0n r n n r= = = -
=
/ (11)
• Tốc độ trung bình đưa ra một yêu cầu
bởi 1 PC Client:
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
phải là: [ ]E R 1
m
+ .
• Tổng tốc độ đến của các yêu cầu từ N
Client:
[ ]E R
N
1
m
+
(12)
Thời gian đáp ứng trung bình của Server,
E[R]:
Trong trạng thái bền vững, tổng tốc độ đến
của các yêu cầu từ N Client phải bằng thông lượng
trung bình của AP - Server, nghĩa là:
[ ]
[ ] ( )
E R
N E T1 1 0
m
n r
+
= = -
Do đó:
[ ] ( ) [ ]
[ ]
E R N E U
N
U
NE S
1
1 1 1
0n r m n m m
=
-
- = - = -
[ ]E T
N 1
m
= - (13)
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:
[ ] [ ]
[ ]
[ ]E R E T
E N
Z E T
N
average throughput
Number of clients
average think time
1
m
= - = - =
= - (14)
Như vậy Z 1
m
= và E[N] = N - mỗi một
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) Đặt . ;Z s1 15 0 067"
m
m= = = E[S] =
1
n = 1s, .1n =
Khi số lượng client N = 1, thì không có xếp
hàng chờ đợi, E[W] = 0, và vì:
E[R] = E[S] + E[W] nên E[R] = E[S] = 1n = 1s.
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" :
lim : [ ]
[ ]
[ ]N E R U
NE S
NE S1 1" 3
m m
= - = - tăng
tuyến tính.
Giá trị N* là giá trị mà ở đó: tiếp tuyến
tải nhẹ [ ] [ ]E R NE S 1
m
= - cắt tiếp tuyến tải
nặng E[R] = E[S] = 1n = 1s, và
nó được
gọi là số bão hòa (Saturation Number) với
giá trị ngưỡng số truy nhập N* với E[U] = 1;
[ ]
[ ]
N E S
E S 1
1 1 1
15 16* m
m
n
=
+
= + = + = .
Với mô hình hàng đợi M/M/1/16 của AP,
, .1 0 067n m= = , khi số truy nhập N = 16 đến
AP thì sẽ xác suất mất mát tính theo (6) sẽ là:
.16 1
1 0 5916r = + = . Xác suất này là quá cao.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology54 Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017
Hình 5. Đồ thị E[R] phụ thuộc số PC Client
0 10 N*=16 20 30 40
25.0
12.5
N
Tiếp tuyến tải nhẹ
Tiếp tuyến tải nặng
1.0
E[R](s)
Có thể biểu diễn đáp ứng trung bình của AP
- Server như một hàm phụ thuộc vào số lượng các
PC - Client ở Hình 4.
2) Đặt: . ;Z s1 15 0 067"
m
m= = = E[S] =
1
n = 0.1s; .10n = Tốc độ phục vụ của AP tăng lên
gấp 10 lần so với kịch bản 1). Khi đó:
Để không có xếp hàng chờ đợi, E[W] = 0,
thì: E[R] = E[S] = 1n = 0.1s.
: [ ] [ ] *lim [ ]
[ ]
.
.
N E R NE S N E S
E R
s
s s
1
1
0 1
0 1 15 151
" "3
m
m= - =
+
= + =
Như vậy với mô hình hàng đợi M/M/1/151
của AP, , .10 0 067n m= = , khi số truy