Bài giảng Cơ sở truyền số liệu - Chương 8: Điều khiển luồng kết hợp ARQ Go-back-N

Điều khiển luồng kết hợp ARQ
 Go-back-N
 Nguyên tắc
• Phát nhiều khung thông tin liên tiếp trước khi nhận được xác
 nhận, nhiều nhất là W, được gọi là kích thước cửa sổ. Go-back-N
 và phương pháp selective repeat (trình bày ở phần sau) được gọi
 là cơ chế cửa sổ trượt (sliding window)
• Mỗi khi phát xong một khung thông tin, phía phát giảm kích
 thước cửa sổ đi 1. Khi kích thước cửa sổ bằng 0, phía phát sẽ
 ngừng. Điều này đảm bảo phía thu kịp xử lý
• Khi nhận được một ACK, phía phát sẽ tăng kích thước cửa sổ W
 lên 1. Tổng số khung mà phía thu phải xử lý tại một thời điểm vẫn
 không vượt quá W
• Để phân biệt các khung, cần đánh số thứ tự. Nếu dùng k bit để
 đánh số thì tổng số khung được đánh số sẽ là 2k (từ 0 đến 2k – 1)
 k
 và do đó, kích thước cửa sổ tối đa Wmax = 2
• ACK có thể được đính vào gói phát theo chiều ngược (piggy
 back)
 Hoạt động
 W = 7 W = 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 F0
 F1
 F2
 W = 4
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 W = 4
 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 W = 7
 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 ACK3
 W = 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 F3
 W = 6
 F4 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 F5
 W = 3 F6
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 W = 4
 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 ACK4
 W = 4
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
 Có lỗi ?
• Trong trường hợp lý tưởng (không có lỗi xảy ra) thì cơ chế cửa
 sổ trượt đảm bảo số khung thông tin từ phía phát đến phía thu
 không vượt quá kích thước cửa sổ. Trong trường hợp này,
 không có sự phân biệt giữa Go-back-N và selective repeat
• Khi có lỗi xảy ra, việc truyền lại các khung lỗi của cơ chế cửa sổ 
 trượt được thực hiện theo hai cách khác nhau:
 – Go-back-N: phía phát sẽ thực hiện phát lại khung thông tin bị sai và tất cả 
 các khung thông tin khác đã được truyền, tính từ khung bị sai.
 – Selective repeat: phía phát sẽ chỉ phát lại các khung thông tin bị sai
 Khung thông tin bị lỗi
 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 7 0
 ACK1 ACK2 NAK2 ACK3 ACK4 ACK5 ACK6
 0 1 2 3 4 5 6
 Khung sai
 Các khung bị hủy
• Khung thông tin bị lỗi – có thể xảy ra một trong ba trường hợp:
 – Phía phát đã phát khung i, phía thu đã thu đúng các khung từ i – 1 trở về 
 trước. Lúc này phía thu sẽ gửi NAK i (RN = i). Khi phía phát nhận được 
 NAK i, nó sẽ thực hiện phát lại khung i và tất cả các khung sau i (trường 
 hợp khung 2)
 – Khung thông tin i bị mất trên đường truyền, giả sử phía thu nhận được 
 khung i+1, lúc này phía thu thấy các khung đến không theo thứ tự (nhận 
 được i+1 trước khi nhận được i) và hiểu rằng khung i đã mất. Phía thu 
 sẽ gửi lại NAK i cho phía phát
 Khung thông tin bị lỗi
 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 7 0
 ACK1 ACK2 NAK2 ACK3 ACK4 ACK5 ACK6
 0 1 2 3 4 5 6
 Khung sai
 Các khung bị hủy
– Khung thông tin i bị mất trên đường truyền và phía phát không 
 gửi thêm khung thông tin nào nữa. Lúc này phía thu không nhận 
 được gì và không gửi lại ACK hay NAK. Phía phát chờ đến time-
 out của khung thông tin i và thực hiện truyền lại khung này
 ACK bị lỗi
• Khung ACK bị lỗi – ACK bị lỗi có thể xảy ra một trong hai 
 trường hợp:
 – Phía thu nhận được khung i và gửi ACK(i+1) về phía phát và bị 
 mất. Giả sử trước khi time-out của khung i xảy ra, phía phát nhận 
 được ACK(i+2) (hoặc ACK(i+n) với n > 1) thì phía phát hiểu rằng 
 khung i đã được nhận đúng. Kết luận này được giải thích như 
 sau: khi phía thu gửi ACK(i+2) nghĩa là phía thu đã nhận đúng (và 
 chấp nhận) khung i+1, điều đó cũng đồng nghĩa với việc phía thu 
 đã nhận đúng khung i. Người ta nói cơ chế của Go-back-N sử 
 dụng cummulative ACK (nghĩa là các ACK sau cũng đồng thời 
 báo nhận cho các khung trước đó)
 – Nếu trong khoảng thời gian time-out của khung i, phía phát không 
 nhận được ACK(i+n) nào cả thì sau time-out, phía phát sẽ phải 
 phát lại khung i (và tất cả các khung sau đó)
 NACK bị lỗi
• Khung NAK bị lỗi – trong trường hợp NAK bị lỗi, 
 nghĩa là khung i bị lỗi, lúc này phía thu sẽ không 
 nhận thêm một khung nào sau khung i (và cũng sẽ 
 không gửi báo nhận). Với trường hợp này phía phát 
 bắt buộc phải chờ đến time-out và thực hiện phát lại 
 khung thông tin i.
• Để đơn giản vấn đề, chúng ta không xem xét trường 
 hợp ACK và NAK bị sai đồng thời
 Đệm thu/phát
• Trong trường hợp phía thu có khả năng xử lý W
 khung thông tin thì không cần bộ đệm. Phía thu chỉ 
 nhận và xử lý thông tin theo đúng thứ tự (dựa trên số 
 thứ tự đánh trên các khung)
• Phía phát phải lưu tối đa là W khung thông tin trong 
 bộ đệm để chờ ACK 
 Hiệu suất - không lỗi
• Ta biết với kỹ thuật stop-and-wait, nếu không có lỗi đường 
 truyền thì:
 1
 TF
 stop and wait với a 
 1 2a TD
• Có thể hiểu rằng (1+2a) chính là số gói có thể phát đi trong 
 khoảng thời gian tính từ lúc phát đi gói đầu tiên cho đến 
 khi nhận xong gói ACK đầu tiên 
 w
• Với go-back-N có W < 1+2a thì  
 ideal 1 2a
• Với go-back-N có W ≥ 1+2a thì
 ideal 1
 Hiệu suất - có lỗi
• Xác suất lỗi là p, khi đó:
 ideal
 reality 
 NR
 với NR là số lần trung bình phát lại cho đến khi nhận đúng
• Xác suất để phải phát một gói i lần là:
 p(i) pi 1(1 p)
• Gọi số gói phải phát lại trong mỗi lần là K, suy ra tổng số 
 gói phải phát trong i lần là:
 f (i) 1 (i 1)K
• Có: 
 i 1
 NR  f (i).p(i) [1 (i 1)K].p (1 p)
 i 1 i 1
 Hiệu suất - có lỗi
 1
• Chú ý rằng: rrii 1
 ii 011 r
 1
 i.ri-1 
  2
 và i 1 (1 r )
• Ta có kết quả: K1 p Kp
 NK 1 
 R 11 pp
• Dễ thấy:
 – Nếu W ≥ 2a + 1 thì K 2a + 1 – do khi NACK của khung i về thì phía 
 phát đã phát thêm được 2a + 1 khung
 – Nếu W < 2a + 1 thì K = W – do khi NACK của khung i về thì phía phát 
 đã phát xong kích thước cửa sổ (W khung) và đang chờ báo nhận cho 
 khung i để phát tiếp.
 Hiệu suất - có lỗi
• Cuối cùng, hiệu suất được tính:
 1 p
  
 Go back N 12 ap
 nếu W ≥ 2a + 1, và:
 W(1-p)
  
 Go back N (2a+1)(1-p+Wp)
 nếu W < 2a + 1
• Như vậy:
 – Ưu điểm của phương pháp ARQ Go-back-N là hiệu suất cao hơn 
 so với phương pháp ARQ dừng và đợi. 
 – Cơ chế xử lý thông tin ở phía thu khá đơn giản và không cần bộ 
 đệm
 – Tuy nhiên, có thể phải truyền lại quá nhiều khung thông tin trong 
 trường hợp bị lỗi. Để khắc phục nhược điểm này, người ta đề xuất 
 sử dụng cơ chế ARQ phát lại theo yêu cầu (Selective repeat ARQ)