第四章 實驗及特性分析
4.3 實驗流程與結果分析
A : RSSI >= HT (200)
B : HT > RSSI > LT
C : RSSI <= LT (180)
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我們的實驗除了測試我們提出的方法，也針對原來的SCTP 做測 試來比較，並在結果分析時指出原來的 SCTP 的缺點；我們的實驗流 程分成兩種cases：
Case 1
WLAN 的狀態從很好到很糟，再從很糟回到很好，如圖 4-2，
我們想觀察的是，當 WLAN 狀態有驟然的變化時，我們的結 果是否可以很好。
圖 4-2 實驗流程 A→C→A
圖4-3 為訊號強度還有 GPRS 的狀態變化圖，我們會先在 A 點停留約85 秒，然後開始移動到 C 點，移動時間約 10 秒，
接著在C 點停留約 85 秒，再移動回 A 點，最後停留 90 秒。
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圖 4-3 Case A→C→A，訊號強度、GPRS 狀態變化圖
以下為Case A→C→A 的實驗結果，根據定期傳送資料端與 資料大小，分為Subcase C→S、200bytes，Subcase C→S、
100bytes，Subcase S→C、200bytes，Subcase S→C、100bytes 四種；圖4-4 為實驗時紀錄的 WLAN 訊號強度與 GPRS 狀態 圖。
圖4-4 Case A→C→A 訊號強度與 GPRS 狀態圖
Subcase C→S、200bytes
150 170 190 210 230
0 900 1800 2700
RSSI
(0.1s)
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圖 4-5 Subcase A→C→A、C→S、200bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 0 50
Amount of GPRS data 51136 bytes 36992 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
11.99 元 8.67 元
表4-1 Subcase A→C→A、C→S、200bytes cost 比較
在此先對實驗結果的圖做個簡單的解說，橫軸是時間，圖 header 與SCTP header(約 48bytes)。
由實驗結果可以明顯看出，我們的作法比原本的SCTP 反
0 90000 180000 270000
Ori_WLAN
Handoff to GPRS
Handoff to GPRS Handoff to WLAN
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SCTP 卻需要經過五次的封包遺失，才能切換到 GPRS；
除此之外，當WLAN 訊號恢復後，我們的作法會馬上切 換回WLAN，可是原本的 SCTP 仍然繼續使用 GPRS 來 做傳輸，結果增加花費與反應時間；在cost 部分，如表 4-1，因為即使是很快速的移動位置，還是會經過一段訊 號衰落的時間，所以我們的作法會做並傳，也因此造成一 些duplicates，不過因為在 WLAN 恢復時我們的作法有切 換回去，所以在GPRS 總共的傳輸量是比較少的，所以所 需的花費也比較少。
下面會對圖4-5 裡面，原來的 SCTP 在 WLAN 變差時，
越來越高的反應時間做解釋。
圖4-6 數據圖上反應時間越來越高的原因
如圖4-6，假設 26 到 27 剛好是訊號強度變差的時候，我 們一一分析每個時間點的行為，為了簡化分析，所以不考 慮delayed ack。
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26：此時訊號強度還是好的，所以封包順利送達並收到 ack 所以反應時間為 WLAN RTT。
27：此時訊號強度變差，所以封包發生遺失(初使 RTO 為 1 秒)。
28：經過一秒後，發現編號 27 的封包發生遺失，所以會 進行重傳的動作，且 RTO 會設成兩秒，而 SCTP 的 重傳會用另一條路徑，也就是GPRS，加上封裝 (bundle)的技術，所以新的封包 28，會跟著重傳的 27，一起用 GPRS 送出去，然後收到 ack，所以對 27 來說，他的反應時間大約為 1 秒加上 GPRS RTT，
而對 28 來說，他的反應時間就是 GPRS RTT。
29：因為目前還沒切換到 GPRS，所以傳輸封包還是會透 過 WLAN，同樣的，此時的傳輸也會發生遺失。
30：因為 RTO 為 2 秒，所以此時還沒有 timeout 發生，不 會作重傳，新的封包30 在此刻傳輸會遺失。
31：此時 timeout 發生，會進行重傳的動作，同時把 29、
30、31 封裝起來，一起用 GPRS 送出，然後收到 ack，
因此，29、30、31 的反應時間，就會如圖 4-6 一樣。
以此類推，直到第五次的封包遺失發生，才會轉換到 GPRS。
Subcase C→S、100bytes
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圖 4-7 Subcase A→C→A、C→S、100bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 2 36
Amount of GPRS data 31512 bytes 24404 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
7.39 元 5.72 元
表4-2 Subcase A→C→A、C→S、100bytes cost 比較
如圖4-7，這個結果與 200 bytes 的結果差不多，不過因為
Subcase S→C、200bytes
0
0 90000 180000 270000
Ori_WLAN
Handoff to GPRS Acked after first
retransmission, reset counter
Handoff to GPRS Handoff to WLAN
36
0 90000 180000 270000
Ori_WLAN Ori_GPRS Mod
Handoff to GPRS
Packet Respnse Time
(ms) (ms)
Handoff to GPRS Handoff to WLAN
圖 4-8 Subcase A→C→A、S→C、200bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 43 67
Amount of GPRS data 62660 bytes 48022 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
14.69 元 11.26 元
表4-3 Subcase A→C→A、S→C、200bytes cost 比較
由圖4-8 可看出，S→C 的結果與 C→S 的結果差不多，
所以即使server 是處於被動的角色，還是可以透過
heartbeat 讓 server 即時與 client 狀態做同步；cost 部分，
如表4-3，我們的方法依然是比較低的。
Subcase S→C、100bytes
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0 90000 180000 270000
Ori_WLAN Ori_GPRS Mod
(ms) (ms)Respn se Time
Pack et
Handoff to GPRS
Handoff to GPRS Handoff to WLAN
Second retransmission is also loss
圖 4-9 Subcase A→C→A、S→C、100bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 34 72
Amount of GPRS data 39532 bytes 42588 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
9.27 元 9.98 元
表4-4 Subcase A→C→A、S→C、100bytes cost 比較
此結果與Case C→S、100bytes 的結果大致相同；如圖 4-9 紅色圈圈的標示，會有那樣的結果，是因為第一次重傳的
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最後回到很好，如圖4-10，且在很好的時候模擬出 GPRS 斷 線的情況，我們想觀察的是，當 WLAN 狀態較為平穩的變化 時，我們的結果是否可以很好，且在GPRS 斷線的情況，可 以更突顯我們考慮網路介面的優先權所帶來的好處。
圖 4-10 實驗流程 A→B→C→B→A
圖4-11 為訊號強度還有 GPRS 的狀態變化圖，我們會先在 A 點停留約55 秒，然後開始移動到 B 點，移動時間約 5 秒，接 著在B 點停留約 55 秒，再移動到 C 點，停留約 55 秒後，再 移回B 點，停留約 55 秒，再移回 A 點，在 A 點停留 60 秒後，
我們用ip-firewall 來擋住 GPRS 的封包，模擬 GPRS 斷線的情 形(因為 GPRS 涵蓋的範圍是很廣的，所以我們採用模擬的方 式)，等候 60 秒後，關閉 ip-firewall 恢復 GPRS 的狀態。
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圖 4-11 Case A→B→C→B→A，訊號強度、GPRS 狀態變化圖
以下為Case A→B→C→B→A 的實驗結果，根據定期傳送資 料端與資料大小，分為Subcase C→S、200bytes，Subcase C→S、100bytes，Subcase S→C、200bytes，Subcase S→C、
100bytes 四種；圖 4-12 為實驗時紀錄的 WLAN 訊號強度與 GPRS 狀態圖。
圖4-12 Case A→B→C→B→A 訊號強度與 GPRS 狀態圖
Subcase C→S、200bytes
0
0 60000 120000 180000 240000 300000 360000 420000
Ori_WLAN
Handoff to GPRS
Handoff to GPRS Handoff to WLAN
Handoff to WLAN RTO is related to RTT
150 170 190 210 230
0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200
RSSI
(0.1s)
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圖4-13 Subcase A→B→C→B→A、C→S、200bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 27 248
Amount of GPRS data 59552 bytes 70112 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
13.96 元 16.43 元
表4-5 Subcase A→B→C→B→A、C→S、200bytes cost 比較
這個case 的結果，很明顯的，我們的做法也是比較好，
只是在訊號強度衰落的時候，因為沒有封包遺失的情形，
所以並傳變成一種浪費，不過因為我們的設計是希望能有 很快速的反應時間，所以用多一點的cost(約 2.5 元)，如 表4-5，來換取封包遺失發生時，更快的反應時間；另外 在後面我們模擬GPRS 斷線的情況，對原來的 SCTP 來 說，因為當時主要傳輸路徑為 GPRS，所以他要經過五次 的封包遺失後，才會再轉換回WLAN，而對我們設計的 方法來說，因為早就轉換到WLAN 了，所以即使 GPRS 在當時斷線，也不會影響反應時間。
Subcase C→S、100bytes
41
0 60000 120000 180000 240000 300000 360000 420000
Ori_WLAN
Handoff to WLAN Handoff to GPRS
Handoff to GPRS
Handoff to WLAN Acked after
retransmission, reset counter
圖4-14 Subcase A→B→C→B→A、C→S、100bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 36 231
Amount of GPRS data 39084 bytes 50448 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
9.16 元 11.82 元
表4-6 Subcase A→B→C→B→A、C→S、100bytes cost 比較
這個case 的結果大致與 200bytes 相同，不過在紅色圈圈
Subcase S→C、200bytes
42
0 60000 120000 180000 240000 300000 360000 420000
Ori_WLAN Ori_GPRS Mod Handoff to GPRS
Packet Respnse Time
(ms) (ms)
Handoff to GPRS
Handoff to WLAN
Handoff to WLAN
圖4-15 Subcase A→B→C→B→A、S→C、200bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 75 271
Amount of GPRS data 70184 bytes 85072 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
16.45 元 19.94 元
表4-7 Subcase A→B→C→B→A、S→C、200bytes cost 比較
這個case 的結果跟之前的大致相同，我們的方法 response time 可以比原來的 sctp 好很多；cost 部分，如表 4-7，我 們的方法花費依然是較高的，且由於在做這個實驗時，
WLAN 的狀態較為不穩定，所以如圖 4-15，280、370 秒 左右，都有幾次的重傳發生，所以會進入並傳的狀態而使 用GPRS 來做傳輸，因此花費比 case A→B→C→B→A、
C→S、200bytes 還高一些。
Subcase S→C、100bytes
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0 60000 120000 180000 240000 300000 360000 420000
Ori_WLAN
First and second retransmission is also loss
Handoff to WLAN Handoff to GPRS
Handoff to GPRS
Handoff to WLAN
圖4-16 Subcase A→B→C→B→A、S→C、100bytes 實驗結果
Original SCTP Modified SCTP
Duplicates 70 328
Amount of GPRS data 45216 bytes 67056 bytes Cost of GPRS
(0.03 元 / 128 bytes)
10.60 元 15.72 元
表4-8 Subcase A→B→C→B→A、S→C、100bytes cost 比較
這個case 的結果，在 WLAN 訊號強度衰落的時候(60～
120、180～240)，可以看出反應時間幾乎都控制在一秒以 內，這就突顯出並傳的優點，如表4-8，用多一些的 cost 來換取快一點的反應時間，此結果duplicates 的次數較 多，是因為當WLAN 發生遺失時，下一刻就會進入並傳，
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圖 4-17 實驗流程 - 只有一個網路介面
圖4-18 為訊號強度變化圖，首先在 A 點停留約 10 秒，然後 開始移動到C 點，移動時間約 10 秒，接著在 C 點停留約 5 秒，再移動回A 點，最後停留 10 秒。
圖 4-18 WLAN 訊號強度變化圖
因為只有一個網路介面，所以我們的測試只有一種，結果如 下。
45
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Ori First retransmission Mod
acked, reset counter
(ms) A→B→C→B→A、C→ S、200bytes。