ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP điều KHIỂN THÔNG MINH CHO nút MẠNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO NÚT MẠNG Số hợp đồng: 2019.01.76 / HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Kim Quốc Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng TP Hồ Chí Minh, ngày i tháng năm 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO NÚT MẠNG Số hợp đồng : 2019.01.76 /HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Kim Quốc Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Thời gian thực hiện: tháng Các thành viên phối hợp cộng tác: STT Họ tên Chuyên ngành Cơ quan cơng tác ii Ký tên TĨM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Sán phẩn đăng ký thuyết minh Sản phẩm thực đạt (1) 01 Bài báo cáo tổng kết đề tài (1) 01 Bài báo cáo tổng kết đề tài (2) 01 Bài báo quốc tế (2) 01 Bài báo quốc tế i MỤC LỤC TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THÔNG TẠI NÚT MẠNG 1.1 Truyền thông mạng TCP/IP 1.1.1 Mô hình truyền thơng mạng TCP/IP 1.1.2 Mơ hình tốn học TCP/IP 1.1.3 Tắc nghẽn mạng TCP/IP 1.1.4 Kiểm soát tắc nghẽn giao thức TCP 1.1.5 Kiểm soát tắc nghẽn nút mạng 1.1.6 Quản lý hàng đợi tích cực nút mạng 1.1.7 Kỹ thuật thông báo tắc nghẽn rõ ràng 1.2 Phân tích đánh giá chế quản lý hàng đợi tích cực 1.2.1 Các chế AQM dựa chiều dài hàng đợi 1.2.2 Các chế AQM dựa tải nạp 1.2.3 Các chế AQM dựa chiều dài hàng đợi tải nạp 1.3 Tình hình ứng dụng tính tốn mềm quản lý hàng đợi tích cực 1.3.1.Cơ chế FEM 1.3.2.Cơ chế FCRED 1.3.3 Cơ chế FUZZY BLUE 1.3.4 Cơ chế DEEP BLUE 1.3.5.Cơ chế FREM 1.3.6.Cơ chế FUZREM ii 1.4 Kết luận chương 20 CHƯƠNG CẢI TIẾN ĐIỀU KHIỂN TẠI NÚT MẠNG DỰA TRÊN ĐIỀU KHIỂN MỜ 21 2.1 Cơ sở tốn học lơ-gíc mờ 21 2.1.1 Tập mờ 21 2.1.2 Các dạng hàm thuộc tập mờ 22 2.1.3 Các thông số đặc trưng cho tập mờ 23 2.1.4 Các phép toán tập mờ 24 2.1.5 Luật hợp thành mờ 25 2.1.6 Giải mờ 27 2.1.7 Điều khiển mờ 27 2.1.8 Hệ mờ Mamdani 29 2.1.9 Hệ mờ Sugeno 29 2.2 Phân tích chế AQM sử dụng điều khiển mờ .29 2.3 Xây dựng mơ hình điều khiển mờ thích nghi AFC cải tiến AQM 31 2.3.1 Mơ hình điều khiển mờ thích nghi AFC 31 2.3.2 Hoạt động điều khiển mờ thích nghi AFC 32 2.3.3 Xác định biến đầu vào đầu cho AFC 33 2.4 Xây dựng điều khiển mờ cho AFC 33 2.4.1 Hệ số đầu vào 33 2.4.2 Mờ hóa đầu vào 34 2.4.3 Hệ luật sở suy diễn mờ 34 2.4.4 Giải mờ đầu 34 2.4.5 Xây dựng mơ hình mẫu cho AFC 35 2.4.6 Xây dựng chế thích nghi cho AFC 35 2.5 Cải tiến chế RED điều khiển mờ thích nghi AFC 36 2.5.1 Mờ hóa biến đầu vào FLRED 36 iii 2.5.2 Mờ hóa biến đầu FLRED 38 2.5.3 Xây dựng luật suy diễn mờ cho FLRED 39 2.5.4 Mặt cong suy diễn FLRED 41 2.5.5 Minh họa tính tốn đầu hệ thống mờ FLRED 41 2.6 Cải tiến chế REM điều khiển mờ thích nghi AFC 43 2.6.1 Mờ hóa biến đầu vào FLREM 43 2.6.2 Mờ hóa biến đầu FLREM 46 2.6.3 Xây dựng luật suy diễn mờ cho FLREM 46 2.6.4 Mặt cong suy diễn FLREM 48 2.7 Mô đánh giá hiệu chế FLRED FLREM 49 2.7.1 Cài đặt chương trình cho chế FLRED FLREM .49 2.7.2 Qui trình mơ đánh giá chế AQM 49 2.7.3 Các tiêu chí đánh giá hiệu chế AQM 50 2.8 Đánh giá độ ổn định chế FLRED FLREM 51 2.8.1 Mơ hình mạng đơn máy nhận 51 2.8.2 Kiểm soát hàng đợi chế FLRED FLREM 51 2.8.3 Khả đáp ứng chế FLRED FLREM 54 2.9 Đánh giá hiệu chế FLRED FLREM 56 2.9.1 Mơ hình mạng đa máy nhận 56 2.9.2 Đánh giá tỉ lệ gói tin chế FLRED FLREM 57 2.9.3 Đánh giá mức độ sử dụng đường truyền FLRED FLREM 58 2.10 Kết luận chương 59 CHƯƠNG TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN MỜ VỚI MẠNG NƠ-RON NÂNG CAO HIỆU NĂNG ĐIỀU KHIỂN TẠI NÚT MẠNG 61 3.1 Tổng quan mạng nơ-ron nhân tạo 61 3.1.1 Đơn vị xử lý (nơ-ron) 61 3.1.2 Liên kết mạng nơ-ron 62 iv 3.1.3 Quá trình học mạng nơ-ron 63 3.2 Mạng nơ-ron truyền thẳng lớp 63 3.2.1 Mạng Perceptron lớp 63 3.2.2 Quá trình học mạng nơ-ron truyền thẳng lớp 64 3.3 Mạng nơ-ron truyền thẳng nhiều lớp 65 3.3.1 Thuật toán học lan truyền ngược 65 3.3.2 Huấn luyện mạng theo thuật toán lan truyền ngược 66 3.4 Tích hợp điều khiển mờ với mạng nơ-ron 67 3.4.1 Nền tảng tích hợp 67 3.4.2 Các mơ hình tích hợp 68 3.5 Xây dựng mơ hình mạng nơ-ron mờ FNN cải tiến AQM 69 3.5.1 Mơ hình mạng nơ-ron mờ FNN 69 3.5.2 Hoạt động điều khiển nơ-ron mờ FNN 70 3.6 Xây dựng điều khiển nơ-ron mờ FNN 70 3.6.1 Tạo nơ-ron mờ cho FNN 70 3.6.2 Xây dựng mạng nơ-ron mờ FNN 71 3.6.3 Huấn luyện mạng nơ-ron mờ FNN 72 3.6.4 Chỉnh định tham số hàm thuộc AFC 72 3.7 Xây dựng thuật toán lan truyền ngược cải tiến IBP 73 3.7.1 Chuẩn hóa số liệu đầu vào 73 3.7.2 Bổ sung hệ số quán tính 74 3.7.3 Điều chỉnh tốc độ học 74 3.7.4 Thuật toán lan truyền ngược cải tiến 75 3.8 Xây dựng chế quản lý hàng đợi tích cực FNNRED 76 3.8.1 Cài đặt chế FNNRED 76 3.8.2 Huấn luyện mạng FNN FNNRED 76 3.8.3 Kết huấn luyện FNN FNNRED 77 v 3.9 Xây dựng chế quản lý hàng đợi tích cực FNNREM 79 3.9.1 Cài đặt chế FNNREM 79 3.9.2 Huấn luyện mạng FNN FNNREM 79 3.9.3 Kết huấn luyện FNN FNNREM .80 3.10 Mô đánh giá hiệu chế FNNRED FNNREM 81 3.10.1 Kiểm soát hàng đợi chế FNNRED FNNREM 82 3.10.2 Khả đáp ứng chế FNNRED FNNREM 84 3.11 Đánh giá hiệu chế FNNRED FNNREM 86 3.11.1 Đánh giá tỉ lệ gói tin chế FNNRED FNNREM 86 3.11.2 Đánh giá sử dụng đường truyền chế FNNRED FNNREM 87 3.12 Kết luận chương 88 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn ACK Ack AFC Ada AIMD Add Dec ANN Arti AQM Acti BLUE BLU BP Bac CE Con CQS Clas CWND Con DT Dro DVP Dro ECN Exp FCRED Fuz FIFO Firs FIS Fuz FL Fuz FLC Fuz FLRED FL R FLREM Fuz Mar vii Ký hiệu Diễn FNN Fuz FNNREM Fuz Exp FRED Flow FS Fuz FSFB Fuz FTP File FUZREM Fuz GREEN GSM Gen Eva Glo Com IP Inte IBP Imp LAN Loc LMS Lea MATLAB MA MF Mem MIMO Mul MISO Mul MLP Mul MSS Max NS2 Netw gói tăng lên (tăng theo cấp số cộng) có dấu hiệu tắc nghẽn xuất mạng TCP giảm nhanh (giảm theo cấp số nhân) tốc độ gửi gói vào mạng kết thúc [4][24] Timeout Chuẩn RFC 2581 giới thiệu thuật toán kiểm soát tắc nghẽn TCP gồm pha: bắt đầu chậm, tránh tắc nghẽn, phát lại nhanh phục hồi nhanh • Điều khiển lưu lượng gói tin nút mạng Mục tiêu quan trọng chế quản lý hàng đợi tích cực ngăn ngừa tắc nghẽn trước thực xảy ra, trì chiều dài hàng đợi ổn định nhằm giảm bớt mát gói, đạt lưu lượng truyền liệu cao độ trễ hàng đợi thấp [10][17][18] Trước hết, tác giả trình bày kiến trúc việc kiểm sốt tắc nghẽn quản lý hàng đợi tích cực nút mạng Các nút mạng có kiến trúc CQS (Classification-Queue-Schedular) nhằm hỗ trợ kiểm soát tắc nghẽn nút cổ chai Hình trình bày kiến trúc CQS [17][22] Các gói tin đến Nhìn chung gói tin đến nút mạng, chuyển qua khối xử lý: phân lớp gói tin, quản lý hàng đợi, lập lịch gói tin − Phân lớp gói tin: Việc truyền thông mạng TCP/IP ngày trở nên phức tạp, phải truyền tải nhiều loại lưu lượng với đặc tính khác Việc truyền tải lưu lượng, điều khiển truy nhập đáp ứng dịch vụ khác địi hỏi có phân biệt gói dựa sở đa trường phần đầu gói (PH: Packet Header), gọi phân lớp gói tin Mạng đặt mức ưu tiên cho gói, dựa vào mức ưu tiên để điều khiển mạng có tắc nghẽn xảy Gói có độ ưu tiên cao ưu tiên truyền trước, gói có độ ưu tiên thấp bị loại bỏ có tắc nghẽn − Quản lý hàng đợi: Các nút mạng TCP/IP cấu hình với nhiều hàng đợi có kích thước lớn, gói truyền mạng phải thời gian dài để truyền hàng đợi Trễ hàng đợi chí cịn lâu trễ truyền mạng Để giải vấn đề này, sử dụng thuật toán quản lý hàng đợi nhằm kiểm soát chiều dài hàng đợi ổn định Quản lý hàng đợi bao gồm hoạt động: thêm gói vào hàng đợi hàng đợi chưa đầy, loại bỏ gói hàng đợi đầy, quản lý mức độ chiếm giữ hàng đợi, đánh dấu gói hàng đợi chuẩn bị đầy thơng báo tình trạng tắc nghẽn máy gửi để điều tiết lưu thông mạng  Lập lịch gói tin: Bộ lập lịch định xem gói tin đưa giao diện đầu nào, sau hướng tới nút mạng Tại nút mạng có hỗ trợ kiến trúc CQS giao diện có tầng lập lịch để chia sẻ khả giao diện đầu có hàng đợi liên quan Quá trình lập lịch giúp cho gói từ nhiều hàng đợi giao diện đầu tranh chấp đầu ra, tránh tắc nghẽn đầu Trong nước (Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu nước thuộc lĩnh vực nghiên cứu đề tài, đặc biệt phải nêu cụ thể kết KH&CN liên quan đến đề tài mà cán tham gia đề tài thực Nếu có đề tài chất thực cấp khác, nơi khác phải giải trình rõ nội dung kỹ thuật liên quan đến đề tài này; Nếu phát có đề tài tiến hành mà đề tài phối hợp nghiên cứu cần ghi rõ Tên đề tài, Tên Chủ nhiệm đề tài quan chủ trì đề tài đó) Bài báo [31] tác giả Nguyễn Kim Quốc tìm hiểu phân tích chế quản lý hàng đợi tích cực Các chế đánh giá đầy đủ mặt học thuật cài đặt mô Bài báo [32] tác giả Nguyễn Kim Quốc Võ Thanh Tú xây dựng chế NEWGREEN từ việc cải tiến chế GREEN thuật tốn tính xác suất đánh dấu gói tin mới, nhằm đánh giá đường gói tin, giúp cho việc định tuyến lại theo đường có tỉ lệ gói thấp Bài báo [33] nhóm tác giả Nguyễn Kim Quốc Võ Thanh Tú, thực đánh giá hiệu phân lớp ứng dụng cho chế quản lý hàng đợi tích cực điển hình Bài báo [34] nhóm tác giả Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú Nguyễn Thúc Hải, đề xuất cải tiến chế quản lý hàng đợi GREEN kỹ thuật thông báo tắc nghẽn rõ ràng Kết cài đặt mô cho thấy hiệu chế cải tiến cao nhiều so với chế GREEN nguyên thủy Bài báo [35] nhóm tác giả Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú Nguyễn Thúc Hải, xây dựng chế quản lý hàng đợi FSFB, cách dùng điều khiển mờ truyền thống để cải tiến chế SFB Kết mơ cho thấy chế FSFB có tỉ lệ gói mức độ sử dụng hàng đợi thấp so với chế SFB Bài báo khẳng định lợi ích lập luận mờ tốn AQM Bài báo [36] nhóm tác giả Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú Nguyễn Thúc Hải, xây dựng chế quản lý hàng đợi FREM, cách dùng mạng nơ-ron nhân tạo để cải tiến chế REM Kết mô cho thấy chế FREM có mức độ sử dụng băng thơng đường truyền tỉ lệ cân luồng khác cao so với chế REM Bài báo nêu lên vai trò quan trọng mạng nơ-ron nhân tạo việc kiểm soát tắc nghẽn nút mạng Các cơng trình [37][38][39][40] nhóm tác giả Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú Nguyễn Thúc Hải sử dụng cơng cụ tính tốn mềm (SC- Soft Computing), như: lơgíc mờ, mạng nơ-ron, lập luận xác suất, tính tốn tiến hóa, để cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực điển hình Các cơng trình bao gồm hướng phát triển, cải tiến, mở rộng nhằm giải toán AQM, để nâng cao hiệu kiểm soát tắc nghẽn nút mạng Nội dung chúng chứa kiến trúc, giao thức, công nghệ ứng dụng đại tính tốn mềm Các tác phẩm khoa học khai thác thấu đáo lý thuyết SC, làm tảng cho ứng dụng SC toán mạng phục vụ cho IoT 10.2 Luận giải việc đặt mục tiêu nội dung, phạm vi/đối tượng cần nghiên cứu đề tài (Trên sở đánh giá tình hình nghiên cứu ngồi nước, phân tích cơng trình nghiên cứu có liên quan, kết lĩnh vực nghiên cứu đề tài, đánh giá khác biệt trình độ KH&CN nước giới, vấn đề giải quyết, cần nêu rõ vấn đề tồn tại, hạn chế cụ thể, từ nêu hướng giải - luận giải cụ thể hoá mục tiêu đặt đề tài nội dung cần thực đề tài để đạt mục tiêu) Như trình bày trên, có nhiều cơng trình nghiên cứu cải tiến giao thức truyền thông chế quản lý hàng đợi nút mạng Tuy nhiên chế tồn vấn đề sau cần cải tiến chế hoạt động hiệu hơn:  Thứ nhất, độ tuyến tính hàm kiểm sốt chế nắm bắt để điều khiển hiệu tính phi tuyến mạng phụ thuộc tĩnh chế vào tham số nên thích nghi tình trạng mạng ln thay đổi Vấn đề đề tài sử dụng lơ-gíc mờ để giải  Thứ hai, hầu hết chế quản lý hàng đợi tích cực có chưa xét hết ảnh hưởng yếu tố mạng đến q trình kiểm sốt tắc nghẽn nên chế chưa thể điều khiển thích nghi tốt với mơi trường mạng Vì vậy, đề tài sử dụng kỹ thuật điều khiển mờ thích nghi để khắc phục tồn  Thứ ba, số chế quản lý hàng đợi tích cực gần có sử dụng lập luận mờ để tham gia vào quản lý hàng đợi hệ điều khiển mờ chế phụ thuộc nhiều vào chuyên gia tham số chưa cập nhật để đáp ứng với điều kiện mạng khác Do đó, đề tài áp dụng điều khiển mờ tối ưu cách huấn luyện hệ thống, cho hệ thống học theo môi trường mạng thay đổi để có tham số tối ưu cho chế hoạt động hiệu Thực tiễn yêu cầu chế quản lý hàng đợi nút mạng phải có thiết kế đủ mạnh, tổng quát để nắm bắt kịp thời đầy đủ thuộc tính quan trọng biến thiên mạng Vì vậy, nghiên cứu cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực để nút mạng điều khiển thơng minh nhằm kiểm sốt tắc nghẽn tốt mạng phi tuyến ln biến động tốn lớn mạng TCP/IP Kỹ thuật tính tốn mềm cơng cụ tốt để thể tri thức, khai thác khả đặc biệt tư người giải hiệu vấn đề mơi trường khơng chắn khơng xác [36] Do đó, kỹ thuật tính tốn mềm giải pháp thích hợp để cải tiến chế quản lý hàng đợi đáp ứng yêu cầu 11 Liệt kê danh mục cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài trích dẫn đánh giá tổng quan (Tên cơng trình, tác giả, nơi năm công bố, nêu danh mục trích dẫn để luận giải cho cần thiết nghiên cứu đề tài) Danh mục tham khảo: [1] Alexander Afanasyev, Neil Tilley, Peter Reiher, and Leonard Kleinrock (2010), “Host-to-Host Congestion Control for TCP”, IEEE Communications Surveys & Tutorials, Accepted For Publication, pp 1-39 [2] Alshalaa A Shleeg, Issmail M Ellabib (2013), "Comparison of Mamdani and Sugeno Fuzzy Interference Systems for the Breast Cancer Risk", International Journal of Computer, Control, Quantum and Information Engineering, Vol 7, No 10, pp 695-699 [3] Apu Kapadia, Wu-chun Feng and Roy H Campbell (2011), “GREEN: A TCP Equation-Based Approach to Active Queue Management”, U.S Department of Energy through Los Alamos National Laboratory W-7045-ENG-36, pp 64-76 [4] Arash Dana1 and Ahmad Malekloo (2010), “Performance Comparison between Active and Passive Queue Management”, JCSI International Journal of Computer Science Issues, Vol 7, Issue 3, No 5, pp 13-17 [5] Arshdeep Kaur, Amrit Kaur (2012), "Comparison of Mamdani-Type and Sugeno-Type Fuzzy Inference Systems for Air Conditioning System", International Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE), Vol 2, Issue-2, pp 322-325 [6] Athuraliya S., Lapsley D E., Low S H (2001), “Random early marking for Internet [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] congestion control” IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol 15, No 3, pp 48-53 Bartek Peter Wydrowski (2003), Techniques in Internet Congestion Control, Electrical and Electronic Engineering Department The University of Melbourne C Chryostomou, A Pitsillides, G Hadjipollas and others (2007), “Fuzzy Logic Congrestion Control in TCP/IP Best-Effort Networks” University of Cyprus, Monash University Melbourne, Australia, pp 2-5 C P Fu and S C Liew (2003), “TCP Veno: Tcp Enhancement For Transmission Over Wireless Access Networks”, IEEE J Sel Areas Communication, Vol 21, No C V Hollot, V Misra, D Towsley, and W Gong (2002), “Analysis and design of controllers for AQM routers supporting TCP flows”, IEEE Trans on Automat Control, No 47, 945–959 Chhabra Kiran, Manali Kshirsagar, A S Zadgaonkar (2013), “Effective Congestion Indication for Performance Improvement of Random Early Detection”, International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE), Vol 3, pp 35-38 Floyd, S., Gummadi, R., & Shenker, S (2001), “Adaptive RED: An Algorithm for Increasing the Robustness of RED Active Queue Management”, Technical report, ICSI, AT&T Center for Internet Research at ICSI, pp.1-12 G.F.Ali Ahammed, Reshma Banu (2010), “Analyzing the Performance of Active Queue Management Algorithms”, International journal of Computer Networks & Communications (IJCNC), Vol.2, No.2, pp 1-12 Hao Kun, Wang Beibei, Luo Yongmei (2013), “Study of AQM Congestion Control Algorithm Based on Control Theory”, Journal of Convergence Information Technology(JCIT), Vol 8, No 8, pp 600-607 I K Tabash, M A A Mamun, and A Negi (2010), “A Fuzzy Logic Based Network Congestion Control Using Active Queue Management Techniques”, J Sci Res (2), pp 273-284 J Sun, M Zukerman, and M Palaniswami (2007), “Stabilizing RED using a fuzzy controller,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC ’07), pp 266– 271 Jasem, H.N., Z.A Zukarnain, M Othman and S Subramaniam (2011), “Efficiency and Fairness of New-Additive Increase Multiplicative Decrease Congestion Avoidance And Control Algorithm”, J Applied Sci, No 11, pp 438-449 Jyh Shing Roger Jang, Chuen Tsai Sun, Eiji Mizutani (2002), Neuro fuzzy and Soft Computing, Prientice Hall International, Inc K Ramakrishnan, S Floyd, and D Black (2001), “The Addition of Explicit Congestion Notification (ECN) to IP”, RFC 3168 Kaur, Gurmeet; Singh, M L (2009), “A Survey of Recent Advances in Fuzzy Logic in Communication Systems”, International Journal of Applied Engineering Research, Vol 4, Issue 2, p139 -145 Kevin Fall and Kannan (2010), The NS Manual, A Collaboration between researchers at UC Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC M H Yaghmaee, M B Menhaj, H Amintoosi (2005), “A Fuzzy Extension to the BLUE Active Queue Management Algorithm”, Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Vol.1, No.3, pp 3-14 M Moghaddam (2010), “A fuzzy active queue management mechanism for Internet congestion control”, in Proceedings of the 2010 Third International Workshop on Advanced Computational Intelligence (IWACI), pp 203–208 Minseok Kwon and Sonia Fahmy (2010), “A Comparison of Load-based and Queue-based Active Queue Managgement Algorithms”, Dept Of computer Science, Purdue University, West Lafayette, in 47906-1398, USA, pp.1-12 [25] Richelle Adams (2013), “Active Queue Management: A Survey”, IEEE communications [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] surveys & tutorials, Vol 15, No 3, pp 1425-1476 S Athuraliya, S Low, V Li, and Q Yin (2001), “REM: Active Queue Management”, IEEE Network, Vol 15, No 3, pp 48–53 S Masoumzadeh, G Taghizadeh, K Meshgi, and S Shiry (2009), “DEEP BLUE: A Fuzzy QLearning Enhanced Active Queue Management Scheme”, in Proceedings of the International Conference on Adaptive and Intelligent Systems (ICAIS ‟09), pp 43–48 Shilpa N Ingoley, Madhu Nashipudi (2012), “A Review Fuzzy Logic in Congestion Control of Computer Network”, Proceedings published in International Journal of Computer Applications® (0975 – 8887), pp 1-6 Tanvi B Harmalkar, H G Virani (2013), “Neural Network Active Queue Management For Congestion Control”, Tanvi Harmalkar, IJPRET, 2013, Vol 1, pp 572-580 V Santhi, A M Natarajan (2011), "Active Queue Management Algorithm for TCP Networks Congestion Control", European Journal of Scientific Research, ISSN 1450-216X, Vol.54 No.2, ap 245-257 Nguyễn Kim Quốc (2011), “Nghiên cứu số chế quản lý hàng đợi tích cực dựa kích thước hàng đợi tải nạp”, Kỷ yếu hội thảo công nghệ thơng tin tốn ứng dụng Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú (2011), "Nâng cao chất lượng dịch vụ mạng Internet định tuyến", Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin truyền thông(@ 2011, pp 332-342 Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú (2012), “Đánh giá hiệu số chế quản lý hàng đợi tích cực dựa kích thước hàng đợi tải nạp”, Tạp chí khoa học Đại học Huế, Tập 74A, Số 5, tr 109-119 Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú, Nguyễn Thúc Hải (2013), “Đề xuất chế quản lý hàng đợi tích cực mơi trường mạng tốc độ cao”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học quốc gia lần thứ VI - FAIR “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin”, Thừa Thiên Huế,Việt Nam, tr 108-115 Nguyen Kim Quoc, Vo Thanh Tu, Nguyen Thuc Hai (2013), “Fuzzy Logic Control for SFB Active Queue Management Mechanism”, Proceedings of the International Conference on Context-Aware Systems and Applications (ICCASA), Vol 128, No 3, pp 97-104 Nguyen Kim Quoc, Vo Thanh Tu, Nguyen Thuc Hai (2014), “Improving control mechanism at routers in TCP/IP networks”, Scientific Journal of EAI (European Alliance for Innovation), ISSN 2409-0026, Vol 1, pp 52-66 Nguyễn Kim Quốc, Võ Thanh Tú, Nguyễn Thúc Hải (2014), “Cải tiến chế quản lý hàng đợi nút mạng”, Tạp chí khoa học cơng nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Tập 52, Số 4D, tr 77-92 Nguyen Kim Quoc, Vo Thanh Tu, Nguyen Thuc Hai (2014), “Proposed improvements control mechanism at network node in high-speed network environment”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học quốc gia lần thứ VII - FAIR “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin”, Thai Nguyen, Viet Nam, pp 545-556 Nguyen Kim Quoc, Vo Thanh Tu, Nguyen Thuc Hai (2015), “Model Integrating Fuzzy Argument with Neural Network Enhancing the Performance of Active Queue Management”, Scientific Journal of EAI (European Alliance for Innovation), ISSN 2409-0026, Vol 2, issue 4, ap 12-22 Nguyen Kim Quoc, Vo Thanh Tu, Nguyen Thuc Hai (2015), “Some Improvements on Active Queue Management Mechanism Based on Adaptive Fuzzy Control”, Scientific Journal of EAI (European Alliance for Innovation), ISSN 2409-0026, vol 2, issue 5, pp 55-65 11 Nội dung nghiên cứu khoa học, triển khai thực nghiệm phương án thực (Liệt kê mô tả chi tiết nội dung nghiên cứu triển khai thực nghiệm phù hợp cần thực để giải vấn đề đặt kèm theo nhu cầu nhân lực, tài ngun vật liệu r õ nội dung , nội dung kế thừa kết nghiên cứu đề tài trước đó; dự kiến nội dung có tính rủi ro gải pháp khắc phục – có) Nội dung 1: Nghiên cứu tổng quan chế điều khiển truyền thông nút mạng Công việc 1: Nghiên cứu đánh giá chế điều khiển truyền thông nút mạng Nội dung 2: Xây dựng mơ hình điều khiển thông minh nút mạng Công việc 2: Đề xuất mơ hình điều khiển thích nghi nút mạng Cơng việc 3: Đề xuất mơ hình điều khiển thông minh nút mạng Nội dung 3: Cài đặt thực nghiệm mô đánh giá mơ hình đề xuất Cơng việc 4: Cài đặt đánh giá mơ hình đề xuất cho điều khiển truyền thông Công việc 5: Báo cáo tổng kết đề tài Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng (Luận tiếp cận vấn đề nghiên cứu, thiết kế nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng gắn với nội dung đề tài; so sánh với phương pháp giải tương tự khác phân tích để làm rõ tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo đề tài)  Cách tiếp cận: Tính tốn mềm bao gồm cơng cụ: lơ-gíc mờ, mạng nơ-ron, lập luận xác suất, tính tốn tiến hóa Mục tiêu tính tốn mềm giải tốn xấp xỉ, gần xu hướng mới, cho phép toán cụ thể khai thác với mục tiêu cho hệ thống dễ thiết kế, chi phí thấp đảm bảo tính đắn thơng minh q trình thực với ngưỡng sai số chấp nhận Các ứng dụng thành công tính tốn mềm cho thấy tính tốn mềm ngày phát triển mạnh đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khác khoa học kỹ thuật Trong kỹ thuật tính tốn mềm, lơ-gíc mờ xem công cụ tốt thể tri thức người, nhờ vào hàm thuộc luật mờ Do đó, lơ-gíc mờ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực điều khiển tự động Bên cạnh lơ-gíc mờ, với ưu điểm cập nhật tri thức thơng qua q trình huấn luyện nên mạng nơ-ron sử dụng phổ biến, lĩnh vực khoa học máy tính Vì vậy, cách tiếp cận để cải tiến chế kiểm soát tắc nghẽn nút mạng sử dụng kết hợp công cụ tính tốn mềm nâng cao hiệu quản lý hàng đợi nút mạng  Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng: Phương pháp nghiên cứu đề tài kết hợp chặt chẽ nghiên cứu lý thuyết với cài đặt mô kiểm chứng Về nghiên cứu lý thuyết: Chủ yếu tổng hợp kết cơng trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài, phân tích, so sánh ưu nhược điểm kết Đồng thời, tìm hiểu cơng cụ (chủ yếu cơng cụ tốn học) sử dụng nhằm khắc phục hạn chế, đề xuất mơ hình hiệu quản lý hàng đợi tích cực kiểm sốt tắc nghẽn nút mạng Về cài đặt mô phỏng: Các giải pháp cải tiến đề tài cài đặt, so sánh với chế truyền thống chế cải tiến trước môi trường mạng, với yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động mạng, như: độ trễ, băng thơng đường truyền, kích thước gói, chiều dài hàng đợi, số luồng kết nối, lưu lượng gói tin đến Kết mô đánh giá dựa tiêu chí, như: tỷ lệ gói, hiệu suất sử dụng đường truyền, mức độ sử dụng hàng đợi, mức độ cân bằng, độ trễ biến thiên độ trễ, nhằm chứng minh rõ hiệu trình cải tiến chế điều khiển, mà cụ thể hiệu việc cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực nút mạng Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo: Đề tài đề xuất mơ hình điều khiển thơng minh nút mạng Các mơ hình làm rõ tính hữu dụng độc đáo cơng cụ tính tốn mềm Đồng thời, thể yếu tố thông minh sáng tạo hệ thống điều khiển truyền thông điều khiển nút mạng Đề tài tạo mơ hình lý thuyết thực nghiệm để điều khiển truyền thông mạng, hổ trợ nhà nghiên cứu, nhà khoa học, chuyên gia sinh viên ngành khoa học máy tính kết nghiên cứu nhất, hội xu hướng công nghệ thông tin tương lai Phương án phối hợp với tổ chức nước quốc tế (Trình bày phương án phối hợp: tên tổ chức phối hợp tham gia thực đề tài nội dung công việc tham gia đề tài, kể sở sản xuất người sử dụng kết nghiên cứu; khả đóng góp nhân lực, tài chính, sở hạ tầng-nếu có) 14 Tiến độ thực Các nội dung, công việc chủ yếu cần thực hiện; mốc đánh giá chủ yếu Nội dung 1: Công việc 1: Nghiên cứu đánh giá chế điều khiển truyền thông nút mạng Nội dung Công việc 2: Đề xuất mơ hình điều khiển thích nghi nút mạng Cơng việc 3: Đề xuất mơ hình điều khiển thơng minh nút mạng 3Nội dung Công việc 4: Cài đặt đánh giá mơ hình đề xuất cho điều khiển truyền thông Công việc 5: Báo cáo tổng kết đề tài III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI Sản phẩm KH&CN đề tài yêu cầu chất lượng cần đạt (Liệt kê theo dạng sản phẩm) Dạng I: Mẫu (model, maket); Sản phẩm (là hàng hố, tiêu thụ thị trường); Vật liệu; Thiết bị, máy móc; Dây chuyền công nghệ; Giống trồng; Giống vật nuôi loại khác; Số TT Tên sản phẩm cụ thể tiêu chất lượng chủ yếu sản phẩm Đơn vị đo Mức chất lượng Dự kiến số lượng/quy mô sản phẩm tạo Dạng II: Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình cơng nghệ; Sơ đồ, đồ; Số liệu, Cơ sở liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo (phương pháp, quy trình, mơ hình, ); Đề án, qui hoạch; Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, Báo cáo nghiên cứu khả thi sản phẩm khác TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Dạng III: Bài báo; Sách chuyên khảo; sản phẩm khác TT Tên sản phẩm Bài báo Bài báo 16.3 Kết tham gia huấn luyện đào tạo sinh viên TT 17 Cấp đào tạo Số lượng Chuyên ngành đào tạo Phạm vi địa (dự kiến) ứng dụng kết đề tài - Kết đề tài ứng dụng mơ hình điều khiển mạng Internet, mạng hệ - Phục vụ học tập nghiên cứu cho sinh vien, giảng viên Trường Đại học Nguyễn Tất Thành Tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu 18.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan (Nêu dự kiến đóng góp vào lĩnh vực khoa học cơng nghệ nước quốc tế) Đề tài có số đóng góp việc cải tiến chế kiểm sốt tắc nghẽn nút mạng Đó là, xây dựng mơ hình điều khiển thích nghi điều khiển thông minh để cải tiến chế AQM Các đóng góp cụ thể sau: - Phân tích, đánh giá cho chế điều khiển truyền thơng có nút mạng, bao gồm giải pháp áp dụng điều khiển mờ truyền thống kết hợp với kỹ thuật thông báo tắc nghẽn rõ ràng để đề xuất xây dựng mơ hình EFC, cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực tiêu biểu nhằm nâng cao hiệu kiểm sốt tắc nghẽn mạng TCP/IP - Đề xuất mơ hình điều khiển thích nghi để cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực Dựa mơ hình lý thuyết, Đề tài xây dựng chế cải tiến AFCRED, AFCBLUE AFCREM - Đề xuất mơ hình điều khiển thơng minh để xây dựng điều khiển mờ tối ưu FNN nhằm nâng cao hiệu chế quản lý hàng đợi tích cực Dựa mơ hình lý thuyết, Đề tài xây dựng chế cải tiến FNNRED, FNNBLUE FNNREM Ngồi ra, thơng qua đề tài, khẳng định khả ứng dụng rộng rãi cơng cụ tính toán mềm vào lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực kỹ thuật cơng nghệ nói chung cơng nghệ thơng tin nói riêng 18.2 Đối với tổ chức chủ trì sở ứng dụng kết nghiên cứu - Kết nghiên cứu góp phần nâng cao vị trí chất lượng nghiên cứu khoa học Trường Đại học Nguyễn Tất Thành kiểm định chất lượng quốc tế theo chuẩn AUN - QA QS-STARS - Kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh ngành công nghệ thông tin 10 IV NHU CẦU KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ NGUỒN KINH PHÍ (Giải trình chi tiết phụ lục kèm theo) 19 Kinh phí thực đề tài phân theo khoản chi Nguồn kinh phí Tổng kinh phí Trong đó: Quỹ NTTU Nguồn khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng .năm 2017 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI TRƯỞNG ĐƠN VỊ (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) HIỆU TRƯỞNG (Họ tên chữ ký, đóng dấu) PGS TS Trần Thị Hồng PGS TS Bạch Long Giang 11 DỰ TOÁN KINH PHÍ ĐỀ TÀI Tên đề tài: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MẠNG Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Kim Quốc Đơn vị công tác: Khoa Công nghệ thông tin Thời gian thực đề tài: 09 tháng Kinh phí thực hiện: 20.000.000 đồng GIẢI TRÌNH CÁC KHOẢN CHI Khoản 1: Chi công lao động tham gia thực đề tài TT Nội dung công việc Nghiên cứu đánh giá chế điều khiển truyền thông nút mạng Đề xuất mơ hình điều khiển thích nghi nút mạng Đề xuất mơ hình điều khiển thơng minh nút mạng Cài đặt đánh giá mơ hình đề xuất cho điều khiển truyền thông Báo cáo tổng kết đề tài Cộng khoản Khoản Chi mua vật tư, nguyên, nhiên, vật liệu TT Nội dung Nguyên, vật liệu 1.1 1.2 Dụng cụ, phụ tùng, vật tư phục vụ nghiên cứu (Thông tin chi tiết tài liệu cần mua cụ thể) Mua sách, tài liệu, số liệu Cộng khoản Khoản Chi hội thảo phục vụ hoạt động nghiên cứu TT Chỉ trì Hội thảo Thư ký Hội thảo Báo cáo viên trình bày hội thảo Báo cáo khoa học đặt hàng khơng trình bày Cộng khoản Khoản Chi điều tra, khảo sát thu thập số liệu Chi điều tra, khảo sát thực TT Nội dung điều tra khảo sát, số ngày… - Thuê xe: chuyến x số ngày - Tiền lưu trú: số người x số ngày - Tiền ngủ: số người x số đêm Thù lao trả lời vấn Cộng khoản Khoản Chi phí phân tích mẫu khảo sát TT 1.1 Phân tích thơng số A 1.2 Phân tích thơng số B Cơng khoản Khoản Chi phí tham dự Hội nghị hội thảo (dự kiến) TT Phí tham dự Hội thảo Thuê xe: chuyến x số ngày Tiền lưu trú: số người x số ngày Tiền ngủ: số người x số đêm Cơng khoản Khoản Chi phí in ấn tài liệu, văn phòng phẩm chi khác TT Khoản chi, nội dung In ấn tải liệu, văn phòng phẩm Chi khác 14 ... đợi trung bình điều kiện tình trạng mạng ln thay đổi Do đó, nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển thông minh cho nút mạng cách kết hợp kỹ thuật tính tốn mềm với phương pháp điều khiển đại nhằm... Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN BỘ - GIẢNG VIÊN 2019 Tên đề tài: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH CHO NÚT MẠNG Số hợp đồng : 2019.01.76 /HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn... đợi tích cực có đề xuất ý tưởng xây dựng mơ hình điều khiển mờ thích nghi cho tốn cải tiến chế quản lý hàng đợi tích cực nút mạng Chương 2: Cải tiến điều khiển nút mạng dựa điều khiển mờ - Phần