nghiên cứu điều khiển tắc nghẽn trong ngn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG  Đ Đ Ồ Ồ Á Á N N T T Ố Ố T T N N G G H H I I Ệ Ệ P P Đề tài: NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN Người thực hiện : TRẦN THỊ MINH HẠNH Lớp : 03ĐT3 Người hướng dẫn: ThS. HỒ VIẾT VIỆT Đà Nẵng- 2008 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU 1 1.1 Giới thiệu chương 1 1.2 Mạng viễn thông hiện tại 1 1.2.1 Khái niệm về mạng viễn thông hiện tại 1 1.2.2 Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện tại 2 1.2.3 Những hạn chế của mạng viễn thông hiện tại 3 1.3 Mạng viễn thông thế hệ sau 4 1.3.1 Định nghĩa 4 1.3.2 Đặc điểm của NGN 5 1.3.3 Nguyên nhân xây dựng mạng thế hệ sau 7 1.3.4 Sự triển khai từ mạng hiện có lên NGN 7 1.4 Cấu trúc NGN 10 1.4.1 Lớp truyền dẫn và truy cập 12 1.4.2 Lớp truyền thông 14 1.4.3 Lớp điều khiển 15 1.4.4 Lớp ứng dụng 16 1.4.5 Lớp quản lý 17 1.5 Tổng kết chương 17 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 18 2.1 Giới thiệu chương 18 2.2 Vấn đề tắc nghẽn trong NGN 18 2.2.1 Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn 20 2.2.2 Nguyên lý chung điều khiển tắc nghẽn 20 2.3 Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn 22 2.3.1 Các đặc điểm chung 22 2.3.2 Phân loại 22 2.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn 23 2.4.1 Tính hiệu quả (Efficient) 23 2.4.2 Tính bình đẳng (Fairness) 24 2.4.3 Tính hội tụ (Convergence) 25 2.4.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) 25 2.4.5 Độ mịn trong điều khiển (Smoothness) 26 2.4.6 Tính phân tán (Distributedness) 26 2.5 Thuật toán tăng giảm 27 2.5.1 Thuật toán tăng giảm 27 2.5.2 Biểu diễn thuật toán bằng vector 29 2.6 Kết luận chương 33 CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 34 3.1 Giới thiệu chương 34 3.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 34 3.2.1 DECbit 34 3.2.2 Điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP 35 3.3 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn mới 37 3.3.1 EWA (Explicit Window Adaptation) và FEWA (Fuzzy EWA) 37 3.3.2 ETCP (Enhanced TCP) 38 3.3.3 XCP (Eplicit Control Protocol) 39 3.3.3.1 Mào đầu chống tắc nghẽn 39 3.3.3.2 Bộ điều khiển chống tắc nghẽn 40 3.3.3.3 Tính thực tế của XCP 43 3.3.4 FBA-TCP 44 3.3.4.1 CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) 44 3.3.4.2 FBA-TCP 47 3.3.5 QS-TCP (Quick Start TCP): 48 3.4 Đánh giá chung 49 3.5 Kết luận chương 50 CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN DÙNG THUẬT TOÁN TĂNG GIẢM 51 4.1 Giới thiệu chương 51 4.2 Phương pháp và công cụ mô phỏng 51 4.2.1 Phương pháp phân tích 51 4.2.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng 53 4.3 Nội dung và kết quả mô phỏng 53 4.3.1 Mô phỏng thuật toán tăng giảm 53 4.3.2 Mô phỏng giao thức XCP 59 4.3.2.1 Các luồng đều là XCP 60 4.3.2.1 Khi XCP và TCP cùng tồn tại 63 4.1 Kết luận chương 66 KÊT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT A ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường truyền thuê bao số bất đồng bộ AIAD Additive Increase Additive Decrease Tăng cộng giảm cộng AIMD Additive Increase Multiplicate Decrease Tăng cộng giảm nhân API Application Program Interface Giao diện ứng dụng AGC Access Gateway Controller Bộ điều khiển cổng truy cập ARWND Advertised Receiver Window Cửa sổ nhận quảng bá ATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dị bộ C CATV Community Antenna Television Truyền hình cáp CAVT Congestion-Avoidance Visualization Tool Công cụ mô phỏng tránh tắc nghẽn CSFQ Core-Stateless Fair Queueing Xếp hàng bình đẳng không trạng thái ở router lõi CWND Congestion Window Cửa sổ tắc nghẽn E EC Efficiency Controller Bộ điều khiển hiệu quả ETCP Enhanced TCP TCP tăng cường EWA Explicit Window Adaptation Sự tương thích cửa sổ rõ F FBA-TCP Fair Bandwidth Allocation for TCP Phân bổ băng thông hợp lý cho TCP FC Fairness Controller Bộ điều khiển bình đẳng FEWA Fuzzy Explicit Window Adaptation G GPRS General System for Radio Service Tiện ích liên lạc không dây theo gói GSM Global System for Mobile Telecom Hệ thống thông tin di động toàn cầu I IAD Integrated Access Device Thiết bị truy cập tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv6 Internet Protocol Version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế M MGW Media Gateway Cổng truyền thông MIAD Multiplicate Increase Additive Decrease Tăng nhân giảm nhân MIMD Multiplicate Increase Multiplicate Decrease Tăng nhân giảm nhân MSS Maximum Segment Size Kích cỡ đoạn lớn nhất N NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau P PABX Private Automatic Branch Exchange Tổng đài nhánh riêng tự động PLMN Public Land Mobile Network Mạng thông tin di động mặt đất công cộng POTS Plain Old Telephone Service Mạng điện thoại công cộng PSDN Public Switched Data Network Mạng chuyển mạch dữ liệu công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QSR Quick-Start Request Yêu cầu bắt đầu nhanh QS-TCP TCP Quick-Start TCP khởi đầu nhanh R RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên RTT Round Trip Time Thời gian vòng truyền S SVC Signalling Virtual Channel Kênh ảo cho báo hiệu T TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian TFRC TCP-Friendly Rate Control Điều khiển tốc độ thân thiện TCP TMN Telecommunications Management Network Mạng giám sát viễn thông TTL Time-To-Live Thời gian tồn tại U UDP User Datagram Protocol Giao thức gói người dùng V VoIP Voice over IP Thoại trên IP X XCP Explicit Control Protocol Giao thức điều khiển rõ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Những nội dung trong đề tài “Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong NGN” là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của ThS Hồ Viết Việt, khoa Điện tử viễn thông Đại học Bách khoa- Đại học Đà Nẵng. Mọi tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian và địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường. Sinh viên thực hiện Trần Thị Minh Hạnh [...]... khó tránh khỏi Trong quá trình tìm hiểu, em đã chọn đề tài Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong NGN ” Hướng giải quyết này là phương án khả thi, thích hợp với điều kiện Việt Nam Đồ án gồm 4 chương Chương 1: Giới thiệu tổng quan thế hệ sau NGN Giới thiệu NGN và đặc điểm cấu trúc chức năng của NGN Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN Trình bày hiện tượng tắc nghẽn xảy ra trong mạng, nguyên... chung điều khiển tắc nghẽn, các tiêu chí đánh giá và thuật toán tăng giảm sử dụng trong điều khiển tắc nghẽn Chương 3: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn Chương này hệ thống hóa môt số phương pháp điều khiển tắc nghẽn điển hình nhất Chương 4: Chương trình và kết quả mô phỏng Đưa ra kết quả mô phỏng và phân tích, đánh giá chúng dựa trên tiêu chí đề ra ở chương 2 Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn. .. hợp của điều khiển tiếp nhận, kiểm soát và nguyên lý thùng rò (leaky bucket) Trong đó không có thông tin phản hồi từ mạng hoặc phía nhận Điều khiển chống tắc nghẽn vòng kín (Close-loop congestion control) là dựa trên trạng thái của mạng với sự giám sát tắc nghẽn và điều khiển lưu lượng dựa trên thông tin phản hồi Trong đó, thông tin phản hồi có thể là: 22 Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN  Phản... nguyên một cách hiệu quả nhất 21 Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN 2.3 Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 2.3.1 Các đặc điểm chung Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn có thể được phân loại dựa trên các đặc điểm chung như sau:  Điều khiển tiếp nhận (Admission control): cho phép một kết nối mới chỉ khi mạng có thể đáp ứng một cách thích hợp Trong pha thiết lập kết nối có chứa một... hình NGN là hợp với nhu cầu của thời đại NGN là mạng thế hệ kế tiếp chứ không phải là mạng hoàn toàn mới Vì vậy khi xây dựng và phát triển theo hướng NGN cần chú ý tới vấn đề kết nối NGN với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa Chương 2 sẽ trình bày vấn đề điều khiển tắc nghẽn trong NGN 17 Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN. .. gian chờ (time-out) để xác định liệu có xảy ra tắc nghẽn hay không Ví dụ: điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP thực hiện theo kiểu này  Phản hồi rõ (explixit feedback) một số bản tin tường minh được gửi đến nguồn phát Điều khiển theo tốc độ: điều khiển một cách trực tiếp tốc độ truyền tại phía gửi (nguồn gửi tin) Điều khiển theo kích thước cửa sổ: điều khiển gián tiếp tốc độ truyền thông qua việc thay... chúng quyền ưu tiên thấp hơn  Điều khiển luồng lưu lượng (Flow control) là những hoạt động của mạng để tránh xảy ra tắc nghẽn Ngoài ra điều khiển lưu lượng còn nhằm sử dụng tối ưu tài nguyên mạng để đạt được một hiệu suất mạng thực sự 2.3.2 Phân loại Theo các đặc điểm chung nêu trên, các phương pháp điều khiển tắc nghẽn có thể được phân loại như sau: Điều khiển tắc nghẽn vòng hở (Open-loop congestion... cho nhiều luồng 19 Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN Máy chủ Mạng truyền hình MG MG Mạng lõi MG MG Mạng di động Mạng cố định Mạng dữ liệu Hình 2.3 Môi trường mạng hỗn tạp trong NGN 2.2.1 Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn trong môi trường mạng mới đó là: 1 Tràn bộ đệm: thường nút mạng được thiết kế với 1 bộ đệm lưu trữ có hạn Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, bộ đệm... khó tránh khỏi Chương 2 trình bày về vấn đề tắc nghẽn, nguyên nhân phân loại cũng như các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn Ngoài ra, thuật toán tăng giảm tuyến tính cũng được đề cập trong chương này 2.2 Vấn đề tắc nghẽn trong NGN Tắc nghẽn là một hiện tượng rất quen thuộc trên mạng, mà nguyên nhân nói chung là do tài nguyên mạng giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin của con người... tắc nghẽn trong NGN Xảy ra tắc nghẽn 3 6 1 8 4 2 7 5 Hình 2.1 Hiện tượng xảy ra tắc nghẽn Hình 2.2 Hiệu quả của việc điều khiển tắc nghẽn [7] Hình 2.3 minh họa môi trường mạng hỗn tạp trong NGN Các mạng riêng lẻ được kết nối với nhau thông qua các bộ định tuyến hay các cổng (MG), tại đây các gói tin đến sẽ được lưu giữ (store) trong bộ đệm và chuyển tiếp (forward) theo một trong các đường kết nối đầu . đặc điểm cấu trúc chức năng của NGN. Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN. Trình bày hiện tượng tắc nghẽn xảy ra trong mạng, nguyên lý chung điều khiển tắc nghẽn, các tiêu chí đánh giá. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 34 3.1 Giới thiệu chương 34 3.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 34 3.2.1 DECbit 34 3.2.2 Điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP 35 3.3. thuật toán tăng giảm sử dụng trong điều khiển tắc nghẽn. Chương 3: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Chương này hệ thống hóa môt số phương pháp điều khiển tắc nghẽn điển hình nhất Chương