Mạng ngn và giải pháp chống tắt nghẽn trong ngn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  SVTH: NGUYỄN LÊ NHẬT VŨ ĐỀ TÀI: MẠNG NGN VÀ GIẢI PHÁP CHỐNG TẮT NGHẼN TRONG NGN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LÊ XUÂN KỲ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2011 Mục Lục Mục Lục Lời Cảm Ơn Lời Nói Đầu Mục Lục Từ Viết Tắt Danh Mục Hình Vẽ Chương 1: Tổng Quan Mạng Thế Hệ Sau 1.1 Xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ viễn thông 1.1.1 Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông 1.1.2 Xu hướng phát triển dịch vụ viễn thông 1.2 Mạng viễn thông hệ sau 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Đặc điểm NGN 1.3 Cấu trúc mạng viễn thông hệ sau 1.3.1 Nguyên tắc tổ chức mạng hệ sau 1.3.2 Khuynh hướng triển khai mạng hệ sau .8 1.4 Cấu trúc mạng NGN .9 1.4.1 Lớp truyền dẫn truy cập 11 1.4.2 Lớp truyền thông 13 1.4.3 Lớp điều khiển 14 1.4.4 Lớp ứng dụng 15 1.4.5 Lớp quản lý 16 Chương 2: Vấn Đề Tắc Nghẽn Và Thuật Toán Tăng Giảm 2.1 Vấn đề tắc nghẽn NGN .17 2.1.1 Nguyên nhân xảy tắc nghẽn .18 2.1.2 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn .19 2.2 Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 20 2.2.1 Các đặc điểm chung 20 2.2.2 Phân loại .20 2.3 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 21 2.3.1 Tính hiệu (Efficient) 21 2.3.2 Tính bình đẳng (Fairness) .22 2.3.3 Tính hội tụ (Convergence) .23 2.3.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) 23 2.3.5 Độ mịn điều khiển (Smoothness) 24 2.3.6 Tính phân tán (Distributedness) 24 SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ III Mục Lục 2.4 Thuật toán tăng giảm 24 2.5 Biểu diễn thuật toán vector 26 2.6 Nội dung kết mô 29 Chương 3: Các Phương Pháp Điều Khiển Tắc Nghẽn 3.1 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 33 3.1.1 DECbit 33 3.1.2 Điều khiển chống tắc nghẽn TCP .33 3.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn 35 3.2.1 EWA (Explicit Window Adaptation) FEWA (Fuzzy EWA) .35 3.2.2 ETCP (Enhanced TCP) 36 3.2.3 FBA-TCP & CSFQ 37 3.2.4 QS-TCP (Quick Start TCP): 38 Chương 4: eXiplicit Control Protocol 4.1 Sự đời giao thức XCP 39 4.2 Cấu trúc giao thức XCP 39 4.2.1 Tổng quan giao thức XCP 39 4.2.2 Lớp giao thức XCP 40 4.2.2.1 Sự xếp header 40 4.2.2.2 Định nghĩa header .40 4.3 Nguyên tắc hoạt động chế kiểm soát lỗi 42 4.3.1 Quá trình gửi packet 42 4.3.2 Xử lí thơng tin phản hồi người nhận 43 4.3.3 Xử lí thơng tin router 43 4.3.4 Xử lí thơng tin phản hồi người gửi 46 4.4 Mô XCP .46 4.4.1 Khi XCP TCP tồn .47 4.4.2 Các luồng XCP 49 4.5 Kết Luận 53 Kết Luận Và Hướng Phát Triển Đề Tài …………………………………………… 55 Phụ Lục Tài Liệu Tham Khảo SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ III Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp Chương Tổng Quan Mạng Thế Hệ Sau 1.1 Xu hướng phát triển công nghệ dịch vụ viễn thông 1.1.1 Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông Trong trình phát triển, động lực thúc đẩy tiến kỹ thuật viễn thông là: Công nghệ điện tử với xu hướng phát triển hướng tới tích hợp ngày cao vi mạch.Sự phát triển kỹ thuật số.Sự kết hợp truyền thông tin học, phần mềm hoạt động ngày hiệu Công nghệ quang làm tăng khả tốc độ chất lượng truyền tin, chi phí thấp Những xu hướng phát triển công nghệ đan xen lẫn cho phép mạng lưới thoả mãn tốt nhu cầu khách hàng tương lai Với gia tăng số lượng chất lượng nhu cầu dịch vụ ngày phức tạp từ phía khách hàng kích thích phát triển nhanh chóng thị trường cơng nghệ điện tử-tin học-viễn thông Những xu hướng phát triển công nghệ tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt nhu cầu khách hàng tương lai Thị trường viễn thông giới đứng xu cạnh tranh phát triển hướng tới mạng viễn thơng tồn cầu tạo khả kết nối đa dịch vụ phạm vi tồn giới Xu hướng phát triển cơng nghệ điện tử - viễn thông - tin học ngày giới theo ITU chia thành hai loại: - Hoạt động hướng kết nối - Hoạt động không kết nối Các gọi mạng viễn thông, PSTN, ISDN hoạt động hướng kết nối, gọi thực với trình tự:thiết lập gọi (quay số - xác nhận kết nối) ,gửi nhận thông tin ,kết thúc.Với chất lượng mạng tốt, hoạt động hướng kết nối luôn đảm bảo chất lượng dịch vụ thông tin Công nghệ ATM phát triển cho phép phát triển dịch vụ băng rộng nâng cao chất lượng dịch vụ SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp Khác với gọi quay số trực phương thức hướng kết nối, hoạt động thông tin dựa giao thức IP việc truy nhập Internet không yêu cầu việc xác lập trước kết nối, chất lượng dịch vụ khơng đảm bảo Tuy nhiên tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, dịch vụ thông tin theo phương thức hoạt động không kết nối phát triển mạnh theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ tiến tới cạnh tranh với dịch vụ thông tin theo phương thức hướng kết nối Hai xu hướng phát triển dần tiệm cận hội tụ với tiến tới đời công nghệ ATM/IP Sự phát triển mạnh mẽ nhu cầu dịch vụ công nghệ tác động trực tiếp đến phát triển cấu trúc mạng Động lực để hình thành phát triển mạng hệ sau NGN gia tăng đột biến loại hình dịch vụ, thành tựu khoa học công nghệ điện tử - tin học đan xen chồng lấn trình quản lý khai thác mạng Các số liệu thống kê kết dự báo đưa phát triển đột biến dịch vụ phi thoại, đặc biệt dịch vụ giao thức IP dịch vụ chiếm tỷ lệ áp đảo thập niên Trong lĩnh vực khoa học - công nghệ, thành tựu đạt điện tử - tin học mã hố tốc độ thấp, tích hợp máy tính - truyền thơng CTI, kỹ thuật xử lý phân tán tạo tính phương pháp tiếp cận công nghệ mạng Các công nghệ mạng chia thành lĩnh vực, công nghệ truyền dẫn, công nghệ chuyển mạch công nghệ truy nhập Trong lĩnh vực công nghệ truyền dẫn, kỹ thuật quang đời phát triển mạnh, 60% lưu lượng thơng tin truyền tồn giới truyền mạng quang Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo đường truyền dẫn tốc độ cao (Gb/s) với khả vu hồi bảo vệ mạch vịng sử dụng nhiều nước có Việt Nam Cùng với kỹ thuật ghép bước sóng quang WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần lớn sợi quang cách kết hợp số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài bước sóng khác sử dụng cửa sổ khơng gian, thời gian độ dài bước sóng Cơng nghệ truyền dẫn SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp vô tuyến phát triển mạnh số năm gần đây, với phối hợp công nghệ truyền dẫn SDH lĩnh vực Viba, CDMA lĩnh vực thông tin di động, thông tin vệ tinh Thị trường thông tin vệ tinh khu vực có phát triển mạnh năm gần tiếp tục năm tới Các loại hình dịch vụ vệ tinh phát triển như: DTH tương tác, truy nhập Internet,các dịch vụ băng rộng, HDTV Ngoài ứng dụng phổ biến nhu cầu thông tin quảng bá, viễn thông nông thôn, với kết hợp sử dụng ưu điểm cơng nghệ CDMA, thơng tin vệ tinh ngày có xu hướng phát triển đặc biệt lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân Công nghệ chuyển mạch trước sử dụng phổ biến khó để đảm bảo đa phương tiện, đa dịch vụ băng rộng tương lai Công nghệ mạng truy nhập thay đổi lớn năm vừa qua, nhu cầu truy nhập dịch vụ tiên tiến từ phía khách hàng làm thay đổi phương thức truyền thống, hình thành công nghệ mạng mới: mạng truy nhập quang, mạng truy nhập vô tuyến, truy nhập cáp đồng tốc độ cao Cơng nghệ mạng truy nhập có xu hướng phát triển truy nhập băng rộng kết hợp dịch vụ băng hẹp vào đường truy nhập dịch vụ băng rộng, trình phát triển dịch vụ truy nhập riêng biệt 1.1.2 Xu hướng phát triển dịch vụ viễn thông Cùng với thời gian phát triển công nghệ viễn thông, dịch vụ viễn thông ngày phong phú đa dạng Mạng viễn thông số liên kết đa dịch vụ ISDN cung cấp số lượng lớn loại hình dịch vụ khác ISDN không hỗ trợ cho ứng dụng thoại truyền số liệu có sẵn mà cịn có khả cung cấp thêm nhiều loại dịch vụ Một số ứng dụng mạng đa dịch vụ băng hẹp N-ISDN là: - Dịch vụ fax: dịch vụ thực trình truyền dẫn, tái tạo hình ảnh đồ họa, chữ viết ấn phẩm khác Loại hình dịch vụ tồn lâu có nhược điểm lớn chưa có chuẩn cụ thể hạn chế thiết bị tương tự Hiện SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp tiêu chuẩn fax hoàn thiện thời gian để truyền văn tốc độ 64 kbit/s giây - Dịch vụ teletex: dịch vụ cho phép thiết bị đầu cuối trao đổi thư từ với Các thiết bị đầu cuối thông tin sử dụng để chuẩn bị, soạn thảo, truyền tái tạo lại tin Tốc độ truyền dẫn cho phép truyền trang giây với tốc độ 9,6 kbit/s - Dịch vụ Videotex: dịch vụ khôi phục thông tin tương tác Một trang số liệu truyền thời gian giây với tốc độ 64 kbit/s Các dịch vụ nằm nhóm dịch vụ lớn sau: dịch vụ thoại, truyền số liệu, truyền văn bản, truyền hình ảnh, phần lớn dịch vụ thực tốc độ 64 kbit/s nhỏ - Nhu cầu dịch vụ băng rộng tăng lên không ngừng - Công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch có tiến vượt bậc - Cơng nghệ xử lý ảnh, xử lý tín hiệu không ngừng phát triển - Các ứng dụng phần mềm xử lý ngày phong phú kết hợp công nghiệp viễn thông tin học ngày tăng - Nhu cầu từ khách hàng muốn có dịch vụ phân bố tương tác Vì cần thiết phải tạo mạng mềm dẻo nhằm đáp ứng nhu cầu đối tượng sử dụng lẫn nhà khai thác Các dịch vụ băng rộng Khi mạng có dung lượng đủ lớn để đáp ứng nhu cầu ngày tăng nhanh khách hàng phạm vi loại hình dịch vụ mà hỗ trợ tăng lên ITU-T phân tích dịch vụ băng rộng làm hai loại loại dịch vụ tương tác dịch vụ phân bố: - Các dịch vụ tương tác: dịch vụ cho phép truyền thơng tin theo hai chiều (khơng tính đến thông tin báo hiệu điều khiển) thuê bao với thuê bao với nhà cung cấp dịch vụ - Các dịch vụ phân bố: dịch vụ mà thông tin truyền theo chiều, từ nhà cung cấp dịch vụ băng rộng tới thuê bao Các khả cung cấp thông tin cho phép SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp người sử dụng thu thập thông tin cần thiết từ trung tâm thơng tin Thường trung tâm đáp ứng nhu cầu thông tin tất người Thông tin gửi tới khách hàng có yêu cầu.Có cách khác để phân chia loại dịch vụ rộng là: - Loại thứ nhất: dịch vụ phục vụ cho việc kinh doanh - Loại thứ hai: dịch vụ thông thường phục vụ cho hộ thuê bao Các dịch vụ phục vụ kinh doanh Các dịch vụ phục vụ thông thường phục vụ hộ thuê bao Dịch vụ truyền hình ảnh tốc độ cao (HDTV) Dịch vụ phân bố tín hiệu video Tự động thiết kế (CAD/CAM/CAE) Dịch vụ quảng bá TV/HDTV Tư vấn, chiếu chụp y khoa Dịch vụ quảng bá giáo dục từ xa Chế bản, xử lý ảnh Các dịch vụ video trả tiền theo lần xem Trao đổi hình ảnh đố hoạ có độ phân giải cao Dịch vụ video theo yêu cầu Dịch vụ quảng cáo, chào hàng qua video Mua hàng từ xa Đa phương tiện tương tác Thư điện tử đa phương tiện Các dịch vụ 700, 800, 900 đa phương tiện Giáo dục tương tác từ xa Dịch vụ Internet có hỗ trợ đa phương tiện Các trị chơi điện tử tương tác Điện thoại đa phương tiện thực ảo Đa phương tiện tương tác Giáo dục từ xa có tương tác Hội thảo từ xa Phối hợp công tác xuất Các dịch vụ tư vấn Thực ảo Điện thoại đa phương tiện Các dịch vụ dùng chung tài nguyên Các ứng dụng triển vọng tương lai triển khai mạng băng rộng 1.2 Mạng viễn thông hệ sau 1.2.1 Định nghĩa Mạng viễn thơng hệ sau có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:  Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)  Mạng hội tụ (hỗ trợ cho lưu lượng thoại liệu, cấu trúc mạng hội tụ) SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp  Mạng phân phối (phân phối tính thơng minh cho phần tử mạng)  Mạng nhiều lớp (mạng phân nhiều lớp mạng có chức độc lập hỗ trợ thay khối thống mạng TDM) Cho tới nay, tổ chức viễn thông quốc tế nhà cung cấp thiết bị viễn thông giới quan tâm nghiên cứu chiến lược phát triển NGN chưa có định nghĩa cụ thể xác cho mạng NGN Do đó, định nghĩa mạng NGN nêu bao hàm hết chi tiết mạng hệ sau, tương đối khái niệm chung đề cập đến NGN Như vậy, xem mạng thơng tin hệ sau tích hợp mạng thoại PSTN (chủ yếu dựa kỹ thuật TDM) với mạng chuyển mạch gói (dựa kỹ thuật IP/ATM) Nó truyền tải tất dịch vụ vốn có PSTN đồng thời nhập lượng liệu lớn vào mạng IP, nhờ giảm nhẹ gánh nặng PSTN Tuy nhiên, NGN không đơn hội tụ thoại liệu mà hội tụ truyền dẫn quang cơng nghệ gói, mạng cố định di động 1.2.2 Đặc điểm NGN Mạng NGN có đặc điểm chính: -Nền tảng hệ thống mạng mở: Các khối chức tổng đài truyền thống chia thành phần tử độc lập, phần tử phân chia theo chức tương ứng phát triển cách độc lập Trong đó, giao diện giao thức phận phải dựa tiêu chuẩn tương ứng Việc phân tách làm cho mạng viễn thơng vốn có theo hướng mới, nhà kinh doanh vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp phần tử tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hố giao thức phần tử nối thơng mạng có cấu hình khác -Dịch vụ thực độc lập với mạng: thực cách linh hoạt có hiệu việc cung cấp dịch vụ Th bao tự bố trí xác định đặc trưng dịch vụ mình, khơng quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ loại hình đầu cuối -NGN mạng chuyển mạch gói, dựa giao thức thống IP:mạng thông tin nay, dù mạng viễn thơng, mạng máy tính hay mạng truyền hình SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Chương 1: Tổng quan mạng NGN Đồ Án Tốt Nghiệp cáp lấy mạng làm tảng để xây dựng sở hạ tầng thông tin Nhưng gần đây, với phát triển công nghệ IP, người ta nhận thấy rõ ràng mạng viễn thơng, mạng máy tính mạng truyền hình cáp cuối tích hợp mạng IP thống nhất, xu lớn mà người ta thường gọi “dung hợp ba mạng” -Là mạng có dung lượng, tính thích ứng ngày tăng có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu:Giao thức IP thực tế trở thành giao thức ứng dụng vạn bắt đầu sử dụng làm sở cho mạng đa dịch vụ, bất lợi so với chuyển mạch kênh khả hổ trợ lưu lượng thoại cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tuy nhiên, tốc độ đổi nhanh chóng giới Internet với phát triển tiêu chuẩn mở sớm khắc phục thiếu sót này.Cơng nghệ chuyển mạch Soft Swich dần thay thiết bị chuyển mạch truyền thống Hình 1.1 Topo mạng hệ sau 1.3 Cấu trúc mạng viễn thông hệ sau NGN Bắt nguồn từ phát triển công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói cơng nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thơng tin hệ sau (NGN) có hạ tầng thơng tin dựa cơng nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ cách SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Đồ Án Tốt Nghiệp Chương 4: Phương pháp điều khiển tắt nghẽn XCP Thông lượng hành có giá trị chưa biết RTT Có nghĩa packet dịng sử dụng dung lượng mà khơng kiểm tra qua thuật toán điều khiển router, từ u cầu vịng lặp đơn packet cho dòng để xác định giá trị ước lượng RTT - Trường RTT thiết lập giá trị vòng lặp thời gian hành có giá trị vịng lặp chưa phát - Trường Delta_throughput thiết lập giá trị lượng tăng thông lượng yêu cầu Lượng tăng thông lượng yêu cầu phân phối cho tất packet gửi vòng lặp thời gian RTT Trường Delta_throughput packet có giá trị thơng lượng yêu cầu trừ thông lượng hành trước Cơng thức tính cụ thể sau: Thơng lượng yêu cầu – cwnd*1024/RTT Delta_throughput = -Cwnd/MSS Trong đó: MSS: kích thước liệu lớn có đơn vị byte RTT: có đơn vị ms Cwnd: đơn vị byte Thông lượng yêu cầu: byte/s Trong trường hợp liệu thiếu thông tin cwnd hành, Delta_throughput thiết lập giá trị tức khơng có lượng thơng lượng u cầu tăng lên 4.3.2 Xử lí thơng tin phản hồi người nhận Người nhận XCP chịu trách nhiệm chép liệu Delta_throughput packet gửi đến vào trường Reverse_feedback packet phản hồi 4.3.3 Xử lí thơng tin router Cơng việc XCP router tính tốn giá trị thơng tin phản hồi feedback để hệ thống đưa hiệu lực tối ưu cơng Do XCP khơng có packet bị bỏ rơi Nó hoạt động kỹ thuật xử lí hàng đợi Droptail, RED, AVQ Mục tiêu XCP ngăn chặn nhiều tốt hàng đợi tạo nên lên điểm mà packet bị bỏ rơi Dựa vào tính tốn thơng tin phản hồi feedback, router XCP sử dụng điều khiển công điều khiển hiệu 43 SVTH:Nguyễn Lê Nhật Vũ GVHD: Ths.Lê Xuân Kỳ Đồ Án Tốt Nghiệp Chương 4: Phương pháp điều khiển tắt nghẽn XCP lực Cả hai ước lượng tính tốn thực tồn vịng lặp thời gian trung bình (RTT) dịng đường link, nơi xảy đổ vỡ hoạt động trôi chảy giao thức điều khiển cửa sổ gốc Các điều khiển XCP tạo dựng điều khiển đơn định RTT trung bình (bộ điều khiển thời gian) Đây thúc đẩy quan trọng cần thiết theo dõi kết định điều khiển trước trước thử điều khiển Ví dụ, router báo hiệu cho nguồn tăng lên kích thước cửa sổ chúng, chờ đợi để thấy băng thông dư thừa trước gọi nguồn tăng lên lần Router trì điều khiển ước lượng thời gian cho đường link thiết lập ước lượng gần giá trị trung bình RTT đường link Trong khoảng thời gian Timeout, router cập nhập ước lượng định điều khiển Điều khiển hiệu lực (Efficiency Controller): Mục đích tận dụng đường link tối đa tỷ lệ thất lạc thông tin thấp Nó ý đến lưu lượng chung mà không quan tâm đến kết công Một XCP “window-based”, Điều khiển hiệu lực tính tốn yêu cầu tăng lên hay giảm xuống số lượng bytes lưu lượng chung truyền phát điều khiển thời gian (vidụ: điều khiển RTT trung bình) Giá trị thơng tin phản hồi chung feedback tính tốn điều khiển thời gian sau: Ф=α.d.S-β.Q α,β có giá trị 0,4 0,26 d giá trị trung bình RTT.Q kích thước hàng đợi liên tục S băng thông dư thừa(băng thông đầu vào - dung lượng link) S>0 thơng tin phản hồi tích cực,link chưa sử dụng hết công suất S