NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ CƠ CHẾ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG THÔNG TIN CHUYỂN MẠCH GÓI

Từ các vấn đề tồn tại đã nêu ở phần trên, luận án đặt ra mục tiêu là nghiên cứu và đề xuất một số cơ chế tăng cường khả năng đảm bảo QoS trong mạng IP thông qua việc giám sát QoS của các luồng, tạo khả năng kiểm soát, hạn chế tốc độ tối đa cho ứng dụng theo yêu cầu của gói dịch vụ và điều khiển đảm bảo công bằng thông lượng, bù QoS theo trọng số dựa trên các tham số giám sát được.

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG PHẠM VĂN THƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ CƠ CHẾ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG THƠNG TIN CHUYỂN MẠCH GĨI Chun ngành: Kỹ thuật máy tính Mã số: 62.52.02.14 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS TSKH Hồng Đăng Hải Hà Nội – 2013 Cơng trình hồn thành tại: Học viện Cơng nghệ Bưu viễn thông, Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TSKH Hồng Đăng Hải Phản biện 1: PGS TS Nguyễn Đình Việt, Đại học Quốc gia Hà Nội Phản biện 2: PGS TS Đặng Văn Chuyết, Đại học Bách khoa Hà Nội Phản biện 3: PGS TS Đào Tuấn, Viện Khoa học Công nghệ Quân Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng tại: Hội trường tầng 2, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Số 122 đường Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Vào lúc: 14h00 ngày 18 tháng 12 năm 2013 Có thể tìm luận án thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng ~1~ MỞ ĐẦU Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) mạng chuyển mạch gói IP liên quan đến: 1) Các chế: Chấp nhận kết nối, định dạng lưu lượng đầu vào (sharping), định trình (scheduling), điều khiển luồng tránh tắc nghẽn, quản lý đệm; 2) Các lớp: Lớp vật lý, lớp IP, lớp truyền tải, lớp ứng dụng; 3) Các thiết bị trung gian, thiết bị đầu cuối Việc lựa chọn gói tin đến nút mạng xếp vào hàng đợi thời điểm đưa gói tin khỏi nút mạng để chuyển tiếp đóng vai trị đặc biệt quan trọng việc đảm bảo QoS Bộ định trình nút mạng có chức thực điều cần thiết kế để đạt thỏa hiệp đặc tính: Hiệu quả, cơng cấp phát tài nguyên; mềm dẻo việc đảm bảo QoS cho ứng dụng có nhu cầu khác đơn giản dễ thực Do tính biến thiên lưu lượng khả bùng phát liệu ứng dụng mạng IP nay, việc đảm bảo đồng thời đặc tính nêu cịn vấn đề nan giải, đòi hỏi giải pháp xem xét đến mối quan hệ mật thiết nhiều yếu tố tác động khác Tình hình nghiên cứu nước, nước Trong mười năm trở lại đây, lĩnh vực nghiên cứu đảm bảo QoS mạng IP phát triển mạnh mẽ sôi động Ở nước, nhiều cơng trình nghiên cứu tập trung vào lớp ứng dụng, truyền tải, tối ưu định tuyến mạng All-IP như: 1) Phát triển kiến trúc middleware tương thích QoS theo ứng dụng (AWAQoS) mơi trường đa phương tiện phân tán, có khả tự thích nghi với điều kiện tài nguyên mạng hệ thống 2) Nghiên cứu cải thiện hiệu tốn tìm đường tìm giải pháp định ~2~ tuyến trì tính ổn định chất lượng mạng hướng đến việc đảm bảo QoS tồn trình Một số cơng trình khác nghiên cứu đảm bảo QoS xu hướng hội tụ mạng, dịch vụ Ở ngồi nước, nhiều cơng trình tập trung vào điều khiển QoS lớp IP như: 1) Điều khiển QoS theo luồng gói tin (IntServ), điều khiển QoS theo lớp dịch vụ (DiffServ); 2) Các mơ hình điều khiển nhằm mục đích giảm độ phức tạp so với IntServ tăng khả quản lý theo luồng so với DiffServ TSFQ, QFQ, WF2Q-M, RFQ 3) Cơ chế quản lý đệm 4) Cơ chế định trình (theo lớp, theo luồng, phân cấp,…) 5) điều khiển luồng tránh tắc nghẽn (trong giao thức TCP, UDP, TCP-like,…) 6) Quản lý bù QoS cho luồng gói tin phục hồi sau lỗi; 7) Giám sát QoS, QoE, SLA đảm bảo QoS xu hướng hội tụ mạng, dịch vụ QoS tồn trình phụ thuộc vào QoS nút mạng, phụ thuộc vào việc lựa chọn gói tin định trình, thời gian trễ khả gói tin đệm Tới nhiều nghiên cứu định trình cho kết khả thi việc tăng cường khả đảm bảo QoS mạng IP, điển hình định trình WF2Q+ cải tiến TSFQ, QFQ, RFQ Tuy nhiên, qua khảo sát cơng trình ngồi nước cho thấy số tồn sau: - Cho đến chưa có định trình cho phép biết trạng thái QoS thời thời có đáp ứng nhu cầu nhóm người dùng hay chưa Vì vấn đề đặt cần giám sát để ước lượng giá trị tham số QoS, từ điều khiển định trình để đạt mức QoS phù hợp - Một vấn đề khác chưa giải thỏa đáng định trình tới nay, kiểm sốt hạn chế tốc độ tối đa ~3~ luồng tin, đặc biệt với loại ứng dụng ln có xu hướng tận dụng tối đa băng thơng (ví dụ tải file, chia sẻ ngang hàng) - Mặt khác, từ góc độ nhà cung cấp dịch vụ, luồng tin gói dịch vụ cần đảm bảo công thông lượng (công QoS, hay công dịch vụ) Giả sử luồng tin bị lỗi đường truyền lỗi truyền gói tin khoảng thời gian ngắn, nhu cầu thực tế đặt cần có cách bù lại thơng lượng để đảm bảo tính cơng dịch vụ cho luồng tin Mục tiêu luận án: Từ vấn đề tồn nêu phần trên, luận án đặt mục tiêu nghiên cứu đề xuất số chế tăng cường khả đảm bảo QoS mạng IP thông qua việc giám sát QoS luồng, tạo khả kiểm soát, hạn chế tốc độ tối đa cho ứng dụng theo yêu cầu gói dịch vụ điều khiển đảm bảo công thông lượng, bù QoS theo trọng số dựa tham số giám sát Kết cần đạt luận án: 1) Đề xuất xây dựng chế giám sát tham số QoS nút biên mạng khách hàng 2) Đề xuất xây dựng chế kiểm soát, hạn chế tốc độ tối đa điều khiển bù thơng lượng 3) Đề xuất mơ hình kết hợp chế nêu 4) Thử nghiệm, đánh giá mơ hình đề xuất ứng dụng Phạm vi nghiên cứu luận án: Đảm bảo QoS mạng IP vấn đề rộng phức tạp, phạm vi nghiên cứu luận án chế định trình mặt phẳng liệu lớp IP, nút biên mạng khách hàng, nơi tập trung luồng gói tin người dùng Phương pháp nghiên cứu: Luận án nghiên cứu, khảo sát cơng trình liên quan để tìm tồn tại, lựa chọn vấn đề giải Hệ thống hóa vấn đề ~4~ cần giải quyết, đề xuất mô hình lý thuyết, sử dụng cơng cụ tốn học để phân tích thực mơ để đánh giá kết mơ hình lý thuyết CHƯƠNG VẤN ĐỀ GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN QOS TRONG MẠNG IP 1.1 Mạng IP chất lượng dịch vụ Chất lượng dịch vụ (QoS): tập hợp tác động hiệu suất dịch vụ, xác định hài lòng người sử dụng dịch vụ Chất lượng dịch vụ mạng IP bao gồm tham số kỹ thuật như: băng thông, trễ, biến thiên trễ, tỷ lệ gói tin Hình 1.1 mơ hình mạng IP cung cấp đa dịch vụ Các dịch vụ viễn thông Internet sử dụng giao thức IP Lưu lượng dịch vụ truyền tải hạ tầng mạng có dây, khơng dây sử dụng cơng nghệ khác Hình 1.1 Mơ hình mạng IP cung cấp đa dịch vụ Mạng IP ban đầu thiết kế để truyền gói tin không yêu cầu cao QoS, sử dụng để truyền tải lưu lượng dịch vụ có dịch vụ yêu cầu cao QoS hình 1.1, có dịch vụ yêu cầu cao QoS Hơn nữa, sử dụng công nghệ khác nên việc đảm bảo QoS tồn trình mạng IP khó khăn ~5~ Vì giải pháp đảm bảo QoS mạng IP quan tâm nghiên cứu, đặc biệt mạng hệ 1.2 Cơ chế định trình điều khiển QoS Trong chế định trình tới nay, định trình theo nhãn thời gian có nhiều ưu điểm, phù hợp với mạng tốc độ cao triển khai rộng rãi, luận án tập trung nghiên cứu chế định trình Bộ định trình theo nhãn thời gian trì hàm thời gian ảo hệ thống (V), thời gian bắt đầu (S), kết thúc (F) xử lý gói tin Tại đầu vào, nút mạng gán cho gói tin tới nhãn thời gian S, F theo giá trị hàm thời gian ảo Tại đầu ra, gói tin có nhãn thời gian F nhỏ chọn để chuyển Các định trình loại có khả đảm bảo QoS, tách biệt dịch vụ bình đẳng luồng tin WFQ sử dụng hàm thời gian ảo V(t) sau: VWFQ (0)  (1.5)  VWFQ (t   )  VWFQ (t )   i B ( t ) wi (1.6) Nhãn thời gian bắt đầu Sik , kết thúc Fi k luồng i tính sau:   S ik  max F k 1 ,VWFQ ( aik ) i Fi k  Sik  (1.8) k i L wi (1.9) Hình 1.10 mơ tả chế gán nhãn cho gói tin WFQ chế định trình dựa nhãn thời gian Các gói tin luồng xếp vào hàng đợi luồng Mỗi gói tin tới pik gán nhãn thời gian bắt đầu, kết thúc tương ứng Sik Fik Ví dụ: Giá trị thời gian kết thúc F2k gói tin thứ k =1, 2, 3, 4, thuộc phiên ~6~ 4, 8, 16, 20, 24 Tại thời điểm, định trình xét gói tin đầu hàng đợi (Head Of Line -HOL) chọn gói tin có nhãn thời gian kết thúc nhỏ để đưa Theo ví dụ hình 1.8, gói tin p21 có F21=4 nhỏ nhất, p21 chọn để chuyển Hình 1.10 Gán nhãn thời gian xử lý gói tin WFQ Nhận xét: Các định trình điển hình đề xuất tới số tồn tại, ví dụ như: 1) Chưa sử dụng user profile để cấp phát băng thông theo yêu cầu người dùng 2) Chưa có giám sát 3) Các phương pháp bù thông lượng chưa sử dụng băng thông hiệu làm ảnh hưởng tới QoS luồng khác bù Ngoài ra, ba vấn đề tồn chủ yếu nêu phần Mở đầu chưa giải thỏa đáng 1.3 Cơ chế giám sát QoS Giám sát để biết tình trạng cung cấp QoS để có điều chỉnh phù hợp Một số chế giám sát điển sau: - Giám sát trạng thái kênh mơ hình Markov hai trạng thái: ước lượng trạng thái từ trạng thái trước - Dựa theo phương pháp EWMA, thời gian trễ (RTT-Round Trip Time) trung bình thời điểm ước lượng dựa số lượng định gói tin truyền đi: k 1 k k 1 t R T T   * t R T T  (1   ) * t R T T Với t trễ truyền gói tin k+1, t k gói tin, γ hệ số ước lượng EWMA k 1 RTT k RTT (1.19) trễ trung bình ~7~ - Giám sát băng thông: Băng thông nút cổ chai xác định mơ hình cặp gói (Hình 1.12) sau: L Cb, j  th  th (1.26) Trong t1 , t1 thời điểm gói tin 0, gói tin đến nút mạng thứ nhất; th0, th1 thời điểm gói tin 0, gói tin đến nút mạng cuối cùng; Cb,j băng thông kết nối cổ chai j t1  t10 L C j ,h t1  th h Hình 1.12 Mơ hình cặp gói Nhận xét: 1) Các phương pháp chưa sử dụng để điều khiển QoS theo yêu cầu 2) Cần có phương pháp giám sát tham số QoS phục vụ cho việc điều khiển nâng cao QoS CHƯƠNG CƠ CHẾ GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 2.1 Nhu cầu giám sát QoS Hình 2.1 Cấu trúc điều khiển QoS Để định trình điều chỉnh QoS phù hợp cần có giám sát, đánh giá trạng QoS Tuy nhiên, cấu trúc chế định ~ 11 ~ hạn; đồng thời tích lũy giá trị QoS khoảng Tmon liên tiếp để xác định giá trị QoS thời gian dài hạn (toàn thời gian giám sát) Sử dụng giá trị QoS giám sát Tmon để điều khiển, đáp ứng yêu cầu QoS thời gian dài hạn QoSMon mơ tả Hình 2.9 Agent chèn vào phần mào đầu gói tin tham số Tsnd (thời điểm gửi gói tin) PktSqNo (số thứ tự gói tin) Khi nhận gói tin, Agent vào Tsnd PktSqNo để tính tham số QoS ngắn hạn dài hạn gồm: băng thông (BW), thời gian trễ (PTD), biến thiên trễ (PDV), tỷ lệ gói tin (PLR), hàm QoS (FQoS) Hình 2.9 Phương pháp giám sát QoS phối hợp nút mạng * Hàm QoS: Việc đưa hàm QoS phản ánh mức độ chất lượng dịch vụ khó tính phức tạp, liên quan tham số QoS Tuy nhiên, thông lượng theo trọng số dùng để biểu diễn mức độ đáp ứng dịch vụ cho luồng tin, dùng cho chế bù thông lượng i Định nghĩa 2.1: Gọi FQoS (t ) hàm chất lượng dịch vụ luồng i thời điểm t sau: T (t ) F i QoS (t )  i wi (2.7) Trong đó: wi trọng số luồng i; T i (t ) thơng lượng trung bình luồng i tính đến thời điểm t, tính sau: 11 ~ 12 ~ Lk (t ) Ti (t )   i (t  t ) Với k i L (2.8) tổng kích thước gói tin nhận tính từ bắt đầu giám sát (t0=0) đến thời điểm t Định nghĩa 2.2: Gọi FiQoSTmon(t) hàm chất lượng luồng i thời điểm t, với t thuộc khoảng [t1, t2] sau: i FQoSTmon (t )  Ti (t2 )  Ti (t1 ) / wi   (2.14) Trong wi trọng số, Ti(t) thông lượng luồng i thời điểm t (với t Є[t1, t2]; Tmon = t2-t1) * Giám sát thời gian trễ (PTD): PTD gói tin thứ k luồng i (pik) tính sau: PTDi ( pik )  now  Tsnd ( pik ) (2.15) Trong now thời điểm Agent nhận gói tin, Tsnd thời gian Agent gửi gói tin * Giám sát tỷ lệ gói tin (PLR): - PLR Agent tính dựa tham số PktSqNo gói tin nhận được, cụ thể sau: LostPkti (t )  PktSeqNo ( p ik )  PktSeqNo ( p ik 1 ) (2.16) Với PktSeqNo( pik ) PktSeqNo ( pik 1 ) số thứ tự , gói tin nhận thời điểm t, thời điểm trước Tỷ lệ gói tin tính sau: PLR i (t )  LostPkt i (t ) TotalPkt i (t ) (2.17) Với LostPkt i (t ) , TotalPkt i (t ) số lượng gói tin bị tổng số gói tin nhận luồng i tính đến thời điểm t Trong cách tính này, ta giả thiết gói tin đến trạm đích theo thứ tự phát trạm nguồn * Thời gian giám sát Tmon: 12 ~ 13 ~ Đối với nút mạng phục vụ n luồng gói tin n, giá trị Tmon sử dụng chung cho luồng chọn sau: L   qmaxSizei    max  i   Tmon  max   ri  ri      (2.19) Trong Li kích thước trung bình gói tin luồng i, qmaxSizei kích thước đệm, ri tốc độ luồng i 2.5 Kết mô Như nêu phần trên, chế định trình WF2Q+ chế điển hình có nhiều ưu điểm triển khai rộng rãi Do đó, luận án thực triển khai chế giải thuật WF2Q+ mô so sánh hai chế để minh chứng, đánh giá ưu điểm chế so với WF2Q+ Hình 2.14 Sơ đồ mơ giám sát Nguồn lưu lượng Bảng 2.2 Tham số luồng mô giám sát Luồng Flow Flow Kích thước hàng đợi (byte) 15000 15000 Trọng số 0,4 0,4 Nguồn lưu lượng UDP-CBR+ UDP-CBR+ mơ hình lỗi mơ hình lỗi Kích thước gói tin (byte) 1000 1000 Khoảng thời gian thời 0,001 0,001 điểm phát gói tin liên tiếp (s) Tốc độ phát (Mbps) 7,62 7,62 Băng thông (Mbps), chia 4 theo trọng số 13 Flow 15000 0,2 UDP-CBR 1000 0,001 7,62 ~ 14 ~ Tốc độ giới hạn tối đa (Mbps) 2,5 Khoảng thời gian mô (s) 0-10 Không dụng 0-10 áp Không dụng 0-10 áp Kết mơ thơng lượng: Hình 2.16 kết mô thông lượng Kết mô chứng minh mục tiêu đặt chương đạt được, QoSM giám sát tham số F QoS, PLR, tốc độ luồng Dựa tham số QoS giám sát được, QoSM thực hạn chế tốc độ luồng theo tốc độ tối đa yêu cầu; Luồng bị giới hạn thơng lượng 2,5 Mbps QoSM hồn tồn co thể áp dụng cho chế định trình trình bày chương Luong Luong Luong 4.5 Thon g luong (M bps) Thong luong (Mbps) Luong Luong Luong 4.5 3.5 2.5 3.5 2.5 2 1.5 1.5 Thoi gian (s) 10 WF Q+ Thoi gian (s) 10 QoSM Hình 2.16 Kết mô thông lượng CHƯƠNG CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN CÁC THAM SỐ ĐƯỢC GIÁM SÁT Trong chương 2, luận án đề xuất chế QoSM để thực giám sát tham số QoS Trong chương này, luận án trình bày chế đảm bảo chất lượng dịch vụ dựa tham số QoS giám sát có tên MQCM (Monitoring-based QoS Control Mechanism) MQCM có đặc điểm sau: 14 ~ 15 ~ - Sử dụng chế giám sát QoSM đề xuất chương để tính giá trị tham số QoS - Kiểm soát, hạn chế tốc độ luồng i theo tốc độ tối đa Mi (theo chế RateMon đề xuất chương 2) - Sử dụng định trình có tên MPWPS (Max-rated Per-flow Weight-compensation Scheduler) đề xuất luận án để điều chỉnh trọng số, bù thông lượng để đảm bảo công thông lượng cho luồng theo trọng số chúng thời gian dài, trường hợp chúng bị lỗi sau phục hồi 3.2 Mơ hình chế MQCM Hình 3.1 u cầu xử lý n luồng gói tin kết nối Phát biểu toán: Tại kết nối đầu nút mạng biên khách hàng (CE) băng thông C phục vụ n luồng gói tin (Hình 3.1) Mỗi luồng kết nối phục vụ yêu cầu kết nối cho dịch vụ người sử dụng Các luồng có trọng số wi (i=1 n), có số luồng cần hạn chế tốc độ tối đa Mi (với luồng i không hạn chế tốc độ, Mi =0) Vấn đề đặt sau: 1) Trên sở tham số QoS giám sát thông qua chế giám sát trình bày chương 2, chế điều khiển QoS cần hạn chế tốc độ luồng theo tốc độ tối đa Mi 2) Phục vụ luồng công theo trọng số chúng (trừ luồng có Mi >0) kể luồng bị lỗi sau phục hồi 15 ~ 16 ~ 3) Bù thông lượng cho luồng tin bị dịch vụ khứ (ngắn hạn) lỗi kênh hoạch lỗi truyền tin khoảng thời gian ngắn trước nhằm đảm bảo cơng thơng lượng dài hạn Hình 3.2 Kiến trúc chung định trình rateiPAE rateiPAE Hình 3.3 Kiến trúc mơ hình MQCM Để giải tốn nêu trên, luận án đề xuất chế MQCM (hình 3.3) gồm thành phần định trình MPWPS mới, phát triển dựa kiến trúc chung định trình (hình 3.2) So với kiến trúc chung định trình, MQCM bổ sung thêm khối Agent, MonQoS, RL, Mon_DB sau: - Khối Agent: Có khả đọc chèn thơng tin sử dụng để giám sát gồm Tsnd, PktSqNo Agent nút N1 thực chức chèn thông tin Agent nút N2 thực chức đọc thông tin để chuyển tới khối MonQoS 16 ~ 17 ~ - Khối MonQoS: Nhận giá trị Tsnd, PktSqNo từ Agent để tính tham số QoS phương pháp QoSMon, chuyển tham số QoS tính tới điều khiển - Khối RL: Giám sát hạn chế tốc độ chế RateMon - Mon_DB: Cơ cở liệu lưu trữ giá trị tham số QoS 3.2.5 Bộ điều khiển MPWPS Bộ định trình MPWPS xây dựng dựa định trình WF Q, kế thừa tính chất WF2Q+ WF2Q-M có đặc điểm sau: - Cho phép kết hợp chế giám sát QoSMon đề xuất chương - Kiểm soát, hạn chế tốc độ tối đa luồng tin theo giá trị đặt trước Mi MPWPS sử dụng phương pháp RateMon để giám sát, hạn chế tốc độ - Giám sát thông lượng, mức độ công thông lượng dài hạn theo trọng số thông qua hàm FQoS, thời gian trễ, tỷ lệ gói tin luồng tin - Thực bù thông lượng: Sau luồng liệu gặp lỗi khôi phục, luồng bù để đảm bảo cơng thơng lượng với luồng khác theo trọng số chúng dài hạn (trừ luồng có yêu cầu hạn chế tốc độ tối đa) Để đạt điều đó, điều khiển MPWPS dựa giá trị QoS sở liệu giám sát (Mon_DB) thực hai chức sau: - Kiểm sốt tốc độ thông qua giám sát điều khiển khối RL hạn chế tốc độ tối đa luồng có Mi>0 - Điều chỉnh tăng, giảm trọng số luồng khoảng thời gian Tmon để thực bù thông lượng cho luồng tin, 17 ~ 18 ~ đảm bảo cấp phát băng thông đầu cho luồng công theo trọng số chúng 3.2.6 Hàm thời gian ảo MPWPS dùng hàm thời gian ảo V(t) WF2Q+ sau: V (0)  0;V (t   )  max{V (t )  Li , min{Sih (t )}} C iB (t ) i (3.1) Trong Li kích thước gói tin tới, C băng thơng đầu ra, B(t) tập luồng tích cực, hi (t) số gói tin đầu hàng đợi luồng i, Sih (t ) thời gian ảo bắt đầu xử lý gói tin i 3.2.7 Gán nhãn thời gian cho gói tin MPWPS dùng phương pháp gán nhãn thời gian WF2Q-M, nhãn thời gian bắt đầu Si, kết thúc Fi luồng i tính sau: - Nếu luồng bão hòa, độ cấp phát theo trọng số lớn tốc độ tối đa (Mi>0 wi*C>Mi) ta có: Li Si  V ; Fi  Si  Mi * speedup (3.3) - Trong speedup giá trị hiệu chỉnh Trái lại (luồng chưa bão hịa) ta có: Si  V ; Fi  Si  Li wi * C (3.4) 3.2.8 Hiệu chỉnh trọng số bù thông lượng * Nhu cầu bù thông lượng MPWPS sử dụng phương pháp QoSMon tính lại tham số QoS sau khoảng thời gian ngắn Tmon (short-term) toàn thời gian truyền (long-term) Giá trị hàm F i QoS (t ) luồng i tính theo thơng lượng Ti(t) trọng số (wi) luồng sau: F i QoS (t )  Ti (t ) / wi (3.5) 18 ~ 19 ~ - Giá trị FQoS xét Tmon để tìm luồng có QoS tốt khoảng thời gian vừa giám sát - Giá trị FQoS xét thời gian truyền để tìm luồng có QoS bị suy giảm cần bù FQoS * Phương pháp bù QCM Các cơng trình trước sử dụng phương pháp bù sau: 1) Dành sẵn phần băng thơng cho mục đích bù; 2) Ép buộc luồng tin khác nhường lại phần băng thông để bù Nếu chọn phương án 1, khơng có luồng cần bù, băng thơng dành sẵn khơng sử dụng gây lãng phí tài ngun Nếu chọn phương án mà khơng có giám sát cụ thể, việc bù ảnh hưởng nhiều đến QoS luồng tin khác - Luận án đề xuất nguyên tắc bù QCM (QoS Compensation mechanism): 1) Giám sát để biết luồng có QoS tốt nhất; 2) giảm trọng số luồng tốt để bù cho luồng có thơng lượng Giá trị trọng số wci tính sau: Đối với luồng giảm trọng số để bù: Đối với luồng được bù: wci  wi  wa (3.6) wci  wi  w a wci  wi Đối với luồng khác: (3.7) (3.8) Trong wa (weight adjust value) giá trị hiệu chỉnh trọng số Đặc điểm QCM sau: 1) Không cần dành trước phần băng thông để bù 2) Không sử dụng cách đếm dung lượng thiếu hụt cần bù cho luồng bị lỗi, mà thực bù cách tăng trọng số luồng có QoS thấp đồng thời giảm trọng số luồng có QoS cao 3.2.9 Lựa chọn giá trị hiệu chỉnh trọng số bù QoS 19 ~ 20 ~ Yêu cầu: - Thời gian bù Tc ngắn - Biến thiên thông lượng luồng nhỏ Giải pháp đề xuất: Sử dụng mơ hình PID để chọn khoảng giá trị hiệu chỉnh trọng số wa Giá trị wa chu kỳ giám sát thứ ξ+1 tính sau:  wa (  1)  4wmin wmax (3.24) Trong wmin, wmax trọng số nhỏ nhất, lớn luồng 3.3 Kết mô Hình 3.13 Sơ đồ mơ MQCM Sơ đồ Hình 3.13 mơ tả kết nối mạng khách hàng chi nhánh, thông qua mạng nhà cung cấp dịch vụ Hai nút mạng n1, n2 khách hàng kết nối với nút n8 n9 nhà cung cấp dịch vụ với băng thông 2Mbps Kết nối n0, n3, n4 tới n1 kết nối n2 tới n5, n6, n7 1Mbps Kết nối nút mạng nhà cung cấp dịch vụ (n8, n9, n10, n11, n12 20 ~ 21 ~ 100Mbps Thực mô hai trường hợp để so sánh: 1) Sử dụng WF2Q+; 2) Sử dụng MQCM + Nguồn lưu lượng sử dụng để mô phỏng: Luồng Luồng (S0-R0) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 Luồng (S2R2) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 0,954 = 0, t 0,954 Không áp dụng 0,954 Không áp dụng 0,67 0,67 0,67 Khơng áp dụng 0-10 Kích thước hàng đợi (byte) Trọng số Nguồn lưu lượng Kích thước gói tin (byte) Khoảng thời gian thời điểm phát hai gói tin liên tiếp (s) Tốc độ phát (Mbps) Mơ hình lỗi Luồng (S1-R1) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 Không áp dụng 0-10 0,3 0-10 [0,6s;1,6s] Băng thông (Mbps), chia sẻ theo trọng số Tốc độ giới hạn tối đa (Mbps) Khoảng thời gian mô (s) Kết mô phỏng: Thông lượng Kết mô thông lượng nêu Hình 3.12: 1 Luong Luong Luong 0.9 Thong luong (Mbps) 0.8 Thong luong (Mbps) Luong Luong Luong 0.9 0.7 0.6 0.5 0.4 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 Thoi gian (s) 10 Thoi gian (s) 10 MQCM WF2Q+ Hình 3.12 Kết so sánh thơng lượng 1) Với WF Q+: Khi có luồng bị lỗi, luồng công theo trọng số 2) Với MQCM: Khi luồng phục hồi sau lỗi, luồng đảm bảo công trọng số Kết mô thông lượng cho thấy MQCM thực bù để đảm bảo công thông lượng cho luồng theo trọng số, với luồng phục hồi sau lỗi 21 ~ 22 ~ CHƯƠNG ỨNG DỤNG CƠ CHẾ GIÁM SÁT, ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN CÁC THAM SỐ ĐƯỢC GIÁM SÁT VÀO MƠ HÌNH QoS DOWNLOAD GATEWAY Mơ hình download server cịn tồn tại: 1) Chưa hạn chế tốc độ tải file theo profile ứng dụng 2) Chưa có chế bù QoS cho ứng dụng sau lỗi kết nối phục hồi Để giải vấn đề này, luận án áp dụng chế QoSM (chương 2), MQCM (chương 3) vào mơ hình QoS Download Gateway (Hình 4.3): 1) Xử lý yêu cầu tải file người sử dụng bao gồm điều khiển chấp nhận yêu cầu định trình chọn yêu cầu để xử lý 2) Xử lý phiên tải file gồm phân loại gói tin điêu khiển tốc độ tải file Các chế QoSM, MQCM ứng dụng vào việc xử lý phiên download 4.2 Mơ hình QoS Download Gateway Hình 4.3 Mơ hình QoS download Gateway 4.2.1 Xử lý yêu cầu tải file Hình 4.4 Xử lý yêu cầu download 22 ~ 23 ~ Trong Hình 4.4, chức xử lý yêu cầu download gồm: Bộ phân loại yêu cầu download, thăm dị server định trình 4.2.2 Xử lý phiên tải file rateiPAE Hình 4.5 Xử lý phiên tải file Cơ chế QoSM, MQCM áp dụng vào mơ hình QoS Download Gateway (hình 4.5) để xử lý phiên tải file, đạt kết sau: 1) Hạn chế tốc độ tải file tối đa 2) Bù thông lượng cho phiên tải file phép bù, chúng phục hồi sau bị lỗi KẾT LUẬN Những kết luận án Luận án vấn đề tồn chủ yếu chế định trình điển hình có tới là: 1) Chưa giám sát trạng thái QoS để từ có điều chỉnh mức đáp ứng QoS thích hợp với điều kiện thực tế 2) Chưa kiểm soát, hạn chế tốc độ tối đa cho số luồng tin 3) Việc bù để cân thông lượng cho luồng tin chưa giải thỏa đáng Để giải vấn đề đặt ra, luận án nghiên cứu đề xuất số chế tăng cường khả đảm bảo QoS sau: 23 ~ 24 ~ 1) Đề xuất chế giám sát có tên QoSM cho nút mạng CE để giám sát QoS theo phương pháp sau: 1) Phương pháp PAE ước lượng giá trị trung bình tham số QoS định kỳ khoảng thời gian ngắn Tmon 2) Phương pháp RateMon, kết hợp phương pháp Leaky-bucket có sẵn phương pháp PAE NCS đề xuất, áp dụng cho định trình để giám sát, hạn chế tốc độ tối đa luồng tin nút mạng 3) Phương pháp QoSMon giám sát tham số QoS cách phối hợp nút mạng 2) Đề xuất chế MQCM kết hợp giám sát điều khiển bù thông lượng nút mạng CE Thành phần chế MQCM định trình MPWPS phát triển từ định trình WF2Q+, sử dụng giá trị tham số QoS giám sát QoSM để điều chỉnh trọng số chế bù QCM QCM thực bù cho ứng dụng phép bù, đảm bảo công thông lượng theo trọng số thời gian dài hạn luồng không bị hạn chế tốc độ 3) Đề xuất ứng dụng chế QoSM, MQCM vào mơ hình QoS Download Gateway cho dịch vụ tải file theo user profile đăng ký, có hạn chế tốc độ tải file tối đa, bù thông lượng cho phiên tải file phép bù phiên phục hồi sau bị lỗi Hướng phát triển luận án (1) Phân tích, lựa chọn khoảng thời gian giám sát Tmon (trong QoSM), giá trị hiệu chỉnh trọng số wa (trong QCM) động (2) Đánh giá ảnh hưởng số luồng lớn biến động phương pháp QoSM, MQCM (3) Nghiên cứu tác động chế đề xuất đến chế điều khiển TCP (4) Nghiên cứu đảm bảo độ trễ biến động trễ (jitter) nằm miền cho phép ứng dụng truyền thông đa phương tiện tương tác thời gian thực (5) Nghiên cứu áp dụng chế QoSM MQCM để đảm bảo QoS mạng Intranet 24 ~1~ CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ (1) Van Thuong Pham, Dang Hai Hoang (2010), “A compensation mechanism for bandwidth allocation in IP wireless networks”, In Proc of the 12th ICACT, ISSN 1738-9445, Vol 2, Korea, p 11891193 (2) Phạm Văn Thương, Hoàng Đăng Hải (2011), “Cơ chế định trình giám sát bù chất lượng dịch vụ”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, ISSN 0886-708X, số 1A/49, tr 87-100 (3) Phạm Văn Thương (2011), “Mơ hình hệ thống giám sát chất lượng dịch vụ QoSM”, Tạp chí Cơng nghệ thông tin truyền thông Kỳ 1, ISSN 1859-3550, số 12, tr 40-46 (4) P V Thuong, H.D Hai (2012), “A QoS monitoring and compensation mechanism with rate limitation in IP network”, Journal of Science & Technology – Technical Universities, ISSN 0868-3980, No 90, p 51-57 (5) Phạm Văn Thương (2012), “Nâng cao hiệu nguyên tắc hạn chế bù băng thơng mạng IP”, Tạp chí Tin học điều khiển học - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, ISSN 1813-9663, T.28, S.4, tr 384-393 (6) Phạm Văn Thương, Hồng Đăng Hải (2011), “Mơ hình QoS Download Gateway sử dụng chế PWPS”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Đại học Cơng nghiệp, ISSN 1859-3585, số 7, tr 9-14 (7) D.H Hoang, V.T Pham, H.D Nguyen (2010), “Design and Deployment of a Monitoring Sensor for Enterprise’s Networks”, The Intl Scientific Colloqium, ISBN 978-3-938843-53-6, 55th IWK, TU Ilmenau, Germany, p.810-816 (8) D.H Hoang, V.T Pham, You-Sik Hong (2010), “A Study on Bandwidth and Buffer Management Mechanisms of IP Networks”, The Institute of Webcasting Internet & Telecom (IWIT), ISSN 1738-4281, p.143-149 (9) Phạm Văn Thương, Phạm Quang Hưng (2006), “Một số vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IP”, Tạp chí Bưu Viễn thơng & Cơng nghệ thơng tin, ISSN 0866-7039, số tháng 5, tr.23-24 231213v35TT ... thơng lượng để đảm bảo tính cơng dịch vụ cho luồng tin Mục tiêu luận án: Từ vấn đề tồn nêu phần trên, luận án đặt mục tiêu nghiên cứu đề xuất số chế tăng cường khả đảm bảo QoS mạng IP thông qua... soát, hạn chế tốc độ tối đa cho số luồng tin 3) Việc bù để cân thông lượng cho luồng tin chưa giải thỏa đáng Để giải vấn đề đặt ra, luận án nghiên cứu đề xuất số chế tăng cường khả đảm bảo QoS... thơng lượng CHƯƠNG CƠ CHẾ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ DỰA TRÊN CÁC THAM SỐ ĐƯỢC GIÁM SÁT Trong chương 2, luận án đề xuất chế QoSM để thực giám sát tham số QoS Trong chương này, luận án trình bày chế