NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN - 4 ppsx

Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất do các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. - Chức năng: Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng. 1.4.5 Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ. 1.5 Tổng kết chương Vấn đề quan tâm nhiều trong hoạt động của mạng viễn thông là hiệu suất khai thác, hiệu quả kinh tế và sự cạnh tranh. Các thiết bị IP phát triển rất nhanh chóng, do đó việc xây dựng mô 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. Chương 2 ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 2.1 Giới thiệu chương Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác nhau. Xu hướng phát triển là tiến tới hội tụ về mạng và hội tụ về dịch vụ. Tài nguyên của mạng có giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin ngày càng tăng, chính vì vậy mà hiện tượng tắc nghẽn mạng là 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 là không có giới hạn. Hình 2.1 trình bày hiện tượng tắc nghẽn trên mạng và hình 2.2 trình bày hiệu quả của việc có điều khiển. Thông thường, nút mạng được thiết kế với một bộ đệm lưu trữ có hạn. Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, bộ đệm bị tràn, các gói sẽ bị mất hoặc trễ quá thời gian cho phép. Nếu một gói bị mất trên mạng thì tại thời điểm ấy các tài nguyên mạng mà gói đó đã sử dụng cũng bị mất theo. 4 1 2 5 3 7 6 8 Xảy ra tắc nghẽn 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 ra. Tốc độ của các gói tin đầu ra bị giới hạn bởi băng thông (bandwidth) của các đường kết nối, thường nhỏ hơn băng thông của các đường đến do phải phân chia cho nhiều luồng. 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 bị tràn, các gói sẽ bị mất hoặc trễ quá thời gian cho phép. Đây cũng là nguyên nhân giống như trong mạng truyền thống. 2. Lỗi do đường truyền vô tuyến 3. Do nghẽn cổ chai: tại điểm đấu nối từ các mạng tốc độ thấp vào các mạng tốc độ cao. 4. Nhu cầu băng thông cao của các dịch vụ đa phương tiện và các loại hình dịch vụ mới Mạng lõi MG MG MG Mạng dữ liệu Mạng cố định Mạng di động Máy ch ủ MG Mạng truyền hình 5. Lưu lượng lớn, thay đổi đột biến và biến đổi động 6. Tính biến động của mạng, topo mạng: Đây là một đặc tính mới của mạng NGN so với mạng truyền thống. Các nút mạng có thể dịch chuyển làm topo mạng thay đổi gây ra những biến đổi về phân chia lưu lượng trên mạng. 2.2.2 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn Hình 2.4 Quá trình diễn ra tắc nghẽn [7] Quá tải làm thông lượng (throughput) suy biến như được chỉ ra trên hình 2.4. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thông lượng với lưu lượng đưa vào (offered load). Ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ (phía trái của điểm gãy - Knee), thông lượng Thông lượng (Throughput) Lưu lượng đầu vào (offered load) Điểm gãy (knee) Điểm vách (cl if f) tăng tuyến tính với lưu lượng đưa vào. Đó là lúc băng thông chưa sử dụng hết. Thông lượng lớn nhất khi lưu lượng đưa vào gần với băng thông thắt cổ chai (bottleneck bandwidth) và thông lượng tăng chậm tương ứng với kích thước dữ liệu trong bộ đệm. Khi lưu lượng đưa vào tiếp tục tăng, thông lượng giảm đột ngột từ điểm vách (Cliff) xuống một giá trị rất nhỏ, đó là lúc tất cả các luồng cùng gửi dữ liệu nhưng dữ liệu không được truyền đến phía nhận. Lúc đó, hầu hết các gói bị mất và hiện tượng tắc nghẽn xảy ra . Nguyên lý chung để điều khiển chống tắc nghẽn là: - Duy trì điểm hoạt động của mạng luôn ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ. - Đảm bảo cho các bộ đệm của bộ định tuyến không bị tràn. - Đảm bảo phía gởi dữ liệu nhanh mà phía nhận vẫn có thể xử lý, giúp sử dụng tài nguyên một cách hiệu quả nhất. 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 tập các mô tả về lưu lượng (tốc độ truyền dẫn cực đại, tốc độ truyền dẫn trung bình, trễ cực đại cho phép…). Mạng chỉ cho phép người sử dụng truy nhập đến chỉ khi nào có đủ tài nguyên sẵn sàng trên mạng. Ngược lại, yêu cầu kết nối bị từ chối. Mạng giám sát, kiểm soát các luồng lưu lượng để xem liệu người dùng có tuân theo các mô tả về lưu lượng không.  Kiểm soát (Policing): Kiểm tra kết nối nào vi phạm các mô tả về lưu lượng để đưa ra xử lý trừng phạt bằng cách: 1) Xóa các gói vi phạm mô tả 2) Gán cho 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 control) là sự kết 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:  Phản hồi ẩn (implicit feedback) nguồn phát sử dụng thời 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 đổi kích thước cửa sổ (số gói tin hoặc số byte tồn tại ở đó). 2.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn Trong phần này đề xuất một số tiêu chí đánh giá cơ bản nhất dựa trên cơ sở những tiêu chí truyền thống [7], song có xem xét đến những đặc tính của môi trường mạng mới NGN. Những tiêu chí cơ bản nhất dùng cho phân tích, đánh giá các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm: 2.4.1 Tính hiệu quả (Efficient) Tính hiệu quả được định nghĩa là tỉ số giữa tổng tài nguyên phân phối cho các ứng dụng và tổng tài nguyên mong muốn tại điểm Knee của mạng, nghĩa là trước thời điểm mạng xảy ra bão hòa. Nếu X goal biểu thị mức lưu lượng đưa vào mong muốn tại điểm Knee, X(t) biểu thị tổng tài nguyên phân phối cho các ứng dụng, nghĩa là   )()( txtX i , thì tính hiệu quả được xác định bởi tỉ số: goal X tX )(   (2.1) . 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. 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 control) là sự kết hợp của điều khiển tiếp nhận, kiểm. được hiệu quả khai thác tối đa. Chương 2 sẽ trình bày vấn đề điều khiển tắc nghẽn trong NGN. Chương 2 ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 2.1 Giới thiệu chương Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày