Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG .8 TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU .8 CHƯƠNG .28 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 28 TRONG MẠNG NGN .28 CHƯƠNG .41 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN 41 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI .62 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1.1 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠNG VIỄN THÔNG HÌNH 1.2 CẤU HÌNH MẠNG CƠ BẢN .10 HÌNH 1.4 NHU CẦU TIẾN HOÁ MẠNG .17 HÌNH 1.5 SỰ HỘI TỤ GIỮA CÁC MẠNG 19 HÌNH 1.6 CẤU TRÚC MẠNG NGN (GÓC ĐỘ MẠNG) 20 HÌNH 1.7 CẤU TRÚC MẠNG NGN (GÓC ĐỘ DỊCH VỤ) 21 HÌNH 1.8 CẤU TRÚC MẠNG NGN .22 .28 HÌNH 2.1 HIỆN TƯỢNG XẢY RA TẮC NGHẼN .28 HÌNH 2.2 HIỆU QUẢ CỦA VIỆC ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN 29 HÌNH 2.3 MÔI TRƯỜNG MẠNG HỖN TẠP TRONG NGN 29 HÌNH 2.4 QUÁ TRÌNH DIỄN RA TẮC NGHẼN .30 HÌNH 2.5 ĐỘ NHẠY (RESPONSIVENESS) VÀ ĐỘ MỊN (SMOOTHNESS) 36 HÌNH 2.6 HỆ THỐNG GỒM N NGƯỜI DÙNG CHIA SẺ MỘT MẠNG 37 HÌNH 3.1 CỬA SỔ TẮC NGHẼN 43 HÌNH 3.2 HEADER CHỐNG TẮC NGHẼN TRONG GÓI DỮ LIỆU/XÁC NHẬN XCP 49 HÌNH 3.3 VÙNG ROUTER BIÊN (E) VÀ LÕI ( C) VỚI KHẢ NĂNG CSFQ 54 HÌNH 3.4 KẾT NỐI TCP ĐƠN ĐI QUA VÙNG ROUTER CÓ KHẢ NĂNG CSFQ 55 LỜI NÓI ĐẦU Mạng viễn thông nước giới Việt Nam chuyển dần đến mạng hệ sau NGN tiến tới IP hóa với mục tiêu lúc nơi phương tiện Nhu cầu dịch vụ mạng ngày đa dạng, phong phú đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác Xu hướng phát triển tiến tới hội tụ mạng hội tụ dịch vụ Tài nguyên mạng có giới hạn nhu cầu truyền thông tin ngày tăng, mà tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Trên sở em thực Đồ án “Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN ” Nội dung đồ án gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan mạng hệ sau Chương 2: Nguyên lý điều khiển tắc nghẽn mạng NGN Chương 3: Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn vấn đề phức tạp, mạng ngày phát triển rộng lớn, lượng người dùng dịch vụ liên tục gia tăng Do điều kiện thời gian kiến thức hạn hẹp nên đồ án khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong dẫn góp ý thầy cô để Đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện tử truyền thông, đặc biệt cảm ơn cô Đoàn Ngọc Phương, hướng dẫn cho em hoàn thành Đồ án Thái Nguyên, ngày 27 tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực Lưu Trọng Luân BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT A ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường truyền thuê bao số bất đồng 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 C CATV Community Antenna Television Truyền hình cáp CAVT Congestion-Avoidance Visualization Tool Công cụ mô tránh tắc nghẽn CSFQ Core-Stateless Fair Queueing Xếp hàng bình đẳng không trạng thái router lõi CWND Congestion Window Cửa sổ tắc nghẽn E EC Efficiency Controller Bộ điều khiển hiệu 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 GPRS G 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 Giao thức Internet phiên 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 N NGN Next Generation Network Mạng 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 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 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 U UDP User Datagram Protocol Giao thức gói người dùng V VoIP Voice over IP Thoại IP X XCP Explicit Control Protocol Giao thức điều khiển rõ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU 1.1 Giới thiệu chương Cụm từ “mạng hệ sau” (Next Generation Network- NGN) bắt đầu nhắc tới từ năm 1998 NGN bước lĩnh vực truyền thông truyền thống giới hỗ trợ mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây mạng số liệu (internet) NGN hội tụ mạng vào kết cấu thống để hình thành mạng chung, thông minh, hiệu cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mở đường cho hội kinh doanh phát triển Có thể đề cập tới ba loại hình dịch vụ thúc đẩy đời NGN: Dịch vụ truyền thông thời gian thực (real-time services) phi thời gian thực (non real-time services); dịch vụ nội dung (content services) hoạt động giao dịch (transaction services) NGN tạo điều kiện để nhà cung cấp dịch vụ tăng cường khả kiểm soát, tính bảo mật, độ tin cậy giảm thiểu chi phí vận hành Công nghệ mạng NGN chìa khoá giải mã cho công nghệ tương lai, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kinh doanh với đặc điểm quan trọng cấu trúc phân lớp theo chức phân tán tiềm mạng, làm cho mạng mềm hoá sử dụng rộng rãi giao diện mở đa truy nhập, đa giao thức để kiến tạo dịch vụ mà không phụ thuộc nhiều vào nhà cung cấp thiết bị khai thác mạng 1.2 Mạng viễn thông 1.2.1 Khái niệm mạng viễn thông Mạng viễn thông phương tiện truyền thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp dịch vụ cho khách hàng Mạng viễn thông bao gồm thành phần chính: thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền thiết bị đầu cuối - Thiết bị chuyển mạch gồm tổng đài nội hạt tổng đài giang Các thuê bao nối vào tổng đài nội hạt tổng đài nội hạt nối vào tổng đài giang Nhờ thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dùng chung mạng sử dụng cách kinh tế - Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay tổng đài để thực việc truyền tín hiệu điện Thiết bị truyền dẫn chia làm loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao thiết bị truyền dẫn cáp quang Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường cáp kim loại Tuy nhiên có số trường hợp môi trường truyền cáp quang vô tuyến Hình 1.1 Các thành phần mạng viễn thông - Môi trường truyền bao gồm truyền hữu tuyến vô tuyến - Thiết bị đầu cuối cho mạng thoại truyền thống gồm máy điện thoại, máy Fax, máy tính, tổng đài PABX Như vậy, mạng viễn thông định nghĩa hệ thống gồm nút chuyển mạch nối với đường truyền dẫn Nút phân thành nhiều cấp kết hợp với đường truyền dẫn tạo thành cấp mạng khác Hình 1.2 Cấu hình mạng 1.2.2 Các đặc điểm mạng viễn thông Các mạng viễn thông có đặc điểm chung tồn cách riêng lẻ, ứng với loại dịch vụ thông tin lại có loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ - Mạng Telex: dùng để gửi điện dạng ký tự mã hoá bit (mã Baudot) Tốc độ truyền thấp (từ 75 đến 300 bit/s) - Mạng điện thoại công cộng, gọi POTS (Plain Old Telephone Service): thông tin tiếng nói số hoá chuyển mạch hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN - Mạng truyền số liệu: gồm mạng chuyển mạch gói để trao đổi số liệu máy tính dựa giao thức X.25 hệ thống truyền số liệu chuyển mạch kênh dựa giao thức X.21 - Trong phạm vi quan, số liệu máy tính trao đổi thông qua mạng cục LAN (Local Area Network) mà tiếng mạng Ethernet, Token Bus Token Ring - Các tín hiệu truyền hình truyền theo cách: truyền sóng vô tuyến, truyền qua hệ thống mạng truyền hình cáp CATV (Community Antenna Television) cáp đồng trục truyền qua hệ thống vệ tinh, hay gọi truyền hình trực tiếp DBS (Direct Broadcast System) 10 XCP phía gửi Sau xác nhận ACK đến nơi, XCP phía gửi sửa lại cửa sổ chống tắc nghẽn theo phản hồi router chứa mào đầu chống tắc nghẽn: cwnd = max{cwnd + H _ feedback , s} (3.2) với s kích cỡ gói 3.3.3.2 Bộ điều khiển chống tắc nghẽn Như đề cập, điều khiển chống tắc nghẽn router có khả XCP chia thành điều khiển hiệu (EC) điều khiển bình đẳng (FC) Nhiệm vụ điều khiển hiệu tận dụng kết nối lớn nhất, tốc độ gói nhỏ hàng đường dẫn ổn định Chỉ đề cập đến EC lưu lượng đường truyền ổn định không quan tâm bình đẳng luồng có lưu lượng ổn định Đây nhiệm vụ điều khiển bình đẳng Dùng thông tin phản hồi chống tắc nghẽn kết nối thời tính toán EC, FC tính thông tin phản hồi chống tắc nghẽn gói thời cho luồng Thông tin chống tắc nghẽn chứa trường H_feedback mào đầu chống tắc nghẽn tất gói truyền lại cho XCP phía gửi Với kết nối, router trì định thời điều khiển thiết lập xấp xỉ đến giá trị RTT ước lượng trung bình XCP phía gửi kết nối Sau hết thời gian chờ (time-out) định thời điều khiển luồng, EC FC dùng để tính giá trị thời phản hồi điều khiển chống tắc nghẽn cho luồng XCP qua đường dẫn Các thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn điều khiển bình đẳng định tuyến XCP có đặc điểm không đòi hỏi thông tin trạng thái luồng Thay vào đó, định tuyến khai thác thông tin lưu lượng tổng cách tích luỹ thông tin từ tất gói truyền qua định tuyến khoảng thời gian định Trong phần sau, biểu thức toán học phép tính EC FC trình bày  Bộ điều khiển hiệu (EC) Mục đích điều khiển hiệu tăng tính sử dụng đường truyền tối thiểu hóa tốc độ gói hàng đợi ổn định Nó xét lưu lượng tổng không ý đến tính hiệu luồng mà gói có liên quan 50 EC tính số byte mà lưu lượng tổng tăng hay giảm theo mong muốn khoảng thời gian điều khiển (RTT trung bình) Phản hồi tổng φ (tính theo byte) tính khoảng điều khiển: φ =α.d S −β.Q (3.3) Với d RTT ước lượng trung bình cho kết nối, S băng thông dự trữ (spare bandwidth) đường truyền định nghĩa hiệu số tốc độ lưu lượng vào dung lượng đường truyền Và Q kích cỡ hàng ổn định đường truyền (tính theo bytes) với kích cỡ hàng không tiêu hao thời gian trễ truyền (đi về) Q ước tính giá trị nhỏ tất kích cỡ hàng vài gói α β tham số có giá trị α = 0.4 β = 0.226 Phản hồi chống tắc nghẽn tổng φ phải tỉ lệ với S, đường truyền sử dụng khôg mức (S>0) hay tắc nghẽn (S0, lưu lượng tất luồng tăng giống 51 - Nếu φ