Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho bài toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) trong viến thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG LÊ HOÀNG Thái Nguyên, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 Học viên: Lê Hoàng Ngƣời HD khoa học: PGS TS Lê Bá Dũng Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC Độc lập - Tự - Hạnh phúc KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Lê Hoàng Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Bá Dũng Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010 Ngày hoàn thành: tháng năm 2010 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Lê Bá Dũng Lê Hoàng BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực công trình nghiên cứu riêng tôi, luận văn không giống hoàn toàn luận văn công trình có trước Thái Nguyên, ngày 23 tháng năm 2010 Tác giả luận văn Lê Hoàng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang iii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập tốt nghiệp, nhận giúp đỡ tận tình thầy cô giáo đặc biệt muốn cảm ơn: Thầy giáo PGS TS Lê Bá Dũng, Viện công nghệ thông tin, Viện khoa học công nghệ Việt Nam lbdung@ioit.ac.vn Thầy giáo ThS Nguyễn Phương Huy, Bộ môn Điện tử viễn thông, Khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên nguyenphuonghuy1979@gmail.com tận tình giúp đỡ, hướng dẫn thời gian thực đề tài, cảm ơn giúp đỡ gia đình, bạn bè đồng nghiệp thời gian qua Vì đề tài liên quan tới nhiều lĩnh vực với kiến thức rộng, thân phải tham khảo nhiều tài liệu báo quốc tế Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót (nhất trình biên tập dịch tài liệu thành tiếng Việt) Vì vậy, mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè, đồng nghiệp Một lần xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Lê Hoàng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang iv LỜI NÓI ĐẦU Ngành Điện tử viễn thông phải đáp ứng nhiệm vụ quan trọng cung cấp dịch vụ truyền thông tin xa cách mềm dẻo, nhanh chóng xác Để đáp ứng nhiệm vụ trên, vấn đề quản lý hàng đợi tích cực đặt lên hàng đầu Tuy nhiên việc quản lý hàng đợi tích cực vấn đề phức tạp Trên mạng viễn thông, kỹ thuật định tuyến hỗ trợ cho trình định tuyến mạng, điều khiển công suất đầu cuối di dộng, quản lý tài nguyên mạng, quản lý chất lượng mạng, điều khiển lưu lượng mạng, tạo điều kiện xây dựng mạng viễn thông thông minh Việc kết hợp Giải thuật di truyền Logic mờ tạo thiết bị có độ thích nghi cao thông minh người đáp ứng toán phức tạp điều kiện thiếu thông tin Xuất phát từ vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) viễn thông” Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu việc xây dựng nên phương pháp để giải toán điều khiển lưu lượng thông minh mạng viễn thông Nhằm giải vấn đề tránh tắc nghẽn tối ưu hoá thời gian truyền nhận gói liệu thông qua router mạng Nội dung luận văn ứng dụng giải thuật di truyền mờ vào toán AQM mạng nay, cấu trúc luận văn bao gồm chương sau: Chƣơng 1: Các kiến thức tổng quan Chƣơng 2: Bài toán quản lý hàng đợi tích cực viễn thông Chƣơng 3: Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho toán quản lý hàng đợi tích cực viễn thông Cuối kết luận hướng phát triển đề tài Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang v MỤC LỤC Trang Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Lời nói đầu iv Mục lục v Danh mục bảng biểu viii Danh mục hình vẽ ix Các thuật ngữ viết tắt xi CHƢƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Điều khiển tắc nghẽn mạng internet 1.1.2 Chất lượng dịch vụ internet 1.1.3 Cấu trúc luận văn 1.2 Tổng quan AQM TCP 1.2.1 TCP quản lý hàng đợi tích cực (AQM) 1.2.2 Các dịch vụ tích hợp phân biệt 11 1.3 Giải thuật di truyền 12 1.3.1 Giới thiệu 12 1.3.2 Giải thuật di truyền tìm kiếm tối ưu 13 1.3.3 Cấu trúc giải thuật di truyền 14 1.3.3.1 Cấu trúc giải thuật di truyền đơn giản 14 1.3.3.2 Các phép toán giải thuật di truyền 14 1.3.3.2.1 Sinh sản (Reproduction) 14 1.3.3.2.2 Lai ghép (Crossover) 16 1.3.3.2.3 Đột biến (Mutation) 17 1.3.4 Ứng dụng giải thuật di truyền 18 1.4 Giải thuật di truyền mờ 18 1.4.1 Giới thiệu 18 1.4.2 Giải thuật di truyền kết hợp với logic mờ 19 1.4.2.1 Phân loại kỹ thuật kết hợp 20 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang vi 1.4.2.2 Một số ví dụ kỹ thuật kết hợp di truyền mờ 20 1.4.2.2.1 Hệ thống ghép cặp di truyền mờ 20 1.4.2.2.2 Thiết kế hệ thống di truyền mờ giải thuật di truyền 21 1.4.2.2.3 Điều khiển mờ tự động hệ thống giải thuật di truyền 22 1.4.2.3 Tóm tắt số ứng dụng thực tế hệ kết hợp di truyền mờ 23 1.4.3 Tổng kết kết luận 23 CHƢƠNG 2: BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG 2.1 Giới thiệu 25 2.2 Kỹ thuật chống gói mạng TCP/IP tắc nghẽn 26 2.2.1 Giới thiệu 26 2.2.2 Quản lý hàng đợi tích cực (AQM) 26 2.2.2.1 Lưu lượng tải phát sớm 27 2.2.2.2 Tránh thông báo tắc nghẽn xác định 30 2.2.2.3 RED thích nghi (ARED) 31 2.2.2.4 Độ nhạy RTT 34 2.2.2.5 Sự đánh giá 36 2.2.2.6 Sử dụng gói để thông báo tắc nghẽn 38 2.2.3 Điều khiển tắc nghẽn máy chủ cuối 41 2.2.3.1 Điều chỉnh tốc độ truyền tối thiểu 41 2.2.3.2 Điều chỉnh tăng tuyến tính 44 2.2.4 Điều chỉnh hiệu suất tối ưu 48 2.2.5 Kết luận công việc tương lai 50 2.3 BLUE phương pháp cho AQM 51 2.3.1 Giới thiệu 51 2.3.2 Sự hạn chế RED 52 2.3.3 Blue 54 2.3.3.1 Thuật toán Blue 55 2.3.3.3 Tìm hiểu Blue 56 2.3.3.4 Hiệu ECN timeouts 59 2.3.3.5 Sự đánh giá 61 2.3.4 Blue cân ngẫu nhiên (SFB) 63 2.3.4.1 Thuật toán SFB 63 2.3.4.2 Sự đánh giá 66 2.3.4.3 Sự hạn chế SFB 68 2.3.4.4 SFB với hàm hash động 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang vii 2.3.4.5 Độ nhạy RTT 74 2.4 Kết luận công việc tương lai 74 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG 3.1 Mở đầu 76 3.2 AQM sử dụng giải thuật di truyền 77 3.2.1 Sơ đồ tổng quát giả sử có cấu hình mạng hình 3.1 77 3.2.2 Thiết kế thuật toán di truyền mờ 78 3.2.2.1 Bộ điều khiển mờ 78 3.2.2.2 Giải thuật di truyền mờ cho tìm kiếm tối ưu dạng hàm thuộc 80 3.2.3.1 Mã hoá 81 3.2.2.4 Lai tạo 84 3.2.2.5 Đột biến 84 3.2.2.6 Hàm thích nghi 84 3.2.3 Mô hình hệ thống 85 3.3 Quá trình thực nghiệm 85 3.3.1 Xác định đối tượng 85 3.3.2 Kết thực nghiệm thể qua mô 87 3.3.3 Đánh giá tỷ lệ gói dùng RED, BLUE, Fuzz-GA-AQM 91 KẾT LUẬN 95 PHẦN PHỤ LỤC 97 Tài liệu tham khảo 98 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kết tính toán cho nhiễm sắc thể 15 Bảng 1.2 Quần thể .16 Bảng 1.3 So sánh đặc điểm logic mờ giải thuật di truyền 19 Bảng 1.4 Phân loại việc kết hợp hệ thống di truyền mờ .20 Bảng 1.5 Các ứng dụng kỹ thuật FL-GA cho hệ thống điều khiển 21 Bảng 1.6 Ví dụ hệ thống FL-GA ứng dụng giải toán phân tích liệu 21 Bảng 1.7 Những ứng dụng hệ thống kết hợp di truyền mờ 23 Bảng 2.1 Tỷ lệ gói SFB theo Mbs (1 luồng không đáp ứng) 66 Bảng 2.2 Tỷ lệ SFB (một luồng không đáp ứng, luồng dao động) 73 Bảng 3.1 Cơ sở luật – luật ngôn ngữ 80 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Các kiến thức tổng quan Chƣơng 2: Bài toán quản lý hàng đợi tích cực viễn thông Chƣơng 3: Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho toán quản lý hàng đợi tích cực viễn thông Cuối kết luận hướng phát... 74 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG 3.1 Mở đầu 76 3.2 AQM sử dụng giải thuật di truyền 77... NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: