Ứng dụng phương pháp giảm bậc mô hình trong xây dựng cấu trúc mạng quản lý viễn thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP GIẢM BẬC MÔ HÌNH TRONG XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG QUẢN LÝ VIỄN THÔNG Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: Học viên: NGUYỄN ANH TUẤN Ngƣời HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG THÁI NGUYÊN, 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP GIẢM BẬC MÔ HÌNH TRONG XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG QUẢN LÝ VIỄN THÔNG Học viên: NGUYỄN ANH TUẤN Mã số: Ngƣời HD khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Hữu Công Nguyễn Anh Tuấn KHOA SAU ĐẠI HỌC BGH TRƢỜNG ĐHKTCN Thái Nguyên, 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Trừ phần tham khảo đƣợc nêu rõ Luận văn Tác giả Nguyễn Anh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy giáo – PGS.TS Nguyễn Hữu Công, ngƣời hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến trình viết hoàn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn Thạc sỹ Đào Huy Du thầy cô khoa Điện tử viễn thông phòng Đào tạo, Khoa Sau đại học - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tác giả Nguyễn Anh Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa đề tài Đối tƣợng, mục đích, phƣơng pháp nội dung nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Quá trình truyền liệu mạng vấn đề tắc nghẽn 1.2.1 Truyền liệu hệ thống mạng 1.2.2 Nghẽn mạng nguyên nhân gây nghẽn 1.2.3 Cơ chế điều khiển luồng để tránh tắc nghẽn 1.3 Sự cần thiết phải quản lý hàng đợi 1.3.1 Khái niệm quản lý hàng đợi tích cực AQM 1.3.2 Sự cần thiết phải có quản lý hàng đợi tích cực 1.4 Tổng kết chƣơng 10 Chƣơng 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI 11 2.1 Giới thiệu 11 2.2 Cơ chế thông báo tắc nghẽn 11 2.2.1 Khái niệm chung 11 2.2.2 Sự đánh dấu IP header 12 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.3 Sự đánh dấu TCP header 13 2.2.4 Cơ chế hoạt động 14 2.3 Cơ chế hủy bỏ sớm ngẫu nhiên RED 15 2.3.1 Mô tả khái quát thuật toán 15 2.3.2 Giải thuật RED tham số 17 2.4 Cơ chế huỷ bỏ sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED 19 2.4.1 Khái quát 19 2.4.2 Cơ chế hoạt động 20 2.4.3 Sự ảnh hƣởng thông số MPD đến hoạt động WRED 21 2.4.4 Cách cấu hình WRED thiết bị Cisco 23 Chƣơng 3: GIẢM BẬC MÔ HÌNH THEO PHƢƠNG PHÁP CÂN BĂNG NỘI 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Phát biểu toán giảm bậc mô hình 25 3.3 Phƣơng pháp cân nội Moore 25 3.3.1 Một số ký hiệu toán học 25 3.2.2 Tổng quan đƣa tín hiệu vào lý thuyết thực tối thiểu 26 3.3.2.1 Nhắc lại hình học 27 3.3.2.2 Đặc điểm Xc 28 3.3.2.3 Đặc điểm Xō 29 3.3.3 Phân tích thành phần 29 3.3.3.1 Phụ thuộc tuyến tính xấp xỉ bình phƣơng nhỏ 31 3.3.3.2 Thành phần ma trận đáp ứng xung 32 3.3.3.3 Tính toán thành phần độ lớn thành phần véc tơ 34 3.3.3.4 Tính chất nhiễu loạn thành phần độ lớn thành phần véc tơ 35 3.3.4 Phân tích tính điều khiển đƣợc tính quan sát đƣợc 36 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn T A 3.3.4.1 Sự liên quan mô hình (F, G, C) thành phần eAtB, e CT T 37 A 3.3.4.2 Thành phần eAtB, e CT 39 3.3.4.3 Giá trị tọa độ không đổi – Dạng bậc 41 3.3.4.4 Mô hình cân động học nội cân chuẩn hóa 42 3.3.4.5 Các tính chất ổn định tiệm cận, mô hình cân nội 44 3.3.4.6 Tiền đề giảm bậc mô hình 45 3.3.5 Các công cụ giảm bậc mô hình 46 3.3.5.1 Giảm bậc cách khử hệ 47 3.3.5.2 Tính trội nội 49 3.3.5.3 Tính trội nội dạng bậc 51 3.4 Phát triển phƣơng pháp cân nội Moore 53 3.4.1 Giảm mô hình 53 3.4.2 Các hệ liên tục theo thời gian 55 3.4.3 Hệ thống rời rạc theo thời gian 61 3.5 Thuật toán giảm bậc theo cân nội 67 3.6 Một số ví dụ áp dụng giảm bậc mô hình theo cân nội 69 3.7 Kết luận chƣơng 79 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG GIẢM BẬC MÔ HÌNH CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG 4.1 Mở đầu 80 4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển 81 4.2.1 Sơ đồ tổng quát 81 4.2.2 Sơ đồ điều khiển 81 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.3 Ứng dụng giảm bậc mô hình cho toán quản lý hàng đợi tích cực AQM 83 4.3.1 Bài toán quản lý hàng đợi 83 4.3.2 Giảm bậc đối tƣợng theo phƣơng pháp cân nội 84 4.3.3 Một số kết mô 87 90 4.4 Kết luận chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Bảng số 2.1 2.2 Nội dung Trang Giải thuật WRED 20 Các thông số mặc định WRED cho giá trị DSCP khác 22 Tham số hệ giảm bậc mô hình không gian 3.1 3.2 trạng thái mô hình hàm truyền hệ giảm bậc Tham số hệ giảm bậc mô hình không gian trạng thái mô hình hàm truyền hệ giảm bậc 71 76 Mô hình không gian trạng thái mô hình hàm truyền 4.1 hệ giảm bậc Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN 85 http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình số Nội dung 1.1 Kiến trúc mạng đơn giản 1.2 Kiến trúc router 1.3 Ví dụ nghẽn mạng 2.1 ECN Field IP header 12 2.2 ECN bit IP header 13 2.3 Cấu trúc TCP Header với cờ CWR ECE 14 2.4 Cấu trúc trƣờng code field Reserved field TCP heade 14 2.5 Mô hình quản lý hàng đợi dùng thuật toán RED 16 2.6 Sơ đồ hoạt động WRED 20 10 2.7 Cơ chế loại bỏ gói tin WRED 21 11 2.8 Biểu diễn trọng số WRED 22 12 3.1 Các tín hiệu vào hệ thống 27 13 3.2 Sơ đồ không gian trạng thái hệ thống 28 14 3.3 Hệ thống đƣa vào tín hiệu thử x(0) = 29 15 3.4 Hệ thống đƣa tín hiệu xung đầu vào 32 16 3.5 Phân chia mô hình hệ thống 48 17 3.6 Phân chia mô hình hệ thống thành hệ trội hệ yếu 48 18 3.7 Tổ chức mô hình hệ thống 49 19 3.8 Sơ đồ mô hệ gốc hệ giảm bậc Simulink 72 20 3.9 Đáp ứng bƣớc nhảy hệ gốc hệ giảm bậc 73 21 3.10 Đặc tính tần số hệ gốc hệ giảm bậc 73 22 3.11 Sơ đồ mô hệ gốc hệ giảm bậc Simulink 77 23 3.12 Đáp ứng bƣớc nhảy hệ gốc hệ giảm bậc 78 24 3.13 Đặc tính tần số hệ gốc hệ giảm bậc 78 25 4.1 Biểu diễn nút cổ chai từ A sang B 81 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Trang 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 ... - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP GIẢM BẬC MÔ HÌNH TRONG XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG QUẢN LÝ VIỄN THÔNG Học viên: NGUYỄN ANH TUẤN Mã số: Ngƣời HD khoa học:... dụng giảm bậc mô hình theo cân nội 69 3.7 Kết luận chƣơng 79 CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG GIẢM BẬC MÔ HÌNH CHO BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG 4.1 Mở đầu 80 4.2 Cấu trúc hệ thống... thông số mặc định WRED cho giá trị DSCP khác 22 Tham số hệ giảm bậc mô hình không gian 3.1 3.2 trạng thái mô hình hàm truyền hệ giảm bậc Tham số hệ giảm bậc mô hình không gian trạng thái mô hình