NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾNNGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

i LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ thực Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Chiến Trinh TS Bùi Thị Minh Tú Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn định hướng nghiên cứu, hướng dẫn khoa học phương pháp luận nghiên cứu khoa học, với kiến thức, kinh nghiệm suốt trình nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh xin cám ơn thầy giáo PGS TS Bùi Trung Hiếu, PGS TS Nguyễn Tiến Ban, PSG TS Nguyễn Văn Tuấn thầy giáo Học viện giúp đỡ, động viên, đóng góp ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, Hội đồng Tiến sĩ Học viện Khoa Quốc tế Đào tạo Sau đại học tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh q trình nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viễn thông Đà Nẵng tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh tham gia khóa đào tạo quan tâm, động viên, tạo điều kiện công việc để nghiên cứu sinh hồn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn bè thân hữu khích lệ, động viên suốt trình thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình bạn bè thân thiết ln ln khích lệ, động viên, cảm thơng, chia sẻ hết lòng tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng Tác giả Trần Minh Anh năm 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng mạng sử dụng kỹ thuật định tuyến” cơng trình nghiên cứu tơi, ngồi kiến thức tham khảo từ tài liệu nghiên cứu liên quan rõ danh mục tài liệu tham khảo phần sau luận án Những đóng góp luận án kết nghiên cứu tác giả, phần công bố tạp chí, kỷ yếu hội nghị khoa học chun ngành, phần lại chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả Trần Minh Anh năm 2018 iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC KÝ HIỆU x DANH MỤC HÌNH VẼ xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU xvii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan yêu cầu QoS mạng viễn thông 1.1.1 Giới thiệu: .7 1.1.2 Các thông số QoS: 1.1.3 Xây dựng ràng buộc liên quan đến đảm bảo chất lượng dịch vụ 11 1.1.4 Vấn đề đảm bảo QoS mạng viễn thông phát triển mạnh mẽ giai đoạn .15 1.1.4.1 Tổng quan 15 1.1.4.2 Định hướng cấu trúc mạng yêu cầu đảm bảo QoS mạng viễn thông thời gian tới 16 1.2 Kỹ thuật định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ 18 1.2.1 Tổng quan: 18 1.2.2 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thơng tin tồn cục .21 1.2.3 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội 29 1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu định tuyến QoS dùng TTNB 38 1.4 Kết luận chương 39 CHƯƠNG 2CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG 41 2.1 Mở đầu .41 2.2 Phần mềm ứng dụng để mô mạng 42 2.3 Các tiêu chí đánh giá 44 2.3.1 Xác suất nghẽn 41 iv 2.3.2 Độ trễ đầu cuối – đầu cuối .425 2.3.3 Cân tải 445 2.4 Xây dựng hệ số đánh giá cân tải mạng 46 2.4.1 Đề xuất hệ số DBM: 46 2.4.2 Khả ứng dụng hệ số DBM việc đánh giá cân tải chất lượng mạng 49 2.5 Việc ứng dụng hệ số DBM để đánh giá hiệu giải thuật định tuyến 49 2.5.1 Giới thiệu .49 2.5.2 Đánh giá hiệu định tuyến qua giá trị hệ số DBM 50 2.6 Kết luận chương 51 CHƯƠNG 3ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA RÀNG BUỘC SỬ DỤNG THÔNG TIN NỘI BỘ 52 3.1 Mở đầu .52 3.2 Các nghiên cứu liên quan 53 3.3 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng thông tin nội sử dụng băng thông độ trễ làm tiêu chuẩn chọn đường .54 3.3.1 Giới thiệu .54 3.3.2 Mô tả giải thuật RBDA 54 3.3.3 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến RBDA 57 3.3.4 Mô tả giải thuật BQRA 63 3.3.5 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến BQRA 64 3.4 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng thông tin nội sử dụng nhiều thông số QoS làm tiêu chuẩn chọn đường 69 3.4.1 Giới thiệu: 69 3.4.2 Mô tả giải thuật BDER: 69 3.4.3 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến BDER 72 3.5 Độ phức tạp tính tốn giải thuật 78 3.6 Kết luận chương 79 CHƯƠNG 4ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG CHO GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN DÙNG THÔNG TIN NỘI BỘ 80 4.1 Mở đầu .80 4.2 Đề xuất tập tuyến truyền linh động cho giải thuật định tuyến dùng TTNB 81 4.2.1 Giới thiệu 81 v 4.2.2 Một số khái niệm liên quan đến tập tuyến truyền 81 4.2.3 Ảnh hưởng kiểu tập tuyến truyền đến hoạt động giải thuật định tuyến dùng thông tin nội 83 4.2.4 Mô đánh giá hiệu tập tuyến truyền linh động giải thuật định tuyến dùng TTNB 84 4.2.5 Đánh giá hiệu định tuyến QoS sử dụng tập tuyến truyền linh động 90 4.3 Đề xuất ứng dụng kiểu định tuyến phân tán giải thuật định tuyến dùng thông tin nội 91 4.3.1 Giới thiệu 91 4.3.2 Một số định lý liên quan đến đề xuất ứng dụng kiểu định tuyến phân tán 91 4.3.3 Mô tả giải thuật đề xuất: 95 4.3.4 Mô đánh giá hiệu định tuyến 98 4.4 Đề xuất chế điều khiển linh hoạt thuật toán định tuyến dùng thông tin nội ứng dụng kiểu định tuyến phân tán 101 4.4.1 Giới thiệu chung: 101 4.4.2 Một số định lý liên quan đến việc ứng dụng chế điều khiển linh hoạt .101 4.4.3 Mô tả giải thuật đề xuất: .102 4.4.4 Mô đánh giá hiệu định tuyến .106 4.5 Độ phức tạp tính tốn giải thuật 112 4.6 Kết luận chương 112 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 114 Kết luận chung 114 Hướng phát triển .115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC 130 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 3G Third Generation mobile telecommunications Mạng di động hệ thứ 4G Fourth Generation mobile telecommunications Mạng di động hệ thứ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dị BBM Balanced Bandwidth Metric Hệ số đánh giá cân băng thông mạng BBP Bandwidth Blocking Probability Xác suất nghẽn băng thông Bandwidth-DelaybitErrorRate based Routing (Tên giải thuật đề xuất) BDER bdp Routing Algorithm based on Giải thuật định tuyến dựa băng Bandwidth-Delaythơng - độ trễ- tỷ lệ lỗi gói tin Packeterrorrate Bellman-Ford algorithm Tên thuật tốn tìm đường ngắn mô tả [25] Bandwidth-Delay Constraint QoS Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) BRB Best Reserved Bandwidth Dự trữ băng thông tốt BW Bandwidth Băng thông Compound Annual Growth Rate Tốc độ tăng hàng năm tổng hợp CBR Localized Credit Based Routing Định tuyến dựa số tín dụng dùng thơng tin nội CSHT (Infrastructure) Cơ sở hạ tầng DBM Differential Bandwidth Metric Hệ số đánh giá độ chênh lệch băng thông Dijkstra Dijkstra Algorithm Tên thuật tốn tìm đường ngắn mơ tả [50] DPS Dynamic Path Set Tập tuyến truyền linh động BellmanFord BQRA CAGR vii Unit of Exabyte Đơn vị tính lưu lượng, triệu Gigabyte FBP Flow Blocking Probability Xác suất nghẽn luồng FMC Fixed Mobile Convergence Hệ thống hội tụ di động – cố định Full High Definition Độ phân giải cao đầy đủ High Definition Đô phân giải cao Highest Link Average Bandwidth History Giải thuật định tuyến dựa lịch sử băng thơng trung bình liên kết cao Hop, minimum number of hops Bước nhảy, số bước nhảy Internet Protocol Giao thức Internet Internet Protocol TeleVision Truyền hình sử dụng giao thức IP ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU_T ITU Telecommunication Standardization Sector Liên minh viễn thơng quốc tế - lĩnh vực tiêu chuẩn hóa viễn thông Jitter of Delay Độ trôi trễ Jain’s Index Chỉ số Jain, để tính độ cân tải mạng mô tả [72] LBCR Localized BandwidthConstraint Routing (Tên giải thuật đề xuất) LBHR Localized Bandwidthconstraint Hop-by-hop Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) LDCR Localized DelayConstrained QoS Routing Giải thuật định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội lấy độ trễ làm ràng buộc LDR Localized Distributed Routing (Tên giải thuật đề xuất) LDRA Localized Distributed bandwidth-constraint Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) MAN Metro Area Network Mạng đô thị exabyte Full HD HD HLABH Hop, minhop IP IPTV jitter Jain’s Index viii MANET Mobile Ad Hoc Network Mạng thiết bị di động kết nối không dây liên tục tự cấu hình, khơng có hạ tầng mạng MHA Minimum Hop Algorithm Giải thuật định tuyến lấy số bước nhảy bé MIRA Minimum Interference Routing Algorithm Giải thuật định tuyến dùng ảnh hưởng xuyên nhiễu bé MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch Nhãn đa giao thức NS-2, NS-3 Network Simulator version 2, version Phần mềm mô mạng NwGN New Generation Network Mạng hệ Objective Modular Network Testbed in C++ Chương trình mơ OMNET++ OMNET++ OPNET OPNET Simulation Program Chương trình mơ OPNET Open Shortest Path First Giao thức định tuyến chọn đường ngắn PSR Proportional Sticky Routing Giải thuật định tuyến phân chia tỷ lệ chặt QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ QoSR Quality of Service Routing Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ RBDA QoS Routing using Bandwidth-Delay based Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) SDP Shortest-distance path (Giải thuật) Tuyến truyền ngắn SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụ Synchronous Optical Network Mạng quang đồng SPS Static path set Tập tuyến truyền tĩnh SWP Shortest Widest Path Giải thuật định tuyến chọn đường rộng ngắn TTNB (local information) Thông tin nội TTTC (glabal information) Thơng tin tồn cục OSPF SONET ix UHDTV (4K, Ultra High Definition 8K …) Television (4K, 8K…) Truyền hình độ nét cực cao (4K, 8K …) Uniform distribution law Luật phân phối uniform Video streaming Dòng thơng tin video VoD Video on Demand Dịch vụ Video theo yêu cầu VoIP Voice over IP Thoại sử dụng giao thức Internet WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây WSP Widest Shortest Path Giải thuật định tuyến chọn đường ngắn rộng World Wide Web Mạng toàn cầu (dùng giao thức http) Unit of Zettabyte Đơn vị tính lưu lượng, tỷ Gigabyte uniform Video streaming WWW Zettabyte x DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu (a,b) ax,bx A,A’,B,C BBP Bi |B| Ý nghĩa Liên kết kết nối hai nút mạng a b Lưu lượng yêu cầu nút x (hiện tại, dự báo tương lai) Ký hiệu tuyến truyền định lý Xác suất nghẽn băng thông Tổng số lần truyền hỏng/từ chối truyền luồng tin liên kết nút nguồn với nút liền kề Tổng số luồng bị nghẽn bm Tổng số lần truyền hỏng/từ chối truyền luồng tin tuyến truyền nút nguồn với nút đích (trong giải thuật BQRA) Giá trị trung bình băng thơng khả dụng theo số kết nối Bm Trung bình băng thơng tồn mạng Bt Băng thơng u cầu u cầu định tuyến bw Giá trị băng thơng trung bình u cầu luồng liệu BFi Bw(a,b) Băng thông lại liên kết (a,b) Bw(P) Băng thơng lại tuyến truyền P Bwab C Ci, Last Ci Băng thông hai nút liền kề a b Dung lượng hướng liên kết Chỉ số tuyến truyền giải thuật RBDA Cr Tham số thiết lập lại tập tuyến truyền d Độ sâu kết nối D Giá trị trễ các hướng liên kết mạng DBM, BBM dnew, dold f, f(u) Các hệ số đánh giá cân băng thông mạng Độ sâu kết nối mới, cũ Ký hiệu luồng tin đến nút, hàm ràng buộc trọng số luồng f FBP Xác suất nghẽn luồng fl_idx Chỉ số luồng tin dùng giải thuật LDRA