Đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc (tt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Nghĩa ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC Chuyên ngành: Mạng máy tính truyền liệu Mã số: 9480102.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS.Nguyễn Hoài Sơn PGS.TS Hồ Sỹ Đàm Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội vào hồi ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, nhu cầu tìm kiếm, khai thác chia sẻ thông tin mạng Internet lớn có mặt lĩnh vực xã hội Các dịch vụ mạng internet chuyển dần từ mơ hình tập trung sang mơ hình phân tán Mạng ngang hàng đời cho phép người dùng trao đổi, chia sẻ thơng tin, hình ảnh, âm thanh, video, chia sẻ phần cứng như: nhớ, băng thông, chu trình CPU v.v Đã có nhiều ứng dụng phát triển tảng công nghệ mạng mạng ngang hàng như: ứng dụng chia sẻ tệp tin, ứng dụng tính tốn lưới, ứng dụng truyền thơng (Skype, WhatsApp, Lync, Google Talk SETI @ home, IPTV, Video streaming) v.v Với ứng dụng chia sẻ nội dung, người dùng chia sẻ, tìm kiếm thu thập tệp tin có kích thước lớn như: tệp tin hình ảnh, âm thanh, video, tệp tin đa phương tiện khác…v.v Các ứng dụng ban đầu thiết kế theo hướng khơng có cấu trúc Do hạn chế việc mở rộng mạng hướng tiếp cận không câu trúc ứng dụng mạng ngang hàng phát triển chủ yếu theo hướng có cấu trúc, dựa cấu trúc liệu bảng băm phân tán Mạng mang hàng xây dựng máy tính tham gia mạng internet, hoạt động tầng ứng dụng đỉnh mạng IP Liên kết hai nút mạng mạng ngang hàng liên kết logic, dựa tảng liên kết vật lý mạng lớp Chất lượng dịch vụ cho ứng dụng mạng ngang hàng đảm bảo hai mức: (1) Chất lượng dịch vụ lớp mạng vật lý bên dưới, quy định tham số độ trễ, băng thông, jitter v.v (2) Chất lượng dịch vụ lớp mạng phủ bên trên, quy định đặc tính mạng ngang hàng Với phát triển internet, vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho lớp mạng vật lý bên bước giải Luận án giới hạn giải vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dựa đặc tính mạng ngang hàng Do đặc điểm kiến trúc tính chất mạng ngang hàng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ ứng dụng mạng ngang hàng Luận án tập trung giải vấn đề để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng ngang hàng: - Cân tải truy vấn mạng ngang hàng: Các mạng ngang hàng xây dựng dựa cộng tác nút ngang hàng Mỗi nút tham gia mạng có khả xử lý câu truy vấn khác nhau, vùng khơng gian khóa nút quản lý khác nhau, nút quản lý liệu có tính phổ biến cao nút tham gia rời mạng cách tự Các nút mạng ngang hàng vừa đóng vai trò nút xử lý truy vấn, vừa đóng vai trò nút chuyển tiếp truy vấn Một nút quản lý nhiều khóa liệu quản lý liệu có tính phổ biến cao phải xử lý nhiều yêu cầu tìm kiếm Khi yêu cầu xử lý truy vấn vượt khả nút đưa nút vào tình trạng q tải làm cho truy vấn khơng thành công, đồng thời ảnh hưởng tới việc chuyển tiếp câu truy vấn khác Do cần phải có giải pháp để cân tải để đảm bảo chất lượng dịch mạng ngang hàng - Tắc nghẽn mạng ngang hàng: Trong mạng ngang hàng, truy vấn liệu phát từ nút yêu cầu đến nút đích qua dãy nút khác mạng Nếu đường gặp nút tải truy vấn khơng thể đến đích làm cho tỷ lệ truy vấn thành cơng Do đó, nghiên cứu giải pháp điều khiển tắc nghẽn để lựa chọn tuyến đường cho truy vấn vấn đề cần giải để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng ngang hàng - Mất mát liệu mạng P2P: Trong mạng ngang hàng nút ra/vào tự mà khơng có thơng báo trước Khi nút rời khỏi hệ thống, tồn liệu quản lý chuyển cho nút khác mạng quản lý làm tăng đáng kể số lượng truy vấn phải xử lý cho nút nhận liệu Các tệp tin liệu gốc lưu trữ nút rời khỏi mạng không tồn mạng Chính vậy, truy vấn đến nút quản lý khóa (truy vấn thành cơng) mà tệp tin liên quan đến khóa nằm nút rời khỏi mạng khơng thể lấy tệp tin theo yêu cầu Do vậy, cần phải có giải pháp lưu liệu để đảm bảo tính sẵn sàng liệu nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cho ứng dụng ngang hàng Mục tiêu luận án Luận án phân tích đặc điểm mạng ngang hàng ảnh hướng đến cân tải xử lý nút, khả định tuyến nút tính sẵn sàng liệu đề xuất số giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng mạng P2P, đặc biệt ứng dụng truy vấn liệu P2P, ứng dụng chia sẻ nội dung Mục tiêu luận án tăng tỷ lệ thành công câu truy vấn nâng cao tính sẵn sàng liệu để đảm bảochất lượng dịch vụ cho ứng dụng.Chúng đề xuất thuật toán cân tải xử lý truy vấn thuật toán điều khiển tắc nghẽn giúp nâng cao tỷ lệ thành công câu truy vấn; đề xuất thuật toán lưu liệu để đảm bảo tính sẵn sàng liệu ứng dụng mạng P2P Đóng góp luận án Luận án đề xuất giải pháp sau: - Giải pháp cân tải:Đề xuất thuật toán đảm bảo cân tải mạng ngang hàng có cấu trúc Giải pháp đề xuất dựa thuật toán cân tải theo ngưỡng Ganesan kết hợp với việc bổ sung khái niệm thư mục để lưu trữ thông tin nút nặng tải nhẹ tải, xem xét đến tải xử lý câu truy vấn tìm kiếm nút trình thực cân tải - Giải pháp điều khiển tắc nghẽn:Đề xuất giải pháp điều khiển tắc nghẽn nút trình xử lý truy vấn.Giải pháp đề xuất thay nút bị tắc nghẽn bảng định tuyến nút chuyển tiếp truy vấn nút không tắc nghẽn tốt chọn từ danh sách nút không tắc nghẽn đường để tạo tuyến đường mới, tránh tắc nghẽn từ nút chuyển tiếp câu truy vấn đến nút quản lý khóa - Giải pháp lưudữ liệu:Đề xuất giải pháp lưu liệu dựa việc phân cụm không gian khóa DHT để đảm bảo tính sẵn sàng liệu hỗ trợ cân tải cho hệ thống Dữ liệu lưu đặt nút cùm cụm với nút quản lý khóa 4.Cấu trúc luận án Luận án tổ chức sau: Phần mở đầu giới thiệu khái quát đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc đưa vấn đề cần giải quyết, đồng thời đánh giá khái qt đóng góp luận án Chương trình bày kiến thức tảng có liên quan phục vụ cho việc nghiên cứu chương sau Nội dung chương đề cập đến vấn đề mạng ngang hàng như: khái niệm mạng ngang hàng, đặc trưng mạng ngang hàng, phân loại mạng ngang hàng ứng dụng mạng ngang hàng, bảng băm phân tán, giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc Chordvà vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc Chương trình bày giải pháp cân tải mạng ngang hàng có cấu trúc.Chương giới thiệu tổng quan cân tải mạng ngang hàng có cấu trúc, đánh giá nghiên cứu liên quan đề xuất giải pháp cân tải để nâng cao số lượng câu truy vấn đến nút đích Chương trình bày giải pháp điều khiển tắc nghẽn mạng ngang hàng có cấu trúc Nội dung chương giới thiệu điều khiển tắc nghẽn số nghiên cứu liên quan điều khiển tắc nghẽn đề xuất giải pháp điều khiển tắc nghẽn mạng ngang hàng có cấu trúc dựa chế thay đổi bảng định tuyến nút Chương trình bày giải pháp lưu liệu để đảm bảo tính sẵn sàng liệu Chương giới thiệu khái quát lưu liệu mạng ngang hàng có cấu trúc, đánh giá nghiên cứu liên quan lưu liệu từ đề xuất giải pháp lưu để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng mạng ngang hàng có cấu trúc Chương 5là phần kết luận Chúng tơi đánh giá kết đạt được, hạn chế hướng nghiên cứu Chương KIẾN THỨC NỀN TẢNG 1.1 Mạng ngang hàng Mạng ngang hàng định nghĩa cấu trúc mạng phân tán, thành phần tham gia (nút mạng) chia sẻ tài nguyên (như lực xử lý, nhớ lưu trữ, tốc độ đường truyền…v.v.) Các tài nguyên chia sẻ tạo nên dịch vụ nội dung chia sẻ mạng ngang hàng.Các nút mạng truy cập sử dụng trực tiếp tài nguyên từ nút khác màkhông thông qua nút trung gian Các nút tham gia mạng vừa đóng vai trò máycung cấp tài ngun, vừa đóng vai trò máy u cầu tài nguyên Các mạng ngang hàng mạng ảo, xây dựng đỉnh (top) mạng vật lý, gồm tập hợp nút mạng liên kết với nhau.Các nút mạng có sựkhác băng thơng đường truyền, tốc độ xử lý, nhớ lưu trữ, liệu chia sẻ…v.v Các mạng ngang hàng có tính ổn định khơng cao Một nút tham gia rời mạng cách tự nhiên, khơng có thơng báo trước Khác với hệ thống khách/chủ, mạng ngang hàng khơng có thành phần trung tâm để điều khiển, tổ chức, quản trị trì hệ thống thời gian mạng hoạt động Các nút tham gia tạo thành mạng phủ ảo mà khơng cần quan tâm đến vị trí địa lý 1.2 Ứng dụng mạng ngang hàng 1.2.1 Phân phối nội dung dựa mang ngang hàng Mục tiêu việc thiết kế kiến trúc mạng ngang hàng hỗ trợ phân phối nội dung cộng đồng người sử dụng làm giảm tải máy chủ trung tâm Tuy nhiên hệ thống lại có vai trò cách thức chia nội dung khác Mỗi nút hệ thống kho nội dung phân tán để phân phối chia sẻ nội dung cho nút khác Truyền thôngđa phương tiện thời gian thực lĩnh vực chia sẻ nội dung phổ biến khác dựa mạng ngang hàng 1.2.2 Truyền thông dựa mạng ngang hàng Kiến trúc mạng ngang hàng sử dụng rộng rãi để xây dựng nhiều ứng dụng truyền thông khác Các ứng dụng cung cấp sở hạ tầng cho nút cộng tác, truyền thông thời gian thực trực tiếp với nhau, điển ứng dụng: Skype,AOL, AIM, ICQ, Yahoo, MSN, NetNews Jabber 1.2.3 Xử lý tính tốn phân tán dựa mạng ngang hàng Ý tưởng đằng sau ứng dụng xử lý tính tính tốn phân tán dựa kiến trúc mạng ngang hàng để phối hợp sức mạnh xử lý có sẵn (khả CPU) nút Trong hệ thống đó, nhiệm vụ tính tốn ban đầu chia thành nhiệm vụ nhỏ hơn, nhiệm vụ nhỏ gán cho nút khác xử lý sau kết tổng hợp lại Trong tính tốn, cần có kiểm soát tập trung cho việc phối hợp đồng hóa nút tốt Kiến trúc mạng ngang hàng cho phép ứng dụng sử dụng máy tính cá nhân để xử lý tốn dành cho siêu máy tính với chi phí thấp 1.2.4 Cộng tác dựa mạng ngang hàng Kiến trúc mạng ngang hànggiúp nút hoạt động cộng tác với để thực mục tiêu chung Groove ứng dụng dựa kiến trúc mạng ngang hàng Microsoft phát triển tạo môi trường cộng tác cho nút tham gia Groove cho phép người dùng cộng tác trực tiếp với mà không cần qua máy chủ trung tâm Groove cung cấpcơ chế đồng hóa cho phép nút cộng tác cách an tồn, thơng điệp trao đổi với dạng XML 1.2.5 Hạ tầng công nghiệp/nền tảng dựa mạng ngang hàng Kiến trúc mạng ngang hàng cung cấp sở hạ tầng cho ứng dụng phân tán JXTA hạ tầng mạng ngang hàng phổ biến, cung cấp mơi trường lập trình, hạ tầng cơng nghiệp cho mục đích chung Hạ tầng JXTA dịch vụ phân tán độc lập với giao thức tầng giao vận JXTA tạo hệ thống mạng ngang hàng với chức bản, cung cấp thành phần cho việc xây dựng ứng dụng mạng ngang hàng 1.2.6 Các hệ thống sở liệu tìm kiếm dựa mạng ngang hàng Kiến trúc mạng ngang hàng sử dụng cho số hệ thống tìm kiếm sở liệu phân tán Open Cola Folders, Pelbio, aKa InfraSearch, WebV2 Sciencenet cơng cụ tìm kiếm dựa P2P Mơ hình quan hệ cục (Local Relational Model - LRM), PIER hệ thống Piazza, AmbientDB Xpeer hệ sở liệu quan hệ/phân tán dựa kiến trúc P2P 1.2.7 Các ứng dụng khác Bên cạnh lĩnh vực ứng dụng nói trên, kiến trúc mạng ngang hàng sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác Lĩnh vực phổ biến bao gồm ứng dụng trò chơi (2AM, CenterSpan), nghiên cứu y tế (đặc biệt nghiên cứu ung thư), lĩnh vực giáo dục nhiều lĩnh vực kinh doanh 1.3 Phân loại mạng ngang hàng Phân loại mạng ngang hàng minh họa hình 1.1 mơ tả mục đây: Hình 1.1 Phân loại mạng ngang hàng 1.3.1 Phân loại theo mức độ phân tán Mức độ phân tán đặc tính quan trọng hệ thống mạng ngang hàng, đánh giá phụ thuộc nút vào số nút biết trước Theo mức độ phân tán, mạng ngang hàng phân thành loại sau: 1.3.1.1 Các hệ thống mạng ngang hàngtập trung Các hệ thống mạng ngang hàng tập trung gồm máy chủ trung tâm lưu giữ thông tin tất nút tham gia mạng thư mục quản lý tệp tin chia sẻ mạng nhằm tạo thuận lợi cho nút trình cộng tác với Các hệ thống mạng ngang hàng tập trung gọi hệ thống phân tán lai 1.3.1.2 Các hệ thống phân tán hoàn toàn Các hệ thống mạng ngang hàng phân tán hoàn toàn thường gọi hệ thống mạng ngang hàng túy Trong hệ thống khơng có thành phần trung tâm đóng vai trò tổ chức cho nút tham gia, tất nút mạng tự cộng tác với để thực công việc 1.3.1.3 Các hệ thống tập trung cục Hệ thống mạng ngang hàng phân tán phần hình thức cải tiến hệ thống phân tán túy Các hệ thống nàyhoạt động giống với hệ thống phân tán túy Tuy nhiên hệ thống phân tán phần, số nút gán vai trò cụ thể so với nút khác Các nút đặc biệt gọi superpeer supernode, hoạt động máy chủ trung tâm để quản lý số nút định 1.3.2 Phân loại theo cấu trúc mạng ngang hàng Theo cấu trúc, mạng ngang hàng phân thành hai loại sau: 1.3.2.1 Mạng ngang hàng không cấu trúc Mạng ngang hàng khơng cấu trúc khơng có thông tin cụ thể nội dung đa phương tiện nút yêu cầu Trong hệ thống khơng có thơng tin cho việc tổ chức nút nội dung đa phương tiện lưu trữ nút tương ứng Việc tìm kiếm nội dung thực cách ngẫu nhiên vìcác nút khơng có thơng tin vị trí nút chứa nội dung cần tìm kiếm Nútcần tìm kiếm nội dung đa phương tiện gửi yêu cầu truy vấn đến nút khác truy vấn lan truyền tìm thấy nội dung yêu cầu 1.3.2.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc Các mạng ngang hàng có cấu trúc sử dụng bảng băm phân tán (DHT) để hỗ trợ khả mở rộng Các mạng ngang hàng có cấu trúc tổ chức nút mạng phủ mục cho nội dung đa phương tiện đặt vị trí cụ thể Tổ chức mạng phủ cung cấp ánh xạ cho tệp tin truy vấn tìm kiếm thực với giúp đỡ bảng ánh xạ Cấu trúc mạng phủ có mối liên hệ chặt chẽ vớicác vị trí nội dung dựa bảng băm kiểm soát tạo giải pháp có khả mở rộng cho truy vấn xácbởi vị trí nội dung đa phương tiện cần tìm biết trước tìm kiếm 1.4 Mạng ngang hàng có cấu trúc Mạng ngang hàng có cấu trúc xây dựng dựa cấu trúc bảng băng phân tán 1.4.1 Bảng băm phân tán Bảng băm phân tán (DHT) hệ thống phân tán cung cấp chức tìm kiếm liệu tương tự bảng băm thơng thường Mỗi cặp khóa giá trị lưu trữ phân tán nút DHT, nút hệ thống lấy giá trị ứng với khóa xác định 1.4.1.1 Quản lý liệu phân tán Bảng băm phân tán quản lý liệu thơng qua phân phối số nút cài đặt chế định tuyến để tìm kiếm nút chứa liệu theo yêu cầu Mỗi nút DHT quản lý vùng liệu cụ thể lưu trữ thông tin cục số núttrongtoàn hệ thống phân tán, phục vụ cho việc trao đổi thông tin định tuyến 1.4.1.2 Địa bảng băng phân tán Bảng băm phân tán sử dụng chung không gian địa để định danh nút liệu hệ thống Không gian địa số nguyên lớn, có phạm vi từ đến 2160 -1 Mỗi nút tham gia hệ thống chịu trách nhiệm quản lý phần không gian địa liên tục Với giá trị khơng gian địa chỉ, nút xác định xác nút quản lý giá trị giá trị thơng qua chức tìm kiếm DHT Các giao diện ứng dụng bảng băm phân tán trừu tượng hóa từ chi tiết cung cấp thao tác chung, đơn giản Hàm put(k, Data)với đầu vào làđịnh danh k liệu nội dung liệu (Data) dùng để chuyển liệu đến nút quản lý định danhk Định danh kvà liệuData gọi (khóa, giá trị) Hàm get(k)được sử dụng tìm kiếm liệu tương ứng với định danh k 1.4.1.3 Định tuyến Định tuyến chức quan trọng bảng băm phân tán Dựa thủ tục định tuyến, thông điệp với định danh ID chuyển qua nút DHT đến nút quản lý định đanh ID Các thuật toán định tuyến DHT giải vấn đề tìm kiếm 1.4.1.4 Lưu trữ liệu Có hai phương thức lưu trữ liệu bảng băm phân tán: lưu trữ trực tiếp lưu trữ gián tiếp Trong lưu trữ trực tiếp, liệu lưu trữ nút quản lý định danh liệu Trong lưu trữ gián tiếp, tham chiếu đến nút chứa liệu lưu trữ bảng băm phân tán liệu tự lưu trữ nút chèn liệu 1.4.2 Mạng ngang hàng Chord Chord giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc phổ biến xây dựng dựa bảng băm phân tán Trong Chord, khóa tệp tin quản lý nút mạng Tùy thuộc vào ứng dụng, liệu liên quan đến khóa lưu trữ nút quản lý khóa Chord sử dụng phương pháp băm đồng để tạo định danh liệu định danh nút 1.4.2.1 Mơ hình Chord Các nút mạng Chord tổ chức thành dạng vòng tròn có kích thước m bit Định danh nút đến 2m-1 Khóa k quản lý nút có định danh lớn hơnk Nút gọi nút successor khóa k hay successor(k) Successor khóa nút gần theo chiều kim đồng hồ tính từ khóa k Khi nút n tham gia vào mạng, số khóa đặt successcor nchuyển sang cho nút n quản lý Successor nút nút tiếp sau nút vòng Chord, predecessor nút liền trước nút vòng Chord 1.4.2.2 Tìm kiếm mạng Chord Tìm kiếm đơn giản:Mỗi nút trì liên kết đến nút successor Truy vấn với khóa k chuyển từ nút khởi tạo truy vấn qua nút successor gặp nút quản lý khóa k Tìm kiếm nâng cao:Chord bổ sung thêm số thông tin phục vụ việc định tuyến Với không gian khóa có kích thức m bit, nút n trì bảng định tuyến gồmmhàng, gọi bảng finger Với cách tổ chức vậy, nút lưu thông tin số giới hạn nút có mạng biết số nút nằm gần với 1.4.2.3 Tham gia ổn định mạng Chord sử dụng giao thứcstabilizationđể kiểm tra tính hợp lệ cập nhật trỏ successor nút tham gia rời khỏi mạng 1.4.3 Một số giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc khác 1.4.3.1 Giao thức CAN CAN giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc khác, hoạt động dựa cấu trúc bảng băm phân tán Mỗi nút mạng CAN quản lý vùng (zone) không gian định danh có thơng tin vùng lân cận trực tiếp CAN hỗ trợ thao tác như: chèn, tìm kiếm xóa thơng tin khóa từ bảng băm CAN sử dụng không gian tọa độ ảo d-chiều để lưu trữ giá trị khóa bảng băm 1.4.3.2 Giao thức Pastry Pastry giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc cài đặt dựa bảng băm phân tán Khitham gia hệ thống, nodeID gán ngẫu nhiên cho nút Mỗi nút trì bảng định tuyếndọc theo nútláng giềng Khi nút tham gia vào hệ thống cập nhật bảng định tuyến thông báo cho nút lân cận khác vềsự diện Một nút mạng Pastry sử dụng nodeID liên quan đến thông điệp để định hướng gói tin đến nút gần 1.4.4 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc 1.4.4.1.Chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc Chất lượng dịch vụ mạng ngang hàng có cấu trúc phân loại thành hai nhóm Một chất lượng dịch vụ phù hợp với mạng nói chung; Hai chất lượng dịch vụ dựa đặc điểm mạng ngang hàng Theo nhóm thứ nhất, tham số dùng để đánh giá chất lượng dịch vụ cho ứng dụng khác bao gồm: băng thơng, tính xác liệu, việc mát liệu, độ trễ truyền tin biến đổi tính thời gian ngẫu nhiên (jitter) Tùy vào ứng dụng cụ thể mà yêu cầu tham số khác Luận án không đề cập đến vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ theo hướng Theo nhóm thứ hai, cần quan tâm đến đặc tính mạng ngang hàng để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng Các yêu cầu đặc tính mạng ngang hàng là: Khả tin cậy để tiếp cận đếncác nút kết nối mạng Khả khám phá hiệu nguồn tài nguyên mạng Khả thích nghi với thay đổi liên tục nút mạng Khả mở rộng để đáp ứng nhu cầu ứng dụng Đây hướng nghiên cứu luận án chúng tơi Phần trình bày chất lượng dịch vụ làm để đảm bảo chất lượng cho dịch vụ khác mạng ngang hàng có cấu trúc 1.4.4.2.Đảm bảo chất lượng cho mạng ngang hàng có cấu trúc Khi nútn hệ thống bị tải, thực q trình cân tải sau Trước hết hỏi hai nút láng giềng (predecessor n successor n) xem nhận tải hộ khơng Nếu chia tải cho hai nút láng giềng n có tải thấp Bước 3: Định danh lại nút Trong trường hợp chia sẻ tải cho hai nút láng giềng B, C, nútA hỏi thư mục đăng ký thư mục gửi cho nút A thơng tin nút nhẹ tải di chuyển Dựa thông tin trả lời từ thư mục, nútA yêu cầu nút nhẹ tải mà biết dịch chuyển định danh vị trí predecessor(A) Ađể nhận tải hộ nútA Nếu không tìm nút nhẹ tải thỏa mãn, nútA hỏi thư mục lại Thuật tốn mơ tả đoạn giả mã THRESHOLDPLUS(v,t) Các nút nhẹ tải thơng báo tình trạng tải cho thư mục v.levelt ngưỡng nút v thời điểm t if v.levelt ≤ v.levelt-1then return ’ v  láng giềng với ngưỡng nhỏ if v’.levelt< v.leveltthen chuyển tải từ v sang v’ else Hỏi thư mục để tìm nút có tải nhẹ s nút có tải nhỏ 10 Chuyển định danh s vào Pred(v) nút v 2.4 Đánh giá giải pháp 2.4.1 Phương pháp đánh giá Chúng tơi sử dụng chương trình mơ để đánh giá hiệu thuật toán ThresholdPlusvà so sánh với thuật toán cân tải theo ngưỡng Ganesan đề xuất Chương trình mơ phát triển từ mô Jonathan Ledlie hoạt động theo bước thời gian rời rạc Mỗi bước thời gian gồm ba kịch bản: nút tham gia rời hệ thống, cập nhật bảng tìm đường, truy vấn liệu thực cân tải.Trong thí nghiệm mơ có lựa chọn 10 thư mục lưu trữ 10 nút ngẫu nhiên mạng gồm 4096 nút vật lý Thời gian sống trung bình nút mạng 15 phút, 30 phút, 1giờ, Mô thực khoảng thời gian giờ.Mỗi nút tham gia vào hệ thống khởi tạo bảng tìm đường rỗng Các nútdựa theo chế Chord để điền thông tin log(n) hàng bảng tìm đường Các nút khởi tạo câu truy vấn cách ngẫu nhiên từ tập khóa truy vấntheo phân bố dạng Uniform phân bố dạng Zipf.Định kỳ khoảng thời gian trung bình 30 giây, nút kiểm tra ngưỡng tải thực cân tải tải nút vượt ngưỡng cho phép 2.4.2 Các kết mô 2.4.2.1 Ảnh hưởng thời gian sống tới thuật toán cân tải Trong thí nghiệm thời gian sống trung bình nút 15 phút, 30 phút, giờ, Mỗi lần chạy thí nghiệm, khả nút mạng giữ cố định, nút khởi tạo trung bình 10 câu truy vấn giây Truy vấn khởi tạo theo dạng Uniform dạng Zipf với tham số =1.2 Kết thí nghiệm cho thấy với số truy vấn trung bình 10 truy vấn/nút, thuật tốn đề xuất có tỷ lệ thành cơng lớn thuật toán Threshold khoảng 9% truy vấn dạng Uniform khoảng 14% truy vấn dạng Zipf 2.4.2.2 Ảnh hưởng số lượng câu truy vấn tới thuật tốn cân tải Trong thí nghiệm khả xử lý truy vấn nút giữ cố định, thời gian sống trung bình cácnút mạng giờ,các câu truy vấn đặt vào hệ thống phân bổ dạng Uniform dạng Zipf với  =1.2 Số lượng trung bình câu truy vấn đặt vào nút hệ thống tăng 0.01/giây truy vấn đến 100 truy vấn/giây Kết thí nghiệm cho thấy thuật tốn đề xuất có khả thích nghi tốt thuật toán Threshold khoảng 6% truy vấn dạng Uniform khoảng 10% truy vấn dạng Zipf 2.4.2.3 Ảnh hưởng câu truy vấn dạng Zipf tới thuật toán cân tải Các tham số khả nút lần chạy thí nghiệm giữ khơng đổi, thời gian sống trung bình nút mạng giờ, số truy vấn trung bình đặt vào nút 10 truy vấn/giây Truy vấn phân bố cho nút mạngtheo dạng Zipf với tham số  thay đổi ( = 0.8, 1.2, 2.4 4.8) Kết thí nghiệm cho thấy thuật tốn ThresholdPlus có tỷ lệ thành cơng lớn thuật toán Threshold khoảng 6% 2.5 Kết luận Chương luật án trình bày số liên cứu liên quan cân tải mạng ngang hàng có cấu trúc để nâng cao khả cân tải xử lý câu truy vấn nút mạng, tăng tỷ lệ thành công câu truy vấn đề xuất thuật toán cải tiến thuật tốn cân tải theo ngưỡng Các kết mơ đánh giá cho thấy điều kiện mạng gần với thực tế (khả nút không giống nhau, câu truy vấn đặt vào nút không đồng đều, thời gian sống nút không giống nhau) thuật toán đề xuất hoạt động tốt so với thuật toán cân tải Ganesan đề xuất Tiếp theo, nghiên cứu để xử lý vấn đề truy vấn khoảng nâng cao hiệu hoạt động thư mục Chương ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG P2P 3.1 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, DHT không sử dụng cho ứng dụng chia sẻ tệp tin mà xây dựng hệ thống truy vấn thông tin ngang hàng (P2P-IR) Trong hệ thống P2P-IR, DHT phải xử lý nhiều gói tin thời gian ngắn, làm tăng đáng kể tải hệ thống Tối ưu hóa phương pháp định tuyến mạng DHT yêu cầu quan trọng hệ thống P2P-IR Hơn nữa, nút nhận số truy vấn vượt khả định tuyến xảy cố tắc nghẽn mạng Nếu chế kiểm sốt tắc nghẽn thích hợp, truy vấn đến qua nút khơng đến đích Điều khiển tắc nghẽn DHT hoạt động lớp độc lập với chế điều khiển tắc nghẽn TCP DHT thường sử dụng thuật toán tham lam để định tuyến gói tin mạng, nút lựa chọn nút láng giềng gần để chuyển tiếp gói tin tới nút đích Các mạng P2P khơng đồng nhất, khả xử lý gói tin nút không giống nhau, độ ổn định nút không cao nút phải chia sẻ CPU tài nguyên mạng cho tiến trình khác chạy thời điểm đó, v.v Do đó, việc chọn nút lân cận để chuyển tiếp gói tin đến đích khơng đáp ứng với thay đổi tải hệ thống mạng DHT Trong chương này, đề xuất thuật tốn điềukhiển tắc nghẽn mạng ngang hàng có cấu trúc cách thay đổi bảng định tuyến nút dựa trạng thái nút đường định tuyến Giải pháp đề xuất đánh giá thơng qua số thí nghiệm mơ so sánh với thuật toán Chord 3.2 Các nghiên cứu liên quan Các nghiên cứu liên quan đến điều khiển tắc nghẽn mạng ngang hàng có cấu trúcchủ yếu tập trung vào hai hướng: kiểm soát tốc độ điều khiển bảng định tuyến Trong hướng kiểm soát tốc độ, tốc độ gửi truy vấn bị giới hạn nút truy vấn nút đường định tuyến bị tải Các phương pháp tiêu biểu cho hướng gồm: phương pháp CSCC (Credit System Congestion Control), phương phápBPCC (Back-Pressure Congestion Control) phương pháp Marking Trong phương pháp CSCC, nút đích nhận gói tin, trả lời nút truy vấn gói tinACK Mỗi nút trì hàng đợi để lưu trữ truy vấn đến Khi hàng đợi đầy, truy vấn gửi đến bị loại bỏ mà không thông báo cho nút gửi truy vấn Trong phương thức BPCC, nút trì hàng đợi cho truy vấn gửi đến Khi nhận gói tin, hàng đợi đạt đến giới hạn, gửi trạng thái hàng đợi tới người gửi Nút gửi tự động điều chỉnh tốc độ gửi để tránh tắc nghẽn Trong phương pháp Marking, nút tổ chức hàng đợi cho truy vấn gửi đến trả trạng thái nghẽn cách thêm cờ h vào tiêu đề gói tin Mục đích để giữ nút chia sẻ tài nguyên với nút khác bị nút cổ chai cách công mà không làm tải nút tắc nghẽn Theo mặc định, cờ h bị tắt gói tin truy vấn tạo Cờ h tắt cho biết trạng thái mạng không tắc nghẽn ngược lại Theo hướng nghiên cứu khác, phương thức bảng định tuyến dựa trạng thái nút Cách tiếp cận thay đổi đường gói tin đến nút tắc nghẽn Trong phương pháp Adaptive Routing, thay chọn nút gần với khóa, chọn k nút gần khóa theo dõi hiệu nút để xác định đường tốt Với phương pháp Adaptive Routing muốn tăng số lượng đường định tuyến ta phải tăng kích thước bảng định tuyến, điều tiêu tốn tài nguyên hệ thống 3.3 Điều khiển tắc nghẽnbằng thay đổi bảng định tuyến (phương pháp CA-Chord) Phương pháp CA-Chord hoạt động theo bước sau: Bước 1: Phát tắc nghẽn Mỗi nút hệ thống có khả định tuyến C số tối thơng báo truy vấn mà nút định tuyến đơn vị thời gian Nếu tốc độ thông báo đến nút lớn khả định tuyến nút khơng xử lý thêm gói tin gói tin đến bị loại bỏ Trạng thái gọi trạng thái "tắc nghẽn cứng" Trạng thái "tắc nghẽn cứng" nút cho biết nút bị tắc nghẽn hồn tồn, khơng khả xử lý gói tin Một tham số T gọi ngưỡng tắc nghẽn mềm cho biết trạng thái tắc nghẽn nút Ngưỡng tắc nghẽn mềm tính tốn theo cơng thức (2) đây: T=p*C (2) với p tham số hệ thống