Điều khiển công bằng luồng trong mạng chuyển mạch chùm quang tt

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC LÊ VĂN HỊA ĐIỀU KHIỂN CƠNG BẰNG LUỒNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 9480101 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH HUẾ - NĂM 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Viết Minh Nhật, Đại học Huế TS Nguyễn Hoàng Sơn, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Phản biện 1: PGS.TS Đặng Văn Đức Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Phản biện 2: PGS TS Trương Thị Diệu Linh Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phản biện 3: PGS TS Huỳnh Xuân Hiệp Trường Đại học Cần Thơ Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại: Vào hồi ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án thư viện:  Thư Viện Quốc gia Việt Nam  Thư Viện Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, 77 Nguyễn Huệ, Thành Phố Huế, Tỉnh Thừa Thiên Huế MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Sự phát triển không ngừng Internet vài thập niên trở lại đây, với bùng nổ loại hình dịch vụ truyền thơng, làm gia tăng không ngừng nhu cầu băng thông truyền thông Điều đặt thách thức lớn việc tìm kiếm cơng nghệ truyền thơng phù hợp nhằm nâng cao khả truyền thông mạng hệ Mạng quang, với cơng nghệ ghép kênh bước sóng WDM, mang đến giải pháp hiệu đáp ứng yêu cầu [24], [36] Truyền thông quang, từ đời vào đầu thập niên 90 nay, trải qua nhiều hệ phát triển: từ mơ hình định tuyến bước sóng ban đầu với đường quang (lightpath) đầu cuối dành riêng mơ hình chuyển mạch gói quang [36] đề xuất gần đây, với ý tưởng lấy từ mạng chuyển mạch gói điện tử Tuy nhiên, với số hạn chế mặt công nghệ, chưa thể sản xuất đệm quang (tương tự nhớ RAM mạng điện) hay chuyển mạch gói quang tốc độ nano giây, chuyển mạch gói quang chưa thể trở thành thực Một giải pháp thỏa hiệp mơ hình chuyển mạch chùm quang (OBS) Một đặc trưng tiêu biểu truyền thông mạng chuyển mạch chùm quang (mạng OBS) phần (gói) điều khiển BCP tách rời với phần (chùm) liệu (data burst) Nói cách khác, để thực truyền chùm quang, gói điều khiển hình thành gửi trước khoảng thời gian offset đủ để đặt trước tài nguyên cấu hình chuyển mạch nút trung gian dọc theo hành trình mà chùm quang qua từ nút nguồn đến nút đích Thêm vào đó, mạng OBS dành riêng số kênh (bước sóng) cho gói tin điều khiển, kênh lại dùng cho việc truyền liệu Như vậy, việc truyền gói điều khiển hồn tồn tách rời với phần liệu mặt không gian (trên kênh truyền khác) mặt thời gian (gởi trước khoảng thời gian offset) [65] Với cách truyền tải liệu mô tả, rõ ràng mạng OBS không cần đến đệm quang để lưu tạm thời chùm quang chờ đợi việc xử lý chuyển mạch nút lõi, không yêu cầu chuyển mạch tốc độ nano giây Tuy nhiên, cách truyền thông đặt áp lực làm để gói điều khiển kịp đặt trước tài ngun cấu hình chuyển mạch thành cơng nút lõi, đảm bảo cho việc chuyển tiếp chùm quang sau Đó nhiệm vụ hoạt động đặt trước tài nguyên, lập lịch, xử lý tắc nghẽn Ngoài vấn đề khác nhiều nhà nghiên cứu mạng OBS quan tâm đảm bảo công (fairness) luồng truyền thông khác chia sẻ liên kết bên mạng OBS Trong mạng OBS, vấn đề công nghiên cứu theo hướng chính: cơng độ trễ (delay fairness) [69], cơng thông lượng (througphut fairness) [53] công khoảng cách (distance fairness) [10] Việc đảm bảo công luồng chia sẻ chung tài nguyên mạng OBS có ý nghĩa quan trọng, mặt nhằm vừa đảm bảo phân biệt chất lượng dịch vụ cam kết, mặt khác tối ưu hiệu truyền thơng luồng tồn mạng (chẳng hạn, dựa tỉ lệ mát liệu, tỉ lệ sử dụng băng thông, tỉ lệ độ trễ đầu cuối …) Động lực nghiên cứu Hiện có số cơng trình nghiên cứu vấn đề cơng mạng OBS mà phân thành nhóm tiếp cận dựa vị trí thực hiện: - Nhóm giải pháp cơng nút biên - Nhóm giải pháp cơng nút lõi Với nhóm giải pháp cơng nút biên, có hướng nghiên cứu gồm: (1) cơng độ trễ (2) cơng thơng lượng Với nhóm giải pháp công nút lõi, vấn đề công biết đến chủ yếu là công khoảng cách Trong mạng OBS, nút biên đóng vai trò quan trọng điều khiển cơng luồng, vì: Nút biên điều khiển lưu lượng luồng (kết nối đầu cuối) cách công trước truyền vào bên mạng lõi; nút lõi lúc chủ yếu xử lý công luồng đưa vào; Chỉ có nút biên có đệm, nên vấn đề điều khiển cơng độ trễ, thông lượng… thực dễ dàng Nút lõi khơng có đệm nên xử lý công nút lõi gần phụ thuộc vào hoạt động điều khiển nút biên Dựa vào đặc điểm Luận án tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển công nút biên, với hai hoạt động điều khiển công độ trễ điều khiển công thông lượng Mục tiêu nghiên cứu  Nghiên cứu đề xuất số cải tiến tập hợp chùm giảm độ trễ nhằm làm giảm độ trễ truyền thông qua mạng OBS;  Nghiên cứu đề xuất giải pháp tập hợp chùm công độ trễ nhằm đồng thời phân biệt QoS theo độ trễ, làm giảm độ trễ công độ trễ luồng ưu tiên khác  Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển công thông lượng, mà áp dụng cho loại luồng đến có phân bố Poisson nonPoisson  Nghiên cứu đề xuất giải pháp đắp chùm sau tập hợp chùm nhằm nâng cao hiệu sử dụng băng thông đảm bảo công thông lượng Đối tượng Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các mô hình, giải thuật tập hợp chùm điều khiển cơng luồng mạng OBS - Phạm vi nghiên cứu: Nút biên mạng OBS Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp công bố liên quan đến mơ hình, giải thuật điều khiển công độ trễ công thông lượng mạng OBS Phân tích, đánh giá ưu khuyết điểm đề xuất công bố để làm sở cho việc cải tiến đề xuất - Phương pháp mô phỏng, thực nghiệm: Cài đặt giải thuật cải tiến đề xuất nhằm chứng minh tính đắn giải thuật Cấu trúc luận án Luận án bao gồm phần mở đầu, ba chương nội dung, phần kết luận danh mục tài liệu tham khảo Cụ thể: Chương “Tổng quan công mạng chuyển mạch chùm quang” giới thiệu mơ hình chuyển mạch truyền thông quang, nguyên tắc hoạt động mạng OBS vấn đề cơng luồng mơ hình mạng Chương “Tập hợp chùm giảm độ trễ cơng độ trễ” trình bày cải tiến đề xuất Luận án tập hợp chùm giảm độ trễ công độ trễ Chương “Công thông lượng dựa cấp phát băng thơng đắp chùm” trình bày đề xuất giải pháp điều khiển công thông lượng đề xuất mô hình đắp chùm sau tập hợp nhằm nâng cao hiệu sử dụng băng thơng tăng tính cơng thơng lượng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG BẰNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 1.1 Các mơ hình chuyển mạch truyền thông quang Chuyển mạch quang chia thành loại: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang Trong chuyển mạch chùm quang kế thừa ưu điểm loại chuyển mạch trên, không cần đêm quang chuyển mạch quang tốc độ cao 1.2 Nguyên tắc hoạt động mạng OBS Hình 1.1 Quá trình tập hợp chùm tách chùm nút biên OBS Trong mạng OBS, loại liệu đến khác tập hợp nút biên vào truyền dạng chùm (Hình 1.2a) Tại nút biên ra, chùm tách thành gói liệu ban đầu để chuyển đến đích mong muốn (Hình 1.2b) 1.3 Các hoạt động bên mạng OBS 1.3.1 Tập hợp chùm Tập hợp chùm phương pháp gộp gói tin từ nhiều mạng truy cập khác (chẳng hạn gói IP, ATM…) thành chùm có kích thước lớn nút biên vào mạng OBS 1.3.2 Báo hiệu chùm Trong mạng OBS có loại giao thức báo hiệu JIT JET JET giao thức báo hiệu cho hầu hết mạng OBS ngày nay, khơng cần đệm quang không cần chờ xử lý nút trung gian 1.3.3 Lập lịch chùm Khi gói điều khiển đến nút, thuật toán lập lịch gọi để lập lịch cho chùm đến để lập lịch cho chùm tương ứng liên kết Hiện mạng OBS có loại lập lịch chính: (1) khơng lấp đầy khoảng trống; (2) lấp đầy khoảng trống (3) lập lịch nhóm 1.3.4 Xử lý tranh chấp chùm Với việc sử dụng giao thức JET, nút biên gửi chùm mà khơng cần phải báo nhận ACK Tuy nhiên, điều đòi hỏi nút lõi mạng OBS phải giải tốt vấn đề tranh chấp chùm Tranh chấp xảy chùm có xung đột tài nguyên (bước sóng) cổng Để giải vấn đề người ta thường sử dụng phương pháp “lệch hướng”, theo bước sóng, theo khơng gian theo thời gian 1.4 Vấn đề công mạng OBS 1.4.1 Khái niệm công mạng OBS Theo Denda cộng [38], công biết đến hài lòng cá nhân tham gia vào trình phân bổ tài nguyên Trong mạng OBS, vấn đề công nghiên cứu nút biên nút lõi (Hình 1.7) Hình 1.7 Phân loại cơng dựa vị trí thực 1.4.2 Công độ trễ Đề cập đến việc thiết lập độ trễ đệm chùm (bao gồm độ trễ tập hợp chùm thời gian offset) khác cho chùm thuộc lớp QoS khác 1.4.3 Công thông lượng Đề cập đến việc phân bổ băng thông công luồng chia sẻ chung liên kết đầu – cuối 1.4.4 Công khoảng cách Đề cập đến việc xử lý tranh chấp công bằng, mát liệu, dựa vào độ dài hành trình (số nút trung gian) từ nút nguồn đến đích Tiểu kết Chương Chương luận án giới thiệu tổng quan mạng OBS hoạt động bên mạng, tập hợp chùm nút biên mạng tập trung phân tích có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề cơng luồng tồn mạng Luận án phân tích đánh giá phương pháp công bố điều khiển công Đó sở để luận án cuối xác định bốn mục tiêu cần nghiên cứu (trong mục tiêu 1, trình bày Chương mục tiêu 3, trình bày Chương 3), đề xuất kiến trúc nút biên vào với mô đun chức thêm vào nhằm đảm bảo triển khai phương pháp công luồng, nâng cao hiệu truyền thông mạng OBS 1.5 CHƯƠNG TẬP HỢP CHÙM GIẢM ĐỘ TRỄ VÀ CƠNG BẰNG ĐỘ TRỄ 2.1 Mơ hình tập hợp chùm giảm độ trễ 2.1.1 Vấn đề độ trễ hoạt động tập hợp chùm Độ trễ đầu cuối chùm truyền qua mạng OBS chủ yếu bốn thành phần gây nên: (1) độ trễ tập hợp chùm nút biên vào, (2) thời gian offset để đặt trước tài nguyên gói điều khiển, (3) độ trễ chuyển tiếp chùm nút lõi (4) độ trễ truyền bá mạng lõi, độ trễ đầu có tên gọi độ trễ đệm chùm, độ trễ sau thường không thay đổi tương ứng với giao thức triển khai cho trước Do đó, đề xuất thường tập trung vào mục tiêu giảm độ trễ đệm chùm 2.1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan 2.1.2.1 Phân tích phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ công bố Liên quan vấn đề có phương pháp đề xuất thể Bảng 2.1 Bảng 2.1 So sánh phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ công bố IE-BADR POQA JK-BADR BADR-EAT MTBA-TP BASTP Phương Dựa Dựa Dựa Dựa Dựa Dựa pháp tập ngưỡng thời ngưỡng ngưỡng thời ngưỡng thời ngưỡng lai ngưỡng hợp chùm gian thời gian gian gian Đặc điểm Cố định Cố định Cố định Cố định Cố định Thích lai ngưỡng nghi Phương Dựa vào tốc Dựa vào Dựa vào lỗi Dựa vào mật Dựa vào tốc Dựa vào pháp ước độ trung bình độ dài ước tính độ M gói độ đến M lần tập tính gói tin đến M chùm lần tập tin sau gói tin sau hợp chùm khoảng sau hợp kế sau thời gian ước trước To To tính Độ trễ giảm To To t1 + To – Ta To 2.1.2.2 So sánh đánh giá dựa kết mô Với mục tiêu mô là:  So sánh tỉ lệ lỗi ước tính trung bình phương pháp cơng bố tính Cơng thức 2.8  L M RE  j 1 j  Lej / L j M  (2.8) M số lần tập hợp chùm, Lj Lej kích thước hồn thành kích thước ước tính chùm thứ j  So sánh số gói tin thừa chuyển cho chùm 100 lần tập hợp chùm liên tiếp phương pháp tập hợp chùm cơng bố  Phân tích cách chọn ngưỡng BASTP, phương pháp tốt số phương pháp tập hợp chùm công bố Luận án tiến hành cài đặt máy tính với cấu hình 2.4 GHz Intel Core CPU, 2G RAM Các gói tin đến hàng đợi nút biên mạng có phân bố Poisson với kích thước thay đổi ngẫu nhiên khoảng [500, 1000] bytes Lưu lượng tải đến hàng đợi thay đổi từ 0.1 đến 0.9 Mô thời gian 1s (giây) Dữ liệu trích xuất từ NS2 [71] với gói hỗ trợ obs-0.9a Các tham số tập hợp chùm bao gồm: Ta = ms, To = ms a So sánh tỉ lệ lỗi ước tính trung bình Hình 2.3 mơ tả so sánh lỗi ước tính trung bình phương pháp cơng bố, thấy lỗi ước tính trung bình phương pháp dựa thống kê BASTP, BADR-EAT POQA cho lỗi ước tính thấp so với phương pháp lại Hình 2.3 So sánh tỉ lệ lỗi ước tính trung bình IE-BADR, JK-BADR, POQA, BADR-EAT, MTBA-TP BASTP với tải chuẩn hóa đến 0.5 Hình 2.10 Số gói tin thừa 100 chùm sinh 2.1.3.5 Nhận xét Dựa kết mô phỏng, phương pháp iBADR cho tỉ lệ lỗi ước tính giảm so với BASTP Tuy nhiên, xét số gói tin thừa phải chuyển cho chùm iBADR sinh tương đối nhiều Hình 2.10 Phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ iBADR đề xuất mục công bố [CT2] 2.1.4 Phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ OBADR 2.1.4.1 Mô tả phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ OBADR Phương pháp OBADR (Optimal Burst Assembly for Delay Reduction) cải tiến iBADR, ngồi áp dụng phương pháp ước tính độ dài chùm TW-EWMA với  điều chỉnh linh hoạt, trình tập hợp chùm kết hợp giai đoạn tập hợp:  Giai đoạn 1: gói tin đến hàng đợi, đếm thời gian (timer) kích hoạt Gói điều khiển gửi vào mạng lõi timer đạt đến ngưỡng Tw, kích thước cửa sổ thời gian Độ dài ước tính ( Le ) đồng thời tính tốn dựa phương pháp TW-EWMA với  điều chỉnh linh hoạt  Giai đoạn 2: Tiến trình tập hợp chùm tiếp tục, dựa ngưỡng độ dài ước tính Le Chùm hồn thành số lượng gói tin đến hàng đợi đạt đến ngưỡng Le 2.1.4.3 So sánh đánh giá dựa kết mô Các tham số mô tương tự Mục 2.1.2.2 a So sánh tỉ lệ lỗi ước tính trung bình Hình 2.11 cho thấy OBADR có tỉ lệ lỗi ước tính ( RE ) thấp tất phương pháp đề xuất trước 11 Hình 2.11 So sánh tỉ lệ lỗi ước tính trung bình phương pháp tập hợp giảm độ trễ b So sánh số gói tin thừa 100 chùm sinh liên tiếp Hình 2.13 Số gói tin thừa 100 chùm sinh liên tiếp Như thể Hình 2.13, phương pháp OBADR khơng có số gói tin thừa, nhờ độ dài ước tính sử dụng làm ngưỡng độ dài 2.1.5 Ảnh hưởng trọng số α đến OBADR 2.1.5.1 Khảo sát biến đổi α tải đến thay đổi Với tải chuẩn hóa thay đổi từ 0.1 đến 0.9 giá trị α khảo sát từ 0.1 đến 0.9, kết thu cho thấy lỗi ước tính tối thiểu có phân bố tương ứng với α khoảng (0.4, 0.6) Như vậy, việc thiết lập α cố định rõ ràng không phù hợp tải đến khác 2.1.5.2 So sánh hiệu tập hợp chùm α cố định α thay đổi Kết cho thấy thời gian tập hợp chùm bé (từ 2.5 ms đến 5.5 ms), α động cho kết lỗi ước tính trung bình tốt so với α cố định (α = 0.5) 2.1.5.3 Nhận xét Dựa kết mô việc điều chỉnh giá trị α linh hoạt (Như Công thức 2.12) theo tốc độ luồng liệu đến làm tăng hiệu việc ước tính độ dài chùm hoàn thành Kết khẳng định hiệu 12 việc điều chỉnh linh hoạt α theo tốc độ luồng liệu đến Kết phần công bố [CT4] 2.1.6 Ảnh hưởng OBADR đến hoạt động lập lịch chùm 2.1.6.1 Phân tích ảnh hưởng OBADR dựa phương pháp Engset 2.1.6.2 So sánh hiệu mơ hình phân tích kết mơ Như mơ tả Hình 2.19, OBADR cho kết tốt so với phương pháp tập hợp chùm truyền thống lý thuyết mơ Hình 2.2 So sánh tỉ lệ chùm OBADR tập hợp chùm truyền thống 2.1.6.3 Nhận xét Phương pháp OBADR chứng tỏ hiệu q trình tập hợp chùm góp phần giảm độ trễ đáng kể, việc khơng có gói tin bị đặt tài ngun khơng đủ làm cho chùm chịu độ trễ tăng thêm Phương pháp tập hợp chùm giảm độ trễ OBADR đề xuất mục công bố [CT3] 2.2 Mô hình tập hợp chùm cơng độ trễ 2.2.1 Các cơng trình nghiên cứu liên quan Các mơ hình tập hợp chùm giảm độ trễ cơng bố có ý tưởng chung gửi sớm gói điều khiển khoảng thời gian offset trước hoàn thành chùm Trong mơ hình này, có POQA [69] có kết hợp với hỗ trợ đa dạng dịch vụ Cụ thể, tác giả [69] sử dụng thời gian offset khác cho chùm có lớp ưu tiên khác điều chỉnh thời gian tập hợp chùm cho chùm ưu tiên cao ln có thời gian đệm chùm ngắn chùm ưu tiên thấp Như ví dụ Hình 2.21, chùm thuộc lớp ưu tiên class0 có thời gian tập hợp chùm Ta(0) bé giá trị thời gian offset To(0) lớn nhất, lớp ưu tiên thấp class2 có thời gian tập hợp chùm Ta(2) dài giá trị thời gian offset To(2) bé 13 class0 To(0) Ta(0) class1 To(1) Ta(1) class2 To(2) Ta(2) Hình 2.3 Một ví dụ ngưỡng thời gian tập hợp chùm giá trị thời gian offset 2.2.2 Phương pháp tập hợp chùm công độ trễ BADF 2.2.2.1 Giới thiệu công độ trễ mạng OBS Với công độ trễ đề xuất [69], chùm có ưu tiên cao có thời gian đệm chùm ngắn Tuy nhiên, cách diễn dịch chưa thể chất đáp ứng công cá nhân khái niệm cơng Vì vậy, luận án bổ sung khái niệm công độ trễ sau: Công độ trễ hài lòng độ trễ chùm ưu tiên khác nhau, cho tỉ lệ trung bình độ trễ đầu - cuối với giới hạn độ trễ chúng xấp xỉ Ngoài ra, để đáp ứng yêu cầu phân biệt ưu tiên dựa độ trễ mạng OBS, hai ràng buộc sau bổ sung vào Chùm có mức độ ưu tiên cao có độ trễ đầu cuối thấp; Độ trễ đầu cuối chùm không lớn giới hạn độ trễ tối đa (Ví dụ: RTT gói IP mang chùm) Như khái niệm “Công độ trễ” luận án bổ sung bao hàm khái niệm công độ trễ đề xuất [69] 2.2.2.2 Chỉ số công độ trễ Gọi D(i) độ trễ trung bình liệu phải chờ hàng đợi i trước tập hợp thành chùm Ta(i) thời gian tập hợp chùm hàng đợi i, đại lượng xi = D(i)/Ta(i) phản ánh mức độ trễ liệu hàng đợi i Luận án đề xuất cơng thức tính số cơng độ trễ DFI cho chùm ưu tiên khác dựa công thức Jain [39] sau:  n DFI  i 1 n  i xi  n i 1 ( i xi ) (2.22) Mức độ công tăng DFI tiến đến 1,  x1   x2    n xn , i trọng số xi, < i < 14  n i 1 i  2.2.2.3 Phương pháp tập hợp chùm giai đoạn Phương pháp tập hợp chùm giảm độ trể luận án đề xuất BADF (Burst Assembly for Delay Fairness) dựa ý tưởng gửi sớm gói điều khiển (xem Mục 2.1.3 2.1.4), với điểm đến từ mơ hình tập hợp chùm giai đoạn đề xuất Giai đoạn tập hợp chùm dựa ngưỡng thời gian ước tính Giai đoạn tập hợp chùm dựa ngưỡng ước tính Chi tiết mơ hình tập hợp chùm giai đoạn sau: Giai đoạn 1: có gói tin đến hàng đợi i, đếm thời gian (timer) bắt đầu kích hoạt Gói điều khiển gửi timer đạt đến e ngưỡng thời gian ước tính Te(i) = Ta(i) – To(i) Độ dài chùm ước tính L (i ) tính tốn dựa vào phương pháp TW-EWMA [23]: (2.25) Le (i)  Ta (i)  (1   (i))  avg (i)   (i)  cur (i)  Trong giai đoạn này, giá trị α(i) điều chỉnh tăng/giảm tùy thuộc vào tốc độ gói tin đến hàng đợi i, tính α(i) = cur(i)/(avg(i) + cur(i)), thay phải giữ cố định TW-EWMA Giai đoạn 2: giải thuật tập hợp chùm tiếp tục thực e ngưỡng độ dài L (i ) đạt đến ngưỡng thời gian Ta(i) đạt đến 2.2.2.5 So sánh đánh giá dựa kết mô Mô cài đặt PC, gói tin đến thuộc lớp ưu tiên (K = 3) Quá trình đến gói tin hàng đợi có phân bố Poisson kích thước chúng phân bố ngẫu nhiên khoảng [500, 1000] bytes Giá trị thời gian offset thiết lập 0.3, 0.2 0.1 (ms) cho hàng đợi 1, tương ứng Mục tiêu mô bao gồm:  So sánh số DFI giải thuật BADF giải thuật POQA;  Phân tích hiệu cơng độ trễ đến thời gian tập hợp chùm Ta(i) độ trễ đệm chùm;  So sánh lỗi ước tính (Công thức 2.8) giải thuật BADF giải thuật POQA a So sánh số DFI giải thuật BADF giải thuật POQA 15 Hình 2.4 So sánh số DFI BADF POQA b Phân tích hiệu công độ trễ đến thời gian tập hợp chùm Ta(i) độ trễ đệm chùm Như thể Hình 2.25, thời gian tập hợp chùm Ta(i) giảm tốc độ đến gói tin tăng, với class0 khoảng thời gian mô [0.4, 0.6] với class2 thời gian mô [0.7, 0.9] Hình 2.5 So sánh giá trị Ta(i) lớp ưu tiên với giải thuật BADF c So sánh lỗi ước tính giải thuật BADF với giải thuật POQA Hình 2.60 So sánh lỗi ước tính BADF với POQA Hình 2.30 so sánh tỉ lệ lỗi ước tính (được tính Cơng thức 2.8) giải thuật BADF với giải thuật POQA, lỗi ước tính BADF nhỏ nhiều so với POQA 16 Hình 2.7 So sánh tỉ lệ lãng phí băng thơng BADF POQA Hình 2.8 So sánh tỉ lệ gửi lại BADF POQA 2.2.2.6 Nhận xét Giải thuật BADF hiệu việc điều khiển công độ trễ hàng đợi QoS khác nhau, so sánh dựa sổ DFI, lỗi ước tính, tỉ lệ gửi lại Tuy nhiên, tồn giải thuật BADF tỉ lệ lãng phí băng thơng lớn trung bình khoảng 12% (như Hình 2.31), so với tỉ lệ phải gửi lại giải thuật POQA trung bình khoảng 30%, giải thuật BADF tốt Giải thuật BADF kết công bố [CT5] 2.3 Tiểu kết Chương Trong chương này, Luận án đề xuất mơ hình tập hợp chùm giảm độ trễ có tên iBADR [CT2], OBADR [CT3] mơ hình tập hợp chùm đảm bảo công độ trễ BADF [CT5] Dựa vào kết mô phỏng, giải thuật iBADR OBADR cho kết giảm đỗ trễ tốt đề xuất công bố Giải thuật BADF đạt công độ trễ gần tối ưu nhất, đồng thời giảm độ trễ giảm thiểu lỗi ước tính hàng đợi 17 CHƯƠNG CÔNG BẰNG THÔNG LƯỢNG DỰA TRÊN CẤP PHÁT BĂNG THƠNG VÀ ĐẮP CHÙM 3.1 Mơ hình cấp phát băng thông công dựa thông lượng 3.1.1 Giới thiệu cấp phát băng thông công Cấp phát băng thơng cơng bằng, gọi cơng tốc độ (rate fairness), đề cập đến việc cấp phát băng thông cho kết nối theo tỷ lệ băng thông cung cấp với băng thông khả dụng [53] 3.1.2 Các cơng trình nghiên cứu liên quan Cho đến nay, mơ hình cấp phát băng thơng cơng mạng OBS dựa mơ hình phân bổ băng thông công max-min mạng IP [16], bao gồm mơ hình MMFP RFP 3.1.3 Phương pháp cấp phát băng thông công dựa thông lượng TFBA 3.1.3.1 Kiến trúc nút biên vào hỗ trợ đa dạng dịch vụ Xét nút biên vào với kiến trúc Hình 3.3 class0 Đích class1 Gói tin đến Đích classn-1 Đích m Phân lớp theo đích đến Phân lớp dịch vụ Các hàng đợi lớp dịch vụ Tập hợp chùm theo đích đến Mơ-đun cấp phát băng thơng Liên kết Hình 3.1 Kiến trúc nút biên vào OBS hỗ trợ đa dạng dịch vụ 3.1.3.2 Tỉ lệ băng thông sử dụng tối đa liên kết mạng OBS Bảng 3.1 Tỉ lệ thông lượng đạt tối đa liên kết với tải chuẩn hóa khác Tải chuẩn hóa 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Thông lượng tối đa 0.48616 0.572186 0.67152 0.72123 0.7213 0.71945 3.1.3.3 Phương pháp cấp phát băng thông công TFBA Ý tưởng phương pháp cấp phát băng thông công Luận án đề xuất điều chỉnh thông lượng thực tế gần với băng thông cấp phát công nhằm đảm bảo công việc cấp phát băng thơng luồng 18 Q trình phân bổ băng thông công dựa thông lượng thực theo bước: Bước 1: Xác định tỉ lệ công Fi cho kết nối Nếu tốc độ đến luồng i có thay đổi đáng kể, băng thông chia cho kết nối, tỉ lệ Fi cho kết nối xác định mức tối thiểu thông lượng thật (Ai) với băng thông phân bổ công Kết nối có thơng lượng thực tế so với lượng băng thông phân bổ không tham gia chia sẻ băng thông thừa lần lặp Việc phân bổ tiếp tục băng thông phân bổ (m) khơng có thay đổi so với lần lặp trước (m = mprev) tất kết nối thỏa mãn (m = 0) Bước 2: Xác định băng thông phân bổ công ABi cho kết nối Đặt Bw băng thông tối đa liên kết ra, băng thông phân bổ công cho kết nối i xác định theo Công thức 3.4 ABi  Fi  Bw (3.4) Fi tỉ lệ công xác định Bước Bước 3: Đo giá trị thông lượng thực tế ATi kết nối Thông lượng thực tế xác định theo Công thức 3.5 ATi  p w (i ) / Tw (i ) (3.5) pw(i) lượng liệu đến cửa sổ thời gian Tw(i) Bước 4: Xử lý tranh chấp chùm Vấn đề tranh chấp chùm giải dựa việc so sánh ATi ABi nhằm xác định xem chùm đến có thuộc luồng xấu (luồng tải) hay khơng Theo ATi > ABi chùm đến thuộc luống xấu, bị loại bỏ để dành tài nguyên cho chùm thuộc luồng tốt (luồng không tải) Ngược lại, ATi < ABi chùm đến thuộc luồng tốt, việc xem xét tỷ lệ ATi /ABi tính đến, giá trị ATi/ABi thấp giá trị ATj/ABj chùm tranh chấp, chùm tranh chấp bị đánh rơi Ngược lại, giá trị ATi/ABi lớn chùm tranh chấp ATj/ABj chùm đến bị loại bỏ 3.1.3.4 Chỉ số công thông lượng Cấp phát băng thông công tiếp cận luận án dựa ý tưởng công max-min Tuy nhiên công dựa tỉ lệ thông lượng thực tế với băng thông cung cấp, thay xác suất mát [67], [53] Cụ thể, đặt yi = ATi / ABi tỉ lệ thông lượng thực tế (ATi) băng thông cấp phát công (ABi) luồng i Dựa 19 công thức Jain [39], luận án đề xuất số công thông lượng TFI sau: TFI   n i 1 n  i yi  ni 1 ( i y i ) (3.6) σi trọng số thể mức độ sử dụng băng thông so với mức cung cấp luồng, < σi <  n i 1 i  3.1.3.6 So sánh đánh giá dựa kết mô Với mục tiêu mô là: - So sánh tỉ lệ byte kết nối tỉ lệ byte trung bình TFBA, MMFP RFP - So sánh tính cơng dựa số TFI TFBA, MMFP RFP Với mục tiêu mô xem xét tỉ lệ byte kết nối chia sẻ chung (hay nhóm) liên kết nên mạng Dumbbell chọn Hình 3.5 đủ để đánh giá giải thuật đề xuất Mơi trường mơ NS2 [71] với gói hỗ trợ mạng OBS obs-0.9a Các mô triển khai máy tính PC với cấu hình 2.4 GHz Intel Core CPU, 2G RAM Kết nối Kết nối E1 C1 C2 E2 Kết nối Hình 3.2 Hình thái mạng mơ a So sánh tỉ lệ byte kết nối Hình 3.3 So sánh tỉ lệ byte kết nối TBFA trường hợp (1) tổng tải không vượt khả liên kết (2) tải luồng tăng đột biến vượt khả liên kết 20 Hình 3.4 So sánh tỉ lệ byte trung bình kết nối TFBA, RFP MMFP b So sánh hiệu công dựa số TFI Hình 3.5 So sánh số TFI phương pháp TFBA với RFP MMFP 3.1.4 Phân tích ảnh hưởng TFBA đến việc lập lịch liên kết 3.1.4.1 Mơ hình phân tích Luận án sử dụng mơ hình Markov [11] để phân tích ảnh hưởng TFBA đến việc lập lịch liên kết 3.1.4.2 So sánh hiệu mơ hình phân tích kết mơ Kết thể Hình 3.15 cho thấy xác suất chùm mơ hình phân tích tương đồng với kết mơ (Hình 3.7) Hình 3.6 So sánh tỉ lệ chùm mơ hình phân tích mơ với TFBA 3.1.5 Nhận xét Phương pháp TFBA dựa số cơng thơng lượng nên áp dụng nhiều loại luồng đến, thay với luồng Poisson [67], [53] Phương pháp TFBA công bố [CT6] 21 3.2 Mô hình đắp chùm hiệu băng thơng cơng thơng lượng 3.2.1 Các cơng trình nghiên cứu liên quan 3.2.2 Phương pháp đắp chùm 3.2.2.1 Giới thiệu mô hình đắp chùm Mơ hình đắp chùm mà luận án đề xuất QDBAP (QoS Differentiation Burst Assembly with Padding) mơ tả Hình 3.17, việc đắp chùm thực cách huy động gói tin từ hàng đợi có QoS thấp sang đắp cho chùm có QoS cao Bmin class0 Mức độ ưu tiên giảm dần class1 Bmin class0 Chùm class2 class1 Chùm class2 hàng đợi QoS Mô đun đắp chùm Hàng đợi QoS (a) Trước đắp chùm Mô đun đắp chùm (b) Sau đắp chùm Hình 3.7 Một ví dụ mơ hình đắp chùm lớp: (a) trước đắp chùm; (b) sau đắp chùm 3.2.2.2 Quy tắc đắp chùm Quy tắc đắp chùm luận án đề xuất sau: Chỉ đắp chọn gói tin từ hàng đợi QoS thấp sang đắp cho chùm QoS cao Các gói tin chọn từ hàng đợi QoS thấp theo hình thức đến trước phục vụ trước Các gói tin chọn từ hàng đợi QoS thấp đắp vào đuôi chùm QoS cao (xem Hình 3.17): Chỉ chọn gói tin từ hàng đợi QoS thấp mà gói điều khiển chưa gửi 3.2.2.4 So sánh đánh giá dựa kết mô Với mục tiêu mô là:  So sánh băng thơng lãng phí phải sử dụng byte độn  So sánh số công thông lượng TFI (Công thức 3.8) a So sánh tỉ lệ lãng phí băng thơng 22 Hình 3.8 So sánh số byte đắp QDBAP POQA b So sánh, đánh giá vấn đề cơng thơng lượng Hình 3.9 So sánh dựa số công thông lượng QDBAP POQA Hình 3.10 So sánh cơng thơng lượng (dựa tỉ lệ tải thực tế class i khả đáp ứng băng thông TBi (yi)) POQA QDBAP 3.2.3 Nhận xét 3.3 Tiểu kết Chương Trong chương này, Luận án giới thiệu phương pháp cấp phát băng thông công dựa thơng lượng TFBA Giải thuật TFBA áp dụng cho nhiều loại luồng đến, đồng thời nâng cao đáng kể hiệu mạng điều phối công thông lượng, kết phản ánh [CT6] Ngoài ra, Luận đề xuất phương pháp đắp chùm kết hợp với tập hợp chùm, nhằm tối ưu băng thông điều phối công thông lượng lớp dịch vụ khác có tên QDBAP Kết phần công bố [CT7] 23 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN KẾT LUẬN: Chuyển mạch chùm quang (OBS) mạng WDM xem giải pháp đầy triển vọng cho mạng Internet hệ tiếp theo, OBS khắc phục hạn chế cơng nghệ chuyển mạch gói quang khai thác băng thông linh hoạt, tốt chuyển mạch kênh quang Một vấn đề quan trọng mạng OBS làm để điều khiển công luồng dịch vụ khác Với mục đích Luận án tập trung nghiên cứu mơ hình, giải thuật điều khiển cơng mạng OBS với hướng tiếp cận khác Kết mà Luận án đạt bao gồm: Tổng hợp phân tích, đánh giá phân loại phương pháp điều khiển cơng mạng OBS Qua điểm tồn công bố trước sở để Luận án đề xuất cải tiến số mô đun chức năng, giải thuật điều khiển công tốt Đề xuất mơ hình tập hợp chùm giảm đỗ trễ có tên iBADR [CT2], OBADR [CT3] nhằm giảm độ trễ tập hợp chùm tốt hàng đợi Đề xuất mơ hình tập hợp chùm đảm bảo công độ trễ BADF [CT5] Đề xuất mơ hình cấp phát băng thơng cơng dựa thông lượng, áp dụng cho nhiều loại luồng đến khác TFBA [CT6] Phương pháp đắp chùm QDBAP [CT7] đề xuất nhằm tối ưu băng thơng sử dụng góp phần điều khiển cơng thông lượng HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN ÁN: Từ kết đạt Luận án số vấn đề cần quan tâm nghiên cứu thời gian tới: Nghiên cứu vấn đề điều khiển công khoảng cách, để thấy vai trò cơng khoảng cách vấn đề truyền nhận liệu mạng Xây dựng mơ hình điều khiển cơng kết hợp bao gồm độ trễ với thông lượng, hay thông lượng với khoảng cách loại cơng 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [CT1] Lê Văn Hòa, Võ Viết Minh Nhật, Nguyễn Hồng Sơn (2016), “Phân tích giải thuật tập hợp chùm giảm độ trễ nút biên mạng OBS”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ (Đại học Khoa học, Đại học Huế), tập 6, số 1, trang: 9-20 [CT2] Lê Văn Hòa, Võ Viết Minh Nhật, Nguyễn Hoàng Sơn (2017), “Một hướng tiếp cận tập hợp chùm cải tiến nhằm giảm độ trễ nút biên mạng OBS”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ (ĐH Huế), tập 126, số 2A, trang:19-30 [CT3] Vo Viet Minh Nhat, Le Van Hoa, Nguyen Hoang Son (2017), “A model of optimal burst assembly for delay reduction at ingress OBS nodes”, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences (SCIE), vol 25, no 5, pp 3970-3982 [CT4] Lê Văn Hòa, Võ Viết Minh Nhật, Nguyễn Hồng Sơn (2018), “Ảnh hưởng tính chất luồng liệu đến hiệu tập hợp chùm giảm độ trễ nút biên mạng OBS”, Hội nghị khoa học quốc gia lần thứ XI nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR), trang: 57-64 [CT5] Vo Viet Minh Nhat, Le Van Hoa, Le Manh Thanh (2018), “On the delay fairness through the burst assembly for service difference”, ETRI Journal (SCIE), vol 40, no 3, pp 347-354 [CT6] Le Van Hoa, Vo Viet Minh Nhat, Le Manh Thanh (2018) “Throughputbased Fair Bandwidth Allocation in OBS Networks”, ETRI Journal (SCIE), vol 40, no 5, pp 624-633 [CT7] Vo Viet Minh Nhat, Le Van Hoa, Nguyen Hoang Son, Le Manh Thanh (2018), “A Model of QoS Differentiation Burst Assembly with Padding for Improving the Performance of OBS Networks”, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences (SCIE), vol 26, no 4, pp 1783-1795 25 ... CÔNG BẰNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 1.1 Các mơ hình chuyển mạch truyền thơng quang Chuyển mạch quang chia thành loại: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang Trong. .. xuất đệm quang (tương tự nhớ RAM mạng điện) hay chuyển mạch gói quang tốc độ nano giây, chuyển mạch gói quang chưa thể trở thành thực Một giải pháp thỏa hiệp mô hình chuyển mạch chùm quang (OBS)... chùm quang kế thừa ưu điểm loại chuyển mạch trên, không cần đêm quang chuyển mạch quang tốc độ cao 1.2 Nguyên tắc hoạt động mạng OBS Hình 1.1 Quá trình tập hợp chùm tách chùm nút biên OBS Trong