Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ: Các kế hoạch quản lý hàng đợi động blue cho truyền thông đa phương tiện

Mục tiêu chính của Luận văn là tập trung nghiên cứu và đánh giá hiệu suất của thuật toán quản lý hàng đợi blue - một chiến lược điển hình của thuật toán quản lý hàng đợi tích cực dựa vào tải nạp. Sau đó so sánh chiến lược này với các chiến lược quản lý hàng đợi khác như RED, A-RED, ARIO từ đó có những đánh giá, đưa ra các kết quả so sánh hiệu năng giữa các mô hình dựa trên các kết quả mô phỏng trên NS-2.

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGÔ THỊ BẾN CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG BLUE CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGÔ THỊ BẾN CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG BLUE CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Đình Việt HÀ NỘI – 2016 MỞ ĐẦU Internet hệ thống kết nối mạng toàn cầu đảm bảo liên thơng hệ thống máy tính thiết bị diện rộng Internet ngày phát triển khơng số lượng kết nối mà đa dạng lớp ứng dụng, liệu truyền không đơn dạng văn đơn giản, mà liệu đa phương tiện bao gồm âm thanh, hình ảnh tĩnh, động, … Các ứng dụng đa phương tiện phổ biến kể đến điện thoại qua mạng (Internet telephony), hội thảo trực tuyến (video conferencing), xem video theo yêu cầu (video on demand), ngày sử dụng rộng rãi Có thể nói mạng Internet làm cách mạng thay đổi nhiều khía cạnh sống Hơn mạng Internet rẻ nhiều so với loại hình dịch vụ khác, sử dụng rộng khắp quốc gia giới Cùng với bùng nổ nhu cầu sử dụng Internet gia tăng lưu lượng thông tin kéo theo vấn đề xảy tắc nghẽn Internet tránh khỏi Vì vậy, để đảm bảo thơng suốt đường truyền, kiểm sốt tắc nghẽn nút mạng đóng vai trò quan trọng cho Internet hoạt động hiệu tin cậy với người sử dụng Mơ hình cung cấp dịch vụ kiểu cố gắng tối đa (best-effort) Internet truyền thống không đủ để đáp ứng với yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) có bùng nổ luồng liệu tham gia mạng làm cho nút mạng trung tâm nhanh chóng bị tắc nghẽn Khi mạng IP đời thoả mãn yêu cầu kỹ thuật lẫn chất lượng dịch vụ Tuy nhiên để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng yêu cầu người sử dụng vấn đề thực khó khăn cho nhà quản lý mạng, đặc biệt hồn cảnh luồng thơng tin ngày đa dạng chủng loại, đặc tính, mà u cầu chất lượng sử dụng thơng tin ngày khắt khe Việc yêu cầu chất lượng dịch vụ người sử dụng tạo cạnh tranh khắc nghiệt nhà cung cấp dịch vụ, yêu cầu nhà cung cấp dịch vụ phải tìm giải pháp để nâng cao chất lượng dịch vụ tăng doanh thu cho Có nhiều hướng nghiên cứu để cải thiện chất lượng truyền liệu đa phương tiện qua mạng, số kỹ thuật truyền thống chúng có hạn chế gây gánh nặng truyền tải âm thanh/hình ảnh video, làm tiêu tốn thêm tài nguyên băng thơng mạng Khi có q nhiều gói tin đưa vào mạng, làm cho hiệu mạng giảm nút mạng khơng đủ khả lưu trữ, xử lý, truyền đi, chúng bắt đầu bị gói tin dẫn đến tắc nghẽn mạng máy tính Các nhà xây dựng mạng khéo léo đưa mơ hình mạng mơ hình mạng dịch vụ phân loại DiffServ mạng dịch vụ tích hợp IntServ đồng thời kết hợp mơ hình mạng với để lợi dụng ưu điểm mạng hạn chế nhược điểm chúng Bên cạnh nhà thiết kế sâu vào tìm hiểu thiết kế phương pháp quản lý, giám sát tiến trình truyền tin bên thân thành phần nhỏ mạng router, chuyển mạch,… Điển hình router thiết kế theo cấu trúc CQS phần đơn giản hoá việc truyền tin nâng cao chất lượng dịch vụ Một phương pháp đưa router để cải thiện chất lượng dịch vụ mạng IP thông dụng phương pháp quản lý hàng đợi tích cực AQM [9, 10, 17] Đặc trưng hàng đợi AQM điều chỉnh xác suất đánh dấu loại bỏ gói tin đệm router để ngăn ngừa tượng tắc nghẽn xảy Mục tiêu luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá kế hoạch quản lý hàng đợi động cho truyền thông đa phương tiện, nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Tập trung nghiên cứu chiến lược BLUE, đánh giá so sánh chiến lược quản lý hàng đợi BLUE với chiến lược hàng đợi RED, A-RED Ngoài việc đưa chiến lược quản lý hàng đợi thích hợp giải thuật cho phép quản lý kiểm soát tắc nghẽn dựa kiện gói liệu mức độ sử dụng đường truyền thay chiếm dụng hàng đợi đem lại hiệu cao áp dụng vào trường hợp cụ thể, xử lý cách tối ưu việc vận chuyển thơng tin mạng Tình hình nghiên cứu nƣớc, nƣớc AQM Internet mạng kết nối mở lớn giới, mạng mạng Sự phát triển nhanh chóng Internet dẫn đến Internet phải đối mặt với bùng nổ số lượng máy tính kết nối đa dạng lớp ứng dụng triển khai Ngày sở hạ tầng mạng Internet nâng cao, đặc biệt băng thông, khả lưu trữ xử lý máy chủ (servers) làm cho nhu cầu ứng dụng đa phương tiện qua mạng tăng lên nhanh chóng, dịch vụ Internet không ngừng phát triển, xuất lĩnh vực thương mại, trị, quân sự, nghiên cứu, giáo dục, văn hoá, xã hội Vì lưu lượng Internet có đặc tính bùng nổ nên hàng đợi (bộ đệm) nút mạng (router) phải có kích thước đủ lớn, để đảm bảo cho nút thực chức store-and-forward cách hiệu Tuy nhiên, thi hành sách phục vụ hàng đợi kiểu FIFO (Tail-Drop Queue) hàng đợi thường xuyên trạng thái đầy, làm tăng đáng kể thời gian trễ trung bình gói tin mạng Do vậy, điều quan trọng phải có kỹ thuật để đảm bảo cho mạng đạt thơng lượng cao thời gian trễ trung bình nhỏ Quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) giải pháp quan trọng hiệu cho điều khiển tránh tắc nghẽn Internet [17,21] Thơng thường có hai phương án để kiểm sốt tránh tắc nghẽn tăng hiệu suất thiết bị phần cứng dùng kỹ thuật phần mềm Việc tăng hiệu suất thiết bị cần thiết, lại tốn kém, khó đồng hiệu chưa cao Ngược lại, dùng kỹ thuật phần mềm để kiểm soát tắc nghẽn đem lại hiệu lớn Trong kỹ thuật có hai phương pháp quan tâm phát triển, là: cải tiến giao thức điều khiển truyền thông nâng cao kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực AQM nút mạng Việc tăng hiệu giao thức TCP thông qua biến thể triển khai Internet đem lại hiệu lớn Tuy nhiên, đa chuẩn loại mạng, phong phú thiết bị kết nối phức tạp ứng dụng truyền thông nên điều quan trọng cần có chế quản lý hàng đợi tích cực nút mạng để hỗ trợ điều tiết lưu thông mạng, nhằm tránh giải tắc nghẽn Quản lý hàng đợi nhóm tổ hợp phương pháp quản lý đệm, chế cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) Quản lý hàng đợi định việc phân phối đệm loại bỏ gói đến theo sách định trước Trong năm gần đây, vấn đề nghiên cứu chiến lược quản lý hàng đợi tích cực AQM mạng Internet phát triển mạnh mẽ sôi động Ở nước nhiều nước giới có nhiều cơng trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu cải tiến giao thức điều khiển từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) nhằm nâng cao hiệu giao thức TCP, như: TCP NewReno, Vegas phương pháp quản lý hàng đợi tích cực, như: RED [12,13,14,26], ARED [28], ARIO [25], BLUE [13,24]… nút mạng trung tâm Thơng qua chế đó, nút mạng kiểm sốt số lượng lớn gói liệu đến đồng thời hàng đợi định tuyến Kết cơng trình nghiên cứu tập trung nghiên cứu số giải pháp giải vấn đề tránh tắc nghẽn trì tính ổn định chất lượng mạng hướng đến việc bảo đảm QoS mơi trường mạng có mật độ gói tin dày đặc Việc bảo đảm chất lượng dịch vụ liên quan mật thiết đến việc phân chia tài nguyên mạng (băng thông, đệm) Tại nút mạng, việc phân chia băng thông, đệm thực định trình lưu lượng theo chế định trình định Chất lượng dịch vụ tồn trình ứng dụng phụ thuộc vào chất lượng dịch nút mạng, phụ thuộc vào gói tin định trình, thời gian gói tin bị trễ đệm, khả gói tin tràn đệm Có nhiều kết khả thi từ việc nghiên cứu tăng cường khả bảo đảm chất lượng dịch vụ mạng IP nhằm ngăn ngừa tương tắc nghẽn xảy Tuy nhiên qua khảo sát công trình nghiên cứu ngồi nước cho thấy giải thuật AQM hạn chế ứng dụng đòi hỏi đáp ứng thời gian thực truyền phát video mạng Do việc đảm bảo QoS đáp ứng yêu cầu nêu kết hợp chế nhằm đem lại hiệu cao môi trường mạng phức tạp Mục tiêu, kết cần đạt đƣợc luận văn Mục tiêu Luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá hiệu suất thuật toán quản lý hàng đợi BLUE - chiến lược điển hình thuật tốn quản lý hàng đợi tích cực dựa vào tải nạp Sau so sánh chiến lược với chiến lược quản lý hàng đợi khác RED, A-RED, ARIO từ có đánh giá, đưa kết so sánh hiệu mơ hình dựa kết mơ NS-2 Ngồi ra, mục đích cuối phải hướng tới người sử dụng, nên dành chương để trình bày tổng quan truyền thông đa phương tiện mạng, dịch vụ mức ứng dụng, hiệu phụ thuộc chặt chẽ vào dịch vụ mức Kết cần đạt luận văn: Nghiên cứu thuật toán RED, ARED, ARIO BLUE, tập trung nghiên cứu chiến lược quản lý hàng đợi BLUE So sánh chiến lược với chiến lược quản lý hàng đợi khác từ có đánh giá, đưa kết so sánh hiệu mơ hình Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết truyền thông đa phương tiện yêu cầu bảo đảm QoS đồng thời nghiên cứu số chiến lược quản lý hàng đợi động, hiệu gateway, sâu nghiên cứu BLUE – Một chiến lược quản lý hàng đợi dựa vào tải nạp, cài đặt để hỗ trợ Internet hoạt động hiệu Đề tài sử dụng công cụ mô mạng NS2 để nghiên cứu sâu BLUE đánh giá, so sánh hiệu suất với chiến lược quản lý hàng đợi RED, ARED Phƣơng pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu trên, phương pháp nghiên cứu luận văn kết hợp chặt chẽ nghiên cứu lý thuyết với cài đặt mô kiểm chứng Về lý thuyết, luận văn nghiên cứu, khảo sát cơng trình liên quan để tìm tồn tại, lựa chọn vấn đề giải Hệ thống vấn đề cần giải quyết, đề xuất mơ hình lý thuyết, sử dụng công cụ hỗ trợ để phân tích Luận văn thực mơ phần mềm mô mạng NS2 (Network Simulator) nhà nghiên cứu khoa học tin dùng Bố cục luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, chương nội dung, kết luận Cụ thể nội dung chương luận văn trình bày sau: Chương 1: Trình bày truyền thơng đa phương tiện yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS phương pháp ảm bảo chất lượng dịch vụ truyền thông đa phượng tiện mạng Chương 2: Trình bày tổng quan chiến lược quản lý hàng đợi động AQM, tìm hiểu hai thuật tốn tiêu biểu AQM: RED, A-RED Chương Tập trung nghiên cứu sâu chiến lược quản lý hàng đợi dựa vào tải nạp BLUE đề xuất cải tiến giải thuật quản lý hàng đợi BLUE Chương 4: Dựa mô mạng NS để kiểm chứng đánh giá hiệu suất đồng thời so sánh hiệu suất chiến lược BLUE với chiến lược quản lý hàng đợi khác: RED, A-RED Phần kết luận nêu kết luận văn hướng phát triển Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Hệ thống truyền thông đa phương tiện  Các khái niệm Media: Media phương tiện truyền đạt thông tin, đề cập đến loại thông tin hay loại biểu diễn thông tin liệu văn bản, ảnh, âm video - Dữ liệu Multimedia: Dữ liệu multimedia chia thành hai lớp liệu liên tục liệu không liên tục Các liệu liên tục bao gồm liệu âm thanh, video thay đổi theo thời gian Các liệu không liên tục liệu không phục thuộc vào thời gian, loại liệu đặc trưng cho dạng liệu văn (có khơng có định dạng), hình ảnh tĩnh đối tượng đồ họa Dữ liệu multimedia liệu dạng thông tin khác Hệ thống truyền thông đa phương tiện: Hệ thống truyền thông đa phương tiện (Multimedia Communication System) hệ thống cung cấp tích hợp chức lưu trữ, truyền dẫn trình diễn kiểu phương tiện mang tin rời rạc (văn bản, hình ảnh, đồ hoạ…) liên tục (audio, video) môi trường thông tin số Yêu cầu truyền thông đa phương tiện: + Băng thông đủ lớn + Có khả phân chia lưu lượng cho loại liệu, loại dịch vụ + Có sách QoS với loại liệu + Khả thích ứng với nhiều thiết bị người dùng + Khả quản lý tốt, dễ dàng mở rộng, nâng cấp 1.1.2 Hệ thống thời gian thực Hệ thống thời gian thực - RTS (Real-Time System) hệ thống mà đắn việc thực thao tác không phụ thuộc vào việc thu kết mà phải đưa kết thời điểm RTS khác biệt với hệ thống khác tính quan trọng thời điểm cho kết quả, điều có nghĩa tính đắn hệ thống thời gian thực không phục thuộc vào kết logic thao tác mà phụ thuộc vào thời điểm tạo kết Trong hệ thống thời gian thực chúng có đặc điểm sau: + Các kiện bên bên ngồi xảy cách định kỳ tự phát + Sự đắn hệ thống phụ thuộc vào việc đáp ứng ràng buộc thời gian 1.1.3 Chất lượng dịch vụ QoS 1.1.3.1 Khái niệm QoS Theo khuyến nghị E800 ITU-T, chất lượng dịch vụ “Một tập khía cạnh hiệu dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn người sử dụng dịch vụ” Như QoS xác định tiêu định tính định lượng Chỉ tiêu định tính thể cảm nhận khách hàng tiêu định lượng thực số đo cụ thể Dưới biểu diễn mơ hình QoS tổng qt: Hình 1.1 Mơ hình QoS tổng qt 1.1.3.2 Các tham số QoS Chất lượng dịch vụ bao gồm tham số kỹ thuật như: độ trễ, thơng lượng, tỷ số tin, jitter minh họa Hình 1.1 Trễ Thơng lượng Mất tin (Độ tin cậy) Hình 1.2 Các tham số QoS 1.1.3.3 Các mức QoS Có ba mức dịch vụ:  Dịch vụ cố gắng tối đa (Best-Effort Service)  Dịch vụ phân loại (Differrentiated Service)  Dịch vụ đảm bảo (Guaranteed service) 1.1.3.4 Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) truyền thơng đa phương tiện Do tính đa dạng dịch vụ, ứng dụng mạng, yêu cầu đảm bảo QoS cho ứng dụng đa dạng Đối với truyền thông đa phương tiện chất lượng dịch vụ phân thành loại: chất lượng qua cảm nhận (nghe, nhìn) người sử dụng, chất lượng dịch vụ ứng dụng hay chất lượng dịch vụ truyền liệu qua mạng 1.2 Các ứng dụng đa phƣơng tiện mạng Internet 1.2.1 Truyền video audio lưu trữ 1.2.2 Phát sóng trực tiếp audio video 1.2.3 Ứng dụng audio, video tương tác thời gian thực 1.3 Các mơ hình đảm bảo QoS cho truyền thơng đa phƣơng tiện 1.3.1 Mơ hình dịch vụ tích hợp - IntServ Mơ hình IntServ được đưa nhóm làm việc IETF với mục đích hỗ trợ chất lượng dịch vụ cho ứng dụng từ đầu cuối tới đầu cuối Mơ hình khơng đáp ứng dịch vụ Best-Effort mà dịch vụ thời gian thực thực thi qua mơ hình qua việc hỗ trợ chức dành trước băng thông Internet mạng tương tác Các ứng dụng nhận băng thông yêu cầu truyền mạng với độ trễ cho phép  Nguyên lý hoạt động mơ hình tích hợp dịch vụ IntServ sử dụng giao thức đặc biệt RSVP để dành trước băng thông xác định định tuyến dọc theo đường từ nguồn đến đích Hình 1.3 Ngun lý hoạt động mơ hình dịch vụ tích hợp IntServ Các tin Setup đặt trước Ứng dụng Setup Setup Data Lập lịch Phân loại IP Data Các giao thức định tuyến Điều khiển chấp nhận/ cưỡng Phân loại Lập lịch Hình 1.4 Mơ hình dịch vụ tích hợp IntServ Giao thức dành trƣớc tài nguyên(RSVP) Giao thức dành tài nguyên RVSP (Resource Reservation Protocol) sử dụng IntServ đặc tả RFC2205, dịch vụ GS CLS mô tả RFC2210 RSVP gửi yêu cầu đặt trước tài nguyên đáp ứng tương ứng thành phần chấp nhận luồng từ máy tính tới router, từ router tới router từ router tới máy đích (hoặc nhiều máy) Nguyên lý hoạt động RSVP: Một phiên làm việc RSVP thường xác định tham số sau: + Địa đích + Nhận dạng giao thức + Địa cổng đích Hình 1.5 Ngun lý hoạt động giao thức dành trước tài nguyên RSVP 1.3.2 Mơ hình dịch vụ phân loại - DiffServ Mơ hình dịch vụ phân loại phát triển nhằm mục đích cung cấp lớp dịch vụ khác cho lưu lượng Internet nhằm đạt tính linh động q trình truyền thơng Kiến trúc Diffserv bao gồm hai tập thành phần chức năng: - Tại biên mạng, việc phân loại điều khiển lưu lượng thực gói phân vào lớp - Tại lõi, chế phân loại đơn giản thực Cơ chế hàng đợi dựa lớp áp dụng Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ mô tả cụ thể sau: Phân loại đa byte Chính sách Đánh dấu gói Hàng đợi, quản lý lập lịch Router biên Phân loại DS - byte Hàng đợi, quản lý lập lịch Router lõi Hình 1.6 Xử lý gói mơ hình DiffServ  Ngun lý hoạt động mơ hình dịch vụ phân loại Hình vẽ mơ tả bước việc cung cấp dịch vụ Diffserv SLA Hàng đợi PHB Các gói tin ngƣời dùng DSCP DSCP DSCP Cổng Phân loại gói tin - BA    Giao diện ngƣời dùng-Mạng Lập lịch Bộ định tuyến IP Hình 1.7 Mơ hình bước dịch vụ phân loại Diffserv 1.3.2.1 Miền dịch vụ phân loại điểm mã dịch vụ phân loại Một miền dịch vụ phân loại– DS (Diffierentiated Service) gồm nút DS (còn gọi định tuyến hỗ trợ chế dịch vụ phân loại) hoạt động với sách cung cấp dịch vụ chung thiết lập nhóm hành vi theo chặng – PHB (Per-hop Behavior) thực nút Hình 1.8 Miền dịch vụ phân biệt DS Các vùng DS có khả hỗ trợ miền DS dọc theo đường định tuyến nối miền vùng 1.3.2.2 Hành vi theo chặng PHB (Per-hop Behavior) Kiến trúc DiffServ định nghĩa hành vi theo chặng PHB cho việc xử lý chuyển tiếp gói tin node mạng áp dụng kết hợp hành vi BA PHB liên quan đến đặc tính chất lượng dịch vụ độ trễ, độ biến thiên độ trễ hay gói gói tin qua node dịch vụ DiffServ  PHB chuyển tiếp nhanh - EF (Expedited Forwarding)  PHB chuyển tiếp đảm bảo - AF (Assred Forwarding)  PHB lựa chọn lớp - CS (Class Selectors)  PHB mặc định (Default PHB) Chƣơng CÁC CHIẾN LƢỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG AQM Quản lý hàng đợi tích cực giải pháp cho điều khiển tránh tắc nghẽn đảm bảo truyền thông liên tục hiệu mạng Internet Có nhiều thuật tốn đưa kĩ thuật quản lý hàng đợi thuật toán lập lịch hay thuật toán quản lý đệm Nội dung chương trình bày chiến lược quản lý hàng đợi động (AQM) số chiến lược quản lý hàng đợi tích cực dựa theo kích thước hàng đợi dựa vào tải nạp 2.1 Cách tiếp cận truyền thống hiệu Kỹ thuật truyền thống kỹ thuật đơn giản để quản lý kích thước hàng đợi dựa vào chế FIFO Theo chế này, tất gói tin đến xếp vào hàng đợi; hàng đợi đầy gói tin đến sau bị loại bỏ; để chọn gói tin truyền gói tin đến trước phục vụ trước Trong mô NS, kỹ thuật cài đặt với tên gọi “DropTail” Do tính đơn giản nó, kỹ thuật sử dụng nhiều năm Internet, nhiên có nhược điểm trình bày 2.1.1 Hiện tượng Lock-Out Global Synchronization 2.1.2 Hiện tượng Full Queues 2.2 Chiến lƣợc quản lý hàng đợi động AQM AQM phương pháp chủ động thông báo với bên gửi bắt đầu có tắc nghẽn, trước xảy tràn đệm Bằng cách sử dụng chế AQM, bên gửi thơng báo sớm tắc nghẽn phản ứng phù hợp Hình 2.1 trình bày mơ hình quản lý hàng đợi tích cực mạng TCP/IP [27] Hình 2.1 Mơ hình quản lý hàng đợi tích cực Nhìn chung, chiến lược AQM đem lại lợi ích sau: 2.2.1 Giảm số gói tin bị loại bỏ router 2.2.2 Giảm độ trễ 2.2.3 Tránh tượng Lock-Out 2.3 Chiến lƣợc RED Thuật toán RED lần đề xuất vào năm 1993 Sally Floyd Van Jacobson cho chức quản lý hàng đợi tích cực (AQM), sau chuẩn hố lại theo yêu cầu IETF [14] RED có khả chống tượng đồng toàn cục luồng TCP, trì khả đạt thơng lượng qua hàng đợi RED cao độ trễ thấp với cách đối xử công kết nối TCP qua hàng đợi RED gateway thực loại bỏ gói tin hàng đợi theo chiến lược AQM, ngồi đánh dấu vào trường ECN gói tin TCP, để báo cho bên gửi biết tượng tắc nghẽn có dấu hiệu xảy ra, cần có phản ứng tích cực (việc đánh dấu ECN tuỳ chọn RED) Khi có dấu hiệu tắc nghẽn xảy mạng, đệm router điền đầy router bắt đầu loại bỏ gói Có hai vấn đề nan giải mạng: thứ gói bị phải truyền lại, việc làm tăng tải mạng đồng thời phát sinh trễ luồng lưu lượng Một vấn đề thứ hai xảy tượng đồng toàn cục tất các luồng Với bùng nổ lưu lượng dạng bó (burst), hàng đợi điền đầy gói đến sau bị loại bỏ Kết kết nối nhiều kết nối TCP bị ảnh hưởng (mất gói tin) chyển sang chế độ khởi đầu chậm Việc có nhiều kết nối TCP chuyển sang chế độ khởi đầu chậm thời điểm thoát khỏi chế độ gây thêm bó lưu lượng lớn 10  Nhƣợc điểm: - Một vấn đề RED dựa vào độ dài hàng đợi để đánh giá tắc nghẽn, tắc nghẽn xảy hàng đợi cố định độ dài hàng đợi đem lại thông tin tắc nghẽn - Việc cài đặt tham số phù hợp cho RED thực thi mơi trường mạng khác khó Để RED hoạt động lý tưởng, cần phải có số lượng đủ không gian hàng đợi giá trị tham số phù hợp - Do phép tính xác suất loại bỏ gói RED hình thành nên sở mơ hình tuyến tính, nên RED khơng đáp ứng chất phi tuyến mạng Vì vậy, cần có thay đổi cho RED lưu lượng mạng theo đợt, gây dao động nhanh hàng đợi nút mạng - Cơ chế RED hoạt động phụ thuộc nhiều vào minth maxth tình trạng mạng ln biến động lưu lượng gói tin từ tuyến khác đến nút mạng Ngồi ra, RED khơng đảm bảo công luồng, RED loại bỏ hay nhận gói khơng quan tâm đến băng thơng luồng không hạn chế luồng khơng thích nghi gây ảnh hưởng xấu đến luồng thích nghi 2.4 Chiến lƣợc A-RED 2.4.1 Hoạt động thuật tốn A-RED A-RED điều chỉnh thích ứng giá trị maxp để giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm khoảng giá trị minth maxth Để đạt mục tiêu có cách: Maxp hiệu chỉnh khơng giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm hai giá trị minth maxth mà giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm giải cho phép khoảng minth maxth Maxp điều chỉnh thích nghi chậm, sau khoảng thời gian vượt thời gian (round-trip time), thực với chi phí thấp Giá trị maxp trì miền [0.01 ; 0.5] (tương ứng với [1%, 50%]) Thay cho việc tăng theo cấp số nhân giảm giá trị maxp thuật toán thực chế độ tăng theo cấp số cộng giảm theo cấp số nhân (AIMD) Điều có nghĩa tăng cộng thêm lượng đủ nhỏ (α), giảm nhân với giá trị nhỏ (β) Các giá trị α, β chọn cho kích thước hàng đợi trung bình quay trở lại miền mục tiêu (khoảng (qlow, qhigh)) thời gian không 25s Thuật tốn A-RED trình bày hình 2.5 Every interval seconds: If (avg > target and maxp ≤ 0.5) Tăng giá trị maxp maxp ← maxp + α ; Else if (avg target and maxp ¿ 0.01) giảm maxp ; maxp ← maxp * β ; Các biến : avg: kích thước hàng đợi trung bình Các tham số cố định : interval: khoảng thời gian khoảng 0,5 s target: giá trị mong đợi cho avg nằm khoảng [minth + 0.4*(maxth - minth) ; minth + 0.6*(maxth - minth)] α: hệ số tăng; (0.01; maxp/4) β: hệ số giảm; 0.9 Hình 2.5 Thuật tốn A-RED 13 2.4.2 Các tham số A-RED a) Phạm vi maxp b) Tham số α, β c) Thiết lập tham số maxth wq 2.4.3 Một số đánh giá A-RED  Ƣu điểm - Tính ổn định A-RED khơng phụ thuộc vào tải mạng - A-RED dự đốn trước độ trễ hàng đợi trung bình - A-RED tự động việc thiết lập thông số để đáp ứng thay đổi tải nạp  Nhƣợc điểm A-RED khơng làm rõ sách tốt tối ưu thay đổi tham số 2.4.4 So sánh thuật toán RED A-RED Thuật toán A-RED thuật toán nâng cao thuật tốn RED A-RED khắc phục mặt hạn chế RED: RED quản lý hàng đợi dựa kích thước trung bình hàng đợi nên kích thước trung bình hàng đợi thay đổi theo mức tắc nghẽn trình thiết lập tham số Điều thể việc tắc nghẽn xảy nhẹ hay max p cao kích thước hàng đợi gần tới giá trị minth Khi tắc nghẽn mạng nặng hay kích thước hàng đợi trung bình lớn max th Kết trễ hàng đợi thuật toán RED phụ thuộc vào tải lưu lượng tham số, mà trễ hàng đợi khơng thể đốn trước Một nhược điểm RED khả thơng qua thuật tốn phụ thuộc nhiều vào tải lưu lượng tham số Do thuật tốn A-RED quản lý kích thước trung bình hàng đợi dựa việc tương thích giá trị maxp cho kích thước trung bình hàng đợi thay đổi khoảng minth maxth nên khắc phục phụ thuộc trễ hàng đợi thông lượng hàng đợi vào tham số tải lưu lượng 2.5 Thuật toán A-RIO 2.5.1 Giới thiệu 2.5.2 Quản lý hàng đợi động kiến trúc DiffServ 2.5.3 Thuật toán quản lý hàng đợi A-RIO A-RIO mở rộng trực tiếp hai thuật toán A-RED RIO-C A-RIO theo cách tiếp cận ARED, thực hiệu chỉnh tự động on-line xxx nhằm đạt hiệu dự đốn trước Có nhiều cách tiếp cận đưa nhằm hiệu chỉnh RED, A-RED chọn tính đơn giản hiệu (cả tư tưởng cài đặt) Cũng A-RED chế độ tự động, A-RIO cần tham số đầu vào độ trễ đích, tự động ánh xạ sang tập tham số router Đặc trưng có ý nghĩa nhà cung cấp dịch vụ phân loại: cấu hình router theo độ trễ - độ đo QoS liên quan trực tiếp đến đặc tả dịch vụ đặc tả yêu cầu người dùng- chắn dễ hiểu nhiều so với tham số trừu tượng ngưỡng hàng đợi, xác suất loại bỏ, trọng số trung bình Thuật tốn A-RIO thể hình 2.6 14 for gói tin đến với độ ưu tiên i, for mức ưu tiên j = i, i + 1, , n cập nhật avg(j): avg(j) ← avg(j) * (1 - wq) + q(j) *wq với đơn vị thời gian interval cập nhật maxp(j): if avg(j) > qhigh and maxp(j) < 0.5 tính hệ số tăng: α ← min(0.01, maxp(j) /4) tăng maxp(j) : maxp(j) ← maxp(j) + α if j < n then: maxp(j) ← min(maxp(j), maxp(j+1)) else if avg(j) < qlow maxp(j) > 0.01 giảm maxp(j) : maxp(j) ← maxp(j) * β if j > then: maxp(j) ← max(maxp(j), maxp(j-1)) if minth < avg(i) ≤ maxth tính p(i) A-RED loại gói tin với xác suất p(i) else if maxth < avg(i) ≤ 2*maxth tính p(i)gentle A-RED loại gói tin với xác suất p(i)gentle else if avg(i) > * maxth loại gói tin Hình 2.6 Thuật tốn A-RIO Các biến tham số cố định: avg(i) : kích thước trung bình ứng với mức ưu tiên i (là tổng số gói tin mức ưu tiên từ đến i) maxp(i) : xác suất loại bỏ tối đa ứng với mức ưu tiên i ( avg(i) = maxp(i)) p(i): xác suất loại bỏ ứng với mức ưu tiên i p(i)gentle : xác suất loại bỏ ứng với mức ưu tiên i vùng gentle interval: 0.5 s; β (hệ số giảm): 0.9 Hình 2.7 A-RIO với ba mức ưu tiên 15 CHƢƠNG CHIẾN LƢỢC BLUE VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN GIẢI THUẬT QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI BLUE Như trình bày chiến lược RED A-RED, ta thấy thuật toán thiết kế với mục tiêu giảm thiểu gói tin độ trễ hàng đợi, tránh tượng đồng hóa tồn cầu nguồn, trì mức độ sử dụng đường truyền cao Nhưng chiến lược lại không hiệu việc ngăn ngừa tỉ lệ gói tin cao Một thuật tốn quản lý hàng đợi tích cực khác đề xuất thuật tốn BLUE Bằng cách sử dụng mơ thử nghiệm, ta thấy BLUE khắc phục nhiều thiếu sót RED, cải thiện hiệu suất RED tất khía cạnh, sử dụng với kích thước khơng gian đệm tối thiểu Điều làm giảm độ trễ end-to-end qua mạng BLUE chế quản lý hàng đợi tích cực dựa tải nạp để dự đốn khả sử dụng đường truyền, xác định tắc nghẽn đưa cách xử lý hiệu phương pháp dựa vào kích thước hàng đợi trung bình Nó giải thuật cho phép quản lý kiểm soát tắc nghẽn dựa kiện gói liệu mức độ sử dụng đường truyền thay chiếm dụng hàng đợi 3.1 Giải thuật BLUE Năm 2002, Wu-chang Feng cộng đề xuất chế BLUE [13,24] Ý tưởng đằng sau thuật tốn quản lý hàng đợi BLUE dựa trực tiếp gói tin việc sử dụng liên kết độ dài trung bình hàng đợi tức thời Điều tương phản sắc nét với tất kỹ thuật quản lý hàng đợi sử dụng điều khiển tắc nghẽn trước Thuật tốn quản lý hàng đợi Blue sử dụng độ gói độ khả dụng liên kết để quản lý tắc nghẽn cách phát điều chỉnh tốc độ gói bị loại bỏ bị đánh dấu BLUE sử dụng biến tham số xác suất pm để đánh dấu gói tin chúng vào hàng đợi Xác suất tăng/giảm cách tuyến tính tùy thuộc vào tỉ lệ rơi (loại bỏ) gói tin hay mức độ sử dụng đường truyền Nếu hàng đợi liên tục hủy bỏ gói tin ngun nhân tải nạp lớn làm tràn nhớ đệm BLUE tăng xác suất đánh dấu pm, tăng tốc độ gửi lại thông báo tắc nghẽn loại bỏ gói tin Ngược lại, hàng đợi trở nên trống rỗng đường truyền rỗi, BLUE lại giảm xác suất đánh dấu (hay loại bỏ) gói tin Điều cho phép BLUE tự điều chỉnh tốc độ cần thiết để gửi thông báo tắc nghẽn trở lại nơi gửi cho rơi gói tin Thuật tốn đánh dấu (loại bỏ) gói tin với xác suất pm trình bày hình 3.1 Dựa kiện gói tin (hay Qlen > L: if ((now – last_update) > freeze_time) then pm = pm + δ1 Last_update = now; Dựa kiện đường truyền rỗi hay kích thước hàng đợi rỗng: if ((now – last_update) > freeze_time) then pm = pm – δ2 Last_update = now; Hình 3.1 Giải thuật BLUE Hoạt động thuật tốn mơ tả theo bước sau: Bước 1: Kiểm tra xảy kiện gói tin qua bước 2, khơng, kiểm tra xem kiện đường truyền rỗi qua bước 3, ngược lại qua bước Bước 2: Kiểm tra, khoảng thời gian từ lần cập nhật cuối đến thời điểm mà lớn ngưỡng cho phép tăng xác suất đánh dấu (hoặc loại bỏ) gói p m lên Qua bước Bước 3: Kiểm tra, khoảng thời gian từ lần cập nhật cuối đến thời điểm mà lớn ngưỡng cho phép xác suất đánh dấu (hoặc hủy bỏ) gói p m xuống Qua bước Bước 4: Đánh dấu (hoặc loại bỏ) gói tin đến với xác suất pm Giải thuật quản lý hàng đợi BLUE trình bày dạng lưu đồ hình 3.2 16 Gói tin đến Xảy kiện gói tin? Xảy kiện đường truyền rỗi? False True False True Now –last_update > Freeze_time? False False True Now –last_update > Freeze_time? True pm = pm + δ1 pm = pm – δ2 Đánh dấu (hay loại bỏ gói) với xác suất Pm Kết thúc Hình 3.2 Lưu đồ giải thuật BLUE BLUE có chế quản lý hàng đợi theo tải nạp hiệu phương pháp dựa vào chiều dài hàng đợi trung bình Điều tương phản cách rõ ràng với tất thuật tốn điều khiển hàng đợi tích cực biết, thuật tốn sử dụng khơng gian hàng đợi tiêu chuẩn việc điều khiển tránh tắc nghẽn Nhưng chiến lược BLUE thấy chế đánh dấu gói tin đến mà khơng quan tâm đến luồng truyền gói tin Điều dẫn đến việc đánh rơi gói tin cách ngẫu nhiên tất luồng hoạt động, không đảm bảo công luồng Đồng thời, việc thiết lập giá trị cho tham số freeze_time, δ1 δ2 hợp lý cho môi trường mạng gặp nhiều khó khăn Chính điều BLUE tồn số vấn đề cần phải cải tiến sau: - Tham số freeze_time cần phải thiết lập cách tự động dựa thời gian hiệu nhằm cho phép thay đổi việc gán xác suất phản ánh lại đến nơi gửi trước thay đổi xảy Đối với đường truyền dài với độ trễ lớn đường truyền vệ tinh, freeze_time cần phải tăng lên để phù hợp với thời gian lớn - Tham số δ1 δ2 phải thiết lập phù hợp với tình trạng mạng, cho phép đường truyền có khả thích nghi hiệu với thay đổi vĩ mô lưu lượng truyền qua đường kết nối Đối với đường truyền mà trung bình vài phút xảy thay đổi lưu lượng truyền δ1 δ2 phải thiết lập kết hợp với freeze_time phép pm thay đổi giá trị trung bình vài phút Ngược lại, mơi trường mạng thay đổi lưu lượng gói tin đến nút mạng theo giây phải cập nhật tham số freeze_time, δ1 δ2 để pm thích nghi giây 3.2 Đánh giá thuật toán BLUE:  Ƣu điểm: 17 BLUE làm gói liệu BLUE sử dụng không gian đệm nhỏ BLUE trì chiều dài hàng đợi ổn định Loại bỏ tác nhân chống lại nguồn bùng phát  Nhƣợc điểm: Khơng phát tắc nghẽn sớm (các gói tin bị loại bỏ cập nhật hàng đợi luồng kiện liên kết nhàn rỗi) Phản ứng chậm phụ thuộc vào lịch sử Khi tất gói tin đánh dấu, nguồn bị tải liên kết nút cổ chai 3.3 So sánh thuật toán RED thuật toán Blue Một vấn đề quan trọng quản lý hàng đợi thuật toán Blue điều khiển tắc nghẽn thực kích thước hàng đợi nhỏ Trong thuật tốn RED lại u cầu kích thước hàng đợi lớn cho mục đích Do có kích thước đệm nhỏ có trễ đầu cuối qua mạng nhỏ so với thuật tốn RED, cải thiện nhược điểm thuật toán điều khiển tắc nghẽn Thêm vào u cầu kích thước đệm nhỏ cho phép có nhiều nhớ để phân phối cho gói có độ ưu tiên cao giải phóng nhớ router chức khác lưu trữ bảng định tuyến lớn Blue cho phép router hệ sau hoạt động tốt chí trường hợp tài nguyên nhớ bị giới hạn Tuy nhiên thuật tốn Blue nhạy cảm với lựa chọn tham số giải thuật RED 18 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CÁC CHIẾN LƢỢC QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI RED, ARED VÀ BLUE BẰNG BỘ MÔ PHỎNG 4.1 Đánh giá hiệu suất chiến lƣợc quản lý hàng đợi Red Trước tiên tiến hành thực lại mô báo [1] (không trình bày đây), mục đích kiểm nghiệm lại đánh giá tác giả, để làm sở cho việc chọn tham số RED phục vụ cho mô sau Sau thực mô này, nhận thấy kết mà tác giả đưa hồn tồn xác tin cậy Sau phần trình bày mơ nhằm so sánh, đánh giá hiệu suất chiến lược RED DropTail 4.1.1 Cấu hình mạng mơ Hình 4.1 Topo mạng mơ Cho mạng mơ có cấu hình, thực thể gửi/nhận nguồn sinh lưu lượng hình vẽ Mạng mô gồm nút đánh số từ s0 đến s8 Đường truyền node full-duplex, khơng có lỗi: Link03, link13, link23: 10 Mbps, 1ms Link34, link45: 1.5 Mbps, 10 ms Link 56, link57, link58: 10 Mbps, 1ms Các thực thể gửi gắn với ba luồng tcp nguồn FTP (ftp0, ftp1, fpt2), nguồn phát cho udp nguồn CBR (nguồn sinh lưu lượng với tốc độ không đổi, ta chọn tốc độ phát cho cbr 1.8Mbps) Các luồng tcp gửi gói tin với kích thước 1000 bytes, kích thước cửa sổ tối đa 64 Các thực thể gửi đưa lưu lượng vào mạng khoảng thời gian sau: ftp0:1.1s-51.1s; ftp1:1.5s51.5s; ftp2:1.9s-51.9s; cbr: 13.0s-17s Hàng đợi Q đặt nút s3 nút s4 có kích thước 100 gói tin Tổng thời gian mơ 52s Chúng ta thay đổi sách quản lý hàng đợi Q DropTail RED so sánh kết Với mơ chúng tơi đưa đồ thị: kích thước hàng đợi trung bình, thơng lượng sử dụng kết nối kích thước cửa sổ để đánh giá đại lượng liên quan độ trễ trung bình, thơng lượng kết nối, nghiên cứu tượng đồng toàn cục Sau chi tiết kết thu từ mô 4.1.2 Mơ với sách quản lý hàng đợi DropTail: Sử dụng tham số cấu hình mạng mơ mục trên, với việc thiết lập tất hàng đợi DropTail, nhận kết hình 4.2 a) Kích thước hàng đợi trung bình DropTail 19 b) Thơng lượng luồng DropTail c) Kích thước cửa sổ luồng DropTail RED Hình 4.2 Các kết mô với hàng đợi DropTail Nhận xét: - Trong khoảng có đột biến lưu lượng (13.0s-17.0s), nguồn cbr có tốc độ cao dung lượng đường truyền nút 3, gây tượng lock-out hàng đợi Q, dẫn tới tượng global synchronization, thông lượng kết nối tcp đồng loạt giảm kích thước cửa sổ phát (hình 4.2c), dẫn tới thơng lượng kết nối tcp giảm xuống nhỏ (hình 4.2b), cực tiểu khoảng 0.12Mbps Do chế rút lui theo hàm mũ (exponential backoff) TCP, trạng thái kéo dài sau nguồn cbr ngừng hoạt động Mặt khác thời gian kích thước hàng đợi đầy (hình 4.2a), dẫn tới độ trễ hàng đợi cao - Ngay nguồn cbr không hoạt động (từ 20s đến 51.9s), thông lượng kết nối tcp0, tcp1 tcp2 thăng giáng miền rộng Và khoảng thời gian tượng đồng toàn cục xuất (ở thời điểm 22.5s, 42.5s), kết nối tăng kích thước cửa sổ 20 đạt đến ngưỡng đồng thời giảm xuống; kích thước hàng đợi dao động miền rộng (khoảng 20% - 30%) so với giá trị trung bình Ngồi chiều dài hàng đợi trung bình (ave_queue) thường xuyên mức cao (cỡ 75 ± 15 packet) 4.1.3 Mơ với sách RED: Các tham số thiết lập cho RED sau: minth = 5, maxth = 15, maxp = 0.1 wq = 0.002 Kết mô thể đồ thị hình 4.3 a) Kích thước hàng đợi trung bình DropTail RED b) Thơng lượng luồng RED c) Kích thước cửa sổ luồng RED Hình 4.3 Các kết mơ với hàng đợi RED Nhận xét: - Chúng ta thấy rằng, giai đoạn đưa lưu lượng đột biến cbr vào, kích thước cửa sổ kết nối tcp giảm xuống nhanh (hình 4.3c), kéo theo thơng lượng chúng giảm theo (hình 4.3b), 21 sau khỏi giai đoạn kết nối nhanh chóng tăng kích thước cửa sổ lên, thơng lượng nhanh chóng hồi phục; mặt khác kích thước hàng đợi tăng lên nhanh chóng kéo xuống; - Trong giai đoạn khơng có đột biến (từ 20s trở đi) RED ln trì kích thước hàng đợi trung bình (ở khoảng 10 gói tin), kích thước hàng đợi dao động mức nhỏ (10 ± 2) Ngồi chúng tơi so sánh độ trễ trung bình độ lệch chuẩn độ trễ tồn thời gian mơ với hàng đợi DropTail RED Kết mô với hàng đợi DropTail thể bảng 4.1 Kết nối Độ trễ trung bình Độ lệch chuẩn độ trễ (Mean delay) (Standard deviation of delay) TCP (s0-s8) 0.620883004129387 68.041217909686 TCP (s1-s7) 0.723091946788987 49.713802901559 TCP (s2-s6) 0.411800912368419 23.8705707028506 UDP (s0-s4) 0.410905662222221 7.18025976022592 Bảng 4.1 So sánh độ trễ trung bình độ lệch chuẩn độ trễ với hàng đợi DropTail Kết mô với hàng đợi RED thể bảng 4.2 Kết nối Độ trễ trung bình Độ lệch chuẩn độ trễ (Mean delay) (Standard deviation of delay) TCP (s0-s8) 0.105534121971595 4.83272185887846 TCP (s1-s7) 0.0922332979999994 5.99194460746312 TCP (s2-s6) 0.0860523832394832 3.66091765635048 UDP (s0-s4) 0.11072745 3.69114334991382 Bảng 4.2 So sánh độ trễ trung bình độ lệch chuẩn độ trễ với hàng đợi RED Ở phần thực mơ hệ thống trạng bình thường Bây xem xét hệ thống mạng có tắc nghẽn xảy để đánh giá khả hấp thụ lưu lượng đột biến RED DropTail Chúng xây dựng mạng mô có số lượng thực thể gửi nhận lớn hình 4.6 Bằng cách thay đổi hàng đợi DropTail, RED, A-RED, BLUE so sánh hiệu chiến lược Mạng mơ có tổng số nút 40 bao gồm 20 nút nguồn (nút gửi liệu) từ S0-S19 20 nút nhận D0-D19 Các thực thể gửi TCP, kích thước cửa sổ gửi tối đa 32 gói tin xuất phát từ nguồn sinh lưu lượng FTP Các đường truyền duplex-link, không lỗi; đường truyền từ nút nguồn đến R1 có băng thơng 10Mbps, độ trễ 2ms; đường truyền từ R2 đến nút nhận 10Mbps, 2ms Các kết nối chia sẻ đường truyền chung R1- R2 có băng thơng, độ trễ 1Mbps, 100ms Hàng đợi Q đặt R1-R2 có kích thước tối đa 50 gói tin, luồng TCP gửi gói tin có kích thước 1000 bytes Tổng thời gian mô 100s 22 S0 D0 10Mbps, 2ms S1 1Mbps, 100ms S2 R1 R2 D1 Q/ AQM 10Mbps, 2ms S19 D2 D19 Hình 4.6 Cấu hình mạng mơ RED/ A-RED/ BLUE 4.1.4 Khả hấp thụ lưu lượng đột biến RED Sử dụng cấu hình mạng hình 4.6: Các luồng ftp đưa vào mạng, luồng cách 2s Chúng ta xem kết hình 4.7 Hình 4.7 Kết mô so sánh DropTail RED Nhìn vào đồ thị hình 4.7 ta thấy rằng: ta đưa luồng lưu lượng đột biến vào mạng khoảng thời gian mơ hai chiến lược DropTail RED làm cho kích thước hàng đợi tăng Nhưng với DropTail ta đưa luồng lưu lượng đột biến vào kích thước hàng đợi tăng đột ngột đến ngưỡng giảm xuống nhanh: khoảng 20s đầu kích thước hàng đợi kích thước hàng đợi trung bình dao động mạnh từ đến 50 packet Trong khoảng thời gian lại mơ kích thước hàng đợi dao động ngưỡng từ 15 đến 50 packet, kích thước hàng đợi trung bình dao động khoảng 40±5 gói tin Trong với RED kích thước hàng đợi dao động ổn định từ đến 25 packet, kích thước hàng đợi trung bình dao động khoảng 16±3 gói tin Ngồi chúng tơi thống kê số giá trị trung bình tồn thời gian mô nhận kết bảng 4.3 Chiến lược DropTail RED Kích thước hàng đợi trung bình (gói tin) 40 16 Độ trễ hàng đợi trung bình (ms) 213.33 85.33 Bảng 4.3 Kết thống kê mô so sánh DropTail/RED 23 Hệ số sử dụng đường truyền (%) 95.51 95.36 4.1.5 So sánh RED với Tail-Drop 4.2 Đánh giá hiệu suất chiến lƣợc quản lý hàng đợi A-RED 4.2.1 Kịch mô 1: Tăng cường độ tắc nghẽn với luồng lưu lượng Kịch thiết lập sau: hai kết nối tcp0 tcp1 đưa vào mạng (ở 0.1s 0.2s), đến nửa thời gian mô (giây thứ 50), 18 luồng (tcp2-tcp19) đưa vào mạng, luồng cách 0.1 giây Mục đích việc đưa luồng tcp2 –tcp19 vào mạng để lưu lượng mạng làm tăng đột ngột băng thơng luồng truyền lớn băng thông hàng đợi gây tượng tắc nghẽn Chúng ta theo dõi kết chiến lược hình Hình 4.8 RED với tăng cường độ Hình 4.9 ARED với tăng cường độ tắc nghẽn tắc nghẽn  Nhận xét: Trên hình 4.8 4.9 đồ thị kích thước hàng đợi thời (màu đỏ) kích thước hàng đợi trung bình (màu xanh) ứng với thuật tốn RED A-RED Nhìn vào đồ thị thấy tắc nghẽn tăng cường nửa thời gian mô (ở giây thứ 50), RED A-RED làm kích thước hàng đợi tăng lên tối đa; dẫn tới kích thước hàng đợi trung bình tăng lên; với RED từ lên khoảng 16 gói tin, với A-RED từ đến 18 gói tin; nhiên sau khoảng 10s (từ giây 60 trở đi), A-RED kéo kích thước hàng đợi trở khoảng mục tiêu dao động mức 10±3 gói tin, RED giữ kích thước trung bình mức cao (16±3 gói tin) 4.2.2 Kịch mô 2: Giảm cường độ tắc nghẽn với luồng lưu lượng Kịch thiết lập sau: tất kết nối từ tcp0 đến tcp19 đưa vào mạng (bắt đầu từ 0.1s, luồng cách 0.1 giây), đến nửa thời gian mô (giây thứ 50), 18 luồng (từ tcp2-tcp19) ngừng hoạt động Như lưu lượng mạng làm giảm đột ngột, phản ứng chiến lược thể đồ thị hình 4.10 hình 4.11 Hình 4.10 RED với giảm cường độ Hình 4.11 ARED với giảm cường độ tắc nghẽn tắc nghẽn  Nhận xét: Nhìn vào đồ đồ thị trường hợp giảm cường độ tắc nghẽn ta thấy: với RED, thời điểm 24 xảy đột biến, kích thước hàng đợi trung bình giảm xuống nhanh chóng ổn định mức thấp (từ 16 ± đến ± gói tin); với A-RED kích thước hàng đợi trung bình giảm xuống, nhiên mức giảm không đột ngột RED (từ 10 ± xuống ± 1) nhanh chóng kéo lên ổn định mức mục tiêu 10 ± gói tin Với kết đưa ta thấy hiệu A-RED tốt RED 4.2.3 So sánh thuật toán RED ARED 4.3 Đánh giá hiệu suất chiến lƣợc quản lý hàng đợi BLUE Trong phần sử dụng cấu hình mạng hình 4.6 với việc thiết lập kịch mô tham số cho RED ARED mục 4.2 xem xét kết giải thuật RED, A-RED BLUE dựa tham số: Kích thước hàng đợi trung bình, tỉ lệ gói tin thông lượng sử dụng Kết mô mạng thể hình 4.12, 4.13 4.14 Hình 4.12 cho ta thấy kích thước hàng đợi RED dao động mạnh (từ 5packet – 25 packet), kích thước hàng đợi ARED dao động mức độ so với RED, kích thước hàng đợi BLUE mức độ dao động nhỏ Điều chứng tỏ độ trễ trung bình độ lệch chuẩn độ trễ BLUE so với RED ARED Hình 4.12 Kích thước hàng đợi RED, A-RED BLUE Hình 4.13 cho thấy RED có tỉ lệ gói tin nhiều so với ARED BLUE, điều có nghĩa BLUE có hiệu suất tốt so với RED, ARED Hàng đợi RED có nhiều gói tin bị từ thời điểm bắt đầu mô phỏng, hàng đợi ARED có gói tin bị so với RED, BLUE gần khơng có gói tin bị loại bỏ 25 Hình 4.13 Tỉ lệ gói tin bị RED, A-RED BLUE Hình 4.14 ta thấy chiến lược băng thơng ln sử dụng mức tối đa Hình 4.14 Thông lượng RED, A-RED BLUE 26 KẾT LUẬN Các thuật tốn quản trị hàng đợi tích cực AQM có nhiều ưu điểm bật so với chiến lược quản lý hàng đợi lập lịch Mục tiêu quản lý hàng đợi tích cực trì xác suất chủ động loại bỏ gói hợp lý nhằm hạn chế tình trạng tắc nghẽn đảm bảo chất lượng luồng lưu lượng tính cơng quan hệ luồng lưu lượng trạng thái động học mạng thay đổi Trên sở nghiên cứu ưu khuyết điểm giải thuật quản lý hàng đợi tích cực RED, ARED, BLUE giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu chất lượng dịch vụ cho truyền thông đa phương tiện Luận văn đạt kết sau:  Nghiên cứu sở lý thuyết truyền thông đa phương tiện yêu cầu chất lượng dịch vụ  Nghiên cứu chiến lược quản lý hàng đợi tích cực: Đối với RED: Chúng tính ưu việt RED so với DropTail, đồng thời hạn chế RED điều kiện mạng cụ thể Đó lý cho phát triển thuật tốn sau Đối với A-RED: Bằng mô nhận thấy A-RED có ưu bật so với RED Đó khả tự động thiết lập tham số, tự động hiệu chỉnh xác xuất loại bỏ để trì kích thước hàng đợi trung bình mong muốn, đảm bảo thông lượng cao cho mạng Đối với BLUE: BLUE chiến lược quản lý hàng đợi dựa tải nạp, qua dự đoán khả sử dụng đường truyền liên kết, xác định tắc nghẽn đưa cách xử lý Mục đích chiến lược điều tiết gói tin vào nút mạng để ổn định lưu lượng gói tin đến, nhằm trì ổn định cho mạng Hướng phát triển luận văn mở rộng phát triển giải thuật cải tiến quản lý hàng đợi tích cực AQM nhằm hạn chế tối đa tắc nghẽn để mạng ln trì ổn định cao chất lượng Thơng qua áp dụng giải thuật cải tiến mơ hình mạng phức hợp, mạng có tổn hao mạng không dây, di 27 ... BẾN CÁC KẾ HOẠCH QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI ĐỘNG BLUE CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền liệu Mạng máy tính Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC... Phần kết luận nêu kết luận văn hướng phát triển Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Hệ thống truyền thông đa phương tiện  Các. .. lý hàng đợi tích cực RED, ARED, BLUE giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu chất lượng dịch vụ cho truyền thông đa phương tiện Luận văn đạt kết sau:  Nghiên cứu sở lý thuyết truyền thông đa phương