Nghiên cứu các phương pháp phân luồng dựa trên tốc độ vào phân luồng max min và khả năng ứng dụng vào mạng đa dịch vụ ngn (tt)

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐỖ VĂN LONG NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LUỒNG DỰA TRÊN TỐC ĐỘ VÀO – PHÂN LUỒNG MAX - MIN VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO MẠNG ĐA DỊCH VỤ NGN Chuyên ngành: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH Mã số: 60.48.15 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS VŨ NGỌC PHÀN Phản biện 1: ……………………………………………… Phản biện 2: ……………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng PHẦN I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta sống thời đại công nghệ thơng tin phát triển mạnh mẽ Người ta nói đến kinh tế tri thức , phủ điện tử, siêu xa lộ thông tin, văn phịng ảo,… Nhu cầu viễn thơng trở thành nhu cầu thiếu đời sống xã hội lợi ích hiệu mà mang lại cho sống Chính mà viễn thơng đóng vai trị quan trọng việc thúc đẩy ngành kinh tế khác phát triển Nhu cầu trao đổi thông tin, quản lý,… ngày đa dạng phong phú hình thức (như thoại, hình ảnh, văn bản,…) với đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày cao thiết bị phục vụ có hạn Nếu khơng có biện pháp để nâng cao khả phục vụ mạng, chiến lược cấp phát tài nguyên hợp lý dẫn đến tình trạng ùn tắc, chí rã mạng Để tránh nguy cần có biện pháp, chế để kiểm soát điều khiển luồng thông tin truyền mạng Đặc biệt mạng đa dịch vụ, với đặc điểm yêu cầu truyền liệu tốc độ cao, khả chia sẻ dùng chung nguồn tài nguyên có hạn mạng nguyên nhân gây tắc nghẽn mạng Do cần phải đặc biệt quan tâm đến vần đề kiểm sốt, điều khiển luồng mạng để xây dựng mơ hình quản lý, điều khiển luồng cách hợp lý nhằm khai thác có hiệu khả tài nguyên mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ Mặt khác phải thấy việc truyền thông tin nói chung liệu nói riêng mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khả chiến lược cấp phát tài nguyên mạng (đường truyền, dung lượng nhớ đệm nút mạng…) Thực tế thường thấy tài nguyên mạng có hạn khơng có biện pháp để kiểm soát điều khiển luồng liệu dẫn đến làm giảm khả phục vụ mạng làm cho mạng tải không đáp ứng chất lượng dịch vụ yêu cầu Với đề tài "Nghiên cứu phương pháp phân luồng dựa tốc độ vào - phân luồng max-min khả ứng dụng vào mạng đa dịch vụ NGN", luận văn muốn sâu tìm hiểu giải pháp vừa khai thác tối đa tài nguyên mạng vừa đảm bảo thỏa mãn yêu cầu QoS người sử dụng Nội dung luận văn trình bày chương sau: Chương I: Tổng quan mạng đa dịch vụ điều khiển phân luồng Chương II: Các phương pháp điều khiển phân luồng dựa tốc độ vào – điều khiển phân luồng maxmin Chương III: Ứng dụng thuật toán điều khiển phân luồng max-min vào mạng đa dịch vụ NGN Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nhằm tìm hiểu giải pháp phân luồng cho mạng đa dịch vụ để đạt hiệu khai thác tốt tài nguyên mạng đồng thời thỏa mãn yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, có khả ngăn ngừa chống tắc nghẽn mạng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Có nhiều cấu hình mạng đa dịch vụ Trong luận văn tập trung vào vấn đề phân luồng mạng NGN Phương pháp nghiên cứu Sử dụng tài liệu khoa học cơng bố ngồi nước, giáo trình giảng dạy trường, tài liệu lưu hành nội bộ, ý kiến thầy chuyên gia Phân tích tổng hợp kiến thức thu PHẦN II: NỘI DUNG Chương I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐA DỊCH VỤ VÀ ĐIỀU KHIỂN LUỒNG 1.1 Khái quát mạng đa dịch vụ 1.1.1 Tổng quan mạng viễn thơng Thơng tin liên lạc đóng vai trò quan trọng sống, hầu hết sống gắn liền với dạng trao đổi thơng tin Các dạng trao đổi thông tin thường gặp như: đàm thoại, đọc sách, gửi nhận thư, xem phim, v.v có nhiều dạng khác trao đổi thông tin liên lạc, thơng tin số liệu phần quan trọng 1.1.1.1 Chức mạng viễn thông 1.1.1.2 Các thành phần mạng viễn thông 1.1.2 Khái niệm mạng đa dịch vụ Hệ thống mạng viễn thông có nhiều nhược điểm 7 Đứng trước tình hình phát triển mạng viễn thông nay, nhà khai thác nhận thấy “sự hội tụ mạng PSTN mạng PSDN” chắn xảy Họ cần có sở hạ tầng cung cấp cho dịch vụ (tương tự - số, băng hẹp - băng rộng, - đa phương tiện,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng vận hành, đồng thời hỗ trợ dịch vụ mạng từ mạng tích hợp yêu cầu đời gọi mạng đa dịch vụ 1.2 Yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) Chất lượng dịch vụ (QoS) thuật ngữ sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Hiểu cách đơn giản QoS chế, công cụ đảm bảo cho mức dịch vụ khác thỏa mãn tiêu chuẩn băng thông thời gian trễ cần thiết cho ứng dụng đặc biệt 8 1.2.1 Các thông số QoS 1.2.1.1 Băng thông 1.2.1.2 Độ trễ 1.2.1.3 Nghẽn 1.2.1.4 Jitter (Biến động trễ) 1.2.1.5 Độ rớt gói, gói tin 1.2.1.6 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) 1.2.2 Kết nghiên cứu đánh giá chất lượng dịch vụ 1.2.2.1 Tài liệu tổ chức quốc tế ETSI 123.107 V10.2.0 (2012-01) 1.2.2.2 Tài liệu tổ chức quốc tế ETSI 122.105 V10.0.0 (2011-05) 1.3 Mạng đa dịch vụ NGN Sự phát triển nhanh dịch vụ liệu địi hỏi có chuyển biến việc xây dựng, quản lý khai thác mạng Có thể nói đời mạng hệ NGN thoả mãn yêu cầu tăng trưởng nhanh lưu lượng liệu lưu lượng thoại thời gian tới Trong chương Tơi phân tích tổng quan đặc điểm kiến trúc mạng NGN tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng 1.3.1 Khái niệm Đây khái niệm chung NGN  Mạng hội tụ  Mạng phân phối  Mạng đa dịch vụ  Mạng nhiều lớp 1.3.2 Các đặc điểm mạng NGN Dưới trình bày số đặc trưng dịch vụ quan trọng môi trường NGN:  Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo độ tin cậy, thân thiện việc liên kết người  Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm thay thiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng cồng kềnh  Nhiều mạng thơng minh phân bố tồn mạng  Dễ dàng sử dụng  Quản lý chế tạo dịch vụ cá nhân 10  Quản lý thông tin thông minh 1.3.3 Kiến trúc dịch vụ mạng hệ Mạng hệ sau tổ chức dựa nguyên tắc sau:  Đáp ứng nhu cầu cung cấp loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện  Mạng có cấu trúc đơn giản  Nâng cao hiệu sử dụng chất lượng mạng lưới giảm thiểu chi phí khai thác bảo dưỡng  Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển dịch vụ  Độ linh hoạt tính sẵn sàng cao mạng 1.3.4 Dịch vụ mạng NGN Mạng hệ NGN bước giới viễn thơng, hiểu mạng dựa cơng nghệ chuyển mạch gói, khả điều khiển thông minh dịch vụ gọi Khả điều khiển thông minh thường hỗ trợ cho tất loại dịch vụ mạng truyền thông 11 1.3.5 Một số dịch vụ mạng mạng NGN - Dịch vụ thoại - Dịch vụ liệu - Dịch vụ đa phương tiện - Dịch vụ mạng riêng ảo - Tính tốn mạng cơng cộng - Bản tin hợp (Unified Messaging) 1.3.6 Các tham số đánh giá chất lượng mạng Như phân tích trên, mạng NGN mạng hạ tầng thông tin dựa cơng nghệ chuyển mạch gói, nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa yêu cầu chất lượng (QoS) mạng 1.4 Các phương pháp điều khiển phân luồng 1.4.1 Tổng quan điều khiển luồng Điều khiển luồng kỹ thuật nhằm bảo đảm cho trạm thu không bị tràn liệu trạm phát gửi liệu nhanh tốc độ mà trạm thu tiếp nhận 1.4.1.1 Mục đích điều khiển luồng 1.4.1.2 Tính cơng 1.4.2 Các phương pháp điều khiển luồng cửa sổ Phương pháp điều khiển luồng theo cửa sổ trượt 12 phương pháp sử dụng phổ biến thời điểm 1.4.2.1 Cửa sổ End-to-End Như phần nói, phương pháp điều khiển luồng theo cửa sổ dựa sở phương pháp cửa sổ trượt ARQ làm việc lớp liên kết liệu - Tốc độ phát cực đại cửa sổ end to end - Cơ chế điều khiển luồng sổ 1.4.2.2 Hop-by-Hop Trong chế điều khiển luồng hop-by-hop, việc điều khiển luồng thực hai nút mạng đường truyền Mỗi nút mạng có cửa sổ độc lập dùng cho kênh làm việc khác (kênh ảo) 1.4.2.3 Phương pháp Isarithmic Phương pháp điều khiển luồng Isarithmic xem phiên điều khiển luồng cửa sổ có cửa sổ chung cho tồn mạng 1.4.3 Phương pháp điều khiển luồng dựa tốc độ vào Tơi phân tích kỹ phương pháp chương II 13 1.5 Tổng kết chương Vấn đề quan tâm nhiều hoạt động mạng viễn thông hiệu suất khai thác, hiệu kinh tế cạnh tranh Các dịch vụ mạng ngày phát triển nhanh chóng với yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) ngày cao, việc xây dựng mơ hình NGN hợp với nhu cầu thời đại NGN mạng hệ Vì xây dựng phát triển theo hướng NGN vấn đề kết nối NGN với mạng hành cần trọng việc điều khiển phân luồng để tận dụng thiết bị viễn thông có mạng nhằm đạt hiệu khai thác tối đa Chương II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN LUỒNG DỰA TRÊN TỐC ĐỘ VÀO – ĐIỀU KHIỂN PHÂN LUỒNG MAX-MIN 2.1 Tổng quan phương pháp điều khiển luồng dựa tốc độ vào 2.1.1 Giới thiệu chung Như phần trước, khó khăn phương pháp điều khiển luồng cửa sổ có kích thước cố định độ trễ trung bình gói tăng tỉ lệ với 14 trình điều khiển luồng Vì xem xét vấn đề điều khiển luồng dựa sở điều chỉnh tốc độ vào 2.1.2.Mục đích điều khiển luồng dựa tốc độ vào Mục đích điều khiển luồng dựa tốc độ vào giống mục đích điều khiển phân luồng khác: - Tối ưu hóa thơng lượng sử dụng mạng - Giảm trễ gói qua mạng - Đảm bảo tính cơng cho việc trao đổi thông tin mạng - Đảm bảo tránh tắc nghẽn mạng 2.2 Tính cơng 2.2.1 Định nghĩa Tính cơng khả đảm bảo cho người dùng, ứng dụng khác sử dụng tài nguyên mạng với hội 15 2.2.2 Tính cơng mặt băng truyền Tính cơng mặt băng truyền thể khả chia sẻ băng truyền công cho tất người dùng kết nối 2.2.3 Tính cơng mặt đệm Tính cơng mặt đệm khả đảm bảo việc sử dụng đệm người dùng, ứng dụng hay kết nối công 2.3 Các phương pháp điều khiển luồng dựa điều chỉnh tốc độ vào 2.3.1 Kết hợp định tuyến tối ưu điều khiển luồng Chúng ta xem xét khả kết hợp định tuyến điều khiển luồng end-to-end mạng subnet việc điều chỉnh thích nghi định tuyến biến thiên tốc độ vào mơi trường nguồn đích (OD) Trường hợp đặc biệt xảy định tuyến cố định có tốc độ vào thay đổi - vấn đề điều khiển luồng tuý 2.3.2 Các tốc độ vào môi trường động Phương pháp dựa vào số thuật toán điều khiển luồng để xác định tốc độ r khoảng thời gian đệm khôi phục lại sau nhận vào gói, 16 điều khiển luồng thơng thường, khoảng thời gian xác định điều kiện lưu lượng thời dọc theo đường dẫn phiên 2.4 Điều khiển luồng Max-min Việc sử dụng tài nguyên mạng hiệu đảm bảo tính cơng cho kết nối thực chế điều khiển luồng cực đại – cực tiểu (max–min flow control) Cơ chế xây dựng mơ hình cơng cực đại – cực tiểu (max-min fairness) 2.4.1 Nguyên tắc điều khiển phân luồng max-min Ở hiểu cách đơn giản rằng: người có địi hỏi tài ngun ln ln đáp ứng trước người khác 2.4.2 Một số quy ước định nghĩa 2.4.3 Thuật toán điều khiển luồng max – Bước 1: Khởi tạo tất kết nối với tốc độ = Bước 2: Tăng tốc độ tất kết nối với lượng nhỏ δ , lặp lại trình tồn liên kết có tổng băng thông đạt đến giá trị băng thông cực đại (Fa = Ca) 17 Lúc này:  Tất kết nối chia sẻ liên kết sử dụng băng thông  Liên kết điểm tắc nghẽn tất kết nối sử dụng liên kết  Ngừng việc tăng băng thơng cho kết nối kết nối đạt đến trạng thái cân cực đại – cực tiểu Bước 3: Lặp lại trình tăng tốc độ cho kết nối khác chưa đạt đến điểm tắc nghẽn lại tìm thấy điểm tắc nghẽn ứng với kết nối khác (lặp lại bước 2) Bước 4:Thuật toán kết thúc tất kết nối tìm điểm tắc nghẽn 2.5 Tổng kết chương Phương pháp điều khiển phân luồng dựa tốc độ vào thuật tốn điều khiển phân luồng max-min cho ta thấy hiệu Chương II nêu tổng quan vấn đề phân luồng dựa tốc độ vào sâu vào phương pháp phân luồng max-min nghiên cứu thuật tốn phân luồng max-min.Từ đó, ta thấy thuật toán 18 max-min sử dụng nhiều thuật tốn khác đảm bảo hội tụ đến tính hiệu bình đẳng mạng Chương III: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PHÂN LUỒNG MAX-MIN VÀO MẠNG NGN 3.1 Điều khiển phân luồng mạng NGN Xu hướng phát triển tiến tới hội tụ mạng hội tụ dịch vụ Tài nguyên mạng có giới hạn nhu cầu truyền thơng tin ngày tăng Chính tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Để giải vấn đề có hai hướng giải tổng quát nhất, là:  Tăng tài nguyên mạng  Điều khiển phân luồng để chống tắc nghẽn mạng 3.1.1 Vì phải điều khiển phân luồng mạng NGN Các mạng riêng lẻ kết nối với thông qua định tuyến hay cổng (MG), gói tin đến lưu giữ (store) đệm chuyển tiếp 19 (forward) theo đường kết nối đầu Tốc độ gói tin đầu bị giới hạn băng thông (bandwidth) đường kết nối, thường nhỏ băng thông đường đến phải phân chia cho nhiều luồng, dẫn tới tình trạng nghẽn mạng NGN 3.1.2 Nguyên nhân xảy tắc nghẽn môi trường mạng NGN  Tràn đệm  Lỗi đường truyền vô tuyến  Do nghẽn cổ chai  Nhu cầu băng thông cao dịch vụ đa phương tiện loại hình dịch vụ  Lưu lượng lớn, thay đổi đột biến biến đổi động  Tính biến động mạng, topo mạng 3.1.3 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn  Duy trì điểm hoạt động mạng ln mức lưu lượng đưa vào nhỏ  Đảm bảo cho đệm định tuyến không bị tràn  Đảm bảo phía gửi liệu nhanh mà phía nhận 20 xử lý, giúp sử dụng tài nguyên cách hiệu 3.1.3 Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN 3.1.3.1 Các đặc điểm chung  Điều khiển chấp nhận kết nối  Kiểm sốt (Policing) o Xóa gói vi phạm mô tả o Gán cho chúng quyền ưu tiên thấp  Điều khiển luồng dựa tốc độ vào 3.1.3.2 Phân loại Theo đặc điểm chung nêu trên, phương pháp điều khiển tắc nghẽn phân loại sau: Điều khiển tắc nghẽn vòng hở Điều khiển chống tắc nghẽn vòng Điều khiển theo tốc độ Điều khiển theo kích thước cửa sổ 3.1.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn Những tiêu chí dùng cho phân tích, đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm: 21 3.1.4.1 Tính hiệu (Efficient) 3.1.4.2 Tính bình đẳng (Fairness) 3.1.4.3 Tính hội tụ (Convergence) 3.1.4.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) 3.1.4.5 Độ mịn điều khiển (Smoothness) 3.1.4.6 Tính phân tán (Distributedness) 3.2 Kết mô điều khiển luồng theo nguyên lý max-min 3.2.1 Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển luồng max–min 22 Begin Tính n ak Tính rk Tính r pk Tính Fak k=k+1 Sai Tính A k Tính P k P k rỗng Đúng Tính P k End Hình 3.4 Lưu đồ thuật tốn điều khiển luồng max – 23 3.2.2 Xây dựng chương trình đề mơ 3.2.2.1 Tính tốn mơ mạng điều khiển luồng Max – 3.3 Tổng kết chương Trong chương này, Tôi ứng dụng phương pháp phân luồng max-min vào mạng đa dịch vụ NGN cho thấy thuật toán max-min sử hiệu cho mạng NGN.Từ Tơi mơ phân luồng đưa đánh giá việc phân luồng, ưu điểm tính bình đẳng hiệu gói III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Phân luồng mạng vấn đề khó rộng, địi hỏi kiến thức liên quan dịch vụ, lưu lượng, đường truyền Đây lĩnh vực quan tâm nhằm tìm giải pháp tối ưu việc sử dụng hiệu dịch vụ tài nguyên mạng, đặc biệt quan trọng ứng dụng quy hoạch, thiết kế, điều hành quản lý mạng Luận văn tập trung vào việc tìm hiểu trình bày vấn đề phân luồng dựa tốc độ vào sâu phân tích thuật tốn phân luồng max-min, ứng dụng 24 vào mạng đa dịch vụ NGN Mặc dù nội dung luận văn chưa có nghiên cứu ứng dụng thực tế, kiến thức tổng hợp phân tích luận văn làm tiền đề cho kết nghiên cứu sâu mở rộng phát triển dịch vụ mạng có yêu cầu vấn đề phân luồng Trên sở kết đạt luận văn, hướng phát triển xây dựng công cụ mơ để phân tích so sánh kỹ số phương pháp phân luồng mạng  ... đề tài "Nghiên cứu phương pháp phân luồng dựa tốc độ vào - phân luồng max- min khả ứng dụng vào mạng đa dịch vụ NGN" , luận văn muốn sâu tìm hiểu giải pháp vừa khai thác tối đa tài nguyên mạng vừa... chương Phương pháp điều khiển phân luồng dựa tốc độ vào thuật tốn điều khiển phân luồng max- min cho ta thấy hiệu Chương II nêu tổng quan vấn đề phân luồng dựa tốc độ vào sâu vào phương pháp phân luồng. .. luồng maxmin Chương III: Ứng dụng thuật toán điều khiển phân luồng max- min vào mạng đa dịch vụ NGN Mục đích nghiên cứu Mục đích đề tài nhằm tìm hiểu giải pháp phân luồng cho mạng đa dịch vụ để