nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch chùm quang TT

ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM TRUNG ĐỨC NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 9.48.01.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH HUẾ - NĂM 2021 Cơng trình hồn thành tại: Người hướng dẫn khoa học: (ghi họ tên, chức danh khoa học, học vị): PGS TS Võ Viết Minh Nhật, TS Đặng Thanh Chương Phản biện 1: PGS TS Phạm Thanh Giang Phản biện 2: PGS TS Võ Trung Hùng Phản biện 3: TS Nguyễn Kim Quốc Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại: Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: (ghi tên thư viện) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Với bùng nổ ứng dụng mạng năm gần đây, truyền tải liệu qua mạng trở thành vấn đề thách thức thu hút nhiều quan tâm Đã có nhiều đ ề xuất khác phương thức truyền tải liệu, từ kiểu truyền tải thông tin truyền thống qua sợi cáp đồng, qua sóng vơ tuyến đến sợi quang hỗ trợ truyền đa kênh, sợi quang có nhiều ưu điểm độ suy giảm thấp, băng thông lớn khả miễn nhiễm nhiễu điện so với cáp đồng Với thành công vượt bậc gần công nghệ ghép kênh phân chia kênh bước sóng WDM, băng thơng sợi quang tách thành nhiều kênh bước sóng, từ đáp ứng tốt nhu cầu truyền thơng ngày cao người dùng [35], [53] Truyền thông quang, từ đời nay, trải qua ba hệ phát triển, từ mơ hình định tuyến bước sóng WR ban đầu cung cấp liên kết điểm-điểm, đến hệ thứ hai với đường quang (lightpath) đầu – cuối dành riêng lớp quang Trong hệ thứ 3, mơ hình chuyển mạch gói quang OPS [51] đề xuất với ý tưởng lấy cảm hứng từ mạng chuyển mạch gói điện nhằm triển khai cấu trúc liên kết vịng hay lưới nhằm điều chỉnh linh hoạt để đáp ứng với việc lưu lượng thay đổi Tuy nhiên, với số hạn chế mặt công nghệ, sản xuất đệm quang (tương tự nhớ RAM mạng điện) hay chuyển mạch gói quang tốc độ nano giây, chuyển mạch gói quang OPS 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 OBS phần (gói) điều khiển BCP tách rời với phần (chùm) liệu DB Nói cách khác, để thực truyền chùm quang, gói điều khiển hình thành gửi trước khoảng thời gian bù đắp (thời gian offset) Khoảng thời gian offset cần tính tốn cho 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 Khơng tách rời mặt thời gian, gói điều khiển BCP tách rời so với chùm liệu mặt khơng gian, số kênh (bước sóng) dành riêng cho gói điều khiển BCP, kênh lại dùng cho việc truyền chùm liệu [75] Với cách truyền tải liệu vậy, rõ ràng mạng OBS không cần đến đệm quang để lưu tạm thời chùm liệu chờ đợi việc xử lý gói điều khiển BCP chúng nút trung gian (nút lõi) mạng OBS 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 nguyên cấu hình chuyển mạch thành công nút lõi, đảm bảo cho việc chuyển tiếp chùm quang sau Đó nhiệm vụ hoạt động đặt trước tài nguyên, lập lịch xử lý tranh chấp [19] Giải pháp để nâng cao CLDV mạng OBS thực cách cung cấp phân biệt CLDV số điểm (nút) mạng OBS [32] Cụ thể, cách tiếp cận điển hình cho chế cung cấp phân biệt là: phân biệt tầng điều khiển tầng liệu [45], hoạt động cung cấp phân biệt CLDV là: phân biệt thời gian bù đắp, phân biệt sách giải tranh chấp, phân biệt trình tập hợp chùm phân biệt số hoạt động lập lịch [32] Các mơ hình cần thiết có chế điều khiển hiệu nhằm cung cấp phân biệt CLDV cam kết, đồng thời cung cấp thêm tài nguyên cho ứng dụng khác nhằm tối ưu hóa hiệu truyền thơng toàn mạng (dựa yêu cầu độ trễ, tỉ lệ mát liệu ràng buộc băng thông ) Động lực nghiên cứu Hiện có nghiên cứu nhằm nâng cao CLDV mạng OBS mà phân thành nhóm tiếp cận, giải pháp chính: - Nâng cao CLDV nút biên; - Nâng cao CLDV nút lõi Các nhóm giải pháp kể thường nhắm đến mục tiêu nâng cao CLDV thơng qua q trình điều khiển chấp nhận lập lịch [5], [33] nút lõi, cung cấp phân biệt CLDV nút biên, cải thiện CLDV nút Mục tiêu nghiên cứu    Nghiên cứu cải tiến chế điều khiển chấp nhận lập lịch nâng cao CLDV dựa vào dự đoán tốc độ chùm đến nút lõi nhằm nâng cao hiệu lập lịch chùm QoS thấp đảm bảo mức chất lượng dịch vụ chùm QoS cao Hiệu chế điều khiển chấp nhận lập lịch đánh giá thông qua mơ phân tích tốn học Nghiên cứu đề xuất phương pháp phân tích liệu lịch sử lập lịch nhằm xác định nhân tố ảnh hưởng đến hiệu lập lịch, từ đề xuất giải pháp giảm mát liệu nhằm nâng cao hiệu lập lịch nút lõi Nghiên cứu cải tiến chế cung cấp phân biệt CLDV dựa thời gian bù đắp kích thước chùm nút biên vào Trên sở thông tin tài nguyên khả dụng phản hồi từ nút lõi, nút biên vào thực điều chỉnh cách linh hoạt kích thước chùm sinh nhằm đem lại hiệu băng thông sử dụng, giảm tỉ lệ chùm nâng cao CLDV lớp ưu tiên Đối tƣợng Phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các mơ hình, giải thuật điều khiển chấp nhận tập hợp chùm mạng OBS - Phạm vi nghiên cứu: Nút biên nút lõi mạng OBS Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp cơng bố liên quan đến mơ hình, giải thuật, chế đảm bảo đa dạng cải tiến cung cấp QoS 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 1, với tên chương “Tổng quan chất lƣợng dịch vụ mạng chuyển mạch chùm quang”, trình bày kiến thức mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm: lịch sử phát triển truyền thông quang, mơ hình chuyển mạch quang, kiến trúc mạng chuyển mạch chùm quang, hoạt động bên mạng vấn đề nâng cao CLDV mạng OBS - Chương 2, với tên chương “Giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ nút lõi”, tập trung vào vấn đề chính: đề xuất số mơ hình dự đốn tốc độ chùm đến dựa vào điều khiển chấp nhận - Chương 3, với tên chương “Giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ nút biên kết hợp nút”, giải (3) vấn đề gồm: (1) trình bày tổng hợp nghiên cứu liên quan đến chế cung cấp CLDV nút biên, (2) tìm hiểu nguyên nhân gây chùm dựa vào phân tích liệu lịch sử lập lịch nhằm nâng cao hiệu nút lõi (3) xem xét cấu trúc gói điều khiển nhằm đề xuất mơ hình cung cấp CLDV tồn mạng sau nhận thơng tin phản hồi khoảng trống nút lõi gửi gói điều khiển để điều chỉnh giai đoạn tập hợp chùm nhằm tối ưu băng thông sử dụng đem lại hiệu vấn đề nâng cao CLDV “Kết luận hƣớng phát triển luận án” nêu đóng góp luận án, hướng phát triển vấn đề quan tâm tác giả CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 1.1 Giới thiệu mạng chuyển mạch chùm quang Chuyển mạch quang chia thành loại: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang 1.1.1 Kiến trúc mạng OBS 1.1.2 So sánh mơ hình chuyển mạch quang 1.1.3 Các hoạt động nút biên 1.1.4 Các hoạt động nút lõi 1.1.5 Lập lịch mạng OBS 1.2 Chất lƣợng dịch vụ mạng OBS 1.2.1 Sự cần thiết nâng cao chất lƣợng dịch vụ mạng OBS Nâng cao CLDV thực nhờ chế cung cấp/cải tiến CLDV nút hay kết hợp nút mạng OBS, nhằm tạo đa dạng cho phương án cung cấp dịch vụ để đạt dịch vụ cần cung cấp yêu cầu ban đầu Theo [39], tùy theo mơ hình, chế hay kỹ thuật, nâng cao chế cung cấp/cải tiến CLDV phân thành hai cách chính, là: chế cải tiến CLDV nút chế cung cấp CLDV Giải pháp nâng cao chế cải tiến CLDV thực tất nút, dựa chế nhằm cải thiện hiệu suất chung mạng, cụ thể gồm: tập hợp chùm, lược đồ báo hiệu để đặt trước tài nguyên, thuật toán lập lịch xử lý tranh chấp Sau đó, chế cung cấp CLDV xem xét, tức có quan tâm đến nhãn chất lượng dịch vụ (chùm ưu tiên cao hay chùm ưu tiên thấp) với cách tiếp cận khác [76] Một giải pháp nâng cao CLDV đạt khác, nhờ vào cách tiếp cận điển hình chế phân biệt thực tầng (plane) điều khiển hay liệu [45], hoạt động cung cấp phân biệt CLDV là: báo hiệu định tuyến tầng điều khiển Tại tầng liệu nút biên có chế cung cấp phân biệt CLDV thông qua tham số q trình tập hợp, kích thước chùm…, nút lõi có mơ hình điều khiển nhằm nâng cao phân biệt CLDV từ nút biên liên quan đến sách đánh rơi hay lập lịch 1.2.2 Nâng cao chất lƣợng dịch vụ nút lõi 1.2.3 Nâng cao chất lƣợng dịch vụ nút biên 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Luận án Dựa phân tích giải pháp công bố nâng cao CLDV mạng OBS mục tiêu nghiên cứu chung xác định phần Mở đầu, đề xuất số giải pháp nâng cao CLDV mạng OBS, luận án triển khai theo mục tiêu nghiên cứu cụ thể gồm:  Mục tiêu Đề xuất phương pháp điều khiển chấp nhận lập lịch dựa vào dự đoán tốc độ chùm đến nhằm nâng cao cung cấp CLDV nút lõi  Mục tiêu Nghiên cứu cải tiến chế phân biệt CLDV nút biên dựa việc kết hợp điều chỉnh độ dài chùm thời gian bù đắp  Mục tiêu Nghiên cứu đề xuất phương pháp phân tích liệu lịch sử lập lịch nhằm xác định nhân tố ảnh hưởng đến hiệu lập lịch, từ đề xuất giải pháp giảm mát liệu nâng cao hiệu lập lịch  Mục tiêu Nghiên cứu đề xuất mô hình nâng cao CLDV kết hợp nút biên nút lõi Trong đó, nút lõi chịu trách nhiệm phản hồi thông tin khoảng trống, nút biên điều chỉnh trình tập hợp chùm nhằm tăng tỉ lệ lập lịch thành công nâng cao phân biệt CLDV Trong mục tiêu thực Chương mục tiêu 2, 3, trình bày Chương 1.4 Tiểu kết Chƣơng Chương luận án giới thiệu tổng quan mạng OBS hoạt động bên mạng, vấn đề điều khiển chấp nhận lập lịch nút lõi phân biệt thời gian offset nút biên tập trung phân tích ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề nâng cao CLDV tồn mạng Luận án phân tích đánh giá phương pháp công bố điều khiển chấp nhận phân biệt CLDV Đó sở để luận án cuối xác định mục tiêu cần nghiên cứu, đề xuất mô đun chức thêm vào nhằm nâng cao triển khai CLDV hiệu truyền thông mạng OBS CHƢƠNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TẠI NÚT LÕI Tỉ lệ chùm (blr) 2.1 Điều khiển chấp nhận lập lịch hỗ trợ cung cấp chất lƣợng dịch vụ Điều khiển chấp nhận lập lịch (một cách ngắn gọn, điều khiển chấp nhận) triển khai cổng nút biên vào nút lõi Nhờ có sử dụng đệm điện tử, điều khiển chấp nhận lập lịch nút biên vào thường đơn giản hiệu 2.2 Phân tích đánh giá mơ hình điều khiển chấp nhận 2.2.1 Mơ hình nhóm bƣớc sóng 2.2.2 So sánh đánh giá dựa mô Luận án tiến hành so sánh hiệu mơ hình điều khiển chấp nhận lập lịch SWG, DWG LLAC dựa mô phỏng, cài đặt với hỗ trợ phân mềm mô mạng NS2 [77] tích hợp với gói Obs 0.9a, máy tính PC có CPU 2,4GHz Intel Core 2,2G RAM Mạng mô NSFNET a So sánh tỉ lệ chùm Tỉ lệ chùm tổng DWG đạt thấp (Hình 2.4c) LLAC ln ưu tiên cho chùm ưu tiên cao nên đạt tỉ lệ chùm ưu tiên cao thấp nhất, LLAC có tỉ lệ chùm ưu tiên thấp cao Điều phản ánh với kết cài đặt thực [22] 0.8 SWG DWG LLAC 0.6 0.4 0.2 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 (c) Tải Hình 2.4 So sánh tỉ lệ chùm lớp QoS cao thấp SWG, DWG LLAC b So sánh băng thông sử dụng Khi xem xét tỉ lệ sử dụng băng thơng, DWG có tỉ lệ sử dụng băng thơng cao nhất, hai lớp (Hình 2.5) Điều dễ hiểu DWG giảm số chùm tăng hiệu sử dụng băng thơng Hình 2.5 Băng thơn g sử dụng hai lớp mơ hình SWG, DWG LLAC 2.2.3 Nhận xét 2.3 Mơ hình điều khiển chấp nhận dựa dự đoán tốc độ chùm đến ARP-SAC 2.3.1 Mơ hình dự đốn dựa tốc độ chùm đến Gọi tốc độ đến chùm ưu tiên cao tốc độ đến chùm ưu tiên thấp, số kênh cấp phát cho chùm ưu tiên thấp tính tỉ lệ với tốc độ đến hai loại chùm ưu tiên cao ưu tiên thấp công thức (2.2) Lưu ý rằng, chùm ưu tiên cao sử dụng tất kênh, có nghĩa ⌈ ⌉ (2.2) Mơ hình dự đốn dựa phương pháp TW-EWMA [32] xác định tốc độ chùm đến Công thức (2.6): (2.6) tốc độ đến trung bình q khứ, tốc độ đến thời, trọng số Trong [3], trọng số chọn Tuy nhiên, theo đề xuất [60], hệ số điều chỉnh linh hoạt dựa tốc độ trung bình khứ tốc độ thời Công thức (2.7) (2.7) Mô hình điều khiển chấp nhận lập lịch dựa dự đốn tốc độ đến cách thích nghi có tên gọi mơ hình ARP-SAC 2.3.2 Mơ tả thuật tốn điều khiển chấp nhận mơ hình ARP-SAC Thuật toán 2.1: Vào: - Tập chùm đến , với thời gian đến kết thúc, xác định QoS cao (0) hay thấp (1) - //cáckênh bước sóng ; - ; - Tập chùm QoS cao lập lịch Ra: - Tập chùm QoS thấp lập lịch Phƣơng pháp: ; ; bị đánh rơi //khởi gán kích thước cửa sổ quan sát lựa chọn (bằng ½ kích thước cửa sổ định kỳ ) ; ; khởi gán tốc độ trung bình lớp ưu tiên ; //chỉ đếm ; ; khởi gán điểm bắt đầu cửa sổ quan sát , bị đánh rơi không đếm //kênh chọn để lập lịch, không chọn kênh while ( ) chùm từ tập 10 ;//loại chùm đến xem xét lập lịch if ( – ) then//giai đoạn dự đoán tốc độ chùm đến nhằm xác định số kênh bước sóng cho lớp ưu tiên thấp if ( ) then 11 12 15 16 ; đếm số chùm QoS cao ; đếm số chùm QoS thấp else 13 14 ; end if else ) then if ( 17 ; 18 //trường hợp vùng cửa sổ quan sát ; ; tính tốc độ đến thời ; điều chỉnh trọng số theo tốc độ đến 19 ; tính lại tốc độ đến trung bình lớp 20 21 22 ; //tính lại tốc độ đến trung bình lớp ưu tiên thấp ⌈ ⌉; điều chỉnh lượng băng thông cấp phát ; ; //gán biến đếm chùm ưu tiên cao thấp ban 2.3.3 So sánh đánh giá dựa kết mô Luận án sử dụng tham số cài đặt phần tương tự Mục 2.2.2 a So sánh tỉ lệ chùm Hình 2.9a So sánh tỉ lệ chùm lớp QoS thấp SWG, DWG, LLAC ARP-SAC Kết Hình 2.9c tỉ lệ chùm ARP-SAC ln cho kết tốt nhờ sách cấp phát thêm băng thông cho luồng chùm ưu tiên thấp Mức cải thiện tỉ lệ chùm chùm ưu tiên thấp trường hợp 44%, 38% 20% với trường hợp tỉ lệ lưu lượng đến 3:7, 5:5 7:3 b So sánh biến động số bƣớc sóng phân bổ cho lớp ƣu tiên thấp Hình 2.10 So sánh phân bổ bước sóng cho luồng chùm ưu tiên thấp 2.1.3.4 Nhận xét Dựa kết mô phỏng, mô hình điều khiển chấp nhận dựa dự đốn tốc độ chùm đến ARP-SAC cho tỉ lệ chùm ưu tiên thấp tỉ lệ tổng giảm bình quân 30% 15% so với mơ hình khác Tuy nhiên, 10 xét tỉ lệ chùm ưu tiên cao phương pháp ARP-SAC có tỉ lệ chùm cao trung bình 3% so với mơ hình cơng bố trước (Hình 2.9b) Ngun nhân mơ hình ARP-SAC dành số bước sóng phân bổ cho chùm ưu tiên thấp linh động theo tốc độ chùm đến mà không sử dụng giá trị ngưỡng bước sóng tối thiểu, kết tỉ lệ chùm ưu tiên thấp giảm, dẫn đến số bước sóng cung cấp cho lớp ưu tiên cao bị chiếm dụng; điều làm tăng tỉ lệ chùm ưu tiên cao, dù không nhiều Để giải vấn đề luận án tiếp tục đề xuất mơ hình dự đốn tốc độ trình bày phần Mơ hình điều khiển chấp nhận dựa dự đoán tốc độ chùm đến ARP-SAC công bố [CT2] 2.4 Phƣơng pháp dành lại tài nguyên cho chùm ƣu tiên cao 2.4.1 Nguyên tắc dành lại tài nguyên cho chùm ƣu tiên cao Nguyên tắc dành lại tài nguyên từ chùm ưu tiên thấp cho chùm ưu tiên cao đề xuất sau: Khi chùm ưu tiên cao đến liên kết (cổng) khơng tìm thấy bước sóng khả dụng cho việc lập lịch, tài nguyên bị chiếm dụng chùm ưu tiên thấp xem xét gỡ bỏ để dùng cho việc lập lịch chùm ưu tiên cao Việc gở bỏ chùm ưu tiên thấp thực thỏa mãn điều kiện:  Chùm ưu tiên cao chồng lấp với chùm ưu tiên thấp dự định gở bỏ;  Gói điều khiển chùm ưu tiên thấp chưa gửi đến nút Nếu không, chùm ưu tiên cao đến bị loại bỏ Với trường hợp chùm ưu tiên thấp đến tất tài nguyên bận, chùm bị rơi 2.4.2 Mô tả thuật toán TPAC Thuật toán 2: Vào: - ; Ra: //chùm đến ; ; //các kênh bước sóng //thời gian quan sát; - Tập chùm QoS cao lập lịch - Tập chùm QoS thấp lập lịch Phương pháp: for each chùm , bị đánh rơi ; bị đánh rơi đến if (hết thời gian ;) then //giai đoạn 1: dự đoán tốc độ chùm đến nhằm xác định số kênh bước sóng cho lớp ưu tiên thấp 11 := tỉ lệ tốc độ lớp HP LP đến cửa sổ quan sát; ;//điều chỉnh trọng số theo tốc độ đến ;//tính tốc độ trung bình ;//điều chỉnh lượng bước sóng cấp phát end if ; ;//giai đoạn 2: lập lịch chùm return kênh end for; Độ phức tạp thuật toán TPAC , n số chùm đến ( ) tổng số bước sóng 2.4.3 Phân tích mơ hình TPAC Mơ hình phân bổ bước sóng TPAC tương đương với mơ hình hệ thống hàng đợi mà có kênh bước sóng (với chuyển đổi bước sóng đầy đủ) phục vụ cho chùm đến Một mơ hình Markov chiều [14], [28], [58] sử dụng để phân tích hiệu (theo giá trị xác suất tắc nghẽn) cho mơ hình điều khiển chấp nhận nêu Các tham số mô tương tự Mục 2.2.2 Phương trình xác suất tắc nghẽn lớp ưu tiên cao thấp lần lượt: ∑ ∑ (2.9) (2.10) Tổng xác suất tắc nghẽn chùm thuộc lớp ưu tiên cao thấp: (2.11) 2.4.4 So sánh đánh giá dựa mơ a So sánh lỗi dự đốn trung bình Như khuyến cáo [34], ưu điểm phương pháp TW-EWMA giúp giảm chi phí tính tốn Do đó, nên có thỏa hiệp lỗi dự đốn với chi phí tính tốn nhằm giúp hệ thống đạt hiệu cao điều cần thiết Nên luận án lựa chọn kích thước cửa sổ quan sát ½ chu dự đốn (thỏa hiệp theo phân tích Hình 2.14 Hình 2.15), công bố [CT3] b So sánh tỉ lệ chùm 12 Hình 2.16c cho thấy tỉ lệ chùm hai lớp TPAC thấp tất phương pháp đề xuất trước Hình 2.16 Tỉ lệ chùm hai lớp ưu tiên TPAC b So sánh tỉ lệ sử dụng băng thơng Hình 2.17 Tỉ lệ sử dụng băng thông hai lớp ưu tiên TPAC Như thể Hình 2.17c, TPAC có tỉ lệ sử dụng băng thơng cao hai lớp ưu tiên Ngồi ra, Hình 2.18 có tương đồng hình dáng kết mô xác suất tắc nghẽn phương 13 trình 2.11 tính tốn phần mềm Mathematica [78] Điều khẳng định tính đắn mơ hình đề xuất Cơng bố [CT4] Hình 2.18 Xác suất chùm theo mơ phân tích tốn học 2.4.5 Nhận xét 2.5 Mơ hình kết hợp đƣờng trễ iTPAC 2.5.1 Mơ tả thuật tốn cải tiến iTPAC Một chế điều khiển việc làm trễ FDL chùm ưu tiên thấp đề xuất sau:  độ trễ cho phép (được xác định dựa thời gian bù đắp tại) chùm ưu tiên thấp bé thời gian làm trễ đường trễ FDL việc đưa chùm ưu tiên thấp vào đường trễ không cần thiết (do chúng bị đánh rơi hết thời gian bù đắp chưa đến nút biên ra) chùm ưu tiên thấp bị loại bỏ;  độ trễ cho phép chùm ưu tiên thấp lớn độ dài đường trễ, chùm đưa vào đường trễ với hy vọng tìm thấy tài ngun để lập lịch khỏi đường trễ 2.5.2 Mô phỏng, so sánh đánh giá 2.5.3 Nhận xét 2.6 Tiểu kết chƣơng Việc điều khiển chấp nhận có tác động lớn đến tỉ lệ chùm hiệu sử dụng băng thông nút lõi chùm có mức độ ưu tiên khác Trong chương này, luận án đề xuất mơ hình điều khiển chấp nhận dựa dự đoán lưu lượng chùm đến với mơ hình ARP-SAC [CT2], TPAC [CT3], [CT4] iTPAC [CT5] Dựa vào kết mô phỏng, mô hình khơng nâng cao CLDV cho lớp ưu tiên cao mà cải thiện tỉ lệ chùm lớp ưu tiên thấp Chương kế tiếp, giải pháp nâng cao CLDV nút biên kết hợp nút phân tích đề xuất giải pháp 14 CHƢƠNG GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TẠI NÚT BIÊN VÀ KẾT HỢP CÁC NÚT 3.1 Mô hình phân biệt chất lƣợng dịch vụ nút biên 3.1.1 Tập hợp chùm cung cấp chất lƣợng dịch vụ Phân biệt CLDV yêu cầu quan trọng mạng truyền thơng thực tế, đa dạng yêu cầu dịch vụ từ người dùng ứng dụng gia tăng Thông qua hoạt động mạng OBS, việc phân biệt CLDV thực trình tập hợp chùm, phân bổ tài nguyên, lập lịch giải tranh chấp 3.1.2 Phân tích nghiên cứu liên quan Có hai hướng tiếp cận phân biệt dịch vụ nút biên vào: phân biệt dựa thời gian bù đắp OTD [23], [49] phân biệt dựa độ dài chùm BLD [25], [42] Với OTD, bổ sung thêm thời gian bù đắp vào chùm ưu tiên cao, nên chùm phải chịu thêm độ trễ Ngoài ra, vấn đề BLD nút biên vào khơng biết kích thước khoảng trống nhàn rỗi hình thành nút lõi nên cần có chế phản hồi để thơng báo kích thước khoảng trống cho nút biên vào nhằm điều chỉnh kích thước chùm hồn thành cho phù hợp với khoảng trống Trong chương đề xuất mô hình nhằm cung cấp CLDV nút biên giải tồn phân tích nêu trên, với mơ hình phân biệt chất lượng dịch vụ kết hợp thời gian bù đắp kích thước chùm có tên gọi OT-BLD 3.1.3 Mơ hình cung cấp QoS nút biên OT-BLD Mơ hình OT-BLD tập hợp chùm theo tiêu chí: chùm ưu tiên cao có thời gian bù đắp lớn, độ dài chùm bé; chùm ưu tiên thấp có thời gian bù đắp bé, độ dài chùm lớn Hình 3.4 t0 t1 Độ dài chùm t2 Thời gian bù đắp TA(0) Độ dài chùm Bổ sung T0(0) Thời gian bù đắp t1 t0 TA(1) T0(1) Lớp HP Lớp LP t2 Hình 3.4 Tập hợp chùm nút biên mơ hình OT-BLD Mơ hình OT-BLD quy định thời gian bù đắp chùm ưu tiên thấp 15 thời gian bù đắp thời gian bù đắp chùm ưu tiên cao tổng thời gian bù đắp độ dài chùm ưu tiên thấp Hình 3.5 Lớp (0) Lớp (1) Chùm HP basic OT Chùm LP BCP basic OT OT(1) Hình 3.5 Thiết lập thời gian bù đắp bổ sung lớn độ dài chùm ưu tiên thấp giúp giảm tranh chấp lớp chùm ưu tiên 3.1.4 So sánh đánh giá dựa mơ Xét gói tin đến hàng đợi nút biên OBS có phân phối Poisson có kích thước gói tin nằm khoảng [500, 1000] byte Tại nút biên vào, số hàng đợi xem xét ứng với đích đến , gồm hàng đợi ưu tiên cao có ngưỡng thời gian hàng đợi ưu tiên thấp với ngưỡng thời gian Giá trị thời gian bù đắp thiết lập Các ngưỡng độ dài cho hàng đợi tập hợp chùm thiết lập ban đầu , khuyến nghị B Kantarci cộng [25] Giá trị chọn , số bước sóng liên kết , băng thông liên kết a So sánh tỉ lệ chùm mô hình Tỉ lệ chùm tổng hai lớp Hình 3.6(c), đó, giai đoạn (từ 0.0s đến 1.0s, vởi tải 0.2 hai lớp ưu tiên), OT-BLD cho tỉ lệ chùm tốt so với OTD, BLD undiff khoảng 4%, 5% 12% 16 Hình 3.6 So sánh tỉ lệ chùm hai lớp ưu tiên OT-BLD so với mơ hình khác Ở giai đoạn thứ hai (từ 1.0s đến 2.0s, với tải 0.4 lớp ưu tiên cao tải 0.2 lớp ưu tiên thấp), OT-BLD cho kết chùm tốt so với BLD, OTD undiff khoảng 3%, 7% 10% Như vậy, mơ hình OT-BLD thể tính hiệu cách ổn định tăng giảm tải đến b, So sánh độ trễ trung bình gói tin Kết Hình 3.7(a) cho thấy độ trễ trung bình gói tin chùm ưu tiên cao mơ hình OT-BLD BLD thấp hai giai đoạn, độ trễ trung bình gói tin mơ hình undiff OTD cao Hình 3.7 So sánh độ trễ trung bình (µs) gói tin chùm ưu tiên cao (a) 3.1.5 Nhận xét Luận án đề xuất mơ hình cải tiến kết hợp phương pháp tập hợp chùm công bố, với mô hình có tên gọi OT-BLD Khi so sánh kết tỉ lệ chùm OT-BLD cho thấy hiệu mơ hình so với mơ hình khác thơng qua tỉ lệ chùm tổng lớp giảm đáng kể Ngoài ra, độ trễ trung bình gói tin mơ hình OT-BLD giảm so sánh với mơ hình undiff OTD thời gian mô khác chứng minh hiệu việc kết hợp qua mô hình Tuy nhiên độ trễ trung bình mơ hình OT-BLD cịn cao so với mơ hình BLD động lực cho nghiên cứu Các kết trình bày mục cơng bố [CT6] 17 3.2 Phân tích ngun nhân gây chùm 3.2.1 Vấn đề chùm lập lịch Các đặc trưng cần thiết cho liệu trạng thái lập lịch là: thời điểm chùm đến, độ dài chùm, , thời điểm bắt đầu kết thúc khoảng trống 3.2.2 Trích xuất liệu trạng thái lập lịch Mơ hình mạng NFSNET bao gồm 14 nút Kết mô cho thấy tỉ lệ chùm nút 3, đáng kể liệu trạng thái lập lịch trích xuất đại diện cho trạng thái lập lịch chung nút lõi tồn mạng (tại Hình 3.9) 3.2.3 Xác định thuộc tính ảnh hƣớng đến chùm Trong 44959 mẫu thu thập được, có 22187 mẫu thuộc trường hợp lập lịch thành công với không lấp đầy khoảng trống, 752 trường hợp lập lịch thành công với lấp đầy khoảng trống 22019 mẫu trường hợp lập lịch không thành công Điều cần quan tâm thuộc tính có ảnh hưởng đến việc lập lịch khơng thành cơng Kết phân tích liệu lập lịch Hình 3.12 cho thấy chồng lấp đầu (head_overlap) chồng lấp LAUT (LAUT_overlap) nguyên nhân gây nên chùm (chiếm 90%), hai thuộc tính thời gian đến (burst_time) độ dài chùm (burst_length) có tác động đến việc lập lịch khơng thành cơng (Hình 3.11 3.12) Đây sở đề xuất sau nhằm nâng cao hiệu lập lịch 3.2.4 Giải pháp sử dụng đƣờng trễ nhằm giảm mát chùm Việc điều khiển lập lịch dựa đường trễ FDL đề xuất Hình 3.14, chùm đến khơng thể lập lịch được, việc kiểm tra chồng lấp đầu chồng lấp LAUT xem xét (phần hình chữ nhật nét đứt) Nếu có chồng lấp đầu hay chồng lấp LAUT, chùm đưa vào đường trễ để làm thay đổi (làm trễ) thời gian đến Trong trường hợp chồng lấp đi, chùm bị loại bỏ (dropped) 3.2.5 Mơ phân tích kết a Phân tích tỉ lệ chùm Hình 315 cho thấy việc sử dụng đường trễ FDL cho tỉ lệ chùm khoảng tải từ 0.1 đến 0.6 giảm nhiều khoảng 60% so với không sử dụng đường trễ Nhưng tải tăng từ 0.7 đến 0.9 tỉ lệ giảm (khoảng 4%) FDL với độ trễ 100µs cho tỉ lệ chùm so FDL với độ trễ 150µs 18 Hình 3.15 So sánh tỉ lệ chùm có khơng sử dụng đường trễ FDL b Phân tích độ trễ sử dụng FDL Hình3 16 Tỉ lệ phần trăm độ trễ trung bình tăng thêm sử dụng đường trễ FDL Như Hình 3.16 tỉ lệ độ trễ trung bình chùm tăng thêm sử dụng đường trễ FDL, sử dụng FDL với độ trễ 150µs độ trễ chùm tăng thêm trung bình khoảng 21% so với gần 16% sử dụng FDL với độ trễ 100µs 3.3 Kết hợp nút biên nút lõi phân biệt chất lƣợng dịch vụ 3.3.1 Phân biệt chất lƣợng dịch vụ dựa thời gian bù đắp độ dài chùm thay đổi OT-ABLD Chương luận án tiếp tục tìm hiểu mơ đun thơng tin kích thước khoảng trống phản hồi lại từ nút lõi mang gói điều khiển mà cấu trúc đề xuất [44] Cụ thể, thơng tin kích thước khoảng trống cần phản hồi cho nút biên để điều chỉnh kích thước chùm sinh Thơng tin mang gói điều khiển 19 NACK Với cấu trúc gói tin NACK Hình 3.17, byte nhàn rỗi trường PDU CTR tận dụng để mang thơng tin kích thước khoảng trống Cụ thể, byte rỗi đề xuất để mang thông tin khoảng trống Cấu trúc trường PDU CTR mơ tả lại Hình 3.19 byte NDA NSA IDBURST OFFSET CHANNEL NACK QoS LEN BURST KÍCH THƯỚC KHOẢNG TRỐNG idle PDU CTRL Hình 3.19 Cấu trúc gói NACK thêm byte cho kích thước khoảng trống Để triển khai mơ hình OT-ABLD, nút lõi luận án sử dụng thuật toán BFVF [45], giải thuật lấp đầy khoảng trống tốt nay, để lập lịch cho chùm đến giả thiết có khả tính tốn kích thước khoảng trống trung bình để định kỳ gửi cho nút biên vào Mô đun cho việc điều chỉnh ngưỡng kích thước La(0) NACK q(0) S q(1) Mơ đun cho việc đo kích thước khoảng trống trung bình phản hồi chùm Kho ảng trống S: Trìn h lậ p lị ch Tập hợp chùm nút biên vào Các kênh nút lõi Hình 3.20 Các mơ-đun chức thêm cho nút biên vào nút lõi để phản hồi thơng tin kích thước khoảng trống điều chỉnh kích thước chùm ưu tiên cao hoàn thành 3.3.2 So sánh đánh giá dựa mô a So sánh tỉ lệ chùm Hình 3.21 mơ tả so sánh tỉ lệ chùm tổng mơ hình phân biệt dịch vụ: undiff, OTD, BLD, OT-ABLD Kết cho thấy OTABLD đạt tỉ lệ chùm thấp hai giai đoạn mô Cụ thể giai đoạn thứ (từ 0s đến 1.0s) OT-ABLD đạt tỉ lệ chùm thấp khoảng 10% so với BLD, OTD khoảng 20% so với undiff Ở giai đoạn hai (từ 1.1s đến 2.0s) OT-ABLD cho tỉ lệ chùm thấp 15% so với BLD, 25% so với OTD gần 30% so với undiff 20 Hình 3.21Một so sánh tổng tỉ lệ chùm mơ hình: undiff, OTD, BLD OT-ABLD b So sánh độ trễ trung bình chùm ƣu tiên cao (theo gói) Về so sánh độ trễ trung bình chùm (theo gói), Hình 3.24 cho thấy OTABLD gây độ trễ đầu cuối thấp so sánh với OTD, BLD undiff; OTD undiff có độ trễ trung bình trùng nhau; độ trễ trung bình có xu hướng giảm giai đoạn hai mô Hình 3.24 Độ trễ trung bình (µs) chùm ưu tiên cao (theo gói) Đối với OTD undiff thời gian tập hợp chùm thực tế hai giai đoạn, giai đoạn hai mật độ luồng ưu tiên cao đến dày đặc (như phân bổ Hình 3.25), ngưỡng độ dài La(0) đạt đến trước so với giá trị Ta(0) kết độ trễ lớp ưu tiên cao có xu hướng giảm (như Hình 3.24) 21 Hình 3.25 Thời gian tập hợp ( s) hàng đợi thay đổi 100 cửa sổ quan sát thành công hai trường hợp tải: (0.2,0.2) (0.4,0.2) 3.3.3 Nhận xét Trong mơ hình cung cấp QoS nút biên nút lõi, luận án đề xuất mô hình có tên gọi OT-ABLD, với việc sử dụng thơng tin kích thước khoảng trống để điều chỉnh độ dài chùm ưu tiên cao cài đặt thời gian bù đắp cho lớp ưu tiên cao bao gồm tổng chiều dài chùm ưu tiên thấp thời gian bù đắp Tỉ lệ chùm mơ hình OT-ABLD giảm đáng kể so sánh với mơ hình undiff, OTD BLD Cơng bố [CT8] 3.3 Tiểu kết chƣơng Trong chương này, luận án giới thiệu ba mơ hình phân biệt CLDV đề xuất mới: (1) mơ hình OT-BLD nhằm nâng cao chế cung cấp CLDV nút biên, kết kết hợp OTD BLD; (2) mơ hình giảm thiểu mát chùm nút lõi không xem xét CLDV; (3) mô hình OT-ABLD nhằm nâng cao chế cung cấp CLDV kết hợp nút dựa vào mơ hình cung cấp CLDV nút biên OT-BLD việc phản hồi từ kích thước khoảng trống từ nút lõi Kết mơ hình giúp giảm đáng kể tỉ lệ chùm độ trễ trung bình gói tin lớp ưu tiên cao Tuy nhiên, mơ hình có hạn chế tỉ lệ chùm ưu tiên thấp chưa xem xét ngưỡng điều chỉnh trình tập hợp chùm cho lớp ưu tiên thấp vấn đề cần khắc phục Ngoài ra, cần bổ sung thêm mơ đun tính tốn khoảng trống trung bình gửi nút biên định kỳ theo thời gian điều chỉnh lại trình tập hợp chùm lớp ưu tiên cao làm cho mô hình đề xuất phức tạp Kết cơng bố chi tiết [CT6], [CT7] [CT8] 22 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN KẾT LUẬN: Chuyển mạch chùm quang mạng WDM xem công nghệ đầy triển vọng mạng Internet hệ tiếp theo, OBS khắc phục hạn chế cơng nghệ chuyển mạch gói quang khai thác băng thông linh hoạt, tốt hơn chuyển mạch kênh quang Một vấn đề quan trọng mạng OBS làm để nâng cao CLDV luồng dịch vụ khác Với mục đích luận án tập trung nghiên cứu mơ hình, giải thuật nâng cao chế CLDV mạng OBS với hướng tiếp cận khác Kết mà luận án đạt bao gồm: Tổng hợp phân tích, đánh giá phân loại phương pháp nâng cao chế CLDV mạng OBS Qua đưa ưu điểm tồn giải thuật sở để đề xuất cải tiến giải thuật nhằm nâng cao chế cung cấp CLDV nút kết hợp Đề xuất mơ hình điều khiển chấp nhận có tên ARP-SAC [CT2], TPAC [CT3], [CT4] iTPAC [CT5] nhằm giảm tỉ lệ loại chùm liệu Đề xuất mơ hình cung cấp CLDV nút biên OT-BLD [CT6] Đề xuất mơ hình giảm mát nút lõi không xét CLDV [CT7] Đề xuất mơ hình cung cấp CLDV kết hợp nút biên nút lõi OTABLD [CT8] đưa nhằm tối ưu băng thơng sử dụng góp phần nâng cao chế cung cấp CLDV lớp dịch vụ HƢỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN ÁN: Từ kết đạt luận án vấn đề cần quan tâm nghiên cứu thời gian tới: Nghiên cứu vấn đề nâng cao chế cải tiến CLDV nút lõi mở rộng nhiều lớp QoS để thấy vai trò cải thiện tỉ lệ truyền nhận liệu mạng Xây dựng mơ hình cung cấp CLDV nút biên, kết hợp phân đoạn chùm nâng cao cung cấp CLDV kết hợp nút với sử dụng FDL 23 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN [CT1] Phạm Trung Đức Một cải tiến điều khiển chận lập lịch mạng OBS có xét đến QoS, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, T1/2018, Tập 11, Số 1, Trang 1-12 [CT2] Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương Điều khiển chấp nhận lập lịch dựa dự báo tốc độ chùm đến mạng chuyển mạch chùm quang, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Quốc gia FAIR lần thứ XI, 2018, Trang 137-145 [CT3] Pham Trung Duc, Dang Thanh Chuong, Vo Viet Minh Nhat A Model of Traffic Prediction based Admission Control in OBS Nodes, in 2019 IEEE-RIVF International Conference on Computing and Communication Technologies (RIVF), 2019, pp 1–6, DOI: 10.1109/RIVF.2019.8713683 (SCOPUS) [CT4] Phạm Trung Đức, Lê Văn Hịa, Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước cửa sổ quan sát đến độ xác dự báo mơ hình điều khiển chấp nhận lập lịch, Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Kỹ thuật Công nghệ (đã chấp nhận đăng) [CT5] Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương Một cải tiến điều khiển chấp nhận lập lịch dựa dự báo tốc độ chùm đến kết hợp đường trễ FDL, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Quốc gia FAIR lần thứ XII, 2019, Trang 268-275 [CT6] Phạm Trung Đức, Đặng Thanh Chương, Mơ hình phân biệt QoS dựa thời gian bù đắp kích thước chùm mạng OBS, Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Kỹ thuật Công nghệ, Vol 128, No 2A (2019) DOI: http://dx.doi.org/10.26459/hueuni-jtt.v128i2A.5496 [CT7] Phạm Trung Đức, Võ Viết Minh Nhật, Đặng Thanh Chương, Nâng cao hiệu nút lõi OBS dựa phân tích liệu trạng thái lập lịch, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Thông tin Truyền thông, ISSN 2525-2224, Số 02 (CS.01) 2020, Trang 53-60 [CT8] Vo Viet Minh Nhat, Pham Trung Duc, Dang Thanh Chuong, Le Van Hoa, A mechanism of QoS differentiation based on Offset Time and Adjusted Burst Length in OBS Networks, Turk J Elec Eng & Comp Sci, ISSN 13000632, Volume 28, Issue 5, 2020, pp 2808-2820, DOI:10.3906/elk-1906-87 (SCIE) 24 ... CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH CHÙM QUANG 1.1 Giới thiệu mạng chuyển mạch chùm quang Chuyển mạch quang chia thành loại: chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch gói chuyển mạch chùm quang 1.1.1... quan chất lƣợng dịch vụ mạng chuyển mạch chùm quang? ??, trình bày kiến thức mạng chuyển mạch chùm quang bao gồm: lịch sử phát triển truyền thông quang, mơ hình chuyển mạch quang, kiến trúc mạng chuyển. .. 1.2.3 Nâng cao chất lƣợng dịch vụ nút biên 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Luận án Dựa phân tích giải pháp công bố nâng cao CLDV mạng OBS mục tiêu nghiên cứu chung xác định phần Mở đầu, đề xuất số giải pháp