Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng trong hệ thống ATM (application of fuzzy logic in traffic control in atm networks)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐÁ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯNG TRONG HỆ THOÁNG ATM APPLICATION OF FUZZY LOGIC IN TRAFFIC CONTROL IN ATM NETWORKS GVHD : PGS.TS VŨ ĐÌNH THÀNH HVTH : TRƯƠNG QUANG TRUNG LỚP : CAO HỌC KT ĐTVT- K11 TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2003 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Chương I : Tổng quan ATM I.Hệ thống số đa dịch vuï (ISDN : Integrated Services Digital Network): II Mode truyền dẫn : 1.Chuyển mạch maïch (circuit – switched networks) 2.Chuyển mạch message (message – switched networks ) 3.Chuyển mạch gói (packet- switched networks) : 3.1.Datagram packet switching 3.2.Virtual – circuit packet switching III Toång quan ATM : Mode truyền dẫn bất đồng ATM(Asynchronous Transfer Mode) : Tế bào ATM : 2.1.Caáu trúc cell mào đầu : 2.2.Phân loại tế bào ATM Những đặc tính hệ thống ATM : Mô hình tham chiếu giao thức ATM: 4.1.Lớp vật lý 4.2.Lớp ATM 10 4.3.Lớp thích ứng ATM (AAL) 11 5.Phân loại lưu thoaïi ATM : 17 5.1.Tốc độ bit không đổi (Constant Bit Rate) 17 5.2.Tốc độ bit thay đổi (Variable Bit Rate ) 17 5.3.Tốc độ bit có sẵn ABR(Available Bit Rate) UBR(Unspecified Bit Rate) 18 6.Chất lượng dịch vụ (QoS :Quality of Service ) 19 Mục lục Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Chương II : Logic Mờ & Điều Khiển Mờ I.Giới thiệu logic mờ (fuzzy logic) : 22 II Điều khiển mờ : 25 1.Hệ thống điều khiển tự động : 25 1.1.Hệ thống điều khiển kín (closed loop control system) 26 1.2.Hệ thống điều khiển hở(open control system 26 1.3.Phân loại hệ thống điều khiển 26 1.3.1.Hệ tuyến tính phi tuyến 26 1.3.2.Hệ bất biến biến thiên theo thời gian 27 1.3.3.Hệ liên tục gián đoạn theo thời gian 27 1.3.4.Hệ đơn biến đa biến 27 1.3.5.Hệ thống thích nghi hệ thống không thích nghi 28 1.3.6.Hệ xác định (deterministic) hệ ngẫu nhiên 28 Cơ sở lý thuyết điều khiển mờ 28 2.1.Moâ Hình Toán 28 2.2.Nhận dạng hệ thống 30 2.3.Thieát keá hệ điều khiển 30 2.4.Bề mặt điều khiển (hay bề mặt định) 31 3.Cấu trúc điều khiển mờ (Fuzzy Logic Controller) 33 3.1.Bộ điều khiển mờ : 33 3.2.Nguyên lý điều khiển mờ: 34 Mục lục Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 3.2.1.Dao diện đầu vào 35 3.2.2.Thieát bị hợp thành 36 3.2.3.Khâu giao diện đầu (khâu chấp hành) 37 3.3.Các giả thiết trong thiết kế điều khiển mờ 37 3.4.Những nguyên tắc tổng hợp điều điều khiển mờ : 38 3.5.Các bước tổng hợp điều khiển mờ : 39 Chương III : Điều Khiển Lưu Lượng Chống Tắc Nghẽn Trong Hệ Thống ATM I.Giới thiệu : 41 II Những phương pháp quản lý lưu lượng điều khiển kết nối hệ thống ATM 41 II.1 Điều khiển mức mạng: 42 1.Quản lý loãi: 42 Sự định tuyến xác định dung lượng đường truyền: 42 2.1.Deterministic multiplexing 43 2.2 Statistical multiplexing 43 II.2 Điều khiển mức gọi mức cell : 44 1.Điều khiển chấp nhận kết nối(Connection Admission Control ) 44 2.Điều khiển thông số dùng (Usage Parameter Control): 44 2.1.Policing Algorithms : 45 Mục lục Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 2.2 Policing and Standardisation : 47 II.3.Traffic Shaping : 47 II.4 Cơ chế öu tieân (Priority Mechnisms) : 48 1.Cơ chế ưu tiên thời gian (time priority mechanisms) 48 2.Cơ chế ưu tiên không gian (Space Priority mechanisms ) : 48 2.1.Cơ chế đẩy (Pushout schems ) 48 2.2.Cơ chế chia sẻ đệm (Partial buffer sharing schems ) 49 III.Câùu trúc điều khiển phân cấp mờ dành cho hệ thống ATM: 50 III.1.Cấu trúc điều khiển phân cấp điều khiển mờ: 50 III.2.Điều khiển phân cấp mạng viễn thông: 50 III.3.Cấu trúc điều khiển phân cấp mờ mạng ATM: 53 Chương IV: ng Dụng Logic Mờ (Fuzzy Logic ) Để Điều Khiển Lưu Lượng Trong ATM I.Mô hình hệ thống : 57 II Toång quan : 59 III.Bộ dự đoán băng thông (Fuzzy Bandwidth Predictor : FBP) : 62 1.Giới thiệu : 62 2.Mô hình hệ thống : 62 3.Xaùc định băng thông (BW) cần thiết cho kết nối : 64 3.1 Gán tốc độ đỉnh (Peak Assignment ) 64 Mục lục Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 3.2 Gán băng thông tương đương (Statistical Bandwidth Assignment) 64 3.2.1 Fluid –Flow Approximation 64 3.2.2 Stationary Approximation 66 3.2.3 Keát luaän 67 Thiết kế dự đoán BW (Fuzzy Bandwidth Predictor: FBP) : 67 IV Xây dựng boä Fuzzy Congestion Controller (FCC) : 75 1.Mục đích 75 2.Giới thiệu : 75 3.Lớp dịch vụ ABR (Available Bit Rate) : 76 3.1 Các thông số ABR : 78 3.2 Cấu trúc cell RM (Resource Management) : 80 3.3 Điều khiển tốc độ nguồn ABR : 81 3.4 Thuật giải độ chia sẻ cân max-min 82 Bộ điều khiển lưu lượng chống tắc nghẽn 83 V Bộ điều khiển chấp nhận gọi (Fuzzy Admission Controller : FAC) : 90 VI Chương trình mô : 94 VI Một vài kết mô : 96 Tài liệu tham khảo 101 Mục lục Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ATM I.Hệ thống số đa dịch vụ (ISDN : Integrated Services Digital Network): Đặc tính ISDN cung cấp dịch vụ thoại(voice) dịch vụ khác thoại (non-voice) hệ thống Hệ thống ISDN có giao tiếp (interface) : - Truy xuất tốc độ (basic rate access) : bao gồm kênh 64bits/s kênh 16kbit/s dành cho báo hiệu (signaling) - Truy xuất tốc độ sở (primary rate access): kênh 1.544Mbits/s(hay kênh 2.048Mbits/s) với kênh báo hiệu 64kbits/s Loại thích hợp cho thoại Nhưng dịch vụ khác video , truyền thông tin mạng LAN yêu cầu băng thông lớn Do dẫn đến đời hệ thống thông tin đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) Khái niện Broadband ISDN ITU định nghóa sau : hệ thống mà có khả cung cấp dịch vụ mà tốc độ lơn tốc độ Primary rate access (1.544Mbits/s or 2.048 Mbits/s) Hiện B-ISDN có khả cung cấp dịch vụ mà tốc độ đạt 622Mbit/s Về mặt truyền dẫn đời hệ thống B-ISDN dẫn đến xuất mode truyền dẫn ATM (Asynchronous Transfer Mode) II Mode truyền dẫn : Mode truyền kỹ thuật truyền dẫn , hợp kênh , chuyển mạch hệ thống thông tin Hiện có kỹ thuật sau sử dụng : 1.Chuyển mạch mạch (circuit – switched networks) : trường hợp mạch thiết lập suốt trình kết nối nút cần trao đổi thông tin Mỗi kênh có băng thông cố định có khả hợp kênh lại thành liên kết (link) Khi mạch kết nối lưu thoại thông suốt khoảng thời gian kết nối Chương I : Tổng quan ATM Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 2.Chuyển mạch message (message – switched networks ) : mode xem đơn vị thông tin message phát hệ thống , không phụ thuột vào message khác Như cần phải thêm vào message trường mào đầu (header) để đích đến Sau thu message , nút (node )trung gian lưu lại xử lý xem node đến node truyền message đến node cách xử lý trường mào đầu (header) 3.Chuyển mạch gói (packet- switched networks) : mode chuyển mạch gói kết hợp mode Nhưng kích thước packet nhỏ nhiều so với message Như message phải chia thành nhiều packet trước phát Giống circuit – switched networks , gói (packet) xử lý độc lập gói (packet) hợp lại nơi thu (destination) chuyển đến người dùng(user) Luồng gói(packet streams) quản lý theo cách sau : 3.1 Datagram packet switching : gói xử lý riêng lẻ gói đường khác để đến nơi đến Như gói từ message có khả đến nơi đến không theo thứ tự 3.2 Virtual – circuit packet switching : kết nối End –to-end logic thiết lập giống chuyển mạch mạch Tất gói thừ message có kích thước có đường , thứ tự gói đảm bảo Tất mode kể chọn cho hệ thống B-ISDN Tuy nhiên , mode truyền B-ISDN cần có đặc điểm sau : - Cung cấp tất dịch vụ tương lai mà đặc điểm chưa biết Sử dụng nguồn tài nguyên hệ thống hiệu Tối ưu hóa phức tạp hệ thống chuyển mạch Tối ưu thời gian xử lý số đệm trung gian node Như sau xem xét , ta thấy mode ATM thích hợp cho hệ thống B-ISDN tích hợp ưu việt hệ thống kể Chương I : Tổng quan ATM Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung III Tổng quan ATM : Mode truyền dẫn bất đồng ATM(Asynchronous Transfer Mode) : Mode truyền dẫn thông tin dạng gói đặc biệt sử dụng kiểu ghép kênh không đồng B-ISDN truyền thông tin dịch vụ sở dòng liên tục gói có kích thước giống gọi tế bào ATM Như , thông tin dịch vụ trước hết chia thành kích cỡ đặc biệt ghép thành tế bào ATM Khi sử dụng kỹ thuật ATM , dung lượng kênh dịch vụ tính sở số tế bào ATM Tương ứng với , dung lượng thông tin truyền thể số tế bào độ tập trung thông tin tính sở mức độ phân bố tế bào ATM Trong dung lượng truyền dẫn định việc thiết lập gọi theo yêu cầu khách hàng , dung lượng truyền dẫn có khả thay đổi mềm dẻo tạo nên cho tất loại dịch vụ ATM chấp nhận loại dịch vụ kết nối kênh ảo tạo nên để truyền thông tin dịch vụ Trình tự ATM tế bào ATM kênh ảo định tạo nên chức lớp ATM thông tin báo hiệu cho việc thiết lập kết nối truyền theo tế bào ATM khác Như , nhờ có công nghệ ATM ta kết hợp dịch vụ B-ISDN khác Đó dịch vụ băng rộng băng hẹp tồn mạng viễn thông kích cỡ tế bào ATM Các dịch vụ có tốc độ bit không đổi tạo nên tế bào ATM phân bố đồng dịch vụ có tốc độ bit thay đổi phân bố rộng tạo nên loại tế bào ATM Ngòai dịch vụ thời gian thực tạo nên nhờ loại bỏ tượng trễ nhờ kênh ảo ATM qui định mô hình ham chiếu giao thức phân bậc cho việc truyền dẫn thông tin đối xứng thông tin truyền dẫn linh hoạt Các lớp thông tin qui định lớp vật lý , lớp ATM , lớp thích ứng (AAL)và lớp bậc cao Lớp ALL thực việc ghép tín hệu vào phần tải tin Lớp ATM thực chức liên quan đến tín hiệu ghép đầu tế bào ATM để truyền tải cách thông suốt lớp vật lý chuyển tế bào ATM thành dòng bit tín hiệu Tế bào ATM : Trong ATM thông tin phát gói có chiều dài cố định , gọi Cell ATM Những cell có chiều dài 53 octet Trong trường chứa thông tin người dùng có chiều dài 48 octet trường mào đầu header (chứa thông tin hệ thống việc định tuyến …, ) có chiều dài Chương I : Tổng quan ATM Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung octet Không giống hệ thống đồng (STM) mà chuyển mạch liệu phụ thuộc vào vị trí cấu trúc hành , việc chuyển mạch cell ATM dựa vào nhãn trường mào đầu (header) mà chứa thông tin định tuyến Trường thông tin (48) octet Header (5 octet) Octet 53 Octet Hình 1.1 : Tế bào ATM (an ATM cell) 2.1 Cấu trúc cell mào đầu : Octets GFC VPI VPI VCI VCI CLP VCI PT HEC bits Hình 1.2 : Cấu trúc cell mào đầu Header cell(cell mào đầu) dùng để định tuyến nhữnh cell điểm chuyển mạch bao gồm trường có chức khác : - Genetic Flow Control (GFC) :phần điều khiển chung cho luồng tín hiệu - VPI : mức cao việc định tuyến ATM cell, đại diện cho tập hợp kết nối kênh ảo VC (virtual channel) - VCI : mức thấp việc định tuyến ATM cell , đại diện cho kết nối kênh ảo - PT (Payload Type ) : cho biết loại tải chứa ATM cell (ví dụ cells bảo trì , cell thông tin …) - HEC (Header Error Check ) : thực hiệc việc check sum để phát lỗi Chương I : Tổng quan ATM Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Chú ý dung lượng tối thiểu cấp cho ABR tốc độ tối thiểu nguồn ABR Dung lượng ABR chia cho nguồn kích hoạt Độ chia sẻ công = Dung lượng ABR / Số mạch ảo hoạt động 3.4 Thuật giải độ chia sẻ cân max-min Thuật giải chia sẻ công max-min dùng định tốc độ lớn cho nguồn có tốc độ nhỏ nguồn có tốc độ đạt độ ưu tiên chia sẻ Giả sử xi tốc độ nguồn thứ I n nguồn Vectơ định tốc độ {x1, x2, …, xn} xác định cho tất nguồn tương ứng thực sau: kiếm đường mạch ảo dễ nghẽn mạch có tốc độ truyền cho phép nhỏ nhất(min) chia tốc độ ưu tiên cho cách công mạch kết nối ảo(max) đạt tốc độ nghẽn lớn Sau ta dời mạch ảo tính toán khỏi mạng Lúc ta giảm khoảng mạch ảo cần tính toán n-1 lần ta ta tính toán hết đường truyền mạng Khi hết nguồn nghẽn đường truyền lúc mạch ảo chia sẻ công sau: Bi lại = B /m B: băng thông lại M: số nguồn không nghẽn B Một cách tổng quát ta có vài thuật giải chia sẻ công sau: Ta định nghóa vài thông số sau: B : Băng thông lại đường truyền N : số nguồn đường truyền MCRi : tốc độ cell nhỏ cho mạch ảo thứ i M= ∑ MCRi : toàn băng thông dùng cho tốc độ MCRs cho tất mạch ảo kết nối Wi : Trọng số dùng để định đến kết nối I Bi : Tốc độ tính tóan cho kết nối I Dưới vài thuật giải chia sẻ công mà ta dùng: Thuật giải max-min : Bi = B/n Băng thông có chia sẻ công n mạch ảo kết nối MCR cộng với độ chia sẻ đồng đều: B Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 82 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Tốc độ trường hợp tốc độ MCR cộng với độ chia xẻ đồng băng thông lại thu hiệu băng thông B tổng tốc độ MCRs Bi = MCR I + (B – M)/n Tốc độ cell nhỏ nhất: Tốc độ trường hợp tốc độ cực đại giá trị MCR vaø Max-min share Bi = max( MCRi , Max-min share) Hệ số tỉ lệ tới MCR: Tốc độ trường hợp tính toán theo tỉ lệ tương ứng với MCR Bi = MCRi * B/ M B B 4.Bộ điều khiển lưu lượng chống tắc nghẽn (fuzzy congestion controller:FCC) : Dựa ưu điểm logic mờ , ngăn ngừa hạn chế tắc nghẽn Như hình 4.2 , ngõ FCC hành động điều khiển y , mà hành động phụ thuộc vào tập đại lượng q , Δq , Pt từ đo lường luật điều khiển xây dựng bên Các luật xây dựng sẵn Một giá trị y âm (negative) hệ thống có nguy hay bị tắc nghẽn theo chừng mực yêu cầu kết nối tương lai có hội chấp nhận có khả cell bị đánh dấu hay bị loại bỏ(nguyên tắc đánh dấu cell hay loại bỏ cell trình bày chương 1) Một giá trị y dương(possitive) hệ thống nguy bị tắc nghẽn , yêu cầu kết nối tương lai chấp nhận Bộ điều khiển tốc độ (Rate manager : RM) gởi lệnh hồi tiếp tăng tốc độ cho nguồn hữu mạng Lệnh gởi đến nguồn ABR (Available Bit Rate) nguồn ABR phép sử dụng phần băng thông trống hệ thống thoã mãn QOS Nhắc lại đại lượng vào : q , Δq , Pt , y (chiều dài hàng đợi(buffer) , tốc độ gia tăng hàng đợi , xác suất cell, giá trị điều khiển tốc độ ) Việc xác định miền giá trị cho đại lượng q , Δq , Pt quan trọng Xuất phát từ yêu cầu điều khiển lưu lượng ATM , ta xác định miền giá trị cho đại lượng q , Δq , Pt sau : - Chiều dài hàng đợi q : [0 1000 ]cells Tốc độ gia tăng hàng đợi Δq : [-100 100] cells Xác suất cell Pt : [0 1]; chọ xác suất cell chuẩn 10-5 Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 83 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM - GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Giá trị điều khiển tốc độ y : [-1 1]; Số lượng tập mờ : Như trìng bày chương , số lượng giá trị ngôn ngữ nằm khoảng 3->10 Nếu nhỏ không bao quát tình , lớn 10 khó điều khiển phức tạp , ta chọn tập ngôn nhữ sau cho q,Δq , Pt ,y : T(q) = {Short , Medium , Long} = {S,M,L} ; (Ngắn , vừa , dài) T(Δq) = {Negative , Possitive } ={N,P}; (Dương , Âm) T(Pt) = {Safe, Danger} = {Sa , Da} ; (An toàn , Nguy hiểm) T(y) = {Decrese More , Decrease Slightly, No Control , Increase Slightly , Increese More} = {DM , DS ,NC , IS , IM}; (Giảm nhiều , Giảm , Không đổi , Tăng , Tăng nhiều) Xây dựng hàm thành viên : Hàm thành viên cho q : Giả sử chiều dài đệm Bufferlen cells nhập từ người sử dụng (chương trình) : hàm thành viên cho q xây dựng sau : μS μM μL = g[q;0, Bufferlen/4,0, Bufferlen/4] = f[q; Bufferlen/2, Bufferlen/4, Bufferlen/4] = g[q;3 Bufferlen/2, Bufferlen, Bufferlen,0] Xây dựng hàm thành viên ngôn ngữ MATLAB sau : buffer = Bufferlen; %cell cell =53*8 byte a = newfis('controller'); a.input(1).name = 'Q'; a.input(1).range =[0 buffer]; a.input(1).mf(1).name = 'S'; a.input(1).mf(1).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(1).params =[0 buffer/4 buffer/2]; a.input(1).mf(2).name = 'M'; a.input(1).mf(2).type = 'trimf'; a.input(1).mf(2).params =[buffer/4 buffer/2 3*buffer/4]; Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 84 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung a.input(1).mf(3).name = 'L'; a.input(1).mf(3).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(3).params =[buffer/2 3*buffer/4 buffer buffer]; Thường ta chọn Bufferlen = 1000 cells Ta có hình dạng hàm thành viên sau : S Degree of membership M L 0.8 0.6 0.4 0.2 0 200 400 600 800 1000 Q Hình 4.14 : Hàm thành viên cho Q Hàm thành viên cho Δq : ta xây dựng hàm thành viên Δq nhö sau : μN μP = g[Δq; -100,-1,0,2] = g[Δq ; 1,100,2,0] Xây dựng hàm thành viên Δq ngôn ngữ MATLAB sau : a = newfis('controller'); a.input(1).name = 'deltaQ'; a.input(1).range =[-100 100]; a.input(1).mf(1).name = 'N'; a.input(1).mf(1).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(1).params =[-100 –100 –1 1]; a.input(1).mf(2).name = 'P'; a.input(1).mf(2).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(2).params =[-1 100 100]; Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 85 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Hàm thành viên Δq có dạng nhö sau : Degree of membership N P 0.8 0.6 0.4 0.2 -100 -50 deltaQ 50 100 Hình 4.15 : Hàm thành viên cho Δq μSa μDa Hàm thành viên cho Pt : ta xây dựng hàm thành viên Pt sau : Chọn xác suất cells theo yêu cầu hệ thống 10-5 = g[pt ; 0,10-4,0,10-4] = g[pt ; 2.10-4 ,1 , 10-4 , 0] Xây dựng hàm thành viên Pt ngôn ngữ MATLAB sau : a = newfis('controller'); a.input(1).name = 'P'; a.input(1).range =[0 1]; a.input(1).mf(1).name = 'Sa'; a.input(1).mf(1).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(1).params =[0 0.0001 0.0002];&10-4 a.input(1).mf(2).name = 'Da'; a.input(1).mf(2).type = 'trapmf'; a.input(1).mf(2).params =[0.0001 0.0002 1]; Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 86 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM μDM μDS μNC μIS μIM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Hàm thành viên cho y : ta xây dựng hàm thành viên y nhö sau : = f[y;-1,0,0.5] = f[y;-0.5,0.5,0.5] =f[y;0,-0.5,0.5] =f[y;0.5,0.5,0.5] =f[y;1,0.5,0] Xây dựng hàm thành viên y ngôn ngữ MATLAB nhö sau : a.output(1).name ='y'; a.output(1).range =[-1 1]; a.output(1).mf(1).name = 'DM'; a.output(1).mf(1).type ='trimf'; a.output(1).mf(1).params =[-1 -1 -0.5]; a.output(1).mf(2).name = 'DS'; a.output(1).mf(2).type ='trimf'; a.output(1).mf(2).params =[-1 -0.5 0]; a.output(1).mf(3).name = 'NC'; a.output(1).mf(3).type ='trimf'; a.output(1).mf(3).params =[-0.5 0.5]; a.output(1).mf(4).name = 'IS'; a.output(1).mf(4).type ='trimf'; a.output(1).mf(4).params =[0 0.5 1]; a.output(1).mf(5).name = 'IM'; a.output(1).mf(5).type ='trimf'; a.output(1).mf(5).params =[0.5 1]; Hàm thành viên cho y có daïng sau : Degree of membership DM DS NC IS IM -0.5 y 0.5 0.8 0.6 0.4 0.2 -1 Hình 4.16 : Hàm thành viên cho y Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 87 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Xây dựng luật hợp thành mờ : Quá trình xây dựng luật hợp thành mờ hệ thống điều khiển mờ phần quan trọng Nó định tính ổn định, tính xác hệ thống Trong xây dựng luật điều khiển ( mệnh đề hợp thành) cần lưu ý vùng lân cận điểm không, không tạo lỗ hổng trường hợp điều khiển không làm việc trình tự định trước điều khiển đưa định được, gọi tượng “cháy nguyên tắc” Do trình xây dựng luật điều khiển, cần xét nhiều đến khả hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm kiến thức người xây dựng luật Như vào miền giá trị ngôn ngữ biến vào ; q,Δq , Pt ,y Các luật điều khiển xây dựng sau : Rule q S S S S M M Δq N N P P N N Pt Sa Da Sa Da Sa Da y IM IM IS IM IS IS Rule 10 11 12 Q M M L L L L Δq P P N N P P Pt Sa Da Sa Da Sa Da y DS NC NC NC DS DM Các luật hiểu sau : Rule : If q is Short And Δq is Negative And Pt is Safe Then y is Increase More Rule 12 : If q is Long And Δq is Possitive And Pt is Danger Then y is Decrease More Chọn thiết bị hợp thành : Sau tiên hành xây dựng luật hợp thành mờ, ta thực việc lựa chọn thiết bị hợp thành mờ Có nhiều nguyên tắc để chọn thiết bị hợp thành mờ (đã đề cập chương 2): + Sử dụng công thức max – ; max-PROD + Sử dụng tổng Einstein + Sử dụng tổng trực tiếp Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 88 Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung + Sử dụng công thức Lukasiewics có luật sum-min ; sum-PROD Trong nguyên tắc nguyên tắc , công thức max –min sử dụng nhiều , co nhiều ưu điểm Do , phần ta sử dụng thiết bị hợp thành mờ theo công thức max-min Chọn nguyên lý giải mờ (rõ hóa) Giải mờ khâu cuối nằm điều khiển mờ Bản thân tín hiệu đầu hợp thành mờ giá trị mờ Do đó, để có giá trị rõ phục vụ cho trình điều khiển ta cần chuyển đổi giá trị mờ thành giá trị rõ Quá trình gọi trình giải mờ Hiện người ta sử dụng hai phương pháp giải mờ Đó phương pháp cực đại phương pháp điểm trọng tâm Việc lựa chọn phương pháp giải mờ gây ảnh hưởng đến độ phức tạp trạng thái làm việc toàn hệ thống cho kết gần Thông thường thiết kế hệ thống điều khiển mờ, giải mờ phương pháp điểm trọng tâm có nhiều ưu điểm kết thu có tham gia tất luật điều khiển Do phần ta sử dụng phương pháp điểm trọng tâm Chương : Ứng dụng Fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 89 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung VI Chương trình mô : Mô tả : Nguồn VBR (Variable Bit Rate): có tham số đặc trưng sau : - Tốc độ đỉnh Rp - Tốc độ trung bình Rm - Thời gian trung bình Tp : Thời gian trung bình mà nguồn ON/OFF phát tốc độ đỉnh - Thời gian tồn : Thời gian mà nguồn tồn hệ thống Nguồn ABR ( Available Bit Rate) : có thông số sau - Tốc độ nhỏ Rmin: tốc độ nhỏ nguồn Hệ thống phải dành lượng băng thông tối thiểu Rmin cho nguồn - Tốc độ khởi tạo : Tốc độ bắt đầu nguồn - Thời gian tồn : thời gian mà nguồn ABR tồn hệ thống Một vài kết mô 94 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung Tham số hệ thống : Giá trị xuất : Sau nguồn VBR khai báo thông số quan trọng xong , chương trình dự đoán băng thông cần thiết cho nguồn Kết xuất BW cho nguồn VBR cho biết hệ thống có chấp nhận hay không (phụ thuộc vào tải hệ thống) Thực : - Nút Xác định BW cho nguồn VBR : Khi bấm nút , kết dự đoán BW cho nguồn VBR xuất phần giá trị xuất - Nút Sơ Đồ Khối : Cho xem sơ đồ khối hệ thống - Nút Giới Thiệu : giới thiệu tóm tắt - Nút mô : Thực mô Nếu hệ thống cho phép nguồn VBR vào , phần băng thông cò lại hệ thống chia sẻ cho nguồn VBR Hệ thống cho phép nguồn ABR sử dụng phần băng thông lại hệ thống Do tốc độ nguồn ABR tăng lên , tăng phụ thuộc vào hệ số hồi tiếp Một vài kết mô : Một vài kết mô 95 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 4 Toc cho phep nguon ABR x 10 18 16 16 14 14 12 12 10 10 kbps kbps 18 GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 8 6 4 2 0 50 100 150 200 250 300 milliseconds 350 400 450 500 Toc cho phep nguon ABR x 10 0 100 200 300 milliseconds 400 500 Nhận xét : Nguồn ON /OFF có tốc độ đỉnh 9Mbps , nguồn ABR có tốc độ nhỏ 20Mbps Chương trình dự đoán BW cho nguồn VBR 8.716Mbps Như hệ thống tiết kiệm 0.284Mbps Phần băng thông lại chia sẻ cho nguồn ABR Hình biểu diễn tốc độ mà nguồn ABR ABR phát Một vài kết mô 96 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM 4 Toc cho phep nguon ABR x 10 18 16 16 14 14 12 12 10 10 kbps k bps 18 GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 8 6 4 2 0 100 200 300 milliseconds 400 500 Toc cho phep nguon ABR x 10 100 200 300 milliseconds 400 500 Nhận xét : Nguồn VBR có tốc độ đỉnh 6Mbps , nguồn ABR có tốc độ nhỏ 20Mbps Chương trình dự đoán BW cho nguồn VBR 5.727Mbps Như hệ thống tiết kiệm 0.273Mbps Phần băng thông lại chia cho nguồn ABR Nhưng nguồn ABR tồn 100 ms nguồn ABR2 tồn 500ms Do , từ khoảng thời gian 200ms ->500ms băng thông lại hệ Một vài kết mô 97 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung thống dành trọn cho nguồn ABR2 Hình biểu diễn tốc độ mà nguồn ABR ABR phát 4 18 16 16 14 14 12 12 10 10 k bps k bps 18 Toc cho phep nguon ABR x 10 8 6 4 2 0 100 200 300 milliseconds 400 500 Toc cho phep nguon ABR x 10 0 100 200 300 milliseconds 400 500 Nhận xét : Nguồn ON/OFF (VBR) có tốc độ đỉnh 50Mbps nguồn ABR có tốc độ nhỏ 50Mbps Chương trình dư đoán BW cho nguồn VBR 47.5Mbps Như hệ thống không đủ tài nguyên Do hệ thống không chấp Một vài kết mô 98 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung nhận nguồn VBR thời điểm Hình biểu diễn tốc độ mà nguồn ABR ABR phát 4 Toc cho phep nguon ABR x 10 18 16 16 14 14 12 12 10 10 k bps k bps 18 8 4 Toc cho phep nguon ABR x 10 200 400 600 milliseconds 800 1000 0 200 400 600 milliseconds 800 1000 Nhận xét : Nguồn VBR có tốc độ đỉnh 50Mbps nguồn ABR có tốc độ nhỏ 20Mbps Chương trình dự đoán BW cho nguồn VBR 47.5Mbps Băng thông lại chia sẻ cho nguồn ABR Tuy nhiên nguồn VBR tồn Một vài kết mô 99 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung 500ms Do , từ khỏang thời gian 500ms -> 1000ms , Tốc độ cho phép nguồn ABR tăng lên Một vài kết mô phoûng 100 ... lạnh Trong Chương II :Logic mờ & điều khiển mờ 23 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.Ts Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung điều khiển logic (fuzzy) thường sử dụng. .. neuron (hệ thần kinh), hay hệ thống điều khiển thiết kế mà không cần biết trước mô hình đối tượng Chương II :Logic mờ & điều khiển mờ 34 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD... 40 Ứng dụng fuzzy logic để điều khiển lưu lượng ATM GVHD : PGS.TS Vũ Đình Thành HVTH : Trương Quang Trung CHƯƠNG III ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯNG CHỐNG TẮC NGHẼN TRONG HỆ THỐNG ATM I.Giới thiệu : Hệ thống