Tìm hiểu và nghiên cứu điều khiển tắc nghẽn trong mạng ngn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ_VIỄN THÔNG - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HC Đề tài: TèM HIU V NGHIấN CU IU KHIN TC NGHN TRONG MNG NGN Giáo viên h-ớng dẫn : ThS Nguyễn Phúc Ngọc Sinh viªn thùc hiƯn : Lê Sỹ Đồn Líp : 47K - §TVT vinh - 05/ 2011 LỜI NĨI ĐẦU Mạng viễn thơng nước giới Việt Nam chuyển dần đến mạng hệ sau NGN tiến tới IP hóa với mục tiêu lúc-mọi nơi phương tiện Nhu cầu dịch vụ mạng ngày đa dạng, phong phú đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác 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, mà tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Trong q trình tìm hiểu, em chọn đề tài “Tìm hiểu Nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN ” Đồ án gồm chương: - Chương 1: giới thiệu tổng quan mạng hệ sau - Chương 2: Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch giao thức - Chương 3: điều khiển tắc nghẽn mạng NGN Tuy nhiên, mạng NGN mạng rộng lớn điều khiển chống tắc nghẽn vấn đề phức tạp, mạng ngày phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ ngày nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt biến đổi động,…Do điều kiện thời gian kiến thức hạn hẹp nên phần trình bày em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện tử viễn thông, đặc biệt cảm ơn thầy Nguyễn Phúc Ngọc, tận tình hướng dẫn cho em hồn thành đề tài Vinh, ngày 25 tháng 05 năm 2008 Sinh viên thực Lê Sỹ Đoàn MỤC LỤC MỤC LỤC Danh sách hình vẽ Danh sách hình vẽ Danh sách bảng biểu Danh sách bảng biểu Bảng chữ viết tắt Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ SAU 12 1.1 Giới thiệu chương 12 1.2 Mạng viễn thông hệ sau 12 1.2.1 Định nghĩa 12 1.2.2 Đặc điểm NGN 13 1.2.3 Nguyên nhân xây dựng mạng hệ sau 15 1.3.4 Sự triển khai từ mạng có lên mạng NGN 15 1.3 Cấu trúc mạng NGN 18 1.3.1 Lớp truyền dẫn truy cập 21 1.3.1.1 Phần truyền dẫn 21 1.3.1.2 Phần truy cập 22 1.3.2 Lớp truyền thông 22 1.3.3 Lớp điều khiển 23 1.3.4 Lớp ứng dụng 25 1.3.5 Lớp quản lý 25 1.4 Tổng kết chương 26 Chương CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTWITCH VÀ CÁC GIAO THỨC TRONG NGN………………………………………………27 2.1 Công nghệ chuyển mạch mềm softwitch 27 2.2.1 Định nghĩa chuyển mạch mềm softwitch 27 2.2.2 Vị trí Softswitch mơ hình phân lớp chức mạng NGN 28 2.2.3 Các thành phần softwitch 29 2.2.4 Hoạt động softwitch 31 2.2.5 Ưu điểm ứng dụng softwitch 33 2.2.5.1 Ưu nhược điểm 33 2.2.5.2 Ứng dụng 35 2.3 Giao thức phiên SIP 36 2.3.1 Tổng quan giao thức SIP 36 2.3.2 Các tin SIP 39 2.3.3 Khả tìm gọi song song SIP 42 2.3.4 Quá trình thiết lập gọi SIP 42 2.3.5 SIP-T 44 2.4 Giao thức H.323 45 2.4.1 Tổng quan giao thức H.3.23 45 2.4.2 Cấu trúc thành phần H.3.2.3 46 2.4.2.1 Thiết bị đầu cuối (Terminal) 47 2.4.2.2 Gatekeeper 48 2.4.2.3 MCU – Multipoin Cntrol Unit 49 2.4.3 Vùng hoạt động H.323 50 2.4.4 Các giao thức thuộc họ H.323 51 2.4.4.1 Giao thức báo hiệu RAS (h.225.0) 51 2.4.4.2 Giao thức báo hiệu gọi H.225 51 2.4.4.3 Giao thức báo hiệu điều khiển H.245 53 2.4.5 Quá trình báo hiệu gọi 55 2.4.5.1 Thiết lập gọi 56 2.4.5.2 Thiết lập kênh truyền ảo 56 2.4.5.3 Cung cấp dịch vụ 57 2.4.6 So sánh H.323 SIP 58 2.5 Giao thức BICC 60 2.5.1 Tổng quan BICC 60 2.5.2 Kiến trúc BICC 62 2.5.2.1 Mơ hình mạng 62 2.5.2.2 Mơ hình giao thức 65 2.6 Giao thức MEGACO 65 2.6.1 Giao thức MGCP 65 2.6.1.1 Tổng quan MGCP 65 2.6.1.2 Kiến trúc MGCP 66 2.6.1.3 Sử dụng giao thức SDP 67 2.6.1.4 Các lệnh đáp ứng MGCP 67 2.6.2 Giao thức MEGACO 70 2.7 Tổng kết chương 71 Chương ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 73 3.1 Giới thiệu chương 73 3.2 Vấn đề tắc nghẽn NGN 73 3.2.1 Nguyên nhân xảy tắc nghẽn 74 3.2.2 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn 75 3.3 Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 76 3.3.1 Các đặc điểm chung 76 3.3.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 77 3.3.2.1 DECbit 77 3.3.2.2 Điều khiển chống tắc nghẽn TCP 77 3.3.3 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn 79 3.3.3.1 EWA (Explicit Window Adaptation) FEWA (Fuzzy EWA) 79 3.3.3.2 ETCP (Enhanced TCP) 81 3.3.3.3 XCP (Explicit Control Protocol) 82 3.3.3.4 FBA-TCP (Fair Bandwidth Allocation for TCP) 87 3.3.3.5 CSFQ (Core-Stateless Fair Queueing) 88 3.3.3.6 QS-TCP (Quick Start TCP): 92 3.3.4 Phân loại 92 3.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn 93 3.4.1 Tính hiệu (Efficient) 93 3.4.2 Tính bình đẳng (Fairness) 94 3.4.3 Tính hội tụ (Convergence) 95 3.4.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) 95 3.4.5 Độ mịn điều khiển (Smoothness) 96 3.4.6 Tính phân tán (Distributedness) 96 3.5 Thuật toán tăng giảm 97 3.5.1 Thuật toán tăng giảm 97 3.5.2 Biểu diễn thuật toán vector 100 3.6 Kết luận chương 103 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI 104 Danh sách hình vẽ Chương Hình 1.2 Nhu cầu tiến hố mạng 16 Hình 1.3 Sự hội tụ mạng 18 Hình 1.4 Cấu trúc mạng hệ sau ( góc độ mạng) 19 Hình 1.5 Cấu trúc mạng dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) 19 Hình 1.6 Cấu trúc lý luận NGN………………………………… …… 18 Hình 1.7 Cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ 24 Chương Hình 2.1 Vị trí chuyển mạch mềm Softswitch mơ hình phân lớp mạng NGN 28 Hình 2.2 Kết nối MGC với thành phần khác mạng NGN 29 Hình 2.3 Chức Mediaway Controller 30 Hình 2.4 Giao thức sử dụng thành phần 31 Hình 2.5 Các thành phần báo hiệu SIP 36 Hình 2.6 Quá trình thiết lập gọi qua proxy server 43 Hình 2.7 SIP cầu nối báo hiệu hai Softswitch 45 Hình 2.8 Kiến trúc mạng H.323 phần tử 46 Hình 2.9 Cấu trúc thiết bị đầu cuối H.323 47 Hình 2.10 Cấu tạo Multipoint Control Unit 50 Hình 2.11 Mơ hình hoạt động H.323 50 Hình 2.12 Quá trình thiết lập gọi 56 Hình 2.13 Mơ hình mạng chức BICC CS1 62 Hình 2.14 Mơ hình chức BICC CS2 64 Hình 2.15 Q trình chuẩn hóa MEGACO 70 Chương Hình 3.1 Hiện tượng xảy tắc nghẽn 73 Hình 3.2 Hiệu việc điều khiển tắc nghẽn 74 Hình 3.3 Mơi trường mạng hỗn tạp NGN 74 Hình 3.4 Quá trình diễn tắc nghẽn 75 Hình 3.5 Cửa sổ tắc nghẽn 78 Hình 3.6 Header chống tắc nghẽn gói liệu/xác nhận XCP 82 Hình 3.7 Kết nối TCP đơn qua vùng router có khả CSFQ 88 Hình 3.8 Vùng router biên (E) lõi ( C) với khả CSFQ 89 Hình 3.9 Độ nhạy (responsiveness) độ mịn (smoothness) 96 Hình 3.10 Hệ thống gồm n người dùng chia sẻ mạng 98 Hình 3.11 Vector biểu diễn cho người dùng 100 Hình 3.12 AIMD hội tụ đến điểm tối ưu 102 Hình 3.13 AIAD không hội tụ 102 Danh sách bảng biểu Bảng 2.1 Các trạng thái server 40 Bảng 2.2 Các yêu cầu liên mạng SS7-SIP 44 Bảng 2.3 So sánh SIP H.323 58 Bảng 2.4 Một số mã trả 69 BẢNG TRA CÁC TỪ VIẾT TẮT A ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường truyền thuê bao số bất đồng AIAD Additive Increase Additive Decrease Tăng cộng giảm cộng AIMD Additive Increase Multiplicate Decrease Tăng cộng giảm nhân API Application Program Interface Giao diện ứng dụng AGC Access Gateway Controller Bộ điều khiển cổng truy cập ARWND Advertised Receiver Window Cửa sổ nhận quảng bá ATM Asynchronous Transfer Mode Mode truyền dị C CATV Community Antenna Television Truyền hình cáp CAVT Congestion-Avoidance Visualization Tool Cơng cụ mô tránh tắc nghẽn CSFQ Core-Stateless Fair Queueing Xếp hàng bình đẳng khơng trạng thái router lõi CWND Congestion Window Cửa sổ tắc nghẽn E EC Efficiency Controller Bộ điều khiển hiệu ETCP Enhanced TCP TCP tăng cường EWA Explicit Window Adaptation Sự tương thích cửa sổ rõ F FBA-TCP Fair Bandwidth Allocation for TCP Phân bổ băng thông hợp lý cho TCP FC Fairness Controller Bộ điều khiển bình đẳng FEWA Fuzzy Explicit Window Adaptation G GPRS General System for Radio Service Tiện ích liên lạc khơng dây theo gói GSM Global System for Mobile Telecom Hệ thống thơng tin di động tồn cầu I IAD Integrated Access Device Thiết bị truy cập tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv6 Internet Protocol Version Giao thức Internet phiên ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số tích hợp đa dịch vụ ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế M MGW Media Gateway Cổng truyền thông MIAD Multiplicate Increase Additive Decrease Tăng nhân giảm nhân MIMD Multiplicate Increase Multiplicate Decrease Tăng nhân giảm nhân MSS Maximum Segment Size Kích cỡ đoạn lớn N NGN Next Generation Network Mạng hệ sau P PABX Private Automatic Branch Exchange Tổng đài nhánh riêng tự động PLMN Public Land Mobile Network Mạng thông tin di động mặt đất công cộng POTS Plain Old Telephone Service Mạng điện thoại công cộng PSDN Public Switched Data Network Mạng chuyển mạch liệu công cộng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công cộng Q QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QSR Quick-Start Request Yêu cầu bắt đầu nhanh QS-TCP TCP Quick-Start TCP khởi đầu nhanh R RED Random Early Detection 10 Nếu Aˆ  C tất khoảng Kc, đường truyền giả thiết bị tắc nghẽn Nếu Aˆ  C tất khoảng Kc, đường truyền giả thiết không bị tắc nghẽn Giá trị cho tốc độ phân bổ bình đẳng ước lượng ˆ tính sau khoảng mà đường truyền phân loại thành bị tắc nghẽn không tắc nghẽn Nếu đường truyền bị tắc nghẽn ˆ cập nhật sau: ˆ new  C ˆ old Fˆ (3.21) Nếu đường truyền không tắc nghẽn ˆ new thiết lập tốc độ lớn luồng tích cực bất kỳ, tức là, đến nhãn lớn gói, suốt khoảng thời gian Kc Thêm vào đó, hai đốn dùng để giới hạn dao động tính toán ˆ liên tiếp  Sau hàng bị tràn, ˆ bị giảm phân số nhỏ cố định, chẳng hạn, 0.01  Để tránh điều chỉnh lại, giảm ˆ phải giới hạn 0.25 giá trị trước ˆ dùng để tính tốn xác suất giảm gói luồng Với luồng i, bit đến bị giảm router lõi với xác suất:  ˆ  Pi  max 0,1   rˆi   (3.22) Nếu gói luồng i bị giảm, tốc độ ri luồng i thay đổi đến xấp xỉ ˆ , tốc độ đến luồng i router lõi hay biên xấp xỉ ˆ Do đó, gói luồng i phải dán nhãn lại với:  label inew  ˆ , label iold  (3.23) Do đó, sau gói qua router biên phía nhận luồng nhãn gói chứa tốc độ luồng mà thành phần mạng CSFQ cung cấp Thơng tin truyền đến phía nhận truyền trở lại phía gởi để 91 điều chỉnh tải mà phía gởi đặt vào mạng Nhưng CSFQ không cung cấp cấu phản hồi chống tắc nghẽn rõ Chỉ có gói bị router lõi biên phần mạng có khả CSFQ dùng để góp phần khai báo ẩn cho phía gởi tắc nghẽn (đang đe dọa) đoạn mạng 3.3.3.6 QS-TCP (Quick Start TCP): QS-TCP (Quick Start TCP) đề xuất năm 2002 Jain Floyd cách để tăng cửa sổ khởi tạo kết nối TCP Trong thủ tục thiết lập kết nối TCP (TCP SYN TCP SYN/ACK) phía gởi TCP chèn yêu cầu bắt đầu nhanh (Quick Start Request) vào gói TCP, tốc độ khởi tạo mà phía gởi muốn truyền Mỗi định tuyến dọc theo đường truyền xác nhận liệu đáp ứng yêu cầu lưu lượng Nếu đáp ứng u cầu truyền yêu cầu QS đi, ngược lại giảm tốc độ liệu đến giá trị phù hợp Để làm điều định tuyến cần thiết phải giám sát khác trọng tải dung lượng sẵn sàng yêu cầu QS thời gian gần Khi yêu cầu QS (QS request) tới TCP phía nhận, đáp ứng QS (QS response) tương ứng tạo chèn vào thông báo nhận gửi trở phía gửi Nhận đáp ứng QS, phía gởi điều chỉnh cửa sổ chống tắc nghẽn khởi tạo theo tốc độ liệu đáp ứng QS Để tránh lưu lượng bùng phát, phía gởi tăng liệu bước vào cửa sổ khởi tạo QSTCP đòi hỏi tất định tuyến, phía gửi phía nhận hỗ trợ khởi tạo nhanh (QS) 3.3.4 Phân loại Theo đặc điểm chung nêu trên, phương pháp điều khiển tắc nghẽn phân loại sau: Điều khiển tắc nghẽn vòng hở (Open-loop congestion control) kết hợp điều khiển tiếp nhận, kiểm sốt ngun lý thùng rị (leaky bucket) Trong khơng có thơng tin phản hồi từ mạng phía nhận 92 Điều khiển chống tắc nghẽn vịng kín (Close-loop congestion control) dựa trạng thái mạng với giám sát tắc nghẽn điều khiển lưu lượng dựa thơng tin phản hồi Trong đó, thơng tin phản hồi là:  Phản hồi ẩn (implicit feedback) nguồn phát sử dụng thời gian chờ (time-out) để xác định liệu có xảy tắc nghẽn hay khơng Ví dụ: điều khiển chống tắc nghẽn TCP thực theo kiểu  Phản hồi rõ (explixit feedback) số tin tường minh gửi đến nguồn phát Điều khiển theo tốc độ: điều khiển cách trực tiếp tốc độ truyền phía gửi (nguồn gửi tin) Điều khiển theo kích thước cửa sổ: điều khiển gián tiếp tốc độ truyền thông qua việc thay đổi kích thước cửa sổ (số gói tin số byte tồn đó) 3.4 Các tiêu ch đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn Trong phần đề xuất số tiêu chí đánh giá dựa sở tiêu chí truyền thống, song có xem xét đến đặc tính mơi trường mạng NGN Những tiêu chí dùng cho phân tích, đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm: 3.4.1 Tính hiệu (Efficient) Tính hiệu định nghĩa tỉ số tổng tài nguyên phân phối cho ứng dụng tổng tài nguyên mong muốn điểm Knee mạng, nghĩa trước thời điểm mạng xảy bão hòa Nếu Xgoal biểu thị mức lưu lượng đưa vào mong muốn điểm Knee, X(t) biểu thị tổng tài nguyên phân phối cho ứng dụng, nghĩa X (t )   xi (t ) , tính hiệu xác định tỉ số:   X (t ) X goal 93 (3.24) Quá tải X (t)  X  hay mức tải X (t)  X goal goal  không mong muốn coi khơng có hiệu Thuật toán hiệu η tiến gần tới 1, nghĩa X(t) tiến gần tới Xgoal Chú ý, tính hiệu có liên quan đến tổng lượng phân phối lượng phân phối khác hai hiệu miễn tổng lượng phân phối gần đến “goal” Sự phân bố tổng lượng phân phối người dùng đo tiêu bình đẳng 3.4.2 Tính bình đẳng (Fairness) Khi nhiều người dùng chia sẻ tài nguyên, tất người dùng lớp dịch vụ phải có chia sẻ tài nguyên Thường phân bổ khơng cách xác, mức độ bình đẳng đo số bình đẳng Chỉ số bình đẳng định nghĩa khái quát sau:  x  F ( x)  n(  x ) i (3.25) i Chỉ số có đặc tính sau đây:   F x   Lượng phân phối bình đẳng (với tất lượng xi nhau) có tính bình đẳng lượng phân phối khơng bình đẳng (với tất tài nguyên dùng cho người) có tính bình đẳng 1/n đạt đến n tiến tới vơ  Tính bình đẳng độc lập vào thang đo, tức là, đơn vị đo khơng quan trọng  Tính bình đẳng hàm liên tục Một vài thay đổi nhỏ lượng phân bố thấy tính bình đẳng  Nếu có k n người dùng chia sẻ tài nguyên với (n k) người dùng không nhận tài ngun nào, tính bình đẳng khái niệm Ta có đặc tính khác Thuật tốn bình đẳng F tiến gần tới Tuy nhiên, số biểu diễn tính bình đẳng người dùng mạng nói chung mà chưa thể 94 chất đa dịch vụ mạng hệ Trong mạng NGN có nhiều lớp dịch vụ khác nhau, sử dụng nhiều hệ giao thức vận chuyển khác Vì vậy, cần thiết phải đưa thêm hai số bình đẳng : Chỉ số bình đẳng giao thức họ: F1   i /  j (3.26) Trong θi θj thơng lượng giao thức i j sử dụng cho lớp ứng dụng Chỉ số bình đẳng giao thức khác họ: F2  i j (3.27) Trong θi ωj thơng lượng giao thức i j khác họ sử dụng cho lớp ứng dụng khác 3.4.3 Tính hội tụ (Convergence) Sự hội tụ đánh giá thời gian cần để hệ thống đạt đến trạng thái mong muốn từ trạng thái xuất phát Một cách lý tưởng, hệ thống đạt tới trạng thái đích nhanh có biên độ dao động nhỏ xung quanh Như vậy, tính hội tụ đánh giá qua yếu tố:  Trạng thái cân tiệm cận với Xgoal  Thời gian cần thiết để thuật toán hội tụ đến Xgoal  Biên độ dao động xung quanh giá trị Xgoal nhỏ dần Thời gian để đạt trạng thái cân (equilibrium) xác định độ nhạy (responsiveness) độ dao động xác định độ mịn (smoothness) phương pháp điều khiển Một cách lý tưởng, muốn thời gian dao động phải nhỏ Do đó, điều khiển với thời gian nhỏ biên độ nhỏ dao động gọi nhạy mịn 3.4.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time) Thuật toán phải nhanh chóng phát tắc nghẽn thời gian kể từ phát tắc nghẽn đến có tác động điều khiển chống tắc nghẽn 95 phải nhanh tốt: Tresp ≤ Tgoal - Tgoal sở để so sánh thuật toán điều khiển Hình 3.9 Độ nhạy (responsiveness) độ mịn (smoothness) 3.4.5 Độ mịn điều khiển (Smoothness) Trong thực tế, tác động điều khiển đưa hệ thống đến trạng thái mong muốn Vì vậy, thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn phải thiết kế cho tác động điều khiển có độ mịn cần thiết, tránh đưa hệ thống vào trạng thái ổn định thêm Đại lượng để đo độ mịn hiệu số lưu lượng thời điểm điều khiển liên tiếp t1 t2: xi (t 2)  xi (t1 ) hiệu số tổng lưu lượng mạng thời điểm điều khiển liên tiếp t1 t2: X (t )  X (t1 ) 3.4.6 Tính phân tán (Distributedness) Đây điều cần thiết mơ hình tập trung địi hỏi thơng tin đầy đủ trạng thái mạng luồng riêng lẻ, điều khơng thể khơng có mạng cỡ lớn Chẳng hạn, muốn biết nhu cầu cá nhân hay tồn Thơng tin hữu dụng nguồn tài nguyên Tuy nhiên, truyền đạt thông tin cho nhiều người dùng làm quan tâm đến mào đầu (overhead), đặc biệt người dùng dùng vài nguồn tài nguyên (resource) thời điểm Do đó, phải 96 quan tâm hàng đầu đến phương pháp điều khiển thực hệ thống thực giả sử hệ thống có lượng phản hồi Nó cho ta biết nơi khơng đủ tải hay tải thông qua bit phản hồi nhị phân Thông tin khác Xgoal số lượng người dùng chia sẻ nguồn tài nguyên giả thiết người dùng Điều hạn chế phương pháp khả thi Như vậy, mơ hình xây dựng để đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn cho mạng NGN thiết kế dựa sáu tiêu chí nêu 3.5 Thuật toán tăng giảm 3.5.1 Thuật toán tăng giảm Trong hình 3.6 mơ tả mạng với n người dùng Tình trạng tắc nghẽn hệ thống xác định số gói hệ thống Thời gian chia thành khe rời rạc Những khe đặc trưng cho khoảng bắt đầu người dùng thiết lập mức tải dựa vào phản hồi mạng nhận khoảng trước Nếu suốt khe thời gian t, người dùng thứ i xi (t ) , sau tải tổng cộng tài nguyên thắt cổ chai  x (t ) , trạng thái hệ thống i biểu thị vector có độ dài n x(t )  x1 (t ), x2 (t ), , xn (t ) Khi hoạt động hay gần điểm Knee, tài nguyên yêu cầu người dùng chấp nhận (điều khơng điểm cliff) Do đó, x i(t) biểu thị người dùng thứ i 97 Hình 3.10 Hệ thống gồm n người dùng chia sẻ mạng Trong suốt khoảng thời gian, hệ thống xác định mức tải gởi phản hồi nhị phân y(t),với Nếu y(t )   tăng tải Nếu y(t )   giảm tải Những người dùng hoạt động hệ thống thay đổi (tăng hay giảm) yêu cầu lượng ui (t ) Do đó, xi (t  1)  xi (t )  ui (t ) (3.28) Sự thay đổi ui (t ) mô tả điều khiển người dùng thứ i Nó hàm theo yêu cầu trước người dùng phản hồi hệ thống: ui (t )  f xi (t ), y(t ) (3.29) Do đó, ta có: xi (t  1)  xi (t )  f i xi (t ), y(t ) Chú ý người dùng yêu cầu người khác, đó, ui (t ) khơng thể hàm x j (t ), j  i Thơng thường, hàm điều khiển f tuyến tính hay khơng tuyến tính Tuy nhiên, trước hết tập 98 trung đến điều khiển tuyến tính Hàm trạng thái (3.24) trở thành Tăng y(t )   aI  bI xi (t ) xi (t  1)   Giảm aD  bD xi (t ) y(t )   Ở đây, aI, bI, aD, bD số Dưới trường hợp hàm điều khiển: + Tăng nhân/giảm nhân (MIMD- Multiplicative ncrease/Multiplicative Decrease) bI xi (t ) xi (t  1)   bD xi (t ) y(t )   y(t )   Tăng Giảm (3.30) Với bI   bD  Mọi người dùng tăng nhu cầu cách nhân yêu cầu trước với hệ số (constant factor) Giảm cách nhân + Tăng cộng/giảm cộng (AIAD- Additive Increase/ Additive Decrease) a I  xi (t ) y(t )   Tăng xi (t  1)   a D  xi (t ) y(t )   Giảm Ở đây, a I  (3.31) a D  Tất người dùng tăng nhu cầu cách cộng lượng với nhu cầu trước Giảm phép cộng + Tăng cộng/giảm nhân (AIMD- Additive Increase/Multiplicative Decrease) aI  xi (t ) y(t )   Tăng xi (t  1)   y(t )   giảm bD xi (t ) (3.32) Tăng cách cộng với lượng không đổi giảm nhân hệ số + Tăng nhân/giảm cộng (MIAD- Multiplicative Increase/Addative Decrease) y(t )   Tăng bI xi (t ) xi (t  1)   y(t )   giảm aD  xi (t ) (3.33) Để đánh giá hiệu phương pháp điều khiển, đề cập phần 99 3.5.2 Biểu diễn thuật toán vector Khi xác định phương pháp điều khiển khả thi, nên xem chuyển đổi trạng thái hệ thống quỹ đạo không gian vector n chiều Chúng ta xét phương pháp trường hợp người dùng, xem khơng gian chiều Hình 3.11 Vector biểu diễn cho người dùng đó: (1) Đường đồng đẳng (Equi-Fairness Line) (2) Đường bình đẳng (Fairness Line) (3) Điểm tối ưu (Optimal point) (4) Đường hiệu (Efficiency Line) (5) Quá tải (Overload) (6) Khơng đủ tải (underload) Như hình 3.11, tài nguyên phân bố người dùng {x1 (t ), x2 (t )} biểu diễn điểm {x1, x2 } không gian chiều Trong hình này, trục ngang mơ tả phân phối (allocation) cho người dùng 1, trục đứng mô tả phân phối cho người dùng Tất phân phối với x1+x2=Xgoal phân phối có hiệu Nó tương ứng với đường thẳng “đường hiệu quả” (efficiency line) Tất phân phối mà x 1= x2 phân bố bình đẳng Nó tương ứng với đường thẳng gọi “đường bình đẳng” 100 (fairness line) Hai đường cắt điểm (Xgoal/2, Xgoal/2) điểm tối ưu Mục tiêu (goal) phương pháp điều khiển làm cho hệ thống đến hoạt động điểm mà khơng quan tâm đến vị trí bắt đầu Tất điểm bên đường hiệu mô tả hệ thống “không đủ tải”(underload) cách lý tưởng hệ thống yêu cầu người dùng tăng tải Theo quan sát, chẳng hạn, điểm x0=(x10, x20) Nguyên tắc tăng cộng tăng phân phối người dùng a1 tương ứng với việc dịch chuyển dọc đường tạo với trục ngang góc 45 Nguyên tắc tăng nhân tăng phân phối cho người dùng hệ số b tương ứng với việc dịch theo đường nối điểm với gốc toạ độ Tương tự, tất điểm đường hiệu mô tả hệ thống tải (overload) giảm cộng mô tả đường tạo với trục ngang góc 45 , giảm nhân mơ tả đường nối điểm với gốc Tính bình đẳng điểm (x1, x2) cho bởi: F x1  x2 2  x12  x 22  (3.34) Chú ý nhân hai phân bố với hệ số b không thay đổi tính bình đẳng Đó là, (bx1,bx2) có tính bình đẳng với (x1, x2) cho tất giá trị b Do đó, tất điểm đường nối điểm với gốc có tính bình đẳng Chúng ta, gọi đường qua gốc đường “đồng đẳng” (equifairness) Tính bình đẳng giảm độ dốc đường tăng lên giảm xuống đường bình đẳng Hình 3.11 cho ta thấy quỹ đạo hệ thống người dùng điểm x0 dùng nguyên tắc điều khiển tăng cộng/giảm nhân Điểm x nằm đường hiệu hai người dùng yêu cầu tăng Chúng di chuyển dọc đường tạo với trục ngang góc 45 Nó di chuyển đến x1 nằm đường hiệu Người dùng yêu cầu giảm thực phép nhân, tương ứng với việc chuyển động đến điểm gốc đường nối x gốc Nó di chuyển đến điểm x2, nằm đường hiệu lập lại theo chu kỳ Chú ý x2 có tính bình đẳng cao x0 Do đó, với chu kỳ, tính bình đẳng 101 tăng chậm, cuối cùng, hệ thống hội tụ đến trạng thái tối ưu, dao động quanh điểm “goal” Quỹ đạo tương tự vẽ cho nguyên tắc điều khiển khác Mặc dù tất nguyên tắc điều khiển hội tụ Chằng hạn, hình 3.9 cho ta thấy quỹ đạo nguyên tắc điều khiển tăng cộng/giảm cộng AIAD vị trí x0 Hệ thống giữ chuyển động lùi đến dọc theo đường qua điểm x0, tạo với trục ngang góc 45 Với nguyên lý thế, hệ thống hội tụ đến hiệu quả, khơng bình đẳng Hình 3.12 AIMD hội tụ đến điểm tối ưu Hình 3.13 AIAD không hội tụ 102 Điều kiện để hội tụ đến hiệu bình đẳng đưa theo phương pháp đại số 3.6 Kết luận chương Hiện tượng tắc nghẽn xảy mạng vấn đề khó tránh khỏi, điều khiển tắc nghẽn ngày trở nên cấp thiết Chương nêu tổng quan nguyên lý, phân loại phương pháp điều khiển tắc nghẽn, tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển Ngồi ra, thuật tốn tăng giảm (ở nói đến tăng giảm tuyến tính) đề cập đến Từ đó, ta thấy AIMD sử dụng nhiều thuật tốn khác đảm bảo hội tụ đến tính hiệu bình đẳng Phần sâu vào phương pháp điều khiển tắc nghẽn 103 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI Đề tài trình bày khái niệm sở mạng NGN, đặc trưng cấu trúc mạng giao thức Bài tốn điều khiển tắc nghẽn sử dụng giao thức, thuật tốn để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, đạt hiệu suất mạng thực Đặc biệt, đề tài tập trung nhiều vào khía cạnh sau:  Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn  Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn vấn đề phức tạp, mạng ngày phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ ngày nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt biến đổi động…Vì đề tài khó tránh khỏi thiếu sót, cụ thể là:  Một số khái niệm, thuật ngữ chưa thống dịch  Chưa đề cập đến thuật toán tăng giảm phi tuyến thuật toán thuật cải thiện thuật toán tăng giảm tuyến tính, chẳng hạn EIMD  Trong khn khổ đề tài, nêu mô XCP mà chưa sâu vào mô tất phương pháp điều khiển tắc nghẽn  Chưa đề cập nhiều vấn đề sử dụng XCP thực tế bảo mật, triển khai,  Phần mềm mô mạng NS-2 khó can thiệp cách đầy đủ mà thường kế thừa sử dụng tập lệnh cung cấp Một số hàm, thủ tục thư viện NS-2 hỗ trợ không ổn định không mô đầy đủ hoạt động giao thức thật sự; vậy, kết mô thu đạt độ tin cậy tương đối Qua đề tài này, sinh viên mong muốn nắm bắt tảng kiến thức mạng hệ sau, điều khiển tắc nghẽn sử dụng giao thức điều khiển tắc nghẽn Hiện nay, giao thức sử dụng rộng rãi TCP Tuy nhiên, cịn phù hợp tích hợp dịch vụ vào mạng thống nhất, yêu cầu người dùng chất lượng dịch vụ ngày cao XCP giao thức cho 104 ứng cử viên sáng giá cho phát triển sau này, nhiên cịn có câu hỏi lớn là: Liệu XCP có đảm bảo hiệu cho tất dịch vụ hay không? Yêu cầu router sử dụng XCP cao, liệu có nên triển khai XCP thực tế hay khơng? Khái niệm FXCP đưa với FXCP dùng điều khiển mờ (fuzzy- based controller) liên quan đến điều khiển dùng FEWA để thay cho điều khiển hiệu router XCP Liệu FXCP có tối ưu XCP? Ngoài thiết phải nghiên cứu sâu phương pháp điều khiển tắc nghẽn khác để ngày nâng cao hiệu việc điều khiển tắc nghẽn NGN Đó hướng phát triển mà đề tài vươn tới 105 ... Chương ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN 73 3.1 Giới thiệu chương 73 3.2 Vấn đề tắc nghẽn NGN 73 3.2.1 Nguyên nhân xảy tắc nghẽn 74 3.2.2 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc. .. pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN ” Đồ án gồm chương: - Chương 1: giới thiệu tổng quan mạng hệ sau - Chương 2: Công nghệ chuyển mạch mềm Softswitch giao thức - Chương 3: điều khiển tắc nghẽn mạng. .. hội tụ mạng hội tụ dịch vụ Tài ngun mạng có giới hạn nhu cầu truyền thông tin ngày tăng, mà tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Trong q trình tìm hiểu, em chọn đề tài ? ?Tìm hiểu Nghiên cứu phương