Phần này chúng tôi đƣa ra các kết quả mô phỏng đƣợc trình bày theo các khía cạnh hiệu năng của A-RIO nhƣ đã đƣa ra trong phần đánh giá lý thuyết: đó là khả năng đạt đƣợc độ trễ đích bằng cách giữ cho kích thƣớc hàng đợi ổn định ở một khoảng mong muốn; khả năng bảo vệ các gói tin có mức ƣu tiên cao hơn trong khi vẫn đảm bảo hiệu suất sử dụng đƣờng truyền cao; mức độ phân phối băng thông công bằng cho các nguồn trên kênh truyền chung; và cuối cùng là kết quả chi tiết hơn về ba mô phỏng điển hình với tính chất khác nhau đƣợc trích ra từ tổng cộng 90 mô phỏng đã làm để tìm hiểu sâu hơn về A-RIO.
a. Kích thƣớc hàng đợi trung bình - độ trễ
Trong hình 4.12, đồ thị của kích thƣớc hàng đợi trung bình của từng trƣờng hợp ứng với 3 chiến lƣợc A-RIO, RIO và G-RIO tƣơng ứng. Với độ trễ đích là 50 ms, băng thông 30Mbps, các ngƣỡng đƣợc tính nhƣ trong bảng 4.5, kích thƣớc trung bình phải dao động quanh giá trị 187.5 gói tin. Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy A-RIO giữ cho kích thƣớc hàng đợi trung bình ổn định quanh một giá trị trong hầu hết các trƣờng hợp. Chỉ trừ trƣờng hợp 4, kích thƣớc hàng đợi và độ trễ hàng đợi thấp hơn với mọi tốc độ đảm bảo. Điều này là hợp lý vì đây là trƣờng hợp lƣu lƣợng đƣa vào nhẹ nhất (100 luồng Pareto On/Off và với độ trễ biến thiên). Ngƣợc lại với A-RIO, kích thƣớc hàng đợi trung bình với RIO biến thiên trong một miền rộng với các kịch bản khác nhau, dẫn tới độ trễ cũng biến thiên ở một khoảng rất rộng. Điều này gây ra khó khăn cho nhà cung cấp dịch vụ không đảm bảo cung cấp
dịch vụ với độ trễ ổn định. Với G-RIO, nó không đạt đƣợc mức độ ổn định nhƣ A- RIO, tuy nhiên so với RIO thì nó tốt hơn, kích thƣớc hàng đợi trung bình biến thiên trong một khoảng nhỏ hơn. Kết quả này cho thấy, khi không có hiệu chỉnh on-line, việc kết hợp các luật sinh tự động các giá trị tham số của A-RED và dùng phƣơng pháp chồng ngƣỡng có thể giúp RIO tĩnh thu đƣợc một kết quả tốt hơn rất nhiều, cụ thể về mặt đảm bảo độ trễ đích.
b. Bảo vệ các gói tin ƣu tiên cao
Bảng 4.6 đƣa ra các kết quả về hệ số sử dụng đƣờng truyền và mức độ bảo vệ các gói ƣu tiên trên kênh truyền chung. Trong đó hệ số sử dụng đƣờng truyền đƣợc tính bằng thông lƣợng tổng cộng của tất cả các kết nối chia cho dung lƣợng kênh truyền: util = total throughput/bandwidth, còn mức độ bảo vệ dữ liệu ƣu tiên đƣợc xem nhƣ là mức độ loại bỏ các gói tin có mức độ ƣu tiên cao, cụ thể ta tính tỷ lệ loại bỏ các gói tin green. Dựa vào bảng ta thấy hệ số sử dụng đƣờng truyền là xấp xỉ nhau trong các thuật toán AQM khác nhau. Căn cứ vào giá trị trung bình của tất cả các hệ số sử dụng đƣờng truyền, ta thấy về mặt tổng thể, A-RIO đạt đƣợc hiệu suất đƣờng truyền cao hơn RIO (91.81% so với 91.53%), G-RIO thì thấp hơn một chút (91.29%). Còn về tỷ lệ loại bỏ các gói tin Green, các chiến lƣợc AQM đều tăng tỷ lệ loại bỏ khi tải tăng (tốc độ đảm bảo tăng). Trong 3 thuật toán thì A-RIO và G-RIO thực hiện loại bỏ tích cực hơn so với RIO. Điều này là hợp lý, bởi vì A-RIO và G- RIO sử dụng các ngƣỡng xếp chồng hoàn toàn, còn RIO thì không và các gói tin green đƣợc đặt giữa hai ngƣỡng có giá trị cao, dẫn tới khó bị loại bỏ. Tuy nhiên, tỷ lệ loại bỏ là rất thấp, trung bình 0.29 với A-RIO, 0.27 với G-RIO và 0.06 với RIO, và tỷ lệ loại bỏ chỉ > 1% ở các trƣờng hợp 1, 3, 5 khi tốc độ đảm bảo >= 100% dung lƣợng kênh.
Bảng 4.6: Hệ số sử dụng đƣờng truyền và mức độ bảo vệ gói tin ƣu tiên cao Case Tốc độ đảm bảo (%) Hệ số sử dụng đƣờng truyền (%)
Tỷ lệ loại bỏ các gói Green (%)
RIO A-RIO G-RIO RIO A-RIO G-RIO
1 25 92.7 93.3 93.06 0 0 0 50 93.35 93.25 93.34 0 0.03 0 75 93.36 93.32 93.31 0 0.18 0.36 100 93.39 93.19 93.33 0.08 1.06 0.98 125 93.4 92.44 93.13 0.76 1.7 1.44 2 25 88.43 91.49 86.87 0 0 0 50 91.53 91.51 90.35 0 0.01 0 75 91.53 91.49 91.06 0 0.13 0.06 100 91.53 91.52 91.45 0 0.26 0.23 125 91.55 91.52 91.44 0.03 0.35 0.35 3 25 90.6 91.66 89.85 0 0 0 50 91.83 91.84 91.64 0 0.01 0 75 91.89 91.8 91.59 0 0.11 0.18 100 91.91 91.87 91.85 0.02 0.45 0.67 125 91.93 91.65 91.88 0.4 1.36 1.17 4 25 88.72 90.12 88.64 0 0 0 50 90.13 90.5 89.62 0 0 0 75 90.49 90.38 90.05 0 0 0 100 90.6 90.44 90.39 0 0.07 0.1 125 90.5 90.42 90.05 0 0.12 0.08 5 25 90.73 92.81 92.21 0 0 0 50 92.85 92.71 92.88 0 0.01 0 75 92.94 92.85 92.84 0 0.15 0.26 100 92.92 92.83 92.88 0.03 0.67 0.72 125 92.95 92.47 92.9 0.6 1.38 1.17 6 25 88.36 91.37 87.88 0 0 0 50 91.4 91.41 90.64 0 0 0 75 91.45 91.38 91.01 0 0.11 0.01 100 91.45 91.44 91.24 0 0.24 0.18 125 91.48 91.38 91.28 0 0.31 0.26 Mean 91.53 91.81 91.29 0.06 0.29 0.27
c. Mức độ công bằng
Mỗi nguồn phát đƣợc nối với kênh tắc nghẽn (kênh truyền chung) bởi các đƣờng truyền tốc độ nhƣ nhau là 1 Mbps, chúng đƣợc đánh dấu bằng các bộ trTCM nhƣ nhau, vì vậy về mặt lý thuyết chúng phải đƣợc cấp phát một lƣợng băng thông nhƣ nhau trên kênh tắc nghẽn.
Để nghiên cứu vấn đề này, chúng tôi đã tính thông lƣợng cho từng luồng, tính thông lƣợng trung bình Mean, độ lệch chuẩn SD và hệ số biến thiên CV (CV =
SD/Mean) cho từng kết nối. CV chính là đại lƣợng đặc trƣng cho mức độ sai khác giữa các mẫu trong một thống kê, CV càng nhỏ thì mức độ sai khác giữa các mẫu càng ít, các mẫu càng hội tụ về giá trị trung bình. Vì vậy CV nhỏ đồng nghĩa với chiến lƣợc AQM đạt đƣợc sự công bằng cao. Bảng 4.7 đƣa ra kết quả tính toán CV
trên từng trƣờng hợp. Từ bảng 4.7 chúng ta có thể thấy, RIO với CV trung bình nhỏ nhất, sau đó là G-RIO và A-RIO, ta nói RIO đạt đƣợc sự công bằng cao nhất. Hơn nữa, CV trong toàn bảng chỉ dao động trong khoảng từ 0.47%-3.71%, đây là một tỷ lệ rất nhỏ, và ta có thể kết luận đƣợc rằng nhìn chung, các thuật toán AQM ở đây (RIO, A-RIO và G-RIO) đảm bảo việc phân phối dải thông công bằng.
d. Một số mô phỏng điển hình
Phần này ta tập trung vào một số trƣờng hợp điển hình để nghiên cứu sâu hơn về A-RIO và so sánh với RIO. Ta sẽ lần lƣợt xem xét các trƣờng hợp: tải nặng (trƣờng hợp 3 với tốc độ đảm bảo 100%), trƣờng hợp tải trung bình (case 6 - 50%) và trƣờng hợp tải nhẹ (case 4 - 75%). Kết quả các mô phỏng đƣợc trình bày bằng các đồ thị trên các hình 4.13, 4.14, 4.15 và các bảng 4.8, 4.9, 4.10 tƣơng ứng. Chúng đƣợc bố trí theo cùng một cách: bên trái là các đồ thị biểu diễn các kết quả thu đƣợc với A-RIO, bên phải là với RIO; hàng trên cùng là đồ thị kích thƣớc hàng đợi trung bình tổng cộng, ở giữa là đồ thị về maxp
(i)
– xác suất loại bỏ tối đa của mỗi mức ƣu tiên, hàng dƣới cùng là kích thƣớc trung bình của các hàng đợi ảo tƣơng ứng với các mức ƣu tiên.
Bảng 4.7: Độ đo mức độ công bằng
Case
Tốc độ đảm bảo
(%)
A-RIO RIO G-RIO
Thông lƣợng trung bình (Mbps) CV(%) Thông lƣợng trung bình (Mbps) CV(%) Thông lƣợng trung bình (Mbps) CV (%) 1 25 0.28 0.73 0.28 0.62 0.28 0.66 50 0.28 0.63 0.28 0.52 0.28 0.61 75 0.28 0.63 0.28 0.58 0.28 0.6 100 0.28 0.69 0.28 0.47 0.28 0.68 125 0.28 0.95 0.28 0.67 0.28 0.78 2 25 0.27 2.93 0.27 3.04 0.26 3.05 50 0.27 2.16 0.27 1.44 0.27 2.40 75 0.27 2.80 0.27 2.16 0.27 2.38 100 0.27 3.08 0.27 1.89 0.27 2.47 125 0.27 3.36 0.27 2.29 0.27 2.93 3 25 0.27 1.30 0.27 1.1 0.27 1.29 50 0.28 1.37 0.28 1.68 0.27 1.27 75 0.28 1.86 0.28 1.41 0.27 1.56 100 0.28 1.37 0.28 1.13 0.28 1.26 125 0.27 1.64 0.28 1.52 0.28 1.29 4 25 0.27 2.33 0.27 2.31 0.27 2.45 50 0.27 2.31 0.27 1.83 0.27 2.19 75 0.27 2.59 0.27 2.18 0.27 1.95 100 0.27 2.60 0.27 2.16 0.27 2.17 125 0.27 2.21 0.27 2.18 0.27 2.29 5 25 0.28 1.33 0.27 1.34 0.28 1.28 50 0.28 1.39 0.28 1.18 0.28 1.76 75 0.28 1.26 0.28 1.15 0.28 1.45 100 0.28 1.29 0.28 0.98 0.28 1.56 125 0.28 1.40 0.28 1.06 0.28 1.52 6 25 0.27 3.56 0.27 3.35 0.26 3.48 50 0.27 2.80 0.27 2.36 0.27 2.71 75 0.27 3.71 0.27 2.58 0.27 2.97 100 0.27 3.54 0.27 2.61 0.27 2.76 125 0.27 3.63 0.27 2.52 0.27 3.30 Mean 0.27 2.05 0.27 1.68 0.27 1.90
Trƣờng hợp tải nặng: case 3 (100 luồng Pareto On/Off, cố định RTTs) với 100% băng thông
Các kết quả mô phỏng đƣợc thể hiện trên hình 4.13 và bảng 4.8. Theo đồ thị hàng trên cùng (về kích thƣớc trung bình so với kích thƣớc hiện tại của hàng đợi), với A-RIO ta thấy kích thƣớc trung bình dao động xung quanh 195.71 gói tin, gần với giá trị đích là 187.5 gói tin; trong khi với RIO, kích thƣớc trung bình dao động ở giá trị khoảng 338.10 gói tin, cao hơn nhiều so với giá trị mong muốn.
Nhìn vào đồ thị về xác suất loại bỏ cho từng mức ƣu tiên maxp (i)
, ta thấy trƣớc thời điểm 12s tất cả các giá trị này đều giảm nhanh từ giá trị khởi tạo ban đầu xuống cực tiểu của chúng; từ giây thứ 12 trở đi maxp(2) và maxp(3)đều tăng nhanh, trong khi
maxp(1) luôn đƣợc duy trì ở mức thấp. Điều này có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: các giá trị khởi tạo đều khá cao, dùng để xử lý mức độ tắc nghẽn tƣơng đối lớn, vì lƣu lƣợng đƣợc đƣa vào trong khoảng từ 2s-12s, do đó giai đoạn này tất cả các kết nối TCP đang ở trong pha Slow-Start, lƣu lƣợng tổng cộng nhỏ, do vậy việc giảm các xác suất loại bỏ là rất hợp lý. Từ giây thứ 12 trở đi, lƣu lƣợng mạng ngày càng tăng lên, kích thƣớc hàng đợi cũng nhanh chóng tăng theo, để kéo cho nó về giá trị đích mong muốn, cần thiết phải tăng các xác suất loại bỏ, ở đây A-RIO đã làm điều này bằng cách tăng xác suất loại bỏ với các mức ƣu tiên thấp (2 và 3 - ứng với các gói yellow và red), trong khi vẫn giữ xác suất cho mức ƣu tiên cao nhất (mức 1 – green), điều này nhằm bảo vệ cho các gói tin green không bị loại bỏ nhiều.
Trong trƣờng hợp này, vì tốc độ đảm bảo đƣợc lấy 100%, nên lƣu lƣợng chủ yếu là các gói tin green, chỉ một phẩn nhỏ dành cho các gói red và yellow. Do vậy kích thƣớc hàng đợi trung bình ứng với mức 1 (green) gần bằng với kích thƣớc trung bình mức 3 (red).
Song song với việc đảm bảo độ trễ đích, A-RIO vẫn đảm bảo đƣợc các thông số hiệu năng khác, các thông số đó đƣợc thể hiện trong bảng 4.8 dƣới đây. Qua đó ta thấy đƣợc A-RIO vẫn cung cấp thông lƣợng trung bình cao (0.28Mbps so với
thông lƣợng tối đa là 0.3Mbps) với chênh lệch giữa các luồng rất ít (1.37% so với thông lƣợng trung bình), trong khi mức độ bảo vệ gói tin green rất cao.
Thông số hiệu năng A-RIO RIO
Kích thƣớc trung bình (gói tin) 195.71 338.10
Mức độ bảo vệ
Tỷ lệ loại bỏ các gói green (%) 0.45 0.02
Mức độ công bằng (mỗi luồng) Thông lƣợng trung bình (Mbps) Hệ số biến thiên CV (%) 0.28 1.37 0.28 1.13
A-RIO – average / queue size
Hình 4.13: Trường hợp 3 - 100%
RIO – average / queue size
A-RIO – maxp(i) RIO – maxp(i)
Trƣờng hợp tải trung bình: case 6 (20 luồng TCP + 80 luồng Pareto On/Off, RTTs biến đổi) với 50% băng thông
A-RIO – average / queue size
Hình 4.14: Trường hợp 6 - 50%
RIO – average / queue size
A-RIO – maxp(i) RIO – maxp(i)
Hình 4.14 trình bày kết quả cho trƣờng hợp này. Trong trƣờng hợp này, vì tốc độ đảm bảo đƣợc lấy 50%, nên lƣu lƣợng các gói tin green chiếm 50%, còn lại 50% cho các gói yellow và red. Do vậy kích thƣớc hàng đợi trung bình ứng với mức 1 (green) thấp hơn rất nhiều so với kích thƣớc trung bình mức 2-yellow và 3-red.
Với A-RIO ta thấy kích thƣớc trung bình dao động xung quanh 175.58 gói tin, rất gần với giá trị đích; trong khi với RIO, kích thƣớc trung bình dao động ở giá trị khoảng 115.96 gói tin, thấp hơn nhiều so với giá trị mong muốn. Trong trƣờng hợp này RIO tốt hơn A-RIO trong việc cung cấp độ trễ bé hơn. Tuy nhiên xét về khả năng duy trì đỗ trễ đích thì A-RIO tốt hơn.
Nhìn vào đồ thị về xác suất loại bỏ cho từng mức ƣu tiên maxp(i), ta thấy trƣớc thời điểm 12s, cũng nhƣ trƣờng hợp trên, tất cả các giá trị này đều giảm nhanh từ giá trị khởi tạo ban đầu xuống cực tiểu của chúng; từ giây thứ 12 trở đi maxp(2) và
maxp(3)đều tăng, nhƣng mức độ tăng chậm và dao động ở mức nhỏ.
Về các thông số hiệu năng khác, theo bảng 4.9, trong trƣờng hợp này A-RIO không làm mất một gói tin green nào, thông lƣợng trung bình thấp hơn một chút và hệ số biến thiên cũng cao hơn nhƣng vẫn ở mức nhỏ. Điều này là do bản thân các nguồn đã không có sự nhất quán từ đầu (20 nguồn TCP + 80 nguồn Perato). Nhìn chung trong những trƣờng hợp nhƣ thế này, A-RIO vẫn cho hiệu năng cao.
Thông số hiệu năng A-RIO RIO
Kích thƣớc trung bình (gói tin) 175.58 115.96
Mức độ bảo vệ
Tỷ lệ loại bỏ các gói green (%) 0.00 0.00
Mức độ công bằng Thông lƣợng trung bình (Mbps) Hệ số biến thiên – CV (%) 0.27 2.80 0.27 2.36
Trƣờng hợp tải nhẹ: case 4 (100 luồng Pareto On/Off, RTTs biến đổi) với 75% băng thông
Trong trƣờng hợp này, vì tốc độ đảm bảo đƣợc lấy 75%, nên lƣu lƣợng các gói tin green chiếm 75%, còn lại 25% cho các gói yellow và red. Các kết quả đƣợc trình bày trên hình 4.15 và bảng 4.10.
Với A-RIO, kích thƣớc trung bình tƣơng đối nhỏ, dao động xung quanh 105.14 gói tin; trong khi với RIO, kích thƣớc trung bình dao động ở giá trị khoảng 148.97 gói tin. Đây thuộc trƣờng hợp tải nhẹ, ta thấy A-RIO tỏ ra càng hiệu quả hơn trong việc cung cấp độ trễ bé hơn mức mong đợi.
Mặt khác ta thấy từ thời điểm bắt đầu mô phỏng, tất cả các giá trị maxp(i) đều giảm nhanh và từ giây thứ 18, tất cả các xác suất đều duy trì ở mức cực tiểu (0.01). Bởi vì tất cả các kích thƣớc trung bình đều nằm trong phạm vi nhỏ, chỉ cần với một xác suất cực tiểu là đủ, không cần thiết phải loại bỏ chúng nhiều hơn. Trong những trƣờng hợp tải nhẹ nhƣ thế này (chẳng hạn trƣờng hợp 4), A-RIO cho phép lƣu lƣợng chảy theo dòng tự nhiên của chúng!
Thông số hiệu năng A-RIO RIO
Kích thƣớc trung bình 105.14 148.97
Mức độ bảo vệ
(tỷ lệ loại bỏ các gói green) 0.00 0.00
Mức độ công bằng Thông lƣợng trung bình (Mbps) Hệ số biến thiên (CV) 0.27 2.59 0.27 2.18
A-RIO – average / queue size
Hình 4.15: Trường hợp 4 - 75%
RIO – average / queue size
A-RIO – maxp(i) RIO – maxp(i)
KẾT LUẬN VÀ PHƢƠNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO