Theo quan điểm của lý thuyết điều khiển, các hệ thống điều khiển có thể đƣợc chia thành 2 loại: Điều khiển mạch vòng hở (Open loop control) hay còn gọi là điều khiển không phản hồi (non-feedback control) trong đó hệ thống
… Tổng tài nguyên Dành cho Dịch vụ 1 Dành cho Dịch vụ 2 Dành cho
không quan sát đầu ra của các quá trình đó nó điều khiển. Và điều khiển mạch vòng đóng (Close loop control) sử dụng các thông tin phản hồi để điều khiển trạng thái hoặc đầu ra của hệ thống.
2.3.1.1. Điều khiển chống tắc nghẽn vòng hở
Điều khiển chống tắc nghẽn vòng hở hay còn gọi và đƣợc hiểu là phòng chống tắc nghẽn, đƣợc thực hiện trên cơ sở thỏa thuận, đặt chỗ trƣớc (reservation - based). Trƣờng hợp này sử dụng các thiết kế tốt để cố gắng ngăn chặn tắc nghẽn xảy ra. Để không xảy ra tắc nghẽn, các hệ thống đầu cuối cần phải đàm phán với mạng để lƣu lƣợng đƣa vào mạng không đƣợc lớn hơn khả năng xử lý của mạng, tránh xảy ra tắc nghẽn. Các quyết định này phải theo lịch trình và phải có ở từng nút mạng, chúng đƣợc hệ thống đƣa ra mà không xem xét đến trạng thái hiện thời của mạng. Sở dĩ gọi là điều khiển tắc nghẽn vòng hở do có sự đàm phán, đặt chỗ ban đầu giữa bộ định tuyến và thiết bị đầu cuối, sau đó cả 2 hệ thống sẽ hoạt động độc lập và kết quả là hệ thống đầu cuối sẽ không nhận đƣợc các thông tin về lƣu lƣợng hiện tại và tình trạng mạng.
Nếu các tài nguyên yêu cầu bởi ứng dụng có sẵn thì các luồng lƣu lƣợng của ngƣời sử dụng đƣợc chấp nhận, nếu không bị từ chối. Sau khi chấp nhận, nguồn đƣợc kiểm soát để đảm bảo không vƣợt quá yêu cầu sử dụng, thƣờng thông qua các mô hình nguyên lý gáo rò TBF (token bucket) để điều chỉnh tỷ lệ gửi. Việc đặt chỗ trƣớc cũng đƣợc dùng để đảm bảo QoS trong mạng, ví dụ các mô hình Intserv và Diffserv.
Nguyên lý leaky bucket (nguyên lý gáo rò, hay thùng rò) là nguyên lý cơ
bản để điều khiển chống tắc nghẽn vòng hở. Điều khiển tắc nghẽn vòng hở là sự kết hợp của điều khiển tiếp nhận, kiểm soát và nguyên lý gáo rò.
Trong mô hình này, nút mạng đƣợc trang bị một gáo rò dùng kiểm soát lƣu lƣợng thông tin đi vào mạng. Gáo là một bộ đệm có khả năng lƣu trữ tối đa là W thẻ bài. Các thẻ bài đƣợc điền vào gáo với tốc độ r thẻ bài/s. Khi gáo đã đầy thẻ bài thì thẻ bài sẽ không đƣợc điền thêm vào gáo. Mỗi khi một gói tin đến và để có thể đƣợc vào đƣợc mạng thì gói tin đó phải nhận đƣợc một thẻ bài. Tốc độ trung bình của thông tin vào mạng là r gói tin/s và bằng tốc độ điền thẻ bài vào gáo.
Trong trƣờng hợp gáo rò đầy thẻ bài, nút mạng có thể cho tối đa W gói tin vào mạng tại một thời điểm. Nếu W nhỏ thì khả năng kiểm soát tốc độ luồng thông tin vào là tốt, nếu W lớn thì khả năng hỗ trợ dữ liệu dạng cụm (burst) tốt. Với việc sử dụng gáo rò, luồng thông tin vào mạng có tốc độ không vƣợt quá r
gói/s. Nếu mạng có nhiều nút mạng để giao tiếp với bên ngoài, mỗi nút mạng đƣợc trang bị một gáo rò để kiểm soát lƣu lƣợng thông tin vào mạng thì cho dù tốc độ thông tin của đến các nút có thể thay đổi, nhƣng tốc độ thông tin trong mạng khá ổn định. Với đặc điểm này, ngƣời ta nói gáo rò thực hiện chức năng định dạng lƣu lƣợng.
2.3.1.2. Điều khiển chống tắc nghẽn vòng đóng
Điều khiển chống tắc nghẽn vòng đóng đƣợc thực hiện dựa trên cơ sở thông tin phản hồi (feedback-based) gồm có ba phần, hay ba bƣớc Phát hiện, Phản hồi và Khắc phục nhƣ sau:
Bƣớc 1. Phát hiện: theo dõi hệ thống để phát hiện tắc nghẽn xảy ra khi nào và ở đâu. Việc phát hiện tắc nghẽn có thể dựa trên một số độ đo khác nhau. Các độ đo thƣờng đƣợc sử dụng là tỉ lệ gói số liệu bị loại bỏ do thiếu bộ đệm, chiều dài trung bình của hàng đợi, số gói số liệu phải phát lại do bị hết giờ, thời gian trễ trung bình của gói số liệu khi đi qua mạng v.v. Sự tăng lên của các số đo này nói lên rằng tắc nghẽn đang tăng lên trong mạng.
Bƣớc 2. Phản hồi: nơi phát hiện ra tắc nghẽn cần phải chuyển thông tin về sự tắc nghẽn đến những nơi có thể phản ứng lại. Một cách thực hiện rất đơn giản là nút mạng phát hiện ra tắc nghẽn sẽ gửi gói số liệu đến các nguồn sinh lƣu lƣợng trên mạng, báo tin về sự cố. Tất nhiên, việc này sẽ làm tăng thêm lƣu lƣợng đƣa vào mạng đúng lúc lẽ ra phải giảm đi. Ngƣời ta cũng đã đề xuất và thực hiện một số cách khác nữa. Chẳng hạn, nút mạng phát hiện ra tắc nghẽn sẽ đánh dấu vào một bit hay một trƣờng định trƣớc của mọi gói số liệu trƣớc khi gói số liệu đƣợc nút mạng chuyển tiếp đi, nhằm loan báo cho các nút mạng khác về trạng thái tắc nghẽn. Có thể nêu ra một cách thực hiện khác nữa, đó là làm
cho các nút mạng đều đặn gửi đi các gói số liệu thăm dò để biết tình trạng của mạng.
Bƣớc 3. Khắc phục: điều chỉnh lại hệ thống để sửa chữa sự cố. Các cơ chế thực hiện phản hồi đều nhằm mục đích là để mạng có những phản ứng phù hợp nhằm làm giảm tắc nghẽn. Nếu phản ứng xảy ra quá nhanh, lƣu lƣợng trong hệ thống sẽ thăng giáng mạnh và không bao giờ hội tụ. Nếu phản ứng quá chậm, việc điều khiển tắc nghẽn có thể không có ý nghĩa thực tế gì nữa. Chính vì vậy, để cơ chế phản hồi có hiệu quả, cần phải sử dụng một số cách tính trung bình.
Trong trƣờng hợp này, các thiết bị đầu cuối cần nhận đƣợc thông tin phản hồi từ mạng về tình trạng tắc nghẽn hiện tại. Khi đó, hệ thống đầu cuối sẽ phản ứng với các dấu hiệu tắc nghẽn bằng cách hạn chế lƣợng tải đƣa vào mạng, phù hợp với dung lƣợng hiện có của mạng để giảm bớt tình trạng tắc nghẽn. Phƣơng thức điều khiển tắc nghẽn này vì thế đƣợc gọi là điều khiển tắc nghẽn vòng đóng. Điều khiển tắc nghẽn vòng đóng bao gồm điều khiển phản hồi ẩn và điều khiển phản hồi rõ, đƣợc mô tả trong hình 2.3:
Hình 2. 3. Phân loại điều khiển tắc nghẽn
Điều khiển tắc nghẽn phản hồi ẩn (implicit feedback): Mục đích chung
của điều khiển tắc nghẽn là phía gửi sẽ điều chỉnh tốc độ dựa trên những thông tin phản hồi từ phía nhận. Khi xuất hiện tắc nghẽn, nguồn phát sẽ nhận ra tắc nghẽn thông qua việc quá thời gian (time out). Về cơ bản, có 3 khả năng có thể xảy ra đối với các gói tin nếu xảy ra time out:
- Gói tin có thể bị trễ.
Điều khiển tắc nghẽn
Điều khiển tắc nghẽn vòng hở
Dựa trên việc đặt chỗ trước (reservation based)
Điều khiển tắc nghẽn vòng đóng
Dựa trên thông tin phản hồi (Feedback based)
Phản hồi ẩn (impcilit feedback)
Điều khiển tắc nghẽn đầu cuối – đầu cuối (Ví dụ: TCPTahoe, Reno,Vegas …)
Phản hồi rõ (expcilit feedback)
Điều khiển tắc nghẽn có hỗ trợ của mạng (ví dụ: DECbit, RED, ECN..)
- Gói tin có thể bị mất. - Gói tin có thể bị thay đổi.
Trong đó, trễ cũng có thể có nhiều nguyên do, có thể là do khoảng cách, do việc xử lý gói tin tại hàng đợi. Tƣơng tự, các gói tin có thể bị mất do hàng đợi quá tải, thiết bị trục trặc hoặc nhiễu. Thay đổi một gói tin nghĩa là thay đổi tiêu đề hoặc hoặc dữ liệu gói tin.
Trong phƣơng pháp này, phía gửi sử dụng thông tin thời gian chờ time out để suy luận những vấn đề đang xảy ra trong mạng. Phƣơng pháp điều khiển tắc nghẽn phản hồi ẩn có ƣu điểm là đơn giản. Tuy nhiên, lại có nhƣợc điểm là không chính xác. Ví dụ: điều khiển tắc nghẽn TCP sử dụng phản hồi ẩn, điều khiển luồng trên cơ sở cửa sổ.
Điều khiển tắc nghẽn phản hồi rõ (explixit feedback): Các phần tử
mạng (bộ định tuyến) thông báo tắc nghẽn rõ ràng đến nguồn phát thông qua việc sử dụng các bit thông báo (nhƣ điều khiển chống tắc nghẽn ABR trong ATM, DECbit, ECN…). Ƣu điểm của phƣơng thức này là cung cấp các thông tin chính xác đến nguồn phát nhƣng lại phức tạp trong việc triển khai, do phải thiết lập các giải thuật điều khiển tắc nghẽn tại cả nguồn và mạng, đồng thời cần có sự vận hành đồng thời từ phía nguồn và các thiết bị mạng.
Hình 2.4 mô tả việc điều khiển chống tắc nghẽn ABR trong ATM: các tế bào đặc biệt đƣợc gọi là tế bào quản lý tài nguyên (Resource Management ) – RM cell thu thập thông tin trạng thái mạng và gửi lại nguồn.
Hình 2. 4. Điều khiển chống tắc nghẽn ABR trong ATM
Đích
Switch
Tế bào quản lý tài nguyên Tế bào dữ liệu