Thuật toán WFQ có cơ sở xuất phát từ một thuật toán trong các mô hình chất lỏng (fluid models) đó là thuật toán GPS [15].Thuật toán GPS cho phép các kết nối khác nhau có thể khác nhau về dịch vụ đƣợc chia sẻ. GPS gán cho mỗi kết nối i một trọng số. Trong suốt khoảng thời gian tắc nghẽn (backlogged), bộ lập lịch sẽ phục vụ các kết nối bị tắc nghẽn i theo các lƣợng dịch vụ tỉ lệ với các trọng số. Theo [17] có thể chứng minh đƣợc rằng khi sử dụng với ràng buộc Leaky Bucket, thuật toán GPS có thể đảm bảo các yêu cầu QoS về giới hạn trễ và giới hạn mất gói. Hơn nữa, bộ lập lịch này còn có thể tái cấp phát công bằng phần băng thông không đƣợc sử dụng cho các kết nối đang hoạt động theo các trọng số và cách ly đƣợc các ảnh hƣởng xấu từ các kết nối hoạt động không tốt trong mạng. Tuy nhiên việc phân tích thuật toán GPS theo mô hình chất lỏng là không đúng với hoạt động của mạng trong thực tế do mô hình chất lỏng phục vụ đồng thời các kết nối, còn mạng gói trong thực tế thì chỉ phục vụ đƣợc một gói trong một thời điểm. Do đó đã có nhiều thuật toán xấp xỉ GPS đƣợc đề xuất cho các hệ thống gói, một thuật toán nổi tiếng trong đó là WFQ [16] hay còn đƣợc biết đến với tên gọi khác là PGPS [15]. Trong phần tiếp theo sẽ giới thiệu về thuật
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ toán điều khiển tốc độ Leaky Bucket, sau đó học viên sẽ phân tích những ƣu điểm thu đƣợc khi sử dụng WFQ kết hợp với ràng buộc về Leaky Bucket.
4.2.1.1 Điều khiển tốc độ bằng Leaky Bucket
Leaky Bucket [17] là một thuật toán nổi tiếng đƣợc sử dụng để xác định tính chất về lƣu lƣợng của một số mô hình mạng và để điều khiển, giới hạn trên về tốc độ của luồng lƣu lƣợng trƣớc khi vào mạng. Leaky Bucket sử dụng hai tham số là: Ri là tốc độ các thẻ bài (token) chảy vào bucket (bit/s) và Bm là độ sâu của bucket (bits). Tất cả thẻ bài vƣợt quá Bm đều bị loại bỏ. Leaky Bucket hoạt động nhƣ trong hình 4.8: Khi một gói có độ dài L (bits) rời hàng đợi thì sẽ có L thẻ bài chảy ra khỏi bucket. Nếu khi đó độ sâu của bucket nhỏ hơn L thì gói phải đợi cho đến khi nào b( tk )>L, với b( t k ) là độ sâu của gói thứ k tại thời điểm t.
Hình 4.8 Gới hạn tốc độ luồng với Token Bucket
4.2.2.2 Thuật toán WFQ với ràng buộc Leaky Bucket
Hai hệ thống hàng đợi với các cơ chế lập lịch gói khác nhau đƣợc xem nhƣ là các hệ thống tƣơng đƣơng với nhau nếu hai hệ thống đó có cùng dung lƣợng kênh đầu ra, cùng một tập phiên kết nối, cùng mô hình đến (arrival pattern) và cùng dịch vụ (service share) cho mỗi kết nối [17]. Thuật toán WFQ (hệ thống gói) xấp xỉ thuật toán GPS (hệ thống chất lỏng) bằng cách đƣa ra thời gian kết thúc ảo (Virtual Finish Time hay Finish Tag), thời gian bắt đầu ảo (Virtual Start Time hay Start Tag) và thời gian hệ thống ảo (Virtual System Time).
Nếu một phiên kết nối thỏa mãn ràng buộc Leaky Bucket (Ri , Bm,i ) thì trễ hàng đợi của bất cứ gói nào của phiên kết nối đó cũng không bao giờ vƣợt quá
, , C L R B i i m
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
Hình 4.9 Bộ lập lịch gói WFQ kết hợp với ràng buộc Leaky Bucket
Với tF là thời gian của một khung (tF= 5ms trong hầu hết các hệ thống WiMAX đã đƣợc triển khai hiện nay). Vậy theo những phân tích ở trên cho ta thấy rằng thuật toán WFQ là một thuật toán lập lịch phức tạp nhƣng hiệu quả, đảm bảo tốt các yêu cầu về QoS và tính công bằng. Về cơ bản, mỗi một kết nối sẽ có một hàng đợi FIFO riêng và các trọng số sẽ đƣợc cấp phát động cho từng hàng đợi. Băng thông đƣợc cấp phát của từng kết nối sẽ tỷ lệ với trọng số của từng kết nối. Việc xác định các trọng số cho từng kết nối phụ thuộc vào các yêu cầu về dịch vụ, không có một quy tắc duy nhất nào cho việc xác định trọng số. Khi kết hợp WFQ với ràng buộc tốc độ về Leaky Bucket có thể cung cấp sự đảm bảo QoS về mặt đƣờng bao trễ từ đó đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cho các ứng dụng thời gian thực nhƣ VoIP, Video… điều mà thuật toán PF không thực hiện đƣợc. Hơn nữa một ƣu điểm của WFQ là khả năng cấp lại băng thông không sử dụng của luồng này cho các luồng khác có nhu cầu, tùy thuộc vào trọng số của chúng. Để đảm bảo QoS thì việc xác định các tham số trọng lƣợng rất quan trọng, các tham số này có thể đƣợc xác định dựa trên độ dài hàng đợi, trễ và kích thƣớc của băng thông yêu cầu. Trong phần tiếp theo, học viên sẽ thực hiện một số kịch bản mô phỏng để đánh giá về hai thuật toán đã phân tích ở trên để có cái nhìn cụ thể hơn, từ đó hoàn thiện và chứng minh những suy đoán về lý thuyết.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/