Sau đây, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn sự tác động của kỹ thuật lập burst lên tổn thất, mất mát gói trung bình trong mạng, cũng như tác dụng của nó lên việc cung cấp các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ QoS trong một mạng chuyển mạch burst quang OBS.
Như đã biết, các gói tin đến từ lớp lưu lượng cao hơn sẽ được sắp xếp vào hàng đợi tương ứng ở nút biên dựa trên đích đến và chỉ tiêu chất lượng dịch vụ của mỗi gói. Khi đạt tới giá trị ngưỡng (độ dài burst đạt tới ngưỡng độ dài hay thời gian chờ đạt tới giá trị ngưỡng thời gian), một burst sẽ được tạo ra và chuyển vào mạng lõi. Ở đây, để cụ thể hơn, chúng ta sẽ chỉ xem xét quá trình lập burst dựa trên ngưỡng độ dài. Còn quá trình lập burst dựa trên ngưỡng thời gian cũng có thể đánh giá một cách tương tự.
Những phân tích dưới đây được lấy dựa theo tài liệu “Threshold-Based Burst Assembly Policies for QoS Support in Optical Burst-Switched Networks”. Đầu tiên, các gói tin đến sẽ thuộc nhiều lớp (class) khác nhau, “lớp” ở đây chính là đại diện cho các yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS. Để không mất tính tổng quát, giả định rằng luồng lưu lượng đến sẽ thuộc một trong hai lớp “Lớp 0” và “Lớp 1”(lớp 0 sẽ có mức độ ưu tiên cao hơn lớp 1). Mục tiêu là để tìm ra giá trị ngưỡng tối ưu cho mạng để giảm thiểu sự mất mát các gói tin thuộc lớp 0, dưới một tải trọng nhất định. Ngoài ra, để dễ dàng quan sát, đặt giá trị cho mức độ ưu tiên của burst tập hợp các gói từ lớp 0 là “Độ ưu tiên 0” và tương ứng lớp 1 là “Độ ưu tiên 1”.
Mạng OBS được xem xét được giả định rằng nó sẽ sử dụng giao thức JET. Các burst sẽ được tiếp nhận và xử lý khác nhau trong mạng lõi dựa trên mức độ ưu tiên của burst. Mạng không hỗ trợ đường dây trễ quang FDL cũng như bộ chuyển đổi bước sóng.
Lập burst dựa trên ngưỡng độ dài như đã trình bày sẽ sử dụng ngưỡng độ dài để quyết định khi nào lập burst và chuyển burst vào mạng lõi. Như vậy, số lượng gói tin trong một burst là xác định và được biết trước (xem như các gói dữ liệu đầu vào có kích thước bằng nhau). Tuy nhiên, độ dài burst khi được truyền đi trong mạng lõi, sẽ
có thể thay đổi do các quy định về vấn đề tranh chấp, ví dụ như burst sẽ bị phân đoạn tùy thuộc vào quy định của mạng lõi.
Ở mỗi nút lõi, tranh chấp có thể xảy ra và có một sự liên quan giữa khả năng xảy ra tranh chấp và số lượng gói tin mất mát do mỗi vụ tranh chấp gây ra. Hay sâu xa hơn là sự liên quan của ngưỡng lên số lượng gói tin tổn thất trung bình. Vì lý do đó, thay vì sử dụng một giá trị ngưỡng cho mọi burst thuộc mọi lớp khác nhau mà không phân biệt mức độ ưu tiên, người ta sử dụng một burst cho một lớp tương ứng, phụ thuộc vào mức độ ưu tiên cần thiết của lớp đó. Vì vậy, mục tiêu của ta sẽ là phải tìm ra được giá trị từng ngưỡng riêng lẻ đó để đảm bảo cho những tiêu chí về chất lượng dịch vụ.
Trong mạng lõi, có thể phân biệt cụ thể hơn giữa các burst chứa các gói thuộc các lớp khác nhau bằng cách đặt mức độ ưu tiên cho từng burst và những quy định xử lý khi có tranh chấp xảy ra. Bằng việc xác định ngưỡng dựa theo lớp và nhiều mức độ ưu tiên khác nhau, chúng ta có thể phân tách rõ ràng hơn, thuận tiện cho xử lý đối với lưu lượng đến từ các lớp dịch vụ.
Việc thực hiện đề án nhiều ngưỡng khác nhau, sẽ được so sánh dưới tiêu chí loại bỏ, DP (Drop Policy) và tiêu chí phân đoạn SDP (segmentation policy). Đối với tiêu chí loại bỏ - DP, các burst đến sau sẽ bị loại bỏ ngay, nếu xảy ra tranh chấp. Còn đối với tiêu chí phân đoạn, các đoạn chồng chéo của burst đến trước sẽ bị loại bỏ, nếu có burst đến sau va chạm với nó.
Chúng ta sẽ bắt đầu xem xét trường hợp lưu lượng chỉ có một lớp, rồi mở rộng ra đối với hai lớp, sau đó sẽ chỉ ra chất lượng dịch vụ QoS được hỗ trợ như thế nào trong từng trường hợp. Các chính sách lập burst dựa trên ngưỡng độ dài sau đây sẽ được tính toán cụ thể:
o 1 ngưỡng – Không có ưu tiên.
Trong chính sách này, một ngưỡng độ dài sẽ được sử dụng chung cho tất cả các burst dữ liệu. Chúng ta sẽ quan sát, xác suất mất gói và tổng số lần xảy ra tranh chấp phân tích được từ tải trọng và các giá trị ngưỡng khác nhau. Hy vọng rằng sẽ tìm ra được giá trị ngưỡng tối ưu cho một mạng với tải trọng nhất định.
o 1 ngưỡng – 2 mức độ ưu tiên.
Trong chính sách này, giả định rằng mạng sẽ bao gồm lưu lượng chứa dữ liệu thuộc hai lớp dịch vụ khác nhau và sẽ có một giá trị ngưỡng dùng cho tất cả các burst. Hai mức độ ưu tiên tương ứng là độ ưu tiên 0 và độ ưu tiên 1 (P0 > P1).
o 2 ngưỡng – Không ưu tiên.
Trong chính sách này, mạng sẽ nhận lưu lượng mà chỉ gồm các gói tin thuộc một lớp dịch vụ. Chúng ta có hai ngưỡng độ dài được sử dụng trong mạng. Từ đó có thể đánh giá rõ hơn dự ảnh hưởng của các giá trị ngưỡng lên xác suất mất gói và tổng số lần xảy ra tranh chấp.
o 2 ngưỡng – 2 mức độ ưu tiên.
Trong chính sách này, chúng ta sẽ có một mạng bao gồm lưu lượng chứa dữ liệu thuộc hai lớp dịch vụ khác nhau và hai giá trị ngưỡng tương ứng với hai lớp dịch vụ sẽ được sử dụng.
Để đánh giá chính xác, chúng ta sẽ mô phỏng một mạng với các thông số sau:
o Lưu lượng đến có phân bố Poisson với tỷ lệ λ.
o Độ dài gói tin cố định là 1250 bytes.
o Tốc độ truyền dẫn là 10Gb/s.
o Thời gian chuyển mạch là 10µs.
o Luồng thông tin đầu vào được phân bố đều trên tất cả các cặp gửi – nhận.
o Định tuyến đường đi ngắn nhất (Shortest Path Routing) được sử dụng để tìm đường đi giữa các cặp nút vào – ra.
Mô hình mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng.
Hình 2.7 Mạng giả định với 14 nút.
Kết quả.
o Trường hợp “1 ngưỡng – Không có ưu tiên”.
Xác suất mất gói phụ thuộc tải trọng với các giá trị ngưỡng độ dài: 100, 400 và 600.
Hình 2.8a. Xác suất mất gói phụ thuộc tải trọng (TH1). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.8a chỉ ra hiệu suất mất mát gói tin với hai cơ chế xử lý tranh chấp được sử dụng ở mạng lõi là: tiêu chí chuẩn loại bỏ và tiêu chí phân đoạn. Chúng ta có thể quan sát được rằng giá trị ngưỡng 400 thực hiện tốt nhất (xác suất mất gói thấp nhất trong 3 ngưỡng xem xét). Vì vậy, có thể coi giá trị ngưỡng 400 là tối ưu để giảm thiểu tổn thất gói. Sự cần thiết của giá trị tối ưu này có thể phân tích rõ hơn ở hình 2.8b
Hình 2.8b Xác suất mất gói phụ thuộc vào giá trị ngưỡng (TH1).
Tổn thất thấp nhất rơi vào khoảng giá trị ngưỡng độ dài từ 380-430.
Sự mất mát ban đầu cao, có thể giải thích được là do quá trình cấu hình lại, nên xác suất tranh chấp xảy ra là rất lớn. Độ dốc của xác suất mất gói tỷ lệ thuận với thời gian chuyển mạch. Khi thời gian chuyển mạch trở nên không đáng kể so với kích thước burst truyền đi, tổn thất dao động ổn định giữa
khoảng 300-450 gói. Sau 450 gói trở đi, tổn thất lại tăng lên bởi như đã biết, ngưỡng càng cao thì số lượng gói tin mất mát trung bình do tranh chấp cũng tăng lên. Như vậy, có thể chọn 400 làm giá trị ngưỡng tối ưu cho mạng với tải trọng 0.5-1 Erlang.
o Trường hợp “1 ngưỡng – Có ưu tiên”.
Chúng ta sẽ chọn giá trị ngưỡng tối ưu thu được từ kết quả phân tích được từ trường hợp trên. Bởi có thể thấy được rằng, đây là giá trị giúp giảm thiểu tổn thất gói tin trong mạng tốt nhất. Ở đây, tiêu chí xử lý tranh chấp gây ra được sử dụng là tiêu chí phân đoạn. Xác suất mất gói phụ thuộc tải trọng được chỉ ra trong hình 2.9a.
Có thể thấy được rằng, xác suất mất gói đối với lưu lượng từ lớp cao hơn có giá trị thấp hơn nhiều so với lưu lượng thuộc lớp thấp hơn, ngay cả khi tải trọng tăng lên khá lớn (hay mức độ xảy ra tranh chấp là khá cao).
Xác suất mất gói đối với lớp ưu tiên cao hơn đã thỏa mãn đúng theo yêu cầu: nhỏ hơn nhiều so với lớp có mức ưu tiên thấp hơn, đảm bảo đúng tiêu chí về chất lượng dịch vụ đề ra.
Xác suất mất gói phụ thuộc vào tải trọng.
Hình 2.9a. Xác suất mất gói phụ thuộc tải trọng (TH2).
Hình 2.9b. Xác suất mất gói phụ thuộc vào giá trị ngưỡng (TH2).
Ở đây, có thể thấy, đối với lớp dịch vụ có mức độ ưu tiên P0, giá trị ngưỡng tối ưu có thể chọn từ 400-600. Đối với P1, giá trị ngưỡng tốt nhất là 400. Vì vậy, ngưỡng tối ưu có thể sử dụng là 400 gói.
o Trường hợp “2 ngưỡng – Không ưu tiên”.
Hình 2.10 chỉ ra xác suất mất gói cho các giá trị ngưỡng khác nhau.
Hình 2.10 Xác suất mất gói phụ thuộc vào giá trị ngưỡng (TH3).
Bởi vì không có ưu tiên trong mạng, nên chiều dài burst được sử dụng như một mức ưu tiên. Các burst dài hơn, sẽ có xác suất mất mát ít hơn so với burst ngắn. Vì vậy, hai mặt cong gặp nhau khi giá trị ngưỡng bằng nhau và xác suất tổn thất là đối xứng cho cả hai trường hợp ngưỡng.
o Trường hợp “2 ngưỡng – Có ưu tiên”.
Ở đây, tiêu chí xử lý tranh chấp được sử dụng vẫn là tiêu chí phân đoạn SDP. Giả định rằng hai lớp có tỷ lệ đến như nhau. Xác suất mất gói với các giá trị ngưỡng khác nhau được đưa ra trong hình 2.11.
Có thể thấy rằng, xác suất mất gói đối với lớp cao hơn gần như không đổi với các giá trị ngưỡng khác nhau. Xác suất mất gói đối với lớp thấp hơn giảm dần theo chiều dài burst, do lúc này, xác suất xảy ra tranh chấp với lớp cao hơn là ít đi. Khi giá trị ngưỡng tăng lên, mất mát cũng gia tăng do số gói tin bị loại bỏ trung bình do một tranh chấp gây ra sẽ tăng lên.
Xác suất mất gói phụ thuộc vào giá trị ngưỡng trong trường hợp 4.
Hình 2.11 Xác suất mất gói phụ thuộc vào giá trị ngưỡng (TH4).
Nhận xét.
Xác suất mất gói trung bình trong mạng tại giai đoạn ban đầu sẽ giảm dần cùng với sự gia tăng giá trị ngưỡng độ dài đặt ra, và sẽ giảm dần đến giá trị tối thiểu khi giá trị ngưỡng đạt được tối ưu. Qua ngưỡng tối ưu này, nhìn chung, xác suất mất gói tăng nhẹ do chiều dài burst càng cao thì số lượng gói tin bị mất do một tranh chấp gây ra sẽ tăng lên. Do vậy, có thể lấy giá trị ngưỡng độ dài lớn hơn hoặc bằng giá trị tối ưu này cho tất cả các burst để tối thiểu hóa tổn thất gói tin. Mặc dù, bằng việc gia tăng ngưỡng độ dài, chúng ta có thể giảm thiểu yêu cầu xử lý trong mạng lõi OBS. Nhưng một vấn đề cũng cần phải xem xét kỹ lưỡng chính là burst càng dài thì thời gian để xử lý, tách burst cũng tăng lên. Độ trễ xử lý cũng là một trở ngại đáng được quan tâm.