3.3.5.1 Thuật tốn
Điều khiển tắc nghẽn đầu cuối được sử dụng rộng rãi trong các mạng ngày nay để ngăn chặn tắc nghẽn xảy ra. Tuy nhiên do lưu lượng đến dưới dạng bĩ, các router được cung cấp các bộđệm rộng lớn một cách cơng bằng để thu hút các bĩ lưu lượng và duy trì việc sử dụng kết nối cao. Bên trong các bộ đệm lớn này cĩ sử dụng quản lý bộ đệm loại bỏđằng đuơi, nếu xảy ra tắc nghẽn tại các router thì các gĩi sẽ bị trễ hàng đợi lớn. Do đĩ quản lý bộđệm loại bỏđằng đuơi buộc mạng phải lựa chọn giữa độ sử dụng cao (yêu cầu kích thước hàng đợi lớn) hay độ trễ nhỏ (yêu cầu kích thước hàng đợi nhỏ). Cịn quản lý hàng đợi sử dụng thuật tốn RED thì tích cực hơn do sử dụng quá trình loại bỏ gĩi ngẫu nhiên bằng việc thay đổi kích thước hàng đợi trung bình. Mục tiêu chính của RED là phối hợp giữa trung bình hố chiều dài của hàng đợi (cung cấp lưu lượng dạng bĩ) và thơng báo tắc nghẽn sớm (giảm kích thước hàng đợi trung bình) đểđạt được trễ hàng đợi trung bình thấp và độ thơng qua cao.
Tuy nhiên RED lại cĩ mặt hạn chế: kích thước hàng đợi trung bình thay đổi theo mức tắc nghẽn và các thiết lập tham số. Về cơ bản RED yêu cầu điều chỉnh các tham số để hoạt động hiệu quả thì nĩ phải loại bỏ đủ các gĩi để đạt được mục đích. Thật khơng thích hợp là việc thiết lập các tham số phụ thuộc vào tính tự nhiên và dạng bĩ của lưu lượng truyền qua hàng đợi trên cơ sở RED. Ta thấy khi kết nối xảy ra tức nghẽn nhẹ hay giá trị maxp cao thì kích thước hàng đợi trung bình sẽ gần giá trị minth, cịn khi kết nối bị tắc nghẽn nặng, hay giá trị maxp thấp thì kích thước trung bình hàng đợi gần bằng hoặc lớn hơn maxth. Kết quả là trễ hàng đợi hàng đợi trung bình rất nhạy với tải lưu lượng và tham số do đĩ khơng thể dự đốn truớc được. Thêm vào đĩ độ thơng qua trong RED cũng nhạy với tải lưu lượng và tham số. RED thường khơng hoạt động tốt khi kích thước hàng đợi trung bình vượt quá giá trị maxth, khi vượt quá giá trị này thì khả năng thơng qua giảm cịn tốc độ loại bỏ gĩi tin tăng. Giải pháp đưa ra cho vấn đề trên là tìm ra một thuật tốn kế thừa được các ưu điểm của thuật tốn RED
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
thích nghi) là phần mở rộng của thuật tốn RED. ARED về cơ bản vẫn dựa trên thuật tốn RED nhưng chỉ chỉnh sửa tham số maxp để giữ cho kích thước hàng đợi trung
bình luơn nằm trong khoảng minth và maxth. Thêm vào thuật tốn ARED tựđộng thiết
lập các tham số khác của RED, nĩ cĩ thể tối thiểu hố khả năng kích thước hàng đợi trung bình vượt quá giá trị maxth do đĩ hạn chế khả năng mất gĩi và sự dao động trong trễ hàng đợi.
Các trọng số dùng đểđánh giá ARED
Mục đích thứ cấp của RED nĩi riêng hay của quản lý hàng đợi nĩi chung là để cung cấp trễ hàng đợi trung bình thấp và độ thơng qua cao. Do đĩ để định giá ARED thì ta sử dụng các trọng số của trễ hàng đợi trung bình và độ thơng qua. Mục đích nữa của ARED là giới hạn số lượng các gĩi bị loại bỏ và tốc độđánh dấu. Tất cả các trọng số được xây dựng trên cơ sở router. Trong khi các trọng số người sử dụng đầu cuối như: thời gian chuyển file, hay độ trễ trên gĩi là các kết quảđo quan trọng cĩ hiệu quả với thuật tốn thì các trọng số người sử dụng đầu cuối cho thuật tốn ARED cĩ thể dễ dàng nhận được từ các trọng số trên cơ sở router
Hoạt động của thuật tốn ARED
ARED thích ứng giá trị maxp để giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm trong khoảng giá trị minth và maxth. Đểđạt được điều này cĩ 4 cách:
• Maxp được thích ứng khơng chỉ giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm giữa hai giá trị minth và maxth mà cịn giữ cho kích thước hàng đợi trung bình nằm trong một giải cho phép trong khoảng minth và maxth.
• Maxp thích nghi chậm, thời gian vượt quá được chia lớn hơn thời gian roundtrip và trong những bước nhỏ.
• Giá trị maxp được duy trì trong khoảng [0.01 ; 0.5]
Hình 3.13 : Phát hiện sớm ngẫu nhiên thay đổi thích ứng với maxp thay đổi
0 Minth Maxtth 100% 1 maxp maxp Curve for Aggressive traffic Curve for Light traffic Average occupancy D ro p Pr ob ab il it y
• Thay cho việc tăng theo cấp số nhân và giảm giá trị maxp ta thực hiện chế độ giảm theo cấp số nhân và tăng theo cấp số cộng (AIMD).
Thuật tốn ARED:
Every interval seconds:
If (avg > target and maxp≤ 0.5) Tăng giá trị maxp
maxp ← maxp + α;
else if (avg < target and maxp≥ 0.01) giảm maxp ;
maxp ←maxp * β ;
Các biến :
avg : kích thước hàng đợi trung bình Các tham số cốđịnh :
interval : khoảng thời gian khoảng 0,5 s
target : giá trị mong đợi cho avg nằm trong khoảng
[minth + 0.4 * (maxth - minth) ; minth + 0.6 * (maxth - minth)] α : nhân tố tăng ; min (0.01 ; maxp/4)
β : nhân tố giảm ; 0.9
Chính sách tương thích giá trị maxp cho phép giá trị xác suất loại bỏ gĩi
Đáp ứng được với sự thay đổi của kích thước hàng đợi trung bình để cĩ thể chiếm ưu thế trong các khoảng thời gian nhỏ. Việc thích ứng chậm giá trị maxp, ARED đưa ra hiệu quả sử dụng cao trong một dải rộng các mơi trường.
Thuật tốn ARED trong hình trên sử dụng AIMD tương thích maxp. Ngồi cách
này ra cịn cĩ một cách điều khiển tuyến tính khác là MIDC (tăng theo cấp số nhân, giảm theo cấp số nhân) cũng được yêu cầu để quản lý hàng đợi.
3.3.5.2 Các tham số của ARED a. Giá trị maxp
Giới hạn trên của giá trị maxp=0.5 cĩ thểđược chỉnh sửa theo cách:
Cố gắng tối ưu RED để tốc độ loại bỏ gĩi tin <50%. Hơn nữa khi tốc độ loại bỏ gĩi tăng từ maxp→ 1 khi kích thước hàng đợi thay đổi từ giá trị maxp->2maxp. Cịn khi tốc độ loại bỏ gĩi giảm từ 1→ maxp khi kích thước hàng đợi thay đổi từ minth→ maxth. Do đĩ với giá trị Maxp được thiết lập tới giá trị 0.5 thì xác suất loại bỏ các gĩi thay đổi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 3: Quản lý hàng đợi và các thuật tốn
từ 0→ 1 khi kích thước hàng đợi thay đổi từ Minth→ 2Maxth. Điều này giúp cho hiệu năng truyền lớn ngay cả khi tốc độ loại bỏ gĩi vượt quá 50%.
b. Tham sốα, β
Cĩ ít nhất 0.49/α khoảng giành cho giá trị maxpđể tăng từ 0.01→ 0.5 (với tham số đưa ra là 24.5s). Tương tự cĩ ít nhất log0.02/logβ khoảng cho giá trị maxpđể giảm từ 0.5→ 0.01(với tham số là 20.1s). Khi xét đến giá trịα, β yêu cầu đặt ra là ngay cả khi hoạt động dưới điều kiện bình thường thì bất kì một chỉnh sửa đơn nào của giá trị maxp cũng khơng ảnh hưởng tới sự thay đổi của kích thước hàng đợi trung bình
Khi giá trị maxp được thích ứng với xác suất loại bỏ gĩi trạng thái ổn định p cũng được duy trì và kích thước hàng đợi trung bình dịch chuyển đơn giản để phù hợp với giá trị maxp mới. Do đĩ p < maxp khi maxp tăng bởi α, và giá trị hàng đợi trung bình cĩ thể giảm từ giá trị minth +
p
p
max (maxth - minth) tới minth +
α + p p max (maxth - minth) Nĩ là sự giảm của giá trị: α α + p max + p p
max (maxth - minth)
Giá trị maxp nhỏ hơn 0.2(maxth- minth), do đĩ kích thước hàng đợi trung bình khơng phụ thuộc vào giá trị maxp và để tránh hiện tượng kích thước hàng đợi giảm đột ngột từ giá trị biên trên xuống giá trị biên dưới. Tham sốα, β phải thoả mãn:
α α + p max ≤ 0.2 với α < 0.25 maxp
Tương tự cĩ thể kiểm tra việc giảm maxp theo cấp số nhân để khơng gây ra hiện tượng kích thước hàng đợi trung bình tăng từ giá trị biên giới tới giá trị biên trên. Phân tích tương tự nhưα: β β p p max ) 1 ( −
(maxth - minth) < 0.2(maxth - minth) Chọn β:
β β
−
1 ≤ 0.2 ; β > 0.83
c. Thiết lập các tham số maxth và wq
ARED loại bỏ sự phụ thuộc của RED vào tham số maxp và một số tham số khác thì ta cĩ thể tựđộng thiết lập tham số maxth,wq. Giá trị Maxp sẽđược tựđộng thiết lập từ giá trị 3minth. Trong trường hợp này thì kích thước hàng đợi trung bình tập trung xung quanh giá trị 2minth do đĩ nĩ chỉ chịu ảnh hưởng của tham số minth của RED.
Tham số wq: nếu kích thước hàng đợi trung bình thay đổi từ giá trị này sang giá trị khác thì số lượng các gĩi đến là -1/ln(1-wq). Giá trị này được gọi là “hằng số thời gian”. Nĩ được chỉđịnh trong các gĩi đến đểđánh giá kích thước hàng đợi trung bình, nhưng bản thân nĩ lại khơng mang tính chất thời gian. Các kết nối cĩ tốc độ cao hơn yêu cầu giá trị wq nhỏ hơn, do đĩ “hằng số thời gian” được duy trì theo trật tự của RRT. wq được thiết lập tự động là 1s (tương đương với 10 RTT) để đánh giá kích thước hàng đợi trung bình. Giả sử rằng RTT mặc định là 100ms thì wqđược thiết lập:
wq = 1- exp(-1/C)
C : là khả năng kết nối các gĩi trên 1s, được tính bắng số các gĩi trên một kích thước mặc định đã được chỉ ra.