CHƢƠNG 1 : BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN QoS TRÊN MẠNG FMC
4.4 Đề xuất giải pháp QoSR nhằm tăng dự trữ QoS cho các phiên
4.4.3 xuất sử dụng các thuật toán định tuyến thích hợp cho các
cầu nội mạng hay liên mạng
Các giải pháp cho bài toán QoSR trên mạng FMC rất phong phú, mỗi giải pháp đƣợc đặt trong ngữ cảnh, mục tiêu và đối tƣợng phục vụ riêng. Các giải pháp này đƣợc chứng minh là hiệu quả trong các điều kiện biên xác lập cho bài toán. Trên mạng FMC nhu cầu về trao đổi thông tin cũng rất đa dạng, có ứng dụng cần quan tâm chỉ tham số QoS duy nhất (ví dụ băng thông) nhƣng có ứng dụng lại yêu cầu quan tâm nhiều tham số đồng thời. Nhƣ vậy, trên cùng một hạ tầng mạng FMC nếu có khả năng phân lớp các yêu cầu QoS từ các ứng dụng/dịch vụ trên cơ sở các điều kiện biên sẽ tận dụng được các kết quả nghiên cứu của các nhà nghiên cứu.
Trong gi ải pháp này, sau khi đã phân biệt đƣợc các yêu cầu định tuyến tác giả đề xuất sử dụng các thuật toán định tuyến QoSR khác nhau cho các yêu cầu ƣnh sau :
Đối với các phiên liên lạc nội mạng nên sử dụng các thuật toán tìm đường thoả mãn ràng buộc MCP hay tìm đường gần đúng. Các giải thuật MCP hay tìm đƣờng gần đúng có độ phức tạp thấp trong khi c ác giải thu tật ìm đƣờng đ a ràng buộc ối ƣ t u thƣờng ất r phức t do vạp ậy việc sử dụng các giải thuật QoSR khác nhau sẽ làm tăng tốc độ tìm đƣờng.
Đối với các phiên liên mạng hoặc yêu cầu QoS cao nên sử dụng các thuật toán tìm đường tối ưu đa ràng buộc MCOP. L do s ý ử dụnggiải thu MCOP ật ở đây đƣợcchỉ ra nh sau: ƣ
Theo bi ểuthức (1.7) , đƣờng đ ối ƣu i t l(P) tính ằng ô b c ng thức:
L l L l L l m m P P P P l max , ,.., 2 2 1 1
ở đó, mục u ttiê ối u cƣ ủa b ài toán MCOP l là àm sao để l(P) nhỏ nhất, nghĩa l àl(P)min.
B n cê ạnh đó , theo c ng th (4.2), d ô ức ựtrữQoS t ng ƣơ đối đƣợc ính t bằng: L l Ll L r i i i i i i P P P) ( ) 1 ( ) (
Do vậy, mục u ttiê ìm l(P)minc b ủa ài toán MCOP cũng đồng nghĩa l tà ìm đƣờng ó ự c d trữ tối thiểu rmin(P) là lớn nhất (d tr tối thiểu ự ữ
ở đây l d à ự trữ nhỏ nhất trong c tham s Q ). m ác ố oS Hình 4- 12 minh họa dự trữ QoS với mục u t u c b tiê ối ƣ ủa ài toán MCOP , ở trong hình minh h n ọa àyrmin(P) r = 2.
1 L l P 1 1 L l P 2 2 L l P 3 3 L l P 4 4 0.5 L l i i(P) r1 l(P) r2 r3
Hình 4- : 12 Quan hệ giữa dự trữ QoS và mục tiêu tìm nghiệm bài
toán MCOP
Tuy nhi n, gi thu MCOP ê ải ật thƣờng ất r phức t do vạp ậy chỉ nên dùng khi cần tới sự dự trữ QoS.
4.4.4 Đề xuất cấu trúc ộ định tuyến b ở các nút mạng FMC
Để kết hợp việc nhận dạng các yêu cầu định tuyến và sử dụng các giải thuật tìm đƣờng khác nhau tác giả đề xuất kiến trúc thiết b ị định tuyến cho các nút ạngm FMC nhƣ trong hình 4- : 13
C thu to ác ật án định tuy ến (MCP, MCOP) Gói tin đến Nhận dạng yêu c ầu Chính sách/luật nh dận ạng thu to ật án được chọn Đường đ i Chức n ng chuy tiă ển ếp gói tin
(Forward) Thông tin định tuyến Giao th ức định tuyến Gói tin i đ Thiết bị định tuyến (Rout ) er M p h i k h i ặt ẳn g đ ều ển M p h ặt ẳn g d l i ữ ệu
Trích thông tin về yêu c ầu
Hình 4-13: Đề xuất kiến trúc thiết bị định tuyến
Trong hình 4- 13module nhận dạng yêu cầu sẽ phân biệt các yêu cầu định tuyến dựa vào chính sáchhoặc các thuộc tính của yêu cầu định tuyếnnhƣ đề xuất trong mục 4.4.2. Đầu ra của module nhận dạng yêu cầu sẽ quyết
định lựa chọn thuật toán định tuyến cụ thể có sẵn đƣợc tích hợp trong
modul các thuật toán định tuyến theo đề xuất trong mục 4.4.3. Bảng thông tin định tuyến đƣợc sử dụng chung cho các giải thuật khác nhau và đƣợc thu thập/quảng bá bằng giao thức định tuyến QoS.
Dự trữ QoS về nguyên tắc ẽ thực hiện ở tất cả các miền mạng cấu thành s của FMC bởi mục tiêu là hƣớng đến đảm bảo QoS E2E bằng sự nỗ lực của tất cả các miền mạng chứ không chỉ riêng miền nào. Tuy nhiên, trong cấu trúc chung của FMC thì miền mạng lõi IP là miền mạng trung chuyển cho hầu hết các phiên liên lạc trên mạng và bƣớc đầu có thể triển khai trên miền này nhằm dự trữ QoS cho các miền có sự biến động QoS lớn nhƣ mạng không dây hay sang mạng của nhà khai thác khác.
4.5 Thử nghiệm
Mô hình mạng thử nghiệm có số nút mạng N=256, số tham số QoS m=4, thông số QoS của các tuyến đƣợc sinh ngẫu nhiên. Một số trong số N nút đƣợc chọn ngẫu nhiên nhƣ là các GW. Kiến trúc xử lý tại mỗi nút mạng đƣợc tổ chức nhƣ trong hình 4-13, modul nhận dạng yêu cầu sẽ phân biệt
modul thuật toán định tuyến sử dụng 2 thuật toán định tuyến gồm một giải thuật MCOP là RL-SAMCRA [0] và một giải pháp tìm đường thoả
mãn ràng buộc MCP [8] c t n l GREEDY (Ph ló ê à ụ ục 2), modul chức
năng định tuyến gói tin ở đây thực hiện việc cập nhật sự thay đổi tài nguyên của mỗi tuyến/nút khi một phiên đƣợc thiết lập qua.
Phần mềm mô phỏng sẽ tự động sinh ra các yêu cầu định tuyến giữa cặp điểm ngẫu nhiên bất kỳ trong mạng, khi nút đích ( ) là nút có chức năng D
cổng liên mạng thì sẽ sử dụng giải thuật MCOP, trong các trƣờng hợp khác sẽ sử dụng giải thuật tìm đường MCP. Meta-code của chƣơng trình nhƣ sau:
double lL=0.0; // tổng dự trữ QoS các phiên liên mạng int counterL=0; //số phiên liên mạng/
double lN=0.0; // tổng dự tữ QoS các phiên nội mạng int counterN=0;//số phiên nội mạng
double r=0.0; //độ dự trữ QoS của phiên hiện tại
double rL=0.0; //Độ dự trữ QoS trung bình của các phiên liên mạng
double rN=0.0; //Độ dự trữ QoS trung bình của các phiên nội mạng
while(1){
S=rand(N), D=rand(N); if(D==GW){
l(P)=MCOP(S,D);
r -max(l=1 i), li= wi(P) với ( i=1..m); counterL++;
lL+=r r; L=lL/counterL; }else{
l(P)=MCP(S,D);
r -max(li), li==1 wi(P) với ( i=1..m); counterN++;
lN+=r r; N=lN/counterN; }
Update net state(tuyến, nút) }
Trong mỗi yêu cầu định tuyến có m ràng buộc và sau khi định tuyến ta có m giá trị dự trữ QoS tƣơng ứng, trong m giá trị dự trữ này thì thông số có ý nghĩa nhất đƣợc quan tâm và đƣợc sử dụng làm thông số quan sát. Gọi
b là thông số quan sát về dự trữ QoS cho mỗi phiên thì đƣợc tính nhƣ r sau: r=Min(ri), ở đây ri đƣợc tính nhƣ trong mục 4.3.
Hai thông số quan sát khác cũng đƣợc sử dụng là độ dự trữ QoS liên mạng rL và độ dự trữ trung bình nội mạng rN: Counter r r L k k L CounterL 1 , Counter r r N k k N CounterN 1 (4.3)
Trong đó CounterL, CounterN tƣơng ứng là số phiên liên lạc liên mạng và nội mạng trong quá trình thử nghiệm.
4.6 Kết quả và nhận xét
Việc thử nghiệm đƣợc tiến ành ới 6000 y u c h v ê ầu định tuyến, chƣơng trình mô phỏng cho kết quả nhƣ ƣớid đây:
Hình 4- l14 d tr Q cà ự ữ oS ủa các phi n li n l n mê ê ạc ội ạng, đƣờng ét n liền l à giá trung btrị ình rN, gi ná trị ày vào khoảng 0.3 (t 30%). Trong hức ình này giá d ctrị ựtrữr ủa c phi n bi ác ê ến động trong d rải ộng, rất nhi phiên ều c d ~ gi 0 ngh l ó ựtrữr átrị ĩa àkhông c d Q . òn ựtrữ oS
Hình 4- : D14 ự trữ nội mạng (N=256)
Hình 4-15 là kết quả mô phỏng trƣờng hợp dự trữ QoS cho các phiên liên mạng đích( D l các GW), à đƣờng nét liền l gi trịà á trung bình ự ữ ê d tr li n mạng (rL), gi cá trị ủa rL~0.45 (t 45%). Hức ình ày cũng cho ta thấy c n ác phi n li n mê ê ạng ất b k ỳ đều ó độ d t c ựtrữ ối thi l 0.2, mểu à ặt kh ácgiá trịr của c phi n các ê ũng g ần giá trị rL h n so vơ ới các phi n nê ội mạng hình ( 4- ), k 14 ếtquả ày cho thấy s n ự ổn định ủa mức độ d trong c c ựtrữ ác phiên liên mạng.
Hình 4- : D15 ự trữ ê li n mạng (N=256 )
Khi biểu diễn hai kết quả này trên cùng đồ thị ta có kết quả nhƣ hình 4-16, ở đây độ d trung bự trữ ình ủa c phi n li n m c ác ê ê ạng thƣờng ớn ơn l h d trung bựtrữ ình ủa các phi n n m c ê ội ạng khoảng 12% đến 15%.
Hình 4-16: So sánh 2 độ dự trữ trên cùng biểuđồ (N=256)
T ác giả ũng đã c thử nghiệm với số nút mạng N khác nhau (N=64..512) và việc thử nghiệm cũng kết quả cho kết quả tƣơng tự.
Xét về mặt hiệu năng tính toán, vi s dệc ử ụng đồng thời thu ật toán MCP và MCOP hiệu ăn n g tính toán cao hơn so với khi chỉ sử dụng MCOP vì các giải thuật MCOP có độ phức tạp luỹ thừa với số nút mạng N [16], [30] trong khi đó các giải thuật MCP nhiều khi chỉ phức tạp bậc đa thức đối với N [13] .
G A, B l tọi à ỷ l s phi n li n lệ ố ê ê ạc n mội ạng à v n mliê ạng tƣơng ứng, ta c : A+B=1ó . Độ phức tạp tính toán dành cho việc định tuyến là:
C=A*O(N) +B*O(Nn) (4.4)
trong đónlà bậc của độ phức tạp bài toán MCOP. C đạt á ị nhỏ nhất gi tr khi B=0 l à
C =Cmin= A*O(N) (4.5) C đạt á ị lớn nhất khi B=1 là gi tr
C=Cmax=O(Nn) (4.6)
Gọi H là tỷ lệ độ phức tạp tƣơng đối giữa C và Cmax, ta có:
H=C/Cmax= [A*O(N) +B*O(Nn)] / O(Nn) =A/O(Nn-1) +B (4.7) Trong biểu thức này giá trị A/O(Nn-1) rất nhỏ và H phụ thuộc vào B, khi B càng nhỏ thì H càng nhỏ nghĩa là độ phức tạp tính toán càng giảm. 4.7 Ứng dụng của đề xuất
Trong mạng Viễn thông nói chung và FMC nói riêng, thực tế các giao dịch nội mạng thƣờng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số giao dịch (ví dụ các cuộc gọi thoại nội mạng thƣờng chiếm đến 80% tổng số cuộc gọi) vì vậy , sử dụng giải pháp này sẽ góp phần giảm đáng kể hiệu năng tính toán cần thiết sử dụng cho việc định tuyến trong khi v ẫn thỏa ãn đƣợc ê m y u cầu t ừ khách à h ng cũng nh nh cung cấp dƣ à ịch vụ.
Đề xuất này có khả năng kết hợp với hai hướng tiếp cận vấn đề QoS E2E hiện nay nhƣ đề cập trong mục 4.1. Đối với hướng tiếp cận đầu tiên (hình
4-5) đề xuất này sẽ thực hiện chức năng tìm đƣờng tối ƣu trong miền mạng của mình khi có yêu cầu thiết lập phiên từ mặt phẳng điều khiển . Trong hình 4-5 thực thể chức năng RCF căn cứ yêu cầu thiết lập đƣờng từ SCF sẽ lựa chọn các chính sách định tuyến và gửi xuống nút định tuyến biên (AN/ER) và các nút này sẽ chọn thuật toán tìm đƣờng thích hợp. Đối với hướng tiếp cận thứ 2, đề xuất này cho phép các nhà cung cấp nhận biết đƣợc giá trị trung bình các thông số QoS của các phiên thiết lập qua mạng, căn cứ trên giá trị này nhà cung cấp có thể ký kết SLA với nhà cung cấp khác hoặc có biện pháp điều chỉnh, tối ƣu mạng để đạt đƣợc chất lƣợng tốt hơn.
4.8 K ết luận
Để thực hiện ải gi pháp n ng cao â chất ƣợng ịch ụ l d v cho các phi n li n lạc ê ê trong mạng FMC luận án đã đề xuất giải pháp định tuy Q ến oS nhằm n ng â cao d Q cho cự trữ oS ác phi n li n l n mê ê ạcliê ạng. Trong gi ải pháp này, tác
giả đã đề xuất phương pháp nhận dạng định tuyến n mội ạng/ n mliê ạng, đề xuấtcách thức sử dụng các thuật toán định tuyến QoSkhác nhau trong tìm đƣờng đồngthời đề xuất cấu trúc bộ định tuyến FMCthực thi các đề xuất ê tr n. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp tăng khả năng tăng dự trữ QoS cho các yêu cầu định tuyến liên mạng trong khi vẫn đảm bảo chất lượng cho các phiên n mội ạng. Bên cạnh đó giải pháp sử dụng/cấp , phát tài nguyên mạng hiệu quả hơn bằng cách tránh chiếm dụng các tài nguyên chất lƣợng cao quá nhiều, tăng hiệu năng tính toán định tuyến và có khả năng tận dụng đƣợc kết quả của các tác gi ả khác nhau.
KẾTLUẬN
Định tuy n ế QoS là một phần quan trọng trong tổng thể hỗ trợ QoS trên mạng hội t FMC. Với chức n ng c bản l tìm ụ ă ơ à đƣờng đi đảm ảo b chất
lƣợng dịch ụ QoSR hƣớng đến 3 mục tiêu v chính à l : tìm đường tối ưu thoả mãn nhiều ràng buộc đồng thời, tối ưu trong sử dụng tài nguyên và tránh sự suy giảm đột ngột chất lượng mạng. Định tuyến Q l moS à ột v ấn đề khó à v đã c nhiều các nghi n cứu li n quan trong thời gian vừa qua ó ê ê và v ang trong qu ẫn đ á trình tiếp ục để h t ƣớng đến việc đƣa ra giải pháp định tuyến hi ệu quả ó c khả năng tri khai trong thực t . Trong quển ế á trình thực hiện luận t án ác giả đã c m s ó ột ố đóng góp mới vào lĩnh ực nâng v cao ch lất ƣợng ịch ụ d v nói chung v bài toán à định tuyến Q oS trên mạng FMC n ng vóiriê ới các đềxuất sau:
1, Đề xuất một giải pháp tăng hiệu năng giải bài toán tìm đƣờng tối ƣu đa ràng buộc MCOP. Trong giải pháp này tác giả đề xuất hai kỹ thuật heuristic mới là kỹ thuật lược bỏ hai chiều để đơn giản cấu trúc mạng và kỹ thuật đảo ngược hướng tìm đường để giảm bớt việc tính toán thông tin look-ahead. Giải pháp đã đƣợc kiểm nghiệm bằng mô phỏng và chứng tỏ sự hiệu quả trong đối với các nút mạng nhất là các nút mạng có tần suất yêu cầu định tuyến lớn. í ụ V d , với c ấu trúc mạng N=500, s tham s ố ố định tuy m=3, t ến ần xuất êu c y ầu định tuyến đến V=500 lần/s và tốc độ c ập nhật định tuyến h=100 l /s th ần ì gi pháp của tác ải giả hiệu quả hơn SAMCRA khoảng 17%.
2, Đề xuất mới một giải pháp định tuyến QoS có khả năng hạn chế dẫn đến tắc nghẽn trong mạng FMC. Trong giải pháp này tác giả đề xuất bổ sung tham số phản ánh trạng thái tải tức thời của mạng (w c) đồng thời đề xuất thông số điểm cắt tải ( ), trong qu á trình ìm t đƣờng thông s wố c
theo c hác ƣớng ẽ đƣợc ính s t toán n t ttrê ải ức thời ủa tuy v n d c ến à út ọc theo hƣớng đó. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp đã loại bỏ các tuyến hoặc nút của tải cao trong quá trình chọn đƣờng và tránh đƣợc các điểm mang nguy cơ nghẽn trong mạng. Giải pháp đóng vai tr ò kiểm soát lƣu lƣợng vào mạng (adm sion control) is đảm ảo duy tr b ì chất ƣợng ổn định l
cho c phi n li n l thi lác ê ê ạc ết ập mới và các phiên đã thi l ết ậptrƣớc đó trên mạng FMC.
3, Đề xuất một giải pháp sử dụng QoSR nâng cao dự trữ QoS cho các phiên liên lạc liên mạng trên mạng FMC. Trong giải pháp này tác giả đƣa ra khái niệm mới là “Dự trữ QoS”, để tăng dự trữ QoS tác gi ả đề xuất kỹ thuật nhận dạng yêu cầu định tuyến nội mạng/ liên mạng và sử dụng ácc thuật toán QoSR m c ch linh ho ột á ạt cho các phiên này, đồng