Việc mô phỏng này nhằm xem trong trƣờng hợp có hay không sử dụng wc thì các nguy cơ gây ra nghẽn trong mạng do sự quá tải của tuyến hay nút diễn ra nhƣ thế nào và khả năng đáp ứng các yêu cầu đối với từng trƣờng hợp trên.
Tác giả sử dụng cấu trúc mạng N=128 nút, băng thông danh định của các tuyến (kbps) và năng lực xử lý của nút (e unit) đƣợc tạo ngẫu nhiên trong -
sinh ra từ các yêu cầu QoSR giữa ( và ), giả thiết mỗi yêu cầu có ràng s d buộc băng thông 1 kbps.
Gọi là B tổng số yêu cầu định tuyến được đáp ứng cho đến khi không thể tìm đƣợc đƣờng nào thoả mãn yêu cầu, các yêu cầu định tuyến gọi là bị đánh dấu nếu các yêu cầu này vi phạm vào các vùng cấm trong các trƣờng hợp nhƣ sau:
(a) Đối với trƣờng hợp không sử dụng wc, điểm xảy ra sự đánh dấu ở đây đƣợc xác định khi tuyến/nút trên đƣờng đi đƣợc chọn có tải vƣợt quá (dù băng thông hoặc tài nguyên tuyệt đối còn lại vẫn đủ cho yêu cầu).
(b) Đối với trƣờng hợp wc chỉ phản ánh tải của tuyến thì việc đánh dấu yêu cầu xảy ra khi nút mạng đƣợc chọn có tải lớn hơn N và
(c) Đối với trƣờng hợp tham số wc= f( v, u,v), trong trƣờng hợp này
điểm bắt đầu đánh dấu cũng chính là thời điểm khi kết quả tìm đƣờng không tìm đƣợc đƣờng đi nào thích hợp.
Kết quả mô phỏng thu đƣợc nhƣ hình 3- : 16
Yêu c ầu định tuyến (a)
(c)
(b)
Khoảng đáp ứng “Búi êu c” y ầu bị đánh dấu
Thời i nh đ ểm đá d ấu đầu tiên
Khoảng vô nghi ệm
Yêu c b ầu ị đánh ấu d
do tuyến c ảió t cao Yêu c b ầu ị đánh ấucó t cao ải d do nút
Hình 3-16: Kết quả mô phỏng với N=128;
Kết quả cho thấy: Các trƣờng hợp (a) và (b) có sự nhấp nhô trên đƣờng
đặc tuyến, ở đây các điểm nhô trên đƣờng đặc tuyến, trƣờng hợp (c)
đƣợc chấp nhận) trong trƣờng hợp (a) lớn nhất sau đó đến (b) và (c) là nhỏ nhất.
3.8 Nhận xét ết quả k
Qua hai thử nghiệm trên cho thấy: giải pháp đƣợc đề xuất đã cho kết quả
đường đi không chứa các tuyến hoặc nút có tải cao (thử nghiệm 1). Trong hình 3- 16các điểm đánh dấu nguy cơ tập trung thành từng ―búi‖ vì khoảng thời gian mà tải tăng từ đến 100% có thể nhiều hơn một yêu cầu đƣợc chấp nhận, độ rộng các ―búi‖ khác nhau phụ thuộc băng thông của tuyến hay khả năng xử lý của nút. Trƣờng hợp (a) tồn tại cả hai loại nguy cơ quá tải của tuyến và nút, trƣờng hợp (b) chỉ có 1 loại nguy cơ do nút quá tải và trƣờng hợp (c) các nguy cơ quá tải hoàn toàn bị loại bỏ. Thời điểm bắt đầu xảy ra đánh dấu sớm do tuyến hoặc nút bị cấp phát tải cao hơn tuỳ theo tài nguyên nào hết trƣớc.
Khả năng đáp ứng số lượng yêu cầu định tuyến đối với trường hợp (c) nhỏ nhất trong 3 trường hợp do đã loại đi các yêu cầu mang nguy cơ gây nghẽn, đoạn mở rộng ra hơn trong khả năng chấp nhận yêu cầu chính là số lƣợng các yêu cầu mà nếu chấp nhận có thể mang theo nguy cơ. Khi
điều chỉnh giá trị càng nhỏ thì số yêu cầu đƣợc đáp ứng có giảm đi nhƣng mạng hoạt động an toàn hơn.
Quá tải ở một tuyến thì chỉ ảnh hƣởng đến các phiên qua tuyến đó nhƣng quá tải một nút có thể ảnh hƣởng tất cả các phiên qua nút gồm rất nhiều tuyến do vậy có thể sử dụng các hàm truyền đạt fL( u,v) fvà N( v) và các điểm đặc trƣng L, N, điểm cắt tải L, N khác nhau một cách linh hoạt, chẳng hạn thiết lập N =80% để bảo vệ các nút mạng luôn làm việc ở mức tải thấp.
Tác giả cũng đã thử với mạng có số nút khác nhau (N=16..512) và giá trị băng thông cũng nhƣ năng lực của các nút thay đổi, kết quả mô phỏng cũng tƣơng tự nhƣ trong trƣờng N=128.
3.9 Kết luận
Trong ch ng nƣơ ày tác giả đã đề xuất giải pháp định tuyến nhằm hạn chế sự suy giảm chất lƣợng đột ngột trong mạng FMC bằng cách xây dựng ổb
sung tham số wc phản ánh tài nguyên các tuyến và nút mạng ở thời điểm xét, tham số mới này đƣa vào trong quá trình tìm đƣờng cho phép giảm xác suất hoặc loại các tuyến/nút có tải cao để tránh dẫn đến hiện tƣợng nghẽn cục bộ trong mạng. Kết quả mô phỏng cho thấy đƣờng đi tìm đƣợc
không chứa các tuyến/nút có tải cao giải pháp , này s ẽ giúp và nhờ đó kiểm soát đầu vào giữ cho mạng làm việc ở mức tải hợp lý để duy trì mức chất lƣợng toàn mạng không bị suy giảm đột ngột do nghẽn.
CHƢƠNG 4: MỘT GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN QoS NHẰM NÂNG CAO DỰ TRỮ QoS CHO CÁC PHIÊN LIÊN LẠC LIÊN MẠNG FMC
4.1 Đặt vấn đề
Chƣơng này tác giả đề xuất giải pháp định tuyến nâng cao dự trữ QoS nhằm hƣớng đến đảm bảo chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (E2E Q ) oS cho các dịch vụ trên mạng FMC ƣớng đến ơ h c ch cung cấp ế dịch ụ theo thỏa thu v ận chất ƣợng l (SLA) Trong gi . ải pháp, đầu tiên t ác giả đề xuất khái niệm mới l dự trữ QoS. Sà au đó, với mục tiêu hƣớng đến Q E2E toS ác giả phân tích tại sao cần nâng cao dự trữ QoS cho mỗi miền mạng. Để thực hiện nâng cao dự trữ QoS tác gi ả đề xuất tý ƣởng theo hƣớng định tuy Qến oS, ý ƣởng ở đâ à t y l phân biệt phiên liên lạc nội mạng hay liên mạng và sử dụng thuật toán định tuyến QoS thích hợp cho các phiên liên lạc này. Đồng thời, tác gi cũng ả đề xuất cấu trúc bộ định tuyến thực thi tý ƣởng trên v à tiến hành các thử nghiệm kiểm chứng đề xuất.
4.2 QoS từ đầu cuối đến đầu cuối trong mạng FMC
Mạng FMC có cấu trúc phức tạp, nó đƣợc hình thành từ rất nhiều mạng nhỏ đóng vai trò là các mạng truy nhập, mạng gom lƣu lƣợng, mạng lõi,
mạng trung gian Một phiên liên lạc . E2E thƣờng đi qua một số miền mạng khác nhau, mô hình QoS E2E trên mạng ITU- [35] T đƣa ra nhƣ hình 4-1. Khi qua các miền mạng (network section) khác nhau các tham số có tính chất cộng bị tích luỹ, để đảm bảo E2E QoS thì giá trị tích luỹ này phải nhỏ hơn một giới hạn đƣợc quy định cho loại dữ liệu đó
Hình 4-1: Mô hình E2E QoS của ITU-T (Y 1291)
Ví dụ về giới hạn ôth ng s Q ố oS với một số dịch vụ (VoiP, Video) trong ITU-T Y 1291 nh ƣ bảng dƣới đây:
Ứng dụng
VoIP Videtáco tƣơng Video Streaming Băng thông 21 tới 320 kbps không định
ngh ĩa không định ngh ĩa Trễ 1 chiều <150 ms <150 ms <4 sec
Biến động trễ <30 ms <30 ms Ko ảnh hƣởng Tỷ lệ mất gói <1% <1% <5%
Đảm bảo QoS E2E trên mạng FMC là vấn đề đặc biệt nan giải [10] [35], ,
m trong s cột ố ác nguy n nh n chê â ính à do phiên liên lạc đi qua nhiều l miền mạng thuộc các nhà quản trị khác nhau, mỗi mạng có thể sử dụng cách tổ chức, công nghệ và chính sách quản lý QoS êri ng (hình 4-2):
Miền 1 miền 2 d UMTS D fserv if miền n ITU Q1291 miền n-1 D fserv if E2E s
Hình 4-2: Phiên liên lạc bất kỳ trên FMC có thể đi qua nhiều miền
mạng khác nhau
M t kh , ki ặ ác ến trúc mạng NGN/FMC đƣợc phân thành ác ầng c t (truy ền t v dải à ịch ụ v ) trong mỗi tầng lại c các lớp c ó ó chức n g c ăn ụ thể (ví ụ d :
tầng ịch ụ ó d v c thể ó ớp i khi c l đ ều ển, ứng ụng d ...), c l b n dác ớp ê ƣới cung cấp dịch ụ v cho c l ác ớp phía n v ctrê ới ác y u c r c ê ầu ất ụ thể (chẳng ạn h tầng truy t cung cền ải ấp dịch ụ v truyền d liệu ữ đảm bảo Q voS à security cho tầng ịch ụ d v phía trên). Tuy nhi n, thê ực t ếhiện nay h ầu nhƣ chƣa c ó nhà khai thác nào t chức đúng theo nguy n t nổ ê ắc ày, b n cê ạnh đó ác ỹ c k thu , giao thật ức giao tiếp giữa ác ớp cũng c l chƣa ho thi . T c càn ện ất ả ác điều này cũng â g y kh ó khăn cho vi ệc đảm ảo b Q ngay trong b oS ản thân m ộtnhà cung cấp hay m ộtmiền ạng m
Vấn đề liên mạng trong FMC không chỉ là từ mạng của nhà khai thác này sang mạng của nhà khai thác khác mà có thể có ngay trong một nhà khai thác (ví dụ từ các miền mạng truy nhập khác nhau sang miền mạng lõi nhƣ trong hình 4-3) . Mạng gom lưu lượng Thiết bị Truy nhập Mạng lõi Đầu cuối Đầu cuối Thiết bị Truy nhập Thiết bị Truy nhập Mạng truy nhập GW Đầu cuối Đầu cuối E2E GW
Hình 4-3: Trong nội bộ một nhà cung cấp FMC cũng có sự liên mạng
Ở đây, ngay t ại miền mạng truy nh ập đã gồm nhiều hình thức truy nhập khác nhau nhƣ: mạng di động cell (GSM, UMTS, LTE..), Wireless (wifi, wimax, blue-tooth..) hay mạng wireline (xDSL, FE/GE..). Vấn đề đặt ra l là àm sao để c ó thể cung cấp đƣợc ịch ụ đảm d v bảo Q qua c oS ác miền mạng này?
Chất lƣợng dịch vụ đóng vai tr quan trò ọng trong th h mế ệ ạng FMC nên trong mô hình kinh doanh dịch vụ trên mạng FMC ngƣời ta mong muốn hƣớng đến mô hình cung cấp dịch vụ theo thoả thuậ chất lƣợng (SLA)n [25]. Cam kết SLA không chỉ giữa nhà cung cấp dịch vụ với ngƣời dùng cuối mà bao gồm giữa các nhà cung cấp với nhau (Nhà cung cấp hạ tầng
mạng NP, – Nhà cung cấp dịch vụ - SP, Nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng – ASP, Nhà cung cấp nội dung CP... ) nh trong – ƣ hình 4-4:
Network Provid er (NP) S vice Provid er er (SP) Application S vice er Provid (ASP) er Content Provid er (CP) Customer Network Provid er (NP) Network Provid (NP) er S vice Provid er er (SP) S vice Provid er er (SP) Application S vice er Provid (ASP) er Content Provid er (CP) SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA SLA
Hình 4-4 Cam k: ết SLA gi c ữa ác đối ƣợng t trên mạng FMC
Theo mô hình này, mỗi nhà cung cấp tuỳ theo dịch vụ cung cấp sẽ xây dựng các mức cam kết chất lƣợng và đảm bảo duy trì cam kết này trong suốt thời gian hoạt động.
Khi có sự cam kết SLA công khai các nhà cung cấp có mức cam kết chất lƣợng càng cao (thƣờng nếu có khả năng cam kết cao thì cũng sẽ cung cấp đƣợc các mức chất lƣợng thấp hơn) thì sẽ có nhiều khách hàng hơn và khả năng cạnh tranh lớn hơn.
Trong vấn đề liên mạng, dựa vào các thông tin về chất lƣợng của các miền mạng trung gian do c ơ chế SLA cung cấp, việc xác định đƣờng đi cho phiên liên lạc sẽ đƣợc thiết lập qua các miền trung gian trên c s ơ ở chọn các mạng ó c chất lƣợngphù ợp ới yêu c h v ầu.
Thông thường, ngƣời ta thƣờng sử dụng các biện pháp quản lý để hỗ trợ
việc thiết lập đƣờng đi liên mạng [28] [35] [36] [70] , , , bằng cách xây dựng các khung kiến trúc cùng các giao thức báo hiệu QoS để hỗ trợ cho việc bắt tay giữa các miền mạng trong quá trình thiết lập và duy trì phiên liên lạc QoS.
Hình 4-5 là ví dụ về việc khởi tạo phiên truyền có yêu cầu QoS. Đầu cuối khách hàng (CPE) sẽ khởi tạo yêu cầu dịch vụ tới modul chức năng điều khiển phiên (SCF), SCF sẽ tìm địa chỉ đích (có thể qua các SCF trung
gian khác). Khi CPE đích đƣợc tìm thấy, các SCF nằm trên đƣờng đi qua các miền mạng trung gian (truy nhập, lõi) gửi các yêu cầu tài nguyên (với các tham số QoS) xuống chức năng điều khiển tài nguyên truy nhập (RCF) để yêu cầu tài nguyên giữa điểm truy nhập (AN) và cổng liên mạng với miền mạng lõi (ER) hay giữa các thi b ết ị biên c mủa ạng l või ới nhau. RCF sử dụng các giao thức điều khiển tài nguyên (ví dụ COPS) để tƣơng tác với các thiết bị mạng nhằm thiết lập cấu hình đƣờng đi trong mạng. Ở đây, phần đƣờng đi qua mỗi miền mạng đƣợc đƣa ra do chức năng định tuyến của miền mạng tƣơng ứng.
SCF RCF CPE 1 T i k hi , ần g đ ều ển d v ịc h ụ T tr uy t ần g ền ải d li ữ ệu Mạng truy nh ập Mạng lõi Mạng truy nh ập RCF RCF CPE 2 SCF AN ER ER ER ER AN
điều khiển t ài nguyên Yêu c dầu ịch ụ v
Yêu c t nguyên ầu ài v c tham s QoS ới ác ố Điều khiển cấu hình t nguyên ài
v c tham s QoS ới ác ố
Luồng ữ d liệu
Hình 4-5: V d minh ho v í ụ ạ ềkiến trúc thi l phi n Q ết ập ê oS Nhìn chung, c ác giải pháp này thƣờng quan t m kh câ ía ạnh kiến trúc, không cđề ập đến ừng t phân đ ạno trong ki ến trúc trong khi m ột thực ế à t l đƣờng đi qua các miền mạng trung gian này hoàn toàn phụ thuộc vào việc định tuyến nội miền đó [35]. Do trong kiến trúc thƣờng không chỉ ra giới hạn QoS của các miền là bao nhiêu ên n các giải pháp này có hạn chế là không chỉ ra trách nhiệm của mỗi bên trung gian trong việc đảm bảo QoS này và chỉ cần một vài miền trung gian không đảm bảo QoS thì sẽ không thể đảm bảo QoS cho cả phiên. í ụ V d , trong hình 4-5 khi mi truy nh ền ập đƣợc yêu cầu thiết lập đƣờng đ i Q toS AN ừ đến ER, ràng buộc đối với yêu c nầu ày l rà àng buộc E2E của dịch ụ (hoặc l d v ớp ịch ụ v ) đó (chẳng
h ạn giới ạn h 150ms v tham s ới ố trễ cho dịch ụ v VoIP) n n rất c th ê ó ể đƣờng đ i tìm đƣợc đã ó c ltrễ ên đến ~150ms.
Một hướng khác đƣợc đƣa ra trong các nghiên cứu của ITU-T [85], M cal [35]. Theo hes ƣớng ày n , ngƣời ta phân chia việc đảm bảo QoS E2E thành các phân đoạn QoS cho từng miền ụ ể ví dục th , trong hình 4-6, để đảm bảo trễ E2E àl 140ms khi qua 3 mi 1, 2, 3 th ền ìgiới ạn h cho mi trễ ền 1 l 30ms, mi 2 l 50ms và ền à à miền 3 là 60ms. Miền mạng (truy nh ) ập #1 Miền mạng (trung gian) #2 Miền mạng (truy nhập) #3 Source Destination
Yêu cầu trễ E2E đi qua 3 miền là 140ms
Miền 1 30ms Miền 2 50ms Miền 3 60ms
Hình 4-6: Ph n chia viâ ệcđảm bảo Q E2E cho coS ácmiền
Sự phân chia này dựa trên phạm vi địa lý, công nghệ... uy nhiên, hiện tại t các sở cứ nhằm đƣa ra các quy định giới hạn QoS từng đoạn mạng là chưa hoàn toàn chắc chắn vì các thông số QoS của các phần mạng không chỉ phụ thuộc kích thƣớc hay công nghệ triển khai mà còn phụ thuộc cách tổ chức mạng và việc sử dụng các giải pháp định tuyến và chính sách bảo mật.. Các nỗ lực nhằm đƣa ra cơ chế phân đoạn QoS này vẫn còn tiếp tục [35] [84], .
4.3 Khái niệm “dự trữ QoS“
Do tính chất liên mạng của các phiên liên lạc nên mỗi nhà quản trị của một vài miền ạngm trung gian sẽ không thể đảm bảo đƣợc QoS E2E cho
c phi nả ê . Chẳng ạn h , c ơ chế thi lết ập nhƣ trong hình 4-5 trong nhi ều trƣờng hợp s ẽ không th thi l ể ết ập đƣợc luồng media tho m Q do s ả ãn oS ự tích luỹ trễ, m g .. qua c ất ói ác miền mạng trung gian l h n rớn ơ àng buộc ( y c nguy n nh n l m Ở đâ ó ê â à ỗi miền mạng chƣ ìm ra c a t ác đƣờng ối ƣu t cho yêu c thi lầu ết ập phi n n l nê liê ạc ày).
Giả ử s một phi n li n l tho (VoIP) n mê ê ạc ại trê ạng FMC i qua đ đƣờng đ i P,