Đối với định tuyến dựa trên QoS nội miền, ngƣời ta chủ động bố trí nhiều sơ đồ vói các thuật toán khác nhau trong cùng một miền. Ngƣời quản lý có quyền lựa chọn loại định tuyến dựa trên QoS bất kỳ trong miền này, độc lập với định tuyến dựa trên QoS trong các miền khác. Ớ mức này ngƣời ta khuyến khích sự đa dạng các dịch vụ định tuyến dựa trên QoS từ việc tính toán đƣờng động dựa trên thông tin trạng thái cho tới tính các đƣờng dự trữ hỗ trợ một số ít các lớp dịch vụ.
Tuy nhiên, định tuyến dựa trên QoS nội miền yêu cầu một vài đặc điểm chung, nhƣ đƣợc liệt kê dƣới đây:
• Sơ đồ định tuyến phải tìm đƣờng đáp ứng yêu cầu QoS của luồng lƣu lƣợng, nếu tồn tại một luồng lƣu lƣợng và ngƣợc lại.
• Để tối ƣu hoá việc sử dụng tài nguyên, sơ đồ định tuyến phải có thông báo đƣờng bị ngắt mỗi khi đƣờng bị ảnh hƣởng bởi những thay đổi topo trong mạng.
• Sơ đồ định tuyến phải hỗ trợ các luồng lƣu lƣợng khi những luồng này không có các yêu cầu giành trƣớc tài nguyên. Nói cách khác, các giao thức và ứng dụng cố gắng tối đa hiện nay không cần phải thay đổi trong miền định tuyến dựa trên QoS.
• Sơ đồ định tuyến phải có quyền kiểm soát cho phép ở mức cao, để hạn chế sự sử dụng tài nguyên tổng thể của các luồng riêng.
Trong phần này ta tập trung vào định tuyến dựa trên QoS nội miền, còn định tuyến dựa trên QoS liên miền sẽ đƣợc đề cập trong phần kế tiếp. Các vấn đề chính khi lựa chọn một đƣờng dẫn, sự phức tạp, độ chính xác của thông tin định tuyến và sự ổn định định tuyến đƣợc phân tích dƣới đây. Sau đó, định tuyến đa đích, định tuyến liên kết rời và định tuyến dựa trên dự báo cũng đƣợc trình bày ở phần cuối.
2.1.1 . Vấn đề thuật toán lựa chọn đường đi
Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng bởi các thuật toán định tuyến dựa trên QoS tính toán đƣờng dẫn đa ràng buộc thì thƣờng theo một thỏa hiệp giữa sự tối ƣu của đƣờng dẫn và độ phức tạp của thuật toán. Các nghiên cứu của các thuật toán tính toán đƣờng dẫn nhằm cải thiện độ phức tạp và chất lƣợng của đƣờng dẫn vẫn còn là một vấn đề mở trong lĩnh vực định tuyến dựa trên QoS.
2.1.1.1 Quá tải trong thuật toán định tuyến dựa trên QoS động
Mục tiêu của giao thức định tuyến dựa trên QoS có thể bị xem xét bởi việc áp đặt thêm tải trong mạng. Tải trọng đƣợc giới thiệu bởi các phƣơng pháp định tuyến dựa trên QoS bao gồm:
• Quá tải xử lý do việc tính toán thƣờng xuyên hơn và phức tạp hơn. • Việc lƣu trữ bổ sung cần thiết để hỗ trợ các giao thức định tuyến dựa trên QoS.
• Các quá tải truyền thông gây ra bởi sự gia tăng lƣợng thông tin định tuyến đƣợc trao đổi trong mạng.
Cần lƣu ý rằng tất cả những yếu tố này tác động chặt chẽ tới khả năng mở rộng mạng, tức là khả năng mở rộng trở thành một vấn đề phải đƣợc giải quyết bởi bất kỳ đề xuất định tuyến dựa trên QoS nào.
Việc quá tải xử lý gây ra bởi định tuyến dựa trên QoS là do 2 yếu tố chính, cụ thể là, sự phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn và tần suất tính toán đƣờng dẫn. Vì số các ràng buộc cần đƣợc thỏa mãn bởi các thuật toán định tuyến
ngày càng tăng lên. Độ phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn trở lên cao hơn, đòi hỏi khắt khe hơn trong việc xử lý các nguồn tài nguyên. Sau đó, trong trƣờng hợp của phƣơng pháp tính toán trƣớc đƣờng dẫn, các đƣờng dẫn đảm bảo QoS đã cài đặt bảng định tuyến phải đƣợc cập nhật tình trạng mạng, và trong trƣờng hợp tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu, các đƣờng dẫn phải đƣợc tính toán lúc tiếp nhận yêu cầu kết nối. Trong bất kỳ cách định tuyến nào, thuật toán tính toán đƣờng dẫn đƣợc sử dụng thƣờng xuyên hơn trong các giao thức định tuyến truyền thống, do đó đòi hỏi xử lý các nguồn tài nguyên nhiều hơn. Mặc dù hầu hết các đề xuất định tuyến dựa trên QoS sử dụng tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu, cách định tuyến này có hai nhƣợc điểm. Thứ nhất, nó gây ra trễ trƣớc khi bắt đầu chuyển tiếp lƣu lƣợng. Thứ hai, nó đòi hỏi phải áp dụng các thuật toán tính toán đƣờng đi cho mỗi yêu cầu kết nối, do đó đƣa thêm quá tải xử lý trên các bộ định tuyến, đặc biệt là khi tỷ lệ đến của các yêu cầu kết nối không cao. Tính toán trƣớc đƣờng dẫn là cách tiếp cận khác để xử lý các vấn đề của quá tải xử lý kết hợp với tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu do tác dụng phụ của sự thiếu chính xác cuối cùng của quyết định định tuyến [7]-[8].
Định tuyến dựa trên ỌoS làm tăng nhu cầu lƣu trữ trong bộ định tuyến do sự tăng lƣợng thông tin trạng thái mạng và do kích thƣớc của các bảng định tuyến dựa trên QoS. Thông tin đƣợc lƣu giữ trong các bộ định tuyến bao gồm các metric mô tả trạng thái của các liên kết trong mạng nhƣ trễ, tỷ lệ mất mát và sử dụng, và dữ liệu thống kê về lƣu lƣợng kết hợp đƣợc chuyển tiếp thông qua bộ định tuyến. Kích thƣớc của các bảng định tuyến dựa trên QoS đƣợc xác định bởi loại lƣu lƣợng sử dụng, và có thế thay đối từ chỉ một đƣờng vào cho mỗi đích đến trong mạng. Mặc dù định tuyến dựa trên QoS cần nhiều tài nguyên hơn, nhƣng dung lƣợng bộ nhớ của các bộ định tuyến hiện tại hoàn toàn đủ khả năng đáp ứng, do đó nó là một hạn chế nghiêm trọng cho việc triển khai các giải pháp định tuyến dựa trên QoS trong mạng.
Trong trƣờng hợp các giao thức trạng thái liên kết, quá tải truyền thông là do tải của quá trình ―flooding‘" sử dụng trong việc trao đổi thông tin trạng thái liên kết giữa các bộ định tuyến trong mạng. Do các bộ định tuyến cần phải cập nhật trạng
thái mạng đế hỗ trợ các quyết định định tuyến chính xác, thông tin trạng thái cần phải đƣợc phân phối thƣờng xuyên và vì thế có thể làm tăng quá tải truyền thông. Tác động của vấn đề này phụ thuộc vào các yếu tố nhƣ số lƣợng các tham số ỌoS, thang thời gian của quyết định định tuyến, mô hình định tuyến và sự tức thời của việc tính toán đƣờng dẫn.
Giao thức định tuyến dựa trên QoS dựa trên sự thăm dò có thể cũng đƣa ra quá tải truyền thông trong mạng. Trong trƣờng hợp này, quá tải là do các bản tin thăm dò đƣợc sử dụng để thu thập trạng thái của liên kết trong mạng hoặc để kiểm tra đƣờng dẫn thay thế cần thiết cho các yêu cầu kết nối cụ thể. số chi phí truyền thông do bản tin thăm dò tùy thuộc vào số lƣợng các bản tin thăm dò ban hành, kích thƣớc và tần suất phát ra của chúng. Các bản tin báo hiệu phát ra bởi các giao thức định tuyến dựa trên QoS, giao thức mà thực thi tính toán đƣờng dẫn theo yêu cầu và thiết lập đƣờng dẫn là các yếu tố khác góp phần vào chi phí truyền thông. Các bản tin báo hiệu đƣợc sử dụng để yêu cầu tính toán các đƣờng dẫn cụ thể cho việc tính đƣờng dẫn theo yêu cầu và đê cài đặt đƣờng dần đảm bảo QoS tƣơng ứng trên các nút dọc theo các đƣờng dần đảm bảo QoS. Cách tiếp cận này gây gia tăng cả về truyền thông và quá tải xử lý.
Việc giảm quá tải truyền thông có thể đƣợc thực hiện theo 2 cách bổ sung. Đầu tiên là giới hạn số lƣợng các bản tin định tuyến bằng cách giới hạn tần suất phát ra của bản tin cập nhật và bằng cách giới hạn số lƣợng các bộ định tuyến mà có đủ điều kiện để nhận bản tin cập nhật. Sự phân bố các bản tin cập nhật có thể đƣợc thực hiện ngay khi một sự thay đổi trạng thái xảy ra trong mạng. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có thể dẫn đến quá tải truyền thông trên mạng và cũng có thể tạo ra sự bất ổn định. Thay vì phân phối các bản tin cập nhật ngay lập tức khi có một sự thay đổi, quá trình phân phối đƣợc điều khiển chung bởi chính sách kích hoạt. Quá trình ―flooding‖ sử dụng bởi giao thức trạng thái liên kết gây ra lƣợng tải mà có thế tiêu thụ lƣợng tài nguyên quá mức trong mạng, đặc biệt là khi sử dụng trong các định tuyến có hoạch định dựa trên QoS. Việc lựa chọn các giải pháp ―flooding ‖ phù hợp
có thể giảm chi phỉ gây ra bởi sự phát ra của các bản tin cập nhật trạng thải liên kết trên toàn mạng.
Thứ hai là giảm kích thƣớc của bản tin định tuyến. Sự quảng bá các số liệu định lƣợng, thay vì quảng bá các giá trị tức thời, là một phƣơng pháp phổ biến để tránh các quá tải truyền thông quá mức của các giao thức định tuyến động. Cách tổ chức phân cấp của mạng cho phép kết hợp thông tin định tuyến giữa các cấp độ khác nhau và làm giảm lƣợng thông tin phải đƣợc phân phối và lƣu trữ, trong khi giảm số lƣợng các thiết bị định tuyến liên quan đến việc trao đổi thông tin định tuyến. Các tƣ tƣởng chiến lƣợc cho việc kết hợp thông tin định tuyến phải có trong việc xem xét mức độ của sự kết hợp và hiệu quả hoạt động định tuyến.
Khi kích thƣớc của mạng phát triển, tải gây ra bởi các giải pháp định tuyến dựa trên QoS có thể trở nên quá mức, ảnh hƣởng đến hiệu năng mạng. Vấn đề mở rộng quy mô liên quan đến lƣợng thông tin chảy trên mạng, tới sự phức tạp của thuật toán tính toán đƣờng dẫn, và tới lƣợng thông tin lƣu trữ và xử lý tại các bộ định tuyến. Các cơ chế có thế đƣợc sử dụng để điều khiến quá tải định tuyến và góp phần vào việc mở rộng quy mô bao gồm các số liệu định lƣợng và chính sách kích hoạt, lựa chọn flooding, tống hợp thông tin và tính toán trƣớc đƣờng dẫn.
Các quá tải kết hợp với định tuyến dựa trên QoS là một hạn chế quan trọng để triển khai nó. Cụ thế, quá trình flooding sử dụng để phân phối thông tin trạng thái của mạng là một yếu tố quan trọng trong quá tải định tuyến dựa trên ỌoS. Quan điểm của các phƣơng án định tuyến dựa trên QoS mới mà không dựa vào ―flooding‖ hoặc khắc phục những khiếm khuyết của nó là một vấn đề cần đƣợc xem xét thêm.
2.1.1.2 Định tuyến dựa trên QoS theo thông tin không chính xác
Việc sử dụng các thông tin định tuyến không chính xác bởi thuật toán tính toán đƣờng dẫn có thế gây ảnh hƣởng tới việc thực thi của các giao thức định tuyến dựa trên QoS. Vì vậy, ngƣời ta mong muốn rằng tình trạng của mạng lƣu giữ ở tất cả các router luôn đƣợc cập nhật và phản ánh tình trạng của mạng một cách chi tiết
và đầy đủ. Tuy nhiên, có một số yếu tố ngăn không cho thực hiện mục tiêu này, nhƣ mô tả dƣới đây.
Sự phân phối không thƣờng xuyên của bản cập nhật trạng thái liên kết định tuyến là một trong những nguồn không chính xác của thông tin định tuyến. Trong trƣờng hợp việc phân phối thông tin định tuyến đƣợc thực hiện định kỳ, những thay đối trong trạng thái mạng xảy ra giữa hai lần cập nhật sẽ không đƣợc lan rộng, và do đó các đƣờng dẫn đang sử dụng vẫn nhƣ cũ, dẫn đến phân phối lƣu lƣợng không chính xác trong mạng. Một tình trạng tƣơng tự xảy ra khi sự điều khiển việc phân phối các thông điệp định tuyến đƣợc thực hiện bởi các chính sách cập nhật, chẳng hạn nhƣ dựa trên ngƣỡng hoặc dựa trên lớp. Nếu các thông số điều khiển chính sách cập nhật đƣợc cấu hình với độ nhạy thấp để hạn chế lƣợng truyền thông quá tải, thông tin trạng thái liên kết trong các bộ định tuyến sẽ trở thành cũ và các thuật toán tính toán đƣờng dẫn có thể đƣa ra quyết định định tuyến sai.
Các đề xuất vận dụng thông tin trạng thái không chính xác phải đối phó với một thỏa hiệp giữa quá tải giao thức cần thiết đế giữ thông tin trạng thái cập nhật và sự thiếu chính xác phát sinh do giới hạn của sự phát ra của bản cập nhật. Vì vậy, đề xuất khắc phục sự thiếu chính xác gây ra bởi thông tin trạng thái liên kết hết hiệu lực có hai mục tiêu chính, cụ thể là, để cải thiện hiệu suất của giao thức khi có thông tin thiếu chính xác trong định tuyến và giảm quá tải liên quan đến giao thức kết hợp với phân phối thƣờng xuyên các bản cập nhật.
Sự tổng hợp thông tin trong các mạng phân cấp cũng là một yếu tố quan trọng của thông tin định tuyến không chính xác trong các mạng lớn. Ngay cả trong các giao thức định tuyến nội miền, chẳng hạn nhƣ OSPF, các bộ định tuyến đƣợc nhóm lại tại các khu vực để cho phép khả năng mở rộng và thời gian hội tụ nhanh hơn. Trong các mạng phân cấp, các số liệu định tuyến của liên kết vật lý đƣợc tổng hợp lại để hình thành tải lƣu lƣợng của các liên kết logic, do đó cho rằng các router đều có trạng thái mạng là một xấp xỉ của các giá trị thực sự đại diện cho trạng thái của mỗi liên kết riêng biệt.
Các nguồn khác của sự không chính xác là trễ truyền của các bản tin định tuyến trong các mạng lớn, việc sử dụng các ƣớc tính về trạng thái hiện tại của mạng, và tác động của cơ chế đo đạc các metric đƣợc sử dụng. Do nhiều yếu tố, tình trạng chung đƣợc lƣu giữ bởi mỗi router là một xấp xỉ của trạng thái thật sự thực tế. Khi các thuật toán tính toán đƣờng dần sử dụng thông tin không chính xác này coi nhƣ nó là chính xác, thì hiệu suất của chúng có thế bị thiệt hại, và vì vậy phải tìm ra giải pháp đƣợc để giải quyết vấn đề này. Cách tiếp cận theo xác suất để giải quyết sự thiếu chính xác trong định tuyến nhằm mục đích tìm kiếm một đƣờng dẫn thích hợp nhất phù hợp với yêu cầu mới, có tính đến thông tin có sẵn về trạng thái của mạng là không chính xác và biếu diễn bởi một hàm xác suất. Việc thăm dò dựa vào bản tin là một kỹ thuật nữa đƣợc sử dụng để đối phó với các thông tin trạng thái không chính xác. Việc sử dụng thăm dò tránh đƣợc sự mất hiệu lực của thông tin trạng thái liên kết bởi vì các thăm dò thu thập các thông tin trạng thái gần đúng nhất.
Vấn đề của sự không chính xác về thông tin định tuyến liên quan chặt chẽ với phƣơng thức sử dụng cho việc phân phối và tập hợp thông tin định tuyến, và nhƣ vậy kế hoạch định tuyến dựa trên QoS mới với vấn đề này cần đƣợc phát triến trong một cách tích hợp của cả hai cấp thuật toán và giao thức.
2.1.1.3 Tính ổn định của định tuyến dựa trên QoS
Sự ồn định của các giao thức định tuyến dựa trên QoS là một yếu tố quyết định cho hoạt động của chúng. Sự bất ổn có thể xảy ra bất cứ khi nào đáp ứng của giao thức này trở nên quá mức, do đó không cần thiết tái định tuyến lƣu lƣợng. Cụ thể, trong các giao thức trạng thái liên kết, ―flooding‖ không phù hợp các bản cập nhật có thể sẽ làm suy giảm hiệu suất truyền lƣu lƣợng. Điều này đặc biệt có vấn đề khi mạng bị ách tắc, kể từ khi các bản tin định tuyến bổ sung tiêu thụ các nguồn tài nguyên băng thông đã khan hiếm, và các ứng dụng tiếp theo của thuật toán tính toán đƣờng dẫn áp đặt tải nhiều hơn cho bộ xử lý định tuyến.
Các vấn đề về sự bất ổn định trong định tuyến bị ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố,