Chương 3. QUẢN LÝ BĂNG THÔNG MẠNG MEN
3.3. Quản lý băng thông động
3.3.1. Yêu cầu phát triển mô hình băng thông động
Trong phần trước, chúng ta đã nghiên cứu các kỹ thuật quản lý băng thông tĩnh. Việc triển khai các kỹ thuật quản lý băng thông này sẽ tăng cường chất lượng truy nhập mạng, cho phép nhiều ứng dụng với các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau hoạt động đồng thời. Tuy nhiên các hạn chế của các kỹ thuật quản lý băng thông tĩnh, bao gồm cả các kỹ thuật điều khiển lưu lượng vào và các kỹ thuật phân phối lưu lượng ra, chúng ta nhận thấy các kỹ thuật quản lý băng thông tĩnh luôn tồn tại các hạn chế như sau:
- Cấp phát tài nguyên hệ thống một cách cứng nhắc cho các lớp lưu lượng hay các ứng dụng, mặc dù trong thực tế, yêu cầu băng thông của các ứng dụng có thể thay đổi theo thời gian. Điều đó dẫn đến việc thừa tài nguyên tại các thời điểm lưu lượng thấp và thiếu hụt tài nguyên tại các thời điểm lưu lượng cao.
- Việc cấp phát tài nguyên cứng nhắc cũng dẫn đến sự lãng phí tài nguyên mạng lưới, tài nguyên quan trọng của mạng lưới không được khai thác tối ưu.
Để khắc phục các hạn chế này, trong phần này sẽ nghiên cứu và đề xuất một mô hình quản lý băng thông mới với các kỹ thuật quản lý băng thông linh hoạt hơn nhằm tăng cường hiệu quả của hệ thống. Mô hình quản lý băng thông được đề xuất trong phần gọi là mô hình quản lý băng thông động hay còn gọi là mô hình quản lý băng thông thích nghi.
3.3.2. Mô hình quản lý băng thông động
Mô hình quản lý băng thông động mà chúng ta đề xuất hoạt động theo nguyên lý của hệ thống phản hồi mạch đóng như hình 3.10.
Hình 3.10. Mô hình quản lý băng thông động
Thành phần chính của hệ thống tương tự như trong mô hình quản lý băng thông tĩnh mà chúng ta đã tìm hiểu trong mô hình quản lý băng thông tĩnh bao gồm bộ điều khiển lưu lượng vào và bộ phân phối lưu lượng ra. Tuy nhiên, điểm khác biệt so với mô hình quản lý băng thông tĩnh thể hiện ở các điểm sau:
Quản lý băng thông tĩnh Quản lý băng thông động Cơ sở cấp phát
tài nguyên
Dựa vào các tham số lưu lượng đầu vào.
Kết hợp các tham số lưu lượng đầu vào với các tham số phản hồi ở ngừ ra trở lại đầu vào.
Lượng tài nguyên cấp phát
Tài nguyên được cấp phát cố định
Tài nguyên cấp phát cho một lớp lưu lượng này có thể được phân phối bớt cho lớp khác và ngược lại.
Độ trễ lưu lượng
Phụ thuộc vào mức lưu lượng tại từng thời điểm
Phân phối độ trễ giữa các lớp lưu lượng với nhau.
Ở đây, chúng ta tập trung nghiên cứu giải pháp quản lý băng thông tại các bộ định tuyến nhằm cấp phát tài nguyên cho các gói tin đến theo các ràng buộc QoS, điều kiện lưu lượng hiện tại và băng thông sẵn sàng tại cổng vào và cổng ra của bộ định tuyến.
Với hệ thống được thiết kế như trên, chúng ta cần phải tính toán các tham số phản hồi của hệ thống, kết hợp với các tham số đầu vào để áp dụng vào điều khiển một cách linh hoạt lưu lượng đầu vào cũng như phân phối lưu lượng hướng ra.
3.3.3. Kiến trúc hệ thống quản lý băng thông động
Hệ thống quản lý băng thông động mà chúng ta đang nghiên cứu và phát triển là hệ thống quản lý băng thông linh hoạt để có thể khai thác tối đa tài nguyên mạng lưới trong khi vẫn đáp ứng mọi ràng buộc QoS của mọi lớp lưu lượng. Nó cũng có thể điều tiết được tính công bằng giữa các gói tin trên kết nối đầu ra chia sẽ. Nội dung chính của hệ thống gồm một giải thuật điều khiển lưu lượng vào thích nghi để giám sát tốc độ gói tin đến và một hệ thống hàng đợi theo lớp thích nghi dùng để phân phối các gói tin trên kết nối tại hướng ra.
Lưu lượng đến bộ định tuyến biên có thể được chia thành m lớp dựa trên các yêu cầu QoS và profile lưu lượng. Ví dụ lưu lượng có thể được chia thành các lớp
nhạy cảm với độ trễ, không nhạy cảm với độ trễ và mỗi lớp có thể được phân chia thành các lớp nhạy cảm với tỷ lệ mất gói và không nhạy cảm với tỷ lệ mất gói.
Ngưỡng hàng đợi và thùng thẻ có thể được chọn theo cách mà các yêu cầu QoS cho mọi lớp đều phân chia được.
Luôn có một lớp mà yêu cầu QoS ít chặt chẽ theo các tiêu chí độ trễ và biến thiên độ trễ. Các luồng dữ liệu với các yêu cầu QoS giống nhau được nhóm lại thành một kết hợp như được mô tả trong kiến trúc Diffserv.
Để khai thác tối đa băng thông của bộ định tuyến, chúng ta xét một bộ xử lý linh hoạt cho phép lưu lượng chưa được mô tả truyền qua bộ điều khiển lưu lượng vào, đảm bảo rằng luồng dữ liệu này không ảnh hưởng đến các lớp lưu lượng khác cũng như các yêu cầu QoS. Đối với các bộ phân phối lưu lượng, chúng ta sử dụng một bộ phân phối lưu lượng vòng tròn thích nghi có trọng số (WRR) mà xử lý mỗi hàng tương xứng với trung bình di chuyển của độ dài hàng đợi. Nó ngăn chặn dao động thời gian dịch vụ cho mỗi hàng.
Với các yêu cầu và phân tích như trên, hệ thống quản lý băng thông động mà chúng ta xây có kiến trúc như hình 3.11
Trong đó:
- r0, r1, r2, r3 lần lược là tốc độ đưa thẻ vào các thùng thẻ 0, 1, 2, 3.
- B0, B1, B2, B3: lần lược là dung lượng các thùng thẻ 0, 1, 2, 3.
- W0, W1, W2, W3: lần lược là tốc độ cạn dịch vụ của các hàng đợi 0, 1 , 2, 3.
Theo đó hệ thống của chúng ta gồm hai phần như sau:
Hình 3.11. Cấu trúc hệ thống quản lý băng thông động
- Phần điều khiển lưu lượng vào: Điều khiển lưu lượng vào hoạt động theo cơ chế thùng đựng thẻ token bucket.
- Phần phân phối lưu lượng ra: Phân phối lưu lượng ra hoạt động theo giải thuật quản lý hàng đợi theo lớp WRR.
3.4. Tắc nghẽn, phương pháp quản lý và tránh tắc nghẽn