Chương 2: Các thuật toán điều khiển tắc nghẽn mạng trên Gateway
2.1.2 Tính toán kích thước hàng đợi trung bình
RED sử dụng một bộ lọc thông thấp để tính toán kích thước hàng đợi trung bình. Do vậy một sự tăng kích thước hàng đợi trong một giai đoạn ngắn đo sự truyền loạt sẽ không gây ra một sự tăng đáng kể kích thước hàng đợi trung bình. Bộ lọc thông thấp được sử dụng là loại EWMA:
q w avg w
avg (1 q). q. (2.4)
Trọng số wq xác định hằng số thời gian cho bộ lọc thông thấp. wq quá lớn hay quá nhỏ đều khiến RED hoạt động không tốt. wq chỉ có một khoảng giới hạn nhất định để đảm bảo hoạt động của RED. wq được lựa chọn cho phù hợp với tốc độ của kết nối truyền tin đi của gateway cũng như các giá trị RTT sao cho việc lấy trung bình được thực hiện trong một số đủ lớn RTT.
Giới hạn trên của wq
Nếu wq quá lớn, bộ lọc sẽ không lọc được các tắc nghẽn nhất thời tại gateway. Khi wq quá lớn, gateway gần như sẽ tính toán và quyết định dựa vào giá trị tức thời của hàng đợi, vì avg lúc đó gần như chính là giá trị tức thời của hàng đợi. Giả thiết khi khởi động hàng đợi rỗng và avg=0, sau đó hàng đợi tăng từ 0 đến L khi nhận được L gói tin. Sau khi nhận được gói tin thứ L:
2 1 1
1 1 1
) 1 (
) 1 : (
1 ) 1 1 (
1 ) 1 1 .(
) 1 ( .
x x L Lx ix x
use
w L w
i w w
w
w w i avg
L L
i i
q L q
L
i
i
q L
q q
L
i
i L q q L
( 2.5)
Sự biến đổi avgL theo L và wq thể hiện trong hình 2.1. Với một giá trị minthresh, nếu chúng ta muốn gateway cho phép sự truyền loạt của L gói tin, wq phải được lựa chọn sao cho avgL<minthresh:
nthresh w mi
L w
q L
q
1
) 1 1 (
1
(2.6)
Ví dụ với minthresh=5, L=50 thì wq phải được chọn nhỏ hơn 0.0042[18].
Hình 2.1. Sự biến đổi của avgL theo L và wq
Giới hạn dưới của wq
Nếu wq quá nhỏ, avg tính toán được sẽ không phản ánh chính xác giá trị của kích thước hàng đợi trung bình, avg sẽ thay đổi rất chậm so với kích thước hàng đợi tức thời. Do đó gateway sẽ không phát hiện được trạng thái mà hàng đợi bắt đầu rơi vào tắc nghẽn. Wq nhỏ kết hợp với maxp nhỏ sẽ khiến cho avg hầu như chỉ thay đổi ở vùng gần maxthresh, dẫn đến độ trễ trung bình cao. Mặt khác nếu wq quá nhỏ, khi avg vượt quá maxthresh, RED loại bỏ tất cả các gói tin đến (chế độ hoạt động không có gentle) nhưng cũng phải rất lâu sau avg mới trở về khoảng dưới maxthresh, dẫn đến tốc độ loại bỏ gói tin bị tăng lên. Tùy theo các thông số của gateway mà wq được chọn một cách thích hợp. Cùng một giá trị wq đối với một gateway có thể là nhỏ, nhưng với gateway khác có thẻ là phù hợp, hoặc thậm chí quá lớn.
Cần phải chú ý rằng wq chỉ ảnh hưởng đến số gói tin dùng để tính avg.
[18] đưa ra công thức tính số gói tin ảnh hưởng đến avg với giả thiết khi kích thước hàng đợi thay đổi từ 0 đến một giá trị x nào đó, thì số gói tin cần thiết n để avg đạt được giá trị 0.63x (0.63=1-1/e) là :
) 1 ln(
1 wq
n
(2.7)
Với wq =0.001, n=999.5 gói tin. Với wq=0.002, n=499.5 gói tin. Với wq=0.003, n=333 gói tin. Từ công thức này kết hợp với tốc độ truyền tin đi từ gateway (chính là tốc độ phục vụ gói tin tại hàng đợi) và giá trị RTT để tính ra wq phù hợp. Giá trị mặc định của wq trong NS2 là 0.002, phù hợp với các giá trị mặc định về RTT và tốc độ truyền tin trên kết nối trong NS2 (RTT=100ms, tốc độ truyền 1MBps(MegaBytePerSecond) => thời gian tính trung bình gấp khoảng 5 lần RTT).
Ngoài ra, thông số minthresh và maxthresh cũng ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của RED. Giá trị tối ưu của minthresh tùy thuộc vào giá trị avg mong muốn. Nếu kiểu truyền loạt chiếm đa số thì minthresh cũng phải lớn để đạt được giá trị hiệu suất mạng chấp nhận được. Giá trị mặc định của minthresh trong NS2 là 5 gói tin. Giá trị maxthesh tối ưu tùy thuộc vào giá trị avg lớn nhất mà gateway cho phép. Nói chung gateway RED hoạt động hiệu quả khi hiệu số maxthresh-minthresh lớn hơn mức tăng avg trong một RTT.
[18] khuyến cáo dùng giá trị maxthresh=2.minthresh. Tuy nhiên giá trị này cũng chịu ảnh hưởng bởi thông số maxp . Điều này sẽ được xem xét sau.