Thiết lập luồng

Để thiết lập các luồng thời gian thực thích ứng, các nút nguồn thiết lập các trường thích hợp trong tùy chọn IP trong các tin dữ liệu trước khi chuyển tiếp các gói “yêu cầu dự phòng” trên tới các nút đích. Một gói yêu cầu dự phòng có đặc điểm là có chế độ dự phòng thiết lập ở REQ, loại dịch vụ thiết lập ở RT, tải trọng hợp lệ (BL hoặc EL) và một yêu cầu băng thông MAX/MIN. Các gói dự phòng đi qua các nút trung gian thực hiện mô-đun điều khiển nhận, phân bổ nguồn tài nguyên và thiết lập trạng thái luồng tại các

nút giữa cặp nguồn – đích. Nếu bất cứ nút trung gian nào thiếu tài nguyên để hỗ trợ việc lập luồng đã yêu cầu, trường tùy chọn IP thích hợp được thay đổi để biểu thị điều kiện hoặc trạng thái này.

Nếu nút trung gian nhận một gói yêu cầu và chỉ có thể hỗ trợ yêu cầu tối thiểu, sau đó yêu cầu luồng lưu lượng bị suy giảm thành yêu cầu tối thiểu tại nút tắc nghẽn bằng việc tái lập trường chỉ thị băng thông thành MIN. Trong khi đó, nút nguồn tiếp tục gửi các gói dự phòng cho đến khi nút đích thông báo về trạng thái của giai đoạn thiết lập luồng thông qua báo cáo QoS. Các gói yêu cầu dành riêng tiếp theo không thực hiện điều khiển nhận nhưng đơn giản làm mới sự dự phòng trạng thái mềm hiện tại.

Hình 2.5. Minh họa thiết lập luồng

Việc thiết lập một luồng thời gian thực thích ứng được minh họa trong hình 2.5. Một nút nguồn (Ms)yêu cầu phân bổ nguồn tài nguyên tối đa và M1 thực hiện điểu khiển nhận sau khi tiếp nhận các gói yêu cầu. Nguồn tài nguyên được phân bổ nếu có sẵn và các gói yêu cầu được chuyển tiếp đến nút tiếp theo M2. Quá trình này được lặp đi lặp lại từng chặng cho đến khi các gói yêu cầu đến nút đích di động MD. Các nút đích xác định tình trạng phân bổ tài nguyên bằng kiểm tra loại dịch vụ và cấp độ hiện tại của dịch vụ (ví dụ, chế độ dịch vụ, loại tải trọng và yêu cầu băng thông). Cơ chế báo cáo QoS được sử dụng để thông báo nguồn gốc của trạng thái dự phòng. Từ ví dụ, chúng ta có thể thấy rằng chỉ băng thông tối thiểu được hỗ trợ giữa M3 và M4 như được chỉ ra bởi mức độ sẵn sàng dịch

vụ và các nút tiếp theo nhận được gói tin yêu cầu để tránh phân bổ nguồn tài nguyên cho băng thông yêu cầu tối đa.

Khi một yêu cầu dự phòng được nhận tại nút đến, module INSIGNIA kiểm tra trạng thái thiết lập luồng. Các trạng thái thiết lập luồng được xác định bằng cách kiểm tra tùy chọn IP trong gói tin yêu cầu dự phòng. Nếu băng thông chỉ được thiết lập ở MAX, tất cả các nút giữa cặp nguồn – đích đã thành công trong phân bổ tài nguyên để đáp ứng yêu cầu băng thông các lớp cơ sở và lớp tăng cường cần thiết để hỗ trợ ngắt chế độ đa dự phòng. Mặt khác, nếu băng thông chỉ được thiết lập để MIN, điều này cho thấy rằng chỉ có các lớp cơ sở có thể được hỗ trợ hiện tại (tức là chế độ dành riêng min). Trong trường hợp này, tất cả các gói dự phòng với một tải trọng của EL đã nhận được tại nút đích sẽ có cấp độ dịch vụ của chúng chuyển từ RT sang BE bởi nút tắc nghẽn; chúng tôi gọi đây là “dự phòng một phần”. Kết quả là dự phòng một phần sẽ tồn tại giữa nút nguồn và nút tắc nghẽn (ví dụ giữa Ms và M2 trong hình 2.5). Trong trường hợp dự phòng một phần, nguồn tài nguyên vẫn dành riêng giữa nút nguồn và nút tắc nghẽn cho đến khi giải phóng dứt khoát. Quan sát khác là nguồn tài nguyên đó được dành riêng cho lớp tăng cường giữa nút nguồn và nút tắc nghẽn. Đó là một nhu cầu để “khóa” trong dự phòng cho trường hợp trước đây và “loại bỏ” dự phòng cho trường hợp sau.

Lưu ý rằng, nếu dự phòng đã được thiết lập cho trạng thái dành riêng tối đa và một gói RES/BQ/MIN liên tục nhận được trong trạng thái phụ, sau đó cơ cấu trạng thái xác định rằng các gói QoS tăng cường bị xuống cấp và chuyển đổi thành trạng thái dành riêng tối thiểu trong dự đoán của mở rộng quy mô trở lại. Sự suy thoái của loại này có thể xảy ra tại nút trung gian do không đủ nguồn tài nguyên để hỗ trợ dự phòng mới hoặc luồng đang diễn ra bị suy thoái do định tuyến lại hoặc không đủ nguồn tài nguyên sẵn có trên tuyến mới/ hiện có. Thông tin trạng thái duy trì ở nút đích có thể giải mã trong những điều kiện xảy ra.

ii. Báo cáo QoS

Báo cáo QoS được sử dụng để thông báo cho nút nguồn trạng thái của các luồng nhận được. Các nút đến chủ động giám sát các luồng đang diễn ra kiểm tra thông tin trạng thái (ví dụ, chỉ số băng thông) và tính toán thống kê QoS (tổn thất gói, độ trễ và thông lượng).

Báo cáo QoS được gửi định kỳ đến nút nguồn với mục đích hoàn thành việc thết lập luồng và quản lý thích ứng. Báo cáo QoS là “ứng dụng phụ thuộc”, nơi chu kỳ báo cáo được xác định bởi ứng dụng. Báo cáo QoS được chuyển tiếp trong cách thức nỗ lực tốt nhất và không di chuyển trên đường ngược lại về phía nguồn. Thông thường chúng sẽ có một tuyến thay thế thông qua mạng tùy biến như minh họa trong hình 2.6. Mặc dù báo cáo về QoS về cơ bản được tạo ra định kỳ theo độ nhạy ứng dụng đến chất lượng dịch vụ, báo cáo QoS được gửi ngay lập tức khi cần thiết (ví dụ, các hoạt động thông thường liên quan đến thích ứng)

Hình 2.6. Minh họa báo cáo QoS định kỳ

Trong trường hợp thiết lập lưu lượng, tiếp nhận của một gói yêu cầu dự phòng module INSIGNIA thường trú tại điểm đến gửi một thông báo QoS đến nút nguồn thông báo cho nó trạng thái của giai đoạn thiết lập lưu lượng.

Báo cáo QoS là các tin nhắn dữ liệu mà hỗ trợ một số dịch vụ. Trong trường hợp thiết lập luồng, báo cáo QoS bao gồm giá trị trường tùy chọn IP nhận được trong gói yêu cầu dự phòng tại điểm đến. Khi nút nguồn nhận một báo cáo QoS cho biết rằng các nguồn tài nguyên đã được phân bổ để vận chuyển các lớp cơ sở và lớp tăng cường nó thay đổi chế độ bảo lưu từ REQ sang RES đối với tất cả các bản tin dữ liệu lớp cơ sở và nâng cao tiếp theo gửi tới điểm đến trong “chế độ dành riêng”. Trong trường hợp chỉ có các gói BL có thể hỗ trợ module INSIGNIA tại chế độ dự phòng các flip nguồn trong các gói BL từ

REQ đến RES và “drop” tất cả dữ liệu lớp tăng cường. Do thiếu các gói EL với bit RT thiết lập tổ chức dự phòng giữa nút nguồn và nút tắc nghẽn thời gian chờ và giải phóng các nguồn tài nguyên của chúng. Phương pháp như vậy giải phóng một phần dự phòng để sử dụng các luồng cạnh tranh khác. Báo cáo QoS cũng sử dụng như một phần của quá trình thích ứng đang diễn ra mà phản ứng di động và thay đổi nguồn tài nguyên trong MANET. Báo cáo QoS định kỳ được sử dụng để thông báo cho nguồn để “drop” (ví dụ, drop tất cả các gói EL) hoặc tăng cấp (tức là truyền các gói EL) dựa trên các nguồn tài nguyên có sẵn. Cấu trúc bản tin báo cáo QoS được quy định các trường như sau:

iii. Quản lý trạng thái mềm

Duy trì chất lượng dịch vụ của lưu lượng thời gian thực trong các mạng tùy biến di động là một trong những lĩnh vực thách thức nhất của hệ thống INSIGNIA. Thông thường, các mạng hữu tuyến có chất lượng dịch vụ hoặc quản lý trạng thái thấp nơi mà các tuyến đường và dự phòng vẫn còn cố định cho các thời kì của phiên. Kiểu kết nối “trạng thái cứng” này định hướng thống tin liên lạc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho thời hạn của thời gian duy trì. Tuy nhiên, các kỹ thuật này không áp dụng cho các mạng tùy biến di động, nơi mà các tuyến đường và dự phòng cần tự động trả lời những thay đổi giao thức một cách kịp thời. Một cơ chế trạng thái mềm là rất thích hợp cho quản lý tài nguyên trong các môi trường biến động, nơi mà tuyến đường và sự dự phòng liên quan tới một lưu lượng có thể thay đổi một cách nhanh chóng. Sự truyền dẫn các gói tin được ghép chặt tới sự duy trì các trạng thái luồng. Nói cách khác, khi các tuyến thay đổi trong mạng, sự dự phòng mới sẽ tự động được khôi phục bởi cơ chế phục hồi. Một lợi ích chính của trạng thái mềm là các tài nguyên đã phân bổ trong khi thiết lập lưu lượng được tự động loại bỏ khi tuyến thay đổi. Ví dụ, tính di động của M2 sẽ khiến phải định tuyến lại qua các router trung gian M1_M4_M3. Do thiếu các gói dữ liệu kiểu đã dự phòng tại nút M2 nút sẽ tự động giải phóng tài nguyên liên quan với lưu lượng mà không có bất cứ sự tương tác từ bộ điều khiển rõ ràng nào. Phương pháp tiếp cận trong băng có khả năng mở rộng và linh hoạt trong việc đối phó với một số vấn đề khó khăn của mạng tùy biến không dây. Hệ thống

báo biệu ngoài băng cần duy trì thông tin tuyến nguồn và đáp ứng thay đổi giao thức bằng cách báo hiệu trực tiếp “di động bị ảnh hưởng” (ví dụ, M1, M2, M3, M4) đến các nguồn tài nguyên vô tuyến được cấp phát/ miễn phí. Trong một vài trường hợp, điều này không thể làm nếu “tuyến bị ảnh hưởng” (ví dụ, M2) ra khỏi liên lạc vô tuyến từ các thực thể truyền tín hiệu, đó là cố gắng để giải phóng nguồn tài nguyên trên đường cũ. Một bộ điều khiển nhận vừa thừa nhận một yêu cầu đối với một lưu lượng mới hoặc được định tuyến lại. Bộ định thời trạng thái mềm liên tục được làm tươi miễn là các gói tin liên quan tới một lưu lượng định kỳ được nhận tại các router trung gian. Trái lại, nếu các gói tin không được nhận sau đó trạng thái mềm không được làm tươi nhưng time out do sự dừng phân bổ bất cứ tài nguyên nào. Từ các gói dữ liệu được sử dụng để duy trì trạng thái tại các nút trung gian chúng ta ghép tốc độ dữ liệu

của các lưu lượng với giá trị bộ định thời trạng thái mềm. Trong phần , chúng ta đánh giá hiệu suất của một cơ chế cố định và biến động để quyết định giá trị định thời trạng thái mềm. Cơ chế cố định đơn giản lập một giá trị cho tất cả các lưu lượng không kể đến tốc độ dữ liệu của các luồng riêng lẻ (thí dụ RSVP yêu cầu 30s), và cơ chế động theo dõi tốc độ dữ liệu đang biến đổi của các lưu lượng riêng lẻ và lập bộ định thời trạng thái mềm tùy theo.

iv. Phục hồi lưu lượng

Các lưu lượng thường được định tuyến lại trong suốt thời gian của phiên làm việc do máy chủ di động. Mục tiêu của phục hồi lưu lượng là để thiết lập lại dự phòng một cách nhanh chóng và hiệu quả nhất có thể. Hoạt động định tuyến lại lưu lượng liên quan đến các giao thức định tuyến (để xác định một tuyến mới), điều khiển nhận và dự phòng nguồn tài nguyên cho các nút thuộc tuyến mới. Thủ tục phục hồi cũng kêu gọi việc loại bỏ trạng thái luồng tại các nút dọc tuyến cũ như miêu tả ở trên. Trong trường hợp lý tưởng, sự phục hồi của lưu lượng có thể được thực hiện trong thời hạn của một vài gói tin liên tiếp. Chúng tôi gọi đây là phục hồi nhanh. Nếu không có lộ trình thay thế nào được lưu trữ, hiệu suất của các thuật toán phục hồi được ghép với tốc độ mà tại đó các giao thức định tuyến có thể tìm ra tuyến mới.

Như minh họa trong hình 2.7, các biến động mạng có thể kích hoạt chuyển hướng và suy thoái dịch vụ. Trong ví dụ này, host di động M2di chuyển ra khỏi liên lạc vô tuyến và mất kết nối. Nút định tuyến chuyển tiếp, M1 tương tác với module định tuyến và chuyển tiếp các gói tin tiếp theo qua tuyến mới.

Hình 2.7. Tái định tuyến và khôi phục lưu lượng

Hệ thống báo hiệu tại bộ định tuyến trung gian M4 nhận gói và kiểm tra bảng trạng thái lưu lượng của nó. Nếu dự phòng không tồn tại cho các gói tin mới đến, module INSIGNIA gọi điều khiển nhận và cố gắng phân bổ tài nguyên cho luồng. Chú ý rằng, khi các gói định tuyến lại đến M3, gói chuyển tiếp module của INSIGNIA phát hiện dự phòng vẫn tồn tại và xử lý gói tin như một gói dành riêng bình thường. Nói cách khác, các gói dành riêng được định tuyến lại trên tuyến hiện tại và sự gián đoạn dịch vụ được giảm thiểu trong các trường hợp như vậy. Thời gian trạng thái mềm đảm bảo rằng trạng thái lưu lượng vẫn còn nguyên và trạng thái cũ (tức là trạng thái cũ tại M2 ) được loại bỏ. Khi một lưu lượng thích ứng được định tuyến lại đến một nút nơi các nguồn tài nguyên không có sẵn, lưu lượng bị suy thoái đến dịch vụ nỗ lực tối đa. Tiếp theo, các nút luồng xuống nhận được các gói tin bị suy thoái này (cả các gói BL và EL) không cố gắng để phân bổ nguồn tài nguyên hoặc làm mới trạng thái cho lưu lượng trong khi các trạng thái liên quan đến lưu lượng sẽ ra ngoài. Dự phòng có thể được phục hồi nếu giải phòng nguồn tài nguyên tại nút tắc nghẽn di động (ví dụ, M4) hoặc định tuyến lại sau đó có thể cho phép phục hồi. Chúng tôi gọi loại phục hồi này là phục hồi suy thoái.

Một lưu lượng vẫn có thể bị suy giảm trong suốt thời gian của phiên và không bao giờ được hoàn lại mà chúng tôi miêu tat như suy thoái vĩnh viễn. Nếu dự phòng được phục hồi cuối cùng, nó được gọi là phục hồi chậm. Tuy nhiên suy thoái có thể không được thu hồi cho phần còn lại của phiên. Thành phần QoS tăng cường của một luồng thích ứng có thể suy thoái thành dịch vụ nỗ lực tốt nhất (tức là chế độ dành riêng min) trong suốt quá trình phục hồi nếu các nút dọc tuyến mới có thể chỉ hỗ trợ yêu cầu băng thông tối thiểu. Nếu sự suy thoái của các gói QoS tăng cường vẫn tồn tại nó có thể gây ra gián đoạn dịch vụ và kích hoạt các nút di động đích của nó để drop hay scale-down các gói tin hơn là duy trì với chất lượng suy biến. Cơ chế thích ứng được đặt tại các nút đến có khả năng đáp ứng với những thay đổi trong tài nguyên mạng khả dụng qua các hoạt động scale-down, scale-up và drop trong việc đối phó với các điều kiện mạng.

Trong quá trình phục hồi, khung làm việc INSIGNIA không ủng hộ tái định tuyến lưu lượng qua các luồng hiện tại (ví dụ, buộc các luồng hiện tại xuống cấp thành các yêu cầu tối thiểu của chúng để cho phép định tuyến lại hoặc các luồng mới được nhận). Trong ý nghĩa này, INSIGNIA tránh việc giới thiệu các biến động dịch vụ bổ sung của các luồng hiện tại trong việc hỗ trợ khôi phục các luồng định tuyến lại khi tài nguyên khả dụng không đủ dọc tuyến mới.

Ba loại phục hồi được hỗ trợ bởi khung làm việc INSIGNIA QoS:

• Phục hồi ngay lập tức, cái mà xảy ra khi một luồng định tuyến lại phục hồi được dự phòng ban đầu của nó; đó là một luồng chế độ dự phòng tối đa ngay lập tức được khôi phục như một luồng chế độ dự phòng tối đa và một luồng chế độ dự phòng tối thiểu được khôi phục như một luồng chế độ dự phòng tối thiểu.

• Phục hồi suy giảm, cái mà xảy ra khi một luồng định tuyến lại bị suy biến trong một chu kì (T) trước khi nó giành lại dự phòng ban đầu của nó. Hai hình thức phục hồi có thể xảy ra: i) Một luồng chế độ phục hồi tối đa hoạt động tại chế độ phục hồi min và/ hoặc chế độ nỗ lực tối đa và cuối cùng là phục hồi dịch vụ chế độ dự phòng ban đầu tối thiểu sau một khoảng thời gian; ii) Một luồng chế độ phục hồi