Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu phương pháp xác định trễ gói ip trong mạng truyền tải thế hệ mới
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG _____ __ Đào Ngọc Lâm NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ MỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội - 2014 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG _____ __ Đào Ngọc Lâm NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 62.52.70.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. LÊ HỮU LẬP 2. PGS.TS. LÊ NHẬT THĂNG Hà Nội - 2013 - i- MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT……………… ………vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU …………………………………………ix DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ …………… …………………… x CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 6 1.1 GIỚI THIỆU 6 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 6 1.2.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP 6 1.2.2 Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP 8 1.3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN 13 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 13 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 1.7 KẾT QUẢ ĐÓNG GÓP 16 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 17 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 18 2.1 GIỚI THIỆU 18 2.2 NGN VÀ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 18 2.3 TRỄ GÓI IP 20 2.3.1 Khái niệm 20 2.3.2 Các yếu tố cấu thành trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN 21 2.3.3 Các yếu tố tác động đến trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN 22 2.4 MÔ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP 24 2.4.1 Mô hình toán tổng quát xác định số đo trễ gói IP 24 2.4.2 Mô hình toán xác định số đo trễ gói IP có xét đến đồng bộ 24 2.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH ĐO XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP 28 2.5.1 Phân loại và so sánh các phương pháp đo 28 2.5.2 Các nguyên tắc kỹ thuật đo trễ gói IP 29 2.5.3 Các mô hình đo trễ gói IP 32 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 34 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 35 3.1 GIỚI THIỆU 35 - ii- 3.2 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ 35 3.2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận 36 3.2.2 Thiết lập và lựa chọn mô hình toán ước lượng tham số phân bố 52 3.2.3 Thiết lập mô hình và điều kiện thực nghiệm đo trễ gói IP qua mạng truyền tải lõi NGN 63 3.2.4 Đề xuất chọn mô hình phân bố trễ gói IP đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN 69 3.3 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 73 3.3.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận 74 3.3.2 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố đều 77 3.3.3 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố gamma chuyển dịch 82 3.3.4 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố Pareto tổng quát 87 3.3.5 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần hỗn hợp các phân bố đều và Parato tổng quát 93 3.3.6 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ các phân bố thực nghiệm 96 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 96 CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 97 4.1 GIỚI THIỆU 98 4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP 99 4.2.1 Mô hình toán tổng quát xác định biến động trễ gói IP 99 4.2.2 Phương pháp ước lượng phân vị của hàm phân bố trễ gói IP 102 4.3 XÁC ĐỊNH PHÂN VỊ VÀ BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 104 4.3.1 Phương pháp xác định ước lượng phân vị và biến động trễ gói IP 105 4.3.2 Phân tích và đánh giá sai số 109 4.3.3 Khảo sát sai số của phương pháp theo mức phân vị 112 4.4 XÁC ĐỊNH ƯỚC LƯỢNG BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP TẠI NÚT MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 119 4.4.1 Các yếu tố gây biến động trễ đối với gói lưu lượng ưu tiên 120 - iii- 4.4.2 Xác định phân vị phân bố và biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN 121 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 125 KẾT LUẬN 127 DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 PHỤ LỤC I: CÁC MÔ HÌNH ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN ………………… 140 PHỤ LỤC II: CÁC MÔ HÌNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN ………………… 142 PHỤ LỤC III: MẪU SỐ ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN ………… …… 161 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Hữu Lập và PGS.TS. Lê Nhật Thăng. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực và không được sao chép nguyên văn từ công trình nào khác. Nội dung trích dẫn là trung thực. Nghiên cứu sinh Đào Ngọc Lâm - iv- LỜI CẢM ƠN Trước hết, nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS.TS. Lê Hữu Lập và thầy giáo, PGS.TS. Lê Nhật Thăng đã quan tâm định hướng và giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn Ban Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học, các thầy cô giáo tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các Trung tâm đào tạo ở trong và ngoài nước đã trang bị kiến thức nền tảng trong suốt quá trình rèn luyện và học tập của nghiên cứu sinh. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn Cơ quan nơi nghiên cứu sinh đang công tác – Trung tâm Viễn thông Khu vực 3, Công ty Viễn thông Liên tỉnh, Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam - VNPT, Bộ Thông tin và Truyền thông – đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn các đồng nghiệp, các tác giả nghiên cứu đi trước đã cung cấp cho nghiên cứu sinh những tài liệu tham khảo có giá trị. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và người thân đã hỗ trợ và động viên nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện luận án. - v- DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TÊN ĐẦY ĐỦ GIẢI THÍCH Dirac delta function Hàm xung đơn vị Laplace transform Biến đổi Laplace Laplace–Stieltjes transform Biến đổi Laplace–Stieltjes E(X) Giá trị kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X Mô-men thô bậc n của biến ngẫu nhiên X Mô-men thô bậc n của hàm phân bố F Mô-men trung tâm bậc n của biến ngẫu nhiên X Mô-men trung tâm bậc n của phân bố F m n Mô-men thực nghiệm bậc n Độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên X M/D/n Markov/Deterministic/n Hệ thống n server có quá trình đến Markov và quá trình phục vụ xác định E(X) Expected Value Giá trị kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X f(x) Hàm mật độ xác suất F(x) Hàm phân bố xác suất tích lũy Hàm gamma P(x) Probability Xác suất xảy ra x u(t) Unit step function Hàm nhảy bậc đơn vị Var(X) Variance Giá trị phương sai của biến ngẫu nhiên X CCDF Complementary Cumulative Distribution Function Hàm phân bố tích lũy bù hay còn gọi là phân bố đuôi CDF Cumulated Distribution Function Hàm phân bố xác suất tích lũy - vi- CE Customer Edge Thiết bị biên mạng người sử dụng DiffServ Differentiated Services Cơ chế phân biệt dịch vụ ECDF Empirical Cumulated Distribution Function Hàm phân bố tích lũy thực nghiệm GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức truyền bản tin điều khiển Internet IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật Internet. IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTD IP Packet Transport Delay Trễ truyền tải gói IP IPDV IP Packet Delay Variation Biến động trễ gói IP ITU International Telecommunications Union Liên minh Viễn thông quốc tế ITU-T ITU Telecommunication Standardization Sector Tiêu chuẩn viễn thông của liên minh Viễn thông quốc tế MLE Maximum Likelihood Estimation Ước lượng khả năng cực đại (giống nhất) MP Measurement Point Điểm đo MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền tin tối đa NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới NTP Network Time Protocol Giao thức định thời mạng OWAMP One-way Active Measurement Protocol Giao thức đo tích cực một chiều PE Provider Edge Thiết bị biên mạng cung cấp dịch vụ - vii- PMR Performance Measurement Report Chức năng báo cáo kết quả đo hiệu năng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất VNPT Vietnam Posts and Telecommunications Group Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam WDM Wavelength-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng - viii- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sánh độ chính xác của các phương pháp ước lượng tham số 62 Bảng 3.2 So sánh sai số các phân bố giả thuyết đối với lưu lượng Internet 70 Bảng 3.3 So sánh sai số của các mô hình phân bố cạnh tranh 72 Bảng 4.1.Hệ số lệch phân bố IPTD và sai số ước lượng IPDV theo phương pháp ánh xạ hàm phân bố 112 Bảng 4.2 Dải giá trị mức phân vị phân bố IPTD ứng với các ngưỡng sai số 118 Bảng PL II.4.1 Các mẫu tham số phân bố gamma chuyển dịch đối với trễ gói IP qua liên mạng truyền tải lõi NGN 146 Bảng PL II.5.1 Các mẫu tham số phân bố Pareto tổng quát đối với trễ gói IP qua liên mạng truyền tải lõi NGN 151 Bảng PL III.1 Số đo trễ gói IP trên phân đoạn mạng gồm một phần tử mạng 164 Bảng PL III.2 Số đo trễ gói IP trên 01 phân đoạn mạng giữa nút lõi và biên 165 Bảng PL III.3 Số đo trễ gói IP trên phân đoạn mạng giữa hai nút lõi……… 166 Bảng PL III.4 Số đo trễ gói IP toàn trình: Mẫu 1…………………………… 167 Bảng PL III.5 Số đo trễ gói IP toàn trình: Mẫu 2…………………………… 168 [...]... cách hệ thống các phương pháp và mô hình xác định số đo trễ gói IP qua mạng truyền tải NGN bằng toán học (mục 2.4) và thực nghiệm (mục 2.5) CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 3 trình bày phương pháp ước lượng tham số (mục 3.2) và phương pháp tổng hợp hàm để xác định phân bố trễ gói IP qua mạng truyền tải NGN (mục 3.3) Cơ sở lý thuyết cho phương pháp ước... quan hệ tham số và quy luật phụ thuộc của tham số và mô-men phân bố trễ gói IP toàn trình vào các tham số phân bố trễ gói IP thành phần cũng đã được phân tích và đánh giá CHƯƠNG 4 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 4 trình bày phương pháp xác định biến động trễ gói IP qua liên mạng truyền tải NGN trên cơ sở phương pháp ước lượng phân vị phân bố trễ gói IP Cơ... có khá nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp đo xác định trễ gói IP nói chung, nhưng vấn đề trễ gói IP vẫn còn đang là hướng mở cần được -8- tiếp tục nghiên cứu đặc biệt là phương pháp thực nghiệm đo xác định trễ gói IP trong NGN Đặc trưng trễ gói IP qua mạng có thể được xác định dựa trên phép đo trực tiếp trễ toàn trình [10], [27], [38], [43], [67], [70], [72] Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều... trình nghiên cứu đã được công bố của tác giả -18- CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 2.1 GIỚI THIỆU Chương 2 trình bày các cơ sở lý thuyết có liên quan mật thiết đến vấn đề nghiên cứu bao gồm NGN và kiến trúc mạng truyền tải NGN, khái niệm IP và trễ gói IP, các thành phần, yếu tố tác động trễ và biến động trễ, mô hình toán xác định số đo trễ gói IP, phương pháp luận... trung nghiên cứu được xác định làm cơ sở cho việc dẫn nhập bài toán, xác định mục tiêu, nhiệm vụ, nội dung và phương pháp nghiên cứu Cuối cùng là tổng kết các kết quả đóng góp mới của luận án CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 2 trình bày các cơ sở lý luận và lý thuyết nền tảng liên quan đến vấn đề nghiên cứu như mạng truyền tải NGN (mục 2.2) và trễ gói IP. .. HÌNH NGHIÊN CỨU Vấn đề xác định trễ gói IP đã và đang được các tổ chức và các nhà khoa học nghiên cứu khá rộng rãi Các nghiên cứu có liên quan mật thiết đến đề tài luận án có thể được tổng kết một cách hệ thống theo hai hướng chính như sau: Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP 1.2.1 Hướng nghiên cứu về phương. .. gói IP qua nút mạng truyền tải NGN đa dịch vụ, thiết lập được các mô hình toán xác định biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Từ các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu nêu trên, có thể xác định các nội dung cần nghiên cứu như sau: Nghiên cứu cơ sở lý luận và lý thuyết nền tảng có liên quan mật thiết đến vấn đề xác định trễ gói IP qua mạng truyền tải NGN bao gồm khái... Lựa chọn mức phân vị của phân bố trễ gói IP thực nghiệm để xác định biến động trễ gói IP toàn trình từ các mô-men của phân bố trễ gói IP thực nghiệm thành phần, áp dụng đối với lưu lượng đa dịch vụ qua mạng truyền tải lõi NGN Xây dựng phương pháp xác định biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải lõi NGN đối với lưu lượng đa dịch vụ 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các luận cứ lý thuyết và thực nghiệm,... đo thống kê trễ gói IP không đáng kể 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Mục tiêu nghiên cứu là các phương pháp và mô hình toán xác định trễ gói IP cùng với các đặc trưng phân bố và biến động trễ gói IP trong mạng truyền tải lõi NGN Các nhiệm vụ chính cần thực hiện nhằm hướng đến mục tiêu chung như sau: -14- Tổng kết, phân tích, so sánh, đánh giá các phương pháp xác định số đo trễ gói IP, thiết lập... xác định trễ gói IP được các tổ chức nghiên cứu ITU-T và IETF đề cập đến ([4], [31], [43], [44], [45], [51], [68]) Phương pháp luận và khung tham chiếu chung cho việc xác định trễ gói IP được đề cập đến trong các nghiên cứu [43], [44], [68] Phương pháp đo xác định trễ gói IP trong NGN cũng được đề cập trong nghiên cứu [51] nhưng cũng chỉ dừng lại ở khung lý thuyết tổng quát Các nghiên cứu khác phát . MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 18 2.3 TRỄ GÓI IP 20 2.3.1 Khái niệm 20 2.3.2 Các yếu tố cấu thành trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN 21 2.3.3 Các yếu tố tác động đến trễ gói IP trong mạng truyền tải. ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN ………………… 140 PHỤ LỤC II: CÁC MÔ HÌNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN ………………… 142 PHỤ LỤC III: MẪU SỐ ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN. – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 3 trình bày phương pháp ước lượng tham số (mục 3.2) và phương pháp tổng hợp hàm để xác định phân bố trễ gói IP qua mạng