Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 43 - Abstract: In a distributed environment where multiple applications complete and share a limited amount of system resources, applications tend to suffer from variations in resource availability, and are desired to adapt their behavior to the resource variations of the system. In [1], we proposed a generic application-aware adaptive middleware architecture as a viable approach to control the adaptive behavior of applications so that the best possible application-level QoS is achieved under any resource conditions during the lifetime of the applications. In this paper, we present a control-theoretic algorithm for QoS adaptation in the application-aware middleware architecture to enhance the effectiveness of QoS adaptation decisions by dynamic control and reconfiguration of internal parameters and functionalities of a distributed multimedia application. I. GIỚI THIỆU Trong môi trường phân bố có thể có nhiều ứng dụng đa phương tiện như: video theo yêu cầu (VoD), hội nghị truyền hình, giám sát bằng hình ảnh … cùng chia sẻ một nguồn tài nguyên hệ thống hữu hạn. Các ứng dụng này cùng phải chịu sự biến đổi về độ sẵn sàng của tài nguyên và mong muốn bộ xử lý của chúng tương thích với sự thay đổi tài nguyên trong hệ thống để có thể duy trì chất lượng dịch vụ ở một mức chấp nhận được. Đối với các ứng dụng này, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) tới người sử dụng có thể thực hiện bằng cách duy trì một số tham số chất lượng như: tốc độ khung video mong muốn, tổn thất thông tin tối thiểu hay độ chính xác giám sát . Điều này đang đặc biệt thách thức trong môi trường mạng có chia sẻ tài nguyên mà không có sự hỗ trợ QoS trong hệ thống mạng và hệ điều hành ở lớp dưới. Khó khăn là ở chỗ sự biến đổi về độ sẵn sàng của tài nguyên là không dự báo trước được khi nhiều ứng dụng cùng chia sẻ một nguồn tài nguyên như: bộ xử lý, băng thông mạng và bộ nhớ. Bên cạnh đó, để giảm chi phí cơ sở hạ tầng mạng cho các ứng dụng đa phương tiện phân bố bắt buộc các ứng dụng này phải chia sẻ cơ sở hạ tầng. Để giải quyết những khó khăn trên các hệ thống middleware phân bố được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng chịu được sự thay đổi độ sẵn sàng của tài nguyên lớp dưới. Các hệ thống middleware được đặt ở giữa lớp hệ điều hành và lớp ứng dụng. Một vai trò chính của hệ thống middleware là hỗ trợ việc phân phối QoS theo yêu cầu của ứng dụng. Trong [1], chúng tôi đã đề xuất một kiến trúc middleware tổng quát cho phép thực hiện tương thích QoS theo các ứng dụng trong các hệ thống đa phương tiện phân bố. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày thuật toán tương thích động dựa trên lý thuyết điều khiển để tương thích chất lượng dịch vụ sử dụng trong kiến trúc middleware nói trên và kết quả mô phỏng đối với dịch vụ videostream. Đã có nhiều nghiên cứu trong lĩnh vực tương thích QoS như: [2] đưa ra mô hình chung cho tương thích QoS, [3, 9] trình bày phương pháp tương thích buffering, [4] trình bày thuật toán tương thích smoothing, [5] các thuật toán tương thích ưu tiên … Các thuật toán này giải quyết các vấn đề về cơ chế hệ thống, giao thức truyền dẫn, chính sách tương thích . Chúng là các giải pháp từng phần liên quan đến vấn đề tương thích QoS như thế nào. Tuy nhiên các giải pháp này không đưa ra một mô hình hay khung mẫu cho quá trình điều khiển tương thích QoS của ứng dụng để có thể diễn giải các đặc tính tương thích QoS Phương pháp điều khiển tương thích chất lượng dịch vụ cho kiến trúc middleware nhận biết ứng dụng A Control Theoretic Approach to QoS Adaptation for Application Aware Middleware Architecture Vũ Hoàng Hiếu, Hoàng Đăng Hải Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 44 - như độ ổn định, mức độ phản ứng nhanh với biến đổi môi trường và độ cân bằng trong việc cung cấp QoS giữa các ứng dụng với nhau. Ngoài ra các giải pháp này cũng không cho phép phát triển các thuật toán tương thích mới trong điều kiện mạng có kích thước lớn hơn và độ tích hợp cao hơn. Bài viết này tập trung xem xét mô hình và thuật toán điều khiển tương thích QoS cho kiến trúc middleware mà chúng tôi đã đề xuất trong [1] xuất phát từ những nghiên cứu trước đây như mô hình luồng tác vụ [6], mô hình điều khiển cổ điển [7], mô hình chung cho tương thích QoS [2] và thực hiện việc chuyển đổi mô hình điều khiển cổ điển thành mô hình điều khiển tác vụ, đồng thời xem xét thuật toán tương thích trong mô hình điều khiển tác vụ. Thuật toán điều khiển tương thích QoS dựa trên mô hình lý thuyết điều khiển cho phép khắc phục các nhược điểm của các phương pháp tương thích QoS trước đây. II. KIẾN TRÚC MIDDLEWARE TƯƠNG THÍCH NHẬN BIẾT ỨNG DỤNG Kiến trúc middleware tổng quát cho phép thực hiện tương thích QoS theo các ứng dụng trong các hệ thống đa phương tiện phân bố được đề xuất trong [1] gồm hai lớp, được mô tả trong hình 1. Trong lớp thứ nhất, còn gọi là lớp ứng dụng chung, bộ điều khiển tương thích ứng dụng chung và bộ đánh giá tài nguyên hỗ trợ tương thích tài nguyên lớp thấp bằng cách phản ứng với những thay đổi về độ sẵn sàng của tài nguyên. Trong lớp thứ hai, bộ thao tác ứng dụng cụ thể, các profiler của ứng dụng và bộ đàm phán chịu trách nhiệm thực hiện tương thích chức năng ở mức cao đối với mỗi ứng dụng cụ thể, bao gồm ra quyết định khi nào và chức năng ứng dụng nào được phép tham gia vào cung cấp dịch vụ dựa trên các yêu cầu của ứng dụng cụ thể đang chạy được lưu giữ trong profiler của ứng dụng đó. Tương tác giữa các thành phần khác nhau của middleware và ứng dụng được thực hiện thông qua một platform cho phép thực hiện các dịch vụ truyền thông, ví dụ như CORBA. Với kiến trúc hai lớp như trên bao gồm bộ điều khiển tương thích chung và bộ thao tác ứng dụng cụ thể, các hoạt động điều khiển do các thành phần này tạo ra sẽ thực hiện điều khiển việc tương thích chất lượng dịch vụ đối với tất cả các ứng dụng chia sẻ cùng một nguồn tài nguyên ở hệ thống đầu cuối, đồng thời điều khiển tương thích chất lượng dịch vụ đối với từng dịch vụ cụ thể dựa trên những tham số cấu hình được thiết lập trong profiler. Các thành phần của kiến trúc middleware như trên phù hợp với các thành phần trong mô hình chung cho tương thích QoS đã được đề xuất trong [2]. Với kiến trúc middleware điều khiển như trên, cơ chế nào điều khiển bộ tương thích và bộ thao tác thực hiện tương thích cấu hình của ứng dụng đáp ứng được yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ khi có những thay đổi độ sẵn sàng của tài nguyên? III. ĐIỀU KHIỂN TƯƠNG THÍCH QOS TRONG KIẾN TRÚC MIDDLEWRE Mục đích chính của kiến trúc middleware tương thích trên là quan sát các điều kiện hiện tại của môi trường phân bố và báo hiệu các hành động điều khiển tới các ứng dụng phân bố phức tạp để các hành động hiệu chỉnh tham số hoặc tái cấu hình dịch vụ được thực hiện trong ứng dụng đó. Để thực hiện các hành động điều khiển trên, kiến trúc này có hai phần quan Hình 1. Kiến trúc middleware tương thích nhận biết ứng dụng. Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 45 - trọng là bộ điều khiển tương thích và bộ thao tác. Ở mỗi hệ thống đầu cuối cụ thể, mỗi bộ điều khiển tương thích tương ứng với một loại tài nguyên cụ thể như bộ xử lý CPU hoặc băng thông mạng. Để thiết kế bộ điều khiển tương thích, trong phần này xem xét áp dụng mô hình luồng tác vụ được đề xuất trong [6] cho một hệ thống phân bố, xem xét chuyển đổi mô hình điều khiển cổ điển trong [7] và áp dụng vào mô hình luồng tác vụ của một hệ thống phân bố để đưa ra thuật toán điều khiển tương thích và áp dụng chúng trong middleware tương thích theo ứng dụng. 1. Mô hình luồng tác vụ Để thiết kế các thuật toán điều khiển sử dụng lý thuyết điều khiển, các thành phần của mô hình lý thuyết điều khiển phải được chuyển đổi thành các thành phần của kiến trúc middleware điều khiển tương thích. Để thực hiện điều này, mỗi ứng dụng được xem như là một tập hợp của các thành phần chức năng và mỗi thành phần chức năng này được coi như một tác vụ mà chúng thực hiện. Các tác vụ là một khối chức năng sử dụng tài nguyên của hệ thống và thực hiện một nhiệm vụ cụ thể để tạo ra một kết quả cho một tác vụ tiếp theo hoặc cho đầu cuối người sử dụng. Mô hình thành phần chức năng như trên đã được đề xuất trong [6]. Trong hình 2a mô tả các thành phần chức năng của ứng dụng videostream. Trong hệ thống phân bố, ứng dụng videostream trên được coi là một tập hợp của các thành phần chức năng như mã hóa khung, truyền dẫn tín hiệu hay giải mã … các thành phần chức năng này yêu cầu tài nguyên mạng và hệ thống để thực hiện chức năng xử lý của chúng và tạo ra một giá trị điều khiển chức năng tiếp theo. Hình 2. Mô hình luồng tác vụ Với định nghĩa ứng dụng theo các thành phần chức năng như trên, trong hình 2b biểu diễn mô hình luồng tác vụ cho hệ thống videostream, mỗi tác vụ là một thành phần chức năng của ứng dụng và mỗi ứng dụng được chuyển đổi thành một biểu đồ luồng tác vụ có hướng không khép kín của nhiều tác vụ. Liên kết có hướng từ tác vụ Ti sang tác vụ Tj chỉ ra rằng tác vụ Tj sử dụng kết quả của tác vụ Ti. Để thực hiện một tác vụ Ti thì hệ thống phải cung cấp một lượng tài nguyên nào đó. 2. Chuyển đổi mô hình điều khiển cổ điển thành mô hình điều khiển tác vụ Mô hình điều khiển cổ điển [7] được mô tả như hình 3a. Trong đó một “Thiết bị” được điều khiển bởi một “Bộ điều khiển”, trạng thái bên trong của thiết bị này được xác định bởi bộ điều khiển theo một thuật toán điều khiển xác định. Thuật toán điều khiển tạo ra tín hiệu điều khiển bằng cách so sánh trạng thái bên trong của thiết bị mà nó quan sát được với giá trị “Đầu vào tham chiếu”. Mục đích của hệ thống điều khiển cổ điển là hướng cho “Thiết bị” không bị ảnh hưởng bởi “Nhiễu”. Dựa trên mô hình luồng tác vụ, mô hình điều khiển tác vụ tập trung vào một tác vụ cụ thể (Ti) coi là một tác vụ ứng dụng. Khi tác vụ ứng dụng này được thực hiện, nó yêu cầu hệ thống phải cung cấp một lượng tài nguyên nào đó. Với một nguồn tài nguyên hữu hạn, hệ thống có thể đáp ứng hoặc không đáp ứng được các yêu cầu tài nguyên này. Vì vậy số yêu cầu tài nguyên của một tác vụ cần phải được điều khiển tương thích với độ sẵn sàng của tài nguyên hệ thống. Áp dụng mô Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 46 - hình điều khiển cổ điển cho một tác vụ ứng dụng cụ thể để nhận được mô hình điều khiển tác vụ bao gồm các thành phần như sau: (1) Tác vụ ứng dụng: là tác vụ thực hiện một chức năng cụ thể của ứng dụng và được điểu khiển tương thích. (2) Tác vụ tương thích: nó có chức năng giống bộ điều khiển trong mô hình điều khiển cổ điển và thực hiện thuật toán điều khiển. Đầu ra của tác vụ điều khiển là các báo hiệu điều khiển ứng dụng mà có thể điều khiển từng ứng dụng cụ thể và thực hiện tương thích chất lượng. (3) Tác vụ quan sát: tác vụ này thực hiện quan sát và đánh giá trạng thái của tác vụ ứng dụng và báo hiệu cho tác vụ tương thích. Hình 3. Mô hình điều khiển tác vụ. Trạng thái tác vụ của một tác vụ ứng dụng được xác định bởi các tham số đặc trưng cho tính động bên trong của tác vụ ứng dụng đó. Trạng thái tác vụ quan trọng nhất trong bất kỳ tác vụ ứng dụng nào là tham số liên quan đến yêu cầu tài nguyên của nó. Ví dụ trong ứng dụng videostream “tốc độ truyền dẫn khung” là tham số đặc trưng cho trạng thái tác vụ của tác vụ truyền dẫn liên quan đến tài nguyên băng thông của mạng. Hình 3b mô tả mô hình điều khiển tác vụ theo lý thuyết điều khiển. Biến đổi động về yêu cầu tài nguyên trong mô hình điều khiển tác vụ được mô tả bằng phương trình có dạng sau: []ttwtutxftxdttdx),(),(),()()(=≅• (1) [ ]ttvtxhtz ),(),()( = (2) Với mô hình trên, các yêu cầu tài nguyên khi thực hiện một ứng dụng được coi là cân bằng khi: []ttwtutxftx ),(),(),(0)( ==• (3) Ở đây x ký hiệu cho vector trạng thái của tác vụ, u là vector các tham số đầu vào có thể điều khiển được, z là vector các tham số đầu ra quan sát được của tác vụ, w là các biến không điều khiển được của tác vụ và v là vector lỗi quan sát. Mô hình tổng quát trên (có thể phi tuyến và biến đổi theo thời gian) là quá phức tạp để xem xét một thuật toán điều khiển phù hợp. Vì vậy để đơn giản, hàm biến đổi động về yêu cầu tài nguyên của tác vụ ứng dụng được đơn giản hóa bằng các hàm tuyến tính rời rạc và yêu cầu tài nguyên của ứng dụng có thể được mô tả như sau: )1()1()1()( −+−Γ+−Φ= kwkukxkx (4) )()( kHxky = (5) )()()( kvkykz += (6) Với k = 1, … , kmax là các khoảng thời gian; Φ, Г, H là các hệ số rời rạc của hệ thống; y là vector các tham số đầu ra quan sát không có lỗi của tác vụ. Với mô hình yêu cầu tài nguyên của ứng dụng như trên, mô hình điều khiển tác vụ rời rạc được mô tả như hình 4. Ký hiệu: ri(k) được sử dụng trong hình 4 để mô tả số lượng tài nguyên gốc do tác vụ Ti yêu cầu trong khoảng thời gian [k, k+1] để thực hiện chức năng của nó và ui(k) mô tả số lượng tài nguyên cho phép trong khoảng [k, k+1] bởi tác vụ tương thích Ti. Như đã xem xét ở trên, một ứng dụng phân bố được coi là một luồng tác vụ gồm nhiều tác vụ ứng dụng. Các tác vụ ứng dụng này cùng chia sẽ một nguồn tài nguyên và mỗi tác vụ ứng dụng yêu cầu tài nguyên hệ thống để thực hiện tác vụ của chúng. Các yêu cầu tài nguyên này hoặc được cấp phép hoặc phải xếp vào hàng đợi. Giả thiết hệ thống có thể cấp phép cho c yêu Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 47 - cầu tài nguyên trong một khoảng thời gian nhất định cho nhiều tác vụ ứng dụng đang chạy. Phương trình mô tả biến đổi tài nguyên được cấp phép có dạng như (7). Hình 4. Mô hình rời rạc cho tác vụ ứng dụng. ()() ( )() (( )()()Mkiixk xkxk x kkkuk c−=−−=−−−−=−−∑101111 (7) Với x(k) là tổng số các yêu cầu tài nguyên có trong hàng đợi được thực hiện bởi tất cả các tác vụ ứng dụng ở thời điểm k, u(k) là tốc độ yêu cầu được điều khiển bởi bộ điều khiển (công việc điều khiển tương thích) và M(k) là tổng số các tác vụ của ứng dụng hiện hành, c là tốc độ cấp phép yêu cầu. 3. Thuật toán điều khiển tương thích trong mô hình điều khiển tác vụ Mô hình rời rạc của tác vụ ứng dụng trong mô hình điều khiển tác vụ được mô tả trong phương trình (7). Tương tự với mô hình lý thuyết điều khiển cổ điển, mục đích của điều khiển các tác vụ là duy trì tổng các yêu cầu tài nguyên trong hàng đợi x(k) của ứng dụng nằm xung quanh giá trị tham chiếu xc(k). Để thực hiện được điều này, tác vụ tương thích thực hiện một thuật toán điều khiển nào đó dựa trên những yêu cầu tài nguyên trong hàng đợi x(k) và giá trị tham chiếu xc(k) để hiệu chỉnh yêu cầu tài nguyên ui(k). Theo phương pháp tính toán trong [7] yêu cầu hiệu chỉnh tài nguyên ui(k) của tác vụ tương thích Ti thỏa mãn x(k) được mô tả bởi phương trình sau: [ ]+−+−= )()()1()( kxkxkukuciiα [ ] [ ]{ })1()1()()( −−−−−+ kxkxkxkxccβ (8) Với α và β là các hệ số cấu hình của tác vụ tương thích. Với mô hình tác vụ ứng dụng rời rạc được mô tả bằng phương trình (7), thuật toán điều khiển trong tác vụ tương thích mô tả bởi phương trình (8) sẽ thỏa mãn yêu cầu trên. Tương tự mô hình điều khiển cổ điển, mô hình điều khiển tác vụ có một số đặc tính sau: − Trạng thái cân bằng: là trạng thái số yêu cầu tài nguyên trong hàng đợi x(k) trong hệ thống được xác định bởi phương trình (4) hội tụ về một trạng thái ổn định, tương ứng với giá trị tham chiếu xc(k). − Độ ổn định: với các giá trị tương ứng của α và β để hệ thống ổn định về trạng thái cân bằng. Bài viết này không tập trung vào việc tính toán các hệ số α và β để hệ thống ổn định. Tuy nhiên đã chứng minh được rằng với điều kiện α > 0, β > 0 và α + β < 4γ (γ là trọng số động của hệ thống) thì hệ thống sẽ hội tụ về trạng thái cân bằng động. Đây là một thuật toán điều khiển rất hiệu quả minh họa cho khả năng của mô hình điều khiển tác vụ cho phép diễn giải tính động của hệ thống tương thích và tham chiếu đến mô hình điều khiển cổ điển. Tính đúng đắn và hợp lý của mô hình điều khiển tác vụ được chứng minh bằng thực nghiệm trong phần sau. 4. Ứng dụng mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware Sử dụng mô hình điều khiển tác vụ để tương thích QoS trong kiến trúc middleware của chúng tôi cho thấy middleware có khả năng tương thích QoS khi có những thay đổi nhỏ về độ sẵn sàng của tài nguyên, cũng như khi có những thay đổi lớn về độ sẵn sàng của tài nguyên. Tác vụ tương thích của mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware được thiết kế theo phân cấp. Đối với những thay đổi nhỏ về độ sẵn sàng của tài nguyên, điều khiển tương thích được thực hiện bởi một bộ điều khiển tuyến tính (ví dụ bộ điều khiển PID) để điều chỉnh tốc độ yêu cầu dẫn đến những thay đổi nhỏ của QoS. Đối với những thay đổi lớn về độ Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 48 - sẵn sàng của tài nguyên, cần phải có yêu cầu thay đổi chức năng xử lý thường xuyên trong tác vụ ứng dụng, nghĩa là thay đổi cấu hình xử lý của ứng dụng. Vì vậy với kiểu thay đổi như vậy có thể được điều khiển bằng bộ điều khiển fuzzy mà chúng tôi coi như là bộ cấu hình. Cùng với các tác vụ quan sát, các bộ điều khiển tuyến tính và điều khiển fuzzy được tích hợp để hình thành cơ chế điều khiển lai. Hình 5. Mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware. Hình 5 mô tả ứng dụng của mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware. Trong mô hình này trình bày hai kiểu của bộ tương thích tương ứng với hai kiểu nguồn tài nguyên trong mạng là băng thông của mạng và tải xử lý của CPU. Tác vụ tương thích trong hai bộ tương thích sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển để điều khiển bộ thao tác lựa chọn cấu hình ứng dụng phù hợp với biến đổi của tài nguyên mạng. IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Để kiểm tra khả năng ứng dụng mô hình điều khiển tác vụ trong kiến trúc middleware nhận biết ứng dụng, mô phỏng thực nghiệm cho ứng dụng videostream được thực hiện. Trong thực nghiệm này, cả kiến trúc middleware tương thích nhận biết ứng dụng và ứng dụng videostream được thực hiện trên nền Windows NT 4.0 sử dụng Visual C++ 6.0. Ngoài trừ việc truyền thông giữa các bộ đàm phán của kiến trúc middleware tương tác với nhau thông qua socket mạng chuẩn, tất cả các thành phần khác tương tác với nhau thông qua platform CORBA (như đã mô tả trong [1]). Hình 6 mô tả các thành phần của middleware trong thực nghiệm. Hình 6. Middleware điều khiển với ứng dụng videostream trong môi trường phân bố. 1. Cấu hình hệ thống middleware với ứng dụng videostream: Bộ tương thích: Bộ tương thích trong ứng dụng videostream sử dụng thuật toán điều khiển tương thích mô tả trong mục III.4. Bộ tương thích thực hiện tương thích yêu cầu tài nguyên với hai loại tài nguyên là CPU và băng thông mạng. Bộ tương thích CPU được thực hiện dựa trên giá trị kích thước khung video quan sát được từ ứng dụng chỉ ra tải CPU. Bộ tương thích băng thông được thực hiện dựa trên các giá trị tốc độ khung quan sát được chỉ ra băng thông truyền dẫn. Đầu ra của các bộ tương thích được đưa đến bộ thao tác để xác định lựa chọn tương thích Bộ đánh giá tài nguyên: Bộ đánh giá nguyên thực hiện tác vụ quan sát để đưa ra giá trị của tham số QoS của ứng dụng cụ thể. Trong trường hợp thực nghiệm này tác vụ quan sát sẽ thực hiện đánh giá các tham số kích thước khung và tốc độ khung video của ứng dụng videostream. Kết quả quan sát của tác vụ này sẽ được đưa đến tác vụ tương thích trong bộ điều khiển để thực hiện thuật toán tương thích. Bộ thao tác: Bộ thao tác nhận các giá trị ui(k) từ bộ tương thích trong cả bộ tương thích CPU và bộ tương thích băng thông. Hai biến hình thức tải và băngthông được sử dụng để mô tả độ sẵn sàng của tài nguyên CPU và băng thông mạng. Các biến hình thức này có thể nhận các giá trị cao, trung_bình hoặc thấp. Hai biến hình thức cpu_chon và bt_chon dùng để chỉ các Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 49 - lựa chọn tương thích tải CPU hoặc tương thích băng thông. Các biến hình thức này có thể nhận các giá trị là nén hoặc giảinén. Ví dụ bộ thao tác sẽ thực hiện thay đổi cấu hình của dịch vụ như sau: /*linguistic rules corresponding to bandwidth*/ if băngthông is cao then cpu_chon isn’t nén if băngthông is thấp then cpu_chon is nén 2. Xử lý tương thích Ứng dụng videostream được điều khiển bởi kiến trúc middleware dựa trên sự thay đổi động nguồn tài nguyên CPU và băng thông của mạng. Xử lý tương thích được thực hiện như sau: Tương thích CPU: Tác vụ quan sát trong bộ tương thích CPU quan sát mức độ sử dụng CPU hay tải CPU của ứng dụng. Tác vụ tương thích thực hiện thuật toán tương thích và tạo ra giá trị yêu cầu tài nguyên mới uCPU(k). Tương thích băng thông: Vì băng thông là một phần tài nguyên có thể điều khiển được, bộ tương thích băng thông được sử dụng trong kiến trúc middleware. Để quan sát các trạng thái trong tác vụ truyền dẫn, tác vụ quan sát trong bộ tương thích băng thông ở phía server giám sát mức độ sử dụng băng thông hiện hành của ứng dụng bằng cách quan sát thông lượng truyền dẫn giữa server và client. Client nhận biết tất cả các dữ liệu thu để tác vụ quan sát phía server có thể tính toán lượng băng thông sử dụng và đưa ra yêu cầu tài nguyên trong hàng đợi. Tác vụ tương thích phía server sau đó hoàn thành quá trình tương thích, bộ thao tác sẽ thay đổi cấu hình của ứng dụng cho phù hợp. 3. Ảnh hưởng của các tham số cấu hình đến số lượng yêu cầu tài nguyên của hệ thống Với mô hình thực nghiệm kiến trúc middleware có sử dụng bộ điều khiển tác vụ trên nền Window NT và chạy ứng dụng videostream như trên, khi thay đổi các tham số cấu hình α và β của bộ tương thích mức độ ổn định của hệ thống cũng thay đổi theo. Hình 7 chỉ ra ảnh hưởng của các hệ số α và β đến độ ổn định của hệ thống middleware. Trong hình 7a, α là thấp và β là cao. Điều này thể hiện hệ thống yêu cầu độ ổn định cao và không cần phải phản ứng nhanh. Ngược lại, hình 7b chỉ ra kết quả thực nghiệm với yêu cầu hệ thống phản ứng nhanh khi α là cao và β là thấp. Hình 7. Ảnh hưởng của tham số cấu hình. 4. Ứng dụng VideoStream trong điều kiện tài nguyên thay đổi Trong thực nghiệm trên, chúng tôi đã tiến hành đo tốc độ khung của ứng dụng videostream trong các điều kiện tài nguyên khác nhau. Hình 8 trình bày kết quả thực nghiệm. Hình 8a mô tả sự thay đổi băng thông của mạng, hình 8b mô tả kích thước khung khi không có sự điều khiển tương thích của bộ tương thích trong middleware, hình 8c mô tả kích thước khung khi có sự điều khiển của bộ tương thích trong middleware. Kết quả cho thấy, trong trường hợp có sự điều khiển của bộ tương thích, tham số kích thước khung của luồng videostream ít thay đổi hơn khi có sự biến đổi của tài nguyên mạng (băng thông mạng). Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 50 - Dựa trên kết quả thực nghiệm và phân tích các đặc tính, chúng tôi kết luận khung mẫu điều khiển lai, gồm bộ điều khiển PID tuyến tính và bộ điều khiển fuzzy là hiệu quả cho việc duy trì độ ổn định của các tham số QoS nhạy cảm và thể hiện một giải pháp linh hoạt cho tương thích QoS trong các hệ thống middleware phân bố. V. ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Bài viết này đã trình bày hai vấn đề chính của mô hình điều khiển tác vụ là: (1) đưa ra mô hình toán học của tác vụ ứng dụng; (2) thuật toán điều khiển tương thích QoS cho tác vụ ứng dụng. Trên cơ sở mô hình toán học và thuật toán điều khiển này, bộ tương thích trong kiến trúc middleware điều khiển tương thích ứng dụng được thiết kế để có thể tương thích với hai kiểu tài nguyên mạng là băng thông mạng và tải CPU. Kết quả thực nghiệm kiến trúc middleware điều khiển tương thích QoS sử dụng mô hình điều khiển tác vụ cho ứng dụng videostream đã chứng minh tính hợp lý và tính thực tiễn của kiến trúc này. Kiến trúc middleware điều khiển tương thích QoS nhận biết ứng dụng trên có thể mở rộng cho nhiều ứng dụng cùng chạy trong một hệ thống đầu cuối. Để thực hiện điều này cần tiếp tục xem xét cấu trúc của profiler trong kiến trúc tổng quát. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V.H.HIEU and H.D.HAI, “An Application-aware Adaptive Middleware Architecture for Distributed Multimedia Systems”, Proc. the First International Conference on Communications and Electronics (ICCE2006), HaNoi- VietNam, Oct-2006. [2] D.WADDINGTON and D.HUTCHISON, “A General Model for QoS Adaptation”, 6th IWQoS Proceedings Napa Valley California May 18-20, pp. 275-278, 1998. [3] M.SHOR, K.LI and J.WALPOLE, “Application of Control Theory to Modeling and Analysis of Computer Systems”, in Proceedings of Japan-USA-Vietnam Workshop on Research and Education in Systems, 2000. [4] G.CAO, W.FENG and M.SINGHAL, “Online VBR Video Traffic Smoothing”, in Proceedings of 8th IEEE International Conference on Computer Communications and Networks, 1999, pp.502-507. [5] H.CHU and K.NAHRSTEDT, “CPU Service Classes for Multimedia Applications”, in Hình 8. Kết quả thực nghiệm. Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007 - 51 - Proceedings of IEEE International Conference on Multimedia Computing and Systems, 1999. [6] D.HULL, A.SHANKAR, K.NAHSTEDT and J.LIU, “An End-to-End QoS Model and Management Architecture”, in Proceedings of IEEE Workshop on Middleware for Distributed Real-Time Systems and Services, Dec.1997, pp.82-89. [7] G.FRANKLIN and J.POWELL, “Digital Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley, 1981. [8] W.KALTER, B.LI, W.JEON, K.NAHRSTEDT and J.SEO, “A Gateway-Assited Approach Toward QoS Adaptations”, in Proceedings of IEEE International Conference on Multimedia and Expo, Aug. 2000, pp.855-858. [9] C.H.YOUN, H.SONG and J.E.KEUM, “A Shared Buffer-Constrained Topology Reconfiguration Scheme in Wavelength Routed Networks”, ETRI Journal, Vol.27, No.5, Dec.2005. Ngày nhận bài: 03/04/2007 SƠ LƯỢC TÁC GIẢ VŨ HOÀNG HIẾU Sinh năm 1971. Tốt nghiệp Đại học năm 1993, nhận bằng Thạc sỹ kỹ thuật năm 2001 tại Đại học Bách khoa Hà Nội ngành Điện tử - Viễn thông, là NCS khóa 2003 tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Công tác tại: Cục Quản lý Chất lượng Bưu chính, Viễn thông và Công nghệ thông tin - Bộ Thông tin và Truyền thông. Lĩnh vực nghiên cứu: Chất lượng dịch vụ, Tương thích chất lượng dịch vụ, Truyền thông đa phương tiện. E-mail: vhhieu@mpt.gov.vn HOÀNG ĐĂNG HẢI Sinh năm 1960. Tốt nghiệp Đại học kỹ thuật năm 1984, Tiến sỹ kỹ thuật năm 1999, Tiến sỹ khoa học năm 2002 tại Cộng hòa Liên bang Đức chuyên ngành Viễn thông Tin học. Công tác tại: Trung tâm VNCERT, Bộ Thông tin và Truyền thông. Lĩnh vực nghiên cứu: Các hệ thống truyền thông, công nghệ mạng mới, phần mềm điều khiển mạng, quản lý lưu lượng, quản lý mạng, chất lượng dịch vụ, giao thức truyền thông, đa phương tiện, an ninh mạng. Email: hoangdanghai@hn.vnn.vn . proposed a generic application-aware adaptive middleware architecture as a viable approach to control the adaptive behavior of applications so that the best. control-theoretic algorithm for QoS adaptation in the application-aware middleware architecture to enhance the effectiveness of QoS adaptation decisions by dynamic