Thông tin tài liệu
1
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
Đường truyền thuê bao số bất
đồng bộ
API
Asymmetric Digital Subcriber
Line
Additive Increase Additive
Decrease
Additive Increase Multiplicate
Decrease
Application Program Interface
AGC
Access Gateway Controller
Bộ điều khiển cổng truy cập
ARWND
Advertised Receiver Window
Cửa sổ nhận quảng bá
ATM
Asynchronoú Transfer Mode
Mode truyền dị bộ
CATV
Community Antenna Television
Truyền hình cáp
ADSL
AIAD
AIMD
Tăng cộng giảm cộng
Tăng cộng giảm nhân
Giao diện ứng dụng
2
CAVT
Congestion – Avoidance
Visulization Tool
CSFQ
Core-Stateless Fair Queueing
CWND
Congestion Window
Công cụ mô phỏng tránh tắc
nghẽn
Xếp hàng bình đẳng không trạng
thái ở router lõi
Cửa sổ tắc nghẽn
EC
Efficiency Controller
Bộ điều khiển hiệu quả
ETCP
Enhanced TCP
TCP tăng cường
EWA
Explicit Window Adaptation
Fair Bandwidth Allocation for
TCP
Fairness Controller
IAD
Sự tương thích cửa sổ rõ
Phân bố băng thông hợp lý cho
TCP
Bộ điều khiển bình đẳng
Tiện ích liên lạc không dây theo
General System for Radio Service
gói
Global System for Mobile
Hệ thống thông tin di động toàn
Telecom
cầu
Integrated Access Decice
Thiết bị truy cập tích hợp
IP
Internet Protocol
Ipv6
Internet Protocol Version 6
Giao thức Internet phiên bản 6
Intergrated Service Digital
Mạng số tích hợp đa dịch vụ
Network
International Telecommunication
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Union
FBA-TCP
FC
GPRS
GSM
ISDN
ITU
Từ viết tắt
MGW
MIAD
MIMD
MSS
NGN
PABX
Tiếng Anh
Giao thức Internet
Tiếng việt
Media Gateway
Multiplicate Increase Additive
Decrease
Multiplicate Increase Multiplicate
Decrease
Maximum Segment Size
Cổng truyền thông
Next Generation Network
Private Automatic Branch
Exchange
Mạng thế hệ sau
PLMN
Public Land Mobile Network
POTS
Plain Old Telephone Service
Tăng nhân giảm cộng
Tăng nhân giảm nhân
Kích cỡ đoạn lớn nhất
Tổng đài nhánh riêng tự động
Mạng thông tin di động mặt đất
công cộng
Mạng điện thoại công cộng
3
QoS
Public Switched Telephone
Network
Quality of Service
Mạng chuyển mạch dữ liệu công
cộng
Mạng thoại chuyển mạch công
cộng
Chất lượng dịch vụ
QSR
Quick-Start Request
Yêu cầu bắt đầu nhanh
QS-TCP
TCP Quick-Start
TCP khởi đầu nhanh
RED
Random Early Detection
Phát hiện sớm ngẫu nhiên
RTT
Round Trip Time
Thời gian vòng truyền
SVC
Signalling Virtual Channel
Kênh ảo cho báo hiệu
TCP
Transmission Control Protocol
TDM
Time Divison Multiplexing
TFRC
TCP-Friendly Rate Control
Giao thức điều khiển truyền tải
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
Điều khiển tốc độ thân thiện
TCP
PSDN
PSTN
Public Switched Data Network
TTL
Telecommunications Management
Mạng giám sát viễn thông
Network
Time – To –Live
Thời gian tồn tại
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức gói người dùng
VoIP
Voice over IP
Thoại trên IP
XCP
Explicit Control Protocol
Giao thức điều khiển rõ
TMN
4
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Quá trình diễn ra tắc nghẽn
2
Hình 1.2 Độ nhạy (responsiveness) và độ mịn (smoothness)
Hình 2.1 Cửa sổ tắc nghẽn
7
12
Hình 2.2 Header chống tắc nghẽn trong gói dữ liệu/xác nhận XCP
16
Hình 2.3 Vùng router biên (E) và lõi (C) với khả năng CSFQ
21
Hình 2.4 Kết nối TCP đơn đi qua vùng router có khả năng CSFQ
24
Hình 3. 1 Hiện tượng xảy ra tắc nghẽn
28
Hình 3.2 Hiệu quả của việc điều khiển tắc nghẽn
29
Hình 3.3 Môi trường mạng hỗn tạp trong NGN
29
Hình 3.4 Hệ thống gồm n người dùng chia sẻ 1 mạng
34
Hình 3.5 AIDM hội tụ đến điểm tối ưu
39
Hình 3.6 AIAD không hội tụ
39
Hình 4.1 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng
41
Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán tăng giảm
44
Hình 4.3 Giao diện công cụ mô phỏng thuật toán tăng giảm
45
Hình 4.4 Biểu đồ vector của thuật toán AIMD
46
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn theo thời gian
47
Hình 4.6 Biểu đồ theo vector thuật toán MIAD
47
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn tốc độ theo thời gian
48
Hình 4.8 Thuật toán MIMD hội tụ nhanh đến đường hiệu quả
48
Hinh 4.9 Thuật toán AIMD khi RTT1 = 2
×
RTT2
Hình 4.10 Topo mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng
49
50
5
Hình 4.11 Hiệu quả sử dụng đường truyền cao
51
Hình 4.12 Hiệu quả vẫn bảo đảm khi 1 luồng ngừng truyền đột ngột.
52
Hình 4.13 cwnd hội tụ nhanh đến lượng chia sẻ hợp lý
52
Hình 4.14 Số gói tại hàng đợi nhỏ.
53
Hình 4.15 Biểu diễn cwnd của 2 loại lưu lượng TCP và XCP.
54
Hình 4.16 Hiệu quả khi có 1 luồng TCP
54
Hình 4.17 Trạng thái hàng XCP.
55
6
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây, các ngành công
nghiệp đều phát triển mạnh mẽ và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là
ngoại lệ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu
cầu cao hơn: Internet nhanh chóng được phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP (IP
VPN...), xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng thông tin trục... đã dẫn đến sự
cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng. Đứng trước xu hướng đó, việc phát triển
theo cấu trúc mạng thế hệ sau (NGN) với các công nghệ phù hợp là bước đi tất yếu
của viễn thông thế giới và mạng viễn thông Việt Nam. NGN không phải là một
mạng có cơ sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mới mà nó được hình thành và
phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹ thuật chuyển
mạch gói theo giao thức IP.
Mạng viễn thông của các nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang
chuyển dần đến mạng thế hệ sau NGN và tiến tới IP hóa (all-IP) với mục tiêu: mọi
lúc – mọi nơi và bằng mọi phương tiện. Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày càng đa
dạng, phong phú và đòi hỏi nhiều mức độ chất lượng dịch vụ khác nhau. Xu hướng
phát triển là tiến tới hội tụ về mạng và hội tụ về dịch vụ. Tài nguyên mạng thì có
giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin ngày càng tăng. Chính vì vậy hiện tượng
tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi. Để giải quyết vấn đề này có hai hướng giải quyết
tổng quát nhất, đó là:
•
Tăng tài nguyên của mạng (mở rộng nút mạng, tăng các tuyến truyền dẫn,
tăng băng thông của mạng…)
• Điều khiển chống tắc nghẽn mạng.
Với cách thứ nhất chi phí đầu tư lớn, làm thay đổi phần cứng của mạng và
không thể thực hiện thường xuyên được.
Cách thứ hai sử dụng các thuật toán, các giao thức để điều khiển chống tắc
nghẽn mạng. Cách này đầu tư nhỏ, không ảnh hưởng đến phần cứng của mạng và
7
rất mềm dẻo linh hoạt và đây cũng là phương án khả thi, thích hợp với điều kiện ở
Việt Nam.
Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, được sự giúp đỡ và hướng dẫn của
thầy giáo Ts. Nguyễn Chiến Trinh em đã nắm bắt được những kiến thức cơ bản về
mạng NGN nói chung và vấn đề tắc nghẽn trong NGN nói riêng.Đến nay, em đã
hoàn thành đồ án với đề tài “Nghiên cứu các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
trong mạng NGN”. Nội dung của bài được chia làm 4 phần chính:
Chương 1 : Tổng quan về tắc nghẽn trong mạng
Chương 2 : Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
Chương 3 : Phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN
Chương 4: Mô phỏng phương pháp điều khiển tắc nghẽn
Do đây là một đề tài phức tạp và trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên bài
làm của em không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và
góp ý của các thầy cô giáo để bài làm được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 8 năm 2015
Học viên
Phùng Việt Phú
8
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG
Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi nhiều
mức độ chất lượng dịch vụ khác nhau. Xu hướng phát triển là tiến tới hội tụ về
mạng và hội tụ về dịch vụ. Tài nguyên của mạng có giới hạn trong khi nhu cầu
truyền thông tin ngày càng tăng, chính vì vậy mà hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó
tránh khỏi. Chương 1 trình bày về vấn đề tắc nghẽn, nguyên nhân phân loại cũng
như các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn.
1.1 Hiện tượng tắc nghẽn trong mạng
1.1.1 Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn
Tắc nghẽn xảy ra do 1 số nguyên nhân sau:
1. Tràn bộ đệm: thường nút mạng được thiết kế với 1 bộ đệm lưu trữ có hạn.
Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, bộ đệm bị tràn, các gói sẽ bị mất hoặc trễ
quá thời gian cho phép. Đây cũng là nguyên nhân giống như trong mạng truyền
thống.
2. Lỗi do đường truyền vô tuyến. Các hiệu ứng môi trường như di động, che
chắn, phading…gây ra mất gói, ảnh hưởng đến tắc nghẽn mạng.
3. Do nghẽn cổ chai: tại điểm đấu nối từ các mạng tốc độ thấp vào các mạng
tốc độ cao. Đây là 1 trong những đặc điểm nổi bật của môi trường hỗn tạp NGN.
4. Nhu cầu băng thông cao của các dịch vụ đa phương tiện và các loại hình
dịch vụ mới : dữ liệu, âm thanh và hình ảnh được tích hợp truyền trên 1 mạng duy
nhất gây ra tắc nghẽn tại các đường truyền dẫn băng thông nhỏ.
5. Lưu lượng lớn, thay đổi đột biến và biến đổi động.
9
6. Tính biến động của mạng, topo mạng: Đây là một đặc tính mới của mạng
NGN so với mạng truyền thống. Các nút mạng có thể dịch chuyển làm topo mạng
thay đổi gây ra những biến đổi về phân chia lưu lượng trên mạng.
1.1.2 Nguyên lý chung của điều khiển tắc nghẽn
Điểm gãy
(knee)
Điểm vách
(cliff)
Thông lượng
(Throughput)
Lưu lượng đầu vào (offered load)
Hình 1.1 Quá trình diễn ra tắc nghẽn
Quá tải làm thông lượng (throughput) suy biến như được chỉ ra trên hình 1.4.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thông lượng với lưu lượng đưa vào (offered
load). Ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ (phía trái của điểm gãy - Knee), thông lượng
tăng tuyến tính với lưu lượng đưa vào. Đó là lúc băng thông chưa sử dụng hết.
Thông lượng lớn nhất khi lưu lượng đưa vào gần với băng thông thắt cổ chai
(bottleneck bandwidth) và thông lượng tăng chậm tương ứng với kích thước dữ liệu
trong bộ đệm. Khi lưu lượng đưa vào tiếp tục tăng, thông lượng giảm đột ngột từ
điểm vách (Cliff) xuống một giá trị rất nhỏ, đó là lúc tất cả các luồng cùng gửi dữ
liệu nhưng dữ liệu không được truyền đến phía nhận. Lúc đó, hầu hết các gói bị mất
và hiện tượng tắc nghẽn xảy ra .
Nguyên lý chung để điều khiển tắc nghẽn là:
10
- Duy trì điểm hoạt động của mạng luôn ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ.
- Đảm bảo cho các bộ đệm của bộ định tuyến không bị tràn.
- Đảm bảo phía gửi dữ liệu nhanh mà phía nhận vẫn có thể xử lý, giúp sử
dụng tài nguyên một cách hiệu quả nhất.
1.2 Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
1.2.1 Các đặc điểm chung
Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn có thể được phân loại dựa trên
các đặc điểm chung như sau:
•
Điều khiển tiếp nhận (Admission control): cho phép một kết nối mới chỉ khi
mạng có thể đáp ứng một cách thích hợp. Trong pha thiết lập kết nối có chứa một
tập các mô tả về lưu lượng (tốc độ truyền dẫn cực đại, tốc độ truyền dẫn trung bình,
trễ cực đại cho phép…). Mạng chỉ cho phép người sử dụng truy nhập đến chỉ khi
nào có đủ tài nguyên sẵn sàng trên mạng. Ngược lại, yêu cầu kết nối bị từ chối.
Mạng giám sát, kiểm soát các luồng lưu lượng để xem liệu người dùng có tuân theo
các mô tả về lưu lượng không.
•
Kiểm soát (Policing): Kiểm tra kết nối nào vi phạm các mô tả về lưu lượng
để đưa ra xử lý trừng phạt bằng cách:
1) Xóa các gói vi phạm mô tả
2) Gán cho chúng quyền ưu tiên thấp hơn
•
Điều khiển luồng lưu lượng (Flow control) là những hoạt động của mạng để
tránh xảy ra tắc nghẽn. Ngoài ra điều khiển lưu lượng còn nhằm sử dụng tối ưu tài
nguyên mạng để đạt được một hiệu suất mạng thực sự.
1.2.2 Phân loại
Theo các đặc điểm chung nêu trên, các phương pháp điều khiển tắc nghẽn có
thể được phân loại như sau:
11
Điều khiển tắc nghẽn vòng hở (Open-loop congestion control) là sự kết hợp
của điều khiển tiếp nhận, kiểm soát và nguyên lý thùng rò (leaky bucket). Trong đó
không có thông tin phản hồi từ mạng hoặc phía nhận.
Điều khiển chống tắc nghẽn vòng kín (Close-loop congestion control) là dựa
trên trạng thái của mạng với sự giám sát tắc nghẽn và điều khiển lưu lượng dựa trên
thông tin phản hồi. Trong đó, thông tin phản hồi có thể là:
•
Phản hồi ẩn (implicit feedback) nguồn phát sử dụng thời gian chờ (time-out)
để xác định liệu có xảy ra tắc nghẽn hay không. Ví dụ: điều khiển chống tắc nghẽn
trong TCP thực hiện theo kiểu này.
•
Phản hồi rõ (explixit feedback) một số bản tin tường minh được gửi đến
nguồn phát.
Điều khiển theo tốc độ: điều khiển một cách trực tiếp tốc độ truyền tại phía
gửi (nguồn gửi tin).
Điều khiển theo kích thước cửa sổ: điều khiển gián tiếp tốc độ truyền thông
qua việc thay đổi kích thước cửa sổ (số gói tin hoặc số byte tồn tại ở đó).
1.3 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn
Trong phần này đề xuất một số tiêu chí đánh giá cơ bản nhất dựa trên cơ sở
những tiêu chí truyền thống, song có xem xét đến những đặc tính của môi trường
mạng mới NGN.
Những tiêu chí cơ bản nhất dùng cho phân tích, đánh giá các phương pháp
điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm:
1.3.1 Tính hiệu quả (Efficient)
Tính hiệu quả được định nghĩa là tỉ số giữa tổng tài nguyên phân phối cho
các ứng dụng và tổng tài nguyên mong muốn tại điểm Knee của mạng [10], nghĩa là
trước thời điểm mạng xảy ra bão hòa. Nếu Xgoal biểu thị mức lưu lượng đưa vào
12
mong muốn tại điểm Knee, X(t) biểu thị tổng tài nguyên phân phối cho các ứng
dụng, nghĩa là
X (t ) = ∑ xi (t )
, thì tính hiệu quả được xác định bởi tỉ số:
η=
X (t )
X goal
(1.1)
( X (t ) < X )
( X (t ) > X )
goal
Quá tải
goal
hay dưới mức tải
đều không mong muốn
và được coi là không có hiệu quả như nhau. Thuật toán hiệu quả khi η tiến gần tới
1, nghĩa là X(t) tiến gần tới Xgoal.
Chú ý, tính hiệu quả chỉ có liên quan đến tổng lượng phân phối và do đó 2
lượng phân phối khác nhau có thể cả hai đều hiệu quả miễn là tổng lượng phân phối
là gần đến “goal”. Sự phân bố của tổng lượng phân phối giữa các người dùng được
đo bởi chỉ tiêu bình đẳng.
1.3.2 Tính bình đẳng (Fairness)
Khi nhiều người dùng chia sẻ tài nguyên, tất cả người dùng trong cùng một
lớp dịch vụ phải có chia sẻ như nhau về tài nguyên. Thường thì sự phân bổ không
bằng nhau một cách chính xác, mức độ bình đẳng được đo bởi chỉ số bình đẳng. Chỉ
số bình đẳng được định nghĩa khái quát trong như sau:
(∑ x )
F ( x) =
n(∑ x
2
i
i
2
)
(1.2)
Chỉ số này có các đặc tính sau đây:
0 ≤ F ( x) ≤ 1
•
. Lượng phân phối bình đẳng (với tất cả lượng
xi
bằng nhau)
có tính bình đẳng là 1 và lượng phân phối không bình đẳng (với tất cả các tài
nguyên chỉ dùng cho một người) có tính bình đẳng là 1/n đạt đến 0 khi n tiến tới vô
cùng.
13
Tính bình đẳng độc lập vào thang đo, tức là, đơn vị đo là không quan
•
trọng.
Tính bình đẳng là hàm liên tục. Một vài sự thay đổi nhỏ trong lượng phân
•
bố cũng thấy trong tính bình đẳng.
Nếu chỉ có k trong n người dùng chia sẻ tài nguyên như nhau với (n - k)
•
người dùng không nhận tài nguyên nào, thì tính bình đẳng là k/n.
Ta có các đặc tính khác:
Thuật toán bình đẳng khi F tiến gần tới 1. Tuy nhiên, chỉ số này chỉ biểu diễn
tính bình đẳng giữa các người dùng mạng nói chung mà chưa thể hiện được bản
chất đa dịch vụ trong mạng thế hệ mới. Trong mạng NGN sẽ có nhiều lớp dịch vụ
khác nhau, sử dụng nhiều hệ giao thức vận chuyển khác nhau. Vì vậy, cần thiết phải
đưa thêm hai chỉ số bình đẳng mới [2]:
− Chỉ số bình đẳng giữa các giao thức cùng họ:
F1 = θ i / θ j
(1.3)
trong đó θi và θj là thông lượng của các giao thức i và j cùng sử dụng cho một lớp
ứng dụng.
− Chỉ số bình đẳng giữa các giao thức khác họ:
F2 =
θi
ωj
(1.4)
trong đó θi và ωj là thông lượng của các giao thức i và j khác họ sử dụng cho các
lớp ứng dụng khác nhau.
1.3.3 Tính hội tụ (Convergence)
Sự hội tụ được đánh giá bởi thời gian cần để hệ thống đạt đến trạng thái
mong muốn từ một trạng thái xuất phát bất kỳ. Một cách lý tưởng, hệ thống đạt tới
trạng thái đích nhanh và có biên độ dao động rất nhỏ xung quanh nó [10].
14
Như vậy, tính hội tụ được đánh giá qua 3 yếu tố:
•
Trạng thái cân bằng tiệm cận với Xgoal .
•
Thời gian cần thiết để thuật toán hội tụ đến Xgoal .
•
Biên độ của dao động xung quanh giá trị Xgoal nhỏ dần.
Thời gian để đạt được trạng thái cân bằng (equilibrium) xác định độ nhạy
(responsiveness) và độ dao động xác định độ mịn (smoothness) của phương pháp
điều khiển. Một cách lý tưởng, chúng ta muốn thời gian cũng như sự dao động phải
nhỏ. Do đó, điều khiển với thời gian nhỏ và biên độ nhỏ của dao động gọi là nhạy
hơn và mịn hơn, như trong hình 1.5.
1.3.4 Thời gian đáp ứng nhanh (Small response time)
Thuật toán phải nhanh chóng phát hiện được tắc nghẽn và thời gian kể từ khi
phát hiện tắc nghẽn đến khi có tác động của điều khiển chống tắc nghẽn phải càng
nhanh càng tốt: Tresp ≤ Tgoal - trong đó Tgoal là cơ sở để so sánh các thuật toán điều
khiển.
Độ nhạy
“Goal”
Độ mịn
Tổng lưu lượng mạng
Thời gian
Hình 1.2 Độ nhạy (responsiveness) và độ mịn (smoothness).
15
1.3.5 Độ mịn trong điều khiển (Smoothness)
Trong thực tế, tác động của điều khiển không thể đưa hệ thống đến trạng thái
mong muốn ngay lập tức. Vì vậy, các thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn phải
thiết kế sao cho tác động điều khiển có độ mịn cần thiết, tránh đưa hệ thống vào
trạng thái mất ổn định thêm. Đại lượng để đo độ mịn có thể là hiệu số giữa lưu
xi (t 2 ) − xi (t1 )
lượng tại 2 thời điểm điều khiển liên tiếp t1 và t2:
hoặc hiệu số giữa
X (t 2 ) − X (t1 )
tổng lưu lượng mạng tại 2 thời điểm điều khiển liên tiếp t1 và t2:
.
1.3.6 Tính phân tán (Distributedness)
Đây là điều cần thiết bởi vì một mô hình tập trung đòi hỏi thông tin đầy đủ
về trạng thái của mạng cũng như các luồng riêng lẻ, và điều này là không thể không
có đối với mạng cỡ lớn. Chẳng hạn, chúng ta muốn biết về các nhu cầu cá nhân hay
toàn bộ. Thông tin này có thể hữu dụng tại nguồn tài nguyên. Tuy nhiên, truyền đạt
thông tin này cho nhiều người dùng làm chúng ta quan tâm đến mào đầu
(overhead), đặc biệt khi một người dùng có thể dùng vài nguồn tài nguyên
(resource) tại cùng một thời điểm. Do đó, chúng ta phải quan tâm hàng đầu đến
phương pháp điều khiển có thể thực hiện trong hệ thống thực và giả sử rằng hệ
thống có lượng phản hồi ít nhất. Nó chỉ cho ta biết nơi nào là không đủ tải hay quá
tải thông qua bit phản hồi nhị phân. Thông tin khác như X goal và số lượng người
dùng cùng chia sẻ nguồn tài nguyên được giả thiết là không được biết bởi người
dùng. Điều này hạn chế phương pháp khả thi.
Như vậy, mô hình có thể xây dựng để đánh giá các phương pháp điều khiển
chống tắc nghẽn cho mạng NGN có thể được thiết kế dựa trên sáu tiêu chí cơ bản
nêu trên.
16
Kết luận chương
Hiện tượng tắc nghẽn xảy ra trong mạng là vấn đề khó tránh khỏi, do đó điều
khiển tắc nghẽn ngày càng trở nên cấp thiết. Chương 1 đã nêu tổng quan về nguyên
lý, phân loại các phương pháp điều khiển tắc nghẽn, tiêu chí đánh giá những
phương pháp điều khiển.
17
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN
Trong chương này, chúng ta sẽ hệ thống hóa lại một số phương pháp điều
khiển tắc nghẽn điển hình nhất, phân tích đánh giá chúng dựa trên cơ sở những
tiêu chí đã đề xuất trong chương 1. Đó là các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
truyền thống như DECbit, và một vài phương pháp mới như EWA, ETCP, FBATCP, QS- TCP để cải thiện hiệu suất hoạt động mạng. Trong đó đặc biệt đi sâu vào
phương pháp điều khiển tắc nghẽn sử dụng TCP phổ biến hiện nay (đặc biệt là
trong mạng Internet) và XCP là ứng cử viên cho mạng dựa trên cơ sở IP sau này.
2.1 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống
2.1.1 DECbit
DECbit là một trong các mô hình điều khiển tắc nghẽn sớm nhất. Phương
pháp này sử dụng phản hồi ẩn. Trong DECbit, mạng cung cấp thông tin phản hồi
cho phép phía gửi điều chỉnh lưu lượng vào mạng. Các bộ định tuyến giám sát kích
thước trung bình của hàng đợi trong khoảng thời gian được định nghĩa. Nếu độ dài
trung bình của bộ đệm vượt quá ngưỡng (threshold) thì bộ định tuyến thiết lập một
bit chỉ dẫn chống tắc nghẽn (gọi là DECbit) trong các gói tin để thông báo sự tắc
nghẽn của mạng. Phía nhận gửi lại bit này trong thông báo nhận được đến phía gửi.
Phía gửi giám sát các bit chỉ dẫn chống tắc nghẽn này để điều chỉnh kích thước của
cửa sổ gửi như sau: Nếu xảy ra tắc nghẽn thì giảm đi theo phép nhân (nhân với
18
0,875), trong trường hợp ngược lại thì kích thước cửa sổ được tăng lên theo phép
cộng.
DECbit là phương pháp khá đơn giản và hữu hiệu. Tuy nhiên, căn cứ vào các
tiêu chí nêu trên thì thuật toán này không đạt được tính hiệu quả vì lưu lượng bị gạt
bỏ đáng kể (qua hệ số 0,875) dẫn đến thông lượng rất thấp. Ngoài ra, các tiêu chí về
tính bình đẳng, độ hội tụ, độ mịn điều khiển cũng không đạt được. Thuật toán
không phù hợp cho các ứng dụng mới trong NGN.
2.1.2 Điều khiển tắc nghẽn trong TCP
TCP (Transmission Control Protocol) [11] là giao thức phổ biến nhất hiện
nay cho truyền dữ liệu tin cậy trên Internet. Ngoài điều khiển chống tắc nghẽn ra,
nó còn thực hiện chức năng khôi phục dữ liệu đã mất và quản lý kết nối. Điều khiển
chống tắc nghẽn trong TCP thuộc loại điều khiển vòng kín phản hồi ẩn, TCP dựa
vào mất gói để phát hiện tắc nghẽn. Nó có 2 cơ cấu để phát hiện ra mất gói. Đầu
tiên, khi gói được gửi, phía gửi TCP khởi tạo bộ định thời. Nếu bộ định thời hết
hiệu lực trước khi gói được xác nhận, TCP xem như gói bị mất. Thứ 2, khi phía
nhận TCP nhận gói không đúng trật tự. Nó gửi xác nhận ACK cho gói mà nó nhận
gần nhất. Ví dụ, giả sử phía nhận nhận gói từ 1 đến 5, và gói 6 bị mất. Khi phía
nhận nhận gói 7, nó gửi dupack cho gói 5. Phía gửi TCP xét các sự tới của 3 bản sao
phúc đáp (3 dupack) như dấu hiệu của 1 gói mất.
Kết nối TCP qua 2 pha: khởi đầu chậm và pha AIMD. Hình 2.1 cho ta thấy
quỹ đạo điển hình của cửa sổ chống tắc nghẽn.
Khởi đầu chậm: TCP đi vào mô hình khởi đầu chậm khi bắt đầu kết nối.
Trong suốt quá trình khởi đầu chậm, phía gửi tăng tốc độ gửi theo hàm mũ. Cụ thể,
khi bắt đầu khởi đầu chậm cửa sổ tắc nghẽn thiết lập là 1 đoạn, là MSS khởi tạo bởi
phía gửi trong suốt giai đoạn thiết lập kết nối. Do đó, phía gửi gửi 1 đoạn và đợi cho
tới khi phía nhận xác nhận nó. Một khi ACK đến phía gửi, phía gửi tăng cửa sổ
chống tắc nghẽn của nó bởi 1, gửi 2 đoạn, và đợi ACK tương ứng. Mỗi khi ack đến,
phía gửi có thể gửi 2 đoạn, 4 đoạn, ... gấp đôi lên dẫn đến tăng theo hàm mũ của cửa
19
sổ chống tắc nghẽn. TCP thoát khỏi khởi đầu chậm khi đoạn bị mất. Khi đó phía
gửi giảm cửa sổ tắc nghẽn đi 1 nửa và đi vào giai đoạn AIMD.
Hình 2.1 Cửa sổ tắc nghẽn
AIMD: Trong mô hình này, miễn là không có đoạn nào bị mất, phía gửi TCP
tăng cửa sổ tắc nghẽn của nó bởi 1 MSS mỗi RTT. Khi gói bị mất, TCP giảm cửa sổ
tắc nghẽn đi một nửa. Như kết quả, thông lượng biểu thị 1 dãy tăng cộng theo sau
bởi giảm nhân. Trạng thái này thường được xem như “TCP sawtooth” hình 2.1.
Điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP có những nhược điểm cơ bản là:
•
Thông tin phản hồi là ẩn và vì vậy cửa sổ gửi luôn giảm đi một nửa
khi xảy ra tắc nghẽn là không thực sự hiệu quả.
•
TCP không chia sẻ thông tin điều khiển, vì vậy các kết nối cùng một
thời điểm đến cùng một đích (một trường hợp thường xảy ra với lưu lượng web) sẽ
phải cạnh tranh, thay vì phối hợp để sử dụng băng thông mạng một cách hợp lý.
•
Đối với mạng đa dịch vụ, thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn của
TCP không đem lại tính bình đẳng cần thiết cho các ứng dụng.
20
•
Đối với mạng có lưu lượng biến đổi động, biến đổi nhanh, điều khiển
tắc nghẽn của TCP tỏ ra bất ổn định và không hội tụ.
2.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn mới
2.2.1 EWA (Explicit Windows Adaptation) và FEWA (Fuzzy EWA)
Phương pháp EWA (Explicit Window Adaptation) [2] dùng thông báo một
cách rõ ràng đến phía gửi về băng thông còn khả dụng của các đường ra bằng cách
sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng giống như trong TCP để truyền thông tin phản
hồi từ các bộ định tuyến đến phía gửi.
Sau mỗi khoảng đo i với thời gian tồn tại không đổi phụ thuộc vào băng
thông của tuyến mà router có khả năng EWA được nối, chẳng hạn, 10ms, router
với khả năng EWA đo độ dài hàng đợi hiện thời của nó Q i và tính toán độ dài hàng
trung bình hiện thời
Q i Qi , Q i
.
và độ dài hàng trung bình trước đó
Qi −1
được dùng
để tính toán cửa sổ gửi mới cho mỗi kết nối TCP đi qua router:
Cửa sổ gửi
= max{ MSS , α . log 2 ( B − Qi ).MSS }
(2.1)
Trong đó, B là độ dài hàng lớn nhất trong router (tức là, tại cùng 1 thời điểm
nhiều nhất B+1 gói có thể lưu trữ và được chuyển đi trong router), MSS là kích cỡ
đoạn của tất cả các kết nối TCP đi qua router, và
α
là hệ số động được tính toán như
trong phần sau. B và Qi được biểu diễn theo số gói và MSS được biểu diễn theo số
byte. Biểu thức thuật toán trong (2.1) được giới thiệu để phản ánh kết nối TCP với
khởi đầu chậm và có thể gửi nhiều hơn 2 lần số đoạn trong khoảng thời gian vòng
truyền kế tiếp (RTT- Round Trip Time).
21
α
Hệ số
có thể thay đổi trong đẳng thức (2.1) được giới thiệu để sử dụng tốt
đường truyền nếu chỉ 1 vài kết nối TCP được truyền đoạn qua router.
nhật mỗi milli giây như sau:
α + ω up
α = f α , Qi = α .ω down
(
)
α
được cập
<
Qi
>
Qi
(2.2)
với
Qi =
127
1
Q i −1 +
Qi
128
128
Giá trị khởi tạo của hệ số sử dụng
cộng) và
ω down
α
(2.3)
ωup
được thiết lập là 1, tham số
(để giảm bằng cách nhân với
α
( để tăng
) được thiết lập lần lượt là 1/8 và
31/32, độ dài hàng đợi ngưỡng dưới và ngưỡng trên trung bình được thiết lập đến
20% và 60% của độ dài hàng B.
Cửa sổ gửi đã tính toán được truyền đến mỗi TCP phía gửi bằng cách hiệu
chỉnh cửa sổ thông báo phía nhận trong xác nhận TCP. Router (có khả năng TCP)
chỉ giảm cửa sổ khi cần thiết, nhưng không tăng để duy trì điều khiển luồng điểm
nối điểm của TCP.
Cửa sổ gửi = min{cửa sổ gửi, cửa sổ thông báo phía nhận}
(2.4)
Với thông tin phản hồi tắc nghẽn rõ, TCP phía gửi có thể phản ứng lại thích
hợp với tải hiện thời trong router hơn nó có thể với cơ cấu khác, chẳng hạn, ECN
(Explicit Congestion Notigication) hay RED (Random Early Detection).
EWA cho thấy các kết quả hoạt động tốt trong các bộ định tuyến có tải lớn,
nhưng có một số vấn đề trong các bộ định tuyến hoạt động ở dưới mức tải trong hầu
hết thời gian. Lý do nằm ở việc tính toán α, nó đặt quá nhiều vào trọng tải trước đó
22
của bộ định tuyến, vì vậy không thể phản ứng lại đủ nhanh đối với những thay đổi
lớn của các điều kiện tải.
Chính vì hạn chế đó EWA mờ (FEWA – Fuzzy EWA) đã phát triển, khác
với EWA cũ chủ yếu ở việc tính toán α. FEWA sử dụng một bộ điều khiển mờ để
tính α dựa theo giá trị hiện tại và một giá trị gần nhất của bộ đệm bộ định tuyến. Với
các thay đổi này trong việc tính toán phản hồi bên trong bộ định tuyến, hiệu suất từ
đầu cuối đến đầu cuối có thể đạt được lớn hơn so với EWA.
2.2.2 ETCP (Enhanced TCP)
Ý tưởng của ETCP [5] là sử dụng phản hồi FEWA (dựa trên sự điều khiển
thích ứng lưu lượng-AWND) để tính cửa sổ gửi mới (SWND). ETCP phía gửi
không thực hiện chu trình bắt đầu chậm (slow start) và tránh tắc nghẽn (congestion
avoidance), mà bắt đầu với 1 cửa sổ gửi khởi tạo và cập nhật cửa sổ gửi theo các
cách sau:
- Nếu cửa sổ gửi hiện tại lớn hơn cửa sổ điều khiển lưu lượng thì cửa sổ gửi
mới được thiết lập bằng cửa sổ điều khiển lưu lượng:
SWND ← AWND
- Nếu cửa sổ gửi hiện tại nhỏ hơn cửa sổ điều khiển lưu lượng thì cửa sổ gửi
được tính như sau:
SWND ← SWND.( AWND / SWND )
1 / SWND
Với tính toán này cửa sổ của phía gửi ETCP được tăng theo hàm mũ để tiệm
cận với cửa sổ điều khiển lưu lượng. Với các thay đổi nhỏ này có thể thu được sự
cải thiện đáng kể về khả năng thực hiện.
2.2.3 XCP (Explicit Control Protocol)
XCP là giao thức truyền thông liên quan đến TCP. Không như TCP, XCP
cung cấp phản hồi chống tắc nghẽn rõ từ router có khả năng XCP đến XCP phía
gửi. Do đó, XCP phía gửi có thể điều khiển cửa sổ gửi thích hợp hơn để đạt được
23
tính hiệu quả, bình đẳng, điều khiển tắc nghẽn có thể mở rộng qui mô và ổn định
trong toàn mạng [7].
2.2.3.1 Mào đầu chống tắc nghẽn.
Mỗi gói dữ liệu của 1 kết nối XCP mang theo phần mào đầu chống tắc nghẽn
(CH) hình 2.2. Hai giá trị đầu tiên, H_cwnd và H_rtt, được thiết lập bởi XCP phía
gửi là cửa sổ chống tắc nghẽn hiện thời và RTT ước lượng hiện thời và giữ nó
không đổi trong suốt quá trình truyền thông. Giá trị thứ ba, H_feedback, được dùng
cho phản hồi chống tắc nghẽn của router. Nó được khởi tạo bởi XCP phía gửi đến
giá trị tăng theo yêu cầu cửa sổ chống tắc nghẽn và có thể được điều chỉnh bởi
router dựa vào 2 giá trị đầu và thuật toán điều khiển tính hiệu quả và bình đẳng thực
hiện trong router.
H_cwnd
H_rtt
H_feedback
Hình 2.2 Header chống tắc nghẽn trong gói dữ liệu/xác nhận XCP
Nếu XCP phía gửi có tốc độ gửi yêu cầu
γ
, giá trị khởi tạo cho H_feedback
trong mào đầu có thể tính toán như sau:
H _ feedback = ( γ .rtt − cwnd ) /
số gói trong cửa sổ tắc nghẽn
(2.5)
Trong gói đầu tiên của kết nối XCP, H_feedback được khởi tạo bằng 0, khi
XCP phía gửi có RTT ước lượng hiện thời không hợp lệ trong đường dẫn.
XCP phía nhận sao chép mào đầu chống tắc nghẽn của gói dữ liệu đến sang
xác nhận ACK và gửi xác nhận bao gồm mào đầu chống tắc nghẽn đến XCP phía
gửi. Sau khi xác nhận ACK đến nơi, XCP phía gửi sửa lại cửa sổ chống tắc nghẽn
mới theo phản hồi router chứa trong mào đầu chống tắc nghẽn:
24
cwnd = max{cwnd + H _ feedback , s}
(2.6)
với s là kích cỡ gói.
2.2.3.2 Bộ điều khiển chống tắc nghẽn.
Như đã đề cập, bộ điều khiển chống tắc nghẽn trong router có khả năng XCP
được chia thành điều khiển hiệu quả (EC) và điều khiển bình đẳng (FC) [8]. Nhiệm
vụ của bộ điều khiển hiệu quả là tận dụng kết nối lớn nhất, tốc độ mất gói nhỏ nhất
và hàng của đường dẫn ổn định. Chỉ đề cập đến EC khi lưu lượng đường truyền ổn
định và không quan tâm sự bình đẳng giữa các luồng có lưu lượng ổn định. Đây là
nhiệm vụ của bộ điều khiển bình đẳng. Dùng thông tin phản hồi chống tắc nghẽn
trên mỗi kết nối hiện thời được tính toán bởi EC, FC tính thông tin phản hồi chống
tắc nghẽn trên mỗi gói hiện thời cho mỗi luồng. Thông tin chống tắc nghẽn được
chứa trong trường H_feedback của mào đầu chống tắc nghẽn trong tất cả các gói và
truyền lại cho mỗi XCP phía gửi.
Với mỗi kết nối, router duy trì bộ định thời điều khiển được thiết lập xấp xỉ
đến giá trị RTT ước lượng trung bình của XCP phía gửi trên kết nối đó. Sau khi hết
thời gian chờ (time-out) của bộ định thời điều khiển mỗi luồng, EC và FC được
dùng để tính giá trị hiện thời của phản hồi điều khiển chống tắc nghẽn cho luồng
XCP đi qua đường dẫn này. Các thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn và điều
khiển bình đẳng của bộ định tuyến XCP có đặc điểm là không đòi hỏi thông tin
trạng thái của mỗi luồng. Thay vào đó, bộ định tuyến khai thác thông tin lưu lượng
tổng bằng cách tích luỹ thông tin từ tất cả các gói truyền qua bộ định tuyến trong
một khoảng thời gian nhất định.
Trong phần sau, biểu thức toán học của phép tính EC và FC được trình bày.
Bộ điều khiển hiệu quả (EC) [7]
Mục đích của bộ điều khiển hiệu quả là tăng tính sử dụng đường truyền trong
khi tối thiểu hóa tốc độ mất gói và hàng đợi ổn định. Nó chỉ xét lưu lượng tổng và
không chú ý đến tính hiệu quả cũng như luồng mà gói có liên quan.
25
EC tính số byte mà lưu lượng tổng tăng hay giảm theo mong muốn trong
khoảng thời gian điều khiển (RTT trung bình). Phản hồi tổng
φ
(tính theo byte)
được tính trong mỗi khoảng điều khiển:
φ = α .d .S − β .Q
(2.7)
Với d là RTT ước lượng trung bình cho kết nối, S là băng thông dự trữ (spare
bandwidth) của đường truyền được định nghĩa là hiệu số giữa tốc độ lưu lượng vào
và dung lượng đường truyền. Và Q là kích cỡ hàng ổn định của đường truyền (tính
theo bytes) với kích cỡ hàng không tiêu hao trong thời gian trễ truyền (đi và về). Q
được ước tính như là giá trị nhỏ nhất trong tất cả kích cỡ hàng bởi vài gói. α và β là
tham số hằng có giá trị lần lượt là
tắc nghẽn tổng
φ
α = 0 .4
và
β = 0.226
trong [6]. Phản hồi chống
phải tỉ lệ với S, bởi nếu đường truyền sử dụng khôg đúng mức
(S>0) hay tắc nghẽn (S0, lưu lượng của tất cả các luồng tăng giống nhau.
X
Người dùng 2
Người dùng n
i
xn
y
goal
43
Hình 3.4 Hệ thống gồm n người dùng chia sẻ 1 mạng
Trong suốt khoảng thời gian, hệ thống xác định mức tải của nó và gửi phản
hồi nhị phân y(t),với
Nếu
Nếu
y (t ) = 0 ⇒
y (t ) = 1 ⇒
tăng tải
giảm tải
Những người dùng cùng hoạt động trong hệ thống và thay đổi (tăng hay
giảm) yêu cầu bởi một lượng
u i (t )
. Do đó,
xi (t + 1) = xi (t ) + u i (t )
Sự thay đổi của
u i (t )
(3.1)
mô tả sự điều khiển của người dùng thứ i. Nó là hàm theo yêu
cầu trước đó của người dùng và phản hồi hệ thống:
u i (t ) = f ( xi (t ), y (t ) )
Do đó, ta có:
xi (t + 1) = xi (t ) + f i ( xi (t ), y (t ) )
(3.2)
44
aI + bI xi (t )
xi (t + 1) =
aD + bD xi (t )
y (t ) = 1 ⇒
Tăng
Giảm
Chú ý rằng người
dùng không biết được yêu cầu của người khác, và do đó,
u i (t )
không thể là hàm của
x j (t ), j ≠ i
. Thông thường, hàm điều khiển f có thể là tuyến tính hay không tuyến
tính. Tuy nhiên, trước hết chúng ta sẽ tập trung đến điều khiển tuyến tính. Hàm
trạng thái (2.1) trở thành
Ở đây, aI, bI, aD, bD là hằng số. Dưới đây là 4 trường hợp của hàm điều khiển:
bI xi (t )
xi (t + 1) =
bD xi (t )
•
y(t ) = 1 ⇒
Tăng
Giảm
Tăng nhân/giảm nhân
(MIMD- Multiplicative Increase/Multiplicative Decrease)
Với
bI > 1
và
0 < bD < 1
. Mọi người dùng tăng nhu cầu bằng cách nhân yêu cầu
trước đó với hệ số hằng (constant factor). Giảm cũng bằng cách nhân.
•
Tăng cộng/giảm cộng (AIAD- Additive Increase/ Additive Decrease)
45
aI + xi (t )
xi (t + 1) =
aD + xi (t )
y(t ) = 1 ⇒
Tăng
Giảm
(3.3)
Ở đây,
aI > 0
và
aD < 0
. Tất cả người dùng tăng nhu cầu bằng cách cộng lượng
hằng với nhu cầu trước đó. Giảm cũng bằng phép cộng.
•
•
Tăng cộng/giảm nhân (AIMD- Additive Increase/Multiplicative Decrease)
aI + xi (t )
xi (t + 1) =
bD xi (t )
y(t ) = 1 ⇒
Tăng
giảm
(3.4)
Tăng bằng cách cộng với lượng không đổi nhưng giảm bằng nhân hệ số hằng
•
Tăng nhân/giảm cộng (MIAD- Multiplicative Increase/Addative Decrease).
bI xi (t )
xi (t + 1) =
aD + xi (t )
y(t ) = 1 ⇒
Tăng
giảm
(3.5)
46
Để đánh giá hiệu quả của những phương pháp điều khiển, chúng ta đề cập
trong phần tiếp theo.
3.3.2 Biểu diễn thuật toán bằng vector
(1)
Phân bố x2 của người dùng 2
(2)
(5)
X0
(3)
(6)
(4)
Phân bố x1 của người dùng 1
Khi xác định phương pháp điều khiển khả thi, chúng ta nên xem sự chuyển
đổi trạng thái hệ thống như quỹ đạo trong không gian vector n chiều. Chúng ta xét
phương pháp này trong trường hợp 2 người dùng, có thể xem như không gian 2
chiều.
Trong đó: (1) Đường đồng đẳng (Equi-Fairness Line)
(2) Đường bình đẳng (Fairness Line)
47
(3) Điểm tối ưu (Optimal point)
(4) Đường hiệu quả (Efficiency Line)
(5) Quá tải (Overload)
(6) Không đủ tải (underload)
Như hình 2.7, tài nguyên phân bố của 2 người dùng bất kỳ
{x1 (t ), x 2 (t )}
có thể
biểu diễn như điểm {x1, x2 } trong không gian 2 chiều. Trong hình này, trục ngang
mô tả phân phối (allocation) cho người dùng 1, và trục đứng mô tả phân phối cho
người dùng 2. Tất cả sự phân phối với x 1+x2=Xgoal là phân phối có hiệu quả. Nó
tương ứng với đường thẳng là “đường hiệu quả” (efficiency line). Tất cả phân phối
mà x1= x2 là phân bố bình đẳng. Nó tương ứng với đường thẳng được gọi là “đường
bình đẳng” (fairness line). Hai đường này cắt nhau tại điểm (X goal/2, Xgoal/2) là điểm
tối ưu. Mục tiêu (goal) của phương pháp điều khiển là làm cho hệ thống đến hoạt
động tại điểm này mà không quan tâm đến vị trí bắt đầu. Tất cả các điểm bên dưới
đường hiệu quả mô tả hệ thống “không đủ tải”(underload) và một cách lý tưởng hệ
thống sẽ yêu cầu người dùng tăng tải. Theo quan sát, chẳng hạn, điểm x 0=(x10, x20).
Nguyên tắc tăng cộng tăng phân phối của cả 2 người dùng bởi a 1 tương ứng với việc
0
dịch chuyển dọc đường tạo với trục ngang góc 45 . Nguyên tắc tăng nhân tăng phân
phối cho cả 2 người dùng bằng hệ số b 1 tương ứng với việc dịch theo đường nối
điểm đó với gốc toạ độ. Tương tự, tất cả các điểm trên đường hiệu quả mô tả hệ
0
thống quá tải (overload) và giảm cộng mô tả bởi đường tạo với trục ngang góc 45 ,
khi giảm nhân được mô tả bởi đường nối điểm đó với gốc.
Tính bình đẳng tại điểm bất kỳ (x1, x2) được cho bởi:
F=
( x1 + x2 ) 2
(
2 x12 + x 22
)
48
Chú ý rằng nhân cả hai phân bố với hệ số b không thay đổi tính bình đẳng.
Đó là, (bx1,bx2) có cùng tính bình đẳng với (x1, x2) cho tất cả các giá trị của b. Do
đó, tất cả các điểm trên đường nối điểm đó với gốc có cùng tính bình đẳng. Chúng
ta, gọi đường đi qua gốc là đường “đồng đẳng” (equi-fairness). Tính bình đẳng
giảm khi độ dốc của đường này hoặc tăng lên trên hoặc giảm xuống dưới đường
bình đẳng.
Hình 2.8 cho ta thấy quỹ đạo của hệ thống 2 người dùng bắt đầu từ điểm x 0
dùng nguyên tắc điều khiển tăng cộng/giảm nhân. Điểm x 0 nằm dưới đường hiệu
quả và do đó cả hai người dùng đều được yêu cầu tăng. Chúng di chuyển dọc đường
0
tạo với trục ngang góc 45 . Nó di chuyển đến x1 nằm trên đường hiệu quả. Người
dùng được yêu cầu giảm và thực hiện phép nhân, tương ứng với việc chuyển động
đến điểm gốc trên đường nối x 1 và gốc. Nó di chuyển đến điểm x 2, nằm dưới đường
hiệu quả và lập lại theo chu kỳ. Chú ý rằng x 2 có tính bình đẳng cao hơn x 0. Do đó,
với mỗi chu kỳ, tính bình đẳng tăng chậm, và cuối cùng, hệ thống hội tụ đến trạng
thái tối ưu, dao động quanh điểm “goal”.
Quỹ đạo tương tự có thể vẽ cho nguyên tắc điều khiển khác. Mặc dù không
phải tất cả các nguyên tắc điều khiển đều hội tụ. Chằng hạn, hình 2.9 cho ta thấy
quỹ đạo của nguyên tắc điều khiển tăng cộng/giảm cộng AIAD bắt đầu từ vị trí x 0.
Hệ thống giữ chuyển động lùi và đến dọc theo đường qua điểm x 0, tạo với trục
0
ngang góc 45 . Với nguyên lý như thế, hệ thống có thể hội tụ đến hiệu quả, nhưng
nó không bình đẳng.
Phân bố x2 của người dùng 2
Đường bình đẳng
Đường hiệu quả
Phân bố x1 của người dùng 1
49
Hình 3.5 AIDM hội tụ đến điểm tối ưu
Điểm làm việc dao động dọc đường này
Phân bố x2 của người dùng thứ 2
Đường bình đẳng
Đường hiệu quả
Phân bố x1 của người dùng 1
Hình 3.6 AIAD không hội tụ
Kết luận chương
Chương này đã hệ thống các phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Các phương
pháp đó có thể triển khai dần và liệu hiệu suất của nó có giảm khi triển khai như thế
không. Mỗi phương pháp hoạt động theo một nguyên tắc khác nhau và phù hợp với
từng hoàn cảnh khác nhau. Theo ưu tiên, ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc điều
khiển tắc nghẽn trong mạng cơ sở IP là XCP. Do đó, nó nên được nghiên cứu chi
tiết trong các viễn cảnh và lưu lượng tải thay đổi khác nhau. Phần tiếp theo sẽ mô
phỏng điều khiển tắc nghẽn dùng thuật toán tăng giảm trong các giao thức .
50
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN
Nội dung chương 4 mô phỏng thuật toán tăng giảm. Mục đích chính là phân
tích sự hội tụ đến tính bình đẳng và hiệu quả của các thuật toán. Ở đây ta chỉ đề
cập đến thuật toán tăng giảm tuyến tính, từ đó thấy rằng AIMD là thuật toán đảm
bảo hội tụ đến tính hiệu quả và bình đẳng so với các thuật toán tăng giảm khác. Mô
phỏng cho thuật toán này được phân tích trong 4.3.1. Ngoài ra chương 4 còn mô
phỏng tính bình đẳng, hiệu quả của giao thức điều khiển tắc nghẽn TCP và XCP.
Trên thực tế tính bình đẳng, hiệu quả còn chịu nhiều ảnh hưởng khác nhau như thời
gian vòng truyền RTT không đồng nhất, sử dụng các dịch vụ khác nhau, số lượng
luồng đang truyền dữ liệu,... Công cụ mô phỏng là NS2, kết quả mô phỏng là các
đồ thị và minh họa mạng NAM được phân tích trong 4.3.2.
51
4.1 Phương pháp và công cụ mô phỏng
4.1.1 Phương pháp mô phỏng
Trong đề tài này, sinh viên chọn phương pháp mô phỏng trên máy tính với
CAVT và NS-2 (Network Simulation v.2) [9], [11]. CAVT là ứng dụng Java nhỏ
được Michael Welzl xây dựng dựa trên biểu đồ vectơ Chiu/Jain đã được đề cập
trong chương 2, nó cung cấp giao diện người dùng mà ta có thể thiết lập điểm bắt
đầu và quan sát quỹ đạo tương ứng bằng cách kích chuột vào biểu đồ.
Hình 4.1 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng
•
OTcl Script
Kịch bản OTcl
•
Simulation Program
Chương trình Mô phỏng
•
OTcl
Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối
tượng
•
NS Simulation Library
Thư viện Mô phỏng NS
•
Event Scheduler Objects
Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện
•
Network Component Objects
Các đối tượng Thành phần Mạng
•
Network Setup Helping Modules Các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng
•
Plumbling Modules
Các mô đun Plumbling
•
Simulation Results
Các kết quả Mô phỏng
52
•
Analysis
Phân tích
•
NAM Network Animator
Minh họa Mạng NAM
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng
NS-2 được thiết kế để chạy trong môi trường Unix. Tuy nhiên, ta vẫn có thể
cài đặt NS-2 trong Windows bằng cách dùng thêm chương trình Cygwin. Ở đây,
sinh viên cài NS-2 trên Windows XP với Cygwin v1.5.24.
Cài đặt gói phần mềm ns-allinone-2.32 phát hành ngày 03/09/2007 tại
website http://nsnam.isi.edu/nsnam [12]. Trong gói phần mềm này đã bao gồm ns2.32, nam-1.13, otcl-1.13 và tclcl-1.19. Trong thư viện đã hỗ trợ cho mô phỏng của
sinh viên.
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng
4.2.1 Mô phỏng thuật toán tăng giảm
Như trong chương 2, tài nguyên phân bố của 2 người dùng bất kỳ
{x1 (t ), x 2 (t )}
có thể biểu diễn như điểm {x 1, x2 } trong không gian 2 chiều. Khi chúng
ta đang hoạt động tại hay gần điểm gãy (Knee) (mạng có tài nguyên X goal) mọi tài
nguyên yêu cầu bởi người dùng đều được chấp nhận. Thuật toán tăng giảm mong
muốn hội tụ đến bình đẳng và hiệu quả, tức là x1+x2=Xgoal /2
53
Bắt đầu
Nhập phân phối cho người dùng 1 (x1), người dùng 2 (x2), mức lưu lượng đưa vào tại
x1=x2=Xgoal/2
Sai
x1+x2>Xgoal
Sai
Dùng thuật toán tăng
x’1=aI+bI.x1
x’2=aI+bI.x2
x1=x’1; x2=x’2
Hình 4.2 Sơ đồ thuật toán tăng giảm
54
Trong hình 4.3, trục Y (trục đứng) mô tả phân phối (allocation) cho người
dùng 1 x1, và trục X (trục ngang) mô tả phân phối cho người dùng 2 x 2. Tất cả sự
phân phối với x1+x2=Xgoal là phân phối có hiệu quả. Nó tương ứng với đường thẳng
là “đường hiệu quả” (đường màu đỏ). Tất cả phân phối mà x 1= x2 là phân bố bình
đẳng. Nó tương ứng với đường thẳng được gọi là “đường bình đẳng” (đường màu
xanh). Hai đường này cắt nhau tại điểm (Xgoal/2, Xgoal/2) là điểm tối ưu. Mục tiêu của
phương pháp điều khiển là làm cho hệ thống đến hoạt động tại điểm này mà không
quan tâm đến vị trí bắt đầu. Tất cả các điểm bên dưới đường hiệu quả mô tả hệ
thống “không đủ tải” và một cách lý tưởng hệ thống sẽ yêu cầu người dùng tăng tải.
Tương tự, tất cả các điểm trên đường hiệu quả mô tả hệ thống quá tải.
Hình 4.3 Giao diện công cụ mô phỏng thuật toán tăng giảm
Khi ta chọn đồng bộ ngõ vào tức là 2 người dùng sử dụng thuật toán như
nhau. Ta có thể thay đổi các hệ số tăng giảm a, b, thay đổi thời gian vòng truyền (là
tổng thời gian mất do mạng khi phát gói đi từ luồng đến phía nhận và phát phúc đáp
đến phía gửi). Phụ thuộc vào thuật toán lựa chọn, các hệ số thay đổi đến các giá trị
cho phép. Thêm vào đó ta có thể vẽ đồ thị tốc độ người dùng theo thời gian, khoảng
55
cách đến điểm tối ưu và tạo ra file dưới dạng text để dùng với các công cụ vẽ đồ thị
thông thường như xgraph hay gnuplot.
Mô phỏng thuật toán AIMD và MIAD với 2 người dùng có cùng thời gian
vòng truyền RTT=1s, khoảng thời gian mô phỏng là 50s, các hệ số a=0.1 và b=0.5.
Giá trị x, y lần lượt là tốc độ của người dùng.
Hình 4.4 Biểu đồ vector của thuật toán AIMD
56
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn theo thời gian
Như vậy hình 4.4. và 4.5 cho ta thấy AIMD hội tụ nhanh đến điểm tối ưu và
dao động quanh điểm này.
Hình 4.6 Biểu đồ theo vector thuật toán MIAD
57
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn tốc độ theo thời gian
Theo kết quả trong hình 4.6 cho ta thấy thuật toán MIAD có thể hội tụ đến
hiệu quả nhưng không hội tụ đến bình đẳng. Tương tự cũng như đối với thuật toán
MIMD trong hình 4.8 nhưng ta thấy MIMD đảm bảo hội tụ đến hiệu quả nhanh
hơn. Kết quả mô phỏng trong hình 4.7 càng cho thấy rõ tốc độ của 2 người dùng
càng lúc càng chênh lệch và do đó khoảng cách đến điểm tối ưu càng xa.
Hình 4.8 Thuật toán MIMD hội tụ nhanh đến đường hiệu quả
58
Như vậy với điều kiện mô phỏng ở trên (ngõ vào đồng bộ, RTT như nhau)
trong tất cả các thuật toán tăng giảm tuyến tính, thuật toán AIMD là tốt nhất do nó
bảo đảm hội tụ đến điểm tối ưu.
Tuy nhiên, môi trường mạng thực tế rất phức tạp, các điều kiện trên khó xảy
ra được. Với RTT khác nhau thì sự hội tụ cũng là rất khó. Trong hình 4.9 là mô
phỏng thuật toán AIMD khi người dùng 1 có RTT gấp đôi RTT của người dùng 2,
điều đó có nghĩa là mỗi lần người dùng 1 cập nhật tốc độ thì người dùng 2 cập nhật
2 lần.
Hinh 4.9 Thuật toán AIMD khi RTT1 = 2
×
RTT2
59
4.2.2 Mô phỏng XCP
Như trong chương 3, XCP là giao thức truyền thông liên quan đến TCP.
Không như TCP, XCP cung cấp phản hồi chống tắc nghẽn rõ từ router có khả năng
XCP đến XCP phía gửi. Do đó, XCP phía gửi có thể điều khiển cửa sổ gửi thích
hợp hơn để đạt được tính hiệu quả, bình đẳng, điều khiển tắc nghẽn có thể mở rộng
qui mô và ổn định trong toàn mạng.
Mục đích của phần này là mô phỏng để cho ta thấy rằng:
XCP hội tụ nhanh đến lượng phân bổ băng thông bị thắt cổ chai hợp lý.
XCP đạt hiệu quả sử dụng đường truyền cao.
XCP duy trì số gói tại hàng đợi nhỏ.
Trong phần này ta sẽ mô phỏng 2 trường hợp: 3 luồng đều là XCP; 3 luồng
XCP và 1 luồng TCP cùng tồn tại trong cùng một mạng có topo như hình 4.10.
Các thông số trong mô phỏng:
Băng thông BW = 20Mb/s
Độ trễ delay = 10 ms
Kích thước hàng đợi qSize = 100 Kbytes
Hình 4.10 Topo mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng
60
4.2.1.1 Các luồng đều là XCP
3 nguồn 0, 1, 2 là 3 nguồn XCP lần lượt xuất phát từ 3 nút 0, 1, 2. Mô phỏng
trực quan được thể hiện rõ trên cửa sổ NAM. Trong đó, cửa sổ monitors cho ta kích
thước cửa sổ của các nguồn. Thời gian các luồng bắt đầu truyền được thể hiện trong
cửa sổ dưới cùng.
Hình 4.11 Hiệu quả sử dụng đường truyền cao
Hình 4.11 cho ta thấy, hiệu quả sử dụng trên đường truyền tăng nhanh và
duy trì tại điểm 1 điều này cho ta thấy hiệu quả sử dụng đường truyền của các
luồng XCP trong mô phỏng trên là rất cao.
61
Hình 4.12 Hiệu quả vẫn bảo đảm khi 1 luồng ngừng truyền đột ngột.
Như trong hình 4.12 ta thấy, khi có 1 đường truyền nhánh từ nút 0 đến router
đến đây gặp nút thắt cổ chai và ngưng truyền tải tuy nhiên hiểu quả sử dụng vẫn
luôn được đảm bảo.
Hình 4.13 cwnd hội tụ nhanh đến lượng chia sẻ hợp lý
62
Trong hình 4.13 ta thấy, 3 luồng cwnd xuất phát tại 3 nút khác nhau và tại những
thời điểm khác nhau, tuy nhiên chúng nhanh chóng hội tụ đến cùng một điểm và
điểm này là lượng chia sẻ lưu lượng hợp lý nhất.
Hình 4.14 Số gói tại hàng đợi nhỏ.
Trong hình 4.14 là biểu đồ thể hiện trạng thái số gói tại hàng đợi ( Droptail )
của XCP. Với trục ngang là thời gian, trục đứng biểu thị số gói tại hàng đợi, ở các
thời điểm khác nhau, ta có thể dễ dàng nhận thấy số gói tại hàng đợi là tương đối
nhỏ, điều này nói lên lưu lượng tại các nút cổ chai là ổn định và đường truyền XCP
được đảm bảo.
4.2.2.2 Khi XCP và TCP cùng tồn tại
Trong trường hợp này, ta có 3 luồng XCP xuất phát từ 3 nguồn 0, 1, 2 (lần
lượt ứng với các node 0, 1, 2 trong topo mạng hình 4.10) và luồng TCP xuất phát từ
nút 0. Trong đó, thời gian các luồng bắt đầu truyền các đoạn dữ liệu được đưa ra
trong cửa sổ dưới cùng trong NAM. Router có khả năng XCP sẽ phân biệt các
luồng TCP và XCP và xếp hàng chúng 1 cách tách biệt nhau.
63
Hình 4.15 Biểu diễn cwnd của 2 loại lưu lượng TCP và XCP.
Trong hình 4.15 thì màu vàng biểu thị cho luồng TCP được truyền đi tại nút
0. Các luống màu đỏ, xanh nhạt và danh dương biểu thị cho luồng XCP được truyền
đi tại các nút lần lượt là 0,1,2. Ta có thể thấy 3 luồng XCP nhanh chóng hội tụ đến 1
điểm và đường truyền ổn định, trong khi đó luồng TCP không ổn định và biến thiên
qua các thời điểm khác nhau.
Hình 4.16 Hiệu quả khi có 1 luồng TCP
64
Khi có thêm 1 luồng TCP truyền từ nút 0, hiệu quả sử dụng router XCP được
biểu thị trong hình 4.16 ở trên. So sánh với hình 4.12 thì có thể thấy, hiệu quả sử
dụng không cao và ổn định như khi truyền 3 luồng XCP.
Hình 4.17 Trạng thái hàng XCP.
Như vậy, qua các kết quả mô phỏng như trên ta thấy XCP cho ta hiệu quả sử
dụng đường truyền cao trong khi đảm bảo số gói tại hàng đợi nhỏ. Ngoài ra nó còn
đảm bảo các luồng hội tụ nhanh đến điểm tối ưu. Giống như TCP, XCP là một giao
thức điều khiển tắc nghẽn dựa trên cửa sổ. Phía nhận XCP tương tự như trong TCP
chấp nhận khi thực hiện báo nhận gói tin, nó sẽ sao chép tiêu đề tắc nghẽn vào báo
nhận của nó tuy nhiên luồng XCP nhanh chiếm băng thông đường truyền nhanh hơn
TCP.
Thực hiện XCP trong hệ thống đầu cuối là tương đối đơn giản. Chỉ thay đổi
1 ít trong mã nguồn của TCP phía gửi và TCP phía nhận để làm cho chúng có khả
năng XCP. Trang bị bộ định tuyến với khả năng XCP khá tốn kém, sự phức tạp của
XCP trong bộ định tuyến là tương đối cao. Tuy nhiên, XCP là ứng cử đầy hứa hẹn
trong việc cải thiện điều khiển tắc nghẽn trong mạng cơ sở IP trong tương lai.
65
Kết luận chương
Trong chương này, sinh viên mô phỏng thuật toán tăng giảm truyền thống để
cho thấy thuật toán AIMD sử dụng trong các giao thức hiệu quả như thế nào. Từ đó
sinh viên mô phỏng XCP với các ưu điểm về tính bình đẳng và hiệu quả trong khi
sự mất gói là rất hiếm. Mặc dù XCP là một phương pháp hứa hẹn nhất trong số các
phương pháp phản hồi tắc nghẽn tại bộ định tuyến nhưng sự triển khai của XCP
trong các mạng trên cơ sở IP hiện nay gặp khó khăn, bởi vì các hệ thống đầu cuối
và các bộ định tuyến cần phải được trang bị các thuật toán điều khiển tắc nghẽn mới
XCP. Hiệu năng của XCP trên mạng chỉ có thể đạt được nếu phần lớn các bộ định
tuyến và các điểm đầu cuối được triển khai giải thuật XCP.
66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỂ TÀI
Đề tài đã trình bày được những khái niệm cơ sở về mạng NGN, các đặc
trưng cũng như cấu trúc mạng. Bài toán điều khiển tắc nghẽn sử dụng các giao thức,
thuật toán để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, đạt được hiệu suất mạng thực sự.
Đặc biệt, đề tài tập trung nhiều vào các khía cạnh như sau:
Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn.
Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống và mới.
Xây dựng các kịch bản mô phỏng từ phương pháp điều khiển tắc
nghẽn sử dụng XCP để đánh giá hiệu quả khi sử dụng giao thức này. Đây thực sự là
ứng cử viên cho mạng dựa trên cơ sở IP.
Tuy nhiên, điều khiển chống tắc nghẽn là 1 vấn đề phức tạp, nhất là khi
mạng ngày càng phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, các dịch vụ mới ngày
càng nhiều, số lượng người sử dụng tăng vọt và biến đổi động…Vì vậy đề tài khó
tránh khỏi những thiếu sót, cụ thể là:
Một số khái niệm, thuật ngữ mới chưa được thống nhất khi dịch thuật.
Chưa đề cập đến thuật toán tăng giảm phi tuyến và các thuật toán cải thiện
thuật toán tăng giảm tuyến tính, chẳng hạn như EIMD.
Trong khuôn khổ đề tài, chỉ nêu mô phỏng XCP mà chưa đi sâu vào mô
phỏng tất cả các phương pháp điều khiển tắc nghẽn
Chưa đề cập nhiều vấn đề khi sử dụng XCP trong thực tế như bảo mật, triển
khai, ...
Phần mềm mô phỏng mạng NS-2 rất khó can thiệp một cách đầy đủ mà
thường chỉ kế thừa và sử dụng tập lệnh của nó cung cấp. Một số hàm, thủ tục trong
thư viện do NS-2 hỗ trợ không ổn định và không mô phỏng đầy đủ các hoạt động
của giao thức thật sự; do vậy, kết quả mô phỏng thu được chỉ đạt được độ tin cậy
tương đối.
67
Qua đề tài này, sinh viên mong muốn nắm bắt được nền tảng kiến thức về
mạng thế hệ sau, điều khiển tắc nghẽn và sử dụng các giao thức điều khiển tắc
nghẽn. Hiện nay, giao thức được sử dụng rộng rãi là TCP. Tuy nhiên, nó còn phù
hợp khi tích hợp các dịch vụ vào một mạng thống nhất, yêu cầu của người dùng về
chất lượng dịch vụ ngày càng cao. XCP là giao thức được cho là ứng cử viên sáng
giá cho sự phát triển sau này, tuy nhiên còn có 2 câu hỏi lớn là:
Liệu XCP có đảm bảo hiệu quả cho tất cả các dịch vụ hay không?
Yêu cầu về router khi sử dụng XCP là rất cao, liệu chúng ta có nên triển khai
XCP trong thực tế hay không?
Khái niệm FXCP được đưa ra với FXCP dùng bộ điều khiển mờ (fuzzybased controller) liên quan đến bộ điều khiển dùng trong FEWA để thay thế cho bộ
điều khiển hiệu quả trong router XCP. Liệu FXCP có tối ưu hơn XCP?
Ngoài ra nhất thiết phải nghiên cứu sâu hơn nữa về các phương pháp điều
khiển tắc nghẽn khác để ngày càng nâng cao hơn nữa hiệu quả của việc điều khiển
tắc nghẽn trong NGN. Đó cũng là những hướng phát triển mà đề tài này vươn tới.
68
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cao Huy Phương, Hoàng Đăng Hải (2005), “Điều khiển chống tắc nghẽn trong
các mạng NGN- toàn IP”.
[2] Đoàn Trung Kiên (2012), All IP, công nghệ mạng thế hệ tiếp theo.
[3] Bài giảng NGN, Học viện bưu chính viễn thông.
[4] Hồ Đức Lĩnh (2011), Điều khiển tránh tắc nghẽn trong mạng IP.
[5] Nguyễn Quý Minh Hiền, Mạng viễn thông thế hệ sau, Viện khoa học kỹ thuật
bưu điện.
[6] A. K. Jain and S. Floyd (2002) “Quick-start for TCP and IP”.
[7] Dr.Subarna Shakya, Anup Sainju (2010), “ECN Congestion Control Mechanism
in IP Networks”.
[8] H.M. Shirazi (2009), “Smart Congestion Control in TCP/IP Networks”,
“Journal of Information and Communication Technology”.
[9] Michael Welzl CAVT (2003), “A Congestion Avoidance Visualization Tool
ACM SIGCOMM Computer Communications Review”.
[10] Peter Lang (2003) “Quality of Service Control in the Mobile Wireless
Environments”
[11] The NS Manual (VINT ProJect 05/2007).
[12] The network simulator ns-2. http://www.isi.edu/nsnam/ns.
[...]... cơ sở các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trình bày trong chương 2, học viên sẽ trình bày khái quát về mạng NGN hiện nay từ đó đề xuất một phương pháp điều khiển tắc nghẽn có khả năng triển khai với hạ tầng mạng hiện nay Đồng thời nghiên cứu thuật toán được sử dụng trong phương pháp đó 36 3.1 Điều khiển tắc nghẽn trong môi trường mạng NGN 3.1.1 Khái niệm mạng NGN Khái niệm mạng NGN được nêu trong. .. đánh giá các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn cho mạng NGN có thể được thiết kế dựa trên sáu tiêu chí cơ bản nêu trên 16 Kết luận chương Hiện tượng tắc nghẽn xảy ra trong mạng là vấn đề khó tránh khỏi, do đó điều khiển tắc nghẽn ngày càng trở nên cấp thiết Chương 1 đã nêu tổng quan về nguyên lý, phân loại các phương pháp điều khiển tắc nghẽn, tiêu chí đánh giá những phương pháp điều khiển 17... nguyên tắc khác nhau và phù hợp với từng hoàn cảnh khác nhau Theo ưu tiên, ứng cử viên đầy hứa hẹn cho việc điều khiển tắc nghẽn trong mạng cơ sở IP là XCP Do đó, nó nên được nghiên cứu chi tiết trong các viễn cảnh và lưu lượng tải thay đổi khác nhau Phần tiếp theo sẽ mô phỏng điều khiển tắc nghẽn dùng thuật toán tăng giảm trong các giao thức 35 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN Trong. .. CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN Trong chương này, chúng ta sẽ hệ thống hóa lại một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn điển hình nhất, phân tích đánh giá chúng dựa trên cơ sở những tiêu chí đã đề xuất trong chương 1 Đó là các phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống như DECbit, và một vài phương pháp mới như EWA, ETCP, FBATCP, QS- TCP để cải thiện hiệu suất hoạt động mạng Trong đó... sâu vào phương pháp điều khiển tắc nghẽn sử dụng TCP phổ biến hiện nay (đặc biệt là trong mạng Internet) và XCP là ứng cử viên cho mạng dựa trên cơ sở IP sau này 2.1 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống 2.1.1 DECbit DECbit là một trong các mô hình điều khiển tắc nghẽn sớm nhất Phương pháp này sử dụng phản hồi ẩn Trong DECbit, mạng cung cấp thông tin phản hồi cho phép phía gửi điều chỉnh... toán điều khiển chống tắc nghẽn của TCP không đem lại tính bình đẳng cần thiết cho các ứng dụng 20 • Đối với mạng có lưu lượng biến đổi động, biến đổi nhanh, điều khiển tắc nghẽn của TCP tỏ ra bất ổn định và không hội tụ 2.2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn mới 2.2.1 EWA (Explicit Windows Adaptation) và FEWA (Fuzzy EWA) Phương pháp EWA (Explicit Window Adaptation) [2] dùng thông báo một cách...11 Điều khiển tắc nghẽn vòng hở (Open-loop congestion control) là sự kết hợp của điều khiển tiếp nhận, kiểm soát và nguyên lý thùng rò (leaky bucket) Trong đó không có thông tin phản hồi từ mạng hoặc phía nhận Điều khiển chống tắc nghẽn vòng kín (Close-loop congestion control) là dựa trên trạng thái của mạng với sự giám sát tắc nghẽn và điều khiển lưu lượng dựa trên thông tin phản hồi Trong đó,... chống tắc nghẽn của gói dữ liệu đến sang xác nhận ACK và gửi xác nhận bao gồm mào đầu chống tắc nghẽn đến XCP phía gửi Sau khi xác nhận ACK đến nơi, XCP phía gửi sửa lại cửa sổ chống tắc nghẽn mới theo phản hồi router chứa trong mào đầu chống tắc nghẽn: 24 cwnd = max{cwnd + H _ feedback , s} (2.6) với s là kích cỡ gói 2.2.3.2 Bộ điều khiển chống tắc nghẽn Như đã đề cập, bộ điều khiển chống tắc nghẽn trong. .. - trong đó Tgoal là cơ sở để so sánh các thuật toán điều khiển Độ nhạy “Goal” Độ mịn Tổng lưu lượng mạng Thời gian Hình 1.2 Độ nhạy (responsiveness) và độ mịn (smoothness) 15 1.3.5 Độ mịn trong điều khiển (Smoothness) Trong thực tế, tác động của điều khiển không thể đưa hệ thống đến trạng thái mong muốn ngay lập tức Vì vậy, các thuật toán điều khiển chống tắc nghẽn phải thiết kế sao cho tác động điều. .. (số gói tin hoặc số byte tồn tại ở đó) 1.3 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn Trong phần này đề xuất một số tiêu chí đánh giá cơ bản nhất dựa trên cơ sở những tiêu chí truyền thống, song có xem xét đến những đặc tính của môi trường mạng mới NGN Những tiêu chí cơ bản nhất dùng cho phân tích, đánh giá các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm: 1.3.1 Tính hiệu quả (Efficient) ... Chương : Tổng quan tắc nghẽn mạng Chương : Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn Chương : Phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng NGN Chương 4: Mô phương pháp điều khiển tắc nghẽn Do đề tài phức... PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN Trong chương 3, sở phương pháp điều khiển tắc nghẽn trình bày chương 2, học viên trình bày khái quát mạng NGN từ đề xuất phương pháp điều khiển tắc nghẽn. .. dụng tài nguyên cách hiệu 1.2 Các phương pháp điều khiển tắc nghẽn 1.2.1 Các đặc điểm chung Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn phân loại dựa đặc điểm chung sau: • Điều khiển tiếp nhận
Ngày đăng: 03/10/2015, 15:38
Xem thêm: Nghiên cứu các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN, Nghiên cứu các phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong mạng NGN, TỔNG QUAN VỀ TẮC NGHẼN TRONG MẠNG, 3 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN, 1 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn truyền thống, 2 Một số phương pháp điều khiển tắc nghẽn mới, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG NGN, 2 Đánh giá, so sánh và khả năng ứng dụng của các phương pháp điều khiển tắc nghẽn, 3 Thuật toán tăng giảm sử dụng trong phương pháp XCP, MÔ PHỎNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN, 2 Nội dung và kết quả mô phỏng