5 DS07 10 14 bai da sua A Control-Theoretic Approach_v8_

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 lượ

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

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

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

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:

[x t u t w t t]

f t x dt

t

dx( )≅ •()= (), (), (), (1)

[x t v t t]

h t

Với mô hình trên, các yêu cầu tài nguyên khi thực hiện một ứng dụng được coi là cân bằng khi:

[x t u t w t t]

f t

x•()=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 ( ) (k =Φx k− +Γu k− +w k−

) ( )

) ( ) ( )

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

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

( )

M k i i

−

=

− −

0

1

1 1

1 (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:

+

−

)

i

+β { [x c(k)−x(k)] [− x c(k−1)−x(k−1)] } (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

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

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)

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

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