Tổng quan về lí thuyết hàng đợi

Thời gian trung bình trong hệ thống Thời gian này có thể được phân chia thành hai thành phần : Thời gian đợi và thời gian phục vụ.Tính toán các tham số hiệu năng này đòi hỏi những giả t

1 Mở đầu

Lí thuyết hàng đợi đã nghiên cứu từ lâu là nền tảng cho việc sản xuất cũng như vận hành các

hệ thống thông tin Trong đó khái niệm về lập lịch trong hàng đợi cũng là một ưu tiên đượcquan tâm nhiều nhất vì tính vai trò quan trọng của nó Trong bài tiểu luận này, chúng tôi xinđược đưa ra các khái niệm, ích lợi cũng như hạn chế của các kiểu lập lịch trong hàng đợi

2 Tổng quan về lí thuyết hàng đợi

2.1 Hàng đợi và đặc điểm

Trong bất cứ một hệ thống nào thì khách hàng đi đến các điểm cung cấp dịch vụ và rời khỏi

hệ thống khi dịch vụ đã được cung cấp

Ví dụ:

Các hệ thống điện thoại: khi số lượng lớn khách hàng quay số để kết nối đến một trongnhững đường ra hữu hạn của tổng đài Trong mạng máy tính: khi mà gói tin được chuyển từnguồn tới đích và đi qua một số lượng các nút trung gian Hệ thống hàng đợi xuất hiện tại mỗinút ở quá trình lưu tạm thông tin tại bộ đệm

Hệ thống máy tính: khi các công việc tính toán và tuyến làm việc của hệ thống yêu cầudịch vụ từ bộ xử lý trung tâm và từ các nguồn khác Những tình huống này được diễn tả bằnghình vẽ sau

Hình 1 Mô hình chung của hệ thống hàng đợi

2.2 Các tham số hiệu năng trung bình

Số lượng trung bình của khách hàng trong hệ thống

Nhắc lại rằng phân bố của trạng thái ổn định cho số lượng khách hàng trong hệ thống khit→∞ Ví vậy, có thể suy ra số khách hàng trung bình trong hệ thống từ phân bố trạng thái ổnđịnh của hệ thống như sau:

Kết quả trên không áp dụng cho số trung bình khách hàng trong hệ thống tại một khoảngthời gian ngắn t (arbitrary time t)

Số lượng trung bình của khách hàng trong hàng đợi

Chú ý rằng số lượng khách hàng trong hàng đợi thì bằng với số lượng khách hàng trong hệthống trừ đi 1 Sử dụng cùng các giả thiết ta có:

Chú ý rằng tổng bắt đầu từ i=1, do sự kiện khách hàng đợi chỉ đúng khi có nhiều hơn 0khách hàng trong hệ thống Chú ý rằng (i-1)!, do đang tìm số lượng khách hàng trung bìnhtrong hàng đợi

Thời gian trung bình trong hệ thống

Thời gian này có thể được phân chia thành hai thành phần : Thời gian đợi và thời gian phục vụ.Tính toán các tham số hiệu năng này đòi hỏi những giả thiết thêm dựa trên đặc tính của hệthống hàng đợi :

Quy tắc phục vụ khách hàng : Giả sử quy tắc “ first-come, first served” là khách hàng đượcphục vụ theo thứ tự như khi đến hệ thống Phân bố trạng thái ổn định pk, k=0,1,…, cũng giốngnhư phân bố xác suất của số lượng khách hàng trong hệ thống Thời gian phục vụ dư trungbình của khách hàng sẽ dùng để phục vụ khi tiến trình đến xảy ra với tốc độ 1/µ, cũng giốngnhư vậy Vì vậy được gọi là đặc tính không nhớ Sử dụng các giả thiết cho thời gian trung bìnhtrong hệ thống của khách hàng :

Thời gian trung bình trong hàng đợi (thời gian đợi để được phục vụ)

Với các giả thiết trên ta có:

Chú ý rằng thời gian trung bình trong hàng đợi bằng với thời gian trung bình hệ thống trừ

đi thời gian phục vụ:

Các cách tiếp cận đã trình bày được sử dụng để phân tích bất kỳ một thống hàng đợi đềuphải có các giả thiết sau: Tiến trình đến là tiến trình poisson, có nghĩa là khoảng thời gian đếnđượcphân bố theo hàm mũ Tiến trình đến với tốc độ đến thay đổi Hệ thống có một hoặc nhiều

server Thời gian phục vụ có dạng phân bố hàm mũ Tiến trình đến là độc lập với các tiến trìnhphục vụ và ngược lại Có vô hạn các vị trí đợi hữu hạn trong hệ thống

Tất cả các giả thiết tạo thành lớp đơn giản nhất của hệ thống hàng đợi

2.3 Ký hiệu Kendall

Được sử dụng để mô tả hệ thống hàng đợi kí hiệu A/B/C/S/R/D

A: Tiên trình ngẫu nhiên của yêu cầu đến hệ thống đặc trưng bởi phân bố ngẫu nhiên tốc độtrung bình λ M: Markop, D: Deterministic; G: General

B: Tiến trình ngẫu nhiên của thời gian xử lí yêu cầu tại server đặc trưng bởi phân bố ngẫunhiên và tốc độ TB µ M: Markop, D: Deterministic; G: General

C: Số server (c >=0)

S: Dung lựong hệ thống hàng đợi (S>=0)

R: Số nguồn phát sự kiện với tiến trình Poisson, R không quan trọng

D: Cách thức phục vụ của server FIFO, LIFO, Round robin, WRR, Priority

2.4 Một số mô hình hàng đợi cơ bản

Kiểu xếp hàng First-in, first-out (FIFO- vào trước ra trước) là kiểu lập lịch cơ bản nhất.Trong hàng đợi FIFO, tất cả các gói tin được đối xử như nhau bằng cách đặt chúng vào mộtmột hàng đợi, sau đó phục vụ chúng theo thứ tự giống như khi chúng được đặt vào hàng đợi.FIFO cũng được gọi là xếp hàng First-come, first-served (FCFS) tức đến trước phục vụ trước.Xem hình vẽ bên dưới

Hình 2: Xếp hàng First-in, First-out FIFO)

Hàng đợi FIFO có những lợi ích sau:

tin đên không tuần tự và trễ tối đa được xác định bởi độ sâu tối đa của hàng đợi

Hàng đợi FIFO cung cấp cách giải quyết đơn giản đối với tài nguyên mạng màkhông tăng trễ hàng đợi được trải qua ở mỗi chặng

FIFO cũng đưa ra các hạn chế như sau:

- Hàng đợi FIFO đơn không cho phép các tổ chức các gói tin trong bộ đệm và sau đóphục vụ ưu tiên một lớp lưu lượng khác với các lớp khác

- Một hàng đợi FIFO ảnh hưởng đến tất cả các luồng như nhau bởi vì trễ hàng đợitrung bình của tất cả các luồng tăng khi nghẽn tăng Vì vậy FIFO có thể làm tăng trễ(delay), jiter, tổn thất cho những ứng dụng thời gian thực đi qua hàng đợi FIFO

- Trong chu kì nghẽn, hàng đợi FIFO giúp ích cho luồng UDP hơn là TCP Khi trảiqua việc mất gói vì tắc nghẽn, các ứng dụng dựa trên TCP giảm tốc độ truyền dẫn nhưngcác ứng dụng dựa trên UDP không nhớ tới việc mất gói và tiếp tục phát các gói ở tốc độbình thường Bởi vì các ứng dụng dựa trên TCP làm chậm tốc độ phát của chúng để tươngthích với sự thay đổi trong mạng, hàng đợi FIFO có thể dẫn đến tăng trễ, jitter, và giảm sốlượng băng thông đầu ra được sử dụng bởi ứng dụng TCP xếp trong hàng đợi

- Một luồng bùng nổ lưu lượng có thể tiêu thụ toàn bộ không gian đệm của hàng đợiFIFO và nó gây ra việc từ chối các các luồng dịch vụ khác cho đến tận khi sự bùng nổ nàychấm dứt Điều này gây ra tăng trễ, jitter, mât gói của các luồng TCP, UDP khác đi vàohàng đợi

Ứng dụng và thực hiện FIFO

Nhìn chung hàng đợi FIFO được sử dụng khi các nguyên tắc lập lịch khác không được cấuhình Trong một số trường hợp thì các nhà sản xuất thiết bị có thể thực hiện hai hàng đợi nếukhông cấu hình bất kì hàng đợi khác Một hàng đợi có độ ưu tiên cao để lập lịch cho lưulượng điều khiển mạng và một hàng đợi FIFO cho các lưu lượng khác.

3.2.2 Xếp hàng ưu tiên (Priority Queuing -PQ)

Xếp hàng ưu tiên là khởi điểm cho một lớp các giải thuật lập lịch trong hàng đợi mà nóđược thiết kế để cung cấp một phưong pháp đơn giản hỗ trợ các lớp dich vụ khác nhau Thuậttoán được thiết kế để đưa ra tính ưu tiên nghiêm ngặt đối với những dòng lưu lượng quantrọng Trong hàng đợi PQ cổ điển, các gói trước tiên được phân lớp bởi hệ thống và đặt vào cáchàng đợi ưu tiên khác nhau PQ có thể thực hiện ưu tiên căn cứ vào giao thức, giao diệntruyền, kích thước gói, địa chỉ nguồn hoặc điạ chỉ đích Trong thuật toán, các gói được đặtvào 1 trong các hàng đợi có mức ưu tiên khác nhau dựa trên các mức độ ưu tiên được gán (Ví

dụ như bốn mức ưu tiên là High, Medium, Normal, và Low) và các gói trong hàng đợi có mức

ưu tiên cao sẽ được xử lý để truyền đi trước Với mỗi một hàng đợi ưu tiên, thì các gói đượclập lịch theo thứ tự FIFO

PQ được cấu hình dựa vào các số liệu thống kê về tình hình hoạt động của mạng và không

tự động thích nghi khi điều kiện của mạng thay đổi

tiên khác nhau và phục vụ những lớp lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn Ví dụ bạn có thể thiếtlập mức ưu tiên cao hơn cho lưu lượng các ứng dụng thời gian thực như thoại và video.

PQ có những hạn chế như sau:

- Nếu lưu lượng có độ ưu tiên cao không được xử lí hay điều chỉnh ở biên của mạng thìcác lưu lựong có độ ưu tiên thấp hơn có thể bị trễ quá mức trong khi chờ lưu lượng cao hơnđược phục vụ

- Nếu lưu lượng ưu tiên cao hơn là quá nhiều thì các lưu lượng ưu tiên thấp hơn có thể bịmất và không bao giờ được phục vụ vì không gian bộ đệm cấp phát tới các hàng đợi ưu tiênthấp bị tràn Nếu điều này xảy ra nó có thể gây ra rớt gói, latency tăng và truyền lại và cuốicùng dẫn đến hoàn toàn thiếu tài nguyên mạng cho các lưu lựong thấp hơn PQ nghiêm ngặt cóthể thể tạo nên môi trường mạng mà toàn bộ mạng chỉ để xử lí dịch vụ có độ ưu tiên cao nhất

- Nếu một luồng ưu tiên cao được xử lí không đúng có thể tăng lên đáng kể trễ và jittercho các luồng ưu tiên cao khác trong cùng hàng đợi

- PQ không thể là một giải pháp khắc phục hạn chế của FIFO tại những nơi mà luồngUDP được thiên vị hơn luồng TCP trong thời điểm nghẽn Nếu cố gắng dùng PQ để đặt luồngTCP vào hàng đợi ưu tiên cao hơn luồng UDP, việc quản lí cửa số TCP và cơ chế điều khiểnluồng của TCP sẽ dùng hết băng thông mạng và dẫn đến không còn tài nguyên mạng dành chocác luồng UDP ưu tiên thấp hơn

Thực thiện và ứng dụng PQ

Một cách điển hình, PQ có thể được họat động trong một trong hai chế độ

- Hàng đợi ưu tiên chặt chẽ

- Hàng đợi ưu tiên điều khiển tốc độ

Hàng đợi ưu tiên nghiêm ngặt (strict PQ) đảm bảo rằng các gói tin trong hàng đợi ưu tiêncao luôn được lập lịch trước các gói tin trong hàng đợi ưu tiên thấp hơn Tất nhiên thách thứccủa viêc này là lưu lượng ưu tiên cao vượt quá có thể gây thiếu băng thông cho lưu lựong thấphơn Dù vậy trong nhiều trừong hợp thì ngừoi ta thực sự cần như thế Ví dụ luật pháp nhà nướcyêu cầu rằng, để mang lưu lượng VoIP, một nhà cung cấp dịch vụ phải chấp nhận không làmrớt lưu lượng VoIP để đảm bảo thống nhất chất lượng dịch vụ mà không quan tâm đên việcnghẽn mạng khác

PQ điều khiển tốc độ cho phép các gói trong hàng đợi ưu tiên cao được lập lịch trước khicác gói trong hàng đợi ưu tiên thấp hơn chỉ nếu lưu lượng trong hàng đợi ưu tiên cao phải ởdưới một ngưỡng nào đó được thiết lập Ví dụ giả thiết rằng hàng đợi ưu tiên cao được giới hạntrong 20% băng thông Miễn là hàng đợi ưu tiên cao dưới 20% băng thông, các gói từ hàng đợinày được lập lịch trước các gói trên hàng đợi ưu tiên thấp hơn Dù vậy, nếu hàng đợi ưu tiêncao tiêu thụ nhiều hơn 20%, các gói từ hàng đợi thấp hơn có thể được lập lịch trước Khi điềunày xảy ra thì không có tiêu chuẩn nên thực tế mỗi nhà sản xuất thiết bị tự xác định các thứclập lịch của mình như thế nào để các gói ưu tiên thấp hơn được lập lịch trước

Có hai ứng dụng chính cho PQ ở biên của và trong mạng lõi:

- PQ có thể tăng cường sự ổn định mạng trong các chu kì nghẽn bằng cách cho phép bạn

gán các giao thức định tuyến và các lưu lựong điều khiển mạng đến hàng đợi ưu tiên cao

- PQ hỗ trợ các lớp dịch vụ trễ thấp ít tổn hao, jitter thấp, thoughtput cao là các ứng dụngthời gian thực như thoại và video hoặc hỗ trợ các ứng dụng mô phỏng mạch TDM hay lưulựong SNA

Dù vậy để hỗ trợ các dịch vụ loại này cần phải chuẩn hóa hiệu quả lưu lượng ở biên mạng

để ngăn chặn hàng đợi ưu tiên cao vượt quá khả năng được xử lí Nếu bỏ qua phần này trongquá trình thiết kế, sẽ không thể hỗ trợ được những dịch vụ như thế này Đối với một số dịch vụđơn giản có thể định nghĩa được tốt như VoIP dịch vụ mà biết được kích cỡ gói, dung lượnglưu lượng, cư xử của lưu lượng thì có thể dễ dàng thực hiện provisioning tài nguyên hơn là cácdịch vụ như video có quá nhiều tham số Nó sẽ xuất hiện những tham số không biết và cực kìkhó khăn để đánh giá được ngưỡng, tối đa chiều dài hàng đợi và băng thông giới hạn cho hàngđợi ưu tiên cao

3.2.3 Lập lịch công bằng (FQ)

Lập lịch FQ được đề xuất bởi John Nagle năm 1987 FQ là nền tảng của lớp mà hàng đợiđược lập lịch mà nó được thiết kế nhằm đảm bảo cho các lưu lượng truy nhập công bằng vàotài nguyên mạng và ngăn chặn một lưu lượng nào đó chiếm giữ băng thông Trong FQ các gói

dữ liệu được phân loại bởi hệ thống và chờ trong hàng đợi dành riêng cho lưu lượng đó Hàngđợi sau đó sẽ phục vụ một gói dữ liệu trong khoảng thời gian Nếu hàng đợi nào mà trống thì

hệ thống bỏ qua, lập lịch FQ cũng được xem như là kiểu xếp hàng (xem hình dưới đây)

Hình 4 Hàng đợi ngang hàng

Ưu điểm và hạn chế của FQ

Những ưu điểm chính của FQ đó là ngăn chặn sự chiếm dụng băng thông của các lưu lượng

dữ liệu và làm ảnh hưởng tới luồng dữ liệu khác do được nằm trong các hàng đợi riêng của nó

Nếu lưu lượng nào cố chiếm dụng băng thông quá thời gian cho phép thì nó sẽ bị chặn lại Vìvậy không làm ảnh hưởng đến các lưu lượng khác chia sẻ băng thông đầu ra.

- FQ cung cấp số lượng băng thông bằng nhau cho tất cả các luồng chỉ nếu tất cả các góitrong tất cả hàng đợi có cùng kích cỡ Các luồng chứa phần lớn các gói tin lớn sẽ nhận mộtphần băng thông chia sẻ lớn hơn

- FQ nhạy cảm với thứ tự gói đến Nếu một gói đến một hàng đợi rỗng ngay sau khi hàngđợi này được quét qua bởi bộ lập lịch round-robin thì gói này phải chờ trong hàng đợi cho đếntận khi phải chờ trong hàng đợi đến khi tất cả các hàng đợi khác được phục vụ trước khi nó cóthể truyền

- FQ không cung cấp cơ chế mà các lưu lượng có thể được phục vụ thời gian thực nhưVoIP

- Giả định với FQ bạn có thể dễ dàng phân loại lưu lượng truy nhập và đường truyền.Trong mạng IP điều này không dễ dàng Bạn có thể phân loại luồng trên địa chỉ của gói nhưngmỗi trạm khác nhau đưa ra cùng nguồn tài nguyên của mạng như các máy chủ hoặc máy tínhlớn nếu bạn vẫn cố gắng phân loại lưồng dữ liệu dựa vào kết nối TCP, sau đó bạn truy cập vàocác gói tin và bạn sẽ vẫn phải đối phó với mã hóa, phân mảnh và luồng UDP Cuối cùng bạn cóthể xem xét phân loại dựa vào địa chỉ nguồn đích, điều này nâng cao khả năng cho các máychủ có nhiều băng thông hơn nhưng vẫn cung cấp cơ chế chia sẻ ngang hàng tài nguyên chonhiều trạm

- Tùy thuộc vào cơ chế cụ thể mà bạn sử dụng phân loại gói dữ liệu có các luồng dữ liệu,lập lịch FQ thường không thể trên bộ định tuyến lõi bởi vì định tuyến lõi được yêu cầu hỗ trợhàng ngàn hoặc hàng chục ngàn các hàng đợi riêng biệt trên mỗi cổng

- Tùy thuộc vào các cơ chế cụ thể , bạn sử dụng để phân loại các gói dữ liệu vào luồng,

FQ thường không có thể được cấu hình trên bộ định tuyến lõi , bởi vì một bộ định tuyến lõi sẽđược yêu cầu để hỗ trợ hàng ngàn hoặc hàng chục ngàn của hàng đợi riêng biệt trên mỗi cổng điều này làm gia tăng độ phức tạp và chi phí quản lý, bất cập khi sử dụng FQ mở rộng cho cácmạng lớn

Thực hiện lập lịch FQ và ứng dụng

FQ áp dụng điển hình cho phần biên của mạng, ở đó nơi mà các thuê bao kết nối với nhà

cung cấp Các nhà cung cấp thực hiện FQ phân loại các gói trong 256, 512 hoặc 1024 hàng đợi

sử dụng hàm tính toán trên địa chỉ nguồn/đích, số cổng nguồn/đích UDP/TCP, và byte IP ToS

FQ yêu cầu cấu hình tối thiểu và tự tối ưu hóa của n hàng đợi được phân bổ 1/n của băng thôngđầu ra Số hàng đợi thay đổi nên số băng thông cung cấp cho các hàng đợi cũng thay đổi Ví

dụ nếu số hàng đợi tăng từ n lên (n+1) , sau đó số lượng băng thông phân bổ cho các hàng đợi

là đầu ra 1/n nay còn 1/(n+1) của băng thông đầu ra

FQ cung cấp sự cách ly tuyệt đối giữa các luồng dữ liệu các thuê bao bị giới hạn Cácluồng dữ liệu được đưa và các hàng đợi riêng, nên giảm ảnh hưởng với nhau Trong phân lớpcủa FQ, đầu ra cổng được chia làm các lớp phục vụ khác nhau Mỗi lớp phục vụ được phânchia theo tỉ lệ số người sử dụng của băng thông đầu ra Sau đó trong khối băng thông đượcphân chia lại phân cho các lớp dịch vụ, FQ áp dụng được áp dụng và kết quả là tất cả các luồng

dữ liệu cùng lớp dịch vụ thì được cung cấp chung khi chia sẻ băng thông cho các lớp phục vụnhư hình dưới đây

Hình 5 Hàng đợi phân chia theo lớp.

Hình này cho thấy 2 lớp phục vụ được cấu hình là VoIP và được phân 20% băng thôngkênh cổng đầu ra Và các IP khác được phân 80% Trong lớp dịch vụ, trong mô hình phân lớp

FQ, luồng VoIP được chia một lượng là 20 % băng thông, các luồng IP khác là 80% qua đóluồng VoIP không làm ảnh hưởng đến các luồng IP khác và ngược lại

3.2.4 Hàng đợi công bằng có trọng số (WFQ)

WFQ phát triển năm 1989 bởi Lixia Zhang , Alan Demers, Srinvasan và Scott Shenke.WFQ cơ bản là hàng đợi lập lịch theo lớp được thiết kế để giải quyết các hạn chế về giới hạnđịa chỉ của mô hình FQ

- WFQ hỗ trợ dòng dữ liệu với những yêu cầu băng thông khác nhau bởi hàng đợi phânchia theo trọng số, nó được gán tỉ lệ băng thông khác nhau của cổng đầu ra

- WFQ cũng hỗ trợ gói dữ liệu có độ dài thay đổi nên với các gói dữ liệu lớn được phân

bổ băng thông lớn hơn các gói nhỏ hơn, nó cũng hỗ trợ phân chia công bằng băng thông khi màgói tin có độ dài đáng kể và tính toán lập lịch hàng đợi phức tạp Điều này chính là lý do mà

cách lập lịch hàng đợi này dễ dàng thực hiện với gói có độ dài cố định, mạng cell ATM hơn độdài thay đổi, gói tin trong mạng IP.

Năm 1992 A.K.J.Parekh chứng minh WFQ cung cấp mạnh mẽ khả năng ràng buộc, thờigian trễ, hiêụ suất được đảm bảo

trong đó m là số lớp lưu lượng trong hàng đợi WFQ và Wi là phần trăm trọng số của lớp i.Trong phương pháp hàng đợi FQ, mỗi hàng đợi gửi đi trọn vẹn một gói tin khi bộ lập lịchghé thăm Trong phương pháp hàng đợi WFQ, bộ lập lịch gửi đi các gói từ các hàng đợi dựatrên cơ sở thứ tự đã được tính toán thời gian hoàn tất gói

Hàng đợi WFQ cố gắng làm gần đúng một mô hình lý thuyết biết đến như bộ lập lịch vòngquay robin trọng số theo bit (weighted bit-by-bit)

Hình dưới trình bày lập lich vòng quay robin trọng số theo bít nó gồm 3 hàng đợi: hàng đợi

1 có tỉ lệ là 50% băng thông đầu ra, hàng đợi 2 và 3 mỗi hàng đợi là 25% băng thông Bộ lậplịch truyền 2 bít từ hàng đợi 1, 1 bít từ hàng đợi 2 và 1 bít từ hàng đợi 3 sau đó lại quay lạihàng đợi 1 Kết quả là trong số lập lich được thiết lập bít cuối cùng của gói dữ liệu 600 byteđược truyền đi trước, sau đó đến bít cuối của gói 350 byte và bít cuối của gói 450 byte đượctruyền đi cuối cùng Điều này làm cho gói 600 byte được truyền song trước sau đó đến gói 350byte và cuối cùng là gói 450 byte

Hình 6 : Lập lịch theo Vòng quay robin theo từng bít với các bít được ghép lại

WFQ cũng lập lịch theo thời gian tính toán thời gian truyền xong 1 gói tin Với tốc độ đầu

ra, số hàng đợi, trọng lượng tương đối được gán cho mỗi hàng đợi, chiều dài các gói tin tronghàng đợi, nó sẽ lập lịch theo sự tính toán thời gian hoàn thành mỗi gói tin Khi đó bộ lập lịch sẽlựa chọn chuyển gói tin có thời gian hoàn tất nhỏ nhất trong tất cả các gói tin trong hàng đợi,Phải hiểu rằng thời gian kết thúc không phải là thời gian kết thúc truyền dẫn Thay vào đó thờigian kết thúc được gán cho mỗi gói tin đại diện cho thứ tự nó được truyền ra đầu ra như hìnhdưới đây

Hình 7 Hàng đợi ngang bằng theo trọng số phục vụ tùy theo thời gian hoàn tất gói tin

Ưu điểm và hạn chế của WFQ

Hàng đợi ngang hàng theo trọng số có những ưu điểm chính sau:

- WFQ cung cấp có chế bảo vệ cho các lớp dịch vụ bởi đảm bảo mức tối thiểu của cổngđầu ra của băng thông cho các lớp dịch vụ.

- WFQ đảm bảo sự công bằng chia sẻ băng thông đầu ra theo trọng lượng của các lớpdịch vụ với thời gian trễ ít

Tuy nhiên WFQ cũng có một số giới hạn:

- WFQ được nhà cung cấp thực hiện bằng phần mềm, không phải phần cứng nên giớihạn ứng dụng trong mạng tốc độ thấp

- Trong cùng lớp dịch vụ các luồng dữ liệu có thể ảnh hưởng tới nhau

- WFQ thực hiện thuật toán phức tạp đòi hỏi duy trì sự tính toán và lặp lại các vồng quétcho mỗi gói tới hàng đợi nên có độ sai lệch

- Tính toán phức tạp của WFQ ảnh hưởng đến khi mở rộng hỗ trợ cho số lượng các lớpdịch vụ lớn với tốc độ cao

- Cuối cùng mặc dù độ trễ của WFQ có nhỏ hơn các phương pháp lập lịch khác nhưngvẫn còn rất lớn

3.2.5 Weighted Round Robin (WRR) hay Class-based Queuing (CBQ)

WRR là nền tảng của lớp lập lịch hàng đợi đựoc thiết kế để khắc phục hạn chế của FQ và

PQ WRR khắc phục hạn chế của mô hình FQ bằng cách hỗ trợ luồng khác nhau về yêu cầubăng thông Với WRR, mỗi hàng đợi có thể được gán một phần trăm khác nhau của tổng băngthông WRR khắc phục hạn chế của strict PQ bằng cách đảm bảo hàng đợi ưu tiên thấp hơn bị

từ chối truy cập vào không gian bộ đệm và băng thông Với WRR, tối thiểu một gói được loại

bỏ từ mỗi hàng đợi trong lúc mỗi dịch vụ quay

Giải thuật WRR

Trong WRR, các gói đầu tiên được phân chia vào các lớp dịch vụ káhc nhau (ví dụ thờigian thực và truyền file) sau đó được gán tới một hàng đợi chuyên dụng cho lớp dịch vụ Mỗimột trong số các hàng đợi được phục vụ theo thứ tự round-robin Tương tự với PQ và FQ, hàngđợi rỗng được bỏ qua Hàng đợi WRR cũng được gọi là class-based queuing (CBQ).WRR hỗtrợ cấp phát các băng thông khác nhau đến các lớp dịch vụ khác nhau bởi cho phép hàng đợibăng thông cao hơn được gửi nhiều hơn 1 gói mỗi lần hoặc cho phép mỗi hàng đợi gửi chỉ mộtgói mỗi lần nhưng hàng đợi băng thông cao hơn sẽ được ghé đến nhiều lần trong 1 vòng Trong hình dưới hàng đợi lưu lựong thời gian thực được cấp phát 25% băng thông trongkhi hàng đợi lưu lượng tương tác được cấp phát 25% và hàng đợi truyền file được cấp phát50% WRR hỗ trợ việc cấp phát băng thông trọng số này bằng cách ghé đến hàng đợi truyềnfile 2 lần

Hình 8: WRR

Để điều chỉnh tài nguyên mạng cấp phát tới mỗi lớp dịch vụ, một số tham số có thể đượcđiều chỉnh để điều khiển mỗi hàng đợi:

Số lượng trễ của mỗi gói trong một hàng đợi đã cho được xác định bởi kết hợp tốc độ của

mà gói được đặt vào hàng đợi, chiều sâu của hàng đợi, độ lớn của lưu lượng sẽ được bỏ đi khỏihàng đợi mỗi vòng quay dịch vụ và số lượng lớp dịch vụ được thiết lập

Jitter của mỗi gói trong hàng đợi đã cho được xác định bởi sự biên thiên của trễ trong hàngđợi, biến thế của trễ trong tất cả các hàng đợi khác và biến thiên của khoảng thời gian giữa cácvòng dịch vụ

Độ mất gói được xác định băng cách kết hợp của tốc độ mà gói được đặt vào trong hàngđợi, độ sâu hàng đợi, sự cạnh trạnh của profile RED, và số lượng lưu lượng được bỏ tại mỗihàng sau mỗi vòng dịch vụ

Lợi ích và hạn chế của hàng đợi WRR

Hàng đợi WRR có thể được thực hiện bằng phần cứng nên có thể áp dụng với các diện ởtrong mạng lõi và biên WRR cung cấp điều khiển lỏng thông qua phần trăm của băng thôngđược cấp phát tới mỗi lớp dịch vụ WRR đảm bảo tất cả lớp dịch vụ truy cập tới tối thiểu băngthông đã được cấu hình để tránh thiếu băng thông WRR cung cấp một cơ chế hiệu quả để hỗtrợ cấp phát các lớp dịch vụ khác nhau tới các số hợp lí các luồng lưu lượng tổng hợp cao Việcphân lớp lưu lượng bởi lớp dịch vụ cung cấp việc quản lí công bằng hơn, bền vững hơn cho cácứng dụng mạng hơn việc sử dụng ưu tiên Ví dụ Nếu bạn gán lưu lượng thơi gian thực ưu tiênhơn nhiều truyền file, sau đó lưu lựong bùng nổ thời gian thực sẽ bỏ qua băng thông của lưulượng truyền file

Giới hạn chính của WRR là nó cung cấp chính xác phần bằng thông tới mỗi dịch vụ chỉ nếutất các gói trong hàng đợi có cùng kích cỡ hoặc khi kích cỡ gói trung bình được biết trước Ví

dụ giả thiết rằng bạn dùng WRR để phục vụ 4 hàng đợi, mà nó được gán % như sau: hàng 140%, hàng hai 30%, hàng 3 20% và hàng 4 là 10% Giả thiết tất cả các gói là 100byte