NGHIÊN cứu đề XUẤT một số cơ CHẾ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG đảm bảo CHẤT LƯỢNG DỊCH vụ TRONG MẠNG THÔNG TIN CHUYỂN MẠCH gói

L IăCAMă OAN Tôi xin cam đoan lu n án “Nghiênăc uăđ ăxu tăm tăs ăc ăch ăt ngăc ngă kh ăn ngăđ măb oăch tăl ngăd chăv ătrongăm ngăthôngătinăchuy năm chăgói” là công trình nghiên c u c a

PH MăV NăTH NG

M NGăTHỌNGăTINăCHUY NăM CHăGịI

LU NăỄNăTI NăS ăK ăTHU T

v24: 11/10 S a theo ý ki n TS HoƠng

19/10: S a theo ý ki n anh H i

22/10: S a theo ý ki n th y Q Bình

v25: 9/12 S a theo ý ki n anh Trinh

10/12: S a theo ý t ng c a anh H i vƠ ch Nga trong slide

v28, 16/5/2013: S a theo ý ki n l n 1 c a PB L 2: B sung thêm ph l c v mô ph ng.

v30: 3/8/2013: s a theo ý ki n l n 2 c a PB L 2: B sung đánh giá đ ng đ MQCM & TCP Fast Recovery

HƠăN iăậ 2013

PH MăV NăTH NG

M NGăTHỌNGăTINăCHUY NăM CHăGịI

LU NăỄNăTI NăS ăK ăTHU T

Mư s : Chuyên ngành:

62.52.70.10

K ăthu tămáyătính

Ng i h ng d n khoa h c: PGS.ăTSKH.ăHoƠngă ngăH i

HƠăN iăậ 2013

L IăC Mă N

Tôi xin bƠy t lòng bi t n sơu s c t i th y giáo h ng d n - PGS TSKH HoƠng ng H i, ng i đư đ nh h ng nghiên c u, h ng d n khoa h c, ch d n cho tôi ph ng pháp lu n th c hi n lu n án Th y đư mang nh ng ki n th c, kinh nghi m, lòng nhi t huy t, th i gian quý báu c a mình t v n cho tôi trong su t quá trình nghiên c u Th y lƠ ng i ki m tra, đánh giá, giúp tôi hoƠn thi n các k t qu

cu i cùng c a lu n án

Tôi xin chơn thƠnh c m n Lưnh đ o H c vi n Công ngh B u chính Vi n thông, Khoa Qu c t vƠ Ơo t o Sau đ i h c đư h tr , giúp đ vƠ t o m i đi u ki n thu n l i cho tôi trong quá trình nghiên c u

Tôi xin chơn thƠnh c m n Lưnh đ o T p đoƠn B u chính Vi n thông Vi t Nam, Lưnh đ o Ban Vi n thông đư t o đi u ki n cho tôi đ c tham gia khóa đƠo t o

vƠ t o đi u ki n trong công vi c đ tôi có th hoƠn thƠnh lu n án

Tôi xin chơn thƠnh c m n các đ ng nghi p, b n bè đư khích l , đ ng viên, giúp tôi hoƠn thi n lu n án

Tôi xin bƠy t lòng bi t n sơu s c nh t t i nh ng ng i thơn trong gia đình đư khích l , đ ng viên vƠ h t lòng t o đi u ki n đ tôi có th hoƠn thƠnh lu n án

Hà N i, ngày 16 tháng 8 n m 2013

Tácăgi

Ph măV năTh ng

L IăCAMă OAN

Tôi xin cam đoan lu n án “Nghiênăc uăđ ăxu tăm tăs ăc ăch ăt ngăc ngă

kh ăn ngăđ măb oăch tăl ngăd chăv ătrongăm ngăthôngătinăchuy năm chăgói”

là công trình nghiên c u c a tôi, tr nh ng ki n th c tham kh o t các tƠi li u đư

M CăL C

L I C M N i

L I CAM OAN ii

M C L C iii

DANH M C CH VI T T T vi

DANH M C Kụ HI U xii

DANH M C HỊNH V .xvi

DANH M C B NG BI U xviii

M U 1

CH NG 1 7

V N M B O CH T L NG D CH V TRONG M NG IP 7

1.1 M ng IP vƠ ch t l ng d ch v 7

1.1.1 M ng IP 7

1.1.2 Ch t l ng d ch v trên m ng IP 9

1.1.3 V n đ đ m b o QoS cho các ng d ng 10

1.1.4 Các mô hình đ m b o QoS trong m ng IP 12

1.1.5 Các c ch giám sát, đi u khi n QoS trong m ng IP 13

1.2 C ch đ nh trình đi u khi n QoS 14

1.2.1 Các yêu c u chính đ i v i b đ nh trình 15

1.2.2 Phơn lo i các b đ nh trình 16

1.2.3 Các c ch đ nh trình theo nhưn th i gian 17

1.3 C ch giám sát QoS 28

1.3.1 Yêu c u vƠ phơn lo i giám sát 28

1.3.2 Tham s giám sát 29

1.3.3 Giám sát th i gian tr 30

1.3.4 Giám sát t l m t gói 31

1.3.5 Giám sát b ng thông 31

1.3.6 Giám sát l u l ng 33

1.4 K t lu n ch ng 1 33

CH NG 2 35

C CH GIÁM SÁT CH T L NG D CH V 35

2.1 Nhu c u giám sát QoS 35

2.2 Các nghiên c u liên quan 37

2.2.1 C ch t ng quát 37

2.2.2 Giám sát trong m t vùng m ng 38

2.2.3 Giám sát gi a các vùng m ng 38

2.2.4 Giám sát nhi u vùng m ng 39

2.2.5 Nh n xét 39

2.3 Mô hình giám sát QoSM 39

2.4 Ph ng pháp giám sát, h n ch t c đ 43

2.4.1 Ph ng pháp giám sát, h n ch t c đ trên m t nút m ng 43

2.4.2 Ph ng pháp giám sát ph i h p hai nút m ng QoSMon 49

2.4.3 S d ng k t qu giám sát 57

2.5 K t qu mô ph ng 57

2.5.1 Các b c th c hi n mô ph ng trong NS-2 57

2.5.2 Mô ph ng đ nh trình trong NS-2 58

2.5.3 Mô ph ng QoSM 59

2.5.4 K ch b n mô ph ng 59

2.5.5 K t qu mô ph ng 60

2.6 K t lu n ch ng 2 65

CH NG 3 67

C CH M B O CH T L NG D CH V D A TRểN CÁC THAM S C GIÁM SÁT 67

3.1 Yêu c u đ m b o QoS d a trên các tham s đ c giám sát 67

3.2 Mô hình c ch MQCM 68

3.2.1 Phát bi u bƠi toán 68

3.2.2 Kh i Agent 70

3.2.3 Kh i giám sát MonQoS 70

3.2.4 Kh i giám sát vƠ h n ch t c đ t i đa (RL) 72

3.2.5 B đi u khi n MPWPS 72

3.2.6 HƠm th i gian o 73

3.2.7 Gán nhưn th i gian cho gói tin 73

3.2.8 Hi u ch nh tr ng s bù thông l ng 75

3.2.9 L a ch n giá tr hi u ch nh tr ng s bù thông l ng 80

3.3 K t qu mô ph ng 85

3.3.1 Ph ng pháp mô ph ng 85

3.3.2 K ch b n 1: ngu n l u l ng không đ i 86

3.3.3 K t qu mô ph ng trong tr ng h p ngu n l u l ng không đ i 88

3.3.4 K ch b n 2: Mô ph ng v i các ngu n l u l ng bi n đ i 96

3.3.5 K t qu mô ph ng trong tr ng h p ngu n l u l ng bi n đ i 97

3.3.6 K ch b n 3: Mô ph ng v i ngu n l u l ng khác 99

3.3.7 K t qu mô ph ng v i ngu n l u l ng khác 100

3.4 K t lu n ch ng 3 102

CH NG 4 104

NG D NG C CH GIÁM SÁT, M B O CH T L NG D CH V D A TRểN CÁC THAM S C GIÁM SÁT VÀO MÔ HỊNH QoS DOWNLOAD GATEWAY 104

4.1 Các nghiên c u liên quan 104

4.1.1 Mô hình best-effort c b n 105

4.1.2 Mô hình Diffserv c b n 105

4.1.3 Mô hình WSPT 106

4.1.4 Nh n xét 107

4.2 Mô hình QoS Download Gateway 108

4.2.1 X lý các yêu c u t i file 108

4.2.2 X lý các phiên t i file 110

4.3 V n đ mô ph ng mô hình QoS Download Gateway 111

4.4 K t lu n ch ng 4 112

K T LU N 113

Nh ng k t qu chính c a lu n án 113

H ng phát tri n ti p c a lu n án 115

CÁC CÔNG TRỊNH Ã C CÔNG B 116

TÀI LI U THAM KH O 117

DANHăM CăCH VI TăT T

AQoS Active Quality of Service Ch đ ng đo ch t l ng d ch v

ATM Asynchronous Transfer

Mode

Ph ng th c truy n d b

BGP Border Gateway Protocol Giao th c c ng k t n i

BM Buffer Management block Kh i qu n lý b đ m

CE Customer Edge Thi t b biên c a ng i dùng

CoS Class of Service L p d ch v

CPE Customer Premise

Code Point

i m mư phơn bi t d ch v

DSL Digital Subscriber Line ng dơy thuê bao s

EWMA Exponential Weighted

Moving Average

Trung bình d ch chuy n tr ng s theo hƠm m

EM1 Uniform Error Model Mô hình l i đ n

EM2 Markov Error Model Mô hình l i Markov

EO Element Owner Ch th hƠnh ph n

FIFO First In First Out HƠng đ i vƠo tr c ra tr c

FQ Fair Queueing HƠng đ i công b ng

FTTH Fiber to the home Cáp quang t i nhƠ thuê bao

GPS General Processor System H th ng x lý t ng quát

GSM Global System Mobile M ng di đ ng toƠn c u

IEEE Institute of Electrical and

Electronics Engineers

Vi n nghiên c u đi n vƠ đi n t M

IETF Internet Engineering Task

Force

T ch c đ a ra các khuy n ngh , đ nh

h ng phát tri n m ng Internet IMS IP Multimedia Subsystem Phân h đa ph ng ti n IP

IntServ Integrated Service D ch v đ c tích h p

INTERMON Inter-network Monitoring Giám sát liên m ng

IP Internet Protocol Giao th c Internet

IPTV Internet Protocol

TeleVision

Truy n hình s d ng giao th c IP LAN Local Area Network M ng c c b

LSR Label Switch Router Router chuy n m ch nhưn

LTE Long-Term Evolution Công ngh truy nh p vô tuy n b ng

r ng (4G) M/M/1 Poisson arivals,

exponential service, 1

server queue

HƠng đ i v i gói tin đ n theo ti n trình Poisson, FIFO, th i gian ph c v theo hƠm m , m t b x lý

MAN Metro Area Network M ng đô th

MOS Mean Opinion Score i m đánh giá ch t l ng d ch v

(audio, voice, video) theo quan đi m

c a ng i s d ng MPLS-

EXP

Multi-Protocol Label

Switching Experience bit

Bít phơn lo i d ch v trong chuy n

m ch nhưn đa giao th c MPWPS Max-Rated Per-flow

router s d ng SNMP NAM Network Animator Ph n m m minh h a k t qu mô

nection Reference Model

Mô hình tham chi u liên k t m

OSPF Open Shortest Path First Giao th c đ nh tuy n ch n đ ng

ng n nh t PAE Periodical Average QoS

parameters Estimating

method

Ph ng pháp c l ng giá tr trung bình các tham s QoS đ nh k

PDV Packet Delay Variation Bi n thiên tr truy n gói tin

PE Provider Edge Thi t b biên c a nhƠ cung c p d ch v PID Proportional Integral

Derivative

Vi tích phơn t l

PLR Packet Lost Ratio T l m t gói tin

PSTN Public Switch Telephone

Network

M ng đi n tho i chuy n m ch công

c ng PTD Packet Transfer Delay Tr truy n gói tin

QCM QoS Compensation

Mechanism

Ph ng pháp bù ch t l ng d ch v có tên là QCM

QoE Quality Of Experience Ch t l ng tr i nghi m

QoS Quality Of Service Ch t l ng d ch v

mechanism

C ch giám sát ch t l ng d ch v có tên là QoSM

QFQ Quick Fair Queueing HƠng đ i công b ng nhanh

RFC Request For Comment Khuy n ngh do IETF đ a ra v đ nh

RTT Round Trip Time Th i gian tr toƠn trình

SLA Service Level Agreement Th a thu n c p đ d ch v

TCP Transmission Control

Protocol

Giao th c đi u khi n truy n tin

TCP-like Transmission Control

Protocol - like

Giao th c t a TCP

Multiplexing

Ghép kênh phơn chia theo th i gian

ToS Type of Service Lo i d ch v

TSFQ Tiered-Service Fair

Queueing

HƠng đ i công b ng theo l p d ch v

TTL Time To Live Th i gian t n t i c a gói tin

UDP User Datagram Protocol Giao th c truy n d li u c a ng i

dùng

UE User Equipment Thi t b c a ng i dùng

User profile T p yêu c u ch t l ng d ch v c a

VoD Video on Demand D ch v Video theo yêu c u

VoIP Voice over IP Tho i s d ng giao th c Internet VPN Virtual Private Network M ng riêng o

WAN Wide Area Network M ng di n r ng

WCDMA Wideband Code Division a truy nh p phơn chia theo mư b ng

rate control mechanism

WF2Q+ đ c b sung gi i thu t đi u khi n h n ch t c đ t i đa

WFQ Weighted Fair Queueing HƠng đ i công b ng có tr ng s

WWW World Wide Web M ng l i toƠn c u, không gian thông

tin toƠn c u mƠ m i ng i có th truy

nh p (đ c vƠ vi t) qua các máy tính

n i v i m ng Internet xDSL Digital Subscriber Line

technologies

Các công ngh đ ng dơy thuê bao s

Cn B ng thông đư c p phát cho các lu ng tin t i đ u ra c a nút m ng

Cnk B ng thông đư c p phát cho các lu ng tin t i đ u ra c a nút m ng

t i th i đi m g i gói tin k

delta_t Kho ng th i gian gi a th i đi m truy n 2 gói tin liên ti p

Deque() Hàm trong NS-2 đ c kích ho t khi đ a gói tin ra kh i hƠng đ i Enque() Hàm trong NS-2 đ c kích ho t khi gói tin đ n nút m ng

Fik Nhưn th i gian k t thúc x lý (d ki n) c a gói tin k thu c lu ng i ( )

k S th t gói tin trong m t lu ng tin

pktSize Kích th c gói tin

PktSqNo S th t c a gói tin, đ c chèn vƠo ph n mƠo đ u c a gói tin đ

giám sát QoS PLR Packet Loss Ratio - T l m t gói tin

PTD Packet Time Delay - Tr c a gói tin

qcrtSizei dƠi t c th i c a hƠng đ i c a lu ng i

qmaxSizei dƠi t i đa c a hƠng đ i c a lu ng i

ri T c đ đ c đ m b o (cam k t) cho kênh i

Ri B ng thông c p phát cho lu ng tin i (bít/s)

rateik T c đ t c th i c a lu ng tin i khi chuy n gói tin th k

rate T c đ trung bình c a lu ng i trong kho ng th i gian Tmon

speedup(t) Giá tr hi u ch nh th i gian o (V), nhưn th i gian (S, F)

SB(t) T p các lu ng tin hi n có gói tin trong b đ m th i đi m t

Sik Nhưn th i gian b t đ u x lý (d ki n) c a gói tin k thu c lu ng i

TD Th i gian vi phơn trong PID

TI Th i gian tích phơn trong PID

Ts Th i gian l y m u trong PID

Tmon Kho ng th i gian c p nh t giá tr các tham s QoS giám sát đ c Tmoni Kho ng th i gian c p nh t giá tr các tham s QoS giám sát đ c

c a lu ng i Tsnd Th i đi m g i gói tin, đ c chèn vƠo ph n mƠo đ u c a gói tin đ

giám sát QoS

)

(t

Tota lPkti

T ng s gói tin nh n đ c đ n th i đi m t c a lu ng i

Vs(t) HƠm th i gian o c a h th ng trong gi i thu t s

,

(1 2

, t t

Wis T ng s bít mƠ lu ng tin i đ c chuy n ra kh i nút m ng trong

kho ng th i gian [t1, t2] trong gi i thu t s

, H s c l ng s d ng trong PID

H s c l ng s d ng trong EWMA

H s công b ng c a các lu ng tin

H ng s th i gian Chu k giám sát

DANHăM CăHỊNHăV ă

Hình 1.1 Mô hình m ng IP cung c p đa d ch v [26] 7

Hình 1.2 Mô hình nút m ng IP ậ router [1] 8

Hình 1.3 Phơn lo i m t s ng d ng theo thông l ng vƠ đ tr [39] 9

Hình 1.4 Mô hình b đ nh trình x lý n lu ng tin 14

Hình 1.5 Mô hình dòng ch y lý t ng [47] 19

Hình 1.6 Mô hình GPS [47] 19

Hình 1.7 Mô hình hƠng đ i công b ng có tr ng s [10] 21

Hình 1.8 i u khi n QoS b ng hƠm th i gian o [26] 22

Hình 1.9 Gói tin đ n, d ch v vƠ hƠm th i gian o c a hai lu ng tin [26] 22

Hình 1.10 Gán nhãn th i gian vƠ x lý gói tin trong WFQ [40] 24

Hình 1.11 Gi i h n c a giá tr tham s QoS [26] 28

Hình 1.12 Mô hình c p gói [13] 32

Hình 2.1 C u trúc đi u khi n QoS [30] 36

Hình 2.2 Mô hình giám sát QoS t ng quát [46] 37

Hình 2.3 Mô hình QoSM 40

Hình 2.5 Giám sát QoS offline 43

Hình 2.6 Yêu c u h n ch t c đ lu ng i t i nút m ng N1 44

Hình 2.7 T c đ t c th i, t c đ trung bình c a lu ng tin 47

* Gi i thu t tri n khai ph ng pháp giám sát, h n ch t c đ : 47

Hình 2.8 Gi i thu t giám sát t i m t nút m ng đ gi i h n t c đ 48

Hình 2.9 Ph ng pháp giám sát QoS ph i h p 2 nút m ng 49

Hình 2.10 Ch n giá tr Tmon 53

Hình 2.11 Gi i thu t chèn thông tin giám sát c a QoSMon 54

Hình 2.12 Gi i thu t thu th p thông tin giám sát c a c ch QoSMon 55

Hình 2.13 Gi i thu t tính các tham s QoS c a c ch MonQoS 56

Hình 2.14 S đ mô ph ng giám sát 59

Hình 2.15 K t qu mô ph ng t c đ 61

Hình 2.16 K t qu mô ph ng thông l ng 62

Hình 2.17 K t qu so sánh s l ng bít đ c ph c v 63

Hình 2.18 K t qu so sánh t l m t gói tin 63

Hình 2.19 K t qu so sánh th i gian tr 64

Hình 2.20 K t qu so sánh bi n thiên tr 65

Hình 3.1 Yêu c u x lý n lu ng tin t i k t n i ra 69

Hình 3.2 Ki n trúc chung c a các b đ nh trình [26] 70

Hình 3.3 Ki n trúc mô hình MQCM 71

Hình 3.4 Gi i thu t TimeStamp() 74

Hình 3.5 L ng bit đ c ph c v Wi(t) vƠ hƠm th i gian V(t) 76

Hình 3.6 Gi i thu t giám sát, đi u ch nh tr ng s MPWPS::MonQoS() 79

Hình 3.7 Bi n đ i thông l ng c a các lu ng trong khi bù 80

Hình 3.8 S đ kh i c a h th ng đi u khi n bù theo tr ng thái [22] 81

Hình 3.9 Mô hình bƠi toán đi u khi n MPWPS 83

Hình 3.10 S đ mô ph ng MQCM th c hi n giám sát, bù, h n ch t c đ 86

Hình 3.11 K t qu mô ph ng t c đ 88

Hình 3.12 K t qu so sánh thông l ng 90

Hình 3.13 K t qu so sánh s l ng bít đ c ph c v 91

Hình 3.14 K t qu so sánh tr 92

Hình 3.15 K t qu so sánh bi n thiên tr 94

Hình 3.16 K t qu so sánh t l m t gói tin 95

Hình 3.17 K t qu so sánh thông l ng 98

Hình 3.18 K t qu so sánh s l ng bít đ c ph c v 99

Hình 3.19 K t qu so sánh t c đ 101

Hình 3.20 K t qu so sánh thông l ng 102

Hình 4.1 Web server QoS x lý tu n t [55] 105

Hình 4.2 Mô hình DiffServ c b n [55] 105

Hình 4.3 Mô hình QoS Download Gateway 108

Hình 4.4 X lý các yêu c u t i file 108

DANHăM CăB NGăBI U

B ng 1.1 Phơn lo i l u l ng các d ch v [19] 9

B ng 1.2 Yêu c u QoS c a các ng d ng tho i, video, d li u [17], [49] 10

B ng 1.3 Phơn nhóm QoS trong các l p c a mô hình OSI [44] 29

B ng 1.4 Ánh x tham s QoS gi a RTP vƠ UDP [44] 30

B ng 2.1 T c đ trung bình c l ng theo ph ng pháp EWMA vƠ PAE 47

B ng 2.2 Tham s c a các lu ng mô ph ng giám sát 60

B ng 3.1 Tham s c a các lu ng mô ph ng giám sát, bù thông l ng 87

B ng 3.2 Thay đ i tham s c a các lu ng mô ph ng giám sát, bù thông l ng 96

B ng 3.3 Dùng mô hình l i cho các lu ng mô ph ng giám sát, bù thông l ng 96

B ng 3.4 Mô ph ng v i ngu n l u l ng FTP-TCP 100

B ng 4.1 c tính c a m t s mô hình Download Server hi n nay 107

M ă U

M ng chuy n m ch gói s d ng giao th c Internet (m ng IP) cho phép cung

c p các d ch v đa d ng (tho i, truy n d li u, đa ph ng ti n,ầ) trên cùng m t h

t ng m ng h i t toàn IP (All-IP), s d ng các k t n i có dơy, không dơy v i các công ngh khác nhau (Ethernet, xDSL, FTTx, Wifi, 3Gầ) m b o ch t l ng

d ch v (QoS – Quality of Service) trong m ng IP liên quan đ n [7]: 1) Các c ch :

Ch p nh n k t n i, đ nh d ng l u l ng đ u vƠo (sharping), đ nh trình (scheduling),

đi u khi n lu ng tránh t c ngh n, qu n lý b đ m; 2) Các l p: L p v t lý, l p IP,

l p truy n t i, l p ng d ng; 3) Các thi t b trung gian, thi t b đ u cu i Yêu c u QoS c a các d ch v trên m ng IP g m các tham s nh thông l ng, tr , bi n thiên

tr , t l m t gói tin M ng IP ban đ u đ c thi t k đ truy n t i l u l ng các d ch

v không yêu c u cao v QoS, nh ng hi n nay đ c s d ng đ truy n t i l u l ng

c a các d ch v trong đó có d ch v yêu c u cao v QoS Do s d ng các công ngh khác nhau nên vi c đ m b o QoS toƠn trình trên m ng IP lƠ khó kh n vƠ v n đang

ti p t c đ c nghiên c u

Trong s các y u t quan tr ng nh h ng đ n QoS, vi c l a ch n các gói tin

đ n nút m ng s p x p vƠo hƠng đ i vƠ th i đi m đ a l n l t các gói tin đó ra kh i nút m ng đ chuy n ti p đi đóng m t vai trò đ c bi t quan tr ng B đ nh trình t i

m i nút m ng có ch c n ng th c hi n đi u đó vƠ c n đ c thi t k đ đ t đ c s

th a hi p gi a các đ c tính: Hi u qu , công b ng trong c p phát tƠi nguyên; m m

d o trong vi c đ m b o QoS cho các ng d ng có nhu c u khác nhau vƠ đ n gi n

d th c hi n Do tính bi n thiên khó l ng tr c c a l u l ng vƠ kh n ng bùng phát d li u c a các ng d ng trong m ng IP hi n nay, vi c đ m b o đ ng th i các

đ c tính nêu trên v n còn lƠ v n đ nan gi i, đòi h i nh ng gi i pháp m i xem xét

đ n m i quan h m t thi t c a nhi u y u t tác đ ng khác nhau

M t khác, đ đ m b o đ c QoS, c n bi t đ c QoS đang m c đ nƠo, do

đó c n giám sát, c l ng m c đ đ m b o QoS (các tham s QoS), t đó th c

hi n đi u ch nh kh n ng đáp ng QoS c a các nút m ng vƠ c a c m ng IP

1 Tìnhăhìnhănghiênăc uătrongăn c,ăngoƠiăn căvƠăđ t v năđ ănghiênăc u

Trong m i n m tr l i đơy, l nh v c nghiên c u v đ m b o QoS trong m ng

IP đư phát tri n m nh m vƠ sôi đ ng trong n c, nhi u công trình nghiên c u

t p trung vƠo l p ng d ng, truy n t i, t i u đ nh tuy n trong m ng All-IP Công trình [2] phát tri n m t ki n trúc middleware t ng thích QoS theo ng d ng (AWAQoS) trong môi tr ng đa ph ng ti n phơn tán, có kh n ng t thích nghi

v i các đi u ki n tƠi nguyên c a m ng vƠ h th ng Ki n trúc AWAQoS ch y trên

m c ng d ng, đi u khi n thích nghi QoS cho các ng d ng ch y đ ng th i trên

m t h th ng đ u cu i trong môi tr ng m ng h n h p Công trình [3] nghiên c u

c i thi n hi u n ng c a bƠi toán tìm đ ng vƠ tìm gi i pháp đ nh tuy n duy trì tính

n đ nh c a ch t l ng m ng vƠ h ng đ n vi c đ m b o QoS toàn trình

ngoƠi n c, nhi u công trình nghiên c u t p trung vƠo c ch đ nh trình

t ng kh n ng qu n lý theo lu ng vƠ gi m đ ph c t p, bù QoS, giám sát QoS trong

m ng All-IP nh : đi u khi n QoS theo lu ng tin (IntServ) [12], đi u khi n QoS theo

l p d ch v (DiffServ) [45]; các mô hình đi u khi n nh m m c đích gi m đ ph c

t p so v i IntServ vƠ t ng kh n ng qu n lý theo lu ng so v i DiffServ nh TSFQ [60], QFQ [14], WF2Q-M [40], RFQ [25] Các công trình [21], [27], [29] nghiên

c u v c ch qu n lý b đ m Các công trình [10], [18], [23], [26], [29], [30], [36], [37], [40], [60] nghiên c u v c ch đ nh trình (theo l p, theo lu ng, phơn c p,ầ) Các công trình [15], [21], [35] nghiên c u v đi u khi n lu ng tránh t c ngh n (trong các giao th c TCP, UDP, TCP-like,ầ) Các công trình [26], [48] nghiên c u

v qu n lý vƠ bù QoS cho các lu ng tin đ c ph c h i sau l i Các công trình [8], [11], [42], [44], [49], [50] nghiên c u v giám sát QoS, QoE, SLA Các công trình [10], [18], [23], [30], [41], [46], [48], [49], [60] nghiên c u v đ m b o QoS trong

xu h ng h i t m ng, d ch v

K t qu c a nh ng công trình nghiên c u đi n hình v QoS nêu trên cho th y,

đ m b o ch t l ng d ch v liên quan m t thi t đ n vi c phơn chia tƠi nguyên m ng (b ng thông, b đ m) T i m i nút m ng, vi c phơn chia b ng thông, b đ m đ c

th c hi n b ng b đ nh trình (hay b đ nh trình l u l ng ậ traffic scheduler) s

d ng c ch đ nh trình (scheduling mechanism) Khi các gói tin t các lu ng tin (ngh a lƠ t các ng d ng c a ng i dùng) t i nút m ng, chúng đ c s p x p vƠo các b đ m (t ng ng v i các hƠng đ i) T i m i th i đi m c n chuy n m t gói tin

ra đ u ra c a nút m ng, b đ nh trình có nhi m v ch n m t trong s các gói tin đ

x lý vƠ chuy n ti p đi

Ch t l ng d ch v toƠn trình c a m i ng d ng ph thu c vƠo ch t l ng

d ch v t i m i nút m ng, vƠ ph thu c vƠo vi c ch n l a gói tin c a b đ nh trình,

th i gian gói tin b tr trong b đ m, kh n ng m t gói tin do trƠn b đ m T i nay

đư có nhi u công trình nghiên c u v b đ nh trình vƠ cho nh ng k t qu kh thi trong vi c t ng c ng kh n ng đ m b o ch t l ng d ch v trong m ng IP, đi n hình lƠ b đ nh trình WF2

Q+ [10] vƠ các b đ nh trình c i ti n sau nƠy nh TSFQ [60], QFQ [14], RFQ [25], [36], [37]

Tuy nhiên, qua kh o sát các công trình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c cho

th y còn t n t i nh ng v n đ c th đ t ra trong th c t nh sau:

- Khi b đ nh trình ch n l a gói tin đ chuy n ra, n u nh bi t đ c tr ng thái QoS hi n th i (giá tr các tham s QoS nh tr , thông l ng, t l m t gói) c a

lu ng tin t ng ng thì vi c đi u khi n ch n l a các gói tin gi a các lu ng s giúp

t ng c ng kh n ng đ m b o QoS cho lu ng tin Trong th c t , các ISP c n đ m

b o QoS cho các nhóm ng i dùng có nhu c u riêng v QoS Cho đ n nay v n ch a

có b đ nh trình nƠo cho phép bi t đ c tr ng thái QoS hi n th i vƠ li u m c QoS

hi n th i có đáp ng nhu c u c a nhóm ng i dùng hay ch a Vì v y v n đ đ t ra

lƠ c n giám sát đ c l ng đ c giá tr các tham s QoS, t đó đi u khi n b đ nh trình đ đ t m c QoS phù h p h n

- M t v n đ khác c ng ch a đ c gi i quy t th a đáng trong các b đ nh trình t i nay Gi s m t ng i dùng đ ng ký gói d ch v có t c đ 128 kbps, ng

d ng c a ng i dùng ch c n yêu c u t i đa lƠ 128 kbps Tuy nhiên, do đ c tính

ng u nhiên, lu ng tin đ n nút m ng có th đ c ph c v v i t c đ > 128 kbps vƠ

do đ c tính b đ nh trình hi n nay, lu ng tin có th đ c ph c v v i t c đ > 128 kbps QoS c a lu ng tin nƠy s t t h n m c c n thi t, trong khi QoS c a các lu ng

tin khác có th b suy gi m Vi c ki m soát vƠ h n ch t c đ t i đa c a lu ng tin lƠ

c n thi t, đ c bi t v i lo i ng d ng luôn có xu h ng t n d ng t i đa b ng thông (ví d t i file, chia s ngang hƠng) ki m soát, h n ch t c đ c ng s c n giám sát đ bi t tr ng thái QoS, t c lƠ t c đ hi n th i có v t quá t c đ t i đa hay không

- M t khác, t góc đ nhƠ cung c p d ch v , các lu ng tin cùng gói d ch v đư

đ ng ký SLA c n đ c đ m b o công b ng v thông l ng (công b ng QoS, hay công b ng d ch v ) Gi s m t lu ng tin b l i đ ng truy n ho c l i truy n gói tin trong m t kho ng th i gian ng n, nhu c u th c t đ t ra lƠ c n có cách bù l i thông

l ng đư m t đ đ m b o tính công b ng d ch v cho các lu ng tin

đ m b o QoS, c n ph i h p nhi u c ch trong t ng nút m ng Do đó, vi c nghiên c u, đ xu t các c ch đ gi i quy t ba v n đ nêu trên, k t h p các c ch nƠy trong m t mô hình lƠ nhu c u th c t vƠ lƠ tr ng tơm nghiên c u c a lu n án

2 ăM cătiêu,ăk tăqu ăc năđ t c aălu năán:

T các v n đ t n t i đư nêu ph n trên, lu n án đ t ra m c tiêu là nghiên c u

vƠ đ xu t m t s c ch t ng c ng kh n ng đ m b o ch t l ng d ch v trong

m ng IP thông qua vi c giám sát QoS c a các lu ng, t o kh n ng ki m soát, h n

ch t c đ t i đa cho ng d ng theo yêu c u c a gói d ch v vƠ đi u khi n đ m b o công b ng thông l ng, bù QoS theo tr ng s d a trên các tham s giám sát đ c

K t qu c n đ t đ c c a lu n án: 1) xu t vƠ xơy d ng c ch giám sát các tham s QoS t i nút biên m ng c a khách hƠng 2) xu t vƠ xơy d ng c ch

ki m soát, h n ch t c đ t i đa vƠ đi u khi n bù thông l ng 3) xu t mô hình

k t h p các c ch nêu trên 4) Th nghi m, đánh giá mô hình vƠ đ xu t ng d ng

3 P h măviănghiênăc u c aălu năán:

m b o QoS trong m ng IP lƠ v n đ r ng và ph c t p, vì v y ph m vi nghiên c u c a lu n án là t p trung vƠo c ch đ nh trình trong m t ph ng d li u

c a l p IP nh m gi i quy t ba v n đ t n t i đư nêu Các c ch vƠ mô hình đ xu t

đ c gi i h n ph m vi t i nút biên m ng c a khách hƠng, n i t p trung các lu ng tin

c a ng i dùng

4 ăPh ngăphápănghiênăc u:

Lu n án th c hi n nghiên c u lý thuy t vƠ mô ph ng V lý thuy t, lu n án nghiên c u, kh o sát các công trình liên quan đ tìm nh ng t n t i, l a ch n v n đ

s gi i quy t H th ng hóa các v n đ c n gi i quy t, đ xu t mô hình lý thuy t, s

d ng công c toán h c đ phơn tích Lu n án th c hi n mô ph ng b ng ph n m m

đ ki m ch ng, đánh giá k t qu đ t đ c c a mô hình lý thuy t

5 B ăc căc aălu năán

Lu n án g m ph n M đ u, 4 ch ng n i dung, ph n K t lu n Ch ng 1 trình bƠy v v n đ đ m b o QoS trong m ng IP; m t s c ch giám sát, đ nh trình đi u khi n QoS đi n hình trong m ng IP lƠm c s đ xơy d ng c ch giám sát, đi u khi n đ m b o QoS trong m ng IP nêu trong ch ng 2 vƠ ch ng 3

Các đóng góp chính c a lu n án đ c trình bƠy trong các ch ng 2, 3 và 4

Ch ng 2 trình bày yêu c u giám sát QoS, các k t qu nghiên c u liên quan, trên c s đó đ xu t c ch giám sát QoSM áp d ng cho nút m ng CE C ch QoSM g m 3 ph ng pháp giám sát: Ph ng pháp PAE c l ng giá tr trung bình các tham s QoS đ nh k trong các kho ng th i gian ng n; ph ng pháp RateMon giám sát, h n ch t c đ t i đa c a lu ng tin t i m t nút m ng; ph ng pháp QoSMon giám sát các tham s QoS ph i h p hai nút m ng Cu i cùng là k t qu mô

ph ng c ch giám sát vƠ h n ch t c đ N i dung c a ch ng 2 g n v i k t qu

c a các công trình đư công b s (3), (4) và (5)

Ch ng 3 trình bày yêu c u v giám sát, đi u khi n QoS; trên c s đó đ xu t

c ch MQCM giám sát vƠ bù thông l ng cho các lu ng t i nút m ng CE MQCM

g m các thƠnh ph n chính: Kh i giám sát QoS s d ng các ph ng pháp giám sát

c a c ch QoSM; B đ nh trình MPWPS đi u khi n bù thông l ng b ng ph ng pháp bù QCM, trên c s thông tin do QoSM giám sát đ c Ch ng 3 c ng trình bƠy k t qu mô ph ng giám sát, đi u khi n bù thông l ng s d ng c ch MQCM

K t qu c a ch ng 3 đư đ c công b trong các công trình s (1), (2), (4) và (5)

Ch ng 4 trình bƠy các nghiên c u liên quan v mô hình d ch v t i file, đ

xu t áp d ng QoSM và MQCM đư đ xu t trong ch ng 2 vƠ ch ng 3 vƠo mô hình

QoS Download Gateway QoS Download Gateway cung c p d ch v download cho

ng i dùng theo profile đư đ ng ký, h n ch t c đ t i file t i đa, bù thông l ng cho các phiên download đ đ m b o các lu ng đ c ph c v công b ng theo tr ng

s c a chúng ơy c ng lƠ n i dung c a công trình s (6)

Ph n k t lu n nêu nh ng k t qu chính c a lu n án vƠ h ng phát tri n ti p theo

CH NGă1

M NGăIP

M ng chuy n m ch gói s d ng giao th c Internet (M ng IP) cho phép truy n

t i l u l ng đa d ch v v i yêu c u ch t l ng đa d ng trên cùng m t h t ng

m ng [7] Trong ch ng nƠy, lu n án trình bƠy nh ng v n đ liên quan đ n đ m b o

ch t l ng d ch v (QoS) trong m ng IP; nh ng v n đ còn t n t i c a các công trình liên quan đ n vi c đ m b o QoS trong m ng IP đ n nay, qua đó nêu ra tr ng tơm nghiên c u, đ xu t m t s c ch t ng c ng kh n ng đ m b o ch t l ng

trong m ng IP

C u trúc c a ch ng nh sau: Ph n 1.1 trình bƠy các v n đ khái quát v

m ng IP vƠ đ m b o QoS Ph n 1.2 trình bƠy v c ch đ nh trình, đi u khi n QoS

Ph n 1.3 trình bày v c ch giám sát QoS Ph n cu i là các k t lu n c a ch ng

1.1 M ngăIPăvƠăch tăl ngăd chăv

IP Ethernet, xDSL, FTTx, Wifi, 3G,

Hình 1.1 Mô hình m ng IP cung c p đa d ch v [26]

Ban đ u M ng IP đ c thi t k đ truy n các gói tin không yêu c u cao v QoS.NgƠy nay, th h m ng m i đ c phát tri n theo h ng s d ng giao th c IP toàn trình (All-IP), cho phép h p nh t các m ng, d ch v truy n th ng nh trên hình 1.1 [26], trong đó có các d ch v yêu c u cao v ch t l ng

M ng IP bao g m các nút m ng vƠ k t n i gi a các nút m ng đó Các ng

d ng truy n thông tin qua m ng t tr m ngu n (PC, server) đ n tr m đích thông qua các nút m ng trung gian (router, switch) K t n i gi a các nút m ng dùng công ngh truy n d n khác nhau nh cáp đ ng, cáp quang, vô tuy n v i b ng thông c a m t

k t n i t i hƠng tr m gigabit/s Trong m ng IP t n t i nh ng đi m t p trung l u

l ng t i n i giao nhau gi a l p m ng truy nh p vƠ m ng tr c (còn g i lƠ các ắnút

c chai”, ắk t n i c chai”) L u l ng qua nh ng đi m nƠy d d n t i kh n ng t c ngh n n u không có c ch đi u khi n đ m b o QoS [7]

lý vào/ra Router có hai ch c n ng chính lƠ đ nh tuy n vƠ chuy n m ch Ch c n ng

đ nh tuy n xác đ nh đ ng đi c a các gói tin Ch c n ng chuy n m ch th c hi n chuy n gói tin t k t n i vƠo đ n k t n i ra L u l ng đ u vƠo có th t ng đ t bi n,

vì v y các gói tin đ n đ c l u tr t i hƠng đ i đ u vƠo đ x lý Khi gói tin chuy n

t i giao di n ra v t quá dung l ng đ ng truy n thì x y ra tình tr ng quá t i, vì

v y hƠng đ i đ u ra đ c s d ng đ l u tr , x lý các gói tin t i đ u ra B đ nh

trình là c c u đ c thi t k đ l a ch n gói tin trong hàng đ i đ u ra đ x lý, đ a

ra kh i nút m ng

Các c ch đ m b o QoS đáp ng nhu c u c a các ng d ng đa d ng trên

m ng IP đư đ c nghiên c u t nhi u n m nay, nh ng v n đang lƠ m t tr ng tơm nghiên c u do QoS lƠ v n đ khá r ng vƠ ph c t p, liên quan đ n nhi u c ch trong m ng M t m t, các c ch đư đ xu t ch a th c s hoƠn toƠn đáp ng th c

ti n vì v n còn nh ng h n ch , t n t i nh t đ nh nh đư nêu c th ph n M đ u

M t khác, s phát tri n không ng ng c a m ng vƠ đ c bi t lƠ các công ngh , các

d ch v m i đư t o ra nh ng bi n đ i sơu s c v l u l ng m ng vƠ t o ra thêm nhi u thách th c m i cho v n đ đ m b o QoS

1.1.2 Ch tăl ngăd chăv trênăm ngăIP

Các ng d ng trên m ng IP có yêu c u khác nhau v ch t l ng (b ng thông,

đ tr , thông l ng, t l m t góiầ) Ta có th phơn lo i các ng d ng theo các yêu

c u v b ng thông vƠ đ tr nh mô t trên Hình 1.3 [39]; phơn lo i l u l ng các

Truy n hình t ng tác

truy n d li u - - Truy n d li u Truy nh p Internet

không th tái t o khi m t

gói tin

- IPTV, V ideo theo yêu c u, H i ngh truy n hình

- Internet radio, TV, gaming

đ ng n đ nh c a m ng - Thông tin - Thông tin đi u khi n chuy n m ch, đ nh tuy n qu n lý, qu n tr , v n hƠnh h th ng

Yêu c u ch t l ng c a m t s d ch v đi n hình nh sau:

- D ch v yêu c u cao v b ng thông, ch p nh n tr : E-mail, truy n d li u

- D ch v có th ch p nh n gi m m t ph n b ng thông, nh ng yêu c u cao v

đ tr : Tho i (VoIP), đi n tho i th y hình, h i ngh truy n hình

- D ch v ch p nh n đ tr l n: IPTV, Video theo yêu c u (VoD)

- Nh ng d ch v đang phát tri n có yêu c u t ng tác th i gian th c nh :

th ng m i đi n t , e-banking, giao d ch ch ng khoán, trò ch i tr c tuy n, có yêu

c u ch t ch v b ng thông, tr , đ bi n thiên tr , thông l ng vƠ có yêu c u r t khác nhau v QoS B ng 1.2 lƠ yêu c u QoS c a m t s ng d ng trên m ng IP

B ng 1.2 Yêu c u QoS c a các ng d ng tho i, video, d li u [17], [49]

D ă

li u Theo d ch v ch y trên k t n i (**) SLA SLA SLA SLA

(*) i v i d ch v h i ngh truy n hình, ITU-T [34] yêu c u thêm tham s

th i gian tr gi a hình vƠ ti ng (lip-synch) < 80 ms

(**) V i d ch v d li u, các tham s QoS có giá tr theo th a thu n gi a nhà cung c p d ch v vƠ khách hƠng (SLA)

Do yêu c u khác nhau v QoS c a các ng d ng, m ng hay c th h n lƠ các nút m ng IP c n đáp ng yêu c u v ch t l ng c a nhi u ng d ng đ ng th i

1.1.3 V năđ ăđ măb oăQoSăchoăcácă ngăd ng

QoS đ c đánh giá t quan đi m c a ng i s d ng vƠ c a nhƠ cung c p d ch

v Nhìn t góc đ m ng, d ch v , ng i dùng, QoS và các tham s QoS đ c đ nh ngh a nh sau:

Ch t l ng tr i nghi m (QoE) [32]: i v i ng i s d ng, QoE lƠ nh ng gì

mƠ d ch v c n đáp ng QoE đánh giá m c đ hƠi lòng c a ng i s d ng đ i v i

d ch v QoE l y các y u t ng i s d ng nh n đ c tr c ti p lƠm tham s ch t

l ng (ví d th i gian chuy n kênh TV; đi m MOS (Mean Opinion Score) đ i v i

d ch v tho i, IPTV)

Ch t l ng d ch v (QoS) [33]: lƠ t p h p các tác đ ng c a hi u su t d ch v ,

xác đ nh s hƠi lòng c a ng i s d ng d ch v ; đ c tr ng b i s ph i h p các y u

t hi u su t áp d ng cho t t c các d ch v nh : h tr , v n hƠnh, kh n ng truy

nh p, kh n ng duy trì d ch v , tính toƠn v n vƠ tính b o m t c a d ch v

Trong ph m vi c a lu n án s xét đ n ch t l ng d ch v m ng (Network QoS) Ch t l ng d ch v m ng IP bao g m các tham s k thu t nh : b ng thông,

thông l ng, tr , bi n thiên tr , t l m t gói tin, đ c đ nh ngh a nh sau:

- B ng thông (bandwidth) là tài nguyên danh đ nh c a k t n i ho c nút m ng dƠnh cho các lu ng tin đ chuy n các gói tin ra kh i nút m ng (đ n v lƠ bít/s)

Phơn bi t b ng thông v i t c đ và thông l ng nh sau:

+ T c đ (bit rate, data rate): lƠ s l ng bít đ c chuy n đi trong m t đ n

v th i gian (đ n v lƠ bít/s)

+ Thông l ng (throughput): là s l ng bít đ c truy n thƠnh công trong

m t đ n v th i gian (đ n v lƠ bít/s)

- Tr (PTD): lƠ th i gian truy n gói tin t tr m ngu n đ n tr m đích, ph thu c

th i gian x lý c a nút m ng vƠ b ng thông đ ng truy n (th i gian gói tin ch trong b nh đ m); th i gian chuy n t giao di n vƠo đ n giao di n ra t i m i nút m ng trung gian, th i gian ch trong hƠng đ i

- Bi n thiên tr (PDV): lƠ s khác nhau gi a tr c a các gói tin Trong m ng IP, các gói tin c a cùng m t ng d ng có th đ c truy n theo các đ ng đi khác nhau; Vi c ch trong hƠng đ i t i nút m ng đ chuy n đi c ng lƠ m t nguyên nhân gây ra PDV PDV l n th ng x y ra k t n i ch m ho c ngh n

- T l m t gói tin (PLR): là t s gi a s gói tin b m t (do b l i, ho c b h y b

do hƠng đ i c a nút m ng b đ y) và t ng s gói tin đ c truy n

Do tính đa d ng c a d ch v , ng d ng trên m ng, các yêu c u v đ m b o QoS cho các ng d ng c ng h t s c đa d ng Do đ c tính th i gian th c, các ng

d ng đa ph ng ti n yêu c u b ng thông l n, đ tr , bi n thiên tr nh Dòng d

li u đa ph ng ti n (tho i, video) có th đ c nén ho c không nén Khi d li u

đ c nén sau đó m i truy n thì nó r t nh y c m v i vi c gói tin b m t lƠ gói tin

ch a thông tin nén (I-frame), vì khi đó tr m đích sau khi nh n đ c các gói tin không th ph c h i đ c d li u ban đ u [26]

1.1.4 Cácămôăhìnhăđ măb oăQoSătrongăm ngăIP

Hai mô hình đ m b o QoS trong m ng IP đư đ c đ xu t chu n hóa vƠ khá

ph bi n t i nay lƠ Mô hình tích h p d ch v (Integrated Services - IntServ) [12] và

Mô hình phơn l p d ch v (Differentiated Services – DiffServ) [45]

Mô hình IntServ s d ng 3 bít trong byte ToS (Type of Service) trong ph n tiêu đ c a gói tin IP đ phơn lo i các gói tin c a các d ch v khác nhau Thông qua

vi c gán nhưn m c u tiên cho t ng gói tin c a các lu ng tin đ n nút m ng vƠ c

ch dƠnh s n tƠi nguyên th c hi n thông qua giao th c RSVP (Resource reserVation Protocol), nút m ng s chuy n ti p các gói tin theo th t nhưn u tiên IntServ có u đi m lƠ đ m b o QoS t t, tuy nhiên s d ng tƠi nguyên m ng không

hi u qu vì b ng thông đ t tr c cho m t kênh s không s d ng đ c cho kênh khác Do đó IntServ khó áp d ng trong m ng l n, không thích h p v i môi tr ng

m ng di đ ng không dơy, Vì v y vi c áp d ng mô hình IntServ trong th c t còn nhi u h n ch

Khác v i mô hình IntServ, mô hình DiffServ không x lý t ng lu ng tin riêng

bi t mƠ ch x lý các l p d ch v Các l p d ch v đ c gán các m c u tiên khác nhau Vi c đ m b o QoS cho các lu ng tin do đó ch mang tính t ng đ i, ngh a lƠ

lu ng tin nƠo l p có m c u tiên cao h n s đ c ph c v t t h n các lu ng tin

l p có m c u tiên th p h n DiffServ s d ng 6 bít trong tiêu đ gói tin lƠm mư phơn l p d ch v (Differentiated Service Code Point - DSCP) đ phơn lo i các gói tin c a các d ch v khác nhau nh m áp d ng các chính sách u tiên khác nhau cho

các gói tin c a các lu ng tin thu c các l p khác nhau DiffServ có u đi m lƠ thích

h p cho các nút m ng có s l ng lu ng tin l n, song v n còn nhi u h n ch v các

m t nh : ch đ m b o QoS mang tính t ng đ i, hi u qu s d ng tƠi nguyên ch a cao, khó thích ng v i các m ng vô tuy n vƠ m ng h n h p

S d ng IntServ ( m ng biên) k t h p v i DiffServ ( m ng lõi) mang l i

m t s u đi m nh t đ nh Tuy nhiên, do tính không xuyên su t c a các k t n i,

đ m b o QoS toàn trình v n còn lƠ v n đ NgoƠi ra, m t mô hình đ m b o QoS t t còn ph i xem xét đ n các v n đ th c t n y sinh nh đư nêu trong ph n M đ u

1.1.5 Cácăc ăch ăgiámăsát,ăđi uăkhi năQoSătrongăm ngăIP

Cùng v i s phát tri n vƠ tích h p các d ch v m i, các c ch đ m b o QoS trên m ng IP v n đang đ c nghiên c u, hoƠn thi n C ch đ m b o QoS g m:

- Xác đ nh yêu c u QoS: nh ngh a các tham s QoS c a d ch v (thông l ng,

tr , bi n thiên tr , ầ), lo i d ch v (Multicast, đ ng b , đi u khi n,ầ), m c u tiên (CoS, ToS, DSCP, MPLS EXP,ầ)

- Ánh x QoS: Yêu c u QoS đ c ánh x vƠo các l p m ng

- Ơm phán: Ki m tra kh n ng cung c p, đƠm phán, đ t tr c tƠi nguyên Trong quá trình nƠy các ch c n ng qu n lý tƠi nguyên t i các h th ng c n trao đ i yêu

c u s d ng tƠi nguyên qua các giao th c đ t tr c tƠi nguyên (RSVP,ầ)

- Giám sát, đi u khi n QoS: Ch c n ng giám sát phát hi n các vi ph m QoS, ch c

n ng đi u khi n th c hi n đi u ch nh đ duy trì QoS trong ng ng cho phép

Giám sát QoS: là vi c xác đ nh giá tr các tham s QoS t i m t th i đi m

ho c trong kho ng th i gian giám sát Vi c giám sát QoS có th th c hi n t i t ng nút m ng ho c toƠn trình Trong tr ng h p k t n i toƠn trình c a d ch v thông qua nhi u phơn đo n m ng thì vi c giám sát các tham s QoS t i các nút biên c a các phơn đo n m ng có th giúp cô l p vƠ xác đ nh nguyên nhơn suy gi m ch t

l ng thu c v phơn đo n m ng nƠo

i uăkhi năQoS: lƠ vi c duy trì, đ m b o đ c giá tr các tham s QoS theo

yêu c u (trong gi i h n cho phép) Có nhi u c ch ph c v cho vi c đi u khi n QoS nh : nh d ng đ u vƠo (Traffic shaping), nh trình l u l ng (Traffic scheduling), Qu n lý b đ m (Buffer management), Báo hi u QoS (QoS signaling),

i u khi n l u l ng vƠ tránh t c ngh n (Traffic control and congestion avoidance) Ph m vi c a đi u khi n QoS trong lu n án là c ch đ nh trình l u

l ng

1.2 C ăch ăđ nhătrìnhăđi uăkhi năQoS

V n đ ch y u c a m ng IP lƠ vi c phơn chia tƠi nguyên (b đ m, b ng thông

m i nút m ng) cho các lu ng tin t các ng d ng khác nhau N u không có c ch phơn chia tƠi nguyên h p lý, m t ng d ng có th chi m nhi u tƠi nguyên gơy suy

gi m QoS cung c p cho các ng d ng khác C ch đ nh trình (Scheduling Mechanism) t i nút m ng đ c thi t k nh m gi i quy t v n đ đó Có th nói, c

ch đ nh trình lƠ thƠnh ph n quan tr ng nh t c a ki n trúc QoS trong m ng IP

B đ nh trình l u l ng (Scheduler-b đ nh trình) lƠm nhi m v l a ch n vƠ chuy n l n l t các gói tin thu c các lu ng tin khác nhau ra kh i nút m ng t i m i

th i đi m đ chuy n đi ti p đ n đích Do cách th c ch n l a gói tin đ đ a ra vƠ chính sách gán m c u tiên khác nhau, có th chia ra nhi u ki u b đ nh trình khác nhau Nh v y vi c th c hi n duy trì giá tr các tham s QoS trong m c ng ng cho

Hình 1.4 Mô hình b đ nh trình x lý n lu ng tin

Hình 1.4 lƠ mô hình b đ nh trình t i đ u ra c a m t nút m ng x lý n lu ng tin Gi thi t m i lu ng tin đ n đ c s p x p vào m t b đ m riêng Các gói tin đ n

đ c s p l n l t vƠo b đ m (đ c coi lƠ hƠng đ i) vƠ đ c b đ nh trình đ a ra

kh i nút m ng theo th t đ n tr c ra tr c ơy lƠ mô hình đi n hình trong các nút m ng (Router, Switch) hi n nay B đ nh trình t i nút m ng c n ch n t i m i

th i đi m m t gói tin đ chuy n đi B ng cách ch n gói tin thích h p đ x lý, b

đ nh trình th c hi n qu n lý vƠ c p phát b ng thông cho t ng k t n i, t ng l p k t

n i

1.2.1 Các yêuăc uăchính đ iăv i b ăđ nhătrình

Các yêu c u chính đ i v i m t b đ nh trình lƠ: Hi u qu (efficiency), công

b ng (fairness), m m d o (flexible) vƠ đ n gi n (simple)

( )

n i i n i i

RR

(1.1)

Giá tr (R) n m trong kho ng [0,1] Vi c c p phát lƠ hoƠn toƠn công b ng

n u (R) =1 Vi c c p phát lƠ hoƠn toƠn không công b ng n u toƠn b b ng thông

đ c c p cho m t ng i dùng, khi đó (R) =1/n, và khi s lu ng n  , (R) 0

M măd oă[57]

M i lu ng tin có các đ c tính l u l ng (t c đ , thông l ng,ầ) vƠ yêu c u QoS khác nhau B đ nh trình c n đ m b o giá tr đ tr , b ng thông, t l m t gói tin khác nhau cho các lu ng tin, đ m b o tính tách bi t tránh đ c s ph thu c, nh

h ng l n nhau

năgi n [57]

T i m i th i đi m, b đ nh trình ch n ra m t gói tin t các gói tin đ u hƠng

đ i c a n lu ng tin đ x lý Hi n nay, nút m ng tr c có t c đ k t n i lên t i hƠng

tr m Gbps vƠ có th có t i hƠng tri u lu ng tin Vi c l a ch n gói tin đ x lý m t nhi u th i gian Vì v y c ch đ nh trình c n đ c thi t k đ n gi n đ đáp ng yêu

c u v th i gian x lý

Vi c đ m b o đ ng th i các yêu c u nêu trên r t khó trong th c t Vì v y,

m c dù đư có nhi u đ xu t t i nay, song các b đ nh trình v n đang đ c ti p t c nghiên c u, phát tri n ti p (ví d xem [18], [23], [25], [29], [36], [37], [52], [60])

1.2.2 Phơnălo iăcácăb ăđ nhătrìnhă

Có th phơn lo i các b đ nh trình đư có t i nay nh sau:

- C ch n l c t t nh t (best-effort) hay c ch FIFO (First In First Out): ơy lƠ

c ch đ nh trình truy n th ng đ n gi n nh t đ n nay v n đ c s d ng ch y u trong các nút m ng chuy n m ch gói Tuy nhiên, c ch nƠy không th a mưn các tính ch t tách bi t, bình đ ng vƠ đ m b o QoS cho các lu ng tin

- C ch đ nh trình d a theo khung: i n hình lƠ các c ch Stop-and-Go, Round Robin, WRR [24], [58] Các c ch nƠy chia tr c th i gian thƠnh các khung Các gói tin đ n đ c s p vƠo các khung nƠy vƠ đ c ph c v theo ph ng th c quay vòng Nhìn chung, các c ch ki u nƠy có đ ph c t p th p, d tri n khai trong

th c t , tuy nhiên có nh c đi m là khó gi i h n tr vƠ khó đ m b o s bình

đ ng trong c p phát b ng thông do gói tin trong m ng IP có kích th c bi n đ i

- C ch đ nh trình d a theo t c đ (theo nhưn th i gian): i n hình lƠ các c ch

ng h o (Virtual Clock) [56], EDD, RSCP, HƠng đ i công b ng (Fair Queueing-FQ) [43], H th ng x lý t ng quát (General Processor System-GPS) [47], các c ch mô ph ng GPS đ s d ng cho m ng chuy n m ch gói nh WFQ [38], WF2Q [9], WF2Q+ [10] Các c ch nƠy duy trì m t tham s chung

g i lƠ th i gian o, gán nhưn th i gian cho các gói tin đ n, s p x p th t ph c

v các gói tin theo th t giá tr các nhưn th i gian Các c ch nƠy có đ c tính

tr vƠ công b ng t t h n các c ch d a theo khung Tuy nhiên, chúng th ng

ph c t p vƠ khó tri n khai cho các nút m ng v i s l ng lu ng tin l n

Trong các c ch đ nh trình t i nay, đ nh trình theo nhãn th i gian có nhi u

u đi m, đ c tri n khai r ng rãi, r t phù h p v i m ng t c đ cao [57], vì v y

lu n án t p trung vào nghiên c u các c ch đ nh trình theo nhãn th i gian

1.2.3 Cácăc ăch ăđ nhătrìnhătheoănhưnăth iăgian

Trong c ch đ nh trình theo nhưn th i gian, các gói tin đ n đ c nút m ng gán nhưn th i gian theo giá tr hƠm th i gian o vƠ đ c x lý theo th t giá tr nhưn th i gian c a chúng Các b đ nh trình lo i nƠy có kh n ng đ m b o QoS, tách bi t d ch v vƠ bình đ ng gi a các lu ng tin, nh ng th ng có đ ph c t p cao Các b đ nh trình theo nhưn th i gian mô ph ng theo GPS [47], lƠ b đ nh trình đ c xơy d ng d a trên mô hình dòng ch y c a ch t l ng, đ m b o đ c s công b ng, th i gian tr c a các lu ng tin GPS x lý đ ng th i các lu ng tin, v i

gi thi t kích th c c a các gói tin có th chia nh vô h n Tuy nhiên trong m ng chuy n m ch gói, t i m t th i đi m, nút m ng ch ph c v m t gói tin c a m t

lu ng tin vì v y không th áp d ng đ c gi i thu t GPS Do đó, các b đ nh trình cho m ng chuy n m ch gói mô ph ng gi i thu t GPS b ng cách duy trì hƠm th i gian o (ví d xem [26], [47]) T i đ u vƠo, nút m ng gán cho gói tin t i m t nhưn

th i gian theo giá tr c a hƠm th i gian o T i đ u ra, nút m ng ch n gói tin có nhưn th i gian nh nh t đ chuy n đi Các b đ nh trình theo nhưn th i gian đ m

b o s công b ng vƠ th i gian tr , nh ng có đ ph c t p tính toán cao do hai nguyên nhơn ch y u sau:

- Tính nhưn th i gian: M i khi có gói tin t i, b đ nh trình ph i tính giá tr c a hƠm th i gian o đ gán nhưn th i gian cho gói tin đó V i n lu ng tin, th i gian tính s lƠ O(n) [60]

- S p x p gói tin: B đ nh trình l a ch n gói tin có nhưn th i gian k t thúc nh

nh t trong s các gói tin đ u hƠng đ i đ chuy n đi Th i gian l a ch n nƠy lƠ O(log n) [60]

M c dù đ ph c t p tính toán còn cao, nh ng do c ch đ nh trình theo nhưn

th i gian có nhi u u đi m, cùng v i s phát tri n m nh m c a các b vi x lý, nên

hi n đ nh trình theo nhưn th i gian (ví d WFQ) đư đ c áp d ng r ng rưi trong

th c t Các b đ nh trình đ xu t trong th i gian g n đơy đ c thi t k đ gi m đ

ph c t p tính toán M t s b đ nh trình dùng ph ng pháp x p x đ gi m đ ph c

t p c a hƠm th i gian o, m t s khác dùng ph ng pháp l ng t cho hƠm th i gian, đ l n c a gói tin, tr ng s c a lu ng tin đ gi m th i gian s p x p các gói tin (ví d xem [14], [23], [25], [37], [49], [60]) Trong ph n ti p theo, lu n án trình bày nguyên lý m t s b đ nh trình theo nhưn th i gian đi n hình, lƠm c s đ đ xu t

b đ nh trình m i

1.2.3.1 ngăh ă o (VC)

Trong h th ng TDM, các kênh thông tin đ c truy n trong các khe th i gian

VC do Lixia Zhang đ xu t [56] lƠ gi i thu t đ nh trình d a trên ý t ng TDM, duy trì đ ng h o cho m i lu ng d li u ng h o ho t đ ng nh m t b đ m các gói tin t i Gi i thu t đ nh ngh a m c u tiên c a m i lu ng d li u b ng cách gán giá tr P cho đ ng h o c a nó VC cung c p c ch c p phát b ng thông cho các

lu ng

1.2.3.2 HƠngăđ iăcôngăb ngă(FQ)

FQ do John Nagle đ xu t [43] lƠ gi i thu t đ nh trình cho phép các lu ng tin

đ c chia s b ng thông k t n i m t cách công b ng FQ c ng đ c hi u t ng t

Do m i lu ng d li u có m t hƠng đ i FIFO riêng c a nó, nên khi m t lu ng

d li u g i quá nhi u gói tin, thì ch có lu ng d li u đó b nh h ng (gói tin c a

nó b h y b khi hƠng đ i đ y) mƠ các lu ng d li u khác không b nh h ng

1.2.3.3 Môăhìnhădòngăch yă(GPS)

Hình 1.5 lƠ mô hình GPS do A Parekh đ xu t [47] lƠ c ch đ nh trình x lý các gói tin đ t đ c 2 m c đích sau: 1) Gi i h n đ c tr end-to-end n u gói tin đ u

vƠo đư đi qua h th ng leaky-bucket 2) Duy trì đ c vi c chia s công b ng b ng thông cho các k t n i đang ho t đ ng

Dòng nh

Dòng nh

Dòng l n

Dòng tích

h p

Hình 1.5 Mô hình dòng ch y lý t ng [47]

Mô hình x lý gói tin GPS (Hình 1.6.) đ c xơy d ng d a trên mô hình dòng

ch y lý t ng (Hình 1.5.), không áp d ng đ c trong m ng chuy n m ch gói, tuy nhiên d a trên GPS ng i ta đư phát tri n thƠnh nh ng gi i thu t x lý hƠng đ i áp

d ng đ c trong m ng IP nh WFQ, WF2Qầ

Hình 1.6 Mô hình GPS [47]

M t nút m ng x lý N lu ng tin đ c đ c tr ng b i N tr ng s w w 1 , 2 , , wN Nút m ng x lý v i t c đ c đ nh lƠ r i v i lu ng tin i có gói tin n m trong hƠng đ i trong kho ng th i gian [t1, t2], t c đ x lý mƠ nó nh n đ c nh sau [47]:

1

i

j j

Các lu ng vƠo

t = 4

t = 0

G i BGPS( )lƠ t p các lu ng tin có gói tin n m trong hƠng đ i t i th i đi m

Nh v y lu ng tin i đ c đ m b o t c đ t i thi u lƠ ritrong kho ng th i gian

nó có gói tin n m trong hƠng đ i

GPS đư gi thi t nút m ng có th x lý t t c các lu ng tin có gói tin ch trong hƠng đ i m t cách đ ng th i vƠ l u l ng có th chia thƠnh r t nh , t c lƠ x lý các gói tin c a các lu ng tin m t cách đ ng th i theo dòng bít Tuy nhiên, trong m ng chuy n m ch gói, đ n v x lý lƠ gói tin T i m i th i đi m ch có m t gói tin c a

m t lu ng tin đ c b đ nh trình đ a ra, nút m ng x lý c gói tin tr c khi l a

ch n gói tin ti p theo đ x lý, không chia nh ra đ x lý thƠnh nhi u l n Do đó,

gi a mô hình GPS lý t ng vƠ mô hình gói tin có s sai l ch nh t đ nh, ngh a lƠ có

tr phát sinh khi x lý chuy n ti p các gói tin ra kh i nút m ng Ta có th áp d ng

mô hình GPS lý t ng đ tham chi u, tính toán cho mô hình gói b ng vi c thay th

các lu ng bít trong mô hình lý t ng b ng các lu ng gói tin trong mô hình gói