Luận văn:Nâng cấp chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng 3G trên nền MPLS doc

1
B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Đ I H C ĐÀ N NG

TRƯƠNG SƠN HÒA

NÂNG C P CH T LƯ NG D CH V ( QoS)
TRONG M NG 3G TRÊN N N MPLS

Chuyên ngành: K Thu t Đi n t
Mã s : 60.52.70

TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T

Đà N ng - Năm 2011


2
Cơng trình đư c hồn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG

Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Lương H ng Khanh

Ph n bi n 1: TS. Nguy n Lê Hùng

Ph n bi n 2: PGS.TS. Nguy n H u Thanh

Lu n văn ñã ñư c b o v trư c h i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ K Thu t h p t i Đ i h c
Đà N ng vào ngày 26-27 tháng 06 năm 2011.

Có th tìm hi u Lu n văn t i:

-Trung tâm thông tin-H c li u, Đ i h c Đà N ng
-Trung tâm h c li u, Đ i h c Đà N ng


3
M

Đ U

1. Lý do ch n đ tài:
M ng thơng tin di ñ ng phát tri n m nh m trong nh ng năm qua v i kh năng cung c p đa d ng các
lo i hình d ch v . Cùng v i d ch v tho i, nhu c u d ch v d li u ngày càng tăng cao chi m m t t tr ng ñáng
k trong t ng doanh thu c a nhà khai thác m ng. Xu hư ng này địi h i m ng di ñ ng ph i phát tri n theo m t
c u trúc m i tiên ti n hơn có kh năng th a mãn cao nh t các yêu c u ch t lư ng d ch v cung c p cho ngư i
s d ng, ñ m b o t t nh t tính trung th c, t c ñ x lý và ch t lư ng.
Trư c nh ng yêu c u trên, ñ tài: “Nâng c p ch t lư ng d ch v (QoS) trong m ng 3G trên n n
MPLS” ñưa ra m t s gi i pháp c th nh m nâng c p ch t lư ng d ch v trong m ng thơng tin di đ ng th h
th 3 (3G) b ng cách s d ng ñ nh tuy n QoS ng d ng trong công ngh chuy n m ch nhãn ña giao th c
(MPLS).
2. M c ñích nghiên c u:
Nghiên c u m ng di ñ ng th h m i 3G, t đó đưa ra các hư ng gi i quy t nh m nâng c p ch t lư ng
d ch v cung c p cho ngư i s d ng trên cơ s

ng d ng cơng ngh chuy n m ch nhãn đa giao th c MPLS.

3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u:
3.1. Đ i tư ng nghiên c u:
- Nghiên c u m ng thông tin di ñ ng 3G.
- Nghiên c u công ngh chuy n m ch nhãn ña giao th c (MPLS), chú tr ng các k thu t ñ nh tuy n
QoS. Trên cơ s đó, áp d ng cơng ngh này vào m ng di ñ ng th h m i 3G.

- Đi sâu nghiên c u các thu t tốn đ nh tuy n QoS trong m ng MPLS, ñ c bi t quan tâm đ n thu t tốn
đ nh tuy n cu c g i o (Virtual Flow Deviation _VFD)
3.2. Ph m vi nghiên c u:
- Nghiên c u lý thuy t v m ng 3G và công ngh chuy n m ch nhãn ña giao th c MPLS.
- Tìm hi u ki n trúc c a m t h th ng di ñ ng 3G, các thành ph n và giao th c giao ti p.
- Tìm hi u khn d ng nhãn các gói tin, các giao th c và thu t tốn đ nh tuy n trong m ng MPLS.
- Nghiên c u lý thuy t v c u trúc m ng thơng tin di đ ng 3G s d ng MPLS.
- Phân tích, đánh giá các thu t tốn đ nh tuy n QoS trên máy tính b ng ngơn ng l p trình Delphi.
4. Phương pháp nghiên c u:
Nghiên c u lý thuy t, k t h p s d ng ph n m m mơ ph ng Delphi nh m tính tốn, phân tích đánh giá
k t qu thu đư c t các phương pháp ñ nh tuy n QoS ñư c ch n.
5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài:
Đ xu t gi i pháp cho nhà khai thác m ng nâng c p kh năng c a h th ng, ñáp ng yêu c u ch t lư ng
d ch v .
6. C u trúc c a lu n văn: g m 4 chương,
- Chương 1: T ng quan v m ng 3G và MPLS
- Chương 2:

ng d ng MPLS trong m ng 3G

- Chương 3: Đ nh tuy n QoS trong m ng MPLS
- Chương 4: Mơ ph ng thu t tốn


4
CHƯƠNG 1
T NG QUAN
1.1. T ng quan m ng thông tin di đ ng 3G.
H th ng thơng tin di ñ ng 3G ra ñ i v i m c tiêu là hình thành m t h th ng di ñ ng trên toàn th gi i,
nh m vào các d ch v băng r ng như internet t c ñ cao, truy n hình, hình nh … ch t lư ng cao tương ñương

m ng h u tuy n.
Trong ph n này, tơi trình bày các v n đ sau:
- Gi i thi u: Gi i thi u l ch s phát tri n c a m ng thông tin di đ ng
- Các cơng ngh đ xu t cho h th ng m ng 3G:
Có m t vài cơng ngh đ xu t đư c phân nhóm d a trên các k thu t cơ b n c a nó như: WCDMA,
TDMA c i ti n, hybrid CDMA/TDMA và OFDM.
+ WCDMA:Băng thông c a m t h th ng WCDMA là 5MHz ho c l n hơn và 5MHz cũng là đ
r ng băng thơng t i thi u c a t t c các chu n 3G WCDMA
+TDMA c i ti n: Khi TDMA c i ti n ñư c ñ xu t, yêu c u ñ t ra là h th ng m i ph i tương
thích v i h th ng GSM 2.5G hi n t i cùng v i các c i ti n (GPRS, HSCSD, EDGE). Đây khơng th
đư c g i là 3G, nhưng vi c đưa ra nó s giúp ti n g n hơn ñ n h th ng 3G, ít nh t là trong nh ng năm
ñ u tri n khai 3G
+ Hybrid CDMA/TDMA: M i khung TDMA ñư c chia làm 8 khe (slot) th i gian, trong m i khe
th i gian s th c hi n ghép kênh s d ng k thu t CDMA. C u trúc c a khung này tương thích v i
GSM. UTRAN TDD mode th c t cũng là m t h th ng hybrid CDMA/TDMA. M t khung ñư c chia
làm 15 khe th i gian, và trong m i khe th i gian này g m các kênh ghép s d ng k thu t CDMA
+ OFDM: OFDM là k thu t ñưa ra d a trên nguyên lý ñi u ch ña sóng mang, ñi u này có
nghĩa là chúng ta s chia m t dòng d li u c n chuy n t i thành m t vài dòng bit d li u (các kênh ph ).
Nh ng dịng bit ph này sau đó s đư c ñi u ch s d ng các mã tr c giao nhau, cho phép ph t n s
các sóng mang ph s r t g n nhau (ho c ch ng nhau m t ph n) mà không nh hư ng đ n nhau.
+IMT-2000: IMT-2000 là “tiêu chu n cơng ngh ” c a t t c h th ng 3G. Ban đ u, nó là m c
tiêu c a ITU (International Telecommunication Union) đ có đư c m t tiêu chu n 3G duy nh t ñư c s
d ng trên toàn c u, tuy nhiên yêu c u ph i th a mãn c hai m c đích k thu t và chính tr thì đã khơng
thành hi n th c. Các k thu t IMT-DS và IMT-TC ñang ñư c phát tri n b i 3GPP, IMT-MC l i ñư c
ch n phát tri n b i 3GPP2. Sau này IMT-TC ñư c chia làm hai chu n: TDD và TD-SCDMA
- 3GPP: là t ch c nh m phát tri n các tiêu chu n k thu t cho h th ng 3G d a trên giao ti p sóng vơ
tuy n UTRA và lõi m ng GSM c i ti n. H th ng UTRA có hai mode: FDD và TDD. Mode FDD, ñư ng uplink
và downlink s d ng các d i t n s tách bi t nhau. Mode TDD khác so v i mode FDD
m t t n s sóng mang

ch nó s d ng cùng

c hai ñư ng uplink và downlink.

+ mode FDD, ñư ng uplink và downlink s d ng các d i t n s tách bi t nhau. Các sóng mang
có đ r ng băng t n là 5MHz. M i sóng mang l i đư c chia thành các khung 10-ms, m i khung ch a 15 khe th i
gian. T c ñ chip c a UTRAN là 3.84Mcps.


5
+ mode TDD: 15 khe th i gian c a m t khung có th đư c phân b đ ng cho đư ng uplink và
downlink, vì th dung lư ng kênh c a các đư ng này có th khác nhau. T c ñ chip c a m t mode TDD thơng
thư ng là 3.84Mcps.
Ngồi ra cịn có phiên b n TDD băng thông h p là TD-SCDMA. Đ r ng băng thơng sóng mang
1.6MHz, t c đ chip là 1.28Mcps
- 3GPP2: là t ch c phát tri n h th ng CDMA2000 d a trên công ngh WCDMA.
CDMA2000 có t c đ chip khơng c đ nh, có th thay ñ i theo b i s c a 1.2288 Mcps (t i ña là 12)
cho t c ñ chip t i ña là 14.7456 Mcps. Băng t n ñư c c p phép (5 MHz) s ñư c chia thành m t s băng t n
sóng mang h p (1.25 MHz). H th ng CDMA2000 truy n th ng s chia băng t n thành 3 sóng mang (3x mode).
- Các giai ño n phát tri n h th ng lên 3G.

Hình 1.6. Các giai đo n phát tri n lên 3G.
1.2. T ng quan công ngh chuy n m ch nhãn MPLS.
M ng MPLS là s k th a và k t h p c a ñ nh tuy n thông minh trong m ng IP và chuy n m ch t c ñ
cao trong m ng ATM, có c đ nh tuy n

l p 3 (IP) và chuy n m ch

l p 2 (VPI/VCI c a ATM).

MPLS là cơ ch chuy n m ch nhãn do Cisco phát tri n và ñư c IETF chu n hóa, h tr kh năng
chuy n m ch, đ nh tuy n lu ng thông tin m t cách hi u qu .

đây, tơi s tìm hi u các v n ñ sau:

- Gi i thi u: MPLS ra ñ i v i ý tư ng dùng nhãn ñ chuy n m ch. Nó đã gi i quy t và kh c ph c
nh ng h n ch mà các m ng trư c đây v n cịn t n t i như: T c đ , băng thơng khơng h u ích, tr ...
- Các khái ni m trong MPLS:

đây, tơi s tìm hi u các khái ni m v nhãn, Ngăn x p nhãn, B ñ nh

tuy n chuy n ti p nhãn LSR, L p chuy n ti p tương ñương FEC, B ng chuy n ti p chuy n m ch nhãn, Đư ng
chuy n m ch nhãn LSP, Cơ s thơng tin nhãn, Gói tin gán nhãn, Phân ph i và n ñ nh nhãn.
- Thi t b LSR: là b ñ nh tuy n chuy n m ch nhãn, nó th c hi n ch c năng chuy n ti p gói thơng tin
trong ph m vi m ng MPLS b ng th t c phân ph i nhãn.
- Ho t ñ ng c a MPLS:
MPLS cung c p chuy n m ch ñ nh hư ng liên k t. Trong đó, dịng d li u s liên h v i nhãn. Các gói
s ñư c chuy n ti p d a trên nhãn c a chúng. Chi u dài c a nhãn ng n và xác ñ nh. Các router trao ñ i nhãn v i
nhau và các thông tin liên quan.
- Các giao th c cơ b n trong MPLS: Các giao th c này bao g m:


6
+ Đi u khi n gán nhãn ñ c l p và theo yêu c u
+ Phát hi n và ch ng vòng l p
+ Giao th c phân ph i nhãn LPD
+ Giao th c MPLS-BGP
1.3. K t lu n.

7
CHƯƠNG 2
NG D NG MPLS TRONG M NG 3G
2.1. Gi i thi u chung
Ngày nay, nhi u nhà khai thác m ng GSM ho c CDMA nâng c p các m ng 2G hi n t i cung c p các
d ch v t c ñ cao s d ng EDGE, GPRS, 1xRTT, EV-DO, ho c các công ngh WLAN như Wi-Fi. Nh ng d ch
v này yêu c u các thi t b , các d ng truy n d n khác nhau, th i gian tri n khai lâu và t n kém.
Trong quá trình phát tri n t 2G sang 2.5G và 3G, k thu t ATM là gi i pháp cho vi c tích h p tho i, d
li u và video. Tuy nhiên gi i pháp này l i không t i ưu cho vi c tăng t c ñ trong các m ng di ñ ng trong khi
các m ng 2G TDM v n ñang ñư c duy trì. Chuy n ñ i các m ng 2G và 3G sang m ng chuy n m ch gói
IP/MPLS s là gi i pháp đ gi m giá thành và s d ng l i các thi t b TDM ñã ñ u tư.
Ki n trúc m ng 2G TDM: D li u tho i s ñư c chuy n t các tr m thu/phát BTS (Base Transceiver
Station) t i biên m ng RAN, qua ph n lõi RAN (BSC) ñ n MSC và c ng GMSC, cu i cùng chuy n vào m ng
chuy n m ch công c ng PSTN.
Ki n trúc m ng 3G: ph n m ng RAN s mang các tín hi u tho i 2G s d ng k thu t TDM và tín hi u
tho i theo chu n 3G s d ng k thu t ATM. Mơ hình này s d ng thêm m t c ng MGW th c hi n ch c năng
chuy n ñ i tín hi u tho i trên ATM (voice-over-ATM) sang TDM và m t vài tín hi u báo hi u. Các tín hi u sau
MGW đư c chuy n đ n MSC ti p t c x lí. Các tr m RNC là phiên b n 3G c a BSC th c hi n ch c năng ñ nh
tuy n các cu c g i và ñi u ch nh băng thơng.
M ng di đ ng là 3G th h th 4 phân tách ch c năng ph n k t n i gi a các MGW thành ph n ñi u
khi n và ph n d li u. Ph n ñi u khi n d a trên n n IP và báo hi u s 7 (SS7) th c hi n qua các máy ch MSC.
Ph n d li u có th qu n lí các lu ng TDM, ATM, ho c IP. V i c u hình m ng này, tho i 3G khơng cịn đư c
x lí t i MSC n a, do đó cho phép lo i b hoàn toàn các MSC truy n th ng có chi phí v n hành cao sang s
d ng VoIP.
Chu n 3G th h th năm và cao hơn s d ng k thu t IP/MPLS cho ph n k t n i gi a BTS/Node B ñ n
BSC/RNC (RAN edge), cu i cùng IP/MPLS tr thành công ngh truy n d li u chính trong ki n trúc RAN.
2.2. Các thành ph n chính c a m ng truy n d n vơ tuy n:

Hình 2.7: M ng thơng tin di đ ng ph n vơ tuy n
M ng truy n d n vơ tuy n có th ñư c chia thành 3 ph n chính: m ng truy c p, m ng ñ nh tuy n, và

m ng chuy n t i (Hình 2.7), k t n i theo hai d ng chính: m t là k t n i ñi m-ñi m gi a thi t b truy n tin n i


8
ñ n các vùng riêng, và gi a thi t b truy n tin n i ñ n các vùng trung tâm ñ truy n t i Abis, Iub và S1. M t
d ng k t n i ñi m-ñi m khác gi a các thi t b truy n tin/giao ti p n i ñ n hai eNB ñ truy n t i X2. Đ ng h h
th ng và ñ ng b th i gian là các y u t quan tr ng quy t ñ nh vi c ch n l a công ngh /nhà cung c p m ng
truy n d n di ñ ng, ñ c bi t là v i chu n LTE b i vì cơng ngh này khơng ch địi h i ñ ng b t n s ñ ng h
chính xác, mà cịn c n đ ng b c v th i gian.
2.3. Truy n d n IP trong m ng 3G d a trên n n MPLS.
2.3.1. Gi i thi u:
M ng di đ ng khơng dây th h th ba cung c p m t lo t các d ch v ña phương ti n ñ truy n tho i, d
li u, hình nh, video. Đ cung c p ñư c các d ch v này, yêu c u các m ng ph i h tr ña d ng nhi u l p lưu
lư ng truy n d li u và các yêu c u v QoS như t c ñ d li u, t l bit l i, ñ tr , …
Các gi i pháp truy n d a trên n n IP ñang g p m t s khó khăn đ đáp ng các u c u m ng vơ tuy n
3G, các u c u đ i v i tr , trư t thông tin, t l m t gói trong q trình truy n d li u. Các gi i pháp truy n tin
trên n n IP c n ñư c nâng c p nh m ñáp ng các yêu c u v QoS. Hi u su t truy n tin trong gi i pháp IP cũng là
m t v n ñ r t quan tr ng. Do RTP/UDP/IP header có kích thư c l n (kho ng 60 byte) so v i kích thư c c a
ATM (5 byte) nên quá trình truy n thơng tin mào đ u d ch v tho i c a nó s cao hơn so v i ATM.
2.3.2. MPLS trong RAN:
Nh m đ m b o tính hi u qu trong vi c ñi u khi n các ñư ng d n LSPs, m i LSP s ñư c gán m t ho c
nhi u các thu c tính nh m h tr trong vi c xem xét, tính tốn các đư ng đi c a gói tin. Các thu c tính này có
th s d ng v i đ nh tuy n CBR (Constrained-based routing) đ tính tốn đư ng đi cho các LSPs.
V i CBR offline, máy ch tính tốn đư ng đi cho LSPs đ nh kỳ (ví d như hàng gi ho c hàng ngày,..).
Các LSPs sau đó đư c c u hình đ ñi theo nh ng ñư ng truy n ñã ñư c tính tốn xác đ nh.
Các CBR online đư c s d ng đ tính tốn l i các tuy n đ ng nh m thích nghi các thay đ i băng thông
c a các LSP và các l i ñư ng truy n.
IETF ñ xu t hai d ng LSP là E-LSP và L-LSP ñ h tr DiffServ trong MPLS.
2.3.2.1. E-LSP:
E-LSP đơn ch có th h tr cho t i đa 8 l p QoS, trong đó ch h tr hai l p QoS trong mi n ATM.

2.3.2.2. L-LSP:
L-LSP ñư c s d ng khi c n h tr cho hơn 8 l p QoS (ho c nhi u hơn hai l p QoS ñ i v i ATM).
2.3.3. Mơ hình truy n d n d a trên MPLS:
2.3.3.1. T ng quan v truy n d n MPLS:
Cách b trí (layout) và c u trúc liên k t (topology) c a m ng truy n d n vô tuy n cho phép xây d ng
nhi u mơ hình khác nhau c a các d ch v truy n d n d a trên n n IP. T t c các mơ hình này có th đư c mơ t
b i m t mơ hình chung mà t i đó BS và RNC ñư c k t n i v i nhau thông qua m t m ng IP. Khi truy n d n IP
ñư c xây d ng d a trên k thu t MPLS, các router ñ u là các router chuy n m ch nhãn và m ng truy n d n IP
tương thích v i MPLS.
Mơ hình đ xu t là mơ hình m ng truy n d n UTRAN s d ng chuy n m ch nhãn trong m ng h tr
MPLS. Mơ hình này khác v i mơ hình m ng truy n d n UTRAN s d ng chuy n m ch gói IP thơng thư ng. Mơ
hình này g m hai ph n:
-

Ph n th nh t t p trung vào vi c thi t l p và qu n lý các LSP.


9
-

Ph n th hai xây d ng phương th c g i các gói tin thơng qua các LSP.

Vi c truy n d li u t RNC ñ n BS (downlink) và t BS ñ n RNC (uplink) ñư c th c hi n b i các LSP
riêng bi t. Các m ng truy n d n downlink và uplink có th đư c xem như hai m ng o riêng bi t, cung c p các
lu ng d li u có lưu lư ng b t đ i x ng cho hai hư ng m t cách linh ho t. Có hai cách xây d ng đ cung c p
d ch v QoS khác nhau trong m ng truy n d n vô tuy n 3G-RAN trên n n MPLS (Hình 2.11):
+ Cách 1: S d ng m t LSP ñ k t n i m i BS ñ n RNC. Các l p lưu lư ng d li u c a m t BS ñư c
mang trong m t LSP.
+ Cách 2: S d ng nhi u LSP ñ k t n i BS ñ n RNC. M i LSP mang m t l p lưu lư ng.

Hình 2.11. Các LSP trong RAN
2.3.3.2. Mơ hình giao th c:
Các lu ng d li u c a ph n d li u và giao th c ng d ng ph n ñi u khi n c a l p m ng vơ tuy n đ u
đư c chuy n đi b i các LSP ph n d li u c a l p m ng truy n d n.

Hình 2.12. Mơ hình l p giao th c c a m ng RAN trên n n MPLS
2.3.3.3. LSP ñơn cho m i BS:
M t LSP ñơn ñư c thi t l p ñ k t n i m i BS ñ n RNC. Lu ng thông tin t ng h p c a m t BS, bao
g m t t c các l p, ñư c chuy n ñi trong m t LSP. Gi i pháp này có th đư c th c hi n theo mơ hình E-LSP.
2.3.3.4. Đa LSP cho m i BS:
Các LSP ñư c thi t l p ñ k t n i m i BS ñ n RNC. M i LSP mang m t l p lu ng d li u. Gi i pháp
này có th đư c th c hi n theo mơ hình L-LSP.


10
2.3.4. D phòng ngu n tài nguyên m ng.
Trong m ng 3G-RAN trên n n MPLS, d phòng tài nguyên m ng có th th c hi n theo hai m c: d
phịng băng thơng LSP và d phịng m c m ng truy n d n. Các tuy n cho LSP đư c tính tốn s d ng CBR v i
các ràng bu c băng thông.
2.4.

ng d ng MPLS trong lõi m ng UMTS 3G.

2.4.1. Gi i thi u.
Đ truy n gói d li u, yêu c u ph i có ph n m r ng GTP, UDP, và ph n mào ñ u IP (40 byte). V i các
gói d li u nh , d li u mào ñ u c n truy n ñi s r t l n.
Đ kh c ph c ñư c nh ng h n ch trên, đ xu t tích h p k thu t MPLS vào m ng lõi 3G UMTS.
Chúng ta s s d ng m t kênh MPLS (MPLS tunnel) như m t cơ ch chuy n t i s d ng các nhãn MPLS hai
m c ñ thay th kênh GTP.

ng d ng k thu t MPLS cũng giúp kh năng cân b ng t i t t hơn, cung c p d ch v

linh ho t hơn, h tr QoS t t hơn.
2.4.2. Các gi i pháp c i thi n kh năng làm vi c c a m ng IP:
Đ c i thi n kh năng làm vi c c a m ng IP, 3GPP ñưa ra k thu t GTP chu n (standard GTP) và K
thu t GTP c i ti n (Enhanced-GTP) ñư c ñưa ra ñ c i thi n hi u su t truy n d n.
2.4.2.1. GTP chu n:
3GPP ñ nh nghĩa kênh GTP như là l p v n chuy n gi a RNC và GGSN. Đ i v i RNC-SGSN GTP-U
tunnel và SGSN-GGSN GTP-U tunnel như (hình 2.13), yêu c u ph i truy n d li u mào ñ u g m m t GTP-U
header (12 bytes), m t UDP header (8 bytes), và m t IP header (20 bytes). T ng c ng 40 bytes d li u mào đ u
đư c đính kèm vào. V i nh ng gói tin ng n, ch ng h n như d li u VoIP, hi u su t c a phương pháp truy n này
r t th p.

Hình 2.13: Cơ ch truy n kênh GTP
2.4.2.2. GTP c i ti n:
Mơ hình GTP c i ti n kh c ph c ñư c h n ch yêu c u quá nhi u d li u mào ñ u c a mơ hình GTP
chu n. Tuy nhiên, m c đ c i thi n kh năng làm vi c không nhi u, b i vì nó v n c n m t mào ñ u IP m r ng
20 bytes.
2.4.2.3. Gi i pháp kh c ph c:
Cơ ch truy n kênh MPLS (MPLS-tunnel) v i các nhãn MPLS hai m c (8 bytes) ñư c s d ng ñ thay
th cơ ch truy n tin theo kênh GTP (GTP-tunnel).
+ Giao th c ph n ñi u khi n: Đ h tr giao th c này, các thi t b RNC, SGSN, và GGSN ph i h tr
MPLS. Đ h tr nh ng node này, chúng ta s ph i thêm vào m t s ngăn x p giao th c ph n đi u khi n. Hình
2.14 trình bày cách thêm các ngăn x p giao th c này vào m ng lõi.


11

Hình 2.14: Các ngăn x p giao th c ph n ñi u khi n v i các ngăn x p thêm vào
B. Th t c kích ho t n i dung PDP s a ñ i (modified PDP):

Sau khi RNC, SGSN, và GGSN trao đ i thơng tin đ nh tuy n v i các router trung gian (intermediate
router), chúng t o ra 3 kênh MPLS m t chi u (one-directional MPLS tunnel) tương ng. Cu i cùng, SGSN ph i
ghi nh n đư c băng thơng kh d ng cho m i kênh MPLS ñ ñ y nhanh q trình kích ho t n i dung PDP. Th
t c kích ho t di n ra như hình 2.15
C. Giao th c ph n khách hàng (user plane):
Sau khi m t thi t b c a khách hàng UE (User Equipment) k t n i vào m ng và th t c kích ho t n i
dung PDP đã ñư c ti n hành, các gói tin có th ñư c truy n t UE ñ n PDN (Packet Data Network), thông qua
RNC, SGSN, và GGSN.Giao th c ph n khách hàng t i ch ñ s d ng MPLS như hình 2.16.
D. Cơ ch h tr QoS:
Cơ ch h tr QoS (QoS supporting mechanism) c a kênh MPLS như

hình 2.17. Khi m t gói PDP đưa

đ n RNC ho c GGSN, q trình phân lo i gói s ñư c th c hi n và xác ñ nh kênh MPLS tương ng.
Các gói tin đã g n nhãn s ñư c chuy n ñi qua m t nhãn ngồi (outer-label) thay vì s d ng mào đ u IP
(IP header). T i RNC, SGSN, và GGSN, các gói g n nhãn ñư c phân lo i qua nhãn n i (inner-label) thay vì s
d ng mào đ u GTP. Quá trình truy n tin theo cách này s khơng c n đ n mào đ u GTP, UDP. Vì th chúng ta có
th s d ng các nhãn hai m c kích thư c 8 bytes đ thay th cho các mào ñ u IP/UDP/GTP truy n th ng (40
bytes) mà v n duy trì đư c cùng m t ch c năng, giúp gi m ñư c q trình truy n các mào đ u nâng cao hi u qu
truy n d n.

Hình 2.16: Giao th c ph n khách hàng trong ch ñ s d ng MPLS


12

Hình 2.17: Cơ ch h tr QoS kênh MPLS
2.4.2.4. Đánh giá:
Ki n trúc m ng trên n n MPLS không ch gi m dung lư ng mào ñ u ph i truy n t i lõi m ng UMTS
3G, mà còn c i thi n hi u su t truy n tin, cân b ng t i, d ch v cung c p và ch t lư ng d ch v . Ngồi ra, nó cịn

đ y nhanh t c ñ th c hi n các th t c th c hi n m t phiên PDP, khi mà công vi c ñi u hành m ng v n th c
hi n t i SGSN.
A. Hi u su t truy n d n.
Hi u su t truy n d n Et (transmission efficiency) trong các m ng lõi 3G (3G PS-Domain core network)
đư c tính như sau:

Et =

Packet − Length
x100%
( Packet − Length + Tunneling − Overhead )

(2.1)

B. Cân b ng t i:
V i kênh GTP, các gói tin c n ñư c ñ nh tuy n chuy n ñi trên các ñư ng ng n nh t, ho c chi phí truy n
tin nh nh t s khi n khơng đ ngu n tài ngun c n thi t cho q trình truy n gói tin (đ r ng băng thơng
đư ng truy n, khơng gian b đ m d li u ra, phân lo i và ki m tra mào đ u gói tin, …), gây ngh n t i m t s
ñi m nút trong khi các ñư ng truy n ho c node khác v n r i. Ngư c l i, k thu t truy n d n d a trên n n MPLS
s d ng kênh MPLS cho ñ cân b ng t i t t hơn.
2.5. Gi i pháp nâng c p m ng d a trên thi t b TN700 series:
UTStarcom TN700 là th h m i nh t h tr truy n qua Ethernet. V i tính năng h tr MPLS-TP, các
s n ph m series TN700 không ch h tr truy n qua Ethernet mà còn h tr các lu ng d li u thư ng dùng như
ATM, TDM. TN700 h tr phương th c truy n t i ña giao th c cho phép phát tri n m ng thơng tin di đ ng d a
trên n n k thu t chuy n m ch gói.
Thi t b TN700 s d ng công ngh MPLS-TP cho phép các nhà cung c p ñư ng truy n gi m ñáng k
chi phí v n hành b i vì thi t b tiêu th năng lư ng th p hơn, nh g n hơn, s d ng l i ñư c ngu n nhân l c và
kinh nghi m v n hành hi n có.
V i TN700, nhà cung c p ñư ng truy n có ñư c gi i pháp chuy n đ i m ng đi m-đi m hồn ch nh
trong khi v n duy trì k t n i ñ n các m ng lõi IP/MPLS và TDM/SDH/vi ba. TN700 ñáp ng ñư c các yêu c u

13
ñ ng b m ng nghiêm ng t cũng như ñ chính xác r t cao c a h th ng 3G/4G, khơng c n s d ng tín hi u GPS
ho c ngu n ñ ng h trung tâm giúp gi m chi phí v n hành.
2.5.1. M ng truy n d n di ñ ng chu n LTE:
TN700 h tr m ng di ñ ng chu n LTE s d ng L2 trên n n VPLS và VPWS. M ng truy n d n có th
đư c xây d ng s d ng TN703 cho ch c năng truy c p, TN705 cho ch c năng ñ nh tuy n và TN725 cho ch c
năng chuy n t i. M ng này h tr c k t n i S1 (t eNodeB ñ n aWG) và X2 (t eNodeB ñ n eNodeB). Đ tăng
kh năng h th ng, các chuy n m ch ñ nh tuy n ñư c k t n i theo c u trúc liên k t d ng m t lư i.
TN700 s d ng công ngh MPLS-TP. Theo thi t k , MPLS-TP không ph thu c vào l p IP (ho c ñ a
ch ) cho vi c chuy n gói ho c OAM. Thi t l p d ch v VPWS và VPLS khơng u c u thơng tin đ a ch IP. Chi
ti t k thu t này giúp ñơn gi n hóa qui ho ch m ng. V i chu n LTE, Lu ng thông tin S1 I/F s ñ m nh n hơn
95% lưu lư ng m ng (X2 đ m nh n chưa đ n 5%). Cơng ngh truy n d n như MPLS-TP là gi i pháp t i ưu ñ
xây d ng m ng truy n d n di ñ ng theo chu n LTE.
2.5.2. H tr multicast:
TN700 s d ng k t h p H-VPLS và IGMP proxy ñ th c hi n ch c năng multicast. TN700 th c hi n vai
trò c a m ng H-VPLS, trong đó l p chuy n t i (distribution layer) th c hi n ch c năng N-PE, cịn l p đ nh
tuy n/truy c p th c hi n ch c năng U-PE.
2.5.3. Đ ng b ñ ng h m ng:
Các k thu t truy n tin theo phương th c chuy n gói như 3G, HSPA, và LTE u c u đ chính xác cao
c a ñ ng h m ng. TN700 s d ng m t s k thu t ñ ñ m b o tính chính xác và đ ng b này.
V i TN700, nhà khai thác m ng di ñ ng có th l a ch n s d ng đ ng h TDM truy n th ng, n u gói
đư c chuy n qua m ng truy n d n SDH (s d ng byte SSM/S1). V i m ng truy n d n 10GE/Ge đ ng b m ng
có th s d ng ñ ng b Ethernet (Sync Ethernet).
V i nh ng ng d ng trên m ng, yêu c u thông tin v th i gian (th i gian th c) ph i th t chính xác. Tuy
nhiên, ñ ng b Ethernet l i không th chuy n ñư c thông tin “th i gian th c” này. Đ chuy n t i thông tin này,
TN700 s d ng phương th c th i gian trên gói tin ToP (Time over packet) – IEEE 1588v2.
2.5.4. Kh năng làm vi c cùng m ng IP/MPLS:
TN700 ñư c thi t k d a trên k thu t MPLS-TP, tuy nhiên ph n d li u c a MPLS-TP l i v n d a trên

k thu t MPLS. TN700 cung c p kh năng tương thích hồn tồn v i m ng lõi IP/MPLS hi n t i. TN700 ñư c
s d ng t i m i m ng chuy n t i, và s k t n i gi a các m ng này ñư c th c hi n qua m ng lõi IP/MPLS. Ho c
chúng ta có th k t n i t m ng chuy n t i ñ n m ng lõi h th ng thông qua cùng m t lõi m ng IP/MPLS.
2.6. Các c u hình tham kh o cho m ng di ñ ng:
2.6.1.Các c u trúc liên k t c a RAN:
RAN có các c u trúc liên k t t p trung và k t h p. Các c u trúc liên k t này ph i ñư c h tr b i các h
t ng m ng MPLS.
Ki n trúc m ng RAN t p trung có d ng c u trúc hình sao cho phép giao ti p t BS ñ n tr m ñi u khi n
và ngư c l i.
Ki n trúc m ng RAN k t h p có d ng:
-

C u trúc hình sao cho giao ti p t BS ñ n aGW và ngư c l i.

-

C u trúc any-to-any cho giao ti p gi a các BS.


14
2.6.2. C u hình tham kh o cho m ng di đ ng t p trung:
C u hình MPLS thay ñ i tùy theo d ng TNL (Transport network layer) chuy n trên m ng qua giao ti p
Abis/Iub. Có b n d ng TNL (TDM TNL, ATM TNL, HDLC TNL và IP TNL) tùy thu c vào th h c a m ng di
ñ ng, giao ti p ho c các TNL ñư c s d ng gi a BS (BTS ho c NodeB) và tr m ñi u khi n (BSC ho c RNC).
B ng 2.7: Các m ng RAN và TNL tương ng.
M ng

Chu n giao ti p

GSM/GPRS/EDGE

TNL
TDM

(2G/2.5G)
UMTS

R3, R99/R4

ATM

R99/R5, R6, R7

ATM
IP

CDMA 1xRTT

IS-2000

HDLC ho c TDM

CDMA 1x EV-DO

IS-856

IP

Hình 2.28: C u hình tham kh o cho các m ng di ñ ng t p trung v i các c u hình MPLS cho TNL
Hình 2.28 cho th y các c u hình TNL khác nhau s d ng cơng ngh MPLS trong các m ng truy

c p/đ nh tuy n. Đ h tr m i lo i TNL, m ng MPLS có th m r ng t RNC ñ n các node khác trong ph n truy
c p/ñ nh tuy n, như các c u hình (a) đ n (f).
2.6.2.1. Các lo i TNL cho MPLS trong m ng di ñ ng t p trung:
- D ng 1: TDM TNL xác ñ nh l p TDM ñ c trưng trong 2G TNL. TDM TNL qu n lí thi t b RAN n i ñ n qua
giao ti p T1/E1.
- D ng 2: ATM TNL xác ñ nh l p ATM ñ c trưng trong R3/R4 3G TNL. ATM TNL qu n lí thi t b RAN n i
đ n qua giao ti p I.432.3 E1 ho c STM-1.
- D ng 3: IP TNL xác ñ nh l p IP (như trong R5/R6/R7 3G). Nó đ m b o thông tin c a các thi t b t i ph n
m ng RAN s d ng các gói IP. Ch c năng MPLS PE có th truy n lu ng d li u IP s d ng gi i pháp truy n
IPoEthoMPLS (ví d như L2VPN), ho c IPoMPLS (như L3VPN).
- D ng 4: HDLC TNL xác ñ nh l p HDLC ñ c trưng trong CDMA 1x-RTT TNL.


15
2.6.2.2. Các c u hình s d ng MPLS trong m ng di ñ ng t p trung:
T t c các phương th c d a trên n n MPLS th c hi n t i CSG địi h i ph i có cơ ch tương thích t i
MASG nh m có đư c m t giao ti p gi a tr m g c (BS) và RC. Các ch c năng MPLS s d ng linh ho t cho các
d ng TNL khác nhau.
Có nhi u c u hình s d ng MPLS khác nhau tùy thu c vào v trí áp d ng các ch c năng MPLS cũng như
m cñ

ng d ng k thu t MPLS trong m ng truy n d n di ñ ng. Các c u hình (a) đ n (f) hình 2.28 cho th y các

c u hình MPLS v i đư ng truy n o ñơn tuy n SS PW (Single Segment Pseudowire) (như c u hình (a) đ n (d))
ho c ñư ng truy n o ña tuy n MS PW (Multi-Segment Pseudowire) (như c u hình (e) đ n (f)) t i m ng truy
c p và m ng ñ nh tuy n.
V i m i c u hình MPLS, m t mơ hình chung d a trên L2VPN có th ñư c s d ng gi a b t kỳ các
router MPLS. L2VPN có th d a trên VPWS ho c VPLS trong m ng ñ nh tuy n, ho c t i AN. Mơ hình chung
này tách bi t c a các ph n ñi u khi n .
V i các c u hình (e) và (f) các ñư ng truy n o (PW) gi a các thi t b trong m ng truy c p ñư c xây

d ng b ng cách n i tr c ti p v i nhau (khơng có thi t b nào khác n i gi a hai thi t b c n thi t l p PW) gi a
CSG và EN (c u hình e) ho c CSG và AN (c u hình f), và đư c chuy n qua m t l p v t lý có băng thơng b h n
ch .
ng v i m i c u hình MPLS , yêu c u ph i b sung m t s ngăn x p giao th c t i các node m ng truy
c p/ñ nh tuy n tương ng ñ chuy n TNL. IP TNL s truy n qua giao th c l p 2 sau đó qua l p 1. Ph n này
trình bày v các ngăn x p giao th c (protocol stack) t i các node m ng truy c p/ñ nh tuy n ñ chuy n t i TNL
cho m i c u hình MPLS đã trình bày.
2.6.3. C u hình tham kh o cho m ng di ñ ng k t h p:
IP TNL là d ng TNL ñư c s d ng riêng trong các m ng di ñ ng k t h p (LTE, di ñ ng WiMAX,
HSPA+ flat, và UMB). Có hai gi i pháp có th đư c s d ng ñ truy n IP TNL trong các m ng truy c p/ñ nh
tuy n/m ng lõi: L2VPN MPLS và L3VPN MPLS.
2.6.3.1. L2VPN MPLS:
Hình 2.37 mơ t c u hình tham kh o m ng di đ ng k t h p s d ng L2VPN MPLS, ñ chuy n t i IP
TNL qua giao ti p gi a BS và aGW, và giao ti p gi a các BS.

Hình 2.37: C u hình tham kh o cho các m ng di ñ ng k t h p v i L2VPN MPLS


16
2.6.3.2. L3VPN MPLS:

Hình 2.38: C u hình tham kh o cho các m ng di ñ ng k t h p v i L3VPN MPLS truy n trong các m ng truy
c p (tùy ch n) / ñ nh tuy n / m ng lõi.
Hình 2.38 mơ t c u hình tham kh o cho m ng di đ ng k t h p s d ng L3VPN MPLS, ñ chuy n t i IP
TNL qua giao ti p gi a BS và aGW, và giao ti p gi a các BS.
K t n i gi a CSG và L3VPN trong m ng truy c p có th đư c th c hi n b ng m t k thu t l p 2 truy n
th ng, ho c ch n l a gi a VPWS hay VPLS.
2.7. Nh ng yêu c u chung cho m ng truy n d n di ñ ng MPLS.
2.7.1. Nh ng yêu c u v k thu t lu ng và QoS:
Nh ng yêu c u v QoS ñ t ñư c nh s d ng các k thu t lu ng và ñ nh tuy n, trong khi v n tránh ñư c

quá t i trong m ng MPLS.
2.7.2. T i ưu hóa ña ñư ng (multi-path):
M ng truy c p ph i h tr kh năng ña ñư ng ñ t i ưu hóa băng thơng chuy n tín hi u nh n t CSG
(có th là m t giao ti p SHDSL và m t giao ti p ADSL2+) ho c n u CSG ñư c n i ñ n hai m ng truy c p khác
nhau (như m t giao ti p ADSL2+ và m t giao ti p MW).
2.8. K t lu n:
Trong chương 2 chúng ta đã tìm hi u ki n trúc cơ b n c a m t m ng 3G ng d ng trên n n MPLS t i
ph n vô tuy n, lõi m ng, và các giao th c ñi u khi n. Vi c c i ti n nâng c p m ng 3G s d ng ñ nh tuy n IP
truy n th ng sang đ nh tuy n MPLS khơng nh t thi t ph i th c hi n c i ti n ñ ng b t i t t c các thành ph n
trong m ng IP. Đ th c hi n nâng c p m ng 3G hi n t i sang s d ng ñ nh tuy n MPLS, c n có nhi u nghiên
c u ñánh giá th c tr ng chi ti t ñ l p d án đ u tư thích h p.Vi c c i ti n nâng c p m ng 3G hi n t i ñ c i
thi n chât lư ng d ch v c n ph i có gi i pháp ñ ng b c ph n c ng và ph n m m.


17
CHƯƠNG 3
Đ NH TUY N QoS TRONG M NG MPLS
3.1. M đ u:
Vi c tìm ki m m t đư ng d n trong m ng nh m h tr truy n thông tin k t n i m i ñ m b o các thông
s ch t lư ng như: băng thơng, đ tr truy n d n là nhi m v c a k thu t ñ nh tuy n QoS. K thu t này ñư c
ñưa ra nh m h tr cho m ng IP d a trên k thu t chuy n nhãn ñi như MPLS hay GMPLS.
3.2. Gi i thi u chung:
Trong nh ng năm g n đây, Internet đã có bư c phát tri n r t n tư ng. Nh ng m ng t c ñ cao ñư c s
d ng nh m h tr m t lo t các ng d ng ña phương ti n th i gian th c. Tuy nhiên, ki n trúc c a m ng Internet
hi n nay ch h tr d ch v “best effort”. Nó khơng đáp ng đư c cho các m ng tích h p d ch v ñư c thi t k
ñ mang các lo i thơng tin khác nhau. Đ có ñư c s ñ m b o trong ho t ñ ng ñ u cu i – ñ u cu i (ñ m b o các
v n ñ như tr , trư t, t c ñ …), c n thi t ph i có m t vài k thu t t i ưu tài nguyên trong m ng.
G n ñây ñã có nh ng n l c quan tr ng nh m nâng c p ki n trúc ñ nh tuy n và các giao th c ñ nh tuy n
IP. Cơng vi c này đư c th c hi n b ng cách cung c p thêm cho chúng nh ng ch c năng m i ñư c h tr b i
MPLS.

M c đích c a thu t tốn ñ nh tuy n QoS là:
•

Th a mãn nh ng yêu c u v ch t lư ng d ch v cho m i k t n i ñư c ch p nh n.

•

Đ t đư c hi u qu trong vi c t n d ng tài nguyên.

3.3. Đ nh tuy n QoS:
Khái ni m QoS liên quan ñ n vi c cân b ng ho t ñ ng gi a ngư i cung c p d ch v internet và các ng
d ng khác. Các thông s b t bu c c a QoS trên m t liên k t đơn đó là:
•

Đ m b o lư ng băng thơng t i thi u.

•

Đ tr cũng như đ trư t l n nh t còn ch p nh n đư c.

•

T l m t thơng tin l n nh t cịn ch p nh n đư c.

M c ñích chính c a ñ nh tuy n QoS là xác đ nh m t đư ng d n có th ñ m b o ñư c nh ng yêu c u b t
bu c trên.
3.3.1. Thu t toán Min-Hop (MHA):
Thu t tốn Min-Hop đ nh tuy n m t k t n i d c theo ñư ng d n ti n đ n node đích b ng cách s d ng
m t s ít nh t các liên k t kh thi.
Quá trình này th c hi n d a trên cơ s thu t toán Dijkstra. Tuy nhiên, vi c s d ng MHA có th d n đ n

khó khăn trong truy c p khi x y ra ngh n m ch vì s x y ra quá t i trên m t vài liên k t có t n d ng tài nguyên.
3.3.2. Thu t tốn WSP:
WSP đư c đưa ra nh m c i thi n thu t toán MHA v i m c ñích cân b ng t i trên m ng. Trên th c t ,
WSP ch n m t ñư ng d n kh thi v i lư ng Hop nh nh t và n u có nhi u đư ng d n như v y thì đư ng d n
v i lư ng dư th a băng thông l n nh t s ñư c s d ng. Thu t tốn này khơng khuy n khích s d ng cho nh ng
liên k t có lư ng t i l n trong m ng.
Tuy nhiên, WSP v n còn t n t i m t vài h n ch như MHA do vi c ch n nh ng ñư ng d n trong s
nh ng ñư ng d n ng n nh t kh thi ñư c s d ng s b o hòa trư c khi chuy n sang ñư ng d n kh thi m i.


18
3.3.3. Thu t tốn MIRA:
Thu t tốn MIRA xác đ nh m t b ng tư ng thu t tư ng minh v v trí các router vào và ra. M c đích c a
thu t tốn này là đ nh tuy n cho m t k t n i vào đi qua m t đư ng d n có ít s can thi p c a nh ng yêu c u có
th có trong tương lai nh t.
Khi m t cu c g i m i c n ñư c ñ nh tuy n gi a m t c p ngu n và đích (Si,Ti), MIRA s xác đ nh ch s
thi t l p LST c a các liên k t t i h n cho t t c các c p ngu n và đích (Sj,Tj). Tr ng s w c a m i liên k t l s
ñư c thi t l p theo bi u th c sau:
(3.2)

w(1) = ∑ ( ST ):l∈L α ST
3.3.4. Thu t tốn VFD:

Thu t tốn này đư c đ ra nh m gi i quy t nh ng gi i h n c a các thu t toán trư c b ng cách khai thác
t t c các thông tin có th dùng đư c mà chưa đư c s d ng

các thu t toán trư c ho c th m chí chưa đư c xem

xét b i các thu t tốn trư c.
Đ mơ t tình tr ng c a m ng t t hơn và d đốn tình tr ng c a m ng trong tương lai, chúng ta có th

đưa ra thơng tin v topo m ng t i các node vào và ra (s d ng thu t toán MIRA). S li u th ng kê d li u s
ñư c xác ñ nh b ng cách ño t i ñi vào m ng t i m i node ngu n. Thơng tin này đóng vai trị quan tr ng trong
vi c quy t đ nh tuy n các yêu c u ñ n như th nào nh m tránh ngh n m ch.
B ng cách khai thác thơng tin lưu lư ng thu đư c, chúng ta có th d đốn đư c có bao nhiêu k t n i
m i s ñư c t o ra t i m i c p S-T trong tương lai. Các cu c g i này ñư c ñưa vào m ng, chúng s tham gia
cùng v i cu c g i hi n th i ñang ñư c ñ nh tuy n và các cu c g i này ñư c xem như là ñang

trong giai ño n

x lí ñ nh tuy n.
Đ bi t ñư c b ng tư ng thu t v lưu lư ng d li u trong tương lai ñư c ñưa vào m ng, VFD th c hi n
ñ nh tuy n không ch là các cu c g i th c mà cịn đ nh tuy n m t s xác đ nh các cu c g i o. Tính chính xác
c a vi c xác đ nh s li u th ng kê là r t quan tr ng khi th c thi thu t toán VFD. Tuy nhiên ngay c khi s li u
th ng kê lưu lư ng khơng đ t đ xác đ nh cao, thì chúng cũng gi m t lư ng thông tin nhi u hơn so v i thông
tin topo m ng v v trí c a node ngu n và đích đư c khai thác b i thu t toán MIRA. T t c các thông tin v topo
m ng và s li u ư c tính cho t i đư c s d ng ñ xác ñ nh ñư ng d n s s d ng tài nguyên m ng m t cách t t
nh t và t i thi u hóa s lư ng cu c g i b c m. M t ñư ng d n như v y s ho t ñ ng trong VFD dư i thu t toán
FD. Thu t toán này cho phép chúng ta xác ñ nh ñư c tuy n t i ưu nh t cho t t c các d li u vào m ng thông
qua nh ng c p S-T khác nhau.
3.3.4.1. Cu c g i o (Virtual call):
M i cu c g i ñư c ñưa vào m ng dù th t hay o ñ u ñư c ñ c trưng b i ba thơng s sau: (S,T,d). Trong
đó S,T là node ngu n, đích và d là băng thơng u c u. Vi c xác đ nh 3 thơng s này cho m i cu c g i o c n r t
chính xác vì chúng s ph i ph n ánh lưu lư ng ñ ng ñ t vào m ng càng chính xác càng t t. Hơn th n a, chúng
ta c n xác ñ nh c n phát ra bao nhiêu cu c g i o, u c u c p ngu n/đích và băng thơng c a các cu c g i như
th nào. Đ x lí v n đ này, chúng ta có th d dàng xác ñ nh và phân b cho m i c p S-T hai thơng s sau:
•

Lưu lư ng trung bình (αSi,Ti) t i c p S-T th i: là s k t n i trung bình đi vào thơng qua node Si
trong kho ng th i gian đi vào m ng ∆t.

19
•

Kh năng phân b băng thơng u c u t i m i c p S-T: là t s gi a s cu c g i nd có băng
thơng u c u d v i t ng s cu c g i N.

N u xem t ng s t i trung bình đi vào m ng là Λ, ta có:
Λ=

∑

Si −Ti

λ Si ,Ti

(3.3)

T đó, chúng ta s xác đ nh ñư c xác su t PSi,Ti nh n m t cu c g i gi a c p node S-T như sau:
PSi,Ti =

∑

A ni
n!

(3.4)

Xác su t có m t yêu c u v i băng thông d
Pdi =

node th i là Pdi s đư c ư c tính như sau:

nd
N

(3.5)

Các thơng s (Si,Ti,di) s xác đ nh hồn tồn nh ng cu c g i o. Các thông s này ñư c xác ñ nh m t
cách ng u nhiên tùy thu c vào PSi,Ti ñư c cho

trên.

Các cu c g i o s ñư c ñ nh tuy n cùng v i các cu c g i th c. Vi c xác ñ nh các cu c g i th c tương
t như các cu c g i o và chúng ñư c ñ c trưng b i các thơng s (SR,TR,dR). Thu t tốn VFD s ch c ch n t i
ưu hóa lu ng d li u.
Đ xác đ nh thơng s Nv c a cu c g i o, chúng ta s xét hai ti n trình như sau:
•

Đ u tiên xác đ nh b n tư ng thu t v s thay ñ i c a t ng lư ng t i trong m ng và ư c tính s
cu c g i trung bình N ñư c ñ nh tuy n trong m ng trong kho ng th i gian Ts. Khi có m t yêu
c u m i ñ n, Nv = [N - NA] thì cu c g i o xu t hi n. Trong đó, NA là s cu c g i Active. Chú ý,
n u NA> N thì khơng t n t i b t c cu c g i o nào.

•

Ti p theo, d a vào s cu c g i Active l n nh t ñư c ñinh tuy n trong m ng, Nmax, s cu c g i
o s đư c xác đ nh b i cơng th c:
Nv = (Nmax - NA)

(3.6)

3.3.4.2. Lưu ñ thu t tốn VFD:
Ho t đ ng c a thu t tốn VFD đư c mơ t

lưu đ (hình 3.1).

Khi có m t yêu c u g i m i, b x lí s thi t l p s hi u Nv cho nh ng cu c g i o là Active. Cu c g i
th c và o sau đó s ñư c ñưa vào m ng. Phương th c ñ nh tuy n lưu lư ng thông tin m i s làm vi c theo hai
bư c:
•

Bư c 1: Xác ñ nh m t lưu lư ng kh thi ban ñ u. Các cu c g i s ñư c ñ nh tuy n t ng cu c
m t b t ñ u là cu c g i th c. M t cu c g i s ñư c xem là Active n u tìm th y m t đư ng d n
là kh thi và s là Non-Active n u khơng tìm th y m t đư ng d n kh thi. Bư c này s ñư c l p
ñi l p l i cho ñ n khi t t c các cu c g i ñ u ñư c xem xét. Công vi c này s d ng l i n u cu c
g i th c không ñư c ñ nh tuy n.

•

Bư c 2: T i ưu hóa t t c các cu c g i Active b ng thu t toán FD.


20
Sau đó, bư c m t đư c s d ng l p l i cho t t c các cu c g i là Non-Active. N u có ít nh t m t cu c
g i Non-Active ñư c khai báo là Active, bư c hai s ñư c th c hi n. Cơng vi c này s đư c l p ñi l p l i cho
ñ n khi khơng có cu c g i nào là Active hay bư c m t khơng nh n đư c b t kỳ cu c g i nào là Active. K t qu
sau cùng, cu c g i th c ñã ñư c ñ nh tuy n trên m t ñư ng d n t i ưu.
Cu c g i
th c

Nh p s
cu c g i o

T i ñư c ñưa vào m ng.
T t c các cu c g i là
NON ACTIVE

Tìm đư ng d n ng n nh t
cho m i cu c g i

Bư c 1

Cu c g i là
ACTIVE ?

No

END

Yes
T i ưu hóa lu ng
cho các cu c g i

Bư c 2

Yes

Cu c g i là

No

NON ACTIVE ?

END

Hình 3.1. Lưu đ thu t tốn VFD
bư c m t xác đ nh b i thu t tốn Dijsktra đư c đưa vào m ng là nơi có

Dịng d li u kh thi mô t

tr ng s c a k t n i ph n nh ñư c s t n d ng kênh th c. Cho m i liên k t, m t tr ng s wij ñư c xác ñ nh như
sau:
wij =

C

ij

1
−

F

(4.6)
ij

Tr ng s này s ñư c gán và c p nh t thư ng xuyên t i m i quá trình l p.
Đo n chương trình sau mơ t thu t tốn VFD. Trong đó, m t c s đư c đưa vào b ng mô t k t n i
nh m xác ñ nh tính Active hay Non-Active c a liên k t.

For( ∀ connection(Sk,Tk,flagk))
Flagk=NON ACTIVE
End for


21
Do
For( ∀ connection(Sk,Tk,dk,flagk=NON ACTIVE))
For( ∀ link lij)
Weight assignment:

1
if Fij < Cij
Cij − Fij
wij = ∞ if Fij = Cij
wij =

end for
execution of Dijsktra Shortest Path Algorithm:
if ( ∃ a path between Sk and Tk with bandwidth dk)
update Fij and memorize the path
flagk = ACTIVE
end if
end for
for( ∀ connection(Sk,Tk,dk,flagk=ACTIVE))
execution of the flow deviation method
end for
while(in the last iteration at least one flagk has been set to ACTIVE )
3.3.4.3. Phương th c FD:
Trong ph n này s tìm hi u thu t toán FD. Đây là thu t toán cho phép xác ñ nh tuy n t i ưu cho t t c

các lưu lư ng d li u ñư c ñưa vào m ng

các c p đi m ngu n/đích khác nhau.

Như đã bi t, vi c t i ưu hóa ñ nh tuy n ngoài vi c hư ng d li u ñi theo nh ng con ñư ng ng n nh t,
mà cịn quan tâm đ n chi u dài c a m t vài liên k t. Chi u dài liên k t này ph thu c vào dịng d li u đi trên
k t n i. Thơng thư ng vi c t i ưu hóa đ nh tuy n ch ñ t hi u qu khi lu ng d li u ñi d c theo ñư ng d n có
chi u dài ng n nh t xu t hi n ñ u tiên (MFDL) cho m i c p ngu n/đích. Đ nh tuy n s ch ñ t g n t i ưu khi có
lu ng d li u ñi vào ñư ng d n NON-MFDL. V n đ này có th đư c gi i quy t b ng cách d ch lu ng t b t c
đư ng nào sang MFDL. Thu t tốn FD s th c hi n d a trên ý tư ng này. Đ mô t rõ hơn, môt s thơng s s
đư c đưa ra:
•

W: Giá tr thi t l p c a các c p ngu n và đích.

•

dw: lu ng d li u đi vào các c p ngu n và đích (w ∈ W)

•

Pw: giá tr thi t l p t t c các ñư ng d n k t n i tr c ti p c p đi m ngu n và đích w ∈ W.

•

xp: lu ng d li u đi vào đư ng d n p.
Cho:
Topo m ng v i ma tr n dung lư ng liên k t là C = {Cij}
Ma tr n lưu lư ng Γ = { γ ij }

Thu t tốn FD s t i thi u hóa t ng s tr trung bình trong m ng b ng cách ñ nh tuy n m i lu ng d li u
đ u đi trên MFDL. Khi đó, đ tr trung bình trong m ng s là:
D = D=

1

γ

Fij

∑C − F
ij

ij

ij

(3.7)


22
Trong đó:
Fij: lu ng đư c đ nh tuy n trên liên k t (i,j)

γ : t ng s lu ng đi vào m ng
Thu t tốn FD đư c kh i ñ u b ng vi c ñưa ra m t vector ñư ng d n lu ng kh thi x={xp} và tìm ki m
m t đư ng d n MFDL cho m i c p ngu n và ñích.
Đ ñ t ñư c m c ñích, thu t toán FD thi t l p m t tr ng s wij cho liên k t (i,j) và xem đó như là ngu n
g c tái t o giá tr D cùng s liên quan ñ n t c ñ dịng ch y d li u đư c truy n trên liên k t (i,j), Fij. Giá tr này
ñư c xác đ nh d a trên cơ s dịng d li u hi n th i (x).

W = D' (F ) =
ij
ij

Cij
∂D
=
∂F γ (Cij − F )2
ij
ij

(3.8)

{ }

Dòng lưu lư ng s ñư c xác ñ nh b ng cách s d ng thu t tốn đư ng d n ng n nh t. Đ t x = x p là
vector ñư ng d n lưu lư ng, vector này s xác ñ nh n u t t c các lưu lư ng d li u vào dw cho m i c p node
ngu n/đích đư c đ nh tuy n d c theo ñư ng d n MFDL tương ng. Đ ng th i, ñ t α * là kích thư c bư c đ

[

]

c c ti u hóa D x + α ( x − x ) trong s t t c các kh năng có th đư c l a ch n v i α ∈ [0,1] .

[

]

[

(

D x + α * ( x − x) = min D x + α x − x
α ∈[0,1]

)]

(3.9)

Khi đó, thi t l p ñư ng d n lưu lư ng m i s đư c mơ t như sau:

(

)

x p := x p + α * x p − x p ; ∀p ∈ Pw , w ∈ W

(3.10)

Và vi c x lí đư c l p l i. B ng cách thay ñ i tăng d n ñánh d u lưu lư ng trư c đó vào m t lưu lư ng
m i, vi c t i ưu hóa lưu lư ng đánh d u đã đư c thi t l p.
Thu t tốn VFD đư c dùng d a trên s a ñ i l i thu t tốn FD. Trong đó, giá tr α th c hi n trong m i
bư c nh y là nh ng giá tr r i r c [0,1] ñ ñ m b o khơng có dịng lưu lư ng nào b tách ra ñi vào các ñư ng d n
khác nhau.
3.4. K t lu n:
Trong chương này, em đã tìm hi u thu t toán VFD, m t thu t tốn m i c a đ nh tuy n tư ng minh v i
m c đích đ m b o băng thông liên k t trong m ng MPLS. VFD s khai thác thơng tin c a đi m vào và ra trong
m ng và h s th ng kê lu ng d li u. Là m t s ñ i m i c a thu t tốn đ nh tuy n QoS, VFD t o ra m t s l a
ch n đư ng d n khơng nh ng d a trên tình tr ng hi n th i c a m ng mà còn d a trên ư c tính s thay đ i và gia

tăng lư ng thơng tin trong tương lai. VFD cho phép đ t ñư c k t n i v i kh năng lo i b liên k t nh hơn so
v i các thu t tốn đ nh tuy n đang đư c s d ng hi n nay, nó đ c bi t có hi u qu đ i v i nh ng m ng có lu ng
khơng cân b ng t i m i node vào.


23
CHƯƠNG 4
MƠ PH NG THU T TỐN
D a vào thu t tốn VFD, tơi đã s d ng các cơng th c tính đ tr , chi u dài liên k t và xác su t lo i tin
đ tính toán và so sánh k t qu mà VFD mang l i v i k t qu khi s d ng thu t tốn Dijsktra. Sau đây là nh ng
k t qu ñ t ñư c cho m t m ng g m 7 node v i kho ng cách Xij gi a các node i và j cho trư c. K t qu c a vi c
xác ñ nh ñư ng d n ng n nh t t ñi m ngu n đ n đi m đích đư c mơ t như hình 4.1.

Hình 4.1: Xác đ nh đư ng d n ng n nh t
D a vào k t qu thu đư c, ta s tính tốn xác ñ nh các thông s QoS như: chi u dài liên k t, ñ tr ñ nh
tuy n và xác su t lo i b tin theo các công th c sau:
•

Chi u dài liên k t:
Msglen
c
linklen =
2
f 

1 −

c 


•

Đ tr đ nh tuy n:
Msglen
c
f
1−
c

Dtr =
•

(4.1)

(4.2)

fi * Π i
Λ

(4.3)

Xác su t lo i tin:
P=

∑

Trong đó:
c: Dung lư ng liên k t.

24
f: T i ñưa vào m ng.

Λ : T ng lư ng t i ñưa vào m ng.
Msglen: Chi u dài l p tin.
K t qu tính tốn trên các tuy n đư c xác đ nh

hình 4.2 và hình 4.3.

Hình 4.2: Tính tốn thơng s QoS khơng có t i s n trong m ng

Hình 4.3: Tính tốn thơng s QoS có t i s n trong m ng


25
Đ th xác ñ nh chi u dài tin, ñ tr và xác su t lo i tin theo lư ng t i đưa vào tương ng đư c cho
hình 4.4 và hình 4.5.

Hình 4.4: Đ th xác đ nh thơng s QoS khơng có t i s n trong m ng

Hình 4.5: Đ th xác đ nh thơng s QoS có t i s n trong m ng