Điều khiển lưu lượng và tắc nghẽn trong mạng ATM, chương 10 ppsx

Chương 10: Các phương pháp điều khiển
lưu lượng
2.1 Điều khiển thông số sử dụng(UPC) và điều khiển
thông số mạng(NPC):
Điều khiển thông số sử dụng và điều khiển thông số mạng
thực hiện các chức năng giống nhau nhưng tại các giao diện
khác nhau: chức năng UPC được thực hiện tại UNI và NPC được
thực hiện tại NNI. Do có sự giống nhau trong các chức năng
được thực hiện nên trong phần này ta chỉ xem xét UPC còn đối
với NPC cũng có các kết luận tương tự.
2.1.1 Chức năng UPC:
Điều khiển thông số sử dung được đònh nghóa là tập hợp các
thao tác của mạng để giám sát và điều khiển lưu lượng trên cơ
sở giá trò lưu lượng đã được thỏa thuận và tính hợp lệ của việc
đònh tuyến tế bào tại các điểm truy nhập của người sử dụng.
Mục đích chính là để bảo vệ tài nguyên mạng, tránh các thao
tác nhầm lẫn có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng dòch vụ của
các kết nối khác đã được thiết lập. UPC thực hiện việc phát
hiện các vi phạm đối với các thông số đã được thỏa thuận và
trên cơ sở đó sẽ xử lý các tế bào vi phạm theo một trong các
cách sau:
+ Đánh dấu(tagging) tế bào: đặt bit CLP trong phần mào đầu
của tế bào vi phạm là 1 bất chấp giá trò đã được đặt trước đó bởi
người sử dụng và tiếp tục truyền tế bào này. Nếu sau đó gặp tắc
nghẽn tế bào này sẽ bò loại bỏ trước.
+ Loại bỏ(discard) tế bào: loại bỏ tế bào không phù hợp ngay
tại nút mạng.
+ Xóa bỏ kết nối: xóa bỏ hoàn toàn kết nối.
Thao tác đơn giản nhất là loại bỏ các tế bào không phù hợp.
Trong trường hợp này mục đích là để người sử dụng không bao
giờ có thể tập hợp nhiều hơn giá trò được phép đưa vào mạng.

Một phương án dễ chòu hơn cho khách hàng la đánh dấu tế
bào vi phạm. Nếu như không xảy ra tắc nghẽn trong mạng các
tế bào này có thể được truyền đến đầu thu; trong trường hợp xảy
ra tắc nghẽn các tế bào này sẽ bò loại bỏ đầu tiên. Phương án
này cũng có lợi cho nhà khai thác mạng vì việc truyền tải thêm
tế bào sẽ tạo thêm một số lợi nhuận nếu như các tế bào này
không làm tổn hại đến mạng hoặc không làm ảnh hưởng đến
chất lượng dòch vụ của của các kết nối khác đang tồn tại.
Giải pháp có tính chất cương quyết hơn là xóa bỏ kết nối nếu
một thông số thỏa thuận bò vi phạm.
Việc giám sát của UPC được thực hiện đối với tất cả các kết
nối đi qua UNI và NNI. UPC thực hiện giám sát đối với các
VCC và VPC từ User và cả với các kênh ảo báo hiệu. Tuy nhiên
các tiêu chuẩn để thực hiện giám sát các kênh ảo báo hiệu và
luồng tín hiệu OAM còn đang được nghiên cứu. Chức năng giám
sát của UPC được thực hiện như sau:
+ Kiểm tra sự hợp lệ của các giá trò VPI và VCI.
+ Giám sát lưu lượng đi vào mạng từ mỗi VCC và VPC để
đảm bảo các thông số đã thỏa thuận không bò vi phạm. Việc
giám sát được thực hiện tại điểm kết thúc của VC đầu tiên đối
với VCC và VP đầu tiên đối với VPC.
2.1.2 Các nguyên lý UPC:
Nguyên lý điều khiển UPC bao gồm các tính chất sau:
+ Khả năng phát hiện các trạng thái sai phạm về lưu lượng.
+ Khả năng chọn lọc tất cả các giá trò trong giải làm việc
của các tham số cần kiểm tra.
+ Nhanh chóng xác đònh các thông số không phù hợp.
+ Phương thức xử lý đơn giản.
Các phương pháp điều khiển tốc độ cực đại, tốc độ trung bình
và các trạng thái khác nhau hiện đang được tích cực nghiên cứu.

Phần lớn các phương pháp dựa trên hai nguyên tắc sau:
+ Nguyên tắc cửa sổ, sử dụng cửa sổ thời gian để hạn chế số
lượng tế bào.
+ Nguyên tắc thùng rò rỉ, trong đó sử dụng bộ đếm có giá trò
tăng lên khi có tế bào mới xuất hiện và giảm đi theo chu kỳ.
Thùng rò rỉ lã phương án được đánh giá là có khả năng thực
hiện chức năng tốt nhất trong các phương án được nghiên cứu.
Các ưu điểm của phương án này là đơn giản và linh hoạt. Trong
phần 3 ta sẽ ứng dụng nguyên tắc thùng rò rỉ để xây dựng giải
thuật điều khiển cho UPC.
Tiếp theo ta sẽ mô tả các giải thuật thùng rỉ, cửa sổ trượt và
cửa sổ nhảy để kiểm tra sự phù hợp của luồng cell.
a) Giải thuật thùng rò rỉ (Leaky Bucket):
Từ giải thuật Leaky Bucket đã được trình bày trong phần hợp
đồng lưu lượng ta dùng lại luồng cell không phù hợp để mô tả
để xử lý các cell vi phạm dùng phương thức đánh dấu (Tagging)
10 2 3 4 5 6 8 97 1110 12 13 1514 16 17 18 19
Cell
time
Luồng
cell
vào
Cell vi phạm
10 2 3 4 5 6 8 97 1110 12 13 1514 16 17 18 19
Cell
time
10 2 3 4 5 6 8 97 1110 12 13 1514 16 17 18 19
Cell
time
Bit CLP

0 0 1 0 0 0 1
UPC đánh
dấu
Đánh dấu
Loại bỏ Loại bỏ
UPC loại
bỏ
Đánh dấu
và loại bỏ cell (Discarding). Có thể mô tả hoạt động này như
sau:
Hoạt động tagging sẽ đặt các bit CLP của các cell vi phạm 6
và 17 lên 1; còn phương thức discarding sẽ hủy bỏ hoàn toàn các
cell này.
b) Giải thuật cửa sổ trượt (Sliding Windows) và cửa sổ trượt
(Jumping Windows):
Hai giải thuật này đều dựa vào hoạt động của một cửa sổ với
hai thông số : W là kích thước cửa sổ và M là số cell cho phép
trong một cửa sổ. Tất cả các cell vượt quá số lượng M cell trong
một cửa sổ đều là các cell không hợp lệ. Điểm khác nhau giữa
hai giải thuật là trong cửa sổ trượt cửa sổ sẽ trượt theo trục thời
gian, mỗi lần trượt tới một chu kỳ cell (cell time); còn trong giải
thuật cửa sổ nhảy sẽ nhảy trên trục thời gian với bước nhảy
bằng kích thước W của cửa sổ.
một chu kỳ cell (cell time); còn trong giải thuật cửa sổ nhảy
sẽ nhảy trên trục thời gian với bước nhảy bằng kích thước W của
cửa sổ.
Sau đây ta sẽ mô tả hoạt động của hai giải thuật này với giá
trò cụ thể là W = 10 và M = 3.
UPC DÙNG
CỬA SỔ

TRƯT
UPC DÙNG
CỬA SỔ
NHẢY
UPC DÙNG
CỬA SỔ
NHẢY
6
1
2 3
4
5 7 8
9
10
11
12
13
14
1516 17 18
19
20
212223
24 25
UPC DÙNG
CỬA SỔ
TRƯT
6
1
2
3

4 5 7 8
9
10
1112
13
14
15
161718
19
20 21 22
23
24 25
6
1
2 3
4
5 7 8
9
10
11
12
13
14
1516 17 18
19
20
212223
24 25
DÒNG CELL VÀO
6

1
2 3
4
5 7 8
9
10
11
12
13
14
1516 17 18
19
20
21 22 23
24 25
DÒNG CELL VÀO
2.2 Điều khiển chấp nhận kết nối (CAC_Connection
Admission Control):
Điều khiển chấp nhận kết nối là một chức năng phần mềm
tại tổng đài ATM, có nhiệm vụ xác đònh xem yêu cầu kết nối có
được chấp nhận hay không thông qua việc kiểm tra các thông số
về lưu lượng và lớp QoS được yêu cầu. CAC chỉ chấp nhận cuộc
nối mới nếu cuộc nối này không ảnh hưởng đến chất lượng dòch
vụ của các kết nối đang tồn tại. CAC có thể được thực hiện trên
từng nút hoặc trong một hệ thống tập trung.
Để chấp nhận một yêu cầu, CAC sẽ tiến hàng xác đònh các
thông số UPC, chọn đường và cấp phát tài nguyên. Tài nguyên
được cấp phát bao gồm băng thông trên đường trung kế, kích
thước bộ đệm và các tài nguyên chuyển mạch bên trong.
Để đạt được tốc độ thiết lập cuộc gọi cao CAC phải đơn giản

và nhanh chóng. Độ phức tạp của CAC phụ thuộc vào mô tả lưu
lượng nguồn trong thỏa thuận. Nếu như mô tả chỉ gồm một tham
số là tốc độ đỉnh (PCR, theo ITU-T) thì CAC sẽ đơn giản nhất.
Một yêu cầu kết nối không thể chấp nhận nếu tổng PCR của tất
cả các kết nối đang tồn tại bao gồm cả kết nối vượt quá băng
thông của đường trung kế. Điều này được minh họa trong hình
sau:
R>T-A
User
User yêu cầu một VC:
X Mbps
Y delay
Z cell loss
MẠNGATM
CAC
Chỉ chấp nhận kết
nốikhi không ảnh
hưởng đến QOS
của các kết nối
đang tồn tại
User yêu cầu kết nối
CAC trả lời đồng ý hay không
Băng thông yêu cầu
Băng thông đang sử dụng
Băng thông
còn lại
A
T
Từ chối
yêu cầu

CAC LOGIC
Khi một yêu cầu kết nối với băng thông R được đưa tới bộ
xác đònh tốc độ cực đại của CAC để xem xét. Băng thông trung
kế là P và một phần băng thông A của nó đã được ấn đònh cho
các kết nối đang tồn tại. Nếu yêu cầu R vượt quá băng thông
còn lại sẵn có (P-A) thì yêu cầu bò từ chối và ngược lại nó được
chấp nhận.
Điều khiển ưu tiên (PC_Priority
Control)
Điều khiển ưu tiên được thực hiện để đạt được các yêu cầu
về độ trễ và tỉ lệ mất tế bào cho các ứng dụng có hiệu suất cao.
Người dùng có thể tạo ra dòng lưu lượng có tính chất ưu tiên
khác nhau bằng việc sử dụng các bit ưu tiên loại bỏ tế bào
(CLP). Nếu các bộ đệm bò tràn, các thành phần của mạng được
phép loại bỏ một cách chọn lọc các tế bào thuộc các dòng có độ
ưu tiên thấp hơn trong khi vẫn bảo đảm các yêu cầu về khai thác
của mạng.
Hình thức đơn giản nhất là dùng các tuyến khác nhau (các
đường ảo) cho hai chế độ ưu tiên khác nhau, phương thức này
chỉ cải thiện được rất ít chế độ khai thác và chỉ có thể sử dụng
nếu như từng kết nối chỉ sử dụng một dạng ưu tiên là loại bỏ tế
bào. Sẽ có lợi hơn nhiều nếu các kết nối sử dụng cả hai chế độ.
Hai phương thức loại bỏ tế bào chọn lọc được nghiên cứu là:
+Phương thức hất ra : trong đó các tế bào mới xuất hiện ở
chế độ ưu tiên cao sẽ có khả năng thay thế các tế bào ở chế độ
ưu tiên thấp trong bộ đệm.
+ Phương thức chiếm từng phần bộ đệm : trong đó một phần
của bộ đệm được giữ dự trữ cho các tế bào ở độ ưu tiên cao hơn.
Phương thức hất ra chỉ thực hiện khai thác tốt hơn một chút so
với phương thức chiếm từng phần bộ đệm. Tuy nhiên vấn đề

quản lý bộ đệm và thực hiện lại phức tạp hơn rất nhiều do phải
đảm bảo thứ tự của tế bào. Phương thức chiếm từng phần bộ
đệm là giải pháp thỏa hiệp tương đối tốt giữa khả năng khai
thác và độ phức tạp.
Các nghiên cứu cũng đưa ra kết luận rằng việc ứng dụng ưu
tiên loại bỏ tế bào có khả năng cải thiện rất nhiều tải lưu lượng
mà mạng có thể chấp nhận. Điều này cho phép lựa chọn kích
thước các bộ đệm nhỏ hơn và do đó giảm độ phức tạp khi thực
hiện.
2.4 Điều chỉnh lưu lượng:
Điều chỉnh lưu lượng là hoạt động theo đó User có thể xử lý
luồng cell nguồn trước khi gửi đi sao cho khi đưa vào mạng thì
nó phù hợp với các thông số trong hợp đồng lưu lượng. Đây là
chức năng không bắt buộc trong các chuẩn, nhưng nếu không
thực hiện chức năng này thì luồng cell có thể sẽ không phù hợp
và mạng không cần đảm bảo chất lượng dòch vụ (QoS). Tương
tự một mạng có thể thực hiện chức năng điều chỉnh khi nó
chuyển một luồng cell tới một mạng khác để đảm bảo những
điều kiện về tốc độ của hợp đồng lưu lượng giữa các mạng hoặc
để đảm bảo ứng dụng của User nhận sẽ hoạt động theo một
cách thức có thể chấp nhận được. Sau đây là một số phương
pháp để thực hiện điều chỉnh lưu lượng:
+ Buffering : phương thức này hoạt động kết hợp với giải
thuật Leaky Bucket để đảm bảo các cell sẽ không vi phạm các
thông số của hợp đồng lưu lượng bằng cách đệm lại các cell cho
đến khi Leaky Bucket thừa nhận chúng.
+ Spacing: là phương pháp điều chỉnh lưu lượng bằng cách
yêu cầu đầu cuối giữ các cell của nhiều kết nối trong một hàng
đợi và xếp lòch khởi hành của chúng sao cho không vi phạm các
thông số lưu lượng và đồng thời tối thiểu biến động trễ ở mức

cho phép.
+ Giảm tốc độ cell tối đa (PCR Reduction):sự giảm tốc độ
cell đỉnh có thể thực hiện bằng cách điều hành đầu cuối phát ở
một tốc độ tối đa (PCR) nhỏ hơn trong hợp đồng lưu lượng và
như vậy sẽ giảm khả năng vi phạm.
+ Giới hạn chiều dài đột biến (Burst Length Limitting): cũng
tương tự như giảm tốc độ đỉnh trong phương thức này nguồn sẽ
giới hạn chiều dài đột biến trong khoãng thời gian ít hơn kích
thước đột biến cực đại (MBS) trong hợp đồng lưu lượng.