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 (TT)

H C VI N CÔNG NGH B UăCHệNHăVI N THÔNG

PH MăV NăTH

NG

NGHIểNăC Uă ăXU TăM TăS ăC ăCH ăT NGă
C
NGăKH ăN NGă MăB OăCH TăL
NGăD CHă
V ăTRONGăM NGăTHỌNGăTINăCHUY NăM CHăGịIă
Chuyên ngành: K thu t máy tính
Mã s : 62.52.70.10

TÓM T T LU N ÁN TI NăS ăK THU T

Ng

ih

ng d n khoa h c:

PGS.ăTSKH.ăHoƠngă

Hà N i ậ 2013

ngăH i


Công trình đ

c hoàn thanh t i H c vi n Công ngh B u chính vi n

thông, Hà N i.
Ng

ih

ng d n khoa h c: PGS. TSKH Hoàng

ng H i.

Ph n bi n 1: ......................................................................................
...........................................................................................................
Ph n bi n 2: ......................................................................................
...........................................................................................................
Ph n bi n 3: ......................................................................................
...........................................................................................................

Lu n án đ

c b o v t i H i đ ng ch m lu n án c p H c vi n Công

ngh B u chính Vi n thông t i: .........................................................
...........................................................................................................
Vào lúc …….h….... ngày ..….. tháng ….... n m .............................

Có th tìm lu n án t i các th vi n:
- Th vi n Qu c gia.
- Th vi n H c vi n Công ngh B u chính Vi n thông.

~1~

M
m b o ch t l

U

ng d ch v (QoS – Quality of Service) trong

m ng chuy n m ch gói IP liên quan đ n: 1) Các c ch : Ch p nh n
k t n i, đ nh d ng l u l

ng đ u vào (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, các thi t b đ u cu i. Vi c l a ch n các gói tin đ n nút
m ng s p x p vào hàng đ i và 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 trong vi c đ m b o QoS. B đ nh trình t i m i nút m ng có
ch c n ng th c hi n đi u đó và 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 tài
nguyên; m m d o trong vi c đ m b o QoS cho các ng d ng có nhu
c u khác nhau và đ n gi n d th c hi n. Do tính bi n thiên c a l u
l

ng và 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 là
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.
1. Tình hình nghiênăc uătrongăn
Trong m

c,ăngoƠiăn

c

i n m tr l i đây, l nh v c nghiên c u v đ m b o

QoS trong m ng IP đã phát tri n m nh m và sôi đ ng.
n

c, nhi u công trình nghiên c u t p trung vào l p

trong

ng d ng,

truy n t i, t i u đ nh tuy n trong m ng All-IP nh : 1) Phát tri n m t
ki n trúc middleware t

ng thích QoS theo ng d ng (AWAQoS)

trong môi tr

ng ti n phân tán, có kh n ng t thích nghi

ng đa ph

v i các đi u ki n tài nguyên c a m ng và h th ng. 2) Nghiên c u
c i thi n hi u n ng c a bài toán tìm đ

1

ng và tìm gi i pháp đ nh


~2~

tuy n duy trì tính n đ nh c a ch t l

ng m ng và h

ng đ n vi c

đ m b o QoS toàn trình. M t s công trình khác nghiên c u v đ m
b o QoS trong xu h
ngoài n
l p IP nh : 1)

ng h i t m ng, d ch v .

c, nhi u công trình t p trung vào đi u khi n QoS
i u khi n QoS theo lu ng gói tin (IntServ), đi u

khi n QoS theo l p d ch v (DiffServ); 2) Các mô hình đi u khi n
nh m m c đích gi m đ ph c t p so v i IntServ và t ng kh n ng
qu n lý theo lu ng so v i DiffServ nh

TSFQ, QFQ, WF2Q-M,

RFQ. 3) C ch qu n lý b đ m. 4) C ch đ nh trình (theo l p, theo
lu ng, phân c p,…). 5) đi u khi n lu ng tránh t c ngh n (trong các
giao th c TCP, UDP, TCP-like,…). 6) Qu n lý và bù QoS cho các
lu ng gói tin đ

c ph c h i sau l i; 7) Giám sát QoS, QoE, SLA

ho c đ m b o QoS trong xu h

ng h i t m ng, d ch v .

QoS toàn trình ph thu c vào QoS t i m i nút m ng, và ph
thu c vào vi c l a ch n gói tin c a b đ nh trình, th i gian tr và kh
n ng m t gói tin t i b đ m. T i nay nhi u nghiên c u v b đ nh
trình cho k t qu kh thi trong vi c t ng c

ng kh n ng đ m b o

QoS trong m ng IP, đi n hình là b đ nh trình WF2Q+ và các c i

ti n nh TSFQ, QFQ, RFQ. Tuy nhiên, qua kh o sát các công trình
trong và ngoài n

c cho th y còn m t s t n t i nh sau:

- Cho đ n nay v n ch a có b đ nh trình nào cho phép bi t
đ
ng
l

c tr ng thái QoS hi n th i th i có đáp ng nhu c u c a nhóm
i dùng hay ch a. Vì v y v n đ đ t ra là c n giám sát đ
ng đ

c

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, đó là ki m soát và h n ch t c đ t i đa c a

2


~3~

lu ng tin, 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 hàng).
- M t khác, t góc đ nhà cung c p d ch v , các lu ng tin cùng
gói d ch v 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 là c n có cách bù l i thông l

ng đã m t đ đ m

b o tính công b ng d ch v cho các lu ng tin.
2.ăM cătiêuăc aălu năán:
T các v n đ t n t i đã nêu

ph n trên, lu n án đ t ra m c

tiêu là nghiên c u và đ xu t m t s c ch t ng c

ng kh n ng

đ m b o QoS 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 và 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
K t qu c n đ t đ

c c a lu n án: 1)

c.

xu t và xây d ng c

ch giám sát các tham s QoS t i nút biên m ng c a khách hàng. 2)
xu t và xây d ng c ch ki m soát, h n ch t c đ t i đa và 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 và đ xu t ng d ng.
3.ăPh măviănghiênăc uăc aălu năán:
m b o QoS trong m ng IP là nh ng 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 c ch đ nh trình trong
m t ph ng d li u c a l p IP, t i nút biên m ng c a khách hàng, n i
t p trung các lu ng gói tin c a ng
4.ăPh

i dùng.

ngăphápănghiênăc u:

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
3


~4~

c n gi i quy t, đ xu t mô hình lý thuy t, s d ng công c toán h c
đ phân tích và th c hi n mô ph ng đ đánh giá k t qu mô hình lý
thuy t.

CH

NGă1.ăV Nă
GIỄMăSỄT,ă I U KHI N
QOS TRONG M NG IP.

1.1.ăM ngăIPăvƠăch tăl
Ch t l

ngăd chăv

ng d ch v (QoS): là t p h p các tác đ ng c a hi u

su t d ch v , xác đ nh s hài lòng c a ng

l

i s d ng d ch v . Ch t

ng d ch v trong m ng IP bao g m các tham s k thu t nh :

b ng thông, tr , bi n thiên tr , t l m t gói tin.
Hình 1.1 là mô hình m ng IP cung c p đa d ch v . Các d ch v
vi n thông và Internet cùng s d ng giao th c IP. L u l
d ch v đ

ng c a các

c truy n t i trên h t ng m ng có dây, không dây s d ng

các công ngh khác nhau.
WWW, VoIP,
video, data
FTP,
SMTP,
RTP…
IP
Ethernet, xDSL,
FTTx, Wifi, 3G,
…

Ch c n ng c a máy ch , máy tr m
Ch c n ng c a nút m ng (router)
Ch c n ng c a k t n i, c a nút m ng

WWW, VoIP,
video, data
FTP,
SMTP,
RTP…
IP
Ethernet, xDSL,
FTTx, Wifi, 3G,
…

a d ng
v d ch v
N n t ng
giao th c IP
a d ng
v công ngh
h t ng m ng

Hình 1.1. Mô hình m ng IP cung c p đa d ch v
M ng IP ban đ u đ

c thi t k đ truy n các gói tin không yêu

c u cao v QoS, nh ng hi n nay đ
l

c s d ng đ truy n t i l u

ng c a các d ch v trong đó có d ch v yêu c u cao v QoS nh

trên hình 1.1, trong đó có các d ch v yêu c u cao v QoS. H n n a,
do s d ng các công ngh khác nhau nên vi c đ m b o QoS toàn
trình trên m ng IP là khó kh n.
4


~5~

Vì v y hi n nay các gi i pháp đ m b o QoS trên m ng IP v n
đang đ

c quan tâm nghiên c u, đ c bi t là trong m ng th h m i.

1.2.ăC ăch ăđ nhătrìnhăđi uăkhi năQoS
Trong các c ch đ nh trình t i nay, đ nh trình theo nhãn th i
gian có nhi u u đi m, phù h p v i m ng t c đ cao và đã đ

c tri n

khai r ng rãi, vì v y lu n án t p trung nghiên c u v c ch đ nh
trình này.
B đ nh trình theo nhãn th i gian duy trì hàm th i gian o h
th ng (V), th i gian b t đ u (S), k t thúc (F) x lý gói tin. T i đ u
vào, nút m ng gán cho gói tin t i nhãn th i gian S, F theo giá tr c a
hàm th i gian o. T i đ u ra, gói tin có nhãn th i gian F nh nh t
đ

c ch n đ chuy n đi. Các b đ nh trình lo i này có kh n ng đ m

b o QoS, tách bi t d ch v và bình đ ng gi a các lu ng tin. WFQ s

d ng hàm th i gian o V(t) nh sau:
VWFQ (0) 0

VWFQ (t

)

(1.5)

VWFQ (t )
i B( t )

(1.6)

wi

Nhãn th i gian b t đ u Sik , k t thúc Fi k c a lu ng i đ

c tính

nh sau:
Sik

Fi k

max F k 1i ,VWFQ (aik )

Sik

(1.8)

k
i

L
wi

(1.9)

Hình 1.10 mô t c ch gán nhãn cho gói tin c a WFQ và các
c ch đ nh trình d a trên nhãn th i gian. Các gói tin c a m i lu ng
đ

c s p x p vào hàng đ i c a lu ng đó. M i gói tin t i pik đ

nhãn th i gian b t đ u, k t thúc t

ng ng là Si và
k

F ik.

c gán

Ví d : Giá tr

th i gian k t thúc F 2 c a các gói tin th k = 1, 2, 3, 4, 5 thu c phiên
k

5

~6~

2l nl

t là 4, 8, 16, 20, 24. T i m i th i đi m, b đ nh trình xét các

gói tin đ u hàng đ i (Head Of Line -HOL) và ch n gói tin có nhãn
th i gian k t thúc nh nh t đ đ a ra. Theo ví d nh trên hình 1.8,
gói tin p21 có F 21=4 nh nh t, vì v y p21 đ

c ch n đ chuy n đi.

Phiên 1
50%
Phiên 2
25%

pik
Sik
F ik

Phiên 3
12,5%

Ký hi u

Phiên 4
12,5%

p25

p24

p 23

p22

p21

20
24

16
20

8
16

4
8

0
4

5

4

3

2

P 31

P3

P3

P3

P3

32
40

24
32

16
24

8
16

0
8

P 45

P 44

P 43

P 42

P 41

32
40

24
32

16
24

8
16

0
8

nh trình

Hình 1.10. Gán nhãn th i gian và x lý gói tin trong WFQ
Nh n xét: Các b đ nh trình đi n hình đã đ

c đ xu t t i nay

v n còn m t s t n t i, ví d nh : 1) Ch a s d ng user profile đ
c p phát b ng thông theo yêu c u c a ng
sát. 3) Các ph

ng pháp bù thông l

thông hi u qu ho c làm nh h

i dùng. 2) Ch a có giám

ng hi n ch a s d ng b ng

ng t i QoS c a các lu ng khác

trong khi bù. Ngoài ra, ba v n đ t n t i ch y u nh đã nêu
M đ u v n ch a đ

ph n

c gi i quy t th a đáng.

1.3.ăC ăch ăgiámăsátăQoSă
Giám sát đ có th bi t tình tr ng cung c p QoS đ có đi u
ch nh phù h p. M t s c ch giám sát đi n hình nh sau:
- Giám sát tr ng thái kênh b ng mô hình Markov hai tr ng
thái:

cl

ng tr ng thái ti p theo t tr ng thái tr

- D a theo ph

ng pháp EWMA, th i gian tr (RTT-Round

Trip Time) trung bình t i m t th i đi m đ
m ts l

ng nh t đ nh các gói tin đ

t

k 1
RTT

c đó.

*t

k
RTT

c

cl

ng d a trên

c truy n đi:

k 1
) * tRTT

(1

V i là t
là tr truy n gói tin k+1, t
k gói tin, là h s
c l ng c a EWMA.
k 1
RTT

6

k
RTT

(1.19)
là tr trung bình c a


~7~

- Giám sát b ng thông: B ng thông t i nút c chai đ

c xác

đ nh b ng mô hình c p gói (Hình 1.12) nh sau:
L
Cb, j 1 0

th th
Trong đó t1 ,
0

t11

(1.26)
t là th i đi m gói tin 0, gói tin 1 đ n

l nl

nút m ng th nh t; th , th1 l n l
0

t là th i đi m gói tin 0, gói tin 1 đ n

nút m ng cu i cùng; Cb,j là b ng thông c a k t n i c chai j.
Gói 0

1

Tr m
ngu n

Tr m
đích

t11

L

C j ,h

t10

t h1

t h0

Hình 1.12. Mô hình c p gói
Nh n xét: 1) Các ph ng pháp này ch a s d ng đ
đi u khi n QoS theo yêu c u. 2) C n có ph

c đ

ng pháp giám sát các

tham s QoS ph c v cho vi c đi u khi n nâng cao QoS.

CH

NGă2.ăC ăCH GIÁM SÁT CH TăL
D CH V .

NG

2.1.ăNhuăc uăgiámăsátăQoS
M t ph ng
i u khi n

M t ph ng d li u

Nh n
gói tin

Phân tích
tiêu đ

nh tuy n và
chuy n m ch
Chuy n gói tin
Phân lo i
nh d ng l u
l ng

Truy n
gói tin

nh
trình

Qu n
lý d ch
v và
đi u
khi n

Qu n lý
b đ m
Hàng đ i

Hình 2.1. C u trúc đi u khi n QoS

b đ nh trình có th đi u ch nh QoS phù h p c n có giám
sát, đánh giá hi n tr ng QoS. Tuy nhiên, c u trúc c a các c ch đ nh
7


~8~

trình hi n nay nh
Ch
đ

trong Hình 2.1 ch a xem xét đ n đi u này.

ng 2 c a lu n án s trình bày v m t c ch giám sát QoS m i,
c đ t tên là QoSM (QoS Monitoring Mechanism).
giám sát các tham s QoS, c n l a ch n ph

ng pháp giám

sát, đi m đo, ngoài ra vi c giám sát QoS c ng c n đ m b o nh ng
yêu c u nh sau: 1) Có kh n ng tích h p vào b đ nh trình đi n hình
hi n có. 2) Ít nh h

ng t i hi u su t c a h th ng đ

c giám sát. 3)

K t qu giám sát và báo cáo v các vi ph m QoS có đ chính xác
cao. 4) Có hi u su t cao đ m b o vi c g i báo cáo vi ph m QoS k p
th i. 5) M m d o, kh n ng m r ng:

áp ng yêu c u giám sát

nhi u lu ng d li u v i yêu c u QoS khác nhau đ ng th i.
2.3. Mô hình giám sát QoSM:
Các tham s QoS đ

QoSM

Phân tích
online
User
Profile,
SLA

c giám sát

L uătr
Mon_DB

Phân tích
offline

Yêu c u QoS
D li u QoS
Lu ng
c n đo

Lu ng
c n đo

Agent 1

S1

Agent 2

Wireless

CE1

D1

M ngăSP

N1
S2

PE1

N2

PE2

Sn
M ng c a khách hàng
a đi m 1

M ng c a nhà cung c p d ch v

D2

CE2
Lu ng d li u, s ki n QoS

Dn

M ng c a khách hàng
a đi m 2

Hình 2.3. Mô hình QoSM
Lu n án đ xu t c ch QoSM đ thu th p, l u tr , đánh giá
các tham s QoS t i nút biên m ng theo lu ng tin (Hình 2.3) g m các
thành ph n: User profile l u các thông tin v QoS c n đáp ng, các
Agent đo và thu th p d li u; ch c n ng l c và l u tr d li u đo
đ

c; ch c n ng phân tích và tính các tham s QoS. M c đích c a

QoSM là giám sát và đánh giá tr ng thái QoS đ i v i m t s lu ng
8


~9~

k t n i t CE1 (thi t b biên m ng t i đi m 1) t i CE2 (thi t b biên
m ng t i đi m 2). Ch c n ng các thành ph n nh sau:
Agent là g n v i thi t b biên m ng c a khách hàng. Agent
th c hi n đ ng th i giám sát th đ ng và đo ch đ ng. Kh iăPhơnă
tích online l a ch n thông tin đo đ
tìm m i t

c đ l u tr , phân tích so sánh,
c t các Agent. Kh iăphơnă

ng quan gi a d li u thu đ

tích offline th c hi n phân tích d li u đ
ng

c tr và yêu c u QoS c a

i dùng, đánh giá các tham s QoS (b ng thông, tr , packet lost).
có th tri n khai mô hình QoSM, c n có các c ch giám

sát các tham s QoS c th . Trong các ph n ti p theo, lu n án s đ
xu t m t s ph

ng pháp giám sát đ i v i m t s tham s QoS c

th , phù h p v i mô hình QoSM đã đ xu t và phù h p v i vi c tích
h p vào b đ nh trình nh s trình bày trong ch
2.4. Ph

ng 3.

ngăphápăgiám sát,ăh năch ăt căđ .

2.4.1. Ph ngăphápăgiám sát, h năch ăt căđ trênăm tănútăm ng
Phát bi uăbƠiătoán: Gi s m t k t n i ra t i nút CE ph c v
n lu ng tin (1..n) nh trên Hình 2.6. M i lu ng tin ph c v yêu c u

k t n i cho m t d ch v c a m t ng

i s d ng, v i giá tr b ng

thông t i đa là Mi. V n đ c n gi i quy t là: đ a ra c ch x lý t i
nút m ng đ đ m b o t c đ lu ng i luôn nh h n ho c b ng Mi.
S1

Lu ng 1

D1

N2

N1
S2

Lu ng 2

D2

...

...
Sn
Lu ng n

N1-Deque():

Dn

i v i m i lu ng i:
Ch chuy n gói tin đi
n u t c đ
Hình 2.6. Yêu c u h n ch t c đ lu ng i t i nút m ng N1
*
xu t ph ng pháp giám sát, h n ch t c đ RateMon:

9


~ 10 ~

gi i quy t bài toán nêu trên, lu n án đ xu t ph
giám sát RateMon (Rate monitoring). Ph
RateMon là xác đ nh t c đ c a m t lu ng tr
c a lu ng đó đi. Gói tin c a lu ng ch đ
lu ng không v

ng pháp x

ng pháp
lý c a

c khi chuy n gói tin

c chuy n đi n u t c đ c a

t quá t c đ t i đa Mi cho phép. Nh v y RateMon

là c ch x lý online vì nó th c hi n ki m tra và x lý t ng gói tin:

rateik

1

*

xu t ph

Mi
ng pháp

cl

(2.6)
ng t c đ trung bình theo

các kho ng th i gian ng n PAE:
T c đ trung bình trong kho ng Tmon đ

c tính nh sau:

l

rateiTmon

Lij / Tmon

(2.4)

j 1

Trong đó Lij là kích th

c gói tin th j c a lu ng i; rateiTmon là
t c đ trung bình c a lu ng i trong kho ng th i gian Tmon.
h n ch t c đ c a lu ng i, tr

c khi chuy n m i gói tin

c a nó đi, ta ki m tra t c đ trung bình:

rateik

1

.rateiTmon (1

).rateik

1

(2.5)

2.4.2. Ph ngăpháp giámăsátăph iăh păhaiănútăm ngăQoSMon
Phátă bi uă bƠiă toán:ă M t k t n i gi a hai nút CE (N1, N2)
ph c v n lu ng tin. M i lu ng k t n i có các ch tiêu ch t l

ng

(tr ng s , PTD, PLR) khác nhau. V n đ c n gi i quy t là: giám sát
đ đánh giá m c đ công b ng thông l

ng theo tr ng s , PTD, PLR

c a m i lu ng có đ t theo yêu c u trong SLA hay không.
gi i quy t v n đ nêu trên, lu n án s d ng ph
PAE nêu trên và ph

ng pháp

ng pháp QoSMon (QoS Monitoring) nh sau:

- Th c hi n giám sát trong m t kho ng th i gian ng n Tmon
(Tmon: Th i gian giám sát) đ đánh giá các tham s QoS trong ng n

10


~ 11 ~

h n; đ ng th i tích l y các giá tr QoS trong các kho ng Tmon liên
ti p đ xác đ nh các giá tr QoS trong th i gian dài h n (toàn b th i
gian giám sát). S d ng các giá tr QoS giám sát trong Tmon đ đi u
khi n, đáp ng yêu c u QoS trong th i gian dài h n.
QoSMon đ

c mô t trong Hình 2.9. Agent 1 chèn vào ph n

mào đ u c a gói tin tham s Tsnd (th i đi m g i gói tin) và PktSqNo
(s th t c a gói tin). Khi nh n đ

c các gói tin, Agent 2 s c n c

vào Tsnd và PktSqNo đ tính các tham s QoS trong ng n h n và dài
h n g m: b ng thông (BW), th i gian tr (PTD), bi n thiên tr
(PDV), t l m t gói tin (PLR), và hàm QoS (FQoS).
S1

Lu ng 1

D1

N2

N1
S2

Lu ng 2

D2

...

...
Sn

Lu ng n

N2-Enque():
Dn
Agent 2 đ c Tsnd, PktSqNo
tính BW, PTD, PDV, PLR, FQoS

N1-Enque():
Agent 1
g i Tsnd, PktSqNo

Hình 2.9. Ph ng pháp giám sát QoS ph i h p 2 nút m ng
* Hàm QoS:
Vi c đ a ra m t hàm QoS ph n ánh m c đ ch t l

ng d ch

v là khó do tính ph c t p, s liên quan gi a các tham s QoS. Tuy
nhiên, thông l

ng theo tr ng s có th dùng đ bi u di n m c đ

đáp ng d ch v cho m t lu ng tin, dùng cho c ch bù thông l
nh ngh a 2.1: G i F

i
QoS

ng.

(t ) là hàm ch t l ng d ch v c a

lu ng i t i th i đi m t nh sau:
Ti (t )
F i QoS (t )
wi

(2.7)

Trong đó: wi là tr ng s c a lu ng i; Ti (t ) là thông l
trung bình c a lu ng i tính đ n th i đi m t, đ

11

c tính nh sau:

ng


~ 12 ~

Ti (t )

V i

Lki (t )
(t t0 )

(2.8)

Lki là t ng kích th c c a các gói tin nh n đ c tính t khi

b t đ u giám sát (t0=0) đ n th i đi m t.
nh ngh a 2.2: G i F iQoSTmon(t) là hàm ch t l

ng c a lu ng i

t i th i đi m t, v i t thu c kho ng [t1, t2] nh sau:
i
FQoSTmon
(t ) Ti (t2 ) Ti (t1 ) / wi
Trong đó wi là tr ng s , Ti(t) là thông l

(2.14)
ng c a lu ng i t i

th i đi m t (v i t [t1, t2]; Tmon = t2-t1).
* Giám sát th i gian tr (PTD):
PTD c a gói tin th k c a lu ng i (pik) đ
k
i

k
i

PTDi ( p ) now Tsnd ( p )

c tính nh sau:
(2.15)

Trong đó now là th i đi m Agent 2 nh n đ

c gói tin, Tsnd là

th i gian Agent 1 g i gói tin đó đi.
* Giám sát t l m t gói tin (PLR):
- PLR đ

c Agent 2 tính d a trên tham s

tin nh n đ c, c th nh sau:
LostPkti (t ) PktSeqNo( pik )

PktSeqNo( pik 1 )

V i PktSeqNo( pik ) PktSeqNo( pik 1 ) l n l
,
gói tin nh n đ

c t i th i đi m t, và th i đi m tr

T l m t gói tin đ
PLRi (t )

PktSqNo c a gói
(2.16)
t là s th t c a

c đó.

c tính nh sau:

LostPkti (t )
TotalPkti (t )

(2.17)

V i LostPkti (t ) , TotalPkti (t ) l n l
m t và t ng s gói tin nh n đ

t là s l

ng gói tin b

c c a lu ng i tính đ n th i đi m t.

Trong cách tính này, ta gi thi t các gói tin đ n tr m đích theo đúng
th t phát tr m ngu n.
* Th i gian giám sát Tmon:
12


~ 13 ~

i v i nút m ng ph c v n lu ng gói tin 1..n, giá tr Tmon
đ

c s d ng chung cho các lu ng đ
2 max

Li

ri

Tmon

2 max

Trong đó Li là kích th
qmaxSizei là kích th

c ch n nh sau:

qmaxSizei
ri

(2.19)

c trung bình các gói tin c a lu ng i,

c b đ m, r i là t c đ c a lu ng i.

2.5. K tăqu ămôăph ng
Nh đã nêu

các ph n trên, c ch đ nh trình WF2Q+ là c

ch đi n hình có nhi u u đi m và đã đ
đó, lu n án th c hi n tri n khai c

c tri n khai r ng rãi. Do

ch m i trên n n gi i thu t

WF Q+ và mô ph ng so sánh hai c ch này đ minh ch ng, đánh
2

giá u đi m c a c ch m i so v i WF2Q+.
S0, flow 0

R0, flow 0

n10

n0

n5
Wireless (EM2)

n3

R1, flow 1

n11

S1, flow 1

n6

EM1

n8

n1

n9

n2

n4

n7

n12

S2, flow 2
M ng c a khách hàng
Chi nhánh 1

R2, flow 2

M ng c a nhà cung
c p d ch v

M ng c a khách hàng
Chi nhánh 2

Hình 2.14. S đ mô ph ng giám sát
Ngu n l u l

ng

B ng 2.2. Tham s
Lu ng
Kích th c hàng đ i (byte)
Tr ng s
Ngu n l u l ng
Kích th c gói tin (byte)
Kho ng th i gian gi a th i
đi m phát 2 gói tin liên ti p (s)
T c đ phát (Mbps)
B ng thông (Mbps), đ c chia
theo tr ng s

c a các lu ng mô ph ng giám sát
Flow 0
Flow 1
15000
15000
0,4
0,4
UDP-CBR+
UDP-CBR+
mô hình l i 2
mô hình l i 1
1000
1000
0,001
0,001
7,62
4

7,62
4

13

Flow 2
15000
0,2
UDP-CBR
1000
0,001
7,62
2


~ 14 ~

T c đ gi i h n t i đa (Mbps)

2,5

Kho ng th i gian mô ph ng (s)

0-10

K t qu mô ph ng thông l

Không
d ng
0-10

áp

áp

ng:

Hình 2.16 là k t qu mô ph ng thông l
ph ng đã ch ng minh m c tiêu đ t ra trong ch
đó là QoSM giám sát đ

Không
d ng
0-10

ng. K t qu mô

ng này đã đ t đ

c,

c các tham s nh FQoS, PLR, t c đ c a

các lu ng. D a trên tham s QoS giám sát đ

c, QoSM đã th c hi n

h n ch t c đ c a lu ng theo t c đ t i đa yêu c u; Lu ng 0 b gi i
h n thông l

ng

2,5 Mbps. QoSM hoàn toàn co th áp d ng cho c

ch đ nh trình m i s đ

c trình bày trong ch

5

5

Luong 0
Luong 1
Luong 2

4.5
4

4
3.5

3

3

2.5

2.5

2

2

1.5

1.5

1

2

3

4
5
6
Thoi gian (s)

7

8

Luong 0
Luong 1
Luong 2

4.5

3.5

0

ng ti p theo.

9

10

2

1. WF Q+

0

1

2

3

4
5
6
Thoi gian (s)

7

8

9

10

2. QoSM

Hình 2.16. K t qu mô ph ng thông l

ng

CH
NGă3.ăC ăCH
M B O CH TăL
NG
D CH V D A TRÊN CÁC THAM S
C GIÁM
SÁT
Trong ch

ng 2, lu n án đã đ xu t c ch QoSM đ th c hi n

giám sát các tham s QoS. Trong ch
c ch đ m b o ch t l

ng này, lu n án trình bày v

ng d ch v d a trên các tham s QoS đ

c

giám sát có tên là MQCM (Monitoring-based QoS Control
Mechanism). MQCM có nh ng đ c đi m nh sau:

14


~ 15 ~

- S d ng c ch giám sát QoSM đã đ xu t

ch

ng 2 đ

tính giá tr các tham s QoS.
- Ki m soát, h n ch đ

c t c đ c a lu ng i theo t c đ t i đa

Mi c a nó (theo c ch RateMon đ xu t

ch

ng 2).

- S d ng m t b đ nh trình m i có tên là MPWPS (Max-rated
Per-flow Weight-compensation Scheduler) đ
án đ đi u ch nh tr ng s , bù thông l
thông l

c đ xu t trong lu n

ng đ đ m b o s công b ng

ng cho các lu ng theo tr ng s c a chúng trong th i gian

dài, ngay c trong tr

ng h p chúng b l i và sau đó đ

c ph c h i.

3.2. Môăhìnhăc ăch ăMQCM
w1, M1
1

Gói tin t i

Lu ng ph c
h i sau l i

K tn i
ra C

.
.
.

Phân lo i

wn, Mn
X

n

lý gói tin

Hàng đ i

Hình 3.1. Yêu c u x lý n lu ng gói tin t i k t n i ra
Phátăbi uăbƠiătoán: T i m t k t n i đ u ra c a nút m ng biên
c a khách hàng (CE) b ng thông C ph c v n lu ng gói tin (Hình
3.1). M i lu ng k t n i ph c v yêu c u k t n i cho m t d ch v c a
ng

i s d ng. Các lu ng có tr ng s là wi (i= 1..n), trong đó có m t

s lu ng c n h n ch t c đ t i đa là Mi (v i lu ng i không h n ch
t c đ , Mi =0). V n đ đ t ra nh sau:
1) Trên c s các tham s QoS đã giám sát đ
c ch giám sát đã trình bày trong ch

c thông qua các

ng 2, c ch đi u khi n QoS

c n h n ch t c đ c a các lu ng theo t c đ t i đa Mi .
2) Ph c v các lu ng công b ng theo tr ng s c a chúng (tr
lu ng có Mi >0) k c khi m t lu ng b l i sau đó ph c h i.

15


~ 16 ~

3) Bù thông l

ng cho các lu ng tin b m t d ch v trong quá

kh (ng n h n) do l i kênh ho ch l i truy n tin trong kho ng th i
gian ng n tr

c đó nh m đ m b o công b ng thông l
Other estimation

ng dài h n.

Traffic Controller
(Estimation, Control, Decision)
p, q

t

y(t)

1

Packet
arrivals

Output
link C

.
.
.

classifier
n

Scheduler
Queues

Hình 3.2. Ki n trúc chung c a các b đ nh trình
N1

Mon_DB

t

Tsnd,
PktSqNo

Phân
lo i

t
đ dài
hàng đ i

Lu ng c n
giám sát

Agent x lý
Tsnd, PktSqNo:
1) Chèn.
2) c

rateiPAE

RL:
RateMon

1
..
.
n
Hàng đ i

Giám sát

Mi

RL:
RateMon

Mon_DB

B đi u khi n MPWPS:
QCM-Bù QoS

Các tham
s QoS

MonQoS

Gói tin
đ n

N2

Các tham
s QoS

B đi u khi n MPWPS:
QCM-Bù QoS

Các tham
s QoS

MonQoS

u(t)

Tsnd,
PktSqNo

K tn i
ra C

Phân
lo i

y(t)
X lý gói tin

đ dài
hàng đ i

Lu ng c n
giám sát

Agent x lý
Tsnd, PktSqNo:
1) Chèn.
2) c

Mi

rateiPAE

RL:
RateMon

1
..
.
n
Hàng đ i

RL:
RateMon

u(t)
K tn i
ra C

y(t)
X lý gói tin

i u khi n

Hình 3.3. Ki n trúc mô hình MQCM
gi i quy t bài toán nêu trên, lu n án đ xu t c ch MQCM
(hình 3.3) g m thành ph n chính là b đ nh trình MPWPS m i, đ

c

phát tri n d a trên ki n trúc chung c a các b đ nh trình (hình 3.2).
So v i ki n trúc chung c a các b đ nh trình, MQCM đ

c b sung

thêm các kh i Agent, MonQoS, RL, Mon_DB nh sau:
- Kh i Agent: Có kh n ng đ c và chèn thông tin s d ng đ
giám sát g m Tsnd, PktSqNo. Agent t i nút N1 th c hi n ch c n ng
chèn thông tin. Agent t i nút N2 th c hi n ch c n ng đ c thông tin
đ chuy n t i kh i MonQoS.

16

~ 17 ~

- Kh i MonQoS: Nh n giá tr Tsnd, PktSqNo t Agent đ tính
các tham s QoS b ng ph
QoS tính đ

ng pháp QoSMon, chuy n các tham s

c t i b đi u khi n.

- Kh i RL: Giám sát và h n ch t c đ b ng c ch RateMon.
- Mon_DB: C c d li u l u tr các giá tr tham s QoS.
3.2.5. B ăđi uăkhi năMPWPS
B đ nh trình m i MPWPS xây d ng d a trên b đ nh trình
WF Q, k th a các tính ch t c a WF2Q+ và WF2Q-M và có nh ng
2

đ c đi m m i nh sau:
- Cho phép k t h p c ch giám sát QoSMon đã đ xu t
ch

ng 2.
- Ki m soát, h n ch đ

giá tr đ t tr

c t c đ t i đa c a lu ng tin theo các

c Mi. MPWPS s d ng ph

ng pháp RateMon đ giám

sát, h n ch t c đ .
- Giám sát thông l
h n theo tr ng s

ng, m c đ công b ng thông l

ng dài

thông qua hàm F QoS, th i gian tr , t l m t gói tin

c a các lu ng tin.
- Th c hi n bù thông l

ng: Sau khi lu ng d li u g p l i

đ

c khôi ph c, lu ng đó đ

c bù đ đ m b o công b ng thông

l

ng v i các lu ng khác theo tr ng s c a chúng trong dài h n (tr

các lu ng có yêu c u h n ch t c đ t i đa).

đ tđ

c đi u đó, b đi u khi n MPWPS d a trên giá tr

QoS trong c s d li u giám sát (Mon_DB) th c hi n hai ch c n ng
chính nh sau:
- Ki m soát t c đ thông qua giám sát và đi u khi n kh i RL
h n ch t c đ t i đa c a lu ng có Mi> 0.
-

i u ch nh t ng, gi m tr ng s c a các lu ng trong các

kho ng th i gian Tmon đ th c hi n bù thông l
17

ng cho lu ng tin,


~ 18 ~

đ m b o c p phát b ng thông đ u ra cho các lu ng công b ng theo
tr ng s c a chúng.
3.2.6. HƠmăth iăgiană o
MPWPS dùng hàm th i gian o V(t) c a WF 2Q+ nh sau:
V (0)

0;V (t

)

max{V (t )

Li
, min{Sih ( t ) }}
C i B( t )

(3.1)

i

Trong đó Li là kích th c gói tin t i, C là b ng thông đ u ra,
B(t) là t p các lu ng tích c c, hi (t ) là s tu n t c a gói tin đ u hàng
đ i c a lu ng i, Sihi (t ) là th i gian o b t đ u x lý gói tin đó.
3.2.7. Gánănhưnăth iăgianăchoăgóiătin
MPWPS dùng ph

ng pháp gán nhãn th i gian c a WF 2Q-M,

nhãn th i gian b t đ u Si, k t thúc F i c a lu ng i đ

c tính nh sau:

- N u lu ng bão hòa, t c là t c đ c p phát theo tr ng s l n
h n t c đ t i đa (Mi> 0 và wi*C> Mi) thì ta có:
Li
Si V; Fi Si
Mi * speedup

(3.3)

- Trong đó speedup là giá tr hi u ch nh. Trái l i (lu ng ch a
bão hòa) ta có:

V; Fi

Si

Si

Li
wi * C

(3.4)

3.2.8.ăHi uăch nhătr ngăs ăbùăthôngăl
* Nhu c u bù thông l
MPWPS s d ng ph

ng

ng
ng pháp QoSMon tính l i các tham s

QoS sau m i kho ng th i gian ng n Tmon (short-term) và trong toàn
th i gian truy n (long-term). Giá tr hàm F i QoS (t ) c a lu ng i đ c
tính theo thông l
F

i
QoS

ng Ti(t) và tr ng s (wi) c a lu ng đó nh sau:

(t ) Ti (t ) / wi

(3.5)

18


~ 19 ~

- Giá tr c a F QoS đ

c xét trong Tmon đ tìm ra lu ng có QoS

t t nh t trong kho ng th i gian v a giám sát.
- Giá tr c a F QoS đ

c xét trong th i gian truy n đ tìm ra

lu ng có QoS b suy gi m c n bù F QoS.
* Ph

ng pháp bù QCM

Các công trình tr

c đây s d ng ph

ng pháp bù nh sau: 1)

Dành s n m t ph n b ng thông cho m c đích bù; 2) Ép bu c các
lu ng tin khác nh
ph

ng l i m t ph n b ng thông đ bù. N u ch n

ng án 1, khi không có lu ng nào c n bù, b ng thông dành s n

không đ

c s d ng gây lãng phí tài nguyên. N u ch n ph

mà không có giám sát c th , vi c bù có th

nh h

ng án 2

ng nhi u đ n

QoS c a các lu ng tin khác.
- Lu n án đ xu t nguyên t c bù QCM (QoS Compensation
mechanism): 1) Giám sát đ bi t lu ng có QoS t t nh t và kém nh t;
2) gi m tr ng s c a lu ng t t nh t đ bù cho lu ng có thông l
kém nh t. Giá tr tr ng s wci đ

c tính nh sau:

1.

i v i lu ng đ

c gi m tr ng s đ bù:

2.

i v i lu ng đ

cđ

3.

ng

c bù:

wci
wci

i v i các lu ng khác:

wci
wi

wi

wi
wa

wa

(3.6)

(3.7)
(3.8)

Trong đó wa (weight adjust value) là giá tr hi u ch nh tr ng
s .

c đi m QCM nh sau: 1) Không c n dành tr

c m t ph n

b ng thông đ bù. 2) Không s d ng cách đ m dung l

ng thi u h t

c n bù cho lu ng b l i, mà th c hi n bù b ng cách t ng tr ng s c a
lu ng có QoS th p đ ng th i gi m tr ng s c a lu ng có QoS cao.
3.2.9.ăL aăch năgiáătr ăhi uăch nhătr ngăs ăbùăQoS

19


~ 20 ~

Thông
l ng

Tc

wi(k)

Lu ng 1

Tr ng s
c n đ t wi
x = const

x

F QoSTmon, F QoS_long MonQoS
Giám sát
z: lu ng tin b l i

ei(k) B đi u khi n MPWPS
QCM: ch n lu ng,
hi u ch nh wi Bù QoS
wi’=F.wi-G.K.wi

Lu ng 2 b l i t i
t1, sau đó ph c h i
t i t2
t1

t2

wi(k+1)

t
Gói tin
đn

1

y(t)
X lý gói tin

n

Th i gian

t3

K tn i
ra C

..
.

Phân
lo i

Hàng đ i

Yêuăc u:
- Th i gian bù Tc ng n.
- Bi n thiên thông l ng c a các

lu ng nh

Gi iăphápăđ ăxu t:
S d ng mô hình PID đ
ch n kho ng giá tr hi u
ch nh tr ng s wa

Giá tr wa t i chu k giám sát th

0 wa (

+1 đ

c tính nh sau:

1) 4 wmin wmax

(3.24)

Trong đó wmin, wmax l n l

t là tr ng s nh nh t, l n nh t c a

các lu ng.
3.3. K tăqu ămôăph ng
S0, flow 0

R0, flow 0

n10

n0

n5
Wireless (EM2)

S1, flow 1
n3

R1, flow 1

n11

n6

EM1

n1

n8

n9

n2

n4

n7

n12

S2, flow 2
M ng c a khách hàng
Chi nhánh 1

R2, flow 2

M ng c a nhà cung
c p d ch v

M ng c a khách hàng
Chi nhánh 2

Hình 3.13. S đ mô ph ng MQCM
S đ trên Hình 3.13 mô t k t n i m ng c a khách hàng gi a
2 chi nhánh, thông qua m ng c a nhà cung c p d ch v . Hai nút
m ng n1, n2 c a khách hàng đ

ck tn il nl

t v i nút n8 và n9

c a nhà cung c p d ch v v i b ng thông 2Mbps. K t n i n0, n3, n4
t i n1 và k t n i n2 t i n5, n6, n7 đ u b ng 1Mbps. K t n i gi a các
nút m ng c a nhà cung c p d ch v
20

(n8, n9, n10, n11, n12 là

~ 21 ~

100Mbps. Th c hi n mô ph ng trong hai tr

ng h p đ so sánh: 1)

S d ng WF2Q+; 2) S d ng MQCM.
+ Ngu n l u l

ng s d ng đ mô ph ng:

Lu ng
Kích th c hàng đ i (byte)
Tr ng s
Ngu n l u l ng
Kích th c gói tin (byte)
Kho ng th i gian gi a th i đi m
phát hai gói tin liên ti p (s)
T c đ phát (Mbps)
Mô hình l i

Lu ng 0
(S0-R0)
15000
0,3
UDP-CBR
1000
0,008

Lu ng 1

(S1-R1)
15000
0,3
UDP-CBR
1000
0,008

Lu ng 2 (S2R2)
15000
0,3
UDP-CBR
1000
0,008

0,954

0,954
Không áp d ng

0,954
Không áp d ng

0,67

0,67

0,67

Không áp d ng
0-10

Không áp d ng
0-10

0,3
0-10

= 0, t

B ng thông (Mbps), đ c chia s
theo tr ng s
T c đ gi i h n t i đa (Mbps)
Kho ng th i gian mô ph ng (s)

[0,6s;1,6s]

K tăqu ăămôăph ng:ăThôngăl
K t qu mô ph ng thông l
1

ng nêu trong Hình 3.12:
1

Luong 0
Luong 1
Luong 2

0.9

ng

Luong 0
Luong 1
Luong 2

0.9

0.8

0.8

0.7

0.7

0.6

0.6

0.5

0.5

0.4

0.4
0.3

0.3
0.2

0.2

0.1
0

1

2

3

4

5
6
Thoi gian (s)

7

8

9

10

0

1

2

3

4
5
6
Thoi gian (s)

7

8

9

10

2. MQCM

1. WF 2Q+

Hình 3.12. K t qu so sánh thông l

ng

1) V i WF Q+: Khi có m t lu ng b l i, gi a các lu ng m t
2

công b ng theo tr ng s . 2) V i MQCM: Khi lu ng 0 đ

c ph c h i

sau l i, gi a các lu ng v n đ m b o công b ng v tr ng s .
K t qu mô ph ng thông l

ng cho th y MQCM đã th c hi n

bù đ đ m b o công b ng v thông l
s , ngay c v i lu ng ph c h i sau l i.
21

ng cho các lu ng theo tr ng


~ 22 ~

CH
NGă4.ă NG D NGăC ăCH GIÁM SÁT,
M B O CH TăL
NG D CH V D A TRÊN
CÁC THAM S
C GIÁM SÁT VÀO MÔ HÌNH
QoS DOWNLOAD GATEWAY.
Mô hình download server hi n nay còn t n t i: 1) Ch a h n
ch t c đ t i file theo profile c a ng d ng. 2) Ch a có c ch bù
QoS cho ng d ng sau khi l i k t n i đ

c ph c h i.

các v n đ này, lu n án áp d ng c ch QoSM (ch
(ch

gi i quy t
ng 2), MQCM

ng 3) vào mô hình QoS Download Gateway (Hình 4.3): 1) X

lý các yêu c u t i file c a ng

i s d ng bao g m đi u khi n ch p

nh n yêu c u và đ nh trình ch n yêu c u đ x lý. 2) X lý các phiên
t i file g m phân lo i gói tin và điêu khi n t c đ t i file. Các c ch
QoSM, MQCM đ

c ng d ng vào vi c x lý các phiên download.

4.2. Mô hình QoS Download Gateway

Hình 4.3. Mô hình QoS download Gateway
4.2.1. X ălýăcácăyêuăc uăt iăfile
Các file trên server:
- File 1
- File 2
...

B ă
th mă
dò

L p1

Các yêu
download

Phơnălo iă
yêuăc uă
download

L p2
L pn

..
.

B đ nh trình
các yêu c u

Hàng đ i các yêu
c u theo l p

Hình 4.4. X lý các yêu c u download
22

Download Server

Download Client

Các chính sách QoS:
- Lu t 1
- Lu t 2

...


~ 23 ~

Trong Hình 4.4, các ch c n ng x lý yêu c u download g m:
B phân lo i yêu c u download, b th m dò server và b đ nh trình.
4.2.2.ăX ălýăcácăphiênăt iăfile

Tsnd,
PktSqNo

Các
tham s
QoS

QoS Download Gateway
B ăđi uăkhi nă
MPWPS

Mi

Mon_DB

đ dài
hàng đ i

rateiPAE

Lu ng c n

giám sát

y(t)
Agent
đ c Tsnd,
PktSqNo

Download
Client

B
đ nh
trình

RL

1

RL

2
Agent
Chèn Tsnd,
PktSqNo

..
.
RL

n

Phân
lo i

Các
lu ng
tin

Download Server

MonQoS

Hàng đ i

i u khi n

Giám sát

Hình 4.5. X lý các phiên t i file
C ch QoSM, MQCM áp d ng vào mô hình QoS Download
Gateway (hình 4.5) đ x lý các phiên t i file, đ t đ
sau: 1) H n ch t c đ t i file t i đa. 2) Bù thông l
phiên t i file đ

c phép bù khi các phiên này đ

c k t qu nh
ng cho các

c ph c h i sau khi

b l i.

K T LU N
Nh ngăk tăqu ăchínhăc aălu năán
Lu n án đã ch ra v n đ t n t i ch y u c a các c ch đ nh
trình đi n hình đã có t i nay là: 1) Ch a giám sát tr ng thái QoS đ
t đó có đi u ch nh m c đáp ng QoS thích h p h n v i đi u ki n
th c t . 2) Ch a ki m soát, h n ch t c đ t i đa cho m t s lu ng
tin. 3) Vi c bù đ cân b ng thông l
đ

ng cho các lu ng tin c ng ch a

c gi i quy t th a đáng.
gi i quy t v n đ đ t ra, lu n án nghiên c u và đ xu t m t

s c ch t ng c

ng kh n ng đ m b o QoS nh sau:

23