Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho bài toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) trong viến thông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (343.95 KB, 27 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO
BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC
(AQM) TRONG VIỄN THÔNG
LÊ HOÀNG
Thái Nguyên, 2010
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO
BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC
(AQM) TRONG VIỄN THÔNG
Ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 605270
Học viên: Lê Hoàng
Ngƣời HD khoa học: PGS. TS. Lê Bá Dũng
Thái Nguyên, 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Học viên: Lê Hoàng
Lớp: Cao học - K11
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Bá Dũng
Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010.
Ngày hoàn thành: 5 tháng 9 năm 2010.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
HỌC VIÊN
PGS.TS Lê Bá Dũng
Lê Hoàng
BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang ii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi,
luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước
đó.
Thái Nguyên, ngày 23 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn
Lê Hoàng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang iii
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn:
Thầy giáo PGS. TS. Lê Bá Dũng, Viện công nghệ thông tin, Viện khoa học và
công nghệ Việt Nam.
Thầy giáo ThS. Nguyễn Phương Huy, Bộ môn Điện tử viễn thông, Khoa Điện
tử,
Trường
Đại
học
Kỹ
thuật
Công
nghiệp
Thái
Nguyên.
đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự
giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua.
Vì đề tài liên quan tới nhiều lĩnh vực mới với kiến thức rất rộng, bản thân tôi
phải tham khảo rất nhiều tài liệu và các bài báo quốc tế. Mặc dù đã cố gắng, song do
điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể
tránh khỏi thiếu sót (nhất là trong quá trình biên tập và dịch tài liệu thành tiếng
Việt). Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như
của các bạn bè, đồng nghiệp.
Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn
Lê Hoàng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang iv
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành Điện tử viễn thông luôn phải đáp ứng một nhiệm vụ quan trọng là cung
cấp các dịch vụ truyền thông tin xa một cách mềm dẻo, nhanh chóng và chính xác
nhất. Để đáp ứng nhiệm vụ trên, vấn đề quản lý hàng đợi tích cực luôn được đặt lên
hàng đầu. Tuy nhiên việc quản lý hàng đợi tích cực luôn là vấn đề phức tạp.
Trên mạng viễn thông, kỹ thuật định tuyến cũng hỗ trợ cho quá trình định
tuyến mạng, điều khiển công suất đầu cuối di dộng, quản lý tài nguyên mạng, quản
lý chất lượng mạng, điều khiển lưu lượng mạng, tạo điều kiện xây dựng một mạng
viễn thông thông minh.
Việc kết hợp Giải thuật di truyền và Logic mờ tạo ra các thiết bị có độ thích
nghi cao và thông minh như con người đáp ứng các bài toán phức tạp trong điều
kiện thiếu thông tin.
Xuất phát từ các vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Ứng dụng giải thuật di
truyền mờ cho bài toán quản lý hàng đợi tích cực (AQM) trong viễn thông”.
Nội dung chính của luận văn này tập trung vào nghiên cứu việc xây dựng nên
phương pháp để giải quyết các bài toán điều khiển lưu lượng thông minh trên mạng
viễn thông hiện tại. Nhằm giải quyết được vấn đề tránh tắc nghẽn và tối ưu hoá thời
gian truyền nhận các gói dữ liệu thông qua các router trên mạng. Nội dung chính
của luận văn là ứng dụng giải thuật di truyền mờ vào bài toán AQM trên mạng hiện
nay, cấu trúc luận văn bao gồm các chương sau:
Chƣơng 1: Các kiến thức tổng quan.
Chƣơng 2: Bài toán quản lý hàng đợi tích cực trong viễn thông.
Chƣơng 3: Ứng dụng giải thuật di truyền mờ cho bài toán quản lý hàng đợi
tích cực trong viễn thông.
Cuối cùng là kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang v
MỤC LỤC
Trang
Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật ........................................................................ i
Lời cam đoan ............................................................................................................... ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................. iii
Lời nói đầu ................................................................................................................. iv
Mục lục ........................................................................................................................ v
Danh mục các bảng biểu .......................................................................................... viii
Danh mục các hình vẽ ................................................................................................ ix
Các thuật ngữ viết tắt ................................................................................................. xi
CHƢƠNG 1: CÁC KIẾN THỨC TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu ............................................................................................................... 1
1.1.1 Điều khiển tắc nghẽn trên mạng internet ....................................................... 1
1.1.2 Chất lượng dịch vụ trên internet .................................................................... 2
1.1.3 Cấu trúc luận văn ........................................................................................... 3
1.2 Tổng quan về AQM và TCP ................................................................................. 4
1.2.1 TCP và quản lý hàng đợi tích cực (AQM)..................................................... 4
1.2.2 Các dịch vụ tích hợp và phân biệt................................................................ 11
1.3 Giải thuật di truyền.............................................................................................. 12
1.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 12
1.3.2 Giải thuật di truyền và tìm kiếm tối ưu ........................................................ 13
1.3.3 Cấu trúc một giải thuật di truyền ................................................................. 14
1.3.3.1 Cấu trúc một giải thuật di truyền đơn giản ........................................... 14
1.3.3.2 Các phép toán của giải thuật di truyền ................................................. 14
1.3.3.2.1 Sinh sản (Reproduction) ................................................................ 14
1.3.3.2.2 Lai ghép (Crossover) ..................................................................... 16
1.3.3.2.3 Đột biến (Mutation)....................................................................... 17
1.3.4 Ứng dụng của giải thuật di truyền ............................................................... 18
1.4 Giải thuật di truyền mờ ....................................................................................... 18
1.4.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 18
1.4.2 Giải thuật di truyền kết hợp với logic mờ .................................................... 19
1.4.2.1 Phân loại kỹ thuật kết hợp .................................................................... 20
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang vi
1.4.2.2 Một số ví dụ về kỹ thuật kết hợp di truyền mờ .................................... 20
1.4.2.2.1 Hệ thống ghép cặp di truyền mờ ................................................... 20
1.4.2.2.2 Thiết kế hệ thống di truyền mờ bằng giải thuật di truyền ............. 21
1.4.2.2.3 Điều khiển mờ tự động của hệ thống giải thuật di truyền ............. 22
1.4.2.3 Tóm tắt một số ứng dụng thực tế của hệ kết hợp di truyền mờ............ 23
1.4.3 Tổng kết và kết luận..................................................................................... 23
CHƢƠNG 2: BÀI TOÁN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM)
TRONG VIỄN THÔNG
2.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 25
2.2 Kỹ thuật chống mất gói trong các mạng TCP/IP tắc nghẽn ................................ 26
2.2.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 26
2.2.2 Quản lý hàng đợi tích cực (AQM) ............................................................... 26
2.2.2.1 Lưu lượng tải và phát hiện sớm ............................................................ 27
2.2.2.2 Tránh thông báo tắc nghẽn xác định .................................................... 30
2.2.2.3 RED thích nghi (ARED) ...................................................................... 31
2.2.2.4 Độ nhạy RTT ........................................................................................ 34
2.2.2.5 Sự đánh giá ........................................................................................... 36
2.2.2.6 Sử dụng gói mất để thông báo tắc nghẽn ............................................. 38
2.2.3 Điều khiển tắc nghẽn máy chủ cuối ............................................................. 41
2.2.3.1 Điều chỉnh tốc độ truyền tối thiểu ........................................................ 41
2.2.3.2 Điều chỉnh tăng tuyến tính ................................................................... 44
2.2.4 Điều chỉnh hiệu suất tối ưu .......................................................................... 48
2.2.5 Kết luận và công việc tương lai ................................................................... 50
2.3 BLUE phương pháp mới cho AQM .................................................................... 51
2.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 51
2.3.2 Sự hạn chế của RED .................................................................................... 52
2.3.3 Blue .............................................................................................................. 54
2.3.3.1 Thuật toán Blue .................................................................................... 55
2.3.3.3 Tìm hiểu về Blue .................................................................................. 56
2.3.3.4 Hiệu quả của ECN timeouts ................................................................. 59
2.3.3.5 Sự đánh giá ........................................................................................... 61
2.3.4 Blue cân bằng ngẫu nhiên (SFB) ................................................................. 63
2.3.4.1 Thuật toán SFB ..................................................................................... 63
2.3.4.2 Sự đánh giá ........................................................................................... 66
2.3.4.3 Sự hạn chế của SFB .............................................................................. 68
2.3.4.4 SFB với hàm hash động........................................................................ 71
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang vii
2.3.4.5 Độ nhạy RTT ........................................................................................ 74
2.4 Kết luận và công việc tương lai .......................................................................... 74
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN MỜ CHO BÀI TOÁN
QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC (AQM) TRONG VIỄN THÔNG
3.1 Mở đầu ................................................................................................................ 76
3.2 AQM sử dụng giải thuật di truyền ...................................................................... 77
3.2.1 Sơ đồ tổng quát giả sử có một cấu hình mạng như hình 3.1 ....................... 77
3.2.2 Thiết kế thuật toán di truyền mờ .................................................................. 78
3.2.2.1 Bộ điều khiển mờ ................................................................................. 78
3.2.2.2 Giải thuật di truyền mờ cho tìm kiếm tối ưu các dạng hàm thuộc ....... 80
3.2.3.1 Mã hoá .................................................................................................. 81
3.2.2.4 Lai tạo ................................................................................................... 84
3.2.2.5 Đột biến ................................................................................................ 84
3.2.2.6 Hàm thích nghi ..................................................................................... 84
3.2.3 Mô hình hệ thống ......................................................................................... 85
3.3 Quá trình thực nghiệm ........................................................................................ 85
3.3.1 Xác định đối tượng ...................................................................................... 85
3.3.2 Kết quả thực nghiệm thể hiện qua mô phỏng .............................................. 87
3.3.3 Đánh giá tỷ lệ mất gói dùng RED, BLUE, và Fuzz-GA-AQM ................... 91
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 95
PHẦN PHỤ LỤC ...................................................................................................... 97
Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 98
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trang viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Kết quả tính toán cho các nhiễm sắc thể ...................................................15
Bảng 1.2 Quần thể mới .............................................................................................16
Bảng 1.3 So sánh đặc điểm giữa logic mờ và giải thuật di truyền ............................19
Bảng 1.4 Phân loại việc kết hợp giữa các hệ thống di truyền mờ .............................20
Bảng 1.5 Các ứng dụng kỹ thuật FL-GA cho hệ thống điều khiển...........................21
Bảng 1.6 Ví dụ về hệ thống FL-GA ứng dụng giải bài toán phân tích dữ liệu .........21
Bảng 1.7 Những ứng dụng của hệ thống kết hợp di truyền mờ ................................23
Bảng 2.1 Tỷ lệ mất gói của SFB theo Mbs (1 luồng không đáp ứng) ......................66
Bảng 2.2 Tỷ lệ mất của SFB (một luồng không đáp ứng, một luồng dao động) ......73
Bảng 3.1 Cơ sở luật – các luật ngôn ngữ ..................................................................80
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
data error !!! can't not
read....
