NGHIÊN cứu CÁC GIẢI PHÁP đảm BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG sử DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN tt

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

--------------------

TÓM TẮT LUẬN ÁN

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG
SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

NCS: TRẦN MINH ANH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN CHIẾN TRINH

TS. BÙI THỊ MINH TÚ

HÀ NỘI, 2018


i.
Công trình hoàn thành tại:
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Người hướng dẫn khoa học:
TS. Nguyễn Chiến Trinh
TS. Bùi Thị Minh Tú

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án cấp Học
viện tại: Học việnCông nghệ Bưu chính Viễn thông, 122 Hoàng
Quốc Việt, Hà Nội.
Vào lúc:

Có thể tìm hiểu luận án tại:
Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


1
MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề - Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, công nghệ viễn thông đã và đang phát triển nhanh

chóng; các công nghệ, kỹ thuật mới liên tục ra đời để đáp ứng
các nhu cầu lưu lượng dữ liệu tăng mạnh do bùng nổ các loại
hình dịch vụ viễn thông. Sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng
dữ liệuđó đã làm cho việc đảm bảo chất lượng cho các dịch vụ
cung cấp trên mạng viễn thông càng trở nên quan trọng.
Do đó, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mang ý nghĩa
thực tiễn, đồng thời mang tính học thuật cao. Để thực hiện tốt
yêu cầu này, việc xây dựng các giải pháp mới, giải thuật định
tuyến mới trên cơ sở cải tiến những giải pháp đã và đang được
sử dụng đã trở thành vấn đề cấp thiết hiện nay.
2.

Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Với việc chọn lĩnh vực nghiên cứu là đảm bảo chất lượng

dịch vụ trên mạng viễn thông hiện nay, mục tiêu hướng đến của
Luận án là đề xuất các giải pháp mới nhằm hoàn thiện hơn việc
định tuyến thông tin trên mạng viễn thông hiện tại nhằm đáp
ứng những đòi hỏi ngày càng cao của thị trường viễn thông trên
cơ sở khảo sát những giải pháp đã và đang được áp dụng trên
mạng hiện nay.
3.

Các đóng góp của luận án
Các đóng góp chính của luận án như sau:
- Đề xuất các giải thuật định tuyến mới trong đó sử dụng

thông tin nội bộ làm cơ sở, và sử dụng các thông số QoS làm
tiêu chuẩn chọn đường.
- Đề xuất tập tuyến truyền linh động hỗ trợ cho hoạt động
của giải thuật định tuyến dùng TTNB được hiệu quả hơn.


2
- Đề xuất các giải thuật định tuyến dùng TTNB trong đó
dựa vào kiểu định tuyến phân tán nhằm làm tăng hiệu năng định
tuyến và giảm bộ nhớ lưu trữ và tính toán tại các nút mạng.
- Đề xuất các hệ số đánh giá cân bằng tải nhằm hỗ trợ cho
việc đánh giá hiệu năng các giải thuật định tuyến.
4.

Bố cục của luận án
Luận án gồm 4 chương với bố cục như sau:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về vấn đề đảm bảo QoS trên

mạng viễn thông,vềđịnh tuyến đảm bảo QoS, nhất là định tuyến
đảm bảo QoS dùng TTNB. Trên cơ sởđó,luận án xác định
hướng nghiên cứu là đề xuất các giải thuật định tuyến đảm bảo
QoS dùng TTNB và các giải pháp để nâng cao hiệu năng của
các giải thuật này.
Chương 2: Đề xuất các hệ số đánh giá cân bằng tải mạng,
đồng thời, đề cập các phương pháp mô phỏng và các mô hình
mạng được sử dụng trong luận án.
Chương 3: Đề xuất các giải thuật định tuyến dùng TTNB,
nhằm khắc phục được một số nhược điểm của các giải thuật
định tuyến đã được nghiên cứu trong phần trước.
Chương 4: Đề xuất tập tuyến truyền linh động ứng dụng cho
giải thuật định tuyến dùng TTNB, cùng với đề xuất giải thuật
định tuyến dùngTTNB ứng dụng kiểu định tuyến phân tán. Đề
xuất nâng cao hiệu năng của dạng giải thuật này qua cơ chế điều
khiển định tuyến linh hoạt, ứng dụng tốt trong giải thuật định
tuyến dùng kiểu định tuyến phân tán.
Cuối cùng là phần Kết luận và hướng phát triển tiếp theo.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG
1.1 Tổng quan yêu cầu về QoS trên mạng viễn thông
1.1.1 Giới thiệu:
Hiện nay, vấn đề đảm bảo QoS trở nên rất nan giải do có
nhiều loại ứng dụng trên mạng viễn thông với các đặc tính lưu

lượng khác nhau hoặc tích hợp nhiều loại dịch vụ trên cùng một
nền ứng dụng chung. Điều này làm cho việc hỗ trợ các loại ứng
dụng với các đặc tính lưu lượng và các yêu cầu QoS khác nhau
trở nên phức tạp hơn, bên cạnh các vấn đề khác như cấp phát tài
nguyên, cân bằng tải mạng, điều khiển tắc nghẽn... Các vấn đề
này cần được xem xét toàn diện nhằm đảm bảo QoS cho dịch
vụ trong môi trường mạng không đồng nhất, kết hợp nhiều công
nghệ khác nhau và sự tương tác giữa các kiến trúc QoS khác
nhau trên đường kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối, từ nơi cung
cấp dịch vụ đến nơi sử dụng dịch vụ.
1.1.2 Xây dựng ràng buộc liên quan đến đảm bảo chất
lượng dịch vụ
1)

Việc xây dựng hàm ràng buộc:

Xây dựng hàm g(x1, x2, … xn), trong đó, n biến số x1, x2, …
xn sẽ thay thế cho từng giá trị thông số QoS đơn.
Gọi v1, v2, … vn là n giá trị thông số QoS yêu cầu của luồng
thông tin truyền qua mạng. Gọi u1, u2, … un là n giá trị thông số
QoS của tuyến truyền P trên mạng.
Nếu g(u1, u2, … un) ≥ g(v1, v2, … vn) thì ta nói tuyến truyền
P có khả năng đáp ứng dịch vụ cho luồng thông tin trên và
ngược lại.


4

2)

Việc so sánh trực tiếp tuần tự:

Việc so sánh tuần tự từng thông số sẽ giúp việc đảm bảo
chất lượng tốt hơn. Trong luận án có sử dụng kiểu so sánh tuần
tự này để làm tiêu chuẩn chọn tuyến , cụ thể với tuyến truyền P
và luồng tin f: Với kiểu so sánh tuần tự hai thông số băng thông
và độ trễ thì luận án sử dụng thủ tục sau:
PROCEDURE Compare(p,f)
If p.Bandwidth ≥ f.Bandwidth
If p.Delay ≤ f.Delay
p is chosen
Else
p is discarded
Else
p is discarded
ENDHình
PROCEDURE
1.3 Thủ tục so sánh tuần

tự hai thông số QoS

Với kiểu so sánh ba thông số QoS là băng thông, độ trễ và tỷ
lệ mất gói làm tiêu chuẩn chọn đường, luận án sử dụng thủ tục
như sau:
PROCEDURE Compare3(p,f)
If p.Bandwidth ≥ f.Bandwidth
If p.Delay ≤ f.Delay
If p.PER <= f.PER
p is chosen
Else

p is discarded
Else
p is discarded
Else
p is discarded
END PROCEDURE

Hình 1.4 Thủ tục so sánh tuần tự ba thông số QoS
3)

Các cách xây dựng khác:
- Ước lượng và sử dụng xác suất của nhiều thông số
- Khoanh vùng thông số hay sắp xếp thông số …
- Xây dựng hàm mục tiêu tổng quát


5
1.2 Kỹ thuật định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ

1.2.1 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin toàn cục
Trong định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin toàn cục
(TTTC), việc tìm một tuyến truyền có khả năng đáp ứng được
những yêu cầu của luồng dữ liệu cần có thông tin trạng thái của
toàn mạng. Để thu thập và lưu trữ thông tin trạng thái của mạng,
hệ thống cần phải thực hiện cập nhật thường xuyên, để giúp cho
giao thức định tuyến tại các nút mạng thực hiện chính xác việc
định tuyến trên mạng.

1.2.2 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội bộ
1.2.2.1

Đặc trưng

Giải thuật định tuyến dùng thông tin nội bộ (TTNB) đều lấy
thông tin thống kê tại nút mạng, tính toán, đưa ra quyết định
định tuyến. Do đó, quyết định định tuyến chỉ phụ thuộc vào
thông tin tại nút mạng mà thôi. Tại các nút mạng này, giải thuật
xây dựng và duy trì một tập các tuyến truyền đến các nút đích
trên mạng. Khi một luồng tin đến nút mạng, luồng tin được định
tuyến theo một trong các tuyến truyền đã định sẵn đó.
1.2.2.2 So sánh giải thuật định tuyến đảm bảo QoS dùng
TTNB với giải thuật định tuyến dùng TTTC

Hình 1.9 So sánh định tuyến dùng TTTC và định tuyến dùng
TTNB – Nguồn [38]


6
Theo đó, trong khi giải thuật định tuyến dùng thông tin toàn
cục phải dựa vào bảng định tuyến được cập nhật thường xuyên
để tính toán đường truyền (hình 1.9), thì giải thuật định tuyến
dùng TTNB đã xây dựng và duy trì một tập hợp các tuyến
truyền giữa nút nguồn đến tất cả các nút đích có trong mạng.
Sau đó, giải thuật định tuyến định tuyến các luồng tin đến, theo
thông tin thống kê từ việc truyền dữ liệugiữa các cặp nút này.
1.2.2.3

Một số giải thuật định tuyến đảm bảo QoS dựa
vào thông tin nội bộ

1. Giải thuật PSR (Proportional Sticky Routing) [82]:
PSR yêu cầu nút mạng nguồn xây dựng và duy trì một tập tuyến
truyền ngắn nhất Rmin và tập tuyến truyền thay thế Ralt đến một
đích cho trước. Dựa vào thống kê của việc chọn tuyến truyền tại
nút mạng nguồn (như số luồng bị chặn, xác suất luồng bị chặn
…) để phân bổ luồng dữ liệu đến một nút mạng đích trong tập
các tuyến truyền thiết lập sẵn Rmin hay Ralt.
2. Giải thuật CBR (Localized Credit Based Routing)
[75]: CBR cũng tương tự PSR yêu cầu nút nguồn xây dựng và
duy trì một tập tuyến truyền ngắn nhất Rmin và tập tuyến truyền
thay thế Ralt đến một đích cho trước, sau đó CBR tạo ra một tập
tuyến truyền chung R, với: R = R min ∪ R alt . Bên cạnh đó, CBR
sử dụng một thủ tục đơn giản để định tuyến luồng dữ liệu trên
mạng bằng một hệ thống cho điểm cho mỗi tuyến truyền trong
tập tuyến truyền R. Theo đó, CBR sẽ có chế độ thưởng phạt cụ
thể cho mỗi tuyến truyền khi luồng dữ liệu được chấp nhận hay
loại bỏ.
3. Các giải thuật định tuyến dùng TTNB khác:Các giải
thuật định tuyến dùng TTNB đã góp phần làm giảm lượng tính


7
toán tại các nút mạng, đồng thời đảm bảo QoS đến từng luồng
tin, theo từng yêu cầu của người dùng, nên có thể đáp ứng tốt
các yêu cầu về QoS trong mạng viễn thông phát triển mạnh hiện
nay. Tuy nhiên, các giải thuật này vẫn còn một số hạn chế cần
khắc phục tương tự như các giải thuật đã khảo sát ở trên.
1.3 Kết luận chương
Chương này đã trình bày tổng quan về vấn đề đảm bảo
QoS trên mạng viễn thông, về định tuyến đảm bảo QoS, trong

đó tập trung nghiên cứu giải thuật định tuyến đảm bảo QoS
dùng TTNB, và các hạn chế cần khắc phục để từ đó, xác định
các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu, giải quyết và đề xuất
các giải thuật mới, hiệu quả hơn.
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC
GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG
2.1

Mở đầu
Việc đánh giá hiệu năng định tuyến nhằm để đánh giá và

qua đó tối ưu hóa hoạt động của các giải thuật định tuyến, đồng
thời với việc ứng dụng phần mềm mô phỏng, xác định cụ thể
các tiêu chí liên quan cũng như đề xuất xây dựng một hệ số
đánh giá hiệu năng định tuyến thực sự là công việc quan trọng
trong quá trình xây dựng giải thuật định tuyến.
2.2

Các mô hình mạng ứng dụng để mô phỏng
Các mô hình mạng (tô-pô mạng) trong các thí nghiệm mô

phỏng được thiết kế phỏng theo mạng lõi (backbone) của các
nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) trên thế giới, được mô tả cụ
thể và được ký hiệu thống nhất như trong bảng 2.1 sau:


8
Bảng 2.1 Các mô hình mạng trong các thí nghiệm mô phỏng
Độ dài tuyến

Được sử dụng

truyền trung bình

trong các nghiên

(theo bước nhảy)
3,137

cứu
[35], [91] …

18

2,36

[19], [20], [40]…

ISP3

9

1,81

[A.1],[A.3]…

ISP4

60

5,812

[8], [87] …

Tên mô

Số nút

hình ISP

mạng

ISP1

32

ISP2

Các tiêu chí đánh giá

2.3
2.3.1

Xác suất nghẽn

Trong các nghiên cứu liên quan cũng như trong luận án sử
dụng các thông số FBP và BBP với cách tính như sau:
FBP = |B|/|T|

(2.1)

BBP = (băng thông của |B|)/(băng thông của |T|) (2.2)
với FBP (Flow blocking probability) là xác suất nghẽn luồng và
BBP (Bandwidth blocking probability) là xác suất nghẽn băng
thông, với |T| là tổng số luồng và |B| là tổng số luồng bị nghẽn.
2.3.2

Độ trễ đầu cuối - đầu cuối:

Việc tính toán giá trị trễ đầu cuối - đầu cuối là tham số quan
trọng trong việc đánh giá hiệu quả định tuyến cũng như hiệu
quả của mô hình mạng.
2.3.3

Cân bằng tải mạng:

Các chỉ số đánh giá cân bằng tải được ứng dụng để đánh giá
hiệu năng của giải thuật định tuyến như chỉ số Jain tại [72] và
chỉ số DBM được mô tả chi tiết trong phần 2.4.


9

2.4

Xây dựng các hệ số đánh giá cân bằng tải mạng
Để tính cân bằngtải băng thông của một mạng,luận án đề

xuất một hệ số biểu diễn giá trị chênh lệch băng thông toàn

mạng, là hàm số của tất cả giá trị băng thông các đường liên
kết, hệ số sử dụng theo nút mạng xét trên một mạng đó, cụ thể
là hệ số DBM (viết tắt của Differential Bandwidth Metric) được
tính bằng công thức sau:

𝐃𝐁𝐌 =

Bm
bm(N−1)

√

∑N
j=1∝j Qj
(∑N
))
j=1(∝j Qj −(
N

2

)

N−1

(2.9)

Giá trị DBM thu được tại (2.9) nói lên mức độ cân bằng tải
băng thông, so với mức băng thông trung bình toàn mạng.
2.5

Việc ứng dụng hệ số DBMđể đánh giá hiệu năng giải
thuật định tuyến
Khi sự chênh lệch băng thông khác nhau sẽ dẫn đến giá trị

DBM sẽ thay đổi. Với một giải thuật làm cho tải mạng phân bổ
đều hơn sẽ có giá trị DBM thấp hơn. Điều này cho thấy rằng,
một giải thuật định tuyến sẽ hiệu quả hơn khi chính nó làm cho
việc chênh lệch băng thông thấp hơn, hay nói cách khác, một
mạng sẽ cân bằng hơn khi mạng đó sử dụng giải thuật định
tuyến hiệu quả hơn.
2.6

Kết luận chương
Việc đánh giá đánh giá hiệu năng định tuyến và việc ứng

dụng phần mềm mô phỏng OMNeT++, cùng với các tiêu chí
đánh giá trực quan đã giúp cho việc nhanh chóng có thể so sánh
và xây dựng các giải thuật định tuyến mới, hiệu quả hơn.


10
CHƯƠNG 3
ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA RÀNG
BUỘC SỬ DỤNG THÔNG TIN NỘI BỘ
3.1 Mở đầu
So với các giải thuật định tuyến dùng thông tin toàn cục
(TTTC), các giải thuật định tuyến dùng thông tin tại nội bộ nút
để định tuyến thông tin trên các tập tuyến truyền đã cólà một
hướng đi mới được đánh giá là khá hiệu quả, giúp giảm tính

toán tại các nút mạng,giảm xác suất nghẽn, và tăng hiệu năng
của mạng so với các giải thuật định tuyến dùng TTTC.
3.2 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng TTNB sử dụng
băng thông và độ trễ làm tiêu chuẩn chọn đường
3.2.1. Mô tả giải thuật RBDA
RBDA xác định trước và duy trì tại tất cả các nút mạng các
tập các tuyến truyền đến tất cả các nút đích. Cụ thể, với mỗi cặp
nút nguồn – đích, tại nút nguồn duy trì một tập R các tuyến
truyền kết nối giữa hai nút đó. Mỗi tuyến truyền PiR liên kết
với một biến Pi.Quality[1,2]=Pi.[Bandwidth,Delay], một chỉ số
tuyến truyền Ci, và chỉ số Ni là tổng số luồng tin truyền trên
tuyến truyền giữa cặp nút nguồn và đích đó.
Khi luồng tin đến nút nguồn, RBDA chọn tuyến truyền Pi có
giá trị {Ci,Ni}lớn nhất trong tập R đó, và kiểm tra yêu cầu về
băng thông và độ trễ của luồng dữ liệu tới (gọi giá trị này là
RQ).Nếu Pi.Quality ≥ RQ: Tuyến truyền Piđược lựa chọn để
truyền thông tin đi (thủ tục so sánh như hình 1.3).Nếu Pi.Quality
< RQ: RBDA chọn tuyến truyền tiếp theo của tập R, và vòng
lặp sẽ được tiếp tục cho đến khi tìm ra được một tuyến truyền Pi
có giá trị {Ci, Ni} lớn nhất và Pi.Quality≥RQ.Nếu không có
tuyến truyền nào trong tập R thỏa mãn Pi.Quality ≥ RQ, thì
luồng dữ liệu đến bị từ chối.


11

3.2.2.

Mô phỏng đánh giá giải thuật định tuyến RBDA

3.2.2.1 Mô hình mô phỏng
Luận án dùng trình mô phỏng OMNeT++, các mạng mô
phỏng ISP1 và ISP2, được thiết lập như bảng 2.1. Các luồng dữ
liệu trong cả hai mạng tuân theo luật Poisson với tỷ lệ λ; thời
gian của mỗi luồng dữ liệu tuân theo quy luật phân bố hàm mũ
với giá trị trung bình 1/μ = 60 giây, băng thông yêu cầu tuân
theo quy luật phân bố uniformtrong khoảng [0.5-4MB], độ trễ
yêu cầu phân bố ngẫu nhiên trong khoảng 20ms-250ms.
3.2.2.2

Kết quả mô phỏng:

Hình 3.4 Xác suất nghẽn luồng trên ISP1

Hình 3.7 Xác suất nghẽn luồng trên ISP2
Hình 3.4 và 3.7 cho thấy sự khác nhau của các giải thuật chủ
yếu khi tải tăng lên cao. Giải thuật RBDA do có cơ chế so sánh
cũng như sử dụng chỉ số để thay đổi tuyến truyền khi nút mạng
nghẽn, nên RBDA có giá trị tốt nhất.
Từ hình 3.6 và 3.8, ta có thể thấy được rằng khi số lượng các
luồng tin tăng lên, có thêm nhiều luồng tin trên mạng thì giá trị
trễ đầu cuối- đầu cuối tăng lên, và giải thuật RBDA cho thấy đạt
được hiệu năng tốt hơn.


12

Hình 3.6 Giá trị trễ đầu cuối trung bình khi thay đổi tải

3.2.3.

Hình 3.8 Giá trị trễ đầu cuối trung bình trên ISP2
Mô tả giải thuật BQRA

BQRA cũng xây dựng các tập hợp R các tuyến truyền đến
tất cả các nút đích. Mỗi tuyến truyền PiR cũng liên kết với
một biến Pi.Quality=Pi.[Bandwidth,Delay] và một chỉ số tuyến
truyền βi. Gọi BFi là số luồng bị nghẽn và Ti là tổng số luồng sử
dụng tuyến truyền đó. Trong đó:
βi = (1-BFi/Ti)

(3.5)

Khi luồng thông tin yêu cầu đến, BQRA chọn tuyến truyền
Pi có giá trị βi lớn nhất trong tập R,kiểm tra yêu cầu về băng
thông và độ trễ của luồng dữ liệu (gọi giá trị này là SLA).
Nếu Pi.Quality ≥ SLA: Tuyến truyền Piđược lựa chọn để
truyền thông tin đi.Nếu Pi.Quality < SLA: BQRA chọn đường
truyền tiếp theo của tập R, và vòng lặp sẽ được tiếp tục cho đến
khi tìm ra được một tuyến truyền Pi có giá trị βi cao nhất và
Pi.Quality ≥ SLA.Nếu không có đường truyền nào trong tập R
thỏa mãn Pi.Quality ≥ SLA, thì luồng dữ liệu đến bị từ chối.


13

3.2.4.

Mô phỏng đánh giá giải thuật định tuyến BQRA

3.2.4.1. Môi trường mô phỏng
Luận án dùng chương trình mô phỏng OMNeT++, các
mạng mô phỏng ISP2 và ISP3, được thiết lập như bảng 2.1. Các
luồng dữ liệu trong cả hai mạng tương tự với RBDA.
3.2.4.2. Kết quả mô phỏng:

Hình 3.10 Các giá trị của DBMtrên mạng mô phỏng ISP2

Hình 3.12 Các giá trị của DBM trên mạng mô phỏng ISP3
Từ hình 3.10 và 3.12, khi tải cao, sự chênh lệch băng thông
cao dẫn đến giá trị DBM sẽ cao tương ứng. Trong hai giải thuật
khảo sát, BQRA có giá trị thấp hơn vì BQRA thay đổi tuyến
truyền thường xuyên dựa trên tập tuyến truyền đã lập trước nên
phân bổ tải tương đối đều hơn, nên có giá trị DBM thấp hơn.
Từ hình 3.11 và 3.13, giải thuật BQRA đạt có kết quả tốt
hơn, do BQRA thay đổi tuyến truyền thường xuyên dựa vào chỉ
số βi,nên khi nghẽn xảy ra, chỉ số βicủa tuyến truyền giảm
xuống, và giải thuật sẽ thay đổi tuyến truyền. Vì thế, giá trị trễ
trung bình toàn mạng của BQRA sẽ tốt hơn trường hợp WSP.


14

Hình 3.11 Giá trị trễ đầu cuối trung bình trên ISP2

Hình 3.13 Giá trị trễ đầu cuối trung bình trên ISP3
3.3 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng TTNB sử dụng
nhiều thông số QoS làm tiêu chuẩn chọn đường
3.3.1

Mô tả giải thuật BDER:

BDER cũng xây dựng tập R các tuyến truyền đến tất cả các
nút đích. Mỗi tuyến truyền PiR liên kết với một biến
Pi.Quality[1,2,3]=Pi.[Bandwidth,Delay,PER], một chỉ số tuyến
truyền Ti, là tổng số luồng tin truyền trên tuyến truyền giữa cặp
nút nguồn và đích đó.Gọi T là tổng số luồng tin yêu cầu từ nút
nguồn đến nút đích.
Khi luồng tin đến nút nguồn, BDER chọn tuyến truyền Pi có
giá trị (Ti/T) lớn nhất trong tập R, kiểm tra yêu cầu về các giá trị
QoS của luồng dữ liệu tới (gọi là RQ). Nếu Pi.Quality ≥ RQ
thìtuyến truyền Pi được lựa chọn để truyền thông tin đi.Nếu
Pi.Quality < RQ: BDER chọn đường truyền tiếp theo của tập R,


15
và vòng lặp sẽ được tiếp tục cho đến khi tìm ra được một tuyến
truyền Pi có giá trị (Ti/T) cao nhất và Pi.Quality≥RQ.(thủ tục so
sánh như hình 1.4).Nếu không có tuyến truyền trong tập R thỏa
mãn Pi.Quality ≥ RQ, thì luồng dữ liệu đến bị từ chối.
3.3.2 Mô phỏng đánh giá giải thuật định tuyến BDER
3.3.2.1

Mô hình mô phỏng

Luận án dùng chương trình mô phỏng OMNeT++, các mạng
mô phỏng ISP1 và ISP4, được thiết lập như bảng 2.1. Các luồng
dữ liệu trong cả hai mạng tương tự với RBDA, với tỷ lệ mất gói
yêu cầu là 1,0E-3.
3.3.2.2

Kết quả mô phỏng:

Hình 3.17 cho thấy khi tăng tải tăng cao số lượng luồng tin
đến các nút tăng lên, do đó, xác suất nghẽn luồng bắt đầu tăng
cao. Với chỉ số Ti các tuyến truyền giúp tránh nghẽn khi nhiều
luồng dữ liệu đến nút nguồn, nên xác suất nghẽn luồng của
BDER tương đối thấp hơn các giải thuật khác tương ứng.

Hình 3.17 Xác suất nghẽn luồng
Hình 3.18 và 3.20 cho thấy giải thuật BDER đạt được hiệu
năng tốt hơn, vì với giải thuật BDER, do các luồng tin thay đổi
tuyến truyền thường xuyên hơn dựa vào chỉ số T i, nên khi
nghẽn xảy ra, chỉ số của tuyến truyền giảm xuống, và tuyến
truyền khác có chỉ số Ti cao hơn sẽ thay thế, và giúp tăng hiệu
năng định tuyến.


16

Hình 3.18 Giá trị trễ đầu cuối trung bình khi tải  = 0,8 (ISP1)

Hình 3.20 Giá trị trễ đầu cuối trung bình khi tải  = 0,8 (ISP4)
Hình 3.21 mô tả khảo sát về lưu lượng truyền loạt với dòng
lưu lượng Weibull với hệ số 0,4, trên mạng mô phỏng ISP4.Khi
tải tăng cao, do BDER sử dụng tập các tuyến truyền đã lập sẵn,
cùng chỉ số tuyến truyền thay đổi liên tục giúp cho BDER có
giá trị xác suất nghẽn tốt nhất như trên hình.

Hình 3.21 Ảnh hưởng của lưu lượng truyền loạt

3.4 Độ phức tạp tính toán của các giải thuật
Độ phức tạp tính toán của giải thuật định tuyến QoS toàn
cụclà O(NlogN+L), với N là số nút mạng, và L là số đường liên
kết. Các giải thuật như RBDA, BQRA, BDERchỉ chọn đường
trong một tập R có sẵn, nên độ phức tạp là O(|R|), với |R| chính
là kích thước của tập R, và thời gian cập nhật thông tin là O(1),
ít hơn nhiều so với các giải thuật định tuyến toàn cục.


17
3.5 Kết luận chương
Chương này đã đề xuất các giải thuật định tuyến dùng
TTNB với nhiều thông số QoS làm ràng buộc,thực hiện nhiều
thí nghiệm mô phỏngcho thấy kết quả tốt hơn của các giải thuật
đề xuất, đồng thời vớigiảm thiểu tính toán tại các nút mạng.
CHƯƠNG 4
ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG
CHO GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN DÙNG TTNB
4.1.
Mở đầu
Để cải thiện hơn nữa hiệu năng cho các giải thuật định tuyến
dùng TTNB, chương này đề xuất các biện pháp như sau: Xây
dựng và ứng dụng tập tuyến truyền linh động (DPS)tại các nút
mạng, và Ứng dụng kiểu định tuyến phân tán trong xây dựng
giải thuật định tuyến dùng TTNB.
4.2. Đề xuất tập tuyến truyền linh động
4.2.1. Giới thiệu
Tập tuyến truyền linh động sẽ làm cho giải thuật linh động
hơn vì tập tuyến truyền linh động cho phép mở rộng tập tuyến
truyền, có nghĩa là tăng số lượng tuyến truyền trong tập tuyến

truyền và do đó mang lại hiệu quả tốt hơn cho giải thuật, cụ thể
là làm cho tải thông tin được chuyển đến nhiều liên kết hơn.
4.2.2.

Mô phỏng đánh giá hiệu quả của tập tuyến truyền
linh động đối với giải thuật định tuyến dùng TTNB

4.2.2.1

Môi trường mô phỏng

Luận án dùng chương trình mô phỏng OMNeT++, trênmô
hình ISP1 được thiết lập như bảng 2.1. Các luồng dữ liệu tuân
theo luật Poisson với tỷ lệ λ; thời gian của mỗi luồng tuân theo
quy luật phân bố hàm mũ với giá trị trung bình 1/μ = 60 giây,


18
băng thông yêu cầu tuân theo quy luật phân bố uniformtrong
khoảng [0.5-4MB].
4.2.2.2

Giải thuật định tuyến dùng để mô phỏng

Để đánh giá hiệu năng của tập tuyến truyền linh động với
giải thuật đảm bảo QoS dùng TTNB, ta sử dụng giải thuật định
tuyến Localized Bandwidth-Constraint Routing hay LBCR.
4.2.2.3

Kết quả mô phỏng

Hình 4.2 Xác suất nghẽn luồng
Từ hình 4.2, khi khi tải  tăng cao, LBCR có giá trị tương
đối tốt hơndocác tuyến truyền lấy trên duy nhất một tập hợp
tuyến truyền đã chọn sẵn, nên việc tránh nghẽn xảy ra trên
mạng được thực hiện tương đối tốt hơn.
Giá trị bước nhảy trung bình (AHC)khi sử dụng DPS sẽ cao
hơn tại mức tải cao, do hiện tượng nghẽn xảy ra thường xuyên
hơn làm cho giải thuật định tuyến tái lập lạinhiều lần vàlàm
thay đổi của độ dài tuyến truyền cũng như làm tăng AHC.

Hình 4.5 Giá trị số bước nhảy trung bình khi  = 0,8


19
4.3. Đề xuất ứng dụng kiểu định tuyến phân tán trong giải
thuật định tuyến dùng TTNB
4.3.1. Mô tả giải thuật đề xuất:
Trên cơ sở kiểu định tuyến phân tán, luận án đề xuất giải
thuật định tuyến dùng TTNB sử dụng kiểu định tuyến phân tán
là Localized Bandwidth-constraint Hop-by-hop Routing
Algorithm hay LBHR.LBHR chỉ duy trì một tập K các nút liền
kề với nút nguồn từ các tuyến truyền ngắnnhất đến mỗi nút
đích. Mỗi nút KiK được gắn với một biến Ki.Bandwidth và
một chỉ số Bi(tổng số lần truyền hỏng/từ chối truyền luồng tin
trên liên kết giữa nút nguồn với Ki). Gọi T là tổng số tất cả
luồng thông tin đến nút nguồn, và yêu cầu đến nút đích.
Khi luồngtin đến nút nguồn, LBHR chọn nút liền kề có giá
trị (Bi/T) bé nhất, kiểm tra yêu cầu về băng thông của luồng dữ
liệu (gọi giá trị này là RQ).

Nếu Ki.Bandwidth ≥ RQ: Luồng tin được chuyển đến nút Ki.
Nếu Ki.Bandwidth < RQ: LBHR chọn nút liền kề tiếp theo của
tập K, và giá trị Bi của nút hiện tại tăng lên 1.Nếu không còn
nút nào trong tập K thỏa mãn Ki.Bandwidth ≥ RQ, thì luồng dữ
liệu đến bị từ chối (do không có đường liên kết nào thỏa mãn
yêu cầu chất lượng của luồng dữ liệu). Cho nên, dù không
chuyển cả tuyến truyền đến mọi nút trên tuyến truyền, nhưng
các nút trung gian luôn chuyển tiếp luồng tin đến nút đích trên
đường ngắn nhất tương tự như kiểu định tuyến nguồn đã làm.
4.3.2.

Mô phỏng đánh giá hiệu năng định tuyến.

4.3.2.1. Mô hình mô phỏng
Luận án dùng chương trình mô phỏng OMNeT++, với mô
hình ISP1 được thiết lập như bảng 2.1. Các luồng dữ liệu tương
tự trong các thí nghiệm với LBCR.


20
4.3.2.2. Kết quả mô phỏng:

Hình 4.14Xác suất nghẽn luồng
Khi tải tăng cao, mức độ nghẽn thông tin trên các liên kết bắt
đầu tăng cao. Các nút mạng bắt đầu từ chối luồng tin đến nhiều,
dẫn đến xác suất nghẽn luồng tăng lên như trên hình 4.14.Với
LBHR, các luồng tin được chuyển qua nút tiếp theo có giá trị
thấp nhất của tỷ số (Bi/T) trong các nút liền kề. Khi có một nút
liền kề có băng thông không đủ đáp ứng, nút chuyển tiếp luồng
tin sẽ nâng giá trị Bi của nút đó, dẫn đến tỷ số (Bi/T) của nút đó

tăng lên, hạn chế sử dụng nút đó thêm để tránh nghẽn, đồng thời
chuyển luồng tin sang nút khác có tỷ số (Bi/T) tốt hơn. Vì thế
xác suấtnghẽn luồng của LBHR thấp hơn các giải thuật còn lại.
4.4.

Đề xuất cơ chế điều khiển linh hoạt trong thuật toán

định tuyến dùng TTNB ứng dụng kiểu định tuyến phân tán
4.4.1. Mô tả giải thuật đề xuất:
Luận án đề xuất giải thuật định tuyến dùng TTNBsử dụng
kiểu định tuyến phân tán có cơ chế điều khiển linh động là
Localized Distributed bandwidth-constraint Routing Algorithm
hay LDRA. Như LBHR, LDRA chỉ duy trì một tập K={Ki} các
nút liền kề với nút nguồn từ các tuyến truyền ngắn nhất trên


21
tương ứng với mỗi nút đích,chỉ số Bivà một chỉ số điều khiển
truyền pt_idx nhằm giúp chuyển luồng tin đến đích.
Gọi |B| là tổng số tất cả luồng thông tin bị từ chối, T là tổng
số tất cả luồng thông tin đến nút nguồn, và yêu cầu đến nút
đích.
Khi luồng tin đến nút nguồn, LDRA chọn nút liền kề Kicó
giá trị (Bi/T) bé nhất, kiểm tra yêu cầu về băng thông của luồng
dữ liệu (gọi giá trị này là RQ). Nếu đây là nút khởi đầu của
luồng tin thì LDRA gắn thêm cho luồng tin một biến gọi là
fl_idx (chỉ số luồng tin) và gán bằng N.Nếu nút hiện tại không
phải nút nguồn, LDRA chỉ cập nhật giá trị cho fl_idx theo công
thức (4.7) mà thôi. Tiếp theo, nếu Ki.Bandwidth ≥ RQ: Luồng
tin được chuyển đến nút Ki. Đồng thời LDRA cập nhật giá trị

fl_idx như sau:
fl_idx = min(fl_idx,Ki.pt_idx) – 1

(4.7)

Nếu Ki.Bandwidth < RQ: LDRA chọn nút liền kề tiếp theo
của tập K, và giá trị Bi của nút hiện tại tăng lên 1.Vòng lặp cứ
thực hiện so sánh như vậy đến khi tìm ra một nút liền kề có
băng thông thỏa mãn RQ. Nếu không còn nút nào trong tập K
thỏa mãn Ki.Bandwidth ≥ RQ, thì luồng dữ liệu đến bị từ chối.
4.4.2. Mô phỏng đánh giá hiệu năng định tuyến
4.4.2.1. Mô hình mô phỏng
Luận án dùng chương trình mô phỏng OMNeT++, trên mô
hình ISP1 với các luồng dữ liệu tuân theo luật Poisson với tỷ lệ
λ; thời gian của mỗi luồng tuân theo quy luật phân bố hàm mũ
với giá trị trung bình 1/μ = 60 giây, băng thông yêu cầu tuân
theo quy luật phân bố uniformtrong khoảng [0.1-2MB].


22
4.4.2.2. Kết quả mô phỏng:

Hình 4.19 Xác suất nghẽn luồng
Khi tải tăng cao, nhiều luồng dữ liệu bắt đầu bị nghẽn tại các
nút mạng làm cho xác suất nghẽn luồng bắt đầu tăng cao như ở
hình 4.19,với LBCR có giá trị tương đối tốt hơn. Điều này là do
việc tính toán thiết lập chỉ số (Bi/T) giúp LDRA tránh nghẽn
cho nhiều luồng dữ liệu đến nút nguồn đồng thời. Ngoài ra, khi
tỷ số (|B|/T) lớn hơn 1/2, nút hiện tại sẽ tiến hành thủ tục tái lập
lại tập các nút liền kề, tạo cơ hội cho LDRA mở rộng tập các

nút liền kề và nâng cao khả năng truyền thông tin trên mạng.
Từ hình4.21, ta thấy rằngchỉ số cân bằng tải (Jain) của giải
thuật LDRA là tốt nhất trong các giải thuật khảo sát, là vì
LDRA phân bố luồng tin linh hoạt hơn với tập các nút liền kề
linh hoạt như mô tả ở phần trước.

Hình 4.21So sánh các chỉ số Jain về cân bằng băng thông mạng
Hình 4.22 mô tả khảo sát về lưu lượng truyền loạt với dòng
lưu lượng Weibull với hệ số 0,4, trên mạng mô phỏng ISP1.


23

Hình 4.22 Ảnh hưởng của lưu lượng truyền loạt
Qua hình, sự khác biệt lớn xảy ra khi tải mạng tăng lên với
ρ>0,5. Theo đó, doLDRA sử dụng tập các nút mạng liền kề để
truyền thông tin, cùng chỉ số của các nút mạng thay đổi liên tục
giúp cho LDRA có giá trị xác suất nghẽn tốt nhất như trên hình.
4.5.

Độ phức tạp tính toán của các giải thuật

Độ phức tạp tính toán của giải thuật định tuyến dùng TTNB
nút như LDRA và LBHR có thời gian tính toán là O(|K|), trong
đó, |K| là số nút liền kề trong tập K. Đồng thời, các giải
thuậtdùng TTNB nút cũng cần cập nhật thông tin tại nút, với
một thời gian tính toán hằng số là O(1), ít hơn nhiều so với các
giải thuật định tuyến toàn cục.
4.6.

Kết luận chương

Chương này đề xuất tập tuyến truyền linh động, được sử
dụng trong giải thuật định tuyến dùng TTNB, đồng thời, luận án
đã đề xuất giải thuật LBHR - giải thuật định tuyến dùng TTNB
sử dụng kiểu định tuyến phân tán, và giải thuật LDRA dùng cơ
chế linh hoạtđiều khiển luồng tin đến nút đích trên cơ sở phát
triển giải thuật LBHR ở trên. Qua phân tích kết quả thu được, ta
thấy các giải thuật đề xuất đã giúp cải thiện hiệu năng định
tuyến, giảm xác suất nghẽn, đồng thời giúp cân bằng băng
thông toàn mạng tốt hơn, do phân tải đều đến tất cả các liên kết
trên toàn mạng.