Khoá luận tốt nghiệp: IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.27 MB, 120 trang )
Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC
......................................................................................................................
I
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
...........................................................................................
IV
LỜI NÓI ĐẦU
..............................................................................................................
1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
....................................................................
4
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
..................................................................................
4
1.2 Lí do chọn IP/WDM
............................................................................................
8
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
...................................................
11
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông
...................................................................
11
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
............................................
11
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết
..................................................
13
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
.........................................................
13
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình
......................................................................................
20
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM
..............................
21
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
...........................................................
22
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
........................................................
23
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
...................................................................
23
2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp
......................................................................
25
2.5.3 Nhận xét
....................................................................................................
26
2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
......................................
27
2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM
...................................
30
2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM
.................................................................
32
2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình
.................................................................................
32
2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng
.................................................................
34
2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang
...........................................................
41
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS
.................................................................................
42
2.7.1 Cân bằng tải
..............................................................................................
42
2.7.2 Giám sát mạng
...........................................................................................
47
CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
49
.......
3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất
.................................................
49
3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc
......................................................
51
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
i
Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục
3.1.2 Thiết kế mô hình
.......................................................................................
52
3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm
..................................................
53
3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo
...........................................................................
59
3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói
.......................................
63
3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói
................................
63
3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình
........................................................................
66
3.2.3 Một trường hợp thực tế
............................................................................
67
3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm
....................................................
68
3.2.5 Thảo luận về thuật toán
............................................................................
76
3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất.
........................................
76
CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM
..................................
79
4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
..........................................................
79
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
.................................
79
4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp
.....................................
82
4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP giao thức điều khiển mạng (IP TECP)
......................
84
4.5 Giao diện người sử dụng mạng IP/WDM (UNI)
..........................................
90
4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM giao thức điều khiển mạng (WDM TECP)
.........
98
4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín.
..........................................................
107
4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng
.........................................................
107
4.7.2 Hội tụ mạng
............................................................................................
109
KẾT LUẬN
................................................................................................................
110
TÀI LIỆU THAM KHẢO
..........................................................................................
113
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Mục lục
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt
ANSI
ARP
ATM
BGP
CSPF
DCN
DHCP
DHP
ECMP
FBM
FTP
GMPLS
GUI
HTDA
HTTP
ICMP
ID
IETF
Ifmanager
IP
LAN
LEMS
LMP
LSA
LSP
MAC
MIB
MLDA
Tiếng Anh
American National Standard
Institute
Address Resolution Protocol
Asynchronous Transfer Mode
Border Gateway Protocol
Constraintbased Shortest
Path First Routing
Data Communication
Network
Dynamic Host Configuration
Protocol
Demand Hopcount Product
heuristic algorithm
Equal Cost Multiple Path
Fractional Brownian Motion
File Transfer Protocol
Generalized Multiprotocol
Label Switching
Graphical User Interface
Heuristic Topology Design
Algorithm
Hypertext Transfer Protocol
Internet Control Message
Protocol
Identifier
Internet Engineering Task
Force
Interface manager
Internet Protocol
Local Area Network
Link Elimination via
Matching Scheme
Link Management Protocol
Link State Advertisement
Label Switched Path
Medium Access Control
Management Information
Base
Minimumdelay Logical
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Tiếng Việt
Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì
Giao thức phân giải địa chỉ
Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ
Giao thức cổng biên
Định tuyến đường đi ngắn nhất
trước tiên dựa trên ràng buộc
Mạng truyền thông dữ liệu
Giao thức cấu hình host động
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu
Đa đường đồng chi phí
Chuyển động phân mảnh
Brownian
Giao thức truyền file
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát
Giao diện người sử dụng đồ hoạ
Thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm
Giao thức truyền siêu văn bản
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
Bộ nhận dạng
Nhóm kĩ sư Internet
Khối quản lí giao diện
Giao thức Internet
Mạng cục bộ
Loại bỏ tuyến nối thông qua lược
đồ ghép
Giao thức quản lí tuyến nối
Quảng bá trạng thái tuyến nối
Đường chuyển mạch nhãn
Điều khiển truy nhập môi trường
Cơ sở thông tin quản lí
Thuật toán thiết kế mô hình logic
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học
MPLS
MSN
MTU
NC&M
NE
NGI
NMS
NSFNET
OADM
OAM
OAM&P
OC12
OC3
OC48
OC192
OHTMS
OIF
OLS
OMP
OSCP
OSPF
OXC
PC
QoS
RAM
RARP
RD
RDHP
RSVP
Thuật ngữ viết tắt
Topology Design Algorithm
Multiprotocol Label
Switching
Manhattan Street Network
Maximum Transmission Unit
Network Control and
Management
Network Element
Next Generation Internet
Network Management System
tối thiểu hoá trễ
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Optical Add/Drop Multiplexer
Operation and Maintenance
Operation, Administration,
Maintenance and Provisioning
Optical Carrier Level 12
(622,08 Mb/s)
Optical Carrier Level 3
(155,52Mb/s)
Optical Carrier Level 48
(2448,32 Mb/s)
Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)
LPbased OneHop Traffic
Maximisation Scheme
Optical Internetworking
Forum
Optical Label Switching
Optimized Multi Path
Optical Switch Control
Protocol
Open Shortest Path First
Protocol
Optical Cross Connect
Personal Computer
Quality of Service
Random Access Memory
Reverse Address Resolution
Protocol
Residual Demand heuristic
algolrithm
Residual Demand Hopcount
Product heuristic algolrithm
Resource Reservation
Khối xen/tách quang
Hoạt động và bảo trì
Hoạt động, quản trị, bảo trì và
giám sát
Mức mang quang 12
(622,08 Mb/s)
Mức mang quang 3
(155,52Mb/s)
Mức mang quang 48
(2448,32 Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)
Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng
đơn hop dựa trên LP
Diễn đàng liên mạng Internet
quang
Chuyển mạch nhãn quang
Đa đường tối ưu
Giao thức điều khiển chuyển
mạch quang
Giao thức đường đi ngắn nhất
trước tiên mở
Đấu chéo quang
Máy tính cá nhân
Chất lượng dịch vụ
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
Giao thức phân giải địa chỉ ngược
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Mạng phố Manhattan
Đơn vị truyền dẫn tối đa
Quản lí và điều khiển mạng
Phần tử mạng
Internet thế hệ kế tiếp
Hệ thống quản lí mạng
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
nhu cầu dư thừa
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu dư thừa
Giao thức đặt trước tài nguyên
v
Đồ án tốt nghiệp đại học
SCSI
SDH
SNMP
SNR
SONET
SPF
SRLG
TCP
TE
TECP
TELNET
TILDA
TMN
TTL
UDP
UNI
VPC
VPN
WADM
WAN
WDM
WSXC
Protocol
Small Computer Systems
Interface
Synchronous Digital
Hierarchy
Simple Network Management
Protocol
SignaltoNoise Ratio
Synchronous Optical Network
Shortest Path First
Shared Risk Link Group
Transmission Control
Protocol
Terminal Equipment, Traffic
Engineering
Traffic Engineering to Control
Protocol
Remote Telminal protocol
Traffic Independent Logical
Topology Design Algorithm
Telecommunications
Management Network
Time To Live
User Datagram Protocol
User to Network Interface
Virtual Path Connection
Virtual Private Network
Wavelength Add/Drop
Multiplexer
Wide Area Network
Wavelength Amplifier
Wavelength Selective Cross
Connect
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Thuật ngữ viết tắt
Giao diện các hệ thống máy tính
nhỏ
Phân cấp số đồng bộ
Giao thức quản lí mạng đơn giản
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
Mạng quang đồng bộ
Đường đi ngắn nhất trước tiên
Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia
sẻ
Giao thức điều khiển truyền dẫn
Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu
lượng
Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức
điều khiển
Giao thức đầu cuối ở xa
Thuật toán thiết kế mô hình logic
độc lập lưu lượng
Mạng quản lí viễn thông
Thời gian sống
Giao thức Datagram người sử
dụng
Giao diện người sử dụngmạng
Kết nối đường ảo
Mạng cá nhân ảo
Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng
Mạng diện rộng
Bộ khuếch đại bước sóng
Khối đấu chéo lựa chọn bước
sóng
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Thuật ngữ viết tắt
vii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày
càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng
dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt
ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu
hoá cho IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá
ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn
mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử
dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có
thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt
động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt
chi phí cho các mạng đường dài.
Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví
dụ như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng
quang dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong
các mạng nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không
chỉ còn là các các đường dẫn điểmđiểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí
nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền
tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một
nhiệm vụ cấp thiết.
Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang
WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập
trung trình bày về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm
để triển khai các mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm
có bốn chương:
Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái
niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng
này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại
được chọn là giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương
I
Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một
số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học
Lời nói đầu
IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật
lưu lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM.
Chương này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo
đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói,
mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch
chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất.
Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV,
các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết
về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ
thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ
thuật lưu lượng chồng lấn sẽ được trình bày.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá
luận này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những
ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn.
Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã
tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp
đỡ em trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân những người đã luôn
giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2005
Sinh viên
Nguyễn Thế Cương
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
Lời nói đầu
3
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng
quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng
thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP
hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng
phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ
ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như
các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
Sợi quang
Các kênh bước
sóng
MUX
MUX
Bộ phát đáp
Gigabit, Ethernet
SONET
Ma trận
chuyển mạch
Các cổng đầu ra tín hiệu
(Giao diện khách)
IP
IP
SONET/SDH
Các cổng đầu vào tín hiệu
(Giao diện khách)
IP
IP
SONET/SDH
Lưu lượng vào ra
Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu
cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn
quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian
và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn
tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang
điệnquang (OEO). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
4
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và
SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng
liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy
nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu.
Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình
1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và
cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn
song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử
dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể
được mang trên cùng một sợi quang.
IP
ATM
IP/MPLS
SONET/SDH
SONET/SDH
IP/MPLS
WDM
WDM
WDM
Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và
độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu
lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị
cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính
toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật
MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau:
Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định
dòng/tuyến.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được
vận chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các
mào đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng
MPLS và sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các
“nhãn” (thay vì phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).
MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập
bởi MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường
tương đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).
Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết
hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào
FEC được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc
địa chỉ đích trong phần mào đầu của gói tin.
Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được
triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện
chỉnh các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP
hiện tại, kĩ thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì
chuyển đổi hướng lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực
tiếp là không hiệu quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn
ở đâu đó trong mạng. MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp
và tập trung chủ yếu vào chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS
cũng cung cấp các công cụ cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật
đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.
Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH
cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:
SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua
đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.
Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối
với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể
là:
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
6
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở
đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh
báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên,
SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức
khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu
tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các
bộ ghép kênh OCn. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các
thành phần mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC1 với tốc độ là
51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS3 với tốc độ bit là
44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu
quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi
tuyến. Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển
lỗi truyền dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một
vài công ty đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các
chức năng tương tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế
mào đầu và ghép kích thước khung vào kích thước gói tin.
Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10
Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép
chặt. Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối
cũng không cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để
truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo
hiệu và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng
quang WDM có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển.
Như vậy nó sử dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
7
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Lưu lượng dữ liệu
Báo hiệu ngoài băng
(a) Mạng WDM
Lưu lượng dữ liệu
và điều khiển
Báo hiệu trong băng
(b) Mạng IP truyền thống
Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc
mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện
có, nhà quản trị và chủ sở hữu mạng.
1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định
tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn
tại rất nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó
phía dưới lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn
hứa hẹn nhất, cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát
triển của Internet. Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của
các hệ thống WDM giảm đi.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để
chuyển đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết
lập đường truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu
lượng ứng dụng và lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt
phẳng dữ liệu là đệm và chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu
và mặt phẳng điều khiển và do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến
để phân biệt các bản tin điều khiển và các gói tin dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều
khiển riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các
bản tin điều khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN,
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
8
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
được triển khai theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống
này dùng một phân cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt
phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng
IP một cách hiệu quả còn trong mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt
phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian
của các mạng quang intra và interWDM và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công
nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng
dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại
truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao
thức điều khiển IP cho phép.
IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động
theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng
cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống
sang mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không
những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài
nguyên động và giám sát dịch vụ theo nhu cầu.
Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa
chỉ được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất
và có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các
nhà khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được
triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp.
Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ
thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt
phẳng điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng.
Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa
các nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
9
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I. Tổng quan về IP/WDM
đòi hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu
SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết
hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở
đây là IP.
IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ
chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng.
Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế,
chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng
IP.
Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích
hợp mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ
như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ
IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa
chỉ ATM.
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả,
làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
10
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông
Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là
mô hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các
phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy
tính cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá
lưu lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ
đến, phân bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử
dụng để mô tả chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô
hình hàng đợi. Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô
hình cho các mạng chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ
thống đã đầy thì nếu như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được
phục vụ. Hệ thống có tổn thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách
hàng. Còn hệ thống đợi hoàn toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển
mạch gói với giả thiết rằng hàng đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều
đang bận thì một khách hàng đến vào thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng
đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất
định trước khi được phục vụ. Lúc này mối quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của
bộ đệm và chính sách được sử dụng trong hàng đợi.
Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá
hệ thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự
đoán lưu lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số
để thực hiện mô hình hoá.
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mô hình lưu lượng thoại
Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là
mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:
xh
trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi)
trung bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu
lượng một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô
hình Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
gọi và nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng)
thực hiện cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất
mà tất cả các kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn
cuộc gọi, Bc, thể hiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ
thống tổn thất M/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân
theo quá trình Poisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc
lập và bằng nhau theo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập
trung lưu lượng và thời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang
như sau:
n
n!
Bc = Erlang (n,α) =
n
i
0
i
i!
b) Mô hình lưu lượng dữ liệu
Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu
lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung
bình L, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc
độ tuyến nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì
thời gian truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện
bởi tải lưu lượng ρ:
.L
R
Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được
biểu diễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z.
Giả thiết một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình
Poisson với tốc độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố
luỹ thừa L thì mối quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho
bởi công thức sau:
1, L
Pz
Wait(R, , L, z)
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
R (
L
R
exp
R
L
1)
z , L
R(
1)
12
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết
Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên
hàng trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng.
Các nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều
do sự xuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây,
giây, phút, giờ và ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự
tương quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất
cả các dải thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để
miêu tả đặc tính phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả
nếu sử dụng các mô hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson.
Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức
gói tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian
đến giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô
hình cổ điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ
đến kết nối tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng
hồ). Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối
trong phiên khởi tạo người sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến
kết nối có tính bùng nổ, đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson.
Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần
phải sử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Lognormal, Weibull,
Pareto. Đối với các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan
như là chuyển động Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham
chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày
trong phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu
lượng. Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái
cấu hình mức mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác
định được các đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết
định có thực hiện tái cấu hình hay không.
Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp
lưu lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
13
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
trong trường hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa
hai bộ định tuyến. Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các
bộ định tuyến liền kề. Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới
tính không đối xứng của lưu lượng giữa các đầu cuối. Cho trước một dòng lưu
lượng thì điều ta mong muốn là xác định các tính chất và ước lượng được băng
thông của nó. Mặc dù phương pháp dưới đây có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu
lượng nhưng nó được hi vọng là sẽ có khả năng ước lượng được tải mong muốn
của kết nối IP và sau đó các ước lượng này sẽ được sử dụng để thực hiện các
quyết định tái cấu hình.
Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai.
Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố.
Người ta mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay
đổi trong xu hướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày).
Mặt khác khoảng thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một
thủ tục tái cấu hình. Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau:
Thời gian để thực hiện một dự đoán
Thời gian để tính toán một mô hình mới
Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới
Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính
toán của mô hình dự đoán. Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ
phức tạp của các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc
thiết kế mô hình đó. Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu
hình mới lại phụ thuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng. Giả thiết rằng chu
trình dịch chuyển bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối
IP/WDM riêng rẽ. Khi đó thời gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập
và loại bỏ các tuyến nối IP/WDM với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định
sau mỗi thay đổi mô hình.
Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu
hình nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái
cấu hình mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với
khoảng thời gian mịn thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô
là một thông số có thể thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị
khác nhau của thông số thời gian thô đã được đánh giá.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc vào một số yếu tố sau:
Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày
trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.
Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng
trong quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.
Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là
các quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của
dòng lưu lượng trong đó.
Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể
dự đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận
dụng các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng
là quá trình tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và
J. Hodge tại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC
mang lưu lượng IP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại
Bellcore/Telcordia.
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương
quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và
thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để
xem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô.
FBM được định nghĩa như sau:
A(t) = mt + am Z(t) trong đó
t
Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thường hoá
với các tính chất sau:
Z(t) đồng biến
Z(0) = 0 và E[Z(t)] = 0 với mọi t
E[Z(t)]2 = t
2H
với mọi t
Z(t) có tính liên tục
Z(t) có tính Gauss
Sự biến thiên của Z(t) được thể hiện bởi:
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
15
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
V[A(t)] = am t
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
2H
Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM như trên và với tốc độ dịch
vụ C. Hệ thống này có bốn thông số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến
thiên của quá trình đến, H là thông số tự tương quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác
xuất tràn dòng của hàng đợi trên hay chính là P(Q>B) trong đó B là kích thước bộ
đệm được cho bởi công thức gần đúng sau:
P (Q
B)
exp(
1
(am) 1 (C
2
m) 2 H H
2H
(1 H )
2 (1 H )
B 2 (1
H)
)
Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:
P(Q > B) exp (
z2
)
2
thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:
1
C
1
1
m m 2H z 2H a 2H B
1
1 H
H (1 H ) 1
1
H
Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng
Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời
gian đó của tuần trước đó.
Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong
ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối. Do vậy, độ lớn lưu
lượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn
đã xuất hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước
đó. Và điều này có thể được biểu diễn bởi biểu thức:
F0
F h, d
Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần
trước đó. Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác
được mô hình bởi một hàm có thông số γ. Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này
là hàm mũ:
F1
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
F0 e F
0
16
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng.
Giả thiết rằng W0 và W1 là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong
dòng lưu lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:
W1
W0 e w
0
Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế
tiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép
dự đoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện.
Cho A(h1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h1).
Giả thiết F(h1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h1) thì:
A(h 1)
F (h 1)
(1
) là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và
giá trị thực tế trong khoảng thời gian liền trước. Do đó:
F2
A(h 1)
F (h 1)
F1
(1
)
trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được
trước đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho
bởi:
A(h)
F ( h)
A(h 1)
F (h 1)
là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho
tối thiểu hoá giá trị:
A(h)
E
F ( h)
A(h 1)
F (h 1)
2
trong đó E là toán tử dự đoán. Nó sẽ cho kết quả là:
E
A(h) A(h 1)
F (h) F (h 1)
A(h 1)
E
F (h 1)
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
2
17
Đồ án tốt nghiệp đại học
IP/WDM
Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F 2, kích thước bộ
định tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi thì điều kiện cho
dung lượng sẽ được biểu diễn bởi:
F3
1
trong đó (a, H , B, z )
1
2H
2
F2
1
z 2H a 2H B
F
1
1 H
( a , H , B, z )
H (1 H ) 1
1
H
Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số
a và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả
đo độ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị
độ lớn lưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu
lượng trung bình sẽ là:
N
m
T (i )
i 1
N
và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:
N
Vt
(T (i ) m) 2
i1
N 1
Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích
thước mỗi khối là kt và có phương sai là Vkt. Khi cho trước hai giá trị ước lượng
phương sai Vt và Vkt thì các giá trị a và H là hoàn toàn có thể xác định được.
Trong phương pháp thứ hai, thông số H có thể ước lượng từ các điểm sai khác
thời gian như sau. Cho một vệt thời gian Xk, k = 1, 2,…., chúng ta sẽ có một vệt
thời gian tổng hợp Xk(m), k = 1, 2,… bằng cách lấy trung bình từ các chuỗi X k ban
đầu nhờ các khối không chồng lấn có độ lớn m. Nghĩa là:
X k( m )
1
X km
m
m 1
... X km
Sau đó đối với các quá trình phụ thuộc dải dài thì ta sẽ có:
V X (m)
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
m
2 (1 H )
18
