Nghiên cứu một số tính chất vật lý của vật liệu perovskite Ca1 xAxMn1 yByO3 A

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Đắc Nhường

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI

LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Đắc Nhường

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI
Chuyên ngành: Cơ sở toán cho Tin học
Mã số: 62460110

LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS Lê Trọng Vĩnh
2. PGS.TS Ngô Hồng Sơn

Hà Nội - 2015


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan luận án "Nghiên cứu một số vấn đề nâng cao chất
lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới" là cơng trình nghiên cứu của riêng
tơi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và
chưa từng được cơng bố trong bất kỳ một cơng trình nào khác.

Tơi đã trích dẫn đầy đủ các tài liệu tham khảo, cơng trình nghiên cứu liên
quan ở trong nước và quốc tế. Ngoại trừ các tài liệu tham khảo này, luận án
hồn tồn là cơng trình của riêng tơi.
Trong các cơng trình khoa học được cơng bố trong luận án, tơi đã thể hiện
rõ ràng và chính xác đóng góp của các đồng tác giả và những gì do tơi đã
đóng góp. Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được sự
đồng ý của đồng tác giả trước khi đưa vào luận án.
Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Bộ
môn Tin học, Khoa Toán-Cơ-Tin học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
Đại học Quốc gia Hà Nội.

Tác giả:

Hà Nội:

i


Lời cảm ơn
Trước hết, tôi muốn cảm ơn PGS.TS Lê Trọng Vĩnh, PGS.TS Ngô Hồng Sơn
- những người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học

tập và thực hiện luận án này. Một vinh dự lớn cho tôi được học tập, nghiên cứu
dưới sự hướng dẫn tận tình, khoa học của hai Thầy.
Tơi xin gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ mơn Tin học, Khoa TốnCơ-Tin học vì sự giúp đỡ và những đề xuất, trao đổi trong nghiên cứu rất hữu ích
cho luận án. Xin cảm ơn các Thầy, Cơ và các anh chị em đã góp ý, cổ vũ động
viên và sát cánh bên tơi trong suốt q trình thực hiện luận án.
Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phịng Sau Đại học, Phịng Đào tạo,
Phịng Chính trị và Công tác sinh viên trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong suốt q trình thực
hiện luận án. Tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Khoa Công nghệ
thông tin Trường Đại học Hải Phòng đã tạo điều kiện về thời gian và tài chính
cho tơi hồn thành luận án này.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn đối với cha mẹ, vợ con và gia
đình đã ln ủng hộ, giúp đỡ tôi. Những người luôn chia sẻ, động viên tơi trong
những lúc khó khăn và tơi ln ghi nhớ điều đó.

ii


Mục lục
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Danh mục từ viết tắt

v

Danh mục ký hiệu

vi

Danh mục bảng

vii

Danh mục hình vẽ

viii

Mở đầu

1

1 Một số hướng tiếp cận nâng cao QoS trong mạng NGN
1.1 Mạng thế hệ mới . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Chất lượng dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Các tham số phản ánh chất lượng dịch vụ . . . . .
1.2.2 Phân lớp chất lượng dịch vụ . . . . . . . . . . . . .
1.2.3 Mơ hình và kỹ thuật đảm bảo QoS . . . . . . . . .
1.2.4 Một số nghiên cứu về chất lượng dịch vụ . . . . . .
1.3 Bài toán tối ưu tổ hợp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 Mơ hình bài tốn tổng qt . . . . . . . . . . . . .
1.3.2 Các hướng tiếp cận giải bài toán tối ưu tổ hợp . . .
1.4 Thuật toán tối ưu đàn kiến . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1 Từ đàn kiến tự nhiên đến đàn kiến nhân tạo . . . .
1.4.2 Thuật toán ACO cho bài toán tối ưu tổ hợp . . . .

1.4.3 Các thuật toán đàn kiến và một số vấn đề liên quan
1.4.3.1 Thuật toán Ant System . . . . . . . . . .
1.4.3.2 Thuật toán Ant Colony System . . . . . .
1.4.3.3 Thuật toán Max-Min Ant System . . . . .
1.4.4 Cơ sở sự hội tụ của thuật toán . . . . . . . . . . . .
1.5 Tấn công từ chối dịch vụ nguy cơ và thách thức . . . . . .
1.6 Kết chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Tối ưu cấp phát tài nguyên cho các dịch vụ
2.1 Mở rộng dung lượng mạng không dây . . . .
2.1.1 Mơ hình bài tốn . . . . . . . . . . .
2.1.2 Các nghiên cứu liên quan . . . . . .
iii

đảm
. . .
. . .
. . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

6
6

9
9
10
12
14
16
16
16
19
19
21
23
23
25
26
27
30
32

bảo QoS
33
. . . . . . . . . . 33
. . . . . . . . . . 34
. . . . . . . . . . 37


2.1.3

2.2

2.3

2.4

Đề xuất thuật toán ACO tối ưu mở rộng dung lượng . . . .
2.1.3.1 Xây dựng đồ thị có cấu trúc . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.2 Thủ tục xây dựng lời giải . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3.3 Mơ tả thuật tốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .
Định vị tài nguyên cho các lớp dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Mơ hình bài tốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Các nghiên cứu liên quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Tối ưu định vị tài nguyên tập trung cho các lớp dịch vụ . . .
2.2.3.1 Đề xuất thuật toán ACO tối ưu định vị tài nguyên
2.2.3.2 Đề xuất thuật toán MMAS tối ưu định vị tài nguyên
2.2.4 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .
Cấp phát tài nguyên cho các luồng đa phương tiện . . . . . . . . .
2.3.1 Mơ hình bài tốn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Các nghiên cứu liên quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Đề xuất thuật toán MMAS tối ưu QoS luồng đa phương tiện
2.3.3.1 Xây dựng đồ thị cấu trúc . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.2 Thủ tục xây dựng lời giải . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3.3 Mô tả thuật toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.4 Kết hợp qui tắc cập nhật vết mùi MLAS, SMMAS và 3LAS
2.3.5 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .
Kết chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Đảm bảo an ninh và tính sẵn sàng của dịch vụ đáp ứng QoS
3.1 Mơ hình đảm bảo ninh dịch vụ trong mạng NGN . . . . . . . .
3.1.1 Khuyến nghị ITU-T X.805 . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.2 Phân tích ưu nhược điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Tấn công từ chối dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Mơ hình tấn cơng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Phương pháp tấn cơng và kỹ thuật phịng chống . . . . .
3.3 Một số nghiên cứu liên quan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Giải pháp phòng chống tấn cơng dựa trên chính sách . . . . . .
3.5 Thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 Kết chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kết luận

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

43
43
44
45
46
53
54
58
61
61
62
64
71
71
74
77
77
77
80
80
81
86
87
88
88
90
91
92

93
98
99
102
105

106

Danh mục cơng trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án 109
Tài liệu tham khảo

110

iv


Danh mục từ viết tắt
Viết tắt

Dạng đầy đủ

Diễn giải

ACO
ACS
AS
BSC
BSS
BTS
CoS

DiffServ
DoS
DDoS
DNS
GA
GoS
GS
IMS
IntServ
MMAS
MS
MSC
MoS
NGN
NGWN
OSE
PSO
QoS
QoE
SLA
TCA
ToS

Ant Colony Optimization
Ant Colony System
Ant System
Base Station Controller
Base Station Subsystem
Base Transceiver Station
Class of Service

Differentiated Service
Denial of Service
Distributed DoS
Domain Name System
Genetic Algorithm
Grade of Service
Guaranteed Service
IP Multimedia Subsystem
Integrated Service
Min-Max Ant System
Mobile Station
Mobile Switching Centers
Mean Opinion Score
Next Generation Network
Next Generation WN
Open Service Environment
Particle Swarm Optimization
Quality of Service
Quality of Experience
Service Level Agreement
Traffic Condition Agreement
Type of Service

Tối ưu đàn kiến
Hệ thống đàn kiến
Hệ thống kiến
Bộ điều khiển trạm gốc
Phân hệ trạm gốc
Trạm thu phát sóng gốc
Lớp dịch vụ

Dịch vụ được phân biệt
Tấn công từ chối dịch vụ
Tấn công từ chối dịch vụ phân tán
Hệ thống tên miền
Thuật toán di truyền
Cấp độ dịch vụ
Dịch vụ đảm bảo
Phân hệ con đa phương tiện
Dịch vụ được tích hợp
Hệ thống kiến Min-Max
Trạm di động
Tổng đài thông tin di động
Điểm đánh giá QoS
Mạng thế hệ mới
Mạng không dây thế hệ mới
Môi trường dịch vụ mở
Tối ưu nhóm bầy
Chất lượng dịch vụ
Chất lượng trải nghiệm
Thỏa thuận mức dịch vụ
Thỏa thuận điều kiện lưu lượng
Loại dịch vụ

v


Danh mục ký hiệu
Ký hiệu

Ý nghĩa

α
β
ρ
τ0
τij
τmax
τmid
τmin
∆τij
∆τijbest
pijk
K
NMax
s = (s1 , s2 , ..., sn )
bi
Dis
di
dijt
ri (si )
ci (si )
pi
βi
F = (f1 , ..., fn )
wi
rij
R = (Rq+1 , ..., Rm )
Ri = (Ri1 , ..., Rim )
Bdownlink
Buplink

ui (rij )

Tham số ảnh hưởng tương quan của mật độ vết mùi
Tham số ảnh hưởng tương quan của thông tin tri thức
Hệ số bay hơi
Giá trị khởi tạo vết mùi
Vết mùi trên cạnh (i, j )
Cận trên của giới hạn vết mùi
Trung bình của giới hạn vết mùi
Cận dưới của giới hạn vết mùi
Lượng vết mùi kiến k để lại trên cạnh (i, j ) khi đi từ i đến j
Lượng vết mùi tốt nhất của đàn kiến
Xác suất lựa chọn cạnh (i, j ) của kiến k
Số lượng kiến được thiết lập
Số vòng lặp tối đa thực hiện
Tập các dịch vụ được cung cấp tại mỗi nút mạng
là thiệt hại khi không đáp ứng được SLA trên dịch vụ si
Yêu cầu dữ liệu kiểu s từ MSi
là giới hạn dưới mức độ cam kết dịch vụ
Khoảng cách giữa MSi tới BTSj loại t
là lợi nhuận thu được từ dịch vụ si
là chi phí để đáp ứng dịch vụ si
là giá mà người dùng phải chi trả khi dùng dịch vụ si
là tham số điều khiển độ dốc của hàm chi phí
Tập các luồng đa phương tiện (N là số luồng)
Trọng số mô tả sự quan trọng của luồng fi
Tài nguyên yêu cầu r của hoạt động pj và luồng fi
Lượng tài nguyên giới hạn đối với tất cả các yêu cầu
Lượng tài nguyên tiêu thụ đối với mỗi luồng fi
Băng thông tối đa dành cho Download

Băng thông tối đa dành cho Upload
Giá trị hữu dụng đối với điểm hoạt động pj và luồng fi

vi


Danh mục bảng
1.1
1.2
1.3
1.4

Phân lớp chất lượng dịch vụ của ITU-T .
Phân lớp chất lượng dịch vụ của ETSI . .
Các hướng tiếp cận giải bài tốn tối ưu tổ
Q trình phát triển các thuật toán ACO

2.1
2.2

2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28

Các ký hiệu dùng trong bài toán mở rộng dung lượng mạng . . . . . . .
So sánh kết quả của Greedy, GENEsYs, LibGA, GGA với ACO-BSC1,
ACO-BSC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh kết quả của Hybrid I, Hybrid II, ACO-BSC1, ACO-BSC2 . . .
Thông tin về bộ dữ liệu thực nghiệm mở rộng dung lượng mạng . . . . .
Thiết đặt tham số cho thuật toán GA-MRDL và ACO-MRDL . . . . . .
So sánh dung lượng được mở rộng của GA-MRDL và ACO-MRDL . . .
So sánh hàm mục tiêu của thuật tốn GA-MRDL và ACO-MRDL . . .
Thơng tin về tọa độ, dung lượng và loại BSC . . . . . . . . . . . . . . .
Thông tin về tọa độ, dung lượng và loại BTS . . . . . . . . . . . . . . .
Thông tin về tọa độ, dung lượng các trạm MS . . . . . . . . . . . . . . .
Các ký hiệu trong bài toán định vị tài nguyên cho các lớp dịch vụ . . .
Thiết đặt tham số cho thuật toán ACO và MMAS . . . . . . . . . . . .
Tham số cho các lớp dịch vụ si (i = 1, 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh kết quả phân bố tài nguyên khi thay đổi tốc độ đến trung bình
So sánh kết quả phân bố tài nguyên khi thay đổi ngưỡng trễ . . . . . . .
So sánh kết quả phân bố tài nguyên khi thay đổi thừa số giá . . . . . .
Đánh giá sự ảnh hưởng của tham số Hurst đến hàm mục tiêu . . . . . .
So sánh kết quả phân bố tài nguyên của thuật toán MMAS-ĐVTN khi
thay đổi tốc độ đến trung bình α
¯ của các dịch vụ . . . . . . . . . . . . .
So sánh kết quả phân bố tài nguyên của thuật toán MMAS-ĐVTN khi
thay đổi tham số giá pi của các dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kết quả thực nghiệm so sánh giữa các thuật toán trên nhiều lớp dịch vụ
Các ký hiệu dùng trong tối ưu QoS cho các luồng đa phương tiện . . . .
Thiết đặt tham số cho các thuật toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tập tham số yêu cầu và ràng buộc của các luồng dịch vụ AVC . . . . .
Tập tham số các luồng đa phương tiện thực nghiệm . . . . . . . . . . .
Tài nguyên yêu cầu và chi phí đáp ứng các luồng đa phương tiện . . . .
So sánh hàm mục tiêu và thời gian thực thi trên bộ dữ liệu chuẩn . . . .

Tham số về số lượng luồng theo hướng downlink và uplink thực nghiệm
So sánh kết quả thực thi giữa các qui tắc cập nhật vết mùi . . . . . . .

3.1
3.2

Thiết lập tham số các đối tượng thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Thiết lập chính sách bảo mật riêng cho các máy chủ . . . . . . . . . . . . 103

2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19

vii

. . .

. . .
hợp
. . .

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.

.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.

.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.

11
11
17
23

. 35
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

46
47
48
49
49
50
51
51
51
56
64
64
69
69
69
69

. 70

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

70
70
73
82
84
84
84
85
85
85


Danh mục hình vẽ
1.1
1.2
1.3

Kiến trúc mạng NGN của ITU-T Y.2012 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Quá trình thực hiện cam kết chất lượng dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . 13

Thí nghiệm trên cây cầu đơi và thí nghiệm bổ sung . . . . . . . . . . . . . 19

2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

Kiến trúc hạ tầng mạng di động không dây . . . . . . . . . . . . . . . .
Mơ hình mở rộng dung lượng mạng khơng dây . . . . . . . . . . . . . .
Đồ thị cấu trúc của bài toán đặt trạm BSC . . . . . . . . . . . . . . . .
Đồ thị khởi tạo và đồ thị đầy đủ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
So sánh thời gian thi trung bình của GA-MRDL và ACO-MRDL . . . .
So sánh phương án tối ưu trong bài toán #2 của thuật toán GA-MRDL
và ACO-MRDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7 Ảnh hưởng của số kiến (a) và số vòng lặp (b) đến thời gian thực thi của
ACO-MRDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8 Mô hình phân bố tối ưu tài nguyên dựa vào độ đo (MBORA) . . . . . .
2.9 Quan hệ giữa hàm chi phí với ngưỡng trễ với βi = 10, di = 4 . . . . . .
2.10 Quan hệ giữa kích thước hàng đợi và các tham số lưu lượng . . . . . . .
2.11 Mặt phẳng mô phỏng hàm mục tiêu theo phân bố (s1 , s2 ) . . . . . . . .

.
.
.
.
.

33

35
39
44
50

. 52
.
.
.
.
.

53
54
57
59
65

2.12 Ảnh hưởng của (¯
α1 , α
¯ 2 ) đến hàm mục tiêu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.13 Ảnh hưởng của ngưỡng trễ đến hàm mục tiêu . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.14 Ảnh hưởng của hệ số giá cả đến hàm mục tiêu của MMAS-ĐVTN . . . . 66
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21

2.22
2.23
2.24

Ảnh hưởng của độ lêch |∆Hi | hàm mục tiêu của MMAS-ĐVTN . . .
So sánh thời gian thực thi của PSO, ACO-ĐVTN và MMAS-ĐVTN
So sánh thời gian thực thi của PSO, ACO-ĐVTN và MMAS-ĐVTN
Q-MOF trong kiến trúc mạng NGN . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Các thành phần chức năng của Q-MOF . . . . . . . . . . . . . . . .
Mơ hình giám sát QoSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Giám sát QoS online và offline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Đồ thị cấu trúc mô tả luồng đa phương tiện fi . . . . . . . . . . . .
Mơ hình giám sát và tối ưu QoS cho các luồng đa phương tiện . . .
So sánh thời gian thực thi giữa các thuật toán trên các luồng . . . .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11

Kiến trúc bảo mật và biện pháp an ninh của ITU-T X.805 .
Các mơ hình tấn công dựa từ chối dịch vụ . . . . . . . . . .
Các phương pháp và hình thức tấn cơng DDoS . . . . . . .
Các kỹ thuật phịng chống tấn cơng DDoS . . . . . . . . . .
Chính sách bảo mật riêng . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quá trình điều khiển đường truyền . . . . . . . . . . . . . .
Kiến trúc mạng mô phỏng DDoS . . . . . . . . . . . . . . .
Kết quả kiểm sốt băng thơng gói tin UDP của kịch bản 1 .
Kết quả kiểm sốt băng thơng trên NS2 trong kịch bản 1 .
Kết quả kiểm soát băng thơng gói tin UDP của kịch bản 2 .
Kết quả kiểm sốt băng thơng trên NS2 trong kịch bản 2 .

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.

. 88
. 92
. 93
. 96
. 100
. 101
. 102
. 104
. 104
. 104
. 105

viii

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

67
67
68
72
72
75
76
78
81
83

Mở đầu
Trong những năm qua, mạng máy tính đã trở thành cơ sở hạ tầng quan
trọng của nền kinh tế toàn cầu và sự ra đời của Internet đã làm thay đổi mạnh
mẽ của cuộc sống con người. Trong cuộc cách mạng này, bên cạnh sự tiến bộ về
mặt công nghệ thì việc nghiên cứu và đề xuất các thuật tốn mới cũng có ý nghĩa
hết sức quan trọng. Để đưa ra được giải pháp hữu hiệu cho một vấn đề thực tế
cần sự hiểu biết cả lý thuyết thuật toán lẫn các phương tiện kỹ thuật. Với tốc
độ phát triển theo hàm mũ của các dịch vụ đa phương tiện trên nền IP tại Việt
Nam, dịch vụ nội dung số và các giao dịch trực tuyến (như Video conferencing,
truyền hình theo yêu cầu, VoIP. . . ), cùng việc sử dụng nhiều phương pháp truy
cập băng thông rộng (như xDSL, GPRS, WiMax, 3G. . . ), tính đa dạng của yêu
cầu và mong muốn các dịch vụ được triển khai trong khoảng thời gian ngắn nhất
đặt ra yêu cầu phải có một cơ sở hạ tầng mạng đầy đủ, điều này khó có thể được
đáp ứng trong điều kiện hiện nay [49]. Do đó việc kết hợp các cơ sở hạ tầng cũ
mới với nhau là giải pháp được lựa chọn nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu của người
dùng. Chính điều đó đã thúc đẩy xu hướng cho sự hội tụ của công nghệ số và sự
ra đời của mạng thế hệ mới. Các tổ chức tiêu chuẩn hóa viễn thơng đã đưa ra các
mơ hình mạng hội tụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện cho khách
hàng với giá thành rẻ và thời gian xây dựng nhanh [47, 49].
Mạng thế hệ mới (Next Generation Network-NGN ) [47] là sự hội tụ và kế thừa
cả 3 mạng: thoại (PSTN), không dây và Internet hiện nay thành một cơ sở hạ tầng
chung thống nhất theo nguyên tắc cung cấp đa dịch vụ trên công nghệ chuyển
mạch gán nhãn đa giao thức MPLS/IP(MultiProtocol Label Switching/Internet
Protocol ) đang là xu hướng phát triển mới của ngành viễn thông thế giới và của
cả Việt Nam. Mục tiêu mạng NGN hướng đến là cung cấp các dịch vụ đa phương
tiện chất lượng cao theo yêu cầu người dùng trên nền IP cho phép đáp ứng các
dịch vụ cá nhân, quản lý thông tin hiệu quả, dễ dàng mở rộng dung lượng, phát
triển các dịch vụ mới theo thời gian thực và đa phương tiện, đảm bảo độ tin cậy,

thuận tiện và dễ sử dụng. Tuy nhiên, mỗi tổ chức chuẩn hóa lại tiếp cận theo
một cách riêng khi xây dựng kiến trúc mạng NGN nhưng đều hướng đến việc tách
biệt giữa dịch vụ và truyền tải cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phát triển các
ứng dụng độc lập mới đồng thời tăng cường khả năng bảo mật sẵn sàng của dịch
vụ [38, 49]. Đây là một vấn đề mới đang thu hút được các nhà khoa học, trường
đại học, viện nghiên cứu, nhà cung cấp dịch vụ quan tâm nghiên cứu và triển khai.
Chất lượng dịch vụ (Quality of Service-QoS) [48] là thước đo đánh giá khả
năng và chất lượng của các dịch vụ được cung cấp được nhìn nhận từ 2 khía cạnh
1


người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ mạng. Các phương pháp cơ bản để xác
định QoS mạng bao gồm q trình phân tích, mơ hình hóa và mơ phỏng hoặc đo
trực tiếp các thông số mạng để đánh giá. Việc đánh giá mức độ chấp nhận dịch
vụ hay nói cách khác là việc đo kiểm các thơng số mạng được đánh giá dựa trên
các thang điểm đánh giá trung bình (Mean Opinion Score-MoS). Với nhà cung
cấp, QoS liên quan chặt chẽ đến hiệu năng mạng, còn với người dùng QoS được
đánh giá dựa trên chất lượng trải nghiệm (Quality of Experiences-QoE) [22]. QoE
đánh giá mức độ hài lòng của người dùng đối với dịch vụ dựa trên các tham số
chất lượng mà người dùng nhận được trực tiếp. Dựa trên ý kiến chủ quan, mức
độ chấp nhận dịch vụ của người dùng thường được đánh giá theo thang điểm từ
thấp đến cao. Tuy nhiên, những đánh giá này mang tính chủ quan và phụ thuộc
vào từng dịch vụ cụ thể nên chúng khơng được biểu hóa một cách thống nhất và
rõ ràng. Vì vậy, QoS được phản ánh thông qua thỏa thuận mức dịch vụ (Service
Level Agreement-SLA) là định dạng yêu cầu mức dịch vụ bao gồm các tham số
QoS như băng thông, độ trễ...Các thỏa thuận này là cam kết dịch vụ giữa khác
hàng và nhà cung cấp. Các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để phân phố lưu lượng
đầu vào của khác hành cho phù hợp, còn người dùng cần SLA để hiểu các ứng
dụng của mình nhận được các mức dịch vụ như thế nào. Như vậy, QoS mức cao
hướng về người dùng liên quan đến hệ thống các giao thức và phần mềm điều

khiển cịn QoS mức thấp hướng đến các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông
như cấu trúc mạng, tài nguyên sử dụng và các liên kết. Cấp độ dịch vụ (Grade of
Service-GoS) là cách nhìn nhận QoS theo hướng kỹ thuật được sử dụng để chỉ ra
các thành phần bổ sung QoS tổng thể mà người dùng nhận được thông qua các
thông tin trên luồng lưu lượng của QoS. GoS xác định khả năng tắc nghẽn hoặc
trễ trong một khoảng thời gian và được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%). Như
vậy, GoS phụ thuốc rất lớn vào kiến trúc mạng trên cả phương diện hạ tầng và
kỹ thuật điều khiển lẫn lưu lượng đến hệ thống. Cùng một kiến trúc mạng nhưng
các mẫu lưu lượng khác nhau sẽ có các GoS khác nhau. Bên cạnh đó, loại dịch
vụ (Type of Service-ToS) và lớp dịch vụ (Class of Service-CoS) được dùng để mô
tả tường minh tiêu đề trong các gói tin. CoS chia lưu lượng mạng thành các lớp
khác nhau và cung cấp các dịch vụ cho từng gói tin theo lớp dịch vụ mà gói tin
đó thuộc vào. Mỗi CoS xác định một mức yêu cầu QoS riêng thông qua ToS và
thứ tự ưu tiên của dịch vụ tương ứng [43, 48, 74].
Vấn đề QoS trong mạng đã được quan tâm từ những năm 1980 và phát triển
mạnh cho đến ngày nay nhằm đảm bảo chất lượng của các ứng dụng thời gian
thực. Việc đáp ứng QoS theo yêu cầu trên cần có cơ sở hạ tầng tốt và quy trình
cấp phát, quản lý tài nguyên mạng hiệu quả. Bởi vì QoS phụ thuộc vào sự kết hợp
của nhiều yếu tố như thành phần mạng, cơ chế xử lý và điều khiển trong mạng.
Đối với mỗi phần có các yêu cầu về QoS tương ứng liên quan tới việc ứng dụng
các chuẩn thiết kế, lựa chọn các giao thức phù hợp, xác định cấu trúc mạng, các
phương pháp nhận dạng, lựa chọn công nghệ xây dựng mạng, thiết kế quản lý nút
bộ đệm, xem xét để đảm bảo rằng các tham số chất lượng như: sự tắc nghẽn, độ
2


sẵn sàng, trễ, biến đổi trễ, thông lượng, độ suy hao, sự tin cậy,. . . không vượt quá
khoảng thời gian dịch vụ được đáp ứng và lưu lượng tải giữa hai điểm bất kì đã
chọn trong mạng [70]. Như vậy, chúng ta có thể nhận thấy sự liên quan chặt chẽ
giữa QoS và hiệu năng mạng, rõ ràng khi nhìn vào các chỉ số của QoS ta có thể

đánh giá được năng lực của mạng và ngược lại khi tham khảo các yếu tố của hiệu
năng mạng, ta có thể đưa ra về mức QoS cho các dịch vụ được cung cấp [48, 67].
Trong những năm gần đây, lĩnh vực nghiên cứu về mạng NGN và đảm bảo
QoS đang phát triển rất mạnh mẽ. Do tính đa dạng của dịch vụ, ứng dụng trên
mạng, các yêu cầu về đảm bảo QoS cho các ứng dụng cũng phức tạp. Các nghiên
cứu ở trong và ngoài nước tập trung vào các vấn đề chính sau:
Quy hoạch, nâng cấp và mở rộng cơ sở hạ tầng các mạng khơng dây hiện có
lên mạng NGN [29, 40, 54, 62, 69].
Phân bố tài nguyên mạng như tái sử dụng bước sóng và tần số, cấp phát tài
nguyên tập trung, phân tán cho các lớp dịch vụ [8, 15, 19, 30, 37, 53].
Các kiến trúc tương thích QoS theo ứng dụng, kiến trúc định vị tài nguyên
động, điều khiển tương tích theo QoS, kiến trúc hướng dịch vụ tương tác
giữa các tầng [3, 5, 32, 71, 91].
Các cơ chế giám sát, điều khiển QoS chủ động hay thụ động nhằm xác định
và đáp ứng yêu cầu dựa trên việc đánh giá các tham số phản ánh QoS, mức
ưu tiên [22, 48, 55, 70, 78, 91].
Các thuật toán định tuyến hỗ trợ QoS [4, 5, 51, 67, 78]. Các chiến lược quản
lý hàng đợi [21, 67, 73], quản lý bộ đệm và băng thông [5, 81].
Mô hình và giải pháp đảm bảo an ninh dịch vụ và phịng chống tấn cơng từ
chối dịch vụ trong mạng NGN [1, 11, 14, 20, 49, 63, 80]...
Như đã phân tích ở trên, các cơng trình nghiên cứu về đảm bảo QoS trong
mạng NGN trong và ngoài nước rất đa dạng với nhiều cách tiếp cận khác nhau [80].
Trong phạm vi nghiên cứu, luận án chỉ tập trung đến ba vấn đề chính đang thu
hút được nhiều sự quan tâm là:
(i) Qui hoạch, chia sẻ, nâng cấp và mở rộng cơ sở hạ tầng mạng. Đây là một
bài toán tối ưu nhiều ràng buộc vì việc nâng cấp tài nguyên mạng rất tốn
kém nhưng chỉ đáp ứng được một giới hạn nào đó [10, 12, 29, 40, 54, 69].
Tuy nhiên, đây lại là giải pháp thu hút được nhiều sự quan tâm nhất vì khả
năng tận dụng lại cơ sở hạ tầng đã có trong q trình xây dựng và phát
triển mạng NGN ở các nước.

(ii) Định vị, cấp phát tài nguyên theo yêu cầu hỗ trợ QoS theo mô hình tích
hợp dịch vụ (Integrated Service-IntServ) và phân lớp dịch vụ (Differentiated
Service-DiffServ) [8, 19, 53, 79]. Vấn đề phân bố tài nguyên theo yêu cầu
trong mạng NGN cho phép các thiết bị có thể truy cập ở bất kỳ đâu dựa
trên kết nối mở là bài tốn khó và phức tạp bởi sự đa dạng của các lớp dịch
vụ và sự khác biệt về yêu cầu QoS từ người dùng [15, 62, 88].
3


(iii) Mơ hình và giải pháp đảm bảo an ninh dịch vụ trong mạng NGN. Bởi vì,
bảo mật là một tham số mới nhưng rất quan trọng của QoS [49]. Với sự đe
doạ của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet khiến bảo
mật trở thành vấn đề được ưu tiên. Việc bảo đảm đồng thời tính riêng tư và
mức độ sẵn sàng cao của dịch vụ đang trở thành vấn đề nan giải. Hơn nữa,
với đặc tính kỹ thuật đa dạng càng làm gia tăng rủi ro bởi sự quản lý không
nhất quán và động bộ [1, 11, 14, 20, 63, 80].
Trên cả lý thuyết và thực tế, các vấn đề (i) và (ii) đều được mơ hình hóa
dưới dạng các bài tốn tối ưu tổ hợp. Khi đó, chúng ta cần tìm các giá trị cho các
biến rời rạc để đạt cực trị cho một hàm mục tiêu nào đó. Hầu hết các bài tốn
này đều thuộc lớp NP-Khó. Do đó, các thuật tốn tất định thường khơng khả
thi vì thời gian thực hiện q lớn đặc biệt là trong sự phát triển của môi trường
mạng [8, 12, 53, 88]. Do đó, hướng tiếp cận của luận án là tìm kiếm lời giải gần
tối ưu trong thời gian chấp nhận được sử dụng các thuật tốn Meta-Heuristic [9].
Trong đó, thuật tốn tối ưu đàn kiến (Ant Colony Optimization-ACO) [84] là kỹ
thuật tính tốn mềm mới và hiệu quả hiện để giải quyết các bài toán tối ưu rời
rạc mơ phỏng hành vi đàn kiến tìm mồi với khả năng di chuyển ngẫu nhiên dựa
trên vết mùi được xây dựng dựa trên lý thuyết xác suất. Sau đó, luận án đề xuất
sử dụng chính sách an ninh bảo mật riêng để giải quyết vấn đề (iii).
Vì vây, mục tiêu của luận án “Nghiên cứu một số vấn đề nâng cao
chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới ” hướng đến là tập trung đề xuất

các thuật toán định vị, mở rộng dung lượng, quản lý cấp phát tài nguyên hiệu
quả đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của người dùng về QoS dựa trên tiếp cận
Meta-Heuristic sử dụng thuật toán tối ưu đàn kiến và giải pháp phịng chống tấn
cơng từ chối dịch vụ dựa trên chính sách bảo mật riêng. Cụ thể, luận án tập trung
nghiên cứu và đề xuất mơ hình và giải pháp giải quyết các bài toán sau:
(1) Mở rộng dung lượng mạng không dây kế thừa cơ sở hạ tầng sẵn có đảm bảo
yêu cầu về lưu lượng đáp ứng khả năng mở rộng các dịch vụ.
(2) Định vị tài nguyên tập trung đáp ứng QoS cho các lớp dịch vụ theo mơ hình
phân bố tối ưu tài ngun dựa vào độ đo.
(3) Đáp ứng tài nguyên cho các luồng đa phương tiện đảm bảo QoS dựa trên
mơ hình dịch vụ tích hợp theo hướng dành trước tài nguyên.
(4) Giải pháp phịng chống tấn cơng từ chối dịch vụ trong mạng NGN.
Với các mục tiêu của luận án như trên, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận
án được tổ chức thành 3 chương:
Chương 1: Một số hướng tiếp cận nâng cao QoS trong mạng NGN.
Chương 2: Tối ưu cấp phát tài nguyên cho các dịch vụ đảm bảo QoS.
Chương 3: Đảm bảo an ninh và tính sẵn sàng của dịch vụ đáp ứng QoS.

4


Trong chương 1, luận án giới thiệu một số kiến thức cơ sở, phân tích tổng
quan vấn đề đảm bảo QoS trong mạng NGN và lý do lựa chọn hướng tiếp cận
dựa trên thuật toán tối ưu đàn kiến để giải quyết các bài toán. Chương 2 luận
án đề xuất mơ hình thuật tốn ACO tối ưu mở dung lượng mạng khơng dây kế
thừa cơ sở hạ tầng sẵn có với mục tiêu hướng đến là tối thiểu chi phí vận hành,
chi phí cài đặt, chi phí nâng cấp và chi phí xây mới các thành phần mạng để đảm
bảo nhu cầu về lưu lượng trên toàn hệ thống. Tiếp đó, tác giả đề xuất mơ hình
thuật tốn MMAS tối ưu định vị tài nguyên tập trung đáp ứng QoS cho các lớp
dịch vụ theo mơ hình phân lớp dịch vụ theo hướng phân lớp lưu lượng, tối ưu các

luồng đa phương tiện đảm bảo QoS cho các dịch vụ thời gian thực dựa trên mơ
hình dịch vụ tích hợp theo hướng dành trước tài nguyên. Chương 3 luận án tập
trung phân tích những thách thức và khó khăn trong việc đảm bảo an ninh các
dịch vụ. Từ đó đề xuất giải pháp phịng chống tấn cơng từ chối dịch vụ dựa trên
chính sách an ninh riêng được thiết lập trên các Router để kiểm sốt các gói tin
tấn cơng nhằm tăng cường tính sẵn sàng và khả dụng của các dịch vụ.
Các kết quả nghiên cứu của luận án góp phần bổ sung và hồn thiện các giải
pháp tối ưu cấp phát tài nguyên hiệu quả cho các lớp dịch vụ đảm bảo yêu cầu
về QoS trong mạng thế hệ mới. Cụ thể, luận án có 4 đóng góp chính sau:
Đề xuất lựa chọn tham số trong mơ hình áp dụng thuật toán ACO cho bài
toán tối ưu mở rộng dung lượng mạng không dây. Đánh giá được ảnh hưởng
của các tham số trong thuật toán đến thời gian thực thi và hàm mục tiêu.
Đề xuất lựa chọn tham số trong mơ hình áp dụng thuật tốn MMAS cho bài
toán tối ưu cấp phát tài nguyên cho các lớp dịch vụ thỏa mãn theo yêu cầu
về QoS. Đánh giá được sự ảnh hưởng của các tham số trong các lớp dịch vụ
đến hàm mục tiêu.
Đề xuất lựa chọn tham số trong mơ hình áp dụng thuật tốn MMAS cho
bài toán tối ưu tối ưu đáp ứng tài nguyên cho các luồng đa phương tiện đảm
bảo yêu cầu về QoS có thể áp dụng trên nhiều luồng dữ liệu với số lượng
ràng buộc lớn.
Đề xuất giải pháp phòng chống tấn cơng từ chối dịch vụ phân tán bằng các
kiểm sốt các gói tin dựa trên chính sách an ninh bảo mật riêng được thiết
lập trên các Router điều khiển được.
Các đóng góp trên của luận án đã được cơng bố trong 8 cơng trình khoa
học tại các hội nghị, tạp chí trong và ngồi nước gồm: 1 báo báo đăng trong Kỷ
yếu Hội thảo Quốc gia nghiên cứu và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR) năm
2013; 2 báo báo đăng trong Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia Một số vấn đề chọn lọc của
Công nghệ thông tin và Truyền thông năm 2013 và 2014; 2 bài báo trên các Tạp
chí quốc tế năm 2013 và 2014; 3 báo cáo tại các Hội nghị quốc tế năm 2013, 2014
và 2015.

5


Chương 1
Một số hướng tiếp cận nâng cao QoS
trong mạng NGN
1.1

Mạng thế hệ mới

Ngày nay, mạng máy tính đã trở thành cơ sở hạ tầng quan trọng của nền
kinh tế và làm thay đổi mạnh mẽ cuộc sống. Xuất phát từ mạng di động toàn cầu
(Global System for Mobile Communications-GSM) từ đầu những năm 1990 với các
dịch vụ cơ bản là thoại, SMS và truyền số liệu tốc độ thấp. Cùng với sự phát triển
của công nghệ truy cập là sự tăng trưởng của các dịch vụ đa phương tiện và nội
dung số trên nền IP như: VoIP (Voice over IP ), truyền hình theo yêu cầu (VideoOn-Demand -VOD), hội nghị truyền hình (Video Conferencing),...Đứng trước sự
phát triển của mạng viễn thông, sự đa dạng của yêu cầu về các dịch vụ được cung
cấp đã thúc đẩy xu hướng cho sự hội tụ và sự ra đời của mạng thế hệ mới (Next
Generation Network -NGN). Tuy nhiên, mỗi tổ chức chuẩn hóa (như Liên minh
viễn thơng quốc tế (ITU-T1 ), Viện tiêu chuẩn viễn thơng Châu Âu (ETSI2 ), Nhóm
đặc trách kỹ thuật Internet (IETF3 ). . . ) lại tiếp cận vấn đề hội tụ từ theo một khía
cạnh riêng. ITU-T tiếp cận vấn đề mạng NGN từ khía cạnh mạng PSTN/ISDN
(Public Switched Telephone Network/Integrated Services Digital Network ), IETF
tiếp cận từ khía cạnh mạng Internet, trong khi ETSI tiếp cận vấn đề từ khía cạnh
mạng di động 3G [38, 49]. Nhìn chung tiếp cận vấn đề hội tụ mạng từ khía cạnh
nào đi nữa thì đều xây dựng mạng NGN từ các mạng và cơng nghệ hiện có.
ITU-T định nghĩa: Mạng NGN dựa trên nền gói có thể cung cấp các dịch vụ
truyền thơng và có thể tận dụng được các dải băng tần rộng, các công nghệ truyền
tải với QoS cho phép và ở đó các chức năng liên quan đến dịch vụ sẽ độc lập với
các công nghệ truyền tải ở lớp dưới. Mạng NGN cho phép người dùng truy nhập

không hạn chế tới các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhau, hỗ trợ tính lưu
động nói chung để có thể cung cấp dịch vụ thích hợp và rộng khắp tới các người
dùng [47]. Như vậy, NGN là mạng đa dịch vụ dựa trên nền IP cho phép đáp ứng
các dịch vụ cá nhân, quản lý thông tin hiệu quả, dễ dàng mở rộng dung lượng,
1

International Telecommunication Union
European Telecommunications Standards Institute
3
Internet Engineering Task Force
2

6


phát triển các dịch vụ mới theo thời gian thực và đa phương tiện, đảm bảo độ
tin cậy, thuận tiện và dễ sử dụng. Tuy nhiên, mỗi tổ chức chuẩn hóa lại tiếp cận
theo một cách riêng khi xây dựng kiến trúc mạng NGN. ITU-T xây dựng mạng
NGN dựa trên tiêu chí: tách biệt giữa dịch vụ và truyền tải, cá nhân hóa và tính
di động của các thiết bị đầu cuối, đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch
vụ viễn thơng đa dạng, kiểm sốt và điều khiển tốt tài nguyên, nâng cao hiệu quả
sử dụng mạng lưới, giảm chi phí khai thác, bảo dưỡng, dễ dàng nâng cấp dung
lượng, phát triển dịch vụ mới, tăng khả năng bảo mật, đáp ứng mọi lúc, mọi nơi
trên các môi trường khác nhau thông qua các thiết bị đầu cuối tương thích.
Kiến trúc mạng NGN được phân lớp thành 2 tầng dịch vụ và truyền tải [47].
Mỗi tầng gồm chức năng quản lý, điều khiển và các tài nguyên (xem Hình 1.1).

Hình 1.1: Kiến trúc mạng NGN của ITU-T Y.2012

Tầng truyền tải kết nối các thành phần trong mạng được chia thành mạng

lõi và mạng truy nhập có khả năng cung cấp QoS hoàn chỉnh gồm chức năng truy
nhập mạng (Access Functions-AF), truyền tải truy nhập (Access Transport Functions-ATF), chức năng biên (Edge Functions-EF), truyền tải lõi (Core Transport
Functions-CTF). Các kỹ thuật QoS xử lý trực tiếp lưu lượng người sử dụng của
CTF gồm quản lý bộ đệm, xếp hàng, lập lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh
dấu và thiết lập chính sách, điều khiển cổng và firewall. Chức năng điều khiển
gắn kết mạng (Network Attachment Control Functions-NACF) cho phép đăng ký
định danh/xác thực người dùng cuối để truy nhập các dịch vụ, quản lý không
gian địa chỉ IP. Chức năng điều khiển tài nguyên (Resource and Admission Control Functions-RACF) tương tác với lớp truyền tải để điều khiển lọc gói, phân
loại lưu lượng, đánh dấu, dành trước và cấp phát băng thơng, chống giả mạo địa
chỉ, tính cước sử dụng. . . Chức năng quản lý profile người dùng (Transport User
Profile Functions-TUPF) xử lý các hoạt động của người dùng ở tầng chuyển tải
và lưu trữ trong “profile”. Chức năng cổng (Gateway) tạo khả năng tương tác với
các mạng khác khác nhau, giao diện NNI (Network-Network Interface) cho phép
tương tác trực tiếp giữa lớp điều khiển và truyền tải hay thông qua CTF. Tầng
7


dịch vụ có chức năng điều khiển và dịch vụ (Service and Control ) cho phép quản
lý, đăng ký, xác thực và cấp phép tại mức dịch vụ thông qua profile người dùng
ở mức dịch vụ. Chức năng ứng dụng hỗ trợ các giao diện API mở, cho phép bên
thứ ba phát triển các dịch vụ mới. Các chức năng quản lý hỗ trợ cung cấp các
dịch vụ với chất lượng, mức độ tin cậy và độ an toàn theo mong muốn thông qua
các phần tử chức năng quản lý mạng và dịch vụ. Chức năng người dùng cung cấp
giao diện với người dùng đầu cuối gồm cả giao diện vật lý và điều khiển đối với
tất cả các loại thiết bị từ cố định đến di động nhưng không có hạn chế về giao
diện từ lớp truy nhập với lớp mạng.
ETSI tiếp cận xây dựng mạng hội tụ kế thừa từ mạng PSTN, ISDN, Internet,
PLMN (Public Land Mobile Network ) bằng cách thêm các phân hệ, giao thức mới
bổ sung cho các dịch vụ đa phương tiện [38]. Phân hệ IMS nằm giữa và liên
kết các lớp chuyển tải và lớp dịch vụ. Các mạng riêng rẽ được kết hợp thành

một mạng chung duy nhất với công nghệ truyền tải trên nền IP. Nhờ điều này
mà nhà cung cấp dịch vụ mới có thể cung cấp dịch vụ đa phương tiện kết hợp
cả tất cả các loại hình truyền thơng thời gian thực (như thoại, video, audio,...)
với loại hình truyền thông dữ liệu. Theo IETF, cấu trúc mạng NGN sử dụng
giao thức IP có khả năng truyền tải với các phương thức truy nhập và giao thức
kết nối khác nhau [49]. Với mạng truy nhập trung gian, IETF có IP trên mạng
truyền tải hữu tuyến và vô tuyến. Đối với mạng đường trục, IETF có 2 giao
thức là IP trên ATM (Asynchronous Transfer Mode) và IP với giao thức điểmđiểm với mạng cáp quang phân cấp đồng bộ SONET/SDH (Synchronous Optical
Network/Synchronous Digital Hierarchy). Mơ hình IP trên ATM xem IP như một
lớp trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Cách
tiếp cận này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi
giao thức. Tuy nhiên phương thức này khơng tận dụng hết khả năng của ATM và
khơng thích hợp với mạng nhiều router vì hiệu quả khơng cao. IETF cũng là tổ
chức đưa ra nhiều tiêu chuẩn về công nghệ MPLS được phát triển từ IP Switching
sử dụng cơ chế hốn đổi nhãn để truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao
thức định tuyến của IP. Diễn đàn về chuyển mạch đa dịch vụ (MSF4 ) đưa ra mơ
hình cấu trúc mạng chuyển mạch đa dịch vụ bao gồm: lớp thích ứng, lớp chuyển
mạch, lớp điều khiển, lớp ứng dụng và lớp quản lý đặc biệt liên quan đến 3 lớp
thích ứng, chuyển mạch và điều khiển. Cấu trúc chuyển mạch đa dịch vụ của MSF
được xây dựng dựa trên quan điểm lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các
lớp thích ứng chuyển mạch và điều khiển, phân biệt chức năng quản lý với chức
năng điều khiển, lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông
suốt từ đầu cuối tới đầu cuối với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Hiệp hội
nghiên cứu cấu trúc mạng viễn thông (TINA5 ) đề xuất cấu trúc mạng NGN gồm
lớp truy nhập, truyền dẫn và chuyển mạch, lớp điều khiển và quản lý. Các kết quả
nghiên cứu của TINA tập trung vào lớp điều khiển và quản lý [49].
4
5

Multiservice Switch Forum

Telecommunication Information Network Architecture consortium

8


1.2

Chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ (QoS) [70] là một khái niệm rộng được tiếp cận theo
nhiều hướng khác nhau. Theo ITU-T: QoS là tập hợp các khía cạch của hiệu năng
dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với dịch vụ [48].
Trong khi IETF nhìn nhận: QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có
các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao gồm cả việc phân
loại các dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ [38]. Như
vậy, QoS được nhìn nhận từ hai khía cạnh người sử dụng dịch vụ và nhà cung cấp
dịch vụ. Khuyến nghị ITU-T G.1000 định nghĩa QoS với 4 góc độ:
- Yêu cầu QoS của khách hàng: là các yêu cầu riêng lẻ trên từng phần của
dịch vụ được thể hiện bằng ngôn ngữ phi đặc tả.
- QoS được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ: là những cam kết dự kiến sẽ
cung cấp cho khách hàng thể hiện bằng giá trị được gán cho các tham số
QoS dựa trên mức cam kết dịch vụ SLA. Mỗi dịch vụ sẽ có một tập tham số
QoS đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong điều kiện hiện có của nhà cung
cấp được đánh giá qua các tài liệu phân tích, đo lường cơ sở hạ tầng mạng.
- QoS được đề xuất bởi nhà cung cấp dịch vụ: là cam kết về mức độ chất lượng
thực tế đối với cho khách hàng thể hiện bằng giá trị được gán cho các tham
số quy định đối với QoS được cung cấp để khách hàng có thể so sánh, xác
định mức độ hiệu suất đạt được.
- QoS được cảm nhận bởi khách hàng: phần lớn được đánh giá một cách chủ
quan dựa vào QoS đầu cuối như hiệu quả sử dụng, độ an toàn, tốc độ...theo

quan điểm của riêng mình khơng cần quan tâm đến thiết kế mạng.
Như vậy, người dùng đánh giá QoS dựa trên sự phản hồi khả năng đáp ứng
dịch vụ theo u cầu của mình được đáp ứng. Cịn nhà cung cấp đánh giá QoS
dựa trên mức độ cam kết dịch vụ SLA.

1.2.1

Các tham số phản ánh chất lượng dịch vụ

Yêu cầu QoS của ứng dụng được biểu diễn bằng một tập các tham số đo
được gồm băng thông, độ trễ, rung pha, xác xuất mất gói để tính tốn QoS tùy
theo từng mạng và ứng dụng. Ví dụ ứng dụng thoại và multimedia rất nhạy cảm
với trễ và rung pha. Các tham số trong mạng IP thường được sử dụng là băng
thông, độ trễ và độ tin cậy trong khi mạng không dây lại sử dụng tham số băng
thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy. Các tham số đo QoS tổng quát gồm:
Băng thông (Bandwidth): biểu thị tốc độ truyền dữ liệu cực đại có thể đạt
được giữa hai điểm kết nối (hay là số lượng bit trên giây) mà mạng sẵn sàng cung
cấp cho các ứng dụng. Nếu băng thơng đủ lớn thì các vấn đề như nghẽn mạch, kỹ
thuật lập lịch, phân loại, trễ. . . sẽ khơng phải quan tâm, nhưng điều này khó xảy
9


ra vì băng thơng mạng là có hạn. Khi băng thông được sử dụng như một tham số
của QoS, đây là yếu tố tối thiểu mà một ứng dụng cần có để hoạt động được.
Độ trễ (Delay): là khoảng thời gian gói tin cần khi truyền từ điểm này đến
điểm khác và liên quan chặt chẽ với băng thông, băng thơng càng lớn thì trễ càng
nhỏ. Trễ đầu cuối là thời gian để gửi gói tin từ nguồn đến đích bằng tổng thời gian
xử lý gói tin, thời gian gói tin phải xếp hàng chờ được gửi đi tại các router (trễ
hàng đợi) và thời gian gói tin trên đường truyền (trễ lan truyền). Mỗi ứng dụng
đòi hỏi độ trễ gói tin khác nhau được quy định bởi một ngưỡng cụ thể.

Biến thiên trễ/dung pha (Delay variation/jitter ): là sự khác biệt về trễ
của các gói khác nhau cùng trong một luồng lưu lượng chủ yếu do sự sai khác về
thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp trong một luồng gây ra. Đây là một trong
những vấn đề quan trọng của QoS. Khi jitter nằm vào khoảng dung sai định nghĩa
trước thì nó khơng ảnh hưởng tới QoS, ngược lại, nếu quá lớn sẽ làm cho kết nối
bị đứt quãng. Trong một số ứng dụng thời gian thực khơng chấp nhận jitter lớn
ta có thể được xử lý bằng bộ đệm nhưng lại làm tăng trễ.
Mất gói (Packet loss): là gói tin khơng tới được đích trước thời gian timeout
do nghẽn mạng hoặc lỗi trên các trường gói tin. Đây là nguyên nhân gây ra sự
tràn bộ nhớ hoặc loại bỏ gói tin bởi các phương pháp quản lý lưu lượng. Xác suất
mất gói là một đại lượng quan trọng của QoS với các ứng dụng dữ liệu hay các
dịch vụ thời gian thực.
Độ tin cậy (Reliability): xác định độ ổn định của hệ thống hay độ khả dụng
của hệ thống. Độ tin cậy của mạng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng
hoạt động trên tổng số thời gian hoạt động.
Bảo mật (Security) là một tham số mới nhưng rất quan trọng của QoS,
trong một số trường hợp mức độ bảo mật có thể được xét ngay sau băng thông.
Đặc biệt là trong mạng NGN khi phải đáp ứng sự sẵn sàng cao của dịch vụ kèm
tính riêng tư của khách hàng trước các nguy cơ rủi ro.

1.2.2

Phân lớp chất lượng dịch vụ

Mỗi ứng dụng đều có đặc tính riêng để xác định được u cầu QoS, hệ thống
thường nhận biết dựa trên các lớp dịch vụ. ITU-T chia dịch vụ thành các ứng
dụng thời gian thực và các ứng dụng có tính tương tác cao được đặt lên hàng
đầu đối với mạng IP, phần lớn các ứng dụng này được triển khai trong các mạng
chuyển mạch hướng kết nối (xem Bảng 1.1) vì mạng IP trước đó khơng hỗ trợ QoS
cho các dịch vụ thời gian thực [48]. Trong khi ETSI phân lớp QoS theo hướng các

dịch vụ yêu cầu thời gian thực và phi thời gian thực (xem Bảng 1.2) [38].
Các phương pháp cơ bản để xác định QoS mạng bao gồm quá trình phân
tích, mơ hình hóa và mơ phỏng hoặc đo trực tiếp các thông số mạng để đánh giá.
10


Bảng 1.1: Phân lớp chất lượng dịch vụ của ITU-T
Lớp QoS

Các đặc tính

0
1
2
3
4
5

Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao
Dữ liệu chuyển tiếp, tương tác cao
Dữ liệu chuyển tiếp, tương tác
Tổn hao thấp
Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP ngầm định

Bảng 1.2: Phân lớp chất lượng dịch vụ của ETSI
Lớp QoS

Thành phần

Các đặc tính

Hội thoại thời gian
thực (hội nghị video),
Luồng thời gian thực
(quảng bá)
Tương tác dữ liệu thời gian
thực (trình duyệt Web)
Phi thời gian thực (Email)

Thoại, audio,video,
đa phương tiện
Audio, Video
đa phương tiện
Dữ liệu

Nhạy cảm với trễ và jitter, có giới hạn lỗi và
tổn thất gói,tốc độ bit thay đổi và cố định
Trễ và jitter có sai số nhất định, sai số nhỏ
đối với lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi
Nhạy cảm với trễ, jitter và mất gói
tốc độ bit thay đổi
Khơng nhạy cảm với trễ và jitter, nhạy cảm với lỗi

Dữ liệu

Việc đánh giá mức độ chấp nhận dịch vụ hay nói cách khác là việc đo kiểm các
thông số mạng được đánh giá dựa trên thang điểm đánh giá trung bình (MoS).
QoS liên quan chặt chẽ đến hiệu năng mạng và đánh giá từ người dùng. Chất
lượng trải nghiệm (QoE) đánh giá mức độ hài lòng của người dùng đối với dịch

vụ dựa trên các tham số chất lượng mà người dùng nhận được trực tiếp (ví dụ
thời gian chuyển kênh tivi; MoS đối với dịch vụ thoại, IPTV). Dựa trên ý kiến chủ
quan, mức độ chấp nhận dịch vụ của người dùng thường được đánh giá theo thang
điểm từ 1 đến 5 (Mức 1-Tồi, Mức 2-Nghèo, Mức 3-Cân bằng, Mức 4-Tốt, và Mức
5-Xuất sắc). Do đó, QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để đáp ứng yêu
cầu về từng loại dịch vụ được xác định bởi người dùng. Từ đó, nhà cung cấp dịch
vụ đưa ra mức QoS phù hợp cho dịch vụ của mình. Tuy nhiên, những đánh giá
này mang tính chủ quan và phụ thuộc vào từng dịch vụ cụ thể nên chúng khơng
được biểu hóa một cách thống nhất và rõ ràng. Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA)
là định dạng yêu cầu mức dịch vụ bao gồm các tham số QoS như băng thông,
độ trễ. Các thỏa thuận này là cam kết dịch vụ giữa khác hàng và nhà cung cấp.
Các nhà cung cấp dịch vụ cần SLA để phân phố lưu lượng đầu vào cho phù hợp
với khách hàng, còn người dùng cần SLA để hiểu các ứng dụng của mình nhận
được các mức dịch vụ như thế nào. Như vậy, QoS mức cao hướng về người dùng
liên quan đến hệ thống các giao thức và phần mềm điều khiển cịn QoS mức thấp
hướng đến các đặc tính của hệ thống mạng truyền thông như cấu trúc mạng, tài
nguyên sử dụng và các liên kết. Cấp độ dịch vụ (GoS) là cách nhìn nhận QoS
theo hướng kỹ thuật được sử dụng để chỉ ra các thành phần bổ sung QoS tổng
thể mà người dùng nhận được thông qua các thông tin trên luồng lưu lượng của
QoS. GoS xác định khả năng tắc nghẽn (hoặc trễ ) trong một khoảng thời gian
và được biểu diễn dưới dạng phần trăm (%). Như vậy, GoS phụ thuốc rất lớn vào
kiến trúc mạng trên cả phương diện hạ tầng và kỹ thuật điều khiển lẫn lưu lượng
đến hệ thống. Cùng một kiến trúc mạng nhưng các mẫu lưu lượng khác nhau sẽ
11


có các GoS khác nhau. Loại dịch vụ (ToS) và lớp dịch vụ (CoS) được dùng để mô
tả tường minh tiêu đề trong các gói tin. CoS chia lưu lượng mạng thành các lớp
khác nhau và cung cấp các dịch vụ cho từng gói tin theo lớp dịch vụ mà gói tin đó
thuộc vào. Mỗi CoS xác định một mức yêu cầu QoS riêng thông qua ToS và thứ

tự ưu tiên của dịch vụ tương ứng (Thông lượng (Throughput-T), trễ (Delay-D),
độ tin cậy (Reliability-R). Các giá trị này là 0 nếu bình thường và là 1 nếu có các
đặc tính ưu tiên) [43, 48, 74].

1.2.3

Mơ hình và kỹ thuật đảm bảo QoS

Các dịch vụ trên mạng được chia thành 2 loại: truyền số liệu (Elastic Traffic)
và thời gian thực (Inelastic Traffic) với những yêu cầu về QoS khác nhau. Các dịch
vụ truyền số liệu thường khơng địi hỏi u cầu cụ thể về QoS, không bị nhạy cảm
với thời gian mà chỉ cần đảm bảo sự đúng đắn của thông tin được truyền được gọi
là Best Effort Service (không hứa trước QoS, chỉ cố gắng tối đa) hay No Realtime
Service (không phải tác động với yêu cầu thời gian thực) như FTP, Telnet. Các
dịch vụ thời gian thực gồm những ứng dụng u cầu tín hiệu nhận được phải
có thời gian trễ nhỏ hơn một ngưỡng cho trước như truyền video hay audio. Các
dịch vụ thời gian thực được chia làm 2 loại dịch vụ tương tác (Interactive) và
không tương tác (Non Interactive). Các dịch vụ tương tác hai chiều có yêu cầu
QoS nghiêm ngặt được gọi là Guarantee Service (hay Hard QoS ) như VoIP, Video
Conference. Các dịch vụ không tương tác một chiều không yêu cầu khắt khe như
E-learning, VOD được gọi là Differentiated Service (hay Soft QoS ).
Có 2 mơ hình đảm bảo QoS là tích hợp dịch vụ (Integrated Service-IntServ)
và phân lớp dịch vụ (Differentiated Service-DiffServ). Mỗi mơ hình có những đặc
điểm riêng để phù hợp với yêu cầu chức năng QoS của từng loại dịch vụ. Trong khi
IntServ đi theo hướng dành trước tài nguyên thì DiffServ đi theo hướng phân lớp
lưu lượng và đưa ra các ứng xử khác nhau với các lưu lượng khác nhau. IntServ sử
dụng 3 bit của byte ToS trong phần tiêu đề của gói tin để phân loại các dịch vụ.
Thông qua việc gán mức ưu tiên cho từng gói tin của luồng dữ liệu đến nút mạng
và cơ chế dành sẵn tài nguyên thực hiện thông qua giao thức RSVP (Resource
Reservation Protocol ), nút mạng sẽ chuyển tiếp các gói tin theo thứ tự nhãn ưu

tiên. Ưu điểm của IntServ là đảm bảo QoS tốt, tuy nhiên sử dụng tài ngun mạng
khơng hiệu quả vì băng thơng đặt trước cho một kênh sẽ không sử dụng được cho
kênh khác. Hạn chế của IntServ khó áp dụng trong mạng lớn, khơng thích hợp với
mơi trường mạng di động khơng dây,...Cịn DiffServ khơng xử lý từng luồng dữ
liệu riêng biệt mà chỉ xử lý các lớp dịch vụ với các mức ưu tiên khác nhau. Việc
đảm bảo QoS cho các luồng dữ liệu chỉ mang tính tương đối, nghĩa là luồng dữ
liệu nào ở lớp có mức ưu tiên cao sẽ được phục vụ tốt hơn so với mức ưu tiên thấp.
DiffServ sử dụng 6 bit trong tiêu đề gói tin làm DSCP (Differentiated Services
Code Point) để phân loại các gói tin của các dịch vụ khác nhau nhằm áp dụng
12


các chính sách ưu tiên khác nhau cho các gói tin của các luồng tin thuộc các lớp
khác nhau. DiffServ có ưu điểm là thích hợp cho các nút mạng có số lượng luồng
dữ liệu lớn, nhưng vẫn cịn hạn chế như chỉ đảm bảo QoS mang tính tương đối,
hiệu quả sử dụng tài ngun chưa cao, khó thích ứng với các mạng vơ tuyến và
mạng hỗn hợp...

Hình 1.2: Q trình thực hiện cam kết chất lượng dịch vụ

Các yêu cầu về QoS gồm băng thơng, tỷ lệ mất gói và độ trễ cho phép được
kiểm soát trên các Router để xử lý các luồng dữ liệu theo các điều kiện định trước.
Tiến trình ra quyết định chấp nhận hay từ chối các luồng dữ liệu mới được gọi là
điều khiển lưu lượng vào nhằm giới hạn tải trên hệ thống hàng đợi dựa trên đánh
giá khả năng đáp ứng một yêu cầu dịch vụ mới trong khi vẫn đảm bảo không phá
vỡ các cam kết đảm bảo dịch vụ cho các luồng lưu lượng đã được thiết lập. Các
hệ thống hàng đợi là trung tâm trong việc cài đặt các dịch vụ mạng có điều khiển
QoS địi hỏi kết hợp các kỹ thuật điều khiển lưu lượng vào và các kỹ thuật phân
phối lưu lượng ra. Điều khiển lưu lượng vào sẽ điều tiết gói dữ liệu đến giao diện
mạng đầu vào. Phân phối lưu lượng ra định nghĩa quy tắc dịch vụ hàng đợi cho

các giao diện mạng đầu ra bao gồm thứ tự các gói tin được thực sự chuyển đi gọi
là mơ hình quản lý băng thơng tĩnh (xem Hình 1.2(a)).
Các kỹ thuật điều khiển lưu lượng gồm: giải thuật dùng thẻ bài, cam kết
tốc độ truy cập (Committed Access Rate-CAR) nhằm đảm bảo tài nguyên mạng
không bị quá tải hay đảm bảo rằng tổng tỷ lệ đăng ký sử dụng tài nguyên của
các luồng lưu lượng truyền qua mọi kết nối mạng không lớn hơn dung lượng của
kết nối. Các kỹ thuật giám sát tải nhằm tiên đốn và ngăn chặn tắc nghẽn trong
mạng thơng qua biện pháp loại bỏ gói tin [81]. Các kỹ thuật điều khiển lưu lượng
ra phân phối lưu lượng ra tại cổng vào/ra của Router đóng vai trị quyết định
trong cấp phát băng thông cho các luồng dựa trên độ phức tạp và tính linh hoạt
của thuật tốn. Các thuật tốn đều tập trung điều khiển cấp phát băng thơng
thực sự và không gian bộ đệm tuỳ theo các điều kiện và các yêu cầu QoS của từng
luồng. Đây là nhiệm vụ tốn nhiều chi phí và phức tạp vì phải duy trì trì tính bền
vững và trạng thái động của các luồng trong môi trường phân tán nhằm hạn chế
tắc nghẽn. Nếu thời gian tắc nghẽn kéo dài và lan rộng dẫn đến nghẽn mạng và
các gói bị loại bỏ nhiều sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến QoS. Khi đó, giải pháp
13


điều khiển hàng đợi động tại các router sẽ giúp các trạm đầu cuối tránh được tắc
nghẽn trước khi tràn hàng đợi. Các kỹ thuật phân phối lưu lượng ra dựa trên các
cơ chế hàng đợi được cấu hình trên router để kiểm sốt và gửi các gói tin đi ngay
khi có thể tùy theo giá trị ưu tiên. Ban đầu, hàng đợi chỉ dùng chiến lược FIFO,
sau đó nhiều cơ chế khác được đề xuất khi yêu cầu các router phân biệt giữa các
gói có độ quan trọng khác nhau. Hàng đợi được chia ra thành 2 phần. Hàng đợi
cứng (Hardware Queue hay Transmit Queue-TxQ) sử dụng chiến lược FIFO, cần
thiết cho giao diện chuyển phát từng gói một. Hàng đợi mềm (Software Queue)
sắp xếp các gói trong hàng đợi cứng dựa trên các yêu cầu QoS. Mỗi cơ chế hàng
đợi có nguyên tắc sắp xếp và xử lý tắc nghẽn khác nhau [78]. Ưu điểm của kỹ
thuật quản lý băng thông tĩnh là tăng cường chất lượng truy nhập, cho phép nhiều

ứng dụng với yêu cầu QoS khác nhau hoạt động đồng thời. Nhưng hạn chế là cấp
phát tài nguyên cứng nhắc cho các lớp lưu lượng hay ứng dụng trong khi yêu cầu
băng thông của ứng dụng ln thay đổi theo thời gian. Điều đó dẫn đến việc dư
thừa tài nguyên khi lưu lượng thấp và thiếu hụt tài nguyên khi lưu lượng cao.
Cùng với sự bùng nổ các ứng dụng mới khiến việc khai báo mô tả lưu lượng
trở nên phức tạp. Khi đó, chúng ta cần mơ hình quản lý băng thơng linh hoạt
(hay mơ hình quản lý băng thơng thích nghi) nhằm tăng cường hiệu quả của hệ
thống (xem Hình 1.2(b)). Mơ hình này hoạt động theo nguyên lý phản hồi với
thành phần gồm bộ điều khiển lưu lượng vào và bộ phân phối lưu lượng ra tập
trung vào giải pháp quản lý băng thông tại các Router nhằm cấp phát tài nguyên
cho các gói tin đến theo các ràng buộc QoS, điều kiện lưu lượng hiện tại và băng
thông sẵn sàng tại cổng vào/ra của Router. Dựa trên các tham số phản hồi của
hệ thống, kết hợp với các tham số đầu vào để áp dụng điều khiển linh hoạt lưu
lượng vào cũng như phân phối lưu lượng ra.

1.2.4

Một số nghiên cứu về chất lượng dịch vụ

Trong những năm gần đây, lĩnh vực nghiên cứu về mạng NGN và đảm bảo
QoS đang phát triển rất mạnh mẽ. Do tính đa dạng của dịch vụ, ứng dụng trên
mạng, các yêu cầu về đảm bảo QoS cho các ứng dụng cũng phức tạp. Các nghiên
cứu ở trong và ngoài nước tập trung vào các vấn đề sau:
Quy hoạch, nâng cấp và mở rộng cơ sở hạ tầng các mạng hiện có lên mạng
NGN. Vấn đề này được xem xét và giải quyết thông qua các bài toán tối ưu
thiết kế mạng như: xác định vị trí trạm đầu cuối [29], tối ưu vị trí đặt các
trạm điều khiển trong mạng không dây [69], tối ưu vị trí và phân chia các
tế bào trong mạng CDMA (Code Division Multiple Access) [40], tối ưu kết
nối và dung lượng trong mạng di động không dây [54, 62].
Phân bố tài nguyên mạng cho các dịch vụ được biết đến với các bài toán:

định vị tài nguyên tái sử dụng bước sóng và tần số trong mạng di động tế
bào [8], tối ưu cấp phát tài nguyên tập trung, phân tán cho các lớp dịch vụ
14


và các luồng dữ liệu đa phương tiện trong mạng mạng khơng dây [15, 19, 53].
Mơ hình quản lý tài nguyên và QoS trong môi trường phân tán tương tác
đa phương tiện [30, 37].
Các kiến trúc tương thích QoS theo ứng dụng (Active Quality of ServiceAWAQoS) trong môi trường đa phương tiện có khả năng tự thích nghi với
các điều kiện tài nguyên của mạng và hệ thống [3, 5]. Kiến trúc định vị tài
nguyên động cho mạng di động khơng dây [71]. Kiến trúc IMS điều khiển
tương thích thay đổi QoS (Adaptive QoS modification) [91], kiến trúc hạ
tầng hướng dịch vụ tương tác giữa các tầng [32] trong mạng NGN.
Các cơ chế giám sát, điều khiển QoS nhằm xác định và đáp ứng yêu cầu
QoS dựa trên việc đánh giá các tham số QoS của dịch vụ, loại dịch vụ, mức
ưu tiên (CoS, ToS, GoS, MoS. . . ) [55, 78]. Cơ chế quản lý và bù QoS cho
các luồng gói tin được phục hồi sau lỗi, giám sát QoS, QoE, SLA hoặc đảm
bảo QoS trong xu hướng hội tụ mạng và dịch vụ [22, 48, 70]. Các giải pháp
giám sát QoS dựa trên SLA có thể là giám sát thụ động hay chủ động, hoặc
kết hợp nhằm cung cấp kết nối đảm bảo băng thông lớn hơn mức tối thiểu,
nhưng không vượt mức tối đa. Phạm vi giám sát có thể thực hiện tại từng
nút mạng hoặc tồn bộ các nút [48, 91].
Các thuật toán định tuyến duy trì tính ổn định của chất lượng thời gian thực
trên mạng hội tụ cố định-di động (Fix Mobile Convergence-FMC) [4, 5, 51,
67], điều khiển QoS theo luồng gói tin hay theo lớp dịch vụ [78]. Các cơ chế
điều khiển QoS cho phép phục vụ, duy trì, đảm bảo được các tham số QoS
theo yêu cầu trong giới hạn cho phép như: định dạng đầu vào, định trình
lưu lượng, quản lý bộ đệm, báo hiệu QoS, điều khiển lưu lượng và tránh tắc
nghẽn.
Các chiến lược quản lý hàng đợi nhằm giảm độ phức tạp và tăng khả năng

quản lý theo luồng [21, 67, 73]. Các cơ chế quản lý bộ đệm, cơ chế định trình
(theo lớp, theo luồng, phân cấp,. . . ). Giải pháp điều khiển luồng tránh tắc
nghẽn và phân chia tài nguyên cho các luồng tin với các ứng dụng khác nhau
một cách hợp lý tránh để các ứng dụng chiếm nhiều tài nguyên gây suy giảm
QoS cung cấp cho các ứng dụng khác [5, 81].
Mơ hình và giải pháp đảm bảo an ninh dịch vụ trong mạng NGN vì bảo mật
là một tham số mới nhưng rất quan trọng của QoS [45, 49]. Với sự đe doạ
của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet khiến việc bảo
đảm đồng thời tính riêng tư và mức độ sẵn sàng cao của dịch vụ đang trở
thành vấn đề nan giải. Đặc biệt là việc phát hiện và phịng chống các cuộc
tấn cơng từ chối dịch vụ [11, 14, 20, 49, 63, 80].
Trên cả lý thuyết và thực tế, các bài toán tối ưu thiết kế mạng, phân chia tài
nguyên cho các lớp dịch vụ và các luồng đa phương tiện đều được mơ hình dưới
dạng các bài tốn tối ưu tổ hợp. Khi đó, chúng ta phải tìm các giá chị cho các biến
rời rạc để đạt cực trị cho một hàm mục tiêu nào đó. Các bài tốn này thường dễ
phát biểu và mơ hình nhưng lại khó giải vì chúng thuộc lớp bài tốn NP-Khó [75].
15