nghiên cứu phương pháp điều khiển tắc nghẽn trong NGN 2.doc

Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
Chương 2
ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG NGN
2.1 Giới thiệu chương
Nhu cầu về các dịch vụ mạng ngày càng đa dạng, phong phú và đòi hỏi nhiều
mức độ chất lượng dịch vụ khác nhau. Xu hướng phát triển là tiến tới hội tụ về mạng
và hội tụ về dịch vụ. Tài nguyên của mạng có giới hạn trong khi nhu cầu truyền
thông tin ngày càng tăng, chính vì vậy mà hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó tránh
khỏi. Chương 2 trình bày về vấn đề tắc nghẽn, nguyên nhân phân loại cũng như các
tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển tắc nghẽn. Ngoài ra, thuật toán tăng giảm
tuyến tính cũng được đề cập trong chương này.
2.2 Vấn đề tắc nghẽn trong NGN
Tắc nghẽn là một hiện tượng rất quen thuộc trên mạng, mà nguyên nhân nói
chung là do tài nguyên mạng giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin của con
người là không có giới hạn. Hình 2.1 trình bày hiện tượng tắc nghẽn trên mạng và
hình 2.2 trình bày hiệu quả của việc có điều khiển.
Thông thường, nút mạng được thiết kế với một bộ đệm lưu trữ có hạn. Nếu
tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, bộ đệm bị tràn, các gói sẽ bị mất hoặc trễ quá thời
gian cho phép. Nếu một gói bị mất trên mạng thì tại thời điểm ấy các tài nguyên
mạng mà gói đó đã sử dụng cũng bị mất theo.
18
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
Hình 2.1 Hiện tượng xảy ra tắc nghẽn
Hình 2.2 Hiệu quả của việc điều khiển tắc nghẽn [7]
Hình 2.3 minh họa môi trường mạng hỗn tạp trong NGN. Các mạng riêng lẻ
được kết nối với nhau thông qua các bộ định tuyến hay các cổng (MG), tại đây các
gói tin đến sẽ được lưu giữ (store) trong bộ đệm và chuyển tiếp (forward) theo một
trong các đường kết nối đầu ra. Tốc độ của các gói tin đầu ra bị giới hạn bởi băng
thông (bandwidth) của các đường kết nối, thường nhỏ hơn băng thông của các đường
đến do phải phân chia cho nhiều luồng.
19

4
1
2
5
3
7
6
8
Xảy ra tắc nghẽn
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
Hình 2.3 Môi trường mạng hỗn tạp trong NGN
2.2.1 Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn
Nguyên nhân xảy ra tắc nghẽn trong môi trường mạng mới đó là:
1. Tràn bộ đệm: thường nút mạng được thiết kế với 1 bộ đệm lưu trữ có hạn.
Nếu tình trạng nghẽn mạng kéo đủ dài, bộ đệm bị tràn, các gói sẽ bị mất hoặc trễ quá
thời gian cho phép. Đây cũng là nguyên nhân giống như trong mạng truyền thống.
2. Lỗi do đường truyền vô tuyến
3. Do nghẽn cổ chai: tại điểm đấu nối từ các mạng tốc độ thấp vào các mạng
tốc độ cao.
4. Nhu cầu băng thông cao của các dịch vụ đa phương tiện và các loại hình
dịch vụ mới
5. Lưu lượng lớn, thay đổi đột biến và biến đổi động
6. Tính biến động của mạng, topo mạng: Đây là một đặc tính mới của mạng
NGN so với mạng truyền thống. Các nút mạng có thể dịch chuyển làm topo mạng
thay đổi gây ra những biến đổi về phân chia lưu lượng trên mạng.
2.2.2 Nguyên lý chung điều khiển chống tắc nghẽn
20
Mạng lõi
MG
MG

MG
Mạng
dữ liệu
Mạng
cố định
Mạng
di động
Máy
chủ
MG
Mạng
truyền hình
Thông lượng
(Throughput)
Lưu lượng đầu vào (offered load)
Điểm gãy
(knee)
Điểm vách
(cliff)
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
Hình 2.4 Quá trình diễn ra tắc nghẽn [7]
Quá tải làm thông lượng (throughput) suy biến như được chỉ ra trên hình 2.4.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa thông lượng với lưu lượng đưa vào (offered load).
Ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ (phía trái của điểm gãy - Knee), thông lượng tăng
tuyến tính với lưu lượng đưa vào. Đó là lúc băng thông chưa sử dụng hết. Thông
lượng lớn nhất khi lưu lượng đưa vào gần với băng thông thắt cổ chai (bottleneck
bandwidth) và thông lượng tăng chậm tương ứng với kích thước dữ liệu trong bộ
đệm. Khi lưu lượng đưa vào tiếp tục tăng, thông lượng giảm đột ngột từ điểm vách
(Cliff) xuống một giá trị rất nhỏ, đó là lúc tất cả các luồng cùng gửi dữ liệu nhưng dữ
liệu không được truyền đến phía nhận. Lúc đó, hầu hết các gói bị mất và hiện tượng

tắc nghẽn xảy ra .
Nguyên lý chung để điều khiển chống tắc nghẽn là:
- Duy trì điểm hoạt động của mạng luôn ở mức lưu lượng đưa vào nhỏ.
- Đảm bảo cho các bộ đệm của bộ định tuyến không bị tràn.
- Đảm bảo phía gởi dữ liệu nhanh mà phía nhận vẫn có thể xử lý, giúp sử dụng
tài nguyên một cách hiệu quả nhất.
21
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
2.3 Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn
2.3.1 Các đặc điểm chung
Các phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn có thể được phân loại dựa trên
các đặc điểm chung như sau:
• Điều khiển tiếp nhận (Admission control): cho phép một kết nối mới chỉ khi
mạng có thể đáp ứng một cách thích hợp. Trong pha thiết lập kết nối có chứa
một tập các mô tả về lưu lượng (tốc độ truyền dẫn cực đại, tốc độ truyền dẫn
trung bình, trễ cực đại cho phép…). Mạng chỉ cho phép người sử dụng truy
nhập đến chỉ khi nào có đủ tài nguyên sẵn sàng trên mạng. Ngược lại, yêu cầu
kết nối bị từ chối. Mạng giám sát, kiểm soát các luồng lưu lượng để xem liệu
người dùng có tuân theo các mô tả về lưu lượng không.
• Kiểm soát (Policing): Kiểm tra kết nối nào vi phạm các mô tả về lưu lượng
để đưa ra xử lý trừng phạt bằng cách:
1) Xóa các gói vi phạm mô tả
2) Gán cho chúng quyền ưu tiên thấp hơn
• Điều khiển luồng lưu lượng (Flow control) là những hoạt động của mạng để
tránh xảy ra tắc nghẽn. Ngoài ra điều khiển lưu lượng còn nhằm sử dụng tối
ưu tài nguyên mạng để đạt được một hiệu suất mạng thực sự.
2.3.2 Phân loại
Theo các đặc điểm chung nêu trên, các phương pháp điều khiển tắc nghẽn có
thể được phân loại như sau:
Điều khiển tắc nghẽn vòng hở (Open-loop congestion control) là sự kết hợp

của điều khiển tiếp nhận, kiểm soát và nguyên lý thùng rò (leaky bucket). Trong đó
không có thông tin phản hồi từ mạng hoặc phía nhận.
Điều khiển chống tắc nghẽn vòng kín (Close-loop congestion control) là dựa
trên trạng thái của mạng với sự giám sát tắc nghẽn và điều khiển lưu lượng dựa trên
thông tin phản hồi. Trong đó, thông tin phản hồi có thể là:
22
Chương 2: Điều khiển tắc nghẽn trong NGN
• Phản hồi ẩn (implicit feedback) nguồn phát sử dụng thời gian chờ (time-out)
để xác định liệu có xảy ra tắc nghẽn hay không. Ví dụ: điều khiển chống tắc
nghẽn trong TCP thực hiện theo kiểu này.
• Phản hồi rõ (explixit feedback) một số bản tin tường minh được gửi đến
nguồn phát.
Điều khiển theo tốc độ: điều khiển một cách trực tiếp tốc độ truyền tại phía
gửi (nguồn gửi tin).
Điều khiển theo kích thước cửa sổ: điều khiển gián tiếp tốc độ truyền thông
qua việc thay đổi kích thước cửa sổ (số gói tin hoặc số byte tồn tại ở đó).
2.4 Các tiêu chí đánh giá phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn
Trong phần này đề xuất một số tiêu chí đánh giá cơ bản nhất dựa trên cơ sở
những tiêu chí truyền thống [7], song có xem xét đến những đặc tính của môi trường
mạng mới NGN.
Những tiêu chí cơ bản nhất dùng cho phân tích, đánh giá các phương pháp
điều khiển chống tắc nghẽn bao gồm:
2.4.1 Tính hiệu quả (Efficient)
Tính hiệu quả được định nghĩa là tỉ số giữa tổng tài nguyên phân phối cho các
ứng dụng và tổng tài nguyên mong muốn tại điểm Knee của mạng, nghĩa là trước
thời điểm mạng xảy ra bão hòa. Nếu X
goal
biểu thị mức lưu lượng đưa vào mong
muốn tại điểm Knee, X(t) biểu thị tổng tài nguyên phân phối cho các ứng dụng, nghĩa
là

∑
= )()( txtX
i
, thì tính hiệu quả được xác định bởi tỉ số:
goal
X
tX )(
=
η
(2.1)
Quá tải
( )
goal
XtX >)(
hay dưới mức tải
( )
goal
XtX <)(
đều không mong muốn và
được coi là không có hiệu quả như nhau. Thuật toán hiệu quả khi η tiến gần tới 1,
nghĩa là X(t) tiến gần tới X
goal
.
23