Ngày nay, mạng IP có vai trò thiết yếu trong lĩnh
vực truyền thông. Sự phát triển nhanh chóng của
Internet đã làm cho mạng IP trở thành giao thức
không thể thiếu và ngày càng quan trọng hơn. Trong
khi đó, các nhu cầu về dịch vụ không còn đơn điệu
như trước và trên thực tế các ứng dụng đòi hỏi QoS
xuất hiện ngày càng nhiều. Bối cảnh này đã đặt ra cho
mạng IP nhiều thách thức mới, đòi hỏi mạng IP phải
có các cơ chế QoS hoàn chỉnh để đáp ứng nhu cầu đa
dịch vụ đang gia tăng.
Trong cố gắng đầu tiên tăng cường khả năng QoS
cho mạng IP, tổ chức IETF đã đưa ra cơ chế
Integrated Services (IntServ). Nhưng IntServ sớm tỏ
ra phức tạp, không có tính khả triển (scalability) nên
Differentiated Services (DiffServ) được IETF đề xuất
như là cơ chế thay thế IntServ. Về lý thuyết DiffServ
là kiến trúc QoS quan trọng cho mạng IP, là cơ sở
QoS trong IPv6 và có khả năng phối hợp với MPLS
khiển chấp nhận nối gần giống như môi trường mạng
theo chế độ có kết nối
0,03 trong khi chạy DiffServ không dùng CAC
với cùng điều kiện tải có xác suất mất gói trung
bình khoảng 0,35 (chỉ mô phỏng độc lập tại tầng
mạng, không kết hợp cơ chế hỗ trợ ở tầng giao
vận như cơ chế điều khiển cửa sổ của TCP). Hiệu
suất sử dụng liên kết cũng khá cao, đạt 90% với
xác suất mất gói xấp xỉ 10-4
18 trang |
Chia sẻ: thientruc20 | Lượt xem: 555 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận án Nghiên cứu cải thiện DIFFSERV QoS trong mạng IP, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
- 1 -
TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH
VIỄN THÔNG
NGUYỄN HỒNG SƠN
Nghiên cứu cải thiện DIFFSERV QoS trong
mạng IP
Tóm tắt Luận án TS Kỹ thuật: Kỹ thuật Viễn
thông
Mã số chuyên ngành 62 52 70.05
Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hữu Lập, TS Vũ
Như Lân
Hà Nội, 2010
- 2 -
A. MỞ ĐẦU
Ngày nay, mạng IP có vai trò thiết yếu trong lĩnh
vực truyền thông. Sự phát triển nhanh chóng của
Internet đã làm cho mạng IP trở thành giao thức
không thể thiếu và ngày càng quan trọng hơn. Trong
khi đó, các nhu cầu về dịch vụ không còn đơn điệu
như trước và trên thực tế các ứng dụng đòi hỏi QoS
xuất hiện ngày càng nhiều. Bối cảnh này đã đặt ra cho
mạng IP nhiều thách thức mới, đòi hỏi mạng IP phải
có các cơ chế QoS hoàn chỉnh để đáp ứng nhu cầu đa
dịch vụ đang gia tăng.
Trong cố gắng đầu tiên tăng cường khả năng QoS
cho mạng IP, tổ chức IETF đã đưa ra cơ chế
Integrated Services (IntServ). Nhưng IntServ sớm tỏ
ra phức tạp, không có tính khả triển (scalability) nên
Differentiated Services (DiffServ) được IETF đề xuất
như là cơ chế thay thế IntServ. Về lý thuyết DiffServ
là kiến trúc QoS quan trọng cho mạng IP, là cơ sở
QoS trong IPv6 và có khả năng phối hợp với MPLS
- 35 -
khiển chấp nhận nối gần giống như môi trường mạng
theo chế độ có kết nối.
- 34 -
0,03 trong khi chạy DiffServ không dùng CAC
với cùng điều kiện tải có xác suất mất gói trung
bình khoảng 0,35 (chỉ mô phỏng độc lập tại tầng
mạng, không kết hợp cơ chế hỗ trợ ở tầng giao
vận như cơ chế điều khiển cửa sổ của TCP). Hiệu
suất sử dụng liên kết cũng khá cao, đạt 90% với
xác suất mất gói xấp xỉ 10-4 .
2. Kiến nghị hướng phát triển
Vấn đề thực hiện QoS cho mạng IP là bài toán lớn,
đòi hỏi sự phối hợp giải quyết từ nhiều giải pháp khác
nhau. Hai giải pháp được đề xuất ở đây cần được tiếp
tục nghiên cứu phát triển.
Đối với giải pháp thực hiện AFij dựa vào CQM
cần nghiên cứu thiết kế module điều khiển thích hợp,
chú trọng thời gian tác động của bộ điều khiển nếu
thực hiện bằng phần cứng theo lý thuyết điều khiển
truyền thống. Nếu thực hiện bằng phần mềm cần đánh
giá độ phức tạp của thuật toán CQM bao hàm thuật
toán token bucket động.
Đối với giải pháp điều khiển chấp nhận kết nối thì
trước hết cần tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho trường
hợp liên domain. Kế đến là lý thuyết hóa đăng ký và
giải phóng tài nguyên không tường minh trong mạng
theo chế độ connectionless, từ đó xây dựng mô hình
định lượng hợp lý làm cơ sở áp dụng các thủ tục điều
- 3 -
tạo ra cơ chế QoS mạnh. Tuy nhiên, trên thực tế các
triển khai DiffServ vẫn chưa đầy đủ các lớp dịch vụ
như đặc tả, từ đó việc cung cấp QoS trên mạng IP
chưa được phổ biến, phần lớn các phiên truyền thông
hiện nay đều phải chạy với mức best-effort. Thiết nghĩ
cải thiện IP QoS trước hết phải cải thiện DiffServ, vì
vậy cần phải tìm ra nguyên nhân khiến DiffServ có
những yếu kém thực tế và đề ra giải pháp để khắc
phục.
Có nhiều nguyên nhân, ở đây có thể nêu ra hai
nguyên nhân nổi trội. Nguyên nhân thứ nhất thuộc về
phương pháp hiện thực DiffServ hiện nay; theo gợi ý
của IETF, tất cả các hiện thực DiffServ đều dùng thuật
toán quản lý hàng đợi tích cực RED để tạo các lớp
dịch vụ khác biệt, nhưng các nghiên cứu cho thấy
cách dùng RED có khó khăn. Bản thân RED không
phải là cơ chế điều khiển nghẽn chính quy, không hỗ
trợ chia sẻ tài nguyên và đặc biệt rất khó chọn lựa các
tham số hoạt động cho nó mà không ảnh hưởng xấu
đến phẩm chất của mạng. Nguyên nhân thứ hai là
DiffServ của IETF không cung cấp cơ chế end-to-end
QoS và không có phương pháp điều khiển các lớp
QoS giữa các nhà điều hành mạng khác nhau. Thực tế,
ứng dụng của người dùng không có cách gì để yêu cầu
một lớp dịch vụ đặc biệt vì không có điều khiển chấp
nhận kết nối (Connection Admission Control). Thiếu
- 4 -
điều khiển chấp nhận nối sẽ khó ngăn chặn tình trạng
quá tải khiến cho khả năng cung cấp QoS không đảm
bảo.
Từ khảo sát phân tích trên đây, Nghiên cứu sinh
nhận thức rằng DiffServ là cơ chế QoS quan trọng
hàng đầu của mạng IP nên mục đích, đối tượng và
phạm vi nghiên cứu trong luận án như sau:
Mục đích nghiên cứu
Làm sáng tỏ hiện trạng và xu thế của IP QoS.
Tìm nguyên nhân của các hạn chế về thực hiện IP
QoS theo kiến trúc DiffServ hiện nay. Đề xuất giải
pháp nhằm cải thiện DiffServ trên phương diện thực
hiện và cơ chế hoạt động, với hai mục tiêu chủ yếu là :
Đề xuất giải pháp thuận lợi hiệu quả để thực hiện các
lớp dịch vụ con AFij và đề xuất cơ chế điều khiển
chấp nhận kết nối (CAC) cho DiffServ domain.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu kiến trúc DiffServ QoS và DiffServ
domain. Tập trung vào hướng triển khai DiffServ
domain, thực hiện các lớp dịch vụ tại các DiffServ
router và cơ chế đảm bảo end-to-end QoS.
Phương pháp nghiên cứu
Với định hướng nghiên cứu ứng dụng, công việc
thực hiện luận án bước đầu gồm thu thập tài liệu, thực
nghiệm trên các thiết bị và hệ thống. Kế tiếp là khảo
sát các giải pháp thực hiện DiffServ trên thực tế,
- 33 -
Kết quả là hàng đợi được duy trì với độ dài ổn
định, bộ đệm không bị tràn. Có thể thay đổi độ dài
ổn định của hàng đợi bằng cách thay đổi giá trị
tham chiếu qref của bộ điều khiển. Muốn sử dụng
hết kích thước bộ đệm chỉ cần điều chỉnh qref.
2. Áp dụng cơ chế quản lý hàng đợi CQM thực hiện
các lớp dịch vụ AF (AFij) cho mạng DiffServ.
Trong đó, cấu hình giá trị tham chiếu qref khác
nhau cho các bộ điều khiển khác nhau để tạo ra
các lớp dịch vụ khác biệt AFij trong mỗi DiffServ
router. Kết quả là tạo ra được các dịch vụ khác
biệt một cách dễ dàng như dự kiến, điều chỉnh
được một cách linh động. Bộ đệm ngõ ra được sử
dụng với một mức ổn định theo cấu hình, không
xảy ra hiện tượng nghẽn. Tài nguyên được sử
dụng hiệu quả vì khi một lớp dịch vụ ở trạng thái
không tải, tài nguyên đang giữ bị thu hồi để cấp
cho lớp dịch vụ khác đang cần.
3. Đề xuất giải pháp CAC theo hướng phân tán cho
DiffServ domain, gồm tập tiêu chuẩn quyết định
cục bộ có bổ sung ràng buộc trên số luồng nhằm
khắc phục mâu thuẩn cơ bản giữa đặc tính kết nối
và không kết nối, và cơ chế báo hiệu kết nối
không tường minh phù hợp với tiêu chuẩn quyết
định cục bộ này để cộng tác thực thi thủ tục CAC.
Kết quả là xác suất mất gói thấp, chỉ khoảng dưới
- 32 -
Hình 3.25 Đồ thị tương quan giữa xác suất mất gói
và hiệu suất.
Bảng 3.4 Các tham số của nguồn 2 (Expo2)
Tham số Giá trị
Packet size 125 bytes
Burst time 400 ms
Idle time 325 ms
Data rate 64 kbps
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Luận án “Nghiên cứu cải thiện DiffServ QoS trong
mạng IP” có các kết quả :
1. Đề xuất cơ chế quản lý hàng đợi CQM, trong đó
lấy token bucket kết hợp với bộ điều khiển làm cơ
chế điều khiển cục bộ tại router, điều khiển lưu
lượng đổ vào bộ đệm theo nguyên lý phản hồi.
- 5 -
nghiên cứu các đề xuất cải tiến điển hình. Trên cơ sở
đó xây dựng các giải pháp mới dùng công cụ toán học
và mô phỏng máy tính để kiểm chứng, đúc kết nguyên
lý áp dụng và tham gia hội thảo.
Kết quả chính của luận án :
+ Đã làm rõ hiện trạng và xu thế cũng như cách
thức thực hiện một hạ tầng QoS cho mạng IP theo
kiến trúc DiffServ. Thiết nghĩ, trong điều kiện công
nghệ chế tạo thiết bị mạng của nước ta còn chưa phát
triển thì việc tìm hiểu để nắm bắt cách thức thực hiện
các giải pháp cụ thể trên thiết bị là bước tiếp cận ban
đầu hợp lý.
+ Đã đưa ra giải pháp thực hiện DiffServ mới.
Trong đó, đã thiết kế cơ chế quản lý hàng đợi CQM
dùng token bucket kết hợp với bộ điều khiển. Vận
dụng CQM thực hiện được các lớp dịch vụ trong AF
PHB một cách dễ dàng cùng với khả năng kiểm soát
nghẽn chính qui hơn so với cơ chế dùng thuật toán
RED, cách thực hiện này cũng tạo điều kiện để các
lớp dịch vụ chia sẻ tài nguyên với nhau.
+ Đã phát triển phương pháp điều khiển chấp
nhận kết nối cho DiffServ domain. Trong đó, đề xuất
ý tưởng báo hiệu không tường minh, xây dựng tiêu
chuẩn quyết định đặc trưng làm nền tảng. Cơ chế điều
khiển chấp nhận kết nối mới vẫn đảm bảo được tính
khả triển (scalability) vốn có của mạng DiffServ và
- 6 -
tạo triển vọng cung cấp end-to-end QoS cho mạng
DiffServ một cách đơn giản.
Luận án gồm 129 trang có bố cục như sau:
Mở đầu : 8 trang
Chương 1- Tổng quan IP QoS : 11 trang
Chương 2- Các giải pháp chính cho QoS trong
mạng IP hiện nay và những hạn chế : 26
trang
Chương 3- Đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện
QoS cho mạng IP theo kiến trúc
DiffServ: 54 trang
3.1 Cơ sở nghiên cứu và các mục tiêu chính : 2
trang
3.2 Giải pháp thực hiện AFij cho mạng
DiffServ : 31 trang
3.3 Giải pháp điều khiển chấp nhận kết nối cho
mạng DiffServ : 20 trang
3.4 Kết luận : 1 trang
Kết luận và kiến nghị hướng phát triển : 3 trang
Danh mục các công trình của tác giả : 2 trang
Tài liệu tham khảo : 99 tài liệu tham khảo (11
trang)
Luận án có 33 hình và 04 bảng
B. NỘI DUNG
Chương 1 - Tổng quan IP QoS
1.1 Giới thiệu IP QoS
- 31 -
s 0.5e-6, 0.6e-6, 0.7e-6, 0.8e-6, 0.9e-6, 1e-
6,1.1e-6, 1.2e-6, 1.3e-6, 1.4e-6, 1.5e-6,
1.6e-6, 1.7e-6, 1.8e-7
Mô phỏng được thực hiện đầu tiên với nguồn 1
(Expo1) với tham số s được thay đổi như trong bảng
3.2. Mô phỏng lại được thực hiện tiếp tục với nguồn 2
(Expo2) với tham số được mô tả trong bảng 3.3. Kết
quả mô phỏng được trình bày trên hình 3.25. Trong
trường hợp của nguồn 1, ta thấy rằng hiệu suất sử
dụng liên kết đạt xấp xỉ 90% ứng với xác suất mất gói
rất thấp. Khi hiệu suất đạt xấp xỉ 95% thì xác suất mất
gói cũng chỉ khoảng 8,2.10-4. Điều này cho thấy việc
sử dụng giải pháp CAC đã cải thiện được chất lượng
dịch vụ qua giảm xác suất mất gói mà vẫn đảm bảo
được hiệu suất sử dụng liên kết ở mức cao.
So sánh kết quả giữa nguồn 1 và nguồn 2 thấy rằng
sự khác biệt tỉ lệ giữa burst time và idle time cũng ảnh
hưởng đến chất lượng phục vụ, cụ thể là khi tỉ lệ burst
time lớn sẽ dẫn đến xác suất mất gói lớn hơn. Qua kết
quả mô phỏng cũng chứng tỏ rằng tham số s thực sự
đóng vai trò điều khiển nhằm tối ưu giữa hai tham số
xác suất mất gói và hiệu suất sử dụng liên kết cho một
nguồn xác định.
- 30 -
đầu
30 35.10-3 35.10-3
60 65.10-3 65.10-3
90 95.10-3 95.10-3
120 12,5.10-
3
12,5.10-
3
150 15,5.10-
3
15,5.10-
3
180 16,9.10-
3
18,5.10-
3
210 74,4.10-
3
21,5.10-
3
240 17.4.10-
2
24,5.10-
3
270 25,2.10-
2
27,5.10-
3
300 32,8.10-
2
1.10-4
330 35,4.10-
2
4,9.10-4
360 38,7.10-
2
36,5.10-
3
390 39,4.10-
2
10,3.10-
4
420 40,9.10-
2
42,5.10-
3
3.3.6.2 Đánh giá xác suất mất gói và hiệu suất sử
dụng liên kết qua mô phỏng với các nguồn lưu
lượng khác nhau
Bảng 3.3 Các giá trị của s
Tham
số
Các giá trị
- 7 -
Ngày nay IP là nền tảng cho mạng hội tụ đa dịch
vụ. Chủ đề QoS trong mạng IP được quan tâm nghiên
cứu dưới tên gọi IP QoS. Có bốn tham số đo lường
chính của IP QoS là thông lượng (throughput), độ trễ
(end-to-end delay), độ biến động trễ (jitter) và độ tổn
thất gói (packet loss).
1.2. Phương thức cơ bản cung ứng QoS trong
mạng IP
Ba phương thức cơ bản thường dùng để hỗ trợ QoS
trong mạng IP, đó là cung ứng có dự phòng cho mạng,
xếp hàng và phân loại.
1.3. Cơ chế kiểm soát chất lượng mạng phổ biến
cho mạng IP
Ba nhóm cơ chế chính nhằm đạt được một chất
lượng mạng tốt hơn mức “Best Effort” truyền thống
trên mạng IP, đó là:
- Cung cấp dung lượng vượt yêu cầu
- Đăng ký trước tài nguyên: tiêu
biểu là Intserv
- Ưu tiên hóa các dịch vụ và người dùng: tiêu biểu
là DiffServ
Chương 2 -Các giải pháp chính cho QoS trong
mạng IP hiện nay và những hạn chế
2.1 Phát triển IP QoS theo cơ chế DiffServ
DiffServ là một tập hợp công nghệ cho phép nhà
cung cấp dịch vụ mạng đưa ra các dịch vụ mạng khác
- 8 -
nhau cho khách hàng cũng như cho các dòng lưu
lượng mạng của họ. Kiến trúc DiffServ chứa hai thành
phần chính. Một là nguyên tắc ứng xử công bằng phổ
quát trên từng bước gọi là PHB (per hop behaviors) và
thứ hai là chính sách cấu hình các thông số trên đường
dẫn chuyển gói cho từng PHB. Hiện có hai PHB được
định nghĩa là EF (Expedited Forwarding), AF
(Assured Forwarding).
Công việc phát triển một hệ thống DiffServ liên
quan đến tổ chức và phát triển hai thành phần chính là
bộ điều chỉnh lưu lượng (traffic conditioner) tại router
biên (edge router) và các PHB tại các router, đặc biệt
là các router bên trong (core router).
Mỗi PHB được thể hiện qua hai cơ chế: cơ chế
quản lý hàng đợi và cơ chế lập lịch gói. Trong đó,
nguyên lý quản lý hàng đợi tích cực RED (Random
Early Detection) được dùng để quản lý hàng đợi cho
DiffServ.
Vì RED có thể hủy gói một cách ngẫu nhiên theo
thông số xác suất qua thao tác cấu hình, nên có thể
được dùng để thực hiện động thái AF (Assure
Forwarding behavior) trong DiffServ.
Theo các nghiên cứu cho thấy để hệ thống dùng
RED ổn định cần phải chọn tham số hoạt động cho
RED theo các tiêu chí nhất định và trong một phạm vi
xác định của các yếu tố khách quan như cự ly truyền.
- 29 -
Bảng 3.1 Các tham số của nguồn 1 (Expo1)
Tham số Giá trị
Packet size 125 bytes
Burst time 200 ms
Idle time 200 ms
Data rate 64 kbps
Kết quả mô phỏng xác định xác suất mất gói
(packet loss probability) trong trường hợp không có
điều khiển chấp nhận kết nối được mô tả trong hình
3.23 và hình 3.24 mô tả xác suất mất gói khi có thủ
tục CAC tham gia. Cụ thể hơn, bảng 3.2 đưa ra số liệu
so sánh xác suất mất gói giữa hai trường hợp. Từ kết
quả cho thấy, khi có cơ chế điều khiển chấp nhận kết
nối, xác suất mất gói giảm đi rất nhiều so với trường
hợp chạy DiffServ nguyên bản không CAC.
Hình 3.23 Xác suất mất
gói trong trường hợp
không dùng giải pháp
CAC.
Hình 3.24 Xác suất mất
gói trong trường hợp có
dùng cơ chế CAC được
đề nghị.
Bảng 3.2 Bảng so sánh xác suất mất gói giữa hai
trường hợp không dùng CAC và dùng CAC
Thời điểm tính
toán T (s), tính từ
thời điểm ban
Xác suất mất gói
khi không dùng
CAC
Xác suất mất
gói khi dùng
CAC
- 28 -
3.3.5 Hoạt động điều khiển chấp nhận kết nối theo
phương pháp được đề xuất
Mỗi user với cấp dịch vụ đã thỏa thuận trước với
ISP trong hợp đồng lưu lượng (SLA), dùng thủ tục
báo hiệu gửi yêu cầu tạo kết nối không tường minh
với đối tác. Kết nối không tường minh chỉ được chấp
nhận khi tất cả các router liên quan đều thỏa điều kiện
CAC. Các router sẽ áp dụng tiêu chuẩn quyết định đã
được xây dựng để thực hiện thủ tục CAC cục bộ trên
từng lớp dịch vụ.
3.3.6 Kết quả của giải pháp được đề xuất
Hình 3.22 Sơ đồ mạng thực hiện mô phỏng.
Sơ đồ mạng mô phỏng như hình 3.22. Chương
trình được viết bằng ngôn ngữ OTcl và C++ được biên
dịch bằng gcc trong NS-2 phiên bản 2.29.
3.3.6.1 Kết quả mô phỏng và so sánh với hệ thống
hiện hữu
Dùng mô hình nguồn đóng-ngắt (ON-OFF) với
thời gian đóng ngắt tuân theo phân bố mũ như mô tả
trong bảng 3.1.
Đích
Nguồn
Ingress router Core router
10Mbps 10Mbps
Egress router
- 9 -
Điều này không phải lúc nào cũng dễ dàng trên mạng
thực tế, khi mà nhu cầu kết nối cũng như lưu lượng
luôn biến động. Đây cũng là lý do vì sao các triển khai
DiffServ hiện nay vẫn chưa thực hiện một cách đầy đủ
các dịch vụ như trong đặc tả. DiffServ vẫn đang cần
có các giải pháp thực tế hơn để việc triển khai được dễ
dàng và hoạt động bền vững hơn.
2.3 Vấn đề quản lý đăng ký tài nguyên trong mạng
DiffServ
Kiến trúc DiffServ không đảm bảo một QoS từ đầu
cuối đến đầu cuối (end-to-end QoS) vì không có cơ
chế quản lý đăng ký tài nguyên. Trong nỗ lực cải thiện
sự yếu kém này, có nhiều đề xuất bổ sung cơ chế kiểm
soát đăng ký tài nguyên cho DiffServ hay còn gọi là
điều khiển chấp nhận các yêu cầu QoS từ người dùng.
Các giải pháp được đề nghị cho đến nay thể hiện
thành hai nhóm: tập trung và phân tán. Trong đó, giải
pháp tập trung đưa ra khái niệm Bandwidth Broker,
tuy nhiên giải pháp này vấp phải khuyết điểm là tạo ra
một điểm lỗi nhạy cảm cho toàn bộ hệ thống.
Giải pháp RMD, PBAC, GRIP và PCN mang tính
tiêu biểu cho các giải pháp điều khiển chấp nhận phân
tán. Tuy nhiên, các giải pháp này vẫn còn tồn tại các
hạn chế cần phải vượt qua để trở thành hiện thực. Bổ
sung cơ chế điều khiển chấp nhận cho DiffServ là điều
- 10 -
hiển nhiên và hết sức cấp thiết nhằm đạt được một giải
pháp QoS hoàn chỉnh cho mạng IP.
2.4 Phát triển IP QoS trên nền MPLS
MPLS giải quyết vấn đề QoS cho mạng IP bằng
cách thiết lập các đường dẫn tường minh qua mạng.
Các đường dẫn được gọi là LSP (Label Switching
Path) cung cấp một phương tiện để đảm bảo một chất
lượng dịch vụ đặc biệt. Để hỗ trợ DiffServ, có thể linh
hoạt ánh xạ các BA (Behavior Aggregate) vào các
đường dẫn LSP sao cho phù hợp nhất.
Chương 3 - Đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện
QoS cho mạng IP theo kiến trúc DiffServ
3.1 Cơ sở nghiên cứu và các mục tiêu chính
Dựa vào mô hình toán học và mô phỏng máy tính
để nghiên cứu đề xuất giải pháp thực hiện AFij mà
không dùng RED và đề xuất giải pháp điều khiển chấp
nhận nối cho mạng DiffServ tránh các hạn chế của hai
giải pháp tiêu biểu như RMD, PBAC, GRIP và PCN.
3.2 Giải pháp thực hiện AFij cho mạng DiffServ
3.2.1 Giới thiệu đề xuất
Theo đặc tả kiến trúc DiffServ thì AF PHB phức
tạp hơn EF PHB, AF PHB có đến bốn lớp con và
trong mỗi lớp con lại được chia ra thành ba mức ưu
tiên, như vậy AF PHB có 12 mức dịch vụ, ở đây tạm
gọi là các AFij trong đó iÎ[0,3] và jÎ[0,2], việc thực
hiện các AFij này vẫn còn hạn chế và phụ thuộc nhiều
- 27 -
các router như sau: (các chi tiết được trình bày bên
trong cuốn luận án)
( )
ï
ï
ï
î
ï
ï
ï
í
ì
m£÷
ø
ö
ç
è
æ +×
×
-
m
£+
m
^
sp
m
sp
rSe
r
e
1
2
1
1n
(s>0)
(3.30)
Trong đó:
n là số luồng được chấp nhận
µ là dung lượng đầu ra được gán cho lớp tương
ứng tại router
Ŝ là tải hiện hành ước lượng được
rm là tốc độ trung bình của nguồn lưu lượng yêu
cầu đăng ký
p là tốc độ đỉnh
s là tham số điều khiển, s qui định giới hạn băng
thông được dùng hay (ŝ + r)max= n.m
Như đã nói trong mục đích thiết kế ban đầu, mỗi
router sẽ giữ một tham số n để chỉ ra số luồng đã được
chấp nhận, một luồng mới với tốc độ yêu cầu rm được
chấp nhận nếu n và rm thỏa mãn đồng thời hệ bất đẳng
thức trên. Tham số s đóng vai trò là tham số điều
khiển trong cơ chế điều khiển chấp nhận kết nối và
được xác định tùy vào hệ số n.
- 26 -
dấu, egress router sẽ gửi thông báo không chấp nhận
cho ingress router (hình 3.21) .
Hình 3.21 Thủ tục báo hiệu khi yêu cầu bị từ
chối.
Thủ tục cần sử dụng các gói điều khiển chính như
sau: Request packet, Accept packet, Reject packet,
Release packet, Clear packet, Confirm packet.
3.3.3 Phương pháp ước lượng tải tại DiffServ
router
Trong phương pháp được đề xuất trong luận án này sẽ
áp dụng phương pháp ước lượng tải được công bố bởi
S. Jamin. Mỗi router phải ước lượng tài nguyên bị
chiếm bởi các luồng hiện hành, gọi là ŝ, đây là tham
số đầu vào của tập quyết định trong thủ tục CAC.
3.3.4 Xây dựng tiêu chuẩn quyết định
Phần này đã áp dụng Chernoff bound cho các
phân bố của một tổng các biến ngẫu nhiên độc lập để
phân tích và xây dựng được tiêu chuẩn quyết định cho
QoS
request
Request packet
Request packet
Marked request packet
Reject packet
Clear packet
Không đủ
tài nguyên
n+1
n+1
n-1 n-1
Ingress
router
Egress
router
Core
Router Core
Router
- 11 -
vào thuật toán RED. Phương pháp được đề nghị ở
đây xuất phát từ hai ý tưởng sau:
- Đưa bộ điều khiển vào tham gia quản lý
hàng đợi.
- Dùng thuật toán token-bucket có tốc độ
token linh động để thực hiện chức năng
giám sát và hủy gói.
Trên cơ sở đó xây dựng nê