Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng vô tuyến băng rộng đa dịch vụ

12 354 0
Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng vô tuyến băng rộng đa dịch vụ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng vô tuyến băng rộng đa dịch vụ

-1- MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Để đảm bảo được chất lượng dịch vụ với các tham số cụ thể, mạng IP tuyến cần một thuật toán điều khiển đăng nhập thích hợp để cho phép hoặc cấm các cuộc gọi dựa trên điều kiện lưu lượng trong tế bào hoặc trong tế bào bên cạnh. CAC là lĩnh vực được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Mục đích nghiên cứu Trong qu yển luận văn này, chúng tôi tập trung đi sâu nghiên cứu mô hình điều khiển đăng nhập hệ thống dựa trên các mức ưu tiên đối với lưu lượng đa lớp để đảm bảo chất lượng dịch vụ. Đồng thời đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng lõi. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Cơ chế điều khiển đăng n hập đối với đầu cuối di động để đảm bảo chất lượng dịch vụ khi chuyển vùng. Bên cạnh đó, kiến trúc Diffserv đảm bảo QoS đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu và có nhiều ứng dụng, việc điều khiển các đáp ứng tại các nút mạng là rất quan trọng, cơ chế điều khiển bộ đệm và biện pháp cân bằng lưu lượng giữa các tham số QoS được tập trung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Sử dụng lý thuyết hàng đợi và mô hình dòng chảy Markov để giải quyết bài toán chuyển vùng đối với các lớp dịch vụ kết hợp với các tham số kỹ thuật được đưa ra trong SLA. Lý thuyết fuzzy được sử dụng để cân bằng giữa các tham số QoS. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận văn nghiên cứu với mục đích đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ mạng tuyến băng rộng, mô hình lưu lượng đa lớp tương ứng với các dịch vụ băng rộng đang khai thác. Ngoài phần mở đầu và kết luận, cấu trúc quyển luận văn bao gồm các phần chính sau Chương 1: Hệ thống thông tin di động dựa trên chuyển mạch gói. Phân tích đặc điểm đối với lưu lượng đa phương tiện, các dịch vụ đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ, ánh xạ các yêu cầu dịch vụ sang các thoả thuận chất lượng và các tham số mạng. - 2- Chương 2: Chuyển giao trong hệ thống thông tin di động. Các phương pháp chuyển giao cũng như các mô hình toán học đang được các nhà khoa học quan tâm được trình bày trong chương này Chương 3: Đề xuất mô hình điều khiển đăng nhập kết nối trong mạng thông tin di động thế hệ sau Chương 4: Mô hình quản lý lưu lượng để cân bằng giữa các tham số QoS và kết hợp với điều khiển đăng nhập Kết luận chung và hướn g nghiên cứu tiếp theo CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI 1.1 Các dịch vụ trong mạng NGN. ITU-T có định nghĩa một số các dịch vụ đa phương tiện như sau: Dịch vụ hiển thị, Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, Dịch vụ hội nghị đa phương tiện, Dịch vụ quản lý nhóm. 1.2 Lưu lượng đa phương tiện 1.2.1 Lưu lượng th oại Mô hình lưu lượng đối với dịch vụ thoại dựa trên lý thuyết Erlang dựa trên 2 tham số. Đó là tốc độ xuất hiện cuộc gọi và thời gian chiến giữ trung bình. Phân bố thống kê đối với các xuất hiện cuộc gọi được coi là phân bố Poisson với thời gian giữa các lần xuất hiện thuân theo phân bố mũ 1.2.2 Lưu lượng dữ liệu Đối với liên kết lưu lượng, một số các tham số điển hình được sử dụng để đặc tính hóa nguồn lưu lượng như tốc độ dữ liệu đỉnh tốc độ dữ liệu trung bình cũng như lưu lượng bùng nổ, trong đó có một số tham số quan trong phụ thuộc vào lớp dịch vụ và loại ứng dụng. Các tha m số quan trọng nhất là: Tỷ lệ mất gói, Thông lượng (throughput), Tính sẵn có (availability), Trễ, Biến đổi trễ. 1.2.3 Lưu lượng và liên kết không đối xứng Trong thực tế, nhu cầu sử dụng dữ liệu đối với người sử dụng thường là không đối xứng.Thông thường nhu cầu tải dữ liệu theo hướng xuống nhiều hơn theo hướng lên. 1.3 Chất lượng dịch vụ và c ác yếu tố liên quan 1.3.1 QoS Internet Kiến trúc hỗ trợ QoS trên Internet được phân loại thành hai nhóm: Các dịch vụ tích hợp IntServ và dịch vụ vi phân DiffServ -3- 1.3.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ) Cốt lõi của IntServ là giao thức chuNn bị tài nguyên RSVP. RSVP cho phép người sử dụng kết cuối báo hiệu mạng về các yêu cầu QoS của người sử dụng và cho phép các node mạng gửi báo hiệu đến nhau để định vị tài nguyên theo đường lưu lượng. Tuy nhiên rất khó triển khai IntServ diện rộng 1.3.3 Các dịch vụ phân biệt (DiffServ) Dịch vụ phân biệt DS hay DiffServ sử dụng mô hình phân biệt, ở mô hình này các gói được phân loại thành nhóm nhỏ ở biên mạng. Các trạng thái lưu lượng chỉ được duy trì ở biên mạng. Không duy trì bất kỳ trạng thái dự trữ nào trong router tức thời. Các router lõi trong mạng chỉ cần sự tập hợp lưu lượng để thực hiện các kỹ thuật như là lập lịch và quản lý bộ đệm. Do đó DiffServ được sử dụng nhiều hơn IntServ/RSVP. 1.3.4 QoS trong mạng IP tuyến Một vấn đề lớn khi cun g cấp QoS trong mạng IP tuyến là cách xác định tài nguyên mạng có hiệu quả khi người sử dụng di chuyển, các giao thức điều chỉnh QoS động 1.4 Chất lượng dịch vụ mức gói và mức cuộc gọi 1.4.1 Băng thông hiệu quả Băng thông hiệu quả là dung lượng phục vụ được yêu cầu bởi luồng lưu lượng để thỏa mãn chất lượng dịch vụ của nó, dựa trên các đặc điểm của nguồn lưu lượng, yêu cầu chất lượng dịch vụ của nguồn và kích thước bộ đệm. 1.4.2 Phân chia ảo Phân chia ảo là thuật toán sử dụng để cung cấp dịch vụ cho khách hàng trên cùng một cơ sở hạ tần vật lý. Có hai biện pháp truyền thống để chia sẻ tài nguyên. Một là phân chia hoàn toàn (CP), trong đó việc phân chia mang tính thống kê giữa các SLA, cho phép mỗi SLA sử dụng độc quyền dung lượng được cấp phát. Hai là chia sẻ hoàn toàn (CS), nó cho phép tất cả các SLA chia sẻ tài nguyên một cách tự do. 1.5 Kết luận Chương này trình bày sơ lược về các dịch vụ trong mạng N GN và các bài toán đặt ra mà các nhà khoa học phải giải quyết. Kiến trúc Diffserv thuận lợi cho việc triển khai diện rộng và thích hợp với bài toán đặt ra hiện nay. Các vấn đề liên quan tới chất lượng - 4- dịch vụ được các nhà nghiên cứu quan tâm và cũng như các tồn tại cần khắc phục làm cơ sở chọn hướng giải quyết và cách giải quyết mà luận án sẽ đưa ra ở chương 3 và chương 4. CHƯƠNG 2: CHUYỂN GIAO TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TẾ BÀO Thuật toán chuyển giao hiệu quả sẽ là cách rẻ nhất để đảm bảo dung lượng hệ thống và chất lượng dịch vụ. 2.1 Các kịch bản phát triển hệ thống thông tin di động tế bào Một số các kiến trúc tế bào cơ bản: macrocell, microcell, hệ thống chồng lân và các kiến trúc đặc biệt như hệ thống băng rộng đa kênh… 2.2 Mức độ ưu tiên trong chuyển giao Hai phương pháp chính trong ưu tiên hóa chuyển giao đó là kênh bảo vệ và hàng đợi. • Kênh bảo vệ • Hàng đợi trong chuyển giao 2.3 Chuyển giao và quản lý tài nguyên Một số nhiệm vụ quản lý tài nguyên trong hệ thống thông tin di động tế bào bao gồm điều khiển đăng nhập, gán kênh, điều khiển công suất, và chuyển giao. 2.4 Các cơ chế điều khiển đăng nhập cho chuyển giao 2.4.1 Cơ chế giới hạn cuộc gọi mới Hình 2.1: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái tr ong cơ chế hạn chế đối với cuộc gọi mới K,0 K,1 K-1,0 K-1,1 0,0 0,1 1,0 1,1 0,C-K 0,C-K+1 1,C-K 1,C-K+1 K,C-K K-1,C-K K-1,C-K+1 1,C-1 0,C-1 0,C -5- Cơ chế hoạt động như sau: nếu số các cuộc gọi mới vượt quá một ngưỡng cho trước thì khi cuộc gọi mới xuất hiện, cuộc gọi mới này sẽ bị khóa; ngược lại nó sẽ được chấp nhận. Cuộc gọi chuyển giao chỉ bị rơi khi tất cả các kênh trong tế bào đã được sử dụng. Gọi K là ngưỡng đối với cuộc gọi mới và ,,1,1 hh λ λμμ và C lần lượt là tốc độ đến của cuộc gọi mới, tốc độ xuất hiện cuộc gọi chuyển giao, thời gian chiếm kênh trung bình của cuộc gọi mới và cuộc gọi cũ và số kênh trong tế bào. Tính toán xác suất khóa cuộc gọi mới nb p và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao hb p 21 1 21 1 2 1 12 1 00 211 0 12 !! !( )! !! nCn n K CK K hh nn nb Cn n n K h nn Kn n Cn p nn ρρ ρρ ρ ρ − −− == − = + − = ∑∑ ∑∑ (2.1) 1 1 1 1 2 1 12 0 11 0 12 . !( )! !! Cn n K h n hb Cn n n K h nn nCn p nn ρ ρ ρ ρ − = − = − = ∑ ∑∑ (2.2) 2.4.2 Cơ chế ưu tiên hoàn toàn Hình 2.2: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của cơ chế ưu tiên hoàn toàn m-1,0 m-1,1 m,0 m,1 0,0 0,1 m,m m-1,m m,C-m m-1,C-m 0,m 0,C-m m-1,C- m+1 0,C-m+1 0,C -6- Cơ chế được thực hiện như sau: Gọi m là ngưỡng, đối với cuộc gọi xuất hiện. N ếu tổng số kênh bận nhỏ hơn m, cuộc gọi mới được chấp nhận; ngược lại cuộc gọi mới bị khóa. Cuộc gọi chuyển giao luôn luôn được chấp nhận trừ khi không còn kênh rỗi. Các tham số ,,, hh λ λμμ và c tương tự như được định nghĩa trong cơ chế hạn chế cuộc gọi mới. Gọi m là ngưỡng hạn chếTừ đó ta thu được xác suất khóa cuộc gọi mới gần đúng và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao gần đúng: 01 () ! () () !! mjm C hh jm a nb jmjm mC hhh jjm j p jj ρρ ρ ρρ ρρ ρ − = − ==+ + = ++ + ∑ ∑∑ (2.3) 01 () ! () () !! mCm hh a hb jmjm mC hhh jjm C p jj ρρ ρ ρρ ρρ ρ − − ==+ + = ++ + ∑∑ (2.4) 2.4.3 Cơ chế kênh bảo vệ từng phần Mô hình toán học của cơ chế này như sau: gọi 0 ( 0,1, , 1) 1 i iC β ≤= −≤, khi số các kênh bận trong tế bào là i nếu một cuộc gọi mới xuất hiện thì nó sẽ được đăng nhập hệ thống với xác suất i β . Cuộc gọi chuyển giao luôn luôn được đăng nhập hệ thống trừ khi không còn kênh rỗi, trong trường hợp đó thì tất cả các cuộc gọi sẽ bị khóa. Chúng ta cũng nhận thấy rằng nếu 12 C β ββ ≥≥≥ lưu lượng cuộc gọi mới sẽ được điều chỉnh để ngày càng nhỏ hơn (mỏng đi) khi số lượng kênh bận tăng lên.) Chúng ta có thể tính được xác suất khóa của cuộc gọi mới và xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao: 0 (1 ) , 0 C a nb j j C j pp ββ = = −= ∑ (2.5) a hb C p p = (2.6) -7- Tuy nhiên có thể nhận thấy là với các cơ chế trên còn nhiều hạn chế, phương pháp toán học mới chỉ tính gần đúng xác suất cần quan tâm. 2.5 Kết luận Chương 2 – Chuyển giao trong hệ thống thông tin di động tế bào nhằm giới thiệu cơ sở lý thuyết về chuyển giao trong hệ thống, các yếu tố chuyển giao ảnh hưởng đến chất lượng mạng di động, điều đó làm nền tảng cho những nghiên cứu của luận văn ở chương 3. CHƯƠNG 3: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DNCH VỤ TRONG MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG THẾ HỆ SAU DỰA TRÊN CƠ CHẾ ĐIỀU KHIỂN ĐĂNG NHẬP Trọng tâm của chương này đề xuất cơ chế điều khiển đăng nhập dựa trên quyền ưu tiên đa lớp, mỗi lớp tương ứng với một loại hình dịch vụ đồng thời kết hợp với các tham số liên quan tới chất lượng dịch vụ được ánh xạ trong SLA để đưa ra cơ chế điều khiển đăng nhập linh hoạt và nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên mạng. 3.1 Điều khiển đăng nhập cuộc gọi dựa trên quyền ưu tiên đa lớp trong mạng thông tin di động 3.1.1 Mô hình hệ thống Giả sử rằng mô hình hệ thống có tốc độ xuất hiện cuộc gọi mới là phân bố đều trên toàn bộ khu vực cung cấp dịch vụ di động. Chúng ta xét mô hình lưu lượng có K lớp QoS và mỗi lớp có quyền ưu tiên riêng. QoS dựa vào quyền ưu tiên trong trường hợp này được mô tả bởi ( ) 011 i iK β ≤≤ ≤≤ với mỗi lớp i và 12 0 1 K β ββ ≤ ≤≤≤. Chọn các xác suất i β theo QoS: dựa vào QoS chúng ta phân loại quyền ưu tiên làm K mức và quyền ưu tiên cao hơn có xác suất cao hơn để chiếm kênh (hoặc băng thông). Cuộc gọi mới trong mỗi lớp được chấp nhận hoặc từ chối dựa vào việc chiếm kênh và lớp dịch vụ của nó. Chúng ta giả sử rằng tất cả lưu lượng được tạo ra theo phân phối Poisson với tốc độ trung bình mỗi tế bào là , ih λ λ cho mỗi cuộc gọi mới của lớp i và cuộc gọi chuyển giao. Quyền ưu tiên được cung cấp cho cuộc gọi chuyển giao bằng cách phân bổ kênh h C cho cuộc gọi giữa các kênh C. Chia xẻ kênh chung h CC − cho cả cuộc gọi mới và cuộc gọi chuyển giao. Khi bất kỳ lưu lượng nào đến, nó được phân - 8- bổ một kênh cho đến khi số kênh bận lên tới h CC − . Khi một cuộc gọi mới của lớp i đến, tốc độ chấp nhận là ii β λ . Khi số kênh bận vượt quá h CC − , cuộc gọi mới bị chặn lại. Cuộc gọi chuyển giao được chấp nhận cho đến khi tất cả các kênh bận. 3.1.2 Mô hình toán học , ih λ λ lần lượt là tốc độ xuất hiện trung bình cho cuộc gọi mới lớp i và cuộc gọi chuyển giao như định nghĩa trong 3.1.1. Số cuộc gọi mới đến trong mỗi giây với mỗi tế bào 1 K nii i λ βλ = = ∑ Xác suất nghẽn của cuộc gọi mới là tổng các xác suất ở trạng thái có số kênh bận ở trạm gốc lớn hơn hoặc bằng h CC − : () 1 () 11 01 () ! ()() !! hh j hh h h K CC j CC ii h h C i j jCC H B KK CC j CC j CC ii h ii h h C ii jj jjCC HH j P jj βλ λ λ μ βλ λ βλ λ λ μμ −−− = =− −−− − == ==−+ + = ++ + ∑ ∑ ∑∑ ∑∑ (3.1) Xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao là xác suất ở trạng thái có số kênh bận ở trạm gốc bằng C: 1 () 11 01 () ! ()() !! hh hh h h K CC C ii h h i C H H KK CC j CC j CC ii h ii h h C ii jj jjCC HH C P jj βλ λ λ μ βλ λ βλ λ λ μμ − = −−− − == ==−+ + = ++ + ∑ ∑∑ ∑∑ (3.2) -9- 3.1.3 Tính toán số cho hệ thống Ta giả sử rằng 16C = và 4 h C = . Giả sử có hai lớp dịch vụ QoS với 1 0,95 β = và 2 1 β = . Tốc độ cuộc gọi mới ở lớp 1 là 1 120 λ = và tốc độ cuộc gọi mới ở lớp 2 là 2 125 λ = , tốc độ cuộc gọi chuyển giao là 130 h λ = . Bằng công cụ mô phỏng, chúng ta giả sử thời gian dịch vụ của tất cả các loại cuộc gọi bằng nhau và trong khoảng { } 0.04, , 0.5 μ = Hình 3.1: Xác suất rớt cuộc gọi chuyển giao theo tải lưu lượng. Hình 3.2: Xác suất khóa của cuộc gọi mới theo tải lưu lượng. Droppin g probabilit y of handoff call -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 20406080100 Traffic loads Probability wit h class an d guar d chan n el wit hout class, guar d chan n el wit h class an d w it hout guar d chan n el wit hout bot h class an d guar d chan n el Blockin g probabilit y of new call -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 020406080100 Traffic loads Probability wit h classes an d guar d chan n els wit hout classes, w it h guar d chan n els wit h classes, wit hout guar d chan n els wit hout classes an d wit hout guar d chan n els -10- Trong Hình 3.1, chúng ta quan sát thấy, khi tải lưu lượng tăng, xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao cũng tăng, nhưng cơ chế đề xuất dựa vào ưu tiên QoS có xác suất rơi nhỏ hơn. Đó là bởi vì chúng ta có nhiều kênh hơn cho cuộc gọi chuyển giao. Trong Hình 3.2, khi tải lưu lượng nhỏ, xác suất nghẽn của cuộc gọi mới nhỏ nhất. N hưng khi tải lưu lượng tăng, xác suất nghẽn tăng rất nhanh vì c uộc gọi chuyển giao có quyền ưu tiên cao hơn. Hình 3.3: Xác suất rớt cuộc gọi chuyển giao theo tải lưu lượng với C khác nhau. Hình 3.4: Xác suất nghẽn cuộc gọi mới theo tải lưu lượng với C khác nhau. Blocking pr obabilit y of new call -0.5 0 0.5 1 1.5 0 20406080100 Traffic loads C=16 C=15 C=14 C=13 Dropping probability of handoff call -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 020406080100 Traffic loads Probability C=16 C=15 C=14 C=13 -11- Trong Hình 3.3 và Hình 3.4, chúng ta thấy rằng với các kênh giống nhau và các lớp QoS giống nhau và số kênh nhỏ đi, xác suất rớt cuộc gọi của cuộc gọi chuyển giao và xác suất nghẽn của cuộc gọi mới nhỏ đi. 3.2 Cơ chế điều khiển đăng nhập theo SLA 3.2.1 Định nghĩa SLA (Service Level Agreements). SLA là thoả thuận chính thức giữa hai hay nhiều phía đạt được sau khi hoạt động thương thảo giữa các bên về đặc tính dịch vụ. Các điều khoản của SLA liên quan đến QoS được gọi là thỏa thuận QoS. 3.2.2 Thỏa thuận QoS Các tham số QoS phải được định nghĩa rõ ràng khi xây dựng một SLA, các tham số này chính là các thoả thuận QoS. Các tham số QoS thành loại trực tiếp và loại gián tiếp. Các tham số QoS có thể được kết hợp theo một thuật toán để đưa ra một chỉ số liên quan đến QoS tổng thể để có thể đánh giá chất lượng dịch vụ khách hàng nhận được phù hợp như thế nào so với dịch vụ đã được ký kết 3.2.3 Cơ chế kênh ưu tiên định sẵn với hàng đợi cho lưu lượng chuyển giao dựa trên SLA Để giảm xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao, một bộ đệm có kích thước K được sử dụng. Cũng giống như cơ chế ưu tiên hoàn to àn, chúng ta sử dụng h C kênh dành riêng cho các cuộc gọi chuyển giao. () h CC− kênh còn lại được dùng chung cho cả các cuộc gọi mới và các cuộc gọi chuyển giao. N ếu C kênh đã được sử dụng, cuộc gọi chuyển giao sẽ được đưa vào đợi trong bộ đệm (có kích thước K). N hư vậy, hệ thống sẽ bao gồm C kênh và bộ đệm kích thước K và kích thước hệ thống sẽ là CK+ . μ 0 1 2 C-C h C-C h +1 K-1 K C T λ T λ T λ h λ 1 λ 2 μ ( ) h CC μ − () 1 h CC μ −+ C μ 1 λ h λ Hình 3.5: Sơ đồ chuyển đổi trạng thái của Cơ chế kênh ưu tiên định sẵn với hàng đợi cho lưu lượng chuyển giao dựa trên SLA Dựa trên các tham số SLA, các cuộc gọi chuyển giao được phân làm hai loại ta tạm gọi là loại 1 và loại 2. Gọi n λ là tốc độ xuất - 12- hiện của cuộc gọi mới, 1 λ là tốc độ xuất hiện của cuộc gọi chuyển giao thoả mãn tham số SLA về độ trễ (cuộc gọi chuyển giao loại 1), 2 λ là tốc độ xuất hiên của cuộc gọi chuyển giao loại 2. Quá trình xuất hiện cuộc gọi trong hệ thống là quá trình Poisson do vậy tốc độ xuất hiện cuộc gọi chuyển giao trong hệ thống là 12h λ λλ = + và tốc độ xuất hiện cuộc gọi trong hệ thống là Tnh λ λλ = + . Tất cả các cuộc gọi có cùng phân bố hàm mũ của thời gian phục vụ và có tốc độ phục vụ μ . Khi đó tổng cường độ lưu lượng tải trên từng kênh của tế bào là / TT C ρ λμ = . Xác suất khoá cuộc gọi của cuộc gọi mới là tổng xác suất của các trạng thái trong hệ thống có số các kênh bận lớn hơn hoặc bằng h CC− : h CK Bj jCC PP + =− = ∑ (3.3) Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyển giao là tổng của các xác suất trạng thái có số các kênh bận trong hệ thống lớn hơn hoặc bằng C : CK H j jC PP + = = ∑ (3.4) Xác suất rơi cuộc gọi của các cuộc gọi chuyển giao loại 1: 1 H CK PP + = (3.5) Sử dụng công thức Little cho hệ thống hàng đợi có các trạng thái cân bằng, chúng ta có thể tính được thời gian đợi trung bình trong hàng đợi của cuộc gọi chuyển giao loại 1: 1 1 1 () (1 ) CK j H jC H j CP EW P λ + = − ⎡⎤ = ⎣⎦ − ∑ (3.6) 3.2.4 Tính toán và phân tích số Trong quá trình phân tích chúng ta sử dụng các giá trị 16, 4, 4 h CCK===. Trong cơ chế ưu tiên hoàn toàn, chúng ta giả -13- thiết tốc độ xuất hiện cuộc gọi mới trong tế bào là 1/15 n λ = và tốc độ xuất hiện cuộc gọi chuyển giao là 1/20 h λ = . Bên cạnh đó để cho việc so sánh các giá trị chính xác, trong cơ chế kênh ưu tiên định sẵn với hàng đợi dựa trên tham số SLA ta giả thiết 1/15 n λ = và tốc độ xuất hiện các cuộc gọi chuyển giao loại 1 là 1 1/ 25 λ = và tốc độ chuyển giao các cuộc gọi loại 2 là 2 1/100 λ = . Để đơn giản trong tính toán, chúng ta coi thời gian phục vụ của tất cả các cuộc gọi là như nhau và nằm trong khoảng giá trị { } 0.04, , 0.5 μ = . -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 Traffic load (ρ) Dropping probability of handoff calls without priority with queue with queue and priority Hình 3.6: Xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao theo lưu lượng tải trên từng kênh -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 Traffic load (ρ) Blocking probability of new calls without priority with queue with queue and priority Hình 3.7: Xác suất khoá cuộc gọi mới theo lưu lượng tải trên từng kênh - 14- Trong Hình 3.6, khi lưu lượng tải tăng thì xác suất rơi cuộc gọi cũng tăng theo, cơ chế điều khiển theo SLA có xác suất rơi cuộc gọi là nhỏ nhất. Trong khi đó, Hình 3.7 cho chúng ta thấy xác suất khoá cuộc gọi mới đối với tất cả các cơ thế là như nhau. Hình 3.8 và Hình 3.9 cho chúng ta thấy, với số kênh bảo vệ và hàng đợi như nhau, khi tổng số kênh tăng lên thì xác suất rơi cuộc gọi mới và khoá cuộc gọi tăng lên, điều này cũng dễ dàng nhận được bởi vi khi đó tỷ lệ giữa số kênh bảo vệ dành cho cuộc gọi chuyển giao với tổng số kênh của hệ thống giảm đi. -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 5 10 15 20 25 30 35 Tra ffic load (p) Blocking probability of new calls C=16, K=4 C=15, K=4 C=14, K=4 Hình 3.8: Xác suất khoá cuộc gọi mới theo lưu lượng tải trên từng kênh với C khác nhau -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 5 10 15 20 25 30 35 Tra ffic load (p) Dropping probabi l ity of handoff calls C=16, K=4 C=15, K=4 C=14, K=4 Hình 3.9: Xác suất rơi cuộc gọi chuyển giao theo lưu lượng tải trên từng kênh với C khác nhau -15- 3.3 Kết luận Chương này đề cập tới các phương pháp điều khiển đăng nhập cuộc gọi dành cho mạng thông tin di động Phương pháp sử dụng các mức ưu tiên cho các cuộc gọi đa phương tiện, kết nối cuộc gọi đa phương tiện có thể ở mức ưu tiên cao hơn cuộc gọi thoại, và cuộc gọi thoại có mức ưu tiên cao hơn cuộc gọi dữ liệu. Bên cạnh đó, phương pháp điều khiển đăng nhập cuộc gọi dựa trên các tham số SLA để xử lý đối với các cuộc gọi sử dụng dịch vụ đa phương tiện. CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DNCH VỤ TRONG MẠNG INTERNET 4.1 Kiến trúc hệ thống Hình 4.1: Mô hình kiến trúc mạng di động tuyến Internet. - 16- Hệ thống chúng ta quan tâm được minh hoạ trong Hình 4.1 trong đó kiến trúc DiffServ dùng để giám sát QoS. Trong hệ thống, tất cả các vùng đăng nhập là vùng quản lý DiffServ và trong đó tất cả các router là DiffServ IP router. Gateway và trạm gốc là các router biên và được nối với router lõi. Gateway là giao tiếp kết nối với mạng Internet đường trục, tại đó một SLA được sử dụng để xác định các tài nguyên được định vị bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet cho các lưu lượng tập trung đi và đến gateway 4.2 Điều khiển truy nhập cuộc gọi theo vùng Giả sử một vùng đăng nhập có M tế bào, trong đó việc xuất hiện các cuộc gọi mới với mỗi lớp dịch vụ là quá trinh Poisson với tốc độ λ cuộc trên mỗi tế bào trong một đơn vị thời gian và thời gian cuộc goi là phân bố mũ với trung bình 1 μ . Mỗi tế bào có thể phục vụ tối đa C cuộc gọi, và phần trăm ( α ) của dung lượng tế bào, α C, là một tập hợp như kênh bảo vệ để bảo vệ các cuộc goi chuyển giao. Thời gian chiếm giữ kênh trong một trạm gốc (thời gian cuộc gọi trong một trạm gốc trước khi chuyển giao sang trạm gốc khác) là phân bố mũ với trung bình 1 h (tốc độ chuyển giao là h). 4.3 Tối ưu hoá bộ đệm cho nguồn lưu lượng đa lớp Lớp lưu lượng được định nghĩa trong mạng tuyến thế hệ 3 có thể được hỗ trợ bởi dịch vụ đảm bảo trong kiến trúc DiffServ. Trong mạng tuyến, do tài nguyên sẵn có luôn thay đổi theo sự di chuyển của người sử dụng và do biến đổi chất lượng kênh, vì vậy tối ưu hoá bộ đệm đầu vào rất quan trọng để cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên. Công việc quan trọng ở đây là tập trung vào tính di động. Đó là định vị băng thông chỉ thay đổi khi có một cuộc gọi mới xuất hiện, cuộc gọi kết thúc và cuộc gọi chuyển giao 4.4 Mô hình hệ thống đa lớp Xét bộ đệm được chia thành các phần với kích thước B, tro ng đó lưu lượng đầu vào được tạo ra từ các nguồn modul theo Markov và lưu lượng đầu ra được phục vụ bởi các kênh có dung lượng không đổi c. Yêu cầu chất lượng dịch vụ được biểu diễn bởi xác suất mất gói (PLP) j ε đối với lớp thứ j, {1,2, ,J}j ∈ . Gọi S là không gian trạng thái và M là ma trận tạo của chuỗi Markov của nguồn lưu lượng. Tại trạng thái i ( ) iS ∈ , nguồn tạo ra lưu lượng của lớp j ( ) 1 j J≤≤ -17- với tốc độ j i λ . Luật truy nhập dựa trên cơ chế đặt trước không gian, sử dụng ngưỡng { } ,1 1 j BjJ ≤ ≤−. Gọi () X t là tổng số các dòng chảy của tất cả các lớp trong bộ đệm tại thời điểm t. Khi () ( ) 1 1 jj B Xt B j J − ≤<≤≤, chỉ có dòng chảy của các lớp { } , 1, , j jJ+ được truy nhập vào bộ đệm 4.5 Tối ưu hóa phân chia bộ đệm Khi nguồn điều chế Markov tạo ra J lớp lưu lượng và được phục vụ bởi bộ đệm được phân chia theo J-1 ngưỡng, tỷ lệ tổn thất của mỗi lớp có thể được tính gần đúng như sau: 11 1 ( ) exp[ ( )( )] (1 ) j v jvv v GB z c B B j J − = = −≤≤ ∏ (4.1) Trong đó để đơn giản coi L = 1. Biểu diễn giá trị riêng dưới dạng 1 () v zc để nhấn mạnh chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng trực tiếp bởi kênh c. Mục tiêu trong phần này là tìm được một vector *** * 12 1 ( , , , ) tJ BBBB − = có dung lượng kênh c nhỏ nhất. 4.6 Hệ thống ghép kênh hỗn hợp Giả sử K nguồn lưu lượng được đặc tính hóa theo ( , ) ( 1, 2, , ) kk M kK λ = . Giả sử đối với mỗi k, nguồn k có ()k N trạng thái và ma trận tạo ()k M là tối giản. Biểu diễn rút gọi chuNn của M có dạng: (1) ( 2) ( ) K MM M M=⊗⊗⊗ (4.2) 4.7 Cơ chế điều khiển bộ đệm 4.7.1 Cơ chế điều khiển dựa trên SLA, cân bằng giữa các tham số ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ Quản lý dựa trên các chính sách là một trong những kỹ thuật được sử dụng để kết hợp các cấu hình thỏa mãn một số các yêu cầu trong mạng dựa trên thỏa thuận mức dịch vụ (SLA). N hững chính sách trừu tượng này khó có thể được diễn giải và triển khai theo các yêu cầu mạng, những yêu cầu này đơn thuần là các giá trị, và logic - 18- mờ được sử dụng để trình bày một cách hiệu quả các giá trị trừu tượng này. Điều khiển mờ được triển khai như là một cơ chế giám sát động được sử dụng để thiết lập cấu hình cho các nút mạng tương ứng với lưu lượng đầu vào. 4.7.2 Kiến trúc hệ thống và phương pháp luận Lưu đồ phương pháp luận phát triển hệ thống được đưa ra trong Hình 4.2, trong đó có các thủ tục thực hiện nhiệm vụ của hệ thống và các khối kiểm tra, người điều hành mạng có thể làm hoàn chỉnh các chỉ tiêu kỹ thuật được cam kết trong SLA Hình 4.2: Lưu đồ điều khiển ứng dụng lôgic mờ 4.7.3 Cân bằng giữa độ trễ và tổn thất trong dịch vụ Diffserv Chúng ta xem xét một mạng có bốn loại hình dịch vụ cơ bản và được mã hóa như sau: 11: lưu lượng thời gian thực với mức ưu tiên cao nhất (1) 10: lưu lượng thời gian thực với mức dịch vụ thông thường (0) 01: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức ưu tiên cao (1) 00: lưu lượng không phụ thuộc thời gian thực với mức dịch vụ thông thường (0) Các tham số kỹ thuật dùng cho chính sách Fuzzy hóa Điều khiển fuzzy Kết quả mô phỏng Giải fuzzy Điều khiển hệ thống Bắt đầu -19- Với dịch vụ loại 10 và 01 tương đối gần nhau và có thể sử dụng các biện pháp cân bằng cho chúng Hình 4.3: Hệ thống hàng đợi có điều khiển Cả hai bộ đệm này được hạn chế với các mức dung lượng được tính toán theo thuật toán băng thông tối ưu và kích thước tương ứng là 10 B và 01 B với 10 01 B B≤ . 4.7.4 Điều khiển fuzzy Trạng thái của hệ thống có thể biểu diễn bởi 10 01 (, )ss trong đó 10 10 0,1, ,sB= và 01 01 0,1, ,sB= lần lượt là số các gói trong bộ đệm 10 và 01. Tổng số các gói trong hàng đợi là 10 01 10 01 0,1, , x ss BB=+= +. Các quyết định được thực hiện khi các gói đi và đến bộ đệm. Chúng ta có các luật điều khiển sau: (1) N ếu trạng thái hệ thống 10 01 0xs s===, nếu không có gói nào trong hàng đợi thì sẽ không có gói nào được gửi đi; (2) N ếu 1 x = thì nếu chỉ có một gói trong hệ thống thì gói này sẽ được gửi đi Do vậy chúng ta chỉ tập trung vào lập lịch cho các gói đang nằm trong hàng đợi khi cả hai bộ đệm đang có gói và kênh truyền đi đang rỗi (có sẵn). Chúng ta chọn đầu vào fuzzy của các gói 10 s và 01 s trong các bộ đệm 10 và 01 với các giá trị ZO, PS, PM, và PB. Đầu ra fuzzy là các quyết định d = 01 hoặc 10, nó có nghĩa là các gói từ bộ đệm 01 hoặc 10 được phục vụ (gửi đi). Chúng ta phát triển nguyên tắc điều - 20- khiển được đưa ra trong Bảng 4.1, trong đó giá trị đầu ra fuzzy d = * có nghĩa là không gói nào được lựa chọn Bảng 4.1: N guyên tắc lựa chọn cân bằng giữa các lớp N guyên tắc 1-8 N guyên tắc 9-16 S 10 S 01 D S 10 S 01 d ZO ZO * ZO PM 01 PA ZO 10 PS PM 01 PM ZO 10 PM PM 10 PB ZO 10 PB PM 10 ZO PS 01 ZO PB 01 PS PS 10 PS PB 01 PM PS 10 PM PB 01 PB PS 10 PB PB 01 Chúng ta xác định chính sách điều khiển hàng đợi sử dụng logic fuzzy với thuật toán được chỉ ra như sau: 1. Hệ số định cỡ cho đầu vào 10 s và 01 s 2. Bắt đầu từ trạng thái khởi tạo 10 01 0ss = = 3. Xác định d dựa trên quá trình fuzzy hóa, suy diễn fuzzy dựa trên nguyên tắc mô tả ở bảng trên, và sau đó giải fuzzy 4. N ếu 01 01 sB < thì thiết lập 01 01 1ss = + và quay trở lại bước (3); ngược lại thiết lập 01 0s = và tiến đến bước 5 5. N ếu 10 10 sB < , thiết lập 10 10 1ss = + và quay trở lại bước (3); ngược lại “stop” 4.7.5 Tính toán số Sử dụng công cụ mô phỏng N S2 (N etwork simulator), topo mạng được sử dụng để mô phỏng gồm 15 nút mạng trong miền Diffserv. Topo mạng này đưa ra nút cổ chai giữa các nút mạng lõi. Sử dụng 7 nguồn lưu lượng với dịch vụ Diffserv với mã DS 10 và 8 nguồn lưu lượng với mã DS 11. Thời gian giám sát cho hoạt động là 160s giám sát liên kết tại nút lõi. Topology mạng được biểu diễn trong Hìn h 4.4. [...]... SLA, trong tương lai sẽ phát triển phương pháp thống nhất tham số SLA toàn hệ thống (SLA giữa mạng- mạng và người sử dụng -mạng) để đảm bảo hỗ trợ tối đa giữa các mức • Đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng lõi là vấn đề lớn còn rất nhiều tồn tại Tuy đã đề xuất biểu diễn toán học đối với môi trường hỗn hợp, tuy nhiên khả năng áp dụng để điều khiển mạng là khó khăn do yêu cầu năng lực tính toán cao và... gian đáp ứng nhanh hơn 4.8 Kết luận Chúng ta đã xét một mô hình hệ thống dựa trên cơ chế đăng nhập theo vùng và đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng thông tin di động tuyến Internet thế hệ sau Kiến trúc này hỗ trợ chuyển giao nhanh và giám sát chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ Diffserv Chúng ta nghiên cứu một thuật toán hiệu quả để tìm ra ngưỡng tối ưu cho bộ đệm được phân chia để cung cấp các mức... Thông lượng tại biên của mạng, số gói phải truyền lại do nghẽn Bảng 4.2: Thống kê lưu lượng của toàn mạng Packets Statistics CP TotPkts TxPkts ldrops Edrops All 26430 26430 0 1080 DS 10 1116 1116 0 0 DS 11 25314 25314 0 1080 Bảng 4.2 cho thấy do có cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các gói thuộc lớp lưu lượng DS 10 do vậy không có tổn thất lưu lượng Đối với các gói thuộc lớp lưu lượng DS 11, tại mạng. .. nguyên mạng linh hoạt và đầy đủ do đó tiết kiệm được băng thông cũng như nâng cao chất lượng dịch vụ (với mô hình nghiên cứu so sánh với mô hình truyền thống xác suất rơi cuộc gọi chuyển vùng thấp hơn trong khoảng Δ= 2%÷1,015%) • Việc cấp phát tài nguyên trong mạng thông tin di động IP dựa trên kiến trúc Diffserv được thực hiện với cơ chế điều khiển bộ đệm từng phần áp dụng cho các lớp lưu lượng khác... đảm bảo hỗ trợ cơ chế chuyển giao nhanh, đảm bảo chất lượng dịch vụ (các gói ở mức ưu tiên cao có tỷ lệ tổn thất ldrops=0) • Đề xuất cơ chế điều khiển cân bằng giữa các tham số QoS dựa trên lý thuyết điều khiển fuzzy, trong đó điều khiển đăng nhập đối với lưu lượng tại các nút biên của mạng đề đảm bảo băng thông trong mạng lõi điều tiết tránh bị quá tải trong trường hợp đột biến lớn (burstiness>>1) ... động trong QoS thì tổn thất lưu lượng là không có Tuy nhiên để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các lưu lượng mức ưu tiên cao hơn thì các gói bị chặn tại biên của mạng Trên cơ sở kết quả mô phỏng thu được chúng ta nhận thấy phương pháp cân bằng tham số theo fuzzy ổn định hơn và thời gian đáp ứng nhanh hơn 4.8 Kết luận Chúng ta đã xét một mô hình hệ thống dựa trên cơ chế đăng nhập theo vùng và đảm bảo chất. .. toán cao và thời gian tính toán dài Trong tương lai phương pháp rút gọi toán học với một số các điều kiện biên để giảm tính hỗn hợp của nguồn lưu lượng sẽ được nghiên cứu Việc áp dụng các cơ chế định tuyến và điều khiển lưu lượng của mạng MPLS cũng sẽ được phát triển Bên cạnh đó khả năng cân bằng lưu lượng của MPLS có thể được ứng dụng để nâng cao hiệu suất sử dụng mạng tránh tắc nghẽn Luận án có những... sau: • Đề xuất cơ chế điều khiển đăng nhập cho đầu cuối di động và cấp phát tài nguyên mạng chính xác cho người sử dụng dựa trên việc phân chia và gán quyền ưu tiên đa lớp cho các loại hình dịch vụ với các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, trên cơ sở đó thực hiện cơ chế điều khiển đăng nhập trên quyền ưu tiên đa lớp, thực hiện cấp phát tài nguyên cho các cuộc gọi chuyển giao, đảm bảo xác suất rơi...-22- -21- Hình 4.4: Topo mạng Diffserv với hai mức ưu tiên Giám sát lưu lượng tạo ra từ các node tại biên của mạng, Hình 4.5 cho thấy số lưu lượng truyền đi tương đối ổn định, thông lượng lớn và biến đổi là do thời gian truyền của từng session trong mạng ngắn, tuy nhiên vẫn trong giải giá trị cho phép và đảm bảo CIR cam kết, số gói bị yêu cầu truyền... các mức ưu tiên được trình bày trong luận án mới là bước đầu trong việc xây dựng một thuật toán điều khiển, trong tương lai phân tích toán học và mô phỏng sẽ được phát triển cho hệ thông với môi trường di động không đồng nhất, các lưu lượng hỗn hợp được tạo ra từ các nguồn lưu lượng di động với tốc độ di chuyển thay đổi (mô phỏng với các môi trường như đường cao tốc hay trong một khu công nghiệp- tốc . cứu với mục đích đề xuất phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ mạng vô tuyến băng rộng, mô hình lưu lượng đa lớp tương ứng với các dịch vụ băng rộng đang khai thác. Ngoài phần mở đầu và. 1.1 Các dịch vụ trong mạng NGN. ITU-T có định nghĩa một số các dịch vụ đa phương tiện như sau: Dịch vụ hiển thị, Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện, Dịch vụ hội nghị đa phương tiện, Dịch vụ quản. điểm đối với lưu lượng đa phương tiện, các dịch vụ đa phương tiện và yêu cầu chất lượng dịch vụ, ánh xạ các yêu cầu dịch vụ sang các thoả thuận chất lượng và các tham số mạng. - 2- Chương

Ngày đăng: 03/04/2014, 12:20

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan