H C VI N CÔNG NGH B UăCHệNHăVI N THÔNG PH MăV NăTH NG NGHIểNăC Uă ăXU TăM TăS ăC ăCH ăT NGă C NGăKH ăN NGă MăB OăCH TăL NGăD CHă V ăTRONGăM NGăTHỌNGăTINăCHUY NăM CHăGịIă Chuyên ngành: K thu t máy tính Mã s : 62.52.70.10 TĨM T T LU N ÁN TI NăS ăK THU T Ng ih ng d n khoa h c: PGS.ăTSKH.ăHoƠngă Hà N i ậ 2013 ngăH i Cơng trình đ c hồn t i H c vi n Công ngh B u vi n thơng, Hà N i Ng ih ng d n khoa h c: PGS TSKH Hoàng ng H i Ph n bi n 1: Ph n bi n 2: Ph n bi n 3: Lu n án đ c b o v t i H i đ ng ch m lu n án c p H c vi n Công ngh B u Vi n thơng t i: Vào lúc …….h… ngày … tháng … n m Có th tìm lu n án t i th vi n: - Th vi n Qu c gia - Th vi n H c vi n Công ngh B u Vi n thơng ~1~ M m b o ch t l U ng d ch v (QoS – Quality of Service) m ng chuy n m ch gói IP liên quan đ n: 1) Các c ch : Ch p nh n k t n i, đ nh d ng l u l ng đ u vào (sharping), đ nh trình (scheduling), u n lu ng tránh t c ngh n, qu n lý b đ m; 2) Các l p: L p v t lý, l p IP, l p truy n t i, l p ng d ng; 3) Các thi t b trung gian, thi t b đ u cu i Vi c l a ch n gói tin đ n nút m ng s p x p vào hàng đ i th i m đ a l n l t gói tin kh i nút m ng đ chuy n ti p đóng m t vai trị đ c bi t quan tr ng vi c đ m b o QoS B đ nh trình t i m i nút m ng có ch c n ng th c hi n u c n đ c thi t k đ đ t đ c s th a hi p gi a đ c tính: Hi u qu , công b ng c p phát tài nguyên; m m d o vi c đ m b o QoS cho ng d ng có nhu c u khác đ n gi n d th c hi n Do tính bi n thiên c a l u l ng kh n ng bùng phát d li u c a ng d ng m ng IP hi n nay, vi c đ m b o đ ng th i đ c tính nêu v n cịn v n đ nan gi i, đòi h i nh ng gi i pháp m i xem xét đ n m i quan h m t thi t c a nhi u y u t tác đ ng khác Tình hình nghiênăc uătrongăn Trong m c,ăngoƠiăn c i n m tr l i đây, l nh v c nghiên c u v đ m b o QoS m ng IP phát tri n m nh m sôi đ ng n c, nhi u cơng trình nghiên c u t p trung vào l p ng d ng, truy n t i, t i u đ nh n m ng All-IP nh : 1) Phát tri n m t ki n trúc middleware t ng thích QoS theo ng d ng (AWAQoS) mơi tr ng ti n phân tán, có kh n ng t thích nghi ng đa ph v i u ki n tài nguyên c a m ng h th ng 2) Nghiên c u c i thi n hi u n ng c a tốn tìm đ ng tìm gi i pháp đ nh ~2~ n trì tính n đ nh c a ch t l ng m ng h ng đ n vi c đ m b o QoS tồn trình M t s cơng trình khác nghiên c u v đ m b o QoS xu h n l p IP nh : 1) ng h i t m ng, d ch v c, nhi u công trình t p trung vào u n QoS i u n QoS theo lu ng gói tin (IntServ), u n QoS theo l p d ch v (DiffServ); 2) Các mơ hình u n nh m m c đích gi m đ ph c t p so v i IntServ t ng kh n ng qu n lý theo lu ng so v i DiffServ nh TSFQ, QFQ, WF2Q-M, RFQ 3) C ch qu n lý b đ m 4) C ch đ nh trình (theo l p, theo lu ng, phân c p,…) 5) u n lu ng tránh t c ngh n (trong giao th c TCP, UDP, TCP-like,…) 6) Qu n lý bù QoS cho lu ng gói tin đ c ph c h i sau l i; 7) Giám sát QoS, QoE, SLA ho c đ m b o QoS xu h ng h i t m ng, d ch v QoS tồn trình ph thu c vào QoS t i m i nút m ng, ph thu c vào vi c l a ch n gói tin c a b đ nh trình, th i gian tr kh n ng m t gói tin t i b đ m T i nhi u nghiên c u v b đ nh trình cho k t qu kh thi vi c t ng c ng kh n ng đ m b o QoS m ng IP, n hình b đ nh trình WF2Q+ c i ti n nh TSFQ, QFQ, RFQ Tuy nhiên, qua kh o sát cơng trình ngồi n c cho th y m t s t n t i nh sau: - Cho đ n v n ch a có b đ nh trình cho phép bi t đ ng l c tr ng thái QoS hi n th i th i có đáp ng nhu c u c a nhóm i dùng hay ch a Vì v y v n đ đ t c n giám sát đ ng đ c c giá tr tham s QoS, t u n b đ nh trình đ đ t m c QoS phù h p h n - M t v n đ khác c ng ch a đ c gi i quy t th a đáng b đ nh trình t i nay, ki m soát h n ch t c đ t i đa c a ~3~ lu ng tin, đ c bi t v i lo i ng d ng ln có xu h ng t n d ng t i đa b ng thơng (ví d t i file, chia s ngang hàng) - M t khác, t góc đ nhà cung c p d ch v , lu ng tin gói d ch v c n đ c đ m b o công b ng v thông l ng (công b ng QoS, hay công b ng d ch v ) Gi s m t lu ng tin b l i đ ng truy n ho c l i truy n gói tin m t kho ng th i gian ng n, nhu c u th c t đ t c n có cách bù l i thông l ng m t đ đ m b o tính cơng b ng d ch v cho lu ng tin 2.ăM cătiêuăc aălu năán: T v n đ t n t i nêu ph n trên, lu n án đ t m c tiêu nghiên c u đ xu t m t s c ch t ng c ng kh n ng đ m b o QoS m ng IP thông qua vi c giám sát QoS c a lu ng, t o kh n ng ki m soát, h n ch t c đ t i đa cho ng d ng theo yêu c u c a gói d ch v u n đ m b o công b ng thông l ng, bù QoS theo tr ng s d a tham s giám sát đ K t qu c n đ t đ c c a lu n án: 1) c xu t xây d ng c ch giám sát tham s QoS t i nút biên m ng c a khách hàng 2) xu t xây d ng c ch ki m soát, h n ch t c đ t i đa u n bù thông l ng 3) xu t mô hình k t h p c ch nêu 4) Th nghi m, đánh giá mơ hình đ xu t ng d ng 3.ăPh măviănghiênăc uăc aălu năán: m b o QoS m ng IP nh ng v n đ r ng ph c t p, v y ph m vi nghiên c u c a lu n án c ch đ nh trình m t ph ng d li u c a l p IP, t i nút biên m ng c a khách hàng, n i t p trung lu ng gói tin c a ng 4.ăPh i dùng ngăphápănghiênăc u: Lu n án nghiên c u, kh o sát cơng trình liên quan đ tìm nh ng t n t i, l a ch n v n đ s gi i quy t H th ng hóa v n đ ~4~ c n gi i quy t, đ xu t mơ hình lý thuy t, s d ng cơng c tốn h c đ phân tích th c hi n mơ ph ng đ đánh giá k t qu mơ hình lý thuy t CH NGă1.ăV Nă GIỄMăSỄT,ă I U KHI N QOS TRONG M NG IP 1.1.ăM ngăIPăvƠăch tăl Ch t l ngăd chăv ng d ch v (QoS): t p h p tác đ ng c a hi u su t d ch v , xác đ nh s hài lòng c a ng l i s d ng d ch v Ch t ng d ch v m ng IP bao g m tham s k thu t nh : b ng thông, tr , bi n thiên tr , t l m t gói tin Hình 1.1 mơ hình m ng IP cung c p đa d ch v Các d ch v vi n thông Internet s d ng giao th c IP L u l d ch v đ ng c a c truy n t i h t ng m ng có dây, khơng dây s d ng công ngh khác WWW, VoIP, video, data FTP, SMTP, RTP… IP Ethernet, xDSL, FTTx, Wifi, 3G, … Ch c n ng c a máy ch , máy tr m Ch c n ng c a nút m ng (router) Ch c n ng c a k t n i, c a nút m ng WWW, VoIP, video, data FTP, SMTP, RTP… IP Ethernet, xDSL, FTTx, Wifi, 3G, … a d ng v d ch v N n t ng giao th c IP a d ng v cơng ngh h t ng m ng Hình 1.1 Mơ hình m ng IP cung c p đa d ch v M ng IP ban đ u đ c thi t k đ truy n gói tin khơng yêu c u cao v QoS, nh ng hi n đ l c s d ng đ truy n t i l u ng c a d ch v có d ch v yêu c u cao v QoS nh hình 1.1, có d ch v yêu c u cao v QoS H n n a, s d ng công ngh khác nên vi c đ m b o QoS tồn trình m ng IP khó kh n ~5~ Vì v y hi n gi i pháp đ m b o QoS m ng IP v n đ c quan tâm nghiên c u, đ c bi t m ng th h m i 1.2.ăC ăch ăđ nhătrìnhăđi uăkhi năQoS Trong c ch đ nh trình t i nay, đ nh trình theo nhãn th i gian có nhi u u m, phù h p v i m ng t c đ cao đ c tri n khai r ng rãi, v y lu n án t p trung nghiên c u v c ch đ nh trình B đ nh trình theo nhãn th i gian trì hàm th i gian o h th ng (V), th i gian b t đ u (S), k t thúc (F) x lý gói tin T i đ u vào, nút m ng gán cho gói tin t i nhãn th i gian S, F theo giá tr c a hàm th i gian o T i đ u ra, gói tin có nhãn th i gian F nh nh t đ c ch n đ chuy n Các b đ nh trình lo i có kh n ng đ m b o QoS, tách bi t d ch v bình đ ng gi a lu ng tin WFQ s d ng hàm th i gian o V(t) nh sau: VWFQ (0) VWFQ (t ) (1.5) VWFQ (t ) i B( t ) (1.6) wi Nhãn th i gian b t đ u Sik , k t thúc Fi k c a lu ng i đ c tính nh sau: Sik Fi k max F k 1i ,VWFQ (aik ) Sik (1.8) k i L wi (1.9) Hình 1.10 mơ t c ch gán nhãn cho gói tin c a WFQ c ch đ nh trình d a nhãn th i gian Các gói tin c a m i lu ng đ c s p x p vào hàng đ i c a lu ng M i gói tin t i pik đ nhãn th i gian b t đ u, k t thúc t ng ng Si k F ik c gán Ví d : Giá tr th i gian k t thúc F c a gói tin th k = 1, 2, 3, 4, thu c phiên k ~6~ 2l nl t 4, 8, 16, 20, 24 T i m i th i m, b đ nh trình xét gói tin đ u hàng đ i (Head Of Line -HOL) ch n gói tin có nhãn th i gian k t thúc nh nh t đ đ a Theo ví d nh hình 1.8, gói tin p21 có F 21=4 nh nh t, v y p21 đ c ch n đ chuy n Phiên 50% Phiên 25% pik Sik F ik Phiên 12,5% Ký hi u Phiên 12,5% p25 p24 p 23 p22 p21 20 24 16 20 16 P 31 P3 P3 P3 P3 32 40 24 32 16 24 16 P 45 P 44 P 43 P 42 P 41 32 40 24 32 16 24 16 nh trình Hình 1.10 Gán nhãn th i gian x lý gói tin WFQ Nh n xét: Các b đ nh trình n hình đ c đ xu t t i v n m t s t n t i, ví d nh : 1) Ch a s d ng user profile đ c p phát b ng thông theo yêu c u c a ng sát 3) Các ph ng pháp bù thông l thông hi u qu ho c làm nh h i dùng 2) Ch a có giám ng hi n ch a s d ng b ng ng t i QoS c a lu ng khác bù Ngoài ra, ba v n đ t n t i ch y u nh nêu M đ u v n ch a đ ph n c gi i quy t th a đáng 1.3.ăC ăch ăgiámăsátăQoSă Giám sát đ có th bi t tình tr ng cung c p QoS đ có u ch nh phù h p M t s c ch giám sát n hình nh sau: - Giám sát tr ng thái kênh b ng mô hình Markov hai tr ng thái: cl ng tr ng thái ti p theo t tr ng thái tr - D a theo ph ng pháp EWMA, th i gian tr (RTT-Round Trip Time) trung bình t i m t th i m đ m ts l ng nh t đ nh gói tin đ t k RTT c *t k RTT c cl ng d a c truy n đi: k ) * tRTT (1 V i t tr truy n gói tin k+1, t k gói tin, h s c l ng c a EWMA k RTT k RTT (1.19) tr trung bình c a ~7~ - Giám sát b ng thông: B ng thông t i nút c chai đ c xác đ nh b ng mơ hình c p gói (Hình 1.12) nh sau: L Cb, j th th Trong t1 , t11 (1.26) t th i m gói tin 0, gói tin đ n l nl nút m ng th nh t; th , th1 l n l t th i m gói tin 0, gói tin đ n nút m ng cu i cùng; Cb,j b ng thông c a k t n i c chai j Gói Tr m ngu n Tr m đích t11 L C j ,h t10 t h1 t h0 Hình 1.12 Mơ hình c p gói Nh n xét: 1) Các ph ng pháp ch a s d ng đ u n QoS theo yêu c u 2) C n có ph c đ ng pháp giám sát tham s QoS ph c v cho vi c u n nâng cao QoS CH NGă2.ăC ăCH GIÁM SÁT CH TăL D CH V NG 2.1.ăNhuăc uăgiámăsátăQoS M t ph ng i u n M t ph ng d li u Nh n gói tin Phân tích tiêu đ nh n chuy n m ch Chuy n gói tin Phân lo i nh d ng l u l ng Truy n gói tin nh trình Qu n lý d ch v u n Qu n lý b đ m Hàng đ i Hình 2.1 C u trúc u n QoS b đ nh trình có th u ch nh QoS phù h p c n có giám sát, đánh giá hi n tr ng QoS Tuy nhiên, c u trúc c a c ch đ nh ~8~ trình hi n nh Ch đ Hình 2.1 ch a xem xét đ n u ng c a lu n án s trình bày v m t c ch giám sát QoS m i, c đ t tên QoSM (QoS Monitoring Mechanism) giám sát tham s QoS, c n l a ch n ph ng pháp giám sát, m đo, vi c giám sát QoS c ng c n đ m b o nh ng yêu c u nh sau: 1) Có kh n ng tích h p vào b đ nh trình n hình hi n có 2) Ít nh h ng t i hi u su t c a h th ng đ c giám sát 3) K t qu giám sát báo cáo v vi ph m QoS có đ xác cao 4) Có hi u su t cao đ m b o vi c g i báo cáo vi ph m QoS k p th i 5) M m d o, kh n ng m r ng: áp ng yêu c u giám sát nhi u lu ng d li u v i yêu c u QoS khác đ ng th i 2.3 Mơ hình giám sát QoSM: Các tham s QoS đ QoSM Phân tích online User Profile, SLA c giám sát L uătr Mon_DB Phân tích offline Yêu c u QoS D li u QoS Lu ng c n đo Lu ng c n đo Agent S1 Agent Wireless CE1 D1 M ngăSP N1 S2 PE1 N2 PE2 Sn M ng c a khách hàng a m M ng c a nhà cung c p d ch v D2 CE2 Lu ng d li u, s ki n QoS Dn M ng c a khách hàng a m Hình 2.3 Mơ hình QoSM Lu n án đ xu t c ch QoSM đ thu th p, l u tr , đánh giá tham s QoS t i nút biên m ng theo lu ng tin (Hình 2.3) g m thành ph n: User profile l u thông tin v QoS c n đáp ng, Agent đo thu th p d li u; ch c n ng l c l u tr d li u đo đ c; ch c n ng phân tích tính tham s QoS M c đích c a QoSM giám sát đánh giá tr ng thái QoS đ i v i m t s lu ng ~ 11 ~ h n; đ ng th i tích l y giá tr QoS kho ng Tmon liên ti p đ xác đ nh giá tr QoS th i gian dài h n (toàn b th i gian giám sát) S d ng giá tr QoS giám sát Tmon đ u n, đáp ng yêu c u QoS th i gian dài h n QoSMon đ c mô t Hình 2.9 Agent chèn vào ph n mào đ u c a gói tin tham s Tsnd (th i m g i gói tin) PktSqNo (s th t c a gói tin) Khi nh n đ c gói tin, Agent s c n c vào Tsnd PktSqNo đ tính tham s QoS ng n h n dài h n g m: b ng thông (BW), th i gian tr (PTD), bi n thiên tr (PDV), t l m t gói tin (PLR), hàm QoS (FQoS) S1 Lu ng D1 N2 N1 S2 Lu ng D2 Sn Lu ng n N2-Enque(): Dn Agent đ c Tsnd, PktSqNo tính BW, PTD, PDV, PLR, FQoS N1-Enque(): Agent g i Tsnd, PktSqNo Hình 2.9 Ph ng pháp giám sát QoS ph i h p nút m ng * Hàm QoS: Vi c đ a m t hàm QoS ph n ánh m c đ ch t l ng d ch v khó tính ph c t p, s liên quan gi a tham s QoS Tuy nhiên, thông l ng theo tr ng s có th dùng đ bi u di n m c đ đáp ng d ch v cho m t lu ng tin, dùng cho c ch bù thông l nh ngh a 2.1: G i F i QoS ng (t ) hàm ch t l ng d ch v c a lu ng i t i th i m t nh sau: Ti (t ) F i QoS (t ) wi (2.7) Trong đó: wi tr ng s c a lu ng i; Ti (t ) thơng l trung bình c a lu ng i tính đ n th i m t, đ 11 c tính nh sau: ng ~ 12 ~ Ti (t ) V i Lki (t ) (t t0 ) (2.8) Lki t ng kích th c c a gói tin nh n đ c tính t b t đ u giám sát (t0=0) đ n th i m t nh ngh a 2.2: G i F iQoSTmon(t) hàm ch t l ng c a lu ng i t i th i m t, v i t thu c kho ng [t1, t2] nh sau: i FQoSTmon (t ) Ti (t2 ) Ti (t1 ) / wi Trong wi tr ng s , Ti(t) thông l (2.14) ng c a lu ng i t i th i m t (v i t [t1, t2]; Tmon = t2-t1) * Giám sát th i gian tr (PTD): PTD c a gói tin th k c a lu ng i (pik) đ k i k i PTDi ( p ) now Tsnd ( p ) c tính nh sau: (2.15) Trong now th i m Agent nh n đ c gói tin, Tsnd th i gian Agent g i gói tin * Giám sát t l m t gói tin (PLR): - PLR đ c Agent tính d a tham s tin nh n đ c, c th nh sau: LostPkti (t ) PktSeqNo( pik ) PktSeqNo( pik ) V i PktSeqNo( pik ) PktSeqNo( pik ) l n l , gói tin nh n đ c t i th i m t, th i m tr T l m t gói tin đ PLRi (t ) PktSqNo c a gói (2.16) t s th t c a c c tính nh sau: LostPkti (t ) TotalPkti (t ) (2.17) V i LostPkti (t ) , TotalPkti (t ) l n l m t t ng s gói tin nh n đ t s l ng gói tin b c c a lu ng i tính đ n th i m t Trong cách tính này, ta gi thi t gói tin đ n tr m đích theo th t phát tr m ngu n * Th i gian giám sát Tmon: 12 ~ 13 ~ i v i nút m ng ph c v n lu ng gói tin n, giá tr Tmon đ c s d ng chung cho lu ng đ max Li ri Tmon max Trong Li kích th qmaxSizei kích th c ch n nh sau: qmaxSizei ri (2.19) c trung bình gói tin c a lu ng i, c b đ m, r i t c đ c a lu ng i 2.5 K tăqu ămôăph ng Nh nêu ph n trên, c ch đ nh trình WF2Q+ c ch n hình có nhi u u m đ đó, lu n án th c hi n tri n khai c c tri n khai r ng rãi Do ch m i n n gi i thu t WF Q+ mô ph ng so sánh hai c ch đ minh ch ng, đánh giá u m c a c ch m i so v i WF2Q+ S0, flow R0, flow n10 n0 n5 Wireless (EM2) n3 R1, flow n11 S1, flow n6 EM1 n8 n1 n9 n2 n4 n7 n12 S2, flow M ng c a khách hàng Chi nhánh R2, flow M ng c a nhà cung c p d ch v M ng c a khách hàng Chi nhánh Hình 2.14 S đ mơ ph ng giám sát Ngu n l u l ng B ng 2.2 Tham s Lu ng Kích th c hàng đ i (byte) Tr ng s Ngu n l u l ng Kích th c gói tin (byte) Kho ng th i gian gi a th i m phát gói tin liên ti p (s) T c đ phát (Mbps) B ng thông (Mbps), đ c chia theo tr ng s c a lu ng mô ph ng giám sát Flow Flow 15000 15000 0,4 0,4 UDP-CBR+ UDP-CBR+ mơ hình l i mơ hình l i 1000 1000 0,001 0,001 7,62 7,62 13 Flow 15000 0,2 UDP-CBR 1000 0,001 7,62 ~ 14 ~ T c đ gi i h n t i đa (Mbps) 2,5 Kho ng th i gian mô ph ng (s) 0-10 K t qu mô ph ng thông l Không d ng 0-10 áp áp ng: Hình 2.16 k t qu mơ ph ng thông l ph ng ch ng minh m c tiêu đ t ch QoSM giám sát đ Không d ng 0-10 ng K t qu mô ng đ t đ c, c tham s nh FQoS, PLR, t c đ c a lu ng D a tham s QoS giám sát đ c, QoSM th c hi n h n ch t c đ c a lu ng theo t c đ t i đa yêu c u; Lu ng b gi i h n thông l ng 2,5 Mbps QoSM hoàn toàn co th áp d ng cho c ch đ nh trình m i s đ c trình bày ch 5 Luong Luong Luong 4.5 4 3.5 3 2.5 2.5 2 1.5 1.5 Thoi gian (s) Luong Luong Luong 4.5 3.5 ng ti p theo 10 WF Q+ Thoi gian (s) 10 QoSM Hình 2.16 K t qu mơ ph ng thơng l ng CH NGă3.ăC ăCH M B O CH TăL NG D CH V D A TRÊN CÁC THAM S C GIÁM SÁT Trong ch ng 2, lu n án đ xu t c ch QoSM đ th c hi n giám sát tham s QoS Trong ch c ch đ m b o ch t l ng này, lu n án trình bày v ng d ch v d a tham s QoS đ c giám sát có tên MQCM (Monitoring-based QoS Control Mechanism) MQCM có nh ng đ c m nh sau: 14 ~ 15 ~ - S d ng c ch giám sát QoSM đ xu t ch ng đ tính giá tr tham s QoS - Ki m soát, h n ch đ c t c đ c a lu ng i theo t c đ t i đa Mi c a (theo c ch RateMon đ xu t ch ng 2) - S d ng m t b đ nh trình m i có tên MPWPS (Max-rated Per-flow Weight-compensation Scheduler) đ án đ u ch nh tr ng s , bù thông l thông l c đ xu t lu n ng đ đ m b o s công b ng ng cho lu ng theo tr ng s c a chúng th i gian dài, c tr ng h p chúng b l i sau đ c ph c h i 3.2 Mơăhìnhăc ăch ăMQCM w1, M1 Gói tin t i Lu ng ph c h i sau l i K tn i C Phân lo i wn, Mn X n lý gói tin Hàng đ i Hình 3.1 u c u x lý n lu ng gói tin t i k t n i Phátăbi uăbƠiătoán: T i m t k t n i đ u c a nút m ng biên c a khách hàng (CE) b ng thông C ph c v n lu ng gói tin (Hình 3.1) M i lu ng k t n i ph c v yêu c u k t n i cho m t d ch v c a ng i s d ng Các lu ng có tr ng s wi (i= n), có m t s lu ng c n h n ch t c đ t i đa Mi (v i lu ng i không h n ch t c đ , Mi =0) V n đ đ t nh sau: 1) Trên c s tham s QoS giám sát đ c ch giám sát trình bày ch c thông qua ng 2, c ch u n QoS c n h n ch t c đ c a lu ng theo t c đ t i đa Mi 2) Ph c v lu ng công b ng theo tr ng s c a chúng (tr lu ng có Mi >0) k c m t lu ng b l i sau ph c h i 15 ~ 16 ~ 3) Bù thông l ng cho lu ng tin b m t d ch v kh (ng n h n) l i kênh ho ch l i truy n tin kho ng th i gian ng n tr c nh m đ m b o công b ng thông l Other estimation ng dài h n Traffic Controller (Estimation, Control, Decision) p, q t y(t) Packet arrivals Output link C classifier n Scheduler Queues Hình 3.2 Ki n trúc chung c a b đ nh trình N1 Mon_DB t Tsnd, PktSqNo Phân lo i t đ dài hàng đ i Lu ng c n giám sát Agent x lý Tsnd, PktSqNo: 1) Chèn 2) c rateiPAE RL: RateMon n Hàng đ i Giám sát Mi RL: RateMon Mon_DB B u n MPWPS: QCM-Bù QoS Các tham s QoS MonQoS Gói tin đ n N2 Các tham s QoS B u n MPWPS: QCM-Bù QoS Các tham s QoS MonQoS u(t) Tsnd, PktSqNo K tn i C Phân lo i y(t) X lý gói tin đ dài hàng đ i Lu ng c n giám sát Agent x lý Tsnd, PktSqNo: 1) Chèn 2) c Mi rateiPAE RL: RateMon n Hàng đ i RL: RateMon u(t) K tn i C y(t) X lý gói tin i u n Hình 3.3 Ki n trúc mơ hình MQCM gi i quy t toán nêu trên, lu n án đ xu t c ch MQCM (hình 3.3) g m thành ph n b đ nh trình MPWPS m i, đ c phát tri n d a ki n trúc chung c a b đ nh trình (hình 3.2) So v i ki n trúc chung c a b đ nh trình, MQCM đ c b sung thêm kh i Agent, MonQoS, RL, Mon_DB nh sau: - Kh i Agent: Có kh n ng đ c chèn thông tin s d ng đ giám sát g m Tsnd, PktSqNo Agent t i nút N1 th c hi n ch c n ng chèn thông tin Agent t i nút N2 th c hi n ch c n ng đ c thông tin đ chuy n t i kh i MonQoS 16 ~ 17 ~ - Kh i MonQoS: Nh n giá tr Tsnd, PktSqNo t Agent đ tính tham s QoS b ng ph QoS tính đ ng pháp QoSMon, chuy n tham s c t i b u n - Kh i RL: Giám sát h n ch t c đ b ng c ch RateMon - Mon_DB: C c d li u l u tr giá tr tham s QoS 3.2.5 B ăđi uăkhi năMPWPS B đ nh trình m i MPWPS xây d ng d a b đ nh trình WF Q, k th a tính ch t c a WF2Q+ WF2Q-M có nh ng đ c m m i nh sau: - Cho phép k t h p c ch giám sát QoSMon đ xu t ch ng - Ki m soát, h n ch đ giá tr đ t tr c t c đ t i đa c a lu ng tin theo c Mi MPWPS s d ng ph ng pháp RateMon đ giám sát, h n ch t c đ - Giám sát thông l h n theo tr ng s ng, m c đ công b ng thông l ng dài thông qua hàm F QoS, th i gian tr , t l m t gói tin c a lu ng tin - Th c hi n bù thông l ng: Sau lu ng d li u g p l i đ c khơi ph c, lu ng đ c bù đ đ m b o công b ng thông l ng v i lu ng khác theo tr ng s c a chúng dài h n (tr lu ng có yêu c u h n ch t c đ t i đa) đ tđ c u đó, b u n MPWPS d a giá tr QoS c s d li u giám sát (Mon_DB) th c hi n hai ch c n ng nh sau: - Ki m sốt t c đ thơng qua giám sát u n kh i RL h n ch t c đ t i đa c a lu ng có Mi> - i u ch nh t ng, gi m tr ng s c a lu ng kho ng th i gian Tmon đ th c hi n bù thông l 17 ng cho lu ng tin, ~ 18 ~ đ m b o c p phát b ng thông đ u cho lu ng công b ng theo tr ng s c a chúng 3.2.6 HƠmăth iăgiană o MPWPS dùng hàm th i gian o V(t) c a WF 2Q+ nh sau: V (0) 0;V (t ) max{V (t ) Li , min{Sih ( t ) }} C i B( t ) (3.1) i Trong Li kích th c gói tin t i, C b ng thông đ u ra, B(t) t p lu ng tích c c, hi (t ) s tu n t c a gói tin đ u hàng đ i c a lu ng i, Sihi (t ) th i gian o b t đ u x lý gói tin 3.2.7 Gánănhưnăth iăgianăchoăgóiătin MPWPS dùng ph ng pháp gán nhãn th i gian c a WF 2Q-M, nhãn th i gian b t đ u Si, k t thúc F i c a lu ng i đ c tính nh sau: - N u lu ng bão hòa, t c t c đ c p phát theo tr ng s l n h n t c đ t i đa (Mi> wi*C> Mi) ta có: Li Si V; Fi Si Mi * speedup (3.3) - Trong speedup giá tr hi u ch nh Trái l i (lu ng ch a bão hịa) ta có: V; Fi Si Si Li wi * C (3.4) 3.2.8.ăHi uăch nhătr ngăs ăbùăthôngăl * Nhu c u bù thông l MPWPS s d ng ph ng ng ng pháp QoSMon tính l i tham s QoS sau m i kho ng th i gian ng n Tmon (short-term) toàn th i gian truy n (long-term) Giá tr hàm F i QoS (t ) c a lu ng i đ c tính theo thơng l F i QoS ng Ti(t) tr ng s (wi) c a lu ng nh sau: (t ) Ti (t ) / wi (3.5) 18 ~ 19 ~ - Giá tr c a F QoS đ c xét Tmon đ tìm lu ng có QoS t t nh t kho ng th i gian v a giám sát - Giá tr c a F QoS đ c xét th i gian truy n đ tìm lu ng có QoS b suy gi m c n bù F QoS * Ph ng pháp bù QCM Các cơng trình tr c s d ng ph ng pháp bù nh sau: 1) Dành s n m t ph n b ng thơng cho m c đích bù; 2) Ép bu c lu ng tin khác nh ph ng l i m t ph n b ng thông đ bù N u ch n ng án 1, lu ng c n bù, b ng thơng dành s n không đ c s d ng gây lãng phí tài nguyên N u ch n ph mà khơng có giám sát c th , vi c bù có th nh h ng án ng nhi u đ n QoS c a lu ng tin khác - Lu n án đ xu t nguyên t c bù QCM (QoS Compensation mechanism): 1) Giám sát đ bi t lu ng có QoS t t nh t nh t; 2) gi m tr ng s c a lu ng t t nh t đ bù cho lu ng có thơng l nh t Giá tr tr ng s wci đ c tính nh sau: i v i lu ng đ c gi m tr ng s đ bù: i v i lu ng đ cđ ng c bù: wci wci i v i lu ng khác: wci wi wi wi wa wa (3.6) (3.7) (3.8) Trong wa (weight adjust value) giá tr hi u ch nh tr ng s c m QCM nh sau: 1) Không c n dành tr c m t ph n b ng thông đ bù 2) Không s d ng cách đ m dung l ng thi u h t c n bù cho lu ng b l i, mà th c hi n bù b ng cách t ng tr ng s c a lu ng có QoS th p đ ng th i gi m tr ng s c a lu ng có QoS cao 3.2.9.ăL aăch năgiáătr ăhi uăch nhătr ngăs ăbùăQoS 19 ~ 20 ~ Thông l ng Tc wi(k) Lu ng Tr ng s c n đ t wi x = const x F QoSTmon, F QoS_long MonQoS Giám sát z: lu ng tin b l i ei(k) B u n MPWPS QCM: ch n lu ng, hi u ch nh wi Bù QoS wi’=F.wi-G.K.wi Lu ng b l i t i t1, sau ph c h i t i t2 t1 t2 wi(k+1) t Gói tin đn y(t) X lý gói tin n Th i gian t3 K tn i C Phân lo i Hàng đ i Yêuăc u: - Th i gian bù Tc ng n - Bi n thiên thông l ng c a lu ng nh Gi iăphápăđ ăxu t: S d ng mô hình PID đ ch n kho ng giá tr hi u ch nh tr ng s wa Giá tr wa t i chu k giám sát th wa ( +1 đ c tính nh sau: 1) wmin wmax (3.24) Trong wmin, wmax l n l t tr ng s nh nh t, l n nh t c a lu ng 3.3 K tăqu ămôăph ng S0, flow R0, flow n10 n0 n5 Wireless (EM2) S1, flow n3 R1, flow n11 n6 EM1 n1 n8 n9 n2 n4 n7 n12 S2, flow M ng c a khách hàng Chi nhánh R2, flow M ng c a nhà cung c p d ch v M ng c a khách hàng Chi nhánh Hình 3.13 S đ mơ ph ng MQCM S đ Hình 3.13 mơ t k t n i m ng c a khách hàng gi a chi nhánh, thông qua m ng c a nhà cung c p d ch v Hai nút m ng n1, n2 c a khách hàng đ ck tn il nl t v i nút n8 n9 c a nhà cung c p d ch v v i b ng thông 2Mbps K t n i n0, n3, n4 t i n1 k t n i n2 t i n5, n6, n7 đ u b ng 1Mbps K t n i gi a nút m ng c a nhà cung c p d ch v 20 (n8, n9, n10, n11, n12 ~ 21 ~ 100Mbps Th c hi n mô ph ng hai tr ng h p đ so sánh: 1) S d ng WF2Q+; 2) S d ng MQCM + Ngu n l u l ng s d ng đ mô ph ng: Lu ng Kích th c hàng đ i (byte) Tr ng s Ngu n l u l ng Kích th c gói tin (byte) Kho ng th i gian gi a th i m phát hai gói tin liên ti p (s) T c đ phát (Mbps) Mơ hình l i Lu ng (S0-R0) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 Lu ng (S1-R1) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 Lu ng (S2R2) 15000 0,3 UDP-CBR 1000 0,008 0,954 0,954 Không áp d ng 0,954 Không áp d ng 0,67 0,67 0,67 Không áp d ng 0-10 Không áp d ng 0-10 0,3 0-10 = 0, t B ng thông (Mbps), đ c chia s theo tr ng s T c đ gi i h n t i đa (Mbps) Kho ng th i gian mô ph ng (s) [0,6s;1,6s] K tăqu ăămôăph ng:ăThôngăl K t qu mô ph ng thơng l ng nêu Hình 3.12: Luong Luong Luong 0.9 ng Luong Luong Luong 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 Thoi gian (s) 10 Thoi gian (s) 10 MQCM WF 2Q+ Hình 3.12 K t qu so sánh thơng l ng 1) V i WF Q+: Khi có m t lu ng b l i, gi a lu ng m t công b ng theo tr ng s 2) V i MQCM: Khi lu ng đ c ph c h i sau l i, gi a lu ng v n đ m b o công b ng v tr ng s K t qu mô ph ng thông l ng cho th y MQCM th c hi n bù đ đ m b o công b ng v thông l s , c v i lu ng ph c h i sau l i 21 ng cho lu ng theo tr ng ~ 22 ~ CH NGă4.ă NG D NGăC ăCH GIÁM SÁT, M B O CH TăL NG D CH V D A TRÊN CÁC THAM S C GIÁM SÁT VÀO MƠ HÌNH QoS DOWNLOAD GATEWAY Mơ hình download server hi n t n t i: 1) Ch a h n ch t c đ t i file theo profile c a ng d ng 2) Ch a có c ch bù QoS cho ng d ng sau l i k t n i đ c ph c h i v n đ này, lu n án áp d ng c ch QoSM (ch (ch gi i quy t ng 2), MQCM ng 3) vào mơ hình QoS Download Gateway (Hình 4.3): 1) X lý yêu c u t i file c a ng i s d ng bao g m u n ch p nh n yêu c u đ nh trình ch n yêu c u đ x lý 2) X lý phiên t i file g m phân lo i gói tin điêu n t c đ t i file Các c ch QoSM, MQCM đ c ng d ng vào vi c x lý phiên download 4.2 Mơ hình QoS Download Gateway Hình 4.3 Mơ hình QoS download Gateway 4.2.1 X ălýăcácăuăc uăt iăfile Các file server: - File - File B ă th mă dò L p1 Các yêu download Phơnălo iă yêuăc uă download L p2 L pn B đ nh trình yêu c u Hàng đ i yêu c u theo l p Hình 4.4 X lý yêu c u download 22 Download Server Download Client Các sách QoS: - Lu t - Lu t ~ 23 ~ Trong Hình 4.4, ch c n ng x lý yêu c u download g m: B phân lo i yêu c u download, b th m dò server b đ nh trình 4.2.2.ăX ălýăcácăphiênăt iăfile Tsnd, PktSqNo Các tham s QoS QoS Download Gateway B ăđi uăkhi nă MPWPS Mi Mon_DB đ dài hàng đ i rateiPAE Lu ng c n giám sát y(t) Agent đ c Tsnd, PktSqNo Download Client B đ nh trình RL RL Agent Chèn Tsnd, PktSqNo RL n Phân lo i Các lu ng tin Download Server MonQoS Hàng đ i i u n Giám sát Hình 4.5 X lý phiên t i file C ch QoSM, MQCM áp d ng vào mơ hình QoS Download Gateway (hình 4.5) đ x lý phiên t i file, đ t đ sau: 1) H n ch t c đ t i file t i đa 2) Bù thông l phiên t i file đ c phép bù phiên đ c k t qu nh ng cho c ph c h i sau b l i K T LU N Nh ngăk tăqu ăchínhăc aălu năán Lu n án ch v n đ t n t i ch y u c a c ch đ nh trình n hình có t i là: 1) Ch a giám sát tr ng thái QoS đ t có u ch nh m c đáp ng QoS thích h p h n v i u ki n th c t 2) Ch a ki m soát, h n ch t c đ t i đa cho m t s lu ng tin 3) Vi c bù đ cân b ng thông l đ ng cho lu ng tin c ng ch a c gi i quy t th a đáng gi i quy t v n đ đ t ra, lu n án nghiên c u đ xu t m t s c ch t ng c ng kh n ng đ m b o QoS nh sau: 23 ~ 24 ~ 1) xu t c ch giám sát m i có tên QoSM cho nút m ng CE đ giám sát QoS theo ph cl PAE ng pháp nh sau: 1) Ph ng pháp ng giá tr trung bình tham s QoS đ nh k m i kho ng th i gian ng n Tmon 2) Ph ng pháp RateMon giám sát th đ ng đ h n ch t c đ t i m t nút m ng 3) Ph ng pháp QoSMon giám sát tham s QoS b ng cách ph i h p nút m ng 2) thông l xu t c ch MQCM k t h p giám sát u n bù ng t i nút m ng CE Thành ph n c a c ch MQCM b đ nh trình MPWPS đ c phát tri n t b đ nh trình WF2Q+, s d ng giá tr tham s QoS giám sát đ c b i QoSM đ u ch nh tr ng s b ng c ch bù QCM QCM th c hi n bù cho ng d ng đ c phép bù, đ m b o công b ng v thông l ng theo tr ng s th i gian dài h n đ i v i lu ng không b h n ch t c đ 3) xu t ng d ng c ch QoSM, MQCM vào mơ hình QoS Download Gateway cho d ch v t i file theo user profile đ ng ký, có h n ch t c đ t i file t i đa, bù thông l đ c phép bù phiên đ H ng cho phiên t i file c ph c h i sau b l i ngăphátătri năc aălu năán (1) B sung phân tích, l a ch n kho ng th i gian giám sát Tmon đ ng c ch QoSM, s d ng giá tr hi u ch nh tr ng s wa đ ng ph (2) v i ph ng pháp bù QCM ánh giá s nh h ng b i s lu ng l n bi n đ ng đ i ng pháp QoSM, MQCM (3) Nghiên c u áp d ng c ch QoSM MQCM m ng Intranet đ đ m b o QoS cho m i lo i l u l theo m c QoS đ c cung c p 24 ng c a ng i dùng ~1~ CỄCăCỌNGăTRỊNHă ÃăCỌNGăB (1) Van Thuong Pham, Dang Hai Hoang (2010), “A compensation mechanism for bandwidth allocation in IP wireless networks”, In Proc of the 12th ICACT, ISSN 1738-9445, Vol 2, Korea, p 11891193 (2) Ph m V n Th ng, Hoàng ng H i (2011), “C ch đ nh trình giám sát bù ch t l ng d ch v ”, T p chí Khoa h c Công ngh - Vi n Khoa h c Công ngh Vi t Nam, ISSN 0886-708X, s 1A/49, tr 87-100 (3) Ph m V n Th ng (2011), “Mô hình h th ng giám sát ch t l ng d ch v QoSM”, T p chí Cơng ngh thơng tin truy n thông K 1, ISSN 1859-3550, s 12, tr 40-46 (4) P V Thuong, H.D Hai (2012), “A QoS monitoring and compensation mechanism with rate limitation in IP network”, Journal of Science & Technology – Technical Universities, ISSN 0868-3980, No 90, p 51-57 (5) Ph m V n Th ng (2012), “Nâng cao hi u qu c a nguyên t c h n ch bù b ng thơng m ng IP”, T p chí Tin h c u n h c - Vi n Khoa h c Công ngh Vi t Nam, ISSN 1813-9663, T.28, S.4, tr 384-393 (6) Ph m V n Th ng, Hồng ng H i (2011), “Mơ hình QoS Download Gateway s d ng c ch PWPS”, T p chí Khoa h c cơng ngh i h c Công nghi p, ISSN 1859-3585, s 7, tr 9-14 (7) D.H Hoang, V.T Pham, H.D Nguyen (2010), “Design and Deployment of a Monitoring Sensor for Enterprise’s Networks”, The Intl Scientific Colloqium, ISBN 978-3-938843-53-6, 55th IWK, TU Ilmenau, Germany, p.810-816 (8) D.H Hoang, V.T Pham, You-Sik Hong (2010), “A Study on Bandwidth and Buffer Management Mechanisms of IP Networks”, The Institute of Webcasting Internet & Telecom (IWIT), ISSN 1738-4281, p.143-149 (9) Ph m V n Th ng, Ph m Quang H ng (2006), “M t s v n đ v đ m b o ch t l ng d ch v m ng IP”, T p chí B u Vi n thơng & Cơng ngh thơng tin, ISSN 0866-7039, s tháng 5, tr.23-24 160813v34TT ... mào đ u c a gói tin tham s Tsnd (th i m g i gói tin) PktSqNo (s th t c a gói tin) Khi nh n đ c gói tin, Agent s c n c vào Tsnd PktSqNo đ tính tham s QoS ng n h n dài h n g m: b ng thông (BW),... thông t i nút c chai đ c xác đ nh b ng mô hình c p gói (Hình 1.12) nh sau: L Cb, j th th Trong t1 , t11 (1.26) t th i m gói tin 0, gói tin đ n l nl nút m ng th nh t; th , th1 l n l t th i m gói. .. p ) c tính nh sau: (2.15) Trong now th i m Agent nh n đ c gói tin, Tsnd th i gian Agent g i gói tin * Giám sát t l m t gói tin (PLR): - PLR đ c Agent tính d a tham s tin nh n đ c, c th nh sau: