Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định trễ gói IP trong mạng truyền tải thế hệ mới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:180

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm giải quyết các bài toán khoa học và thực tiễn như lựa chọn phương pháp đo, ước lượng và tổng hợp trễ gói IP, phân tích các đặc trưng trễ gói, so sánh hiệu năng mạng về phương diện trễ gói tin, để từ đó đánh giá mức độ hiệu quả sử dụng mạng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định trễ gói IP trong mạng truyền tải thế hệ mới

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG _____ __ Đào Ngọc Lâm NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ MỚI LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội - 2014
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG _____ __ Đào Ngọc Lâm NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Mã số: 62.52.70.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. LÊ HỮU LẬP 2. PGS.TS. LÊ NHẬT THĂNG Hà Nội - 2013
- i- MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………………..………vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...…………………………………………ix DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ……………...……………………...x CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ........................................................... 6 1.1 GIỚI THIỆU ...............................................................................................6 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU......................................................................6 1.2.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP ........6 1.2.2 Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP ...........................................................................................................8 1.3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN .........................................................................13 1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .........................................13 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................14 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................15 1.7 KẾT QUẢ ĐÓNG GÓP ...........................................................................16 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .........................................................................17 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN ................................................. 18 2.1 GIỚI THIỆU .............................................................................................18 2.2 NGN VÀ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN ...................................................18 2.3 TRỄ GÓI IP ..............................................................................................20 2.3.1 Khái niệm ........................................................................................20 2.3.2 Các yếu tố cấu thành trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN ..........21 2.3.3 Các yếu tố tác động đến trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN .....22 2.4 MÔ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP ..............................24 2.4.1 Mô hình toán tổng quát xác định số đo trễ gói IP ...........................24 2.4.2 Mô hình toán xác định số đo trễ gói IP có xét đến đồng bộ............24 2.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH ĐO XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP ............28 2.5.1 Phân loại và so sánh các phương pháp đo .......................................28 2.5.2 Các nguyên tắc kỹ thuật đo trễ gói IP .............................................29 2.5.3 Các mô hình đo trễ gói IP................................................................32 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .........................................................................34 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN ............................................ 35 3.1 GIỚI THIỆU .............................................................................................35
- ii- 3.2 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ .........................................35 3.2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận .............................................36 3.2.2 Thiết lập và lựa chọn mô hình toán ước lượng tham số phân bố ....52 3.2.3 Thiết lập mô hình và điều kiện thực nghiệm đo trễ gói IP qua mạng truyền tải lõi NGN ..........................................................................................63 3.2.4 Đề xuất chọn mô hình phân bố trễ gói IP đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN .........................................................................69 3.3 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP ......................................................73 3.3.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận .............................................74 3.3.2 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố đều 77 3.3.3 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố gamma chuyển dịch .......................................................................................82 3.3.4 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố Pareto tổng quát .........................................................................................................87 3.3.5 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần hỗn hợp các phân bố đều và Parato tổng quát ....................................................................93 3.3.6 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ các phân bố thực nghiệm... .........................................................................................................96 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .........................................................................96 CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .................................... 97 4.1 GIỚI THIỆU .............................................................................................98 4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP ............................................................................................99 4.2.1 Mô hình toán tổng quát xác định biến động trễ gói IP ....................99 4.2.2 Phương pháp ước lượng phân vị của hàm phân bố trễ gói IP .......102 4.3 XÁC ĐỊNH PHÂN VỊ VÀ BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN ............................................................................104 4.3.1 Phương pháp xác định ước lượng phân vị và biến động trễ gói IP ..... .......................................................................................................105 4.3.2 Phân tích và đánh giá sai số ..........................................................109 4.3.3 Khảo sát sai số của phương pháp theo mức phân vị .....................112 4.4 XÁC ĐỊNH ƯỚC LƯỢNG BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP TẠI NÚT MẠNG TRUYỀN TẢI NGN ..........................................................................................119 4.4.1 Các yếu tố gây biến động trễ đối với gói lưu lượng ưu tiên .........120
- iii- 4.4.2 Xác định phân vị phân bố và biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN .............................................................................................121 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 .......................................................................125 KẾT LUẬN ................................................................................... 127 DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA TÁC GIẢ ... 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................. 132 PHỤ LỤC I: CÁC MÔ HÌNH ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN...…………………................................................................140 PHỤ LỤC II: CÁC MÔ HÌNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN …………………................................................142 PHỤ LỤC III: MẪU SỐ ĐO TRỄ GÓI IP TRONG MẠNG TRUYỀN TẢI LÕI NGN …………...........................................................................……..161 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Hữu Lập và PGS.TS. Lê Nhật Thăng. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực và không được sao chép nguyên văn từ công trình nào khác. Nội dung trích dẫn là trung thực. Nghiên cứu sinh Đào Ngọc Lâm
- iv- LỜI CẢM ƠN Trước hết, nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy giáo, PGS.TS. Lê Hữu Lập và thầy giáo, PGS.TS. Lê Nhật Thăng đã quan tâm định hướng và giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn Ban Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học, các thầy cô giáo tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng và các Trung tâm đào tạo ở trong và ngoài nước đã trang bị kiến thức nền tảng trong suốt quá trình rèn luyện và học tập của nghiên cứu sinh. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn Cơ quan nơi nghiên cứu sinh đang công tác – Trung tâm Viễn thông Khu vực 3, Công ty Viễn thông Liên tỉnh, Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam - VNPT, Bộ Thông tin và Truyền thông – đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh hoàn thành quá trình học tập và nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn các đồng nghiệp, các tác giả nghiên cứu đi trước đã cung cấp cho nghiên cứu sinh những tài liệu tham khảo có giá trị. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin gửi lời cám ơn chân thành tới gia đình, bạn bè và người thân đã hỗ trợ và động viên nghiên cứu sinh trong quá trình thực hiện luận án.
- v- DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU TÊN ĐẦY ĐỦ GIẢI THÍCH δ(x) Dirac delta function Hàm xung đơn vị Laplace transform Biến đổi Laplace Laplace–Stieltjes transform Biến đổi Laplace–Stieltjes  E(X) Giá trị kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X Mô-men thô bậc n của biến ngẫu nhiên X Mô-men thô bậc n của hàm phân bố F  Mô-men trung tâm bậc n của biến ngẫu nhiên X Mô-men trung tâm bậc n của phân bố F mn Mô-men thực nghiệm bậc n    Độ lệch chuẩn của biến ngẫu nhiên X M/D/n Markov/Deterministic/n Hệ thống n server có quá trình đến Markov và quá trình phục vụ xác định E(X) Expected Value Giá trị kỳ vọng của biến ngẫu nhiên X f(x) Hàm mật độ xác suất F(x) Hàm phân bố xác suất tích lũy Hàm gamma P(x) Probability Xác suất xảy ra x u(t) Unit step function Hàm nhảy bậc đơn vị Var(X) Variance Giá trị phương sai của biến ngẫu nhiên X CCDF Complementary Hàm phân bố tích lũy bù hay còn gọi là Cumulative Distribution phân bố đuôi Function CDF Cumulated Distribution Hàm phân bố xác suất tích lũy Function
- vi- CE Customer Edge Thiết bị biên mạng người sử dụng DiffServ Differentiated Services Cơ chế phân biệt dịch vụ ECDF Empirical Cumulated Hàm phân bố tích lũy thực nghiệm Distribution Function GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu ICMP Internet Control Message Giao thức truyền bản tin điều khiển Protocol Internet IETF Internet Engineering Task Tổ chức nghiên cứu tiêu chuẩn kỹ thuật Force Internet. IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTD IP Packet Transport Delay Trễ truyền tải gói IP IPDV IP Packet Delay Variation Biến động trễ gói IP ITU International Liên minh Viễn thông quốc tế Telecommunications Union ITU-T ITU Telecommunication Tiêu chuẩn viễn thông của liên minh Viễn Standardization Sector thông quốc tế MLE Maximum Likelihood Ước lượng khả năng cực đại (giống nhất) Estimation MP Measurement Point Điểm đo MPLS Multi-Protocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức Switching MTU Maximum Transmission Đơn vị truyền tin tối đa Unit NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới NTP Network Time Protocol Giao thức định thời mạng OWAMP One-way Active Giao thức đo tích cực một chiều Measurement Protocol PE Provider Edge Thiết bị biên mạng cung cấp dịch vụ
- vii- PMR Performance Measurement Chức năng báo cáo kết quả đo hiệu năng Report QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất VNPT Vietnam Posts and Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam Telecommunications Group WDM Wavelength-Division Ghép kênh phân chia theo bước sóng Multiplexing
- viii- DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sánh độ chính xác của các phương pháp ước lượng tham số ..........62 Bảng 3.2 So sánh sai số các phân bố giả thuyết đối với lưu lượng Internet........70 Bảng 3.3 So sánh sai số của các mô hình phân bố cạnh tranh ............................72 Bảng 4.1.Hệ số lệch phân bố IPTD và sai số ước lượng IPDV theo phương pháp ánh xạ hàm phân bố.................................................................................................112 Bảng 4.2 Dải giá trị mức phân vị phân bố IPTD ứng với các ngưỡng sai số ....118 Bảng PL II.4.1 Các mẫu tham số phân bố gamma chuyển dịch đối với trễ gói IP qua liên mạng truyền tải lõi NGN ...........................................................................146 Bảng PL II.5.1 Các mẫu tham số phân bố Pareto tổng quát đối với trễ gói IP qua liên mạng truyền tải lõi NGN ..................................................................................151 Bảng PL III.1 Số đo trễ gói IP trên phân đoạn mạng gồm một phần tử mạng..164 Bảng PL III.2 Số đo trễ gói IP trên 01 phân đoạn mạng giữa nút lõi và biên...165 Bảng PL III.3 Số đo trễ gói IP trên phân đoạn mạng giữa hai nút lõi………...166 Bảng PL III.4 Số đo trễ gói IP toàn trình: Mẫu 1……………………………..167 Bảng PL III.5 Số đo trễ gói IP toàn trình: Mẫu 2……………………………..168
- ix- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1. Kiến trúc và thành phần mạng truyền tải NGN ...................................19 Hình 2.2. Mô hình xác định trễ gói IP có xét đến đồng bộ thời gian ..................25 Hình 2.3. Mô hình xác định biến động trễ gói IP có xét đến đồng bộ thời gian .26 Hình 2.4. Mô hình chọn gói xếp tầng kết hợp lấy mẫu và lọc gói .....................31 Hình 2.5. Các mô hình kiến trúc điều khiển phép đo trễ gói IP ..........................32 Hình 3.1. Hàm PDF của mô hình phân bố hỗn hợp hữu hạn các phân bố chuẩn 43 Hình 3.2. Hàm PDF của mô hình phân bố hỗn hợp cắt lát các phân bố chuẩn ...43 Hình 3.3. Phương pháp kiểm tra mô hình theo Kolmogorov–Smirnov ..............48 Hình 3.4 Thành phần trễ gói IP có phân bố đều ..................................................52 Hình 3.5 Phân bố gamma chuyển dịch ................................................................54 Hình 3.6. Phân bố Pareto tổng quát .....................................................................59 Hình 3.7 Mô hình đo xác định trễ gói IP trong mạng truyền tải lõi NGN ..........64 Hình 3.8. Điểm đo trong mạng truyền tải lõi NGN .............................................65 Hình 3.9. Chặng đo trong mạng truyền tải lõi NGN ...........................................65 Hình 3.10. Mô hình phân đoạn đo trễ gói IP qua liên mạng truyền tải NGN ....66 Hình 3.11. Mô hình điều khiển gói dò thích ứng để đo trễ gói IP .......................68 Hình 3.12 Phân bố trễ gói IP lưu lượng Internet trong mạng truyền tải lõi NGN ...................................................................................................................................71 Hình 4.1. Biến động trễ gói IP giữa hai điểm đo ...............................................100 Hình 4.2 Phương pháp ánh xạ hàm về phân bố Gauss chuẩn tắc ......................102 Hình 4.3. Kết quả thống kê mẫu IPTD trong một phân đoạn mạng ..................114 Hình 4.4. Phân bố xác suất IPTD thực nghiệm .................................................114 Hình 4.5. Phân bố tích lũy IPTD thực nghiệm ..................................................115
- x- Hình 4.6. Kết quả tính toán IPDV toàn trình qua 03 phân đoạn mạng .............116 Hình 4.7. Sai số của phương pháp ánh xạ hàm phân bố (ITU-T) so với phương pháp tích chập .........................................................................................................117 Hình 4.8. Trễ hàng đợi gây ra do gói nhạy với biến động trễ ...........................121 Hình 4.9. Phân bố trễ gói IP ưu tiên qua nút mạng đa dịch vụ..........................122 Hình PL I.1.1 Mô hình đồng bộ để đo trễ gói IP trong NGN ............................140 Hình PL I.2.1 Kiến trúc đo trễ gói IP trong NGN theo kiểu phân tán có liên kết .................................................................................................................................140 Hình PL I.2.2 Kiến trúc đo trễ gói IP trong NGN theo kiểu phân tán có phân cấp .................................................................................................................................141 Hình PL I.2.3 Kiến trúc đo trễ gói IP trong NGN theo kiểu phân tán kế cận xếp tầng ..........................................................................................................................141 Hình PL II.1.1. Phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua mạng lõi NGNMẫu 2 ............................................................................................................142 Hình PL II.1.2. Phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua mạng lõi NGNMẫu 3 ............................................................................................................143 Hình PL II.1.3 Phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua mạng lõi NGNMẫu 4 ............................................................................................................143 Hình PL II.1.4 Phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua mạng lõi NGNMẫu 5 ............................................................................................................144 Hình PL II.1.5 Phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua mạng lõi NGNMẫu 6 ............................................................................................................144 Hình PL II.2.1 Các dạng phân bố Pareto tổng quát ...........................................145 Hình PL II.3.1 Phân bố trễ gói IP toàn trình tổng hợp từ các thành phần phân bố đều ...........................................................................................................................145
- xi- Hình PL II.4.1 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo số lượng mạng thành phần .....................................................................................................147 Hình PL II.4.2 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo tham số định dạng thành phần ..............................................................................................148 Hình PL II.4.3 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo tham số tỉ lệ thành phần ...........................................................................................................148 Hình PL II.4.4 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo tham số định vị thành phần ...................................................................................................149 Hình PL II.4.5 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo các tham số phân bố trễ thành phần – Mẫu 5 .........................................................................149 Hình PL II.4.6 Khảo sát phân bố gamma của trễ gói IP toàn trình theo các tham số phân bố trễ thành phần – Mẫu 6 ........................................................................150 Hình PL II.5.1. Khảo sát phân bố Pareto tổng quát của trễ gói IP toàn trình theo số lượng mạng thành phần ......................................................................................152 Hình PL II.5.2. Khảo sát phân bố Pareto tổng quát của trễ gói IP toàn trình theo tham số định dạng thành phần .................................................................................152 Hình PL II.5.3. Khảo sát phân bố Pareto tổng quát của trễ gói IP toàn trình theo tham số tỉ lệ thành phần ..........................................................................................153 Hình PL II.5.4. Khảo sát phân bố trễ gói IP toàn trình theo tham số định vị thành phần .........................................................................................................................153 Hình PL II.5.5. Khảo sát phân bố Pareto tổng quát của trễ gói toàn trình theo các tham số phân bố trễ thành phần – Mẫu 5 ...............................................................154 Hình PL II.5.6 Khảo sát phân bố Pareto tổng quát của trễ gói toàn trình theo các tham số phân bố trễ thành phần – Mẫu 6 ...............................................................154 Hình PL II.6.1. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 2 .................................................................................................................................155
- xii- Hình PL II.6.2. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 3 .................................................................................................................................156 Hình PL II.6.3. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 4 .................................................................................................................................157 Hình PL II.6.4. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 5 .................................................................................................................................158 Hình PL II.6.5. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 6 .................................................................................................................................159 Hình PL II.6.6. IPTD và IPDV lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN Mẫu 7 .................................................................................................................................160
-1- MỞ ĐẦU i) Bối cảnh, lý do lựa chọn và sự cần thiết của đề tài luận án Trong xu thế phát triển và hội tụ công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin, mạng thế hệ mới (NGN) được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu đang bùng nổ các loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông rộng, đặc biệt là các loại hình dịch vụ trên Internet. NGN là môi trường truyền thông trong đó các thành phần chức năng được kết nối bởi hạ tầng mạng truyền tải lõi băng rộng dựa trên công nghệ mạng IP (Internet Protocol) hợp nhất theo cơ chế phân biệt dịch vụ (DiffServ). Mạng truyền tải lõi NGN là nơi tập trung lưu lượng gói tin IP (gọi tắt là gói IP) xuất phát từ các ứng dụng và thành phần mạng khác nhau. Với yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng dịch vụ cùng với mục tiêu chia sẻ tối ưu cơ sở hạ tầng mạng dùng chung, chất lượng dịch vụ (QoS) phụ thuộc rất nhiều vào hiệu năng mạng mà trong đó trễ gói IP là một trong các tiêu chí chính và quan trọng, không thể thiếu được khi xét đến mạng truyền tải NGN. Trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN là yếu tố có ý nghĩa và tính chất quyết định chất lượng dịch vụ đặc biệt là các dịch vụ tương tác thời gian thực như thoại và video qua IP (VoIP, V2IP), truyền hình qua IP (IPTV), hội nghị truyền hình, video theo yêu cầu (VoD), radio/TV qua Internet, trò chơi trực tuyến được xử lý và truyền tải qua cơ sở hạ tầng mạng chia sẻ tài nguyên chung. Trễ gói dẫn đến hiện tượng tiếng vọng, thông tin rời rạc, gián đoạn hoặc mất kết nối phiên hay cuộc gọi. Biến động trễ gói gây quá tải bộ đệm và gây mất thông tin, giật hình ảnh, âm thanh hoặc rỗng bộ đệm dẫn đến đứng hình ảnh, âm thanh. Ngoài ra, trễ gói còn tác động đến các tiêu chí hiệu năng khác như tỉ lệ tổn thất gói tin do chúng sẽ bị hủy khi trễ vượt quá ngưỡng cho phép. Vì vậy, việc xác định trễ gói IP cùng với các tham số đo hiệu năng khác trong môi trường mạng truyền tải NGN là cần thiết. Trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN đã và đang được các tổ chức và các nhà khoa học tập trung nghiên cứu, nhưng cho đến nay còn nhiều điểm tồn tại và còn
-2- nhiều vấn đề mở vẫn đang được tranh luận. Đây là một trong những vấn đề có tính thời sự và cấp thiết cần nghiên cứu trong giai đoạn phát triển và hoàn thiện mạng truyền tải lưu lượng băng rộng đa dịch vụ đang diễn ra sôi động trên toàn cầu. ii) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là phương pháp xác định trễ gói IP cùng với các đặc trưng thống kê của nó. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn cụ thể như sau:  Trễ gói IP một chiều được xét trong phạm vi mạng truyền tải lõi NGN.  Các đặc trưng thống kê liên quan đến trễ gói IP được xét đến bao gồm biến động trễ và phân bố trễ xét trong miền thời gian. iii) Mục đích, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu là giải quyết các bài toán khoa học và thực tiễn như lựa chọn phương pháp đo, ước lượng và tổng hợp trễ gói IP, phân tích các đặc trưng trễ gói, so sánh hiệu năng mạng về phương diện trễ gói tin, để từ đó đánh giá mức độ hiệu quả sử dụng mạng. Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm cơ sở cho việc nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu trễ gói tin nhằm đảm bảo cam kết về chất lượng mạng và dịch vụ như lựa chọn giải pháp công nghệ, kỹ thuật điều khiển định tuyến và truyền tải lưu lượng phù hợp; thiết kế, phát triển, quy hoạch, tối ưu hóa tài nguyên nhằm cải thiện hiệu năng mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông. Các phương pháp tổng hợp trễ gói IP toàn trình từ trễ gói thành phần cho phép đánh giá trễ gói một cách linh hoạt và giảm thiểu chi phí liên quan đến phép đo trực tiếp. Các phương pháp ước lượng tham số phân bố giúp đơn giản hóa mô hình toán, giảm thiểu chi phí do độ phức tạp tính toán và thông tin thu thập không đầy đủ. Các kết quả lý thuyết và thực nghiệm đạt được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhất định như sau:  Các kết quả nghiên cứu lý thuyết góp phần bổ sung, phát triển nhằm hoàn thiện phương pháp luận và cơ sở lý thuyết mô hình hóa, khoa học đo lường.
-3-  Các kết quả nghiên cứu thực tế góp phần tạo ra mối liên kết cũng như ứng dụng lý luận khoa học vào thực tiễn quản lý, khai thác và đầu tư phát triển mạng. iv) Bố cục luận án Các nội dung chính của luận án được trình bày trong phần mở đầu, bốn chương nội dung, phần kết luận và phụ lục, trong đó một số kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 07 bài báo khoa học đăng tải trên các tạp chí chuyên ngành cũng như các báo cáo chuyên đề và bài viết tham gia hội nghị trong nước và quốc tế được liệt kê ở phần danh mục các công trình nghiên cứu ở cuối luận án. CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN: Chương 1 trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu bao gồm tổng kết, hệ thống hóa, phân tích, đánh giá tình hình và các công trình nghiên cứu có liên quan. Trên cơ sở đó, các vấn đề tồn tại cần tập trung nghiên cứu được xác định làm cơ sở cho việc dẫn nhập bài toán, xác định mục tiêu, nhiệm vụ, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Cuối cùng là tổng kết các kết quả đóng góp mới của luận án. CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 2 trình bày các cơ sở lý luận và lý thuyết nền tảng liên quan đến vấn đề nghiên cứu như mạng truyền tải NGN (mục 2.2) và trễ gói IP (mục 2.3), tổng kết một cách hệ thống các phương pháp và mô hình xác định số đo trễ gói IP qua mạng truyền tải NGN bằng toán học (mục 2.4) và thực nghiệm (mục 2.5). CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 3 trình bày phương pháp ước lượng tham số (mục 3.2) và phương pháp tổng hợp hàm để xác định phân bố trễ gói IP qua mạng truyền tải NGN (mục 3.3). Cơ sở lý thuyết cho phương pháp ước lượng tham số bao gồm mô hình phân bố xác suất (mục 3.2.1.1), lý thuyết ước lượng tham số phân bố (mục 3.2.1.2), phương pháp luận thống kê kiểm tra sự phù hợp của mô hình và đánh giá mức độ sai số của
-4- mô hình (mục 3.2.1.3). Trên cơ sở đó, các mô hình toán ước lượng tham số cho các phân bố điển hình có liên quan như phân bố đều, phân bố gamma chuyển dịch và phân bố Pareto tổng quát được thiết lập (mục 3.2.2). Các phương pháp ước lượng tham số theo mô-men và theo hàm khả năng cực đại (MLE) được phân tích, so sánh và mô phỏng đối với các phân bố điển hình để lựa chọn phương pháp thích hợp (mục 3.2.2.4). Tiếp theo, mô hình mạng và các điều kiện thực nghiệm để xác định số đo trễ gói IP cho toàn bộ nghiên cứu được đề xuất (mục 3.2.3). Từ đó, mô hình phân bố trễ gói lưu lượng Internet trên các phân đoạn mạng truyền tải lõi NGN được nghiên cứu để lựa chọn từ các mô hình cạnh tranh giả thuyết trên cơ sở phân tích các số đo thống kê thực nghiệm và vận dụng phương pháp ước lượng tham số, phương pháp lựa chọn và đánh giá sai số mô hình phân bố (mục 3.2.4). Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận tổng hợp hàm phân bố và các đặc trưng thống kê của biến ngẫu nhiên tổng được giới thiệu (mục 3.3.1). Trên cơ sở đó, các mô hình toán phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua liên mạng truyền tải NGN được tổng hợp từ các phân bố trễ gói IP thành phần (các mục 3.3.2, 3.3.3, 3.3.4 và 3.3.5). Từ đó, các quan hệ tham số và quy luật phụ thuộc của tham số và mô-men phân bố trễ gói IP toàn trình vào các tham số phân bố trễ gói IP thành phần cũng đã được phân tích và đánh giá. CHƯƠNG 4 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Chương 4 trình bày phương pháp xác định biến động trễ gói IP qua liên mạng truyền tải NGN trên cơ sở phương pháp ước lượng phân vị phân bố trễ gói IP. Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận bao gồm mô hình toán xác định biến động trễ (mục 4.2.1) và phương pháp ánh xạ hàm phân bố về dạng chuẩn tắc (mục 4.2.2) được vận dụng vào hai bài toán điển hình như sau: (1) Bài toán xác định biến động trễ gói IP toàn trình từ các mô-men phân bố trễ gói IP trên các phân đoạn mạng thành phần, áp dụng đối với trường hợp lưu lượng đa dịch vụ truyền tải qua mạng lõi NGN (mục 4.3). Bài toán được giải quyết dựa trên phép ánh xạ hàm phân bố gần đúng và phép tích chập phân bố thực nghiệm để xác định mức phân vị của phân bố trễ gói IP. Sai số của kết quả có được từ hai
-5- phương pháp được phân tích, so sánh và khảo sát theo sự biến thiên của mức phân vị làm cơ sở cho việc lựa chọn mức phân vị phù hợp áp dụng để xác định biến động trễ gói IP đối với lưu lượng đa dịch vụ truyền tải qua mạng lõi NGN. (2) Bài toán xác định biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN có chính sách xử lý phân biệt dịch vụ đối với lưu lượng đa dịch vụ (mục 4.4). Bài toán được giải quyết dựa trên cơ sở phương pháp ánh xạ hàm phân bố trong trường hợp phân bố tổng quát và hai trường hợp phân bố giới hạn ở các biên. Ngoài ra, các yếu tố và tiến trình gây biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN đa dịch vụ cũng được phân tích cả về định tính lẫn định lượng. Phụ lục I – Các mô hình đo trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN: minh họa các mô hình đo trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN đề cập ở chương 2 Phụ lục II – Các mô hình phân bố trễ gói IP trong mạng truyền tải lõi NGN: minh họa dữ liệu phân bố thực nghiệm, các kết quả ước lượng tham số và tổng hợp hàm phân bố trễ gói IP điển hình đối với lưu lượng Internet trong mạng truyền tải lõi NGN đề cập ở chương 3; dữ liệu phân bố thực nghiệm, kết quả ước lượng biến động trễ và sự phụ thuộc của sai số ước lượng theo mức phân vị của phân bố trễ gói IP đối với lưu lượng đa dịch vụ qua liên mạng truyền tải NGN đề cập ở chương 4. Phụ lục III – Các mẫu số liệu đo trễ gói IP trong mạng truyền tải lõi NGN: minh họa một số mẫu dữ liệu số đo trễ gói IP qua phần tử mạng, phân đoạn mạng và toàn trình.
-6- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU Chương 1 trình bày tổng kết tình hình nghiên cứu, xác định mục tiêu, nhiệm vụ, tóm tắt nội dung nghiên cứu và các kết quả đóng góp chính của luận án. 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Vấn đề xác định trễ gói IP đã và đang được các tổ chức và các nhà khoa học nghiên cứu khá rộng rãi. Các nghiên cứu có liên quan mật thiết đến đề tài luận án có thể được tổng kết một cách hệ thống theo hai hướng chính như sau:  Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP.  Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP. 1.2.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP Có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến phương pháp hoặc quan trắc để xác định trễ gói IP trong môi trường mạng Internet truyền thống [42], [43], [46], [58], [61], [67], [68], [76], [87]. Đa số phép đo dựa trên thông tin mào đầu của gói tin hay gói dò được hỗ trợ bởi các giao thức như ICMP, TCP, UDP [42], [43], [67]. Ứng dụng kinh điển, phổ biến và đơn giản là thủ tục ping và traceroute được hỗ trợ bởi hầu hết các hệ điều hành. Tuy nhiên, các nhà quản lý có xu hướng áp đặt chính sách chặn, khống chế tốc độ hoặc thiết lập mức độ ưu tiên xử lý thấp đối với loại gói tin này để đảm bảo an toàn và tránh quá tải mạng. Hơn nữa, các ứng dụng này chỉ đo được trễ khứ hồi toàn trình. Vì vậy, thông tin mà gói ICMP mang lại thường không phản ánh đúng trễ gói qua mạng. Gói dò UDP hỗ trợ việc xác định trễ gói một chiều và thích hợp đối với lưu lượng thời gian thực. Gói dò này có ưu điểm là đơn giản, kích thước bé nhưng nhược điểm là không đảm bảo tin cậy. Gói dò TCP có thể sử dụng để xác định trễ gói một chiều (gói SYN) hoặc khứ hồi (cặp gói SYN