Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu cải thiện DiffServ QoS trong mạng IP

-1-<br /> <br /> TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG<br /> VIỆT NAM<br /> HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH<br /> VIỄN THÔNG<br /> <br /> NGUYỄN HỒNG SƠN<br /> <br /> Nghiên cứu cải thiện DIFFSERV QoS trong<br /> mạng IP<br /> Tóm tắt Luận án TS Kỹ thuật: Kỹ thuật Viễn<br /> thông<br /> Mã số chuyên ngành 62 52 70.05<br /> Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Hữu Lập, TS Vũ<br /> Như Lân<br /> <br /> Hà Nội, 2010<br /> <br /> -2-<br /> <br /> - 35 -<br /> <br /> khiển chấp nhận nối gần giống như môi trường mạng<br /> theo chế độ có kết nối.<br /> <br /> A. MỞ ĐẦU<br /> Ngày nay, mạng IP có vai trò thiết yếu trong lĩnh<br /> vực truyền thông. Sự phát triển nhanh chóng của<br /> Internet đã làm cho mạng IP trở thành giao thức<br /> không thể thiếu và ngày càng quan trọng hơn. Trong<br /> khi đó, các nhu cầu về dịch vụ không còn đơn điệu<br /> như trước và trên thực tế các ứng dụng đòi hỏi QoS<br /> xuất hiện ngày càng nhiều. Bối cảnh này đã đặt ra cho<br /> mạng IP nhiều thách thức mới, đòi hỏi mạng IP phải<br /> có các cơ chế QoS hoàn chỉnh để đáp ứng nhu cầu đa<br /> dịch vụ đang gia tăng.<br /> Trong cố gắng đầu tiên tăng cường khả năng QoS<br /> cho mạng IP, tổ chức IETF đã đưa ra cơ chế<br /> Integrated Services (IntServ). Nhưng IntServ sớm tỏ<br /> ra phức tạp, không có tính khả triển (scalability) nên<br /> Differentiated Services (DiffServ) được IETF đề xuất<br /> như là cơ chế thay thế IntServ. Về lý thuyết DiffServ<br /> là kiến trúc QoS quan trọng cho mạng IP, là cơ sở<br /> QoS trong IPv6 và có khả năng phối hợp với MPLS<br /> <br /> - 34 -<br /> <br /> -3-<br /> <br /> 0,03 trong khi chạy DiffServ không dùng CAC<br /> <br /> tạo ra cơ chế QoS mạnh. Tuy nhiên, trên thực tế các<br /> <br /> với cùng điều kiện tải có xác suất mất gói trung<br /> <br /> triển khai DiffServ vẫn chưa đầy đủ các lớp dịch vụ<br /> <br /> bình khoảng 0,35 (chỉ mô phỏng độc lập tại tầng<br /> <br /> như đặc tả, từ đó việc cung cấp QoS trên mạng IP<br /> <br /> mạng, không kết hợp cơ chế hỗ trợ ở tầng giao<br /> <br /> chưa được phổ biến, phần lớn các phiên truyền thông<br /> <br /> vận như cơ chế điều khiển cửa sổ của TCP). Hiệu<br /> <br /> hiện nay đều phải chạy với mức best-effort. Thiết nghĩ<br /> <br /> suất sử dụng liên kết cũng khá cao, đạt 90% với<br /> <br /> cải thiện IP QoS trước hết phải cải thiện DiffServ, vì<br /> <br /> -4<br /> <br /> xác suất mất gói xấp xỉ 10 .<br /> <br /> vậy cần phải tìm ra nguyên nhân khiến DiffServ có<br /> <br /> 2. Kiến nghị hướng phát triển<br /> <br /> những yếu kém thực tế và đề ra giải pháp để khắc<br /> <br /> Vấn đề thực hiện QoS cho mạng IP là bài toán lớn,<br /> <br /> phục.<br /> <br /> đòi hỏi sự phối hợp giải quyết từ nhiều giải pháp khác<br /> <br /> Có nhiều nguyên nhân, ở đây có thể nêu ra hai<br /> <br /> nhau. Hai giải pháp được đề xuất ở đây cần được tiếp<br /> <br /> nguyên nhân nổi trội. Nguyên nhân thứ nhất thuộc về<br /> <br /> tục nghiên cứu phát triển.<br /> <br /> phương pháp hiện thực DiffServ hiện nay; theo gợi ý<br /> <br /> Đối với giải pháp thực hiện AFij dựa vào CQM<br /> <br /> của IETF, tất cả các hiện thực DiffServ đều dùng thuật<br /> <br /> cần nghiên cứu thiết kế module điều khiển thích hợp,<br /> <br /> toán quản lý hàng đợi tích cực RED để tạo các lớp<br /> <br /> chú trọng thời gian tác động của bộ điều khiển nếu<br /> <br /> dịch vụ khác biệt, nhưng các nghiên cứu cho thấy<br /> <br /> thực hiện bằng phần cứng theo lý thuyết điều khiển<br /> <br /> cách dùng RED có khó khăn. Bản thân RED không<br /> <br /> truyền thống. Nếu thực hiện bằng phần mềm cần đánh<br /> <br /> phải là cơ chế điều khiển nghẽn chính quy, không hỗ<br /> <br /> giá độ phức tạp của thuật toán CQM bao hàm thuật<br /> <br /> trợ chia sẻ tài nguyên và đặc biệt rất khó chọn lựa các<br /> <br /> toán token bucket động.<br /> <br /> tham số hoạt động cho nó mà không ảnh hưởng xấu<br /> <br /> Đối với giải pháp điều khiển chấp nhận kết nối thì<br /> <br /> đến phẩm chất của mạng. Nguyên nhân thứ hai là<br /> <br /> trước hết cần tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho trường<br /> <br /> DiffServ của IETF không cung cấp cơ chế end-to-end<br /> <br /> hợp liên domain. Kế đến là lý thuyết hóa đăng ký và<br /> <br /> QoS và không có phương pháp điều khiển các lớp<br /> <br /> giải phóng tài nguyên không tường minh trong mạng<br /> <br /> QoS giữa các nhà điều hành mạng khác nhau. Thực tế,<br /> <br /> theo chế độ connectionless, từ đó xây dựng mô hình<br /> <br /> ứng dụng của người dùng không có cách gì để yêu cầu<br /> <br /> định lượng hợp lý làm cơ sở áp dụng các thủ tục điều<br /> <br /> một lớp dịch vụ đặc biệt vì không có điều khiển chấp<br /> nhận kết nối (Connection Admission Control). Thiếu<br /> <br /> -4-<br /> <br /> - 33 -<br /> <br /> điều khiển chấp nhận nối sẽ khó ngăn chặn tình trạng<br /> <br /> Kết quả là hàng đợi được duy trì với độ dài ổn<br /> <br /> quá tải khiến cho khả năng cung cấp QoS không đảm<br /> <br /> định, bộ đệm không bị tràn. Có thể thay đổi độ dài<br /> <br /> bảo.<br /> <br /> ổn định của hàng đợi bằng cách thay đổi giá trị<br /> <br /> Từ khảo sát phân tích trên đây, Nghiên cứu sinh<br /> nhận thức rằng DiffServ là cơ chế QoS quan trọng<br /> hàng đầu của mạng IP nên mục đích, đối tượng và<br /> <br /> tham chiếu qref của bộ điều khiển. Muốn sử dụng<br /> hết kích thước bộ đệm chỉ cần điều chỉnh qref.<br /> 2. Áp dụng cơ chế quản lý hàng đợi CQM thực hiện<br /> <br /> phạm vi nghiên cứu trong luận án như sau:<br /> <br /> các lớp dịch vụ AF (AFij) cho mạng DiffServ.<br /> <br /> Mục đích nghiên cứu<br /> <br /> Trong đó, cấu hình giá trị tham chiếu qref khác<br /> <br /> Làm sáng tỏ hiện trạng và xu thế của IP QoS.<br /> <br /> nhau cho các bộ điều khiển khác nhau để tạo ra<br /> <br /> Tìm nguyên nhân của các hạn chế về thực hiện IP<br /> <br /> các lớp dịch vụ khác biệt AFij trong mỗi DiffServ<br /> <br /> QoS theo kiến trúc DiffServ hiện nay. Đề xuất giải<br /> <br /> router. Kết quả là tạo ra được các dịch vụ khác<br /> <br /> pháp nhằm cải thiện DiffServ trên phương diện thực<br /> <br /> biệt một cách dễ dàng như dự kiến, điều chỉnh<br /> <br /> hiện và cơ chế hoạt động, với hai mục tiêu chủ yếu là :<br /> <br /> được một cách linh động. Bộ đệm ngõ ra được sử<br /> <br /> Đề xuất giải pháp thuận lợi hiệu quả để thực hiện các<br /> <br /> dụng với một mức ổn định theo cấu hình, không<br /> <br /> lớp dịch vụ con AFij và đề xuất cơ chế điều khiển<br /> <br /> xảy ra hiện tượng nghẽn. Tài nguyên được sử<br /> <br /> chấp nhận kết nối (CAC) cho DiffServ domain.<br /> <br /> dụng hiệu quả vì khi một lớp dịch vụ ở trạng thái<br /> <br /> Đối tượng và phạm vi nghiên cứu<br /> <br /> không tải, tài nguyên đang giữ bị thu hồi để cấp<br /> <br /> Nghiên cứu kiến trúc DiffServ QoS và DiffServ<br /> <br /> cho lớp dịch vụ khác đang cần.<br /> <br /> domain. Tập trung vào hướng triển khai DiffServ<br /> <br /> 3. Đề xuất giải pháp CAC theo hướng phân tán cho<br /> <br /> domain, thực hiện các lớp dịch vụ tại các DiffServ<br /> <br /> DiffServ domain, gồm tập tiêu chuẩn quyết định<br /> <br /> router và cơ chế đảm bảo end-to-end QoS.<br /> <br /> cục bộ có bổ sung ràng buộc trên số luồng nhằm<br /> <br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> <br /> khắc phục mâu thuẩn cơ bản giữa đặc tính kết nối<br /> <br /> Với định hướng nghiên cứu ứng dụng, công việc<br /> <br /> và không kết nối, và cơ chế báo hiệu kết nối<br /> <br /> thực hiện luận án bước đầu gồm thu thập tài liệu, thực<br /> <br /> không tường minh phù hợp với tiêu chuẩn quyết<br /> <br /> nghiệm trên các thiết bị và hệ thống. Kế tiếp là khảo<br /> <br /> định cục bộ này để cộng tác thực thi thủ tục CAC.<br /> <br /> sát các giải pháp thực hiện DiffServ trên thực tế,<br /> <br /> Kết quả là xác suất mất gói thấp, chỉ khoảng dưới<br /> <br /> - 32 -<br /> <br /> -5-<br /> <br /> nghiên cứu các đề xuất cải tiến điển hình. Trên cơ sở<br /> đó xây dựng các giải pháp mới dùng công cụ toán học<br /> và mô phỏng máy tính để kiểm chứng, đúc kết nguyên<br /> lý áp dụng và tham gia hội thảo.<br /> Kết quả chính của luận án :<br /> + Đã làm rõ hiện trạng và xu thế cũng như cách<br /> thức thực hiện một hạ tầng QoS cho mạng IP theo<br /> Hình 3.25 Đồ thị tương quan giữa xác suất mất gói<br /> và hiệu suất.<br /> <br /> kiến trúc DiffServ. Thiết nghĩ, trong điều kiện công<br /> nghệ chế tạo thiết bị mạng của nước ta còn chưa phát<br /> triển thì việc tìm hiểu để nắm bắt cách thức thực hiện<br /> các giải pháp cụ thể trên thiết bị là bước tiếp cận ban<br /> <br /> Bảng 3.4 Các tham số của nguồn 2 (Expo2)<br /> Tham số<br /> <br /> Giá trị<br /> <br /> Packet size 125 bytes<br /> <br /> đầu hợp lý.<br /> + Đã đưa ra giải pháp thực hiện DiffServ mới.<br /> Trong đó, đã thiết kế cơ chế quản lý hàng đợi CQM<br /> dùng token bucket kết hợp với bộ điều khiển. Vận<br /> <br /> Burst time<br /> <br /> 400 ms<br /> <br /> Idle time<br /> <br /> 325 ms<br /> <br /> PHB một cách dễ dàng cùng với khả năng kiểm soát<br /> <br /> Data rate<br /> <br /> 64 kbps<br /> <br /> nghẽn chính qui hơn so với cơ chế dùng thuật toán<br /> <br /> C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ<br /> 1. Kết luận<br /> Luận án “Nghiên cứu cải thiện DiffServ QoS trong<br /> mạng IP” có các kết quả :<br /> 1. Đề xuất cơ chế quản lý hàng đợi CQM, trong đó<br /> lấy token bucket kết hợp với bộ điều khiển làm cơ<br /> chế điều khiển cục bộ tại router, điều khiển lưu<br /> lượng đổ vào bộ đệm theo nguyên lý phản hồi.<br /> <br /> dụng CQM thực hiện được các lớp dịch vụ trong AF<br /> <br /> RED, cách thực hiện này cũng tạo điều kiện để các<br /> lớp dịch vụ chia sẻ tài nguyên với nhau.<br /> + Đã phát triển phương pháp điều khiển chấp<br /> nhận kết nối cho DiffServ domain. Trong đó, đề xuất<br /> ý tưởng báo hiệu không tường minh, xây dựng tiêu<br /> chuẩn quyết định đặc trưng làm nền tảng. Cơ chế điều<br /> khiển chấp nhận kết nối mới vẫn đảm bảo được tính<br /> khả triển (scalability) vốn có của mạng DiffServ và<br /> <br />