Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC I
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VII
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 3
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM 3
1.2 Lí do chọn IP/WDM 7
Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có khả năng
phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác nhau.
Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là
có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền
thống kĩ thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng
điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng. 8
Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các nhà khai
thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi hỏi các khuôn dạng tín
hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của
chúng. Sự liên kết hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở
đây là IP 8
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 9
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông 9
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển 9
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết 10
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông 11
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình 17
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM 17
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 18
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 19
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn 19
2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp 21
2.5.3 Nhận xét 21
bản tin UDP tới đích với một TTL (hay là hop limit) bằng 1. Điều này sẽ bắt bộ
định tuyến ở hop đầu tiên sẽ trả lại một ICMP có ‘thời gian trội trong truyền dẫn’
mang giá trị lỗi. Nó tiếp tục gửi một bản tin UDP tới node đích nhưng có giá trị
TTL tăng dần 1 đơn vị. Cuối cùng, node đích sẽ nhận được bản tin UDP thăm dò và
trả lại một ICMP ‘cổng không tiếp cận được’ khi bản tin UDP đó được đánh địa chỉ
tới một cổng không sử dụng. Trong thiết lập mặc định, nó sẽ gửi ba bản tin UDP
thăm dò cho mỗt thiết lập TTL. Do đó thời gian hành trình cho mỗi hop có thể được
ước lượng bằng trung bình cộng của ba khoảng thời gian được đo đó. 32
SNMP: có thể sử dụng SNMP để thu thập các phép đo cục bộ từ các bộ định tuyến
IP 32
Các phép đo tuyến nối thụ động: Xu hướng này đòi hỏi các thiết bị mạng đặc biệt
như là các bộ phân tích giao thức hay OCX-mon. Một giám sát OXC-mon là một
PC bảng rãnh chạy trên hệ điều hành Linux hoặc FreeBSD. Cùng với các linh kiện
cho PC (400 MHz PII, 128 Mbytes RAM, 6-Gbyte SCSI disk), nó còn được cài đặt
hai card đo và một bộ chia quang được sử dụng để kết nối bộ giám sát tới một tuyến
nối quang OC-3 (155 Mb/s) hoặc OC-12 (622 Mb/s) 32
Các ứng dụng: được nhận dạng bởi <ID giao thức, cổng nguồn, địa chỉ IP nguồn,
cổng đích, địa chỉ IP đích> 33
Các máy chủ: được nhận dạng bởi <địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích> 33
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Các mạng: được nhận dạng bởi <tiền IP nguồn, tiền IP đích> 33
Lưu lượng chia sẻ một đường chung trên mạng: được nhận dạng bởi <giao diện bộ
định tuyến lối vào, giao diện bộ định tuyến lối ra> 33
2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang 36
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS 36
2.7.1 Cân bằng tải 37
Số gia bước được thiết lập giá trị thấp nhất trong số các đường chứa phần tải quan
trọng 39
InventoryResp: Loại bản tin được gửi bởi một bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng IP tương ứng với một bản tin InventoryReq và để thông báo thông tin tóm tắt
của bộ định tuyến gửi nó đi 76
TrafficReq: Loại bản tin này được gửi bởi khối kĩ thuật lưu lượng IP tới bộ định
tuyến để truy vấn nhu cầu lưu lượng bộ định tuyến 76
TrafficResp: Loại bản tin này được gửi bởi một bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng tương ứng với một TrafficReq và để thông báo thông tin nhu cầu lưu lượng
của bộ định tuyến gửi nó đi. 76
ConnectionReq: Loại bản tin này được gửi bởi khối kĩ thuật lưu lượng tới một bộ
định tuyến để truy vấn kết nối ảo hiện tại 76
ConnectionResp: Loại bản tin này được gửi bởi bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng tương ứng với ConnectionReq và để thông báo thông tin kết nối ảo hiện tại
của bộ định tuyến gửi nó đi. 76
4.5 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 79
4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP) 86
Yêu cầu tạo và cập nhật dấu vết 87
Yêu cầu vệt tuyến hiện 87
Trả lời vệt 87
Sự kiện bước sóng 87
Sự kiện cổng 87
Sự kiện NE 87
Sự kiện sợi 87
Tạo vệt: hoạt động này yêu cầu thiết lập vệt. Để thiết lập một vệt, phía yêu cầu phải
chỉ rõ địa chỉ NE điểm đầu A và ID của cổng vào và địa chỉ NE điểm cuối Z và
trường ID cổng ra và tuỳ chọn chỉ rõ loại tín hiệu và các trường lược đồ bảo vệ.
Trường ID vệt là không xác định. Giá trị của nó sẽ được xác định khi thiết lập là
thành công. 88
Xoá vệt: hoạt động này sẽ xoá một vệt đang tồn tại. Vệt bị xoá được xác định bởi
ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn 88
Bảo vệ vệt: hoạt động này bảo vệ một vệt đang tồn tại mà hiện nay chưa được bảo
sóng. Nếu một vài trường không xác định thì chúng sẽ được xác định tại mỗi NE
trung gian dựa trên độ khả dụng tài nguyên 90
Tái định tuyến vệt người sử dụng: hoạt động này tái định tuyến vệt đang tồn tại
được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Nếu như tái
định tuyến thất bại, vệt hiện thời sẽ không bị thay đổi 90
Sự kiện lambda: loại sự kiện này chỉ ra rằng sự kiện đó liên quan tới một bước
sóng hoặc một kênh bước sóng nhất định ví dụ như các sự kiện QoS tín hiệu. 92
Sự kiện sợi quang: loại sự kiện này sử dụng để chỉ ra các sự kiện liên quan tới
tuyến nối sợi quang, ví dụ như đứt sợi 92
Sự kiện cổng: loại sự kiện này chỉ ra sự kiện liên quan tới cổng chuyển mạch nhất
định ví dụ như cổng hoặc mạch tương ứng bị hỏng 92
Sự kiện NE: loại sự kiện này chỉ ra là thông báo sự kiện đó là về một NE nhất định,
ví dụ như NE hỏng 92
Loại 0: Tốt 92
Loại 1: Được xoá 92
Loại 2: Cảnh báo 92
Loại 0: Chú ý 93
Loại 1: Cảnh báo 93
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
v
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Loại 2: Nhỏ 93
Loại 3: Quan trọng 93
Loại 4: Nghiêm trọng 93
Loại 0: đang chạy 93
Loại 1: sẵn sàng cho dịch vụ 93
Loại 2: Hỏng 93
Loại 3: Hỏng do thay đổi trạng thái của thành phần lân cận 93
4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín 94
4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng 94
Brownian
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file
GMPLS Generalized Multiprotocol
Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát
GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ
HTDA Heuristic Topology Design
Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm
HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
ID Identifier Bộ nhận dạng
IETF Internet Engineering Task
Force
Nhóm kĩ sư Internet
Ifmanager Interface manager Khối quản lí giao diện
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LEMS Link Elimination via
Matching Scheme
Loại bỏ tuyến nối thông qua lược
đồ ghép
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối
LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối
LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn
(622,08 Mb/s)
Mức mang quang 12
(622,08 Mb/s)
OC-3 Optical Carrier Level 3
(155,52Mb/s)
Mức mang quang 3
(155,52Mb/s)
OC-48 Optical Carrier Level 48
(2448,32 Mb/s)
Mức mang quang 48
(2448,32 Mb/s)
OC-192 Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)
OHTMS LP-based One-Hop Traffic
Maximisation Scheme
Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn
hop dựa trên LP
OIF Optical Internetworking
Forum
Diễn đàng liên mạng Internet
quang
OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang
OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu
OSCP Optical Switch Control
Protocol
Giao thức điều khiển chuyển mạch
quang
OSPF Open Shortest Path First
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lí mạng đơn giản
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên
SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ
TCP Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TE Terminal Equipment, Traffic
Engineering
Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu
lượng
TECP Traffic Engineering to Control
Protocol
Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức
điều khiển
TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa
TILDA Traffic Independent Logical
Topology Design Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình logic
độc lập lưu lượng
TMN Telecommunications
Management Network
Mạng quản lí viễn thông
TTL Time To Live Thời gian sống
UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử
dụng
các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi
lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua
các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết.
Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM
đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày
về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các
mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương:
• Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm
mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các
ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là
giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I
• Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số
vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu
lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
• Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương
này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi
ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo
luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình
đường đi ngắn nhất.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
• Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV,
các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về
giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu
lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn sẽ được trình bày.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận
này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến
giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ
phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang
(O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và
SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là
giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối
sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu.
Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2).
Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng
là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song
với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các
loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng
một sợi quang.
Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ
mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng
nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức
tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng
tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các
đặc tính chính của MPLS như sau:
• Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến.
• Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận
chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
• Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào
đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và
sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì
• Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với
các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là:
• 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở
đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
• 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
• n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh
báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên,
SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức
khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến
(LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần
mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần
tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu
quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến.
Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền
dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty
đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương
tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích
thước khung vào kích thước gói tin.
Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-
Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt.
Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không
cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu
cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong
mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM
cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM
và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
• Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công
nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
• Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng
dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại
truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
• IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức
điều khiển IP cho phép.
• IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động
theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang
mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm
thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và
giám sát dịch vụ theo nhu cầu.
• Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ
được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và
có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà
khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển
khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự
xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật
chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi.
Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng
chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu
như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn
thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn
toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng
đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào
thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách
hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối
quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong
hàng đợi.
Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ
thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu
lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện
mô hình hoá.
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mô hình lưu lượng thoại
Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là
mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:
xh
λα
=
trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung
bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng
một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình
Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và
nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện
cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các
kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, B
c
nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian
truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu
lượng ρ:
R
L.
λ
µ
λ
ρ
==
Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu
diễn bởi P
z
, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết
một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc
độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối
quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau:
<<
quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải
thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô
hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson.
Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói
tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến
giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ
điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối
tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên,
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạo
người sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ,
đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson.
Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phải
sử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto. Đối
với các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyển
động Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham
chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày
trong phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng.
Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hình
mức mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định được
các đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thực
hiện tái cấu hình hay không.
Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu
lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường
nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hình
mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gian
mịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô là một thông số có
thể thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông số
thời gian thô đã được đánh giá.
Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc vào một số yếu tố sau:
• Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày
trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.
• Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong
quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.
• Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là
các quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của
dòng lưu lượng trong đó.
Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dự
đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận dụng
các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quá
trình tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và J. Hodge
tại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượng
IP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia.
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương
quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và
thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để
xem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô. FBM
được định nghĩa như sau:
exp()(
)1(2)1(2221 HHHH
BHHmCamBQP
−−−−−
−−−≥>
Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:
P(Q > B)
≤
exp (-
2
2
z
)
thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:
−+≥
−−
−
HHHHH
HHBazmmC
1
1
1
01
γ
eFF =
Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng. Giả
thiết rằng W
0
và W
1
là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưu
lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:
0
01
W
w
eW
γ
=
Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế
tiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dự
đoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện.
Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1). Giả
thiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì:
trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trước
đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi:
−
−
−
)1(
)1(
)(
)(
hF
hA
hF
hA
ρ
là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tối
thiểu hoá giá trị:
2
)1(
)1(
)(
)(
−
−
=
hF
hA
E
hF
hA
hF
hA
E
ρ
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F
2
, kích thước bộ
định tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi
ε
thì điều kiện cho
dung lượng sẽ được biểu diễn bởi:
),,,(F
2
1
và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đo
độ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị độ lớn
lưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trung
bình sẽ là:
N
iT
m
N
i
∑
=
=
1
)(
và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:
1
))((
1
2
−
−
=
∑
N
miT
V
N
i
t
Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích thước
)(
Sau đó đối với các quá trình phụ thuộc dải dài thì ta sẽ có:
[ ]
)1(2)( Hm
mXV
−−
≈
Do đó, nếu chúng ta vẽ
[ ]
(m)
XlogV
theo log(m) thì độ dốc của đồ thị sẽ chính là
)1(2 H
′
−−
, trong đó H
’
là giá trị ước lượng cho H.
Các thông số mô hình
Các thông số sau được định nghĩa cho mô hình dự đoán băng thông:
• Kích thước của thời gian thô: Lược đồ giám sát lưu lượng cho kết quả là
dữ liệu dưới dạng ma trận lưu lượng. Nó chứa độ lớn lưu lượng trung bình
trong một khoảng thời gian tinh. Độ lớn của thời gian thô chính là thời
gian sử dụng để tính trung bình lưu lượng trong một khoảng thời gian thô
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
bằng cách kết hợp các dữ liệu lưu lượng trong khoảng thời gian tinh lại
với nhau.
, F
3
: đối với mỗi dòng lưu lượng,
các thông số dự đoán băng thông F
1
, F
2
, F
3
có thể tính toán từ các phương
trình ở trên. Việc tính toán này được thực hiện ở đầu mỗi khoảng thời gian
thô.
Độ phức tạp của phép tính là O(N
2
) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biên
trong mạng.
Vì sự tái cấu hình làm thay đổi cấu hình của mạng IP nên một vài thông số sẽ cần
phải được tính toán lại sau khi cấu hình. Đặc biệt là trung bình thô và tinh cho các
dòng lưu lượng đối với mỗi tuyến nối sẽ cần tính toán lại sau khi xảy ra tái cấu hình.
Các thông số điều chỉnh a, H, ρ và α được sử dụng trong mô hình dự đoán lưu lượng
và được điều chỉnh phù hợp dựa trên dữ liệu lưu lượng đo được và dữ liệu lưu lượng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
16
Copyright: Tài liệu đại học ©