Luận án đề xuất giải thuật định tuyến cải tiến QoS sử dụng thông tin nội bộ

Đặt vấn đề - Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, công nghệ viễn thông đã và đang phát triển nhanh chóng và đã trở thành nền tảng phát triển của xã hội; các công nghệ, kỹ thuật mới liên tục ra đời để đáp ứng các nhu cầu lưu lượng dữ liệu tăng mạnh do bùng nổ các loại hình dịch vụ viễn thông và các dịch vụ băng rộng nhằm đáp ứng nhu cầu của mọi lĩnh vực của xã hội. Sự tăng trưởng bùng nổ của lưu lượng dữ liệuđó đã làm cho việc đảm bảo chất lượng cho các dịch vụ cung cấp trên mạng viễn thông càng trở nên quan trọng, trong bối cảnh các dịch vụ viễn thông mới, yêu cầu chất lượng dịch vụ mạng ngày càng cao. Trong đó, việc chọn tuyến truyền từ nguồn dữ liệu đến nơi sử dụng đủ đáp ứng yêu cầu chất lượng của dịch vụ, đặc biệt là với các dịch vụ cần chất lượng tuyến truyền cao, chính là bài toán cần giải quyết hiện nay, trong bối cảnh mạng viễn thông đang phát triển ngày càng mạnh mẽ. Do đó, việc giải quyết vấn đề về đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp trên mạng mang ý nghĩa thực tiễn, đồng thời mang tính học thuật cao.

Để thực hiện tốt yêu cầu này, việc xây dựng các giải pháp mới, giải thuật định tuyến mới trên cơ sở cải tiến những giải pháp đã và đang được sử dụng với mục tiêu góp phần đưa công nghệ định tuyến đảm bảo QoS được phổ dụng hơn, ứng dụng nhiều hơn trong thực tế đã trở thành vấn đề cấp thiết hiện nay. Trên cơ sở đó, Luận án tập trung nghiên cứu các vấn đề về chất lượng dịch vụ (QoS), cân bằng tải, định tuyến đảm bảo QoS và đề xuất các giải thuật định tuyến mới nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ viễn thông trên mạng viễn thông phát triển mạnhhiện nay cũng như trong thời gian sắp đến. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước - Trong nước: Hiện nay, các nghiên cứu về QoS tương đối phổ biến, được nghiên cứu nhiều, đáp ứng nhu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ trên các loại mạng nhưmạng tùy biến di động (MANET - mobile ad hoc network), mạng hội tụ di động – cố định (FMC - Fixed Mobile Convergence ) … thể hiện tại các nghiên cứu [2], 2 [4]. Định tuyến kiểu Best-Effort được nghiên cứu và mô tả tại [1] giúp hình dung quá trình định tuyến khi không có yêu cầu về QoS.

Giải pháp sử dụng trí tuệ nhân tạo trong [6] cũng được nghiên cứu và đề xuất nhằm thoả mãn vấn đề đảm bảo QoS khi chuyển tải thông tin trên mạng viễn thông. Về định tuyến, việc nghiên cứu, đề xuất giải thuật định tuyến mới đã và đang sử dụng để bổ sung, trình bày hoặc giải các bài toán mang tính tổng quát cao về việc định tuyến thông tin trên mạng, cụ thể các nghiên cứu [2], [4], [5]. Về nghiên cứu phát triển mạng viễn thông hiện nay: Việc nghiên cứu đảm bảo chất lượng mạng như [95] đã giải quyết nhiều vấn đề về định tuyến ứng dụng trên mạng thế hệ mới, đồng thời cũng là một hướng ứng dụng gợi mở cho việc phát triển của mạng viễn thông Việt nam. - Ngoài nước: Các nghiên cứu về QoS như cơ chế định tuyến đảm bảo QoS và OSPF mở rộng [14], [39], [40], [51], [107] cũng là một giải pháp được quan tâm trong việc ứng dụng trên mạng viễn thông hiện nay.

Đó là giải pháp nhằm tối ưu hóa việc chọn đường, và đề xuất giải bài toán định tuyến trong mạng viễn thông hiện nay với các giải thuật rất phổ biến nhưgiải thuật định tuyến chọn đường ngắn nhất rộng nhất (WSP - Widest Shortest Path), giải thuật định tuyến chọn đường rộng nhất ngắn nhất (SWP - Shortest Widest Path), giải thuật dùng tuyến truyền ngắn nhất (SDP - Shortest-distance path) … Bên cạnh đó, việc đề xuất và giải bài toán QoS trên mạng nội vùng, liên vùng, và mạng WAN-MAN, MANET cũng được nghiên cứu và đề xuất tại [17], [86], [104]. Đối với các mạng như: Mạng các thông tin không chính xác, không xác định. việc nghiên cứu giải thuật định tuyến đảm bảo QoS cũng được đề xuất tại [13], [28], [61], [63], [69], [102]. Các thông số như : thông tin không chính xác, thông số không xác định là các thông số đầu vào quan trọng để đề xuất các mô hình định tuyến QoS mới, ứng dụng trong các mạng đặc thù, nơi mà các thông tin đến với các nút mạng không đầy đủ, không trọn vẹn.

3 Các đề xuất khác liên quan đến giải thuật định tuyến đảm bảo QoS đề xuất tại [30], [31], [39], [42], [53], [57], [59], [66],[71], [74], [88], [89], [99], [110]. cũng là các cách mà các nhà nghiên cứu đi sâu vào phân tích các khía cạnh còn chưa được nghiên cứu trong việc mở rộng mô hình mạng, nhằm đáp ứng với một xã hội thông tin ngày càng mở rộng cũng như các giải pháp công nghệ ứng dụng trong việc tìm và xây dựng giải thuật mới cho định tuyến đảm bảo QoS. Đặc biệt, các hướng nghiên cứu về định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội bộ (TTNB) như tại [35], [36], [91], [97], [108] … đã được nghiên cứu nhiều hiện nay và hứa hẹn đem lại hiệu quả cao trong định tuyến đảm bảo QoS trong thời gian tới. Ngoài ra, các nghiên cứu mô phỏng luồng dữ liệu cũng được nghiên cứu nhiều tại các nghiên cứu [11], [34], [43], [68], [103] để đánh giá hiệu năng định tuyến.

Các giải thuật định tuyến nêu trên sẽ được khảo sát kỹ hơn ở các phần sau của Luận án, làm cơ sở cho các đề xuất mới của Luận án. Về các nghiên cứu tiến trình phát triển của mạng viễn thông hiện nay: Các cường quốc công nghệ đặc biệt là Mỹ, Nhật đã đầu tư, nghiên cứu, và hoạch định mạng viễn thông nhằm đón đầu nhu cầu chất lượng mạng viễn thông của chính họ, với các dự án như FIND [24], NICT [60], AKARI [62], GENI [73] … Với nhu cầu cao về dịch vụ, công nghệ, ứng dụng công nghệ thông tin tại các thị trường trên, các nghiên cứu cũng chỉ ra các định hướng và các yêu cầu trong việc định tuyến thông tin nhằm ứng dụng hiệu quả trong mạng viễn thông hiện nay. Tóm lại, các nghiên cứu trên đã đề xuất được cơ chế mới cũng như mô hình mạng, mô hình cung cấp dịch vụ mới cùng với việc đề xuất cácgiải pháp định tuyến mới, hiệu quả hơn, đảm bảo QoS chất lượng cao hơn cho dịch vụ viễn thông, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của thị trường viễn thông trong thời gian đến. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Với việc chọn lĩnh vực nghiên cứu là giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng viễn thông hiện nay, mục tiêu hướng đến của Luận án là đề xuất các giải pháp mới nhằm hoàn thiện hơn việc định tuyến thông tin trên mạng viễn thông hiện 4 tại nhằm đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao của thị trường viễn thông trên cơ sở khảo sát những giải pháp đã và đang được áp dụng trên mạng hiện nay.

Các mục tiêu nghiên cứu của Luận ánlà: - Đề xuất mô hình, giải thuật định tuyến đảm bảo QoS mới, có khả năng ứng dụng trong mạng viễn thông phát triển mạnh mẽ hiện nay trên cơ sở nghiên cứu các bài báo, các đề xuất và các công trình liên quan. - Đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu năng các giải thuật định tuyến đảm bảo QoS dùng TTNB. - Đề xuất hệ số đánh giá mạng, đánh giá hiệu năng các giải pháp định tuyến trên cơ sở các nghiên cứu về QoS và định tuyến đảm bảo QoS. Các mục tiêu nghiên cứu trên đã xác định cụ thể đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.

Trong đó, việc đầu tiên là nghiên cứu tổng quan về QoS trên mạng viễn thông, về định tuyến đảm bảo QoS và về các phương pháp đánh giá mạng viễn thông dựa trên việc tính toán các tham số QoS. Từ đó, đề xuất các mô hình, giải thuật định tuyến mới, cùng các biện pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của các giải thuật định tuyến đã đề xuất, để xây dựng mô hình, giải thuật định tuyến hiệu quả tốt nhất. Phương pháp nghiên cứu: Luận án nghiên cứu các công trình liên quan để nắm bắt tổng quan về các vấn đề cần đạt được như đã nêu trong phần mục tiêu nghiên cứu. Từ những vấn đề còn tồn tại, luận án lựa chọn trọng tâm nghiên cứu, những vấn đề cần giải quyết như: - Xây dựng các giải thuật, mô hình định tuyến mới đảm bảo chất lượng dịch vụ trên mạng viễn thông, được đánh giá, khảo nghiệm bằng các công cụ mô phỏng.

- Nghiên cứu các hạn chế của các giải thuật hiện tại, các yêu cầu của mạng viễn thông trong giai đoạn phát triển hiện nay, từ đó có các so sánh và đề xuất các giải pháp khắc phục. - Đề xuất xây dựng các công cụ và tiêu chí đánh giá hiệu năng mạng, hiệu năng của giải thuật định tuyến để hỗ trợ cho việc đánh giá giải thuật định tuyến, so sánh các giải thuật định tuyến. 5 Luận án nghiên cứu và ứng dụng các công cụ mô phỏng như OMNeT++ [22], OPNET [64] …, các công cụ về lý thuyết trong xây dựng và tính toán mô hình [3] để đánh giá kết quả thực hiện, đánh giá các giải thuật đề xuất. Các đóng góp của luận án Các đóng góp chính của luận án như sau: - Đề xuất các giải thuật định tuyến mới trong đó sử dụng thông tin nội bộ làm cơ sở, và sử dụng các thông số QoS làm tiêu chuẩn chọn đường.

Các kết quả nghiên cứu được công bố trong các công trình [A.10], và các nghiên cứu trong [B. - Đề xuất tập tuyến truyền linh động hỗ trợ cho hoạt động của giải thuật định tuyến dùng TTNB được hiệu quả hơn. Kết quả nghiên cứu này được công bố trong các công trình [A. - Nghiên cứu và đề xuất các giải thuật định tuyến dùng TTNB trong đó dựa vào kiểu định tuyến phân tán nhằm làm tăng hiệu năng định tuyến và giảm bộ nhớ lưu trữ và tính toán tại các nút mạng.

Các kết quả nghiên cứu này được công bố trong các công trình [A. - Đề xuất xây dựng các công cụ đánh giá mạng viễn thông thông qua các hệ số đánh giá cân bằng tải nhằm hỗ trợ cho việc đánh giá hiệu năng các giải thuật định tuyến. Các kết quả nghiên cứu này được công bố trong các công trình [A. Ngoài ra, Luận án đã nghiên cứu tổng quan vềđịnh hướng phát triển mạng viễn thông hiện nay và về các kỹ thuật định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS)trên mạng thế hệ mới trong các nghiên cứu [B.