Nghiên cứu nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới - Luận án Tiến sĩ Lê Đắc Nhường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Đắc Nhường NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Đắc Nhường NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI Chuyên ngành: Cơ sở toán cho Tin học Mã số: 62460110 LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1.TS Lê Trọng Vĩnh 2.TS Ngô Hồng Sơn Hà Nội - 2015 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận án "Nghiên cứu một số vấn đề nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới" là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.  Tôi đã trích dẫn đầy đủ các tài liệu tham khảo, công trình nghiên cứu liên quan ở trong nước và quốc tế. Ngoại trừ các tài liệu tham khảo này, luận án hoàn toàn là công trình của riêng tôi.

 Trong các công trình khoa học được công bố trong luận án, tôi đã thể hiện rõ ràng và chính xác đóng góp của các đồng tác giả và những gì do tôi đã đóng góp. Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được sự đồng ý của đồng tác giả trước khi đưa vào luận án.  Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Bộ môn Tin học, Khoa Toán-Cơ-Tin học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả: Hà Nội: i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời cảm ơn Trước hết, tôi muốn cảm ơn PGS.TS Lê Trọng Vĩnh, PGS.TS Ngô Hồng Sơn - những người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án này.

Một vinh dự lớn cho tôi được học tập, nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình, khoa học của hai Thầy. Tôi xin gửi lời cám ơn đến các Thầy, Cô trong Bộ môn Tin học, Khoa Toán- Cơ-Tin học vì sự giúp đỡ và những đề xuất, trao đổi trong nghiên cứu rất hữu ích cho luận án. Xin cảm ơn các Thầy, Cô và các anh chị em đã góp ý, cổ vũ động viên và sát cánh bên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, Phòng Đào tạo, Phòng Chính trị và Công tác sinh viên trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi cũng bày tỏ sự cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Khoa Công nghệ thông tin Trường Đại học Hải Phòng đã tạo điều kiện về thời gian và tài chính cho tôi hoàn thành luận án này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đối với cha mẹ, vợ con và gia đình đã luôn ủng hộ, giúp đỡ tôi. Những người luôn chia sẻ, động viên tôi trong những lúc khó khăn và tôi luôn ghi nhớ điều đó. ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục từ viết tắt v Danh mục ký hiệu vi Danh mục bảng vii Danh mục hình vẽ viii Mở đầu 1 1 Một số hướng tiếp cận nâng cao QoS trong mạng NGN 6 1.1 Mạng thế hệ mới .2 Chất lượng dịch vụ .1 Các tham số phản ánh chất lượng dịch vụ .2 Phân lớp chất lượng dịch vụ .3 Mô hình và kỹ thuật đảm bảo QoS .4 Một số nghiên cứu về chất lượng dịch vụ .3 Bài toán tối ưu tổ hợp .1 Mô hình bài toán tổng quát .2 Các hướng tiếp cận giải bài toán tối ưu tổ hợp .4 Thuật toán tối ưu đàn kiến .1 Từ đàn kiến tự nhiên đến đàn kiến nhân tạo .2 Thuật toán ACO cho bài toán tối ưu tổ hợp .3 Các thuật toán đàn kiến và một số vấn đề liên quan .1 Thuật toán Ant System .2 Thuật toán Ant Colony System .3 Thuật toán Max-Min Ant System .4 Cơ sở sự hội tụ của thuật toán .5 Tấn công từ chối dịch vụ nguy cơ và thách thức .6 Kết chương.

32 2 Tối ưu cấp phát tài nguyên cho các dịch vụ đảm bảo QoS 33 2.1 Mở rộng dung lượng mạng không dây .1 Mô hình bài toán .2 Các nghiên cứu liên quan. 37 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Đề xuất thuật toán ACO tối ưu mở rộng dung lượng .1 Xây dựng đồ thị có cấu trúc .2 Thủ tục xây dựng lời giải .3 Mô tả thuật toán .4 Kết quả thực nghiệm và đánh giá .2 Định vị tài nguyên cho các lớp dịch vụ .1 Mô hình bài toán .2 Các nghiên cứu liên quan .3 Tối ưu định vị tài nguyên tập trung cho các lớp dịch vụ .1 Đề xuất thuật toán ACO tối ưu định vị tài nguyên 61 2.2 Đề xuất thuật toán MMAS tối ưu định vị tài nguyên 62 2.4 Kết quả thực nghiệm và đánh giá .3 Cấp phát tài nguyên cho các luồng đa phương tiện .1 Mô hình bài toán .2 Các nghiên cứu liên quan .3 Đề xuất thuật toán MMAS tối ưu QoS luồng đa phương tiện 77 2.1 Xây dựng đồ thị cấu trúc .2 Thủ tục xây dựng lời giải .3 Mô tả thuật toán .4 Kết hợp qui tắc cập nhật vết mùi MLAS, SMMAS và 3LAS 80 2.5 Kết quả thực nghiệm và đánh giá .4 Kết chương. 86 3 Đảm bảo an ninh và tính sẵn sàng của dịch vụ đáp ứng QoS 87 3.1 Mô hình đảm bảo ninh dịch vụ trong mạng NGN .1 Khuyến nghị ITU-T X.2 Phân tích ưu nhược điểm .2 Tấn công từ chối dịch vụ .1 Mô hình tấn công .2 Phương pháp tấn công và kỹ thuật phòng chống .3 Một số nghiên cứu liên quan .4 Giải pháp phòng chống tấn công dựa trên chính sách .5 Thực nghiệm và đánh giá .6 Kết chương. 105 Kết luận 106 Danh mục công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án 109 Tài liệu tham khảo 110 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục từ viết tắt Viết tắt Dạng đầy đủ Diễn giải ACO Ant Colony Optimization Tối ưu đàn kiến ACS Ant Colony System Hệ thống đàn kiến AS Ant System Hệ thống kiến BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát sóng gốc CoS Class of Service Lớp dịch vụ DiffServ Differentiated Service Dịch vụ được phân biệt DoS Denial of Service Tấn công từ chối dịch vụ DDoS Distributed DoS Tấn công từ chối dịch vụ phân tán DNS Domain Name System Hệ thống tên miền GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền GoS Grade of Service Cấp độ dịch vụ GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ con đa phương tiện IntServ Integrated Service Dịch vụ được tích hợp MMAS Min-Max Ant System Hệ thống kiến Min-Max MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile Switching Centers Tổng đài thông tin di động MoS Mean Opinion Score Điểm đánh giá QoS NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới NGWN Next Generation WN Mạng không dây thế hệ mới OSE Open Service Environment Môi trường dịch vụ mở PSO Particle Swarm Optimization Tối ưu nhóm bầy QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm SLA Service Level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ TCA Traffic Condition Agreement Thỏa thuận điều kiện lưu lượng ToS Type of Service Loại dịch vụ v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục ký hiệu Ký hiệu Ý nghĩa α Tham số ảnh hưởng tương quan của mật độ vết mùi β Tham số ảnh hưởng tương quan của thông tin tri thức ρ Hệ số bay hơi τ0 Giá trị khởi tạo vết mùi τij Vết mùi trên cạnh (i, j ) τmax Cận trên của giới hạn vết mùi τmid Trung bình của giới hạn vết mùi τmin Cận dưới của giới hạn vết mùi ∆τij Lượng vết mùi kiến k để lại trên cạnh (i, j ) khi đi từ i đến j ∆τijbest Lượng vết mùi tốt nhất của đàn kiến pijk Xác suất lựa chọn cạnh (i, j ) của kiến k K Số lượng kiến được thiết lập NMax Số vòng lặp tối đa thực hiện s = (s1 , s2 , ., sn ) Tập các dịch vụ được cung cấp tại mỗi nút mạng bi là thiệt hại khi không đáp ứng được SLA trên dịch vụ si Dis Yêu cầu dữ liệu kiểu s từ MSi di là giới hạn dưới mức độ cam kết dịch vụ dijt Khoảng cách giữa MSi tới BTSj loại t ri (si ) là lợi nhuận thu được từ dịch vụ si ci (si ) là chi phí để đáp ứng dịch vụ si pi là giá mà người dùng phải chi trả khi dùng dịch vụ si βi là tham số điều khiển độ dốc của hàm chi phí F = (f1 , ., fn ) Tập các luồng đa phương tiện (N là số luồng) wi Trọng số mô tả sự quan trọng của luồng fi rij Tài nguyên yêu cầu r của hoạt động pj và luồng fi R = (Rq+1 , ., Rm ) Lượng tài nguyên giới hạn đối với tất cả các yêu cầu Ri = (Ri1 , ., Rim ) Lượng tài nguyên tiêu thụ đối với mỗi luồng fi Bdownlink Băng thông tối đa dành cho Download Buplink Băng thông tối đa dành cho Upload ui (rij ) Giá trị hữu dụng đối với điểm hoạt động pj và luồng fi vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Danh mục bảng 1.1 Phân lớp chất lượng dịch vụ của ITU-T .2 Phân lớp chất lượng dịch vụ của ETSI .3 Các hướng tiếp cận giải bài toán tối ưu tổ hợp .4 Quá trình phát triển các thuật toán ACO .1 Các ký hiệu dùng trong bài toán mở rộng dung lượng mạng .2 So sánh kết quả của Greedy, GENEsYs, LibGA, GGA với ACO-BSC1, ACO-BSC2 .3 So sánh kết quả của Hybrid I, Hybrid II, ACO-BSC1, ACO-BSC2 .4 Thông tin về bộ dữ liệu thực nghiệm mở rộng dung lượng mạng .5 Thiết đặt tham số cho thuật toán GA-MRDL và ACO-MRDL .6 So sánh dung lượng được mở rộng của GA-MRDL và ACO-MRDL .7 So sánh hàm mục tiêu của thuật toán GA-MRDL và ACO-MRDL .8 Thông tin về tọa độ, dung lượng và loại BSC .9 Thông tin về tọa độ, dung lượng và loại BTS .10 Thông tin về tọa độ, dung lượng các trạm MS .11 Các ký hiệu trong bài toán định vị tài nguyên cho các lớp dịch vụ .12 Thiết đặt tham số cho thuật toán ACO và MMAS .