Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu xác định trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN - Đào Ngọc Lâm

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: 62.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. LÊ HỮU LẬP 2. 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 .2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP .2 Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP .3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN .4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .7 KẾT QUẢ ĐÓNG GÓP .8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .17 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .2 NGN VÀ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .2 Các yếu tố cấu thành trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN .3 Các yếu tố tác động đến trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN .4 MÔ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP .1 Mô hình toán tổng quát xác định số đo trễ gói IP .2 Mô hình toán xác định số đo trễ gói IP có xét đến đồng bộ.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH ĐO XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP .1 Phân loại và so sánh các phương pháp đo .2 Các nguyên tắc kỹ thuật đo trễ gói IP .3 Các mô hình đo trễ gói IP.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .34 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .2 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ .1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận .2 Thiết lập và lựa chọn mô hình toán ước lượng tham số phân bố .3 Thiết lập mô hình và điều kiện thực nghiệm đo trễ gói IP qua mạng truyền tải lõi NGN .4 Đề xuất chọn mô hình phân bố trễ gói IP đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN .3 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP .1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận .2 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố đều 77 3.3 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố gamma chuyển dịch .4 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố Pareto tổng quát .5 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần hỗn hợp các phân bố đều và Parato tổng quát .6 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ các phân bố thực nghiệm.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .96 CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP .1 Mô hình toán tổng quát xác định biến động trễ gói IP .2 Phương pháp ước lượng phân vị của hàm phân bố trễ gói IP .3 XÁC ĐỊNH PHÂN VỊ VÀ BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .1 Phương pháp xác định ước lượng phân vị và biến động trễ gói IP .2 Phân tích và đánh giá sai số .3 Khảo sát sai số của phương pháp theo mức phân vị .4 XÁC ĐỊNH ƯỚC LƯỢNG BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP TẠI NÚT MẠNG TRUYỀN TẢI NGN .1 Các yếu tố gây biến động trễ đối với gói lưu lượng ưu tiên .2 Xác định phân vị phân bố và biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN .5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 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. 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. Lê Hữu Lập và thầy giáo, PGS. 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 .2 So sánh sai số các phân bố giả thuyết đối với lưu lượng Internet.3 So sánh sai số của các mô hình phân bố cạnh tranh .Hệ số lệch phân bố IPTD và sai số ước lượng IPDV theo phương pháp ánh xạ hàm phân bố.2 Dải giá trị mức phân vị phân bố IPTD ứng với các ngưỡng sai số .118 Bảng PL II.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.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. Kiến trúc và thành phần mạng truyền tải NGN. Mô hình xác định trễ gói IP có xét đến đồng bộ thời gian.

Mô hình xác định biến động trễ gói IP có xét đến đồng bộ thời gian. Mô hình chọn gói xếp tầng kết hợp lấy mẫu và lọc gói. Các mô hình kiến trúc điều khiển phép đo trễ gói IP. Hàm PDF của mô hình phân bố hỗn hợp hữu hạn các phân bố chuẩn 43 Hình 3.

Hàm PDF của mô hình phân bố hỗn hợp cắt lát các phân bố chuẩn. Phương pháp kiểm tra mô hình theo Kolmogorov–Smirnov .4 Thành phần trễ gói IP có phân bố đều .5 Phân bố gamma chuyển dịch. Phân bố Pareto tổng quát .7 Mô hình đo xác định trễ gói IP trong mạng truyền tải lõi NGN. Điểm đo trong mạng truyền tải lõi NGN.

Chặng đo trong mạng truyền tải lõi NGN .