Tiến Sĩ Nghiên cứu phương pháp xác định trễ gói ip trong mạng truyền tải thế hệ mới

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH VIỄN THÔNG
NĂM 2014

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 . 6
1.1 GIỚI THIỆU . 6
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 6
1.2.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP 6
1.2.2 Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP . 8
1.3 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN . 13
1.4 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU . 13
1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14
1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15
1.7 KẾT QUẢ ĐÓNG GÓP . 16
1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 . 17

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN . 18
2.1 GIỚI THIỆU . 18
2.2 NGN VÀ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN . 18
2.3 TRỄ GÓI IP 20
2.3.1 Khái niệm 20
2.3.2 Các yếu tố cấu thành trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN 21
2.3.3 Các yếu tố tác động đến trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN . 22
2.4 MÔ HÌNH TOÁN XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP 24
2.4.1 Mô hình toán tổng quát xác định số đo trễ gói IP . 24
2.4.2 Mô hình toán xác định số đo trễ gói IP có xét đến đồng bộ 24
2.5 PHƯƠNG PHÁP VÀ MÔ HÌNH ĐO XÁC ĐỊNH TRỄ GÓI IP 28
2.5.1 Phân loại và so sánh các phương pháp đo . 28
2.5.2 Các nguyên tắc kỹ thuật đo trễ gói IP . 29
2.5.3 Các mô hình đo trễ gói IP 32
2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 . 34

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN . . 35
3.1 GIỚI THIỆU . 35
3.2 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ . 35
3.2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận . 36
3.2.2 Thiết lập và lựa chọn mô hình toán ước lượng tham số phân bố 52
3.2.3 Thiết lập mô hình và điều kiện thực nghiệm đo trễ gói IP qua mạng truyền tải lõi NGN . 63
3.2.4 Đề xuất chọn mô hình phân bố trễ gói IP đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN 69
3.3 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP 73
3.3.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận . 74
3.3.2 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố đều 77
3.3.3 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố gamma chuyển dịch 82
3.3.4 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố Pareto tổng quát . 87
3.3.5 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần hỗn hợp các phân bố đều và Parato tổng quát . 93
3.3.6 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ các phân bố thực nghiệm . . 96
3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 . 96

CHƯƠNG 4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 97
4.1 GIỚI THIỆU . 98
4.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP 99
4.2.1 Mô hình toán tổng quát xác định biến động trễ gói IP 99
4.2.2 Phương pháp ước lượng phân vị của hàm phân bố trễ gói IP . 102
4.3 XÁC ĐỊNH PHÂN VỊ VÀ BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 104
4.3.1 Phương pháp xác định ước lượng phân vị và biến động trễ gói IP . . 105
4.3.2 Phân tích và đánh giá sai số 109
4.3.3 Khảo sát sai số của phương pháp theo mức phân vị . 112
4.4 XÁC ĐỊNH ƯỚC LƯỢNG BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP TẠI NÚT MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 119
4.4.1 Các yếu tố gây biến động trễ đối với gói lưu lượng ưu tiên . 120
- iii-
4.4.2 Xác định phân vị phân bố và biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải NGN . 121
4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 . 125
KẾT LUẬN . 127

MỞ ĐẦU
i) Bối cảnh, lý do lựa chọn và sự cần thiết của đề tài luận án
Trong xu thế phát triển và hội tụ công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin, mạng thế hệ mới (NGN) được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu đang bùng nổ các loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông rộng, đặc biệt là các loại hình dịch vụ trên Internet. NGN là môi trường truyền thông trong đó các thành phần chức năng được kết nối bởi hạ tầng mạng truyền tải lõi băng rộng dựa trên công nghệ mạng IP (Internet Protocol) hợp nhất theo cơ chế phân biệt dịch vụ (DiffServ). Mạng truyền tải lõi NGN là nơi tập trung lưu lượng gói tin IP (gọi tắt là gói IP) xuất phát từ các ứng dụng và thành phần mạng khác nhau. Với yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng dịch vụ cùng với mục tiêu chia sẻ tối ưu cơ sở hạ tầng mạng dùng chung, chất lượng dịch vụ (QoS) phụ thuộc rất nhiều vào hiệu năng mạng mà trong đó trễ gói IP là một trong các tiêu chí chính và quan trọng, không thể thiếu được khi xét đến mạng truyền tải NGN. Trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN là yếu tố có ý nghĩa và tính chất quyết định chất lượng dịch vụ đặc biệt là các dịch vụ tương tác thời gian thực như thoại và video qua IP (VoIP, V2IP), truyền hình qua IP (IPTV), hội nghị truyền hình, video theo yêu cầu (VoD), radio/TV qua Internet, trò chơi trực tuyến được xử lý và truyền tải qua cơ sở hạ tầng mạng chia sẻ tài nguyên chung. Trễ gói dẫn đến hiện tượng tiếng vọng, thông tin rời rạc, gián đoạn hoặc mất kết nối phiên hay cuộc gọi. Biến động trễ gói gây quá tải bộ đệm và gây mất thông tin, giật hình ảnh, âm thanh hoặc rỗng bộ đệm dẫn đến đứng hình ảnh, âm thanh. Ngoài ra, trễ gói còn tác động đến các tiêu chí hiệu năng khác như tỉ lệ tổn thất gói tin do chúng sẽ bị hủy khi trễ vượt quá ngưỡng cho phép. Vì vậy, việc xác định trễ gói IP cùng với các tham số đo hiệu năng khác trong môi trường mạng truyền tải NGN là cần thiết.
Trễ gói IP trong mạng truyền tải NGN đã và đang được các tổ chức và các nhà khoa học tập trung nghiên cứu, nhưng cho đến nay còn nhiều điểm tồn tại và còn nhiều vấn đề mở vẫn đang được tranh luận. Đây là một trong những vấn đề có tính thời sự và cấp thiết cần nghiên cứu trong giai đoạn phát triển và hoàn thiện mạng truyền tải lưu lượng băng rộng đa dịch vụ đang diễn ra sôi động trên toàn cầu.
ii) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là phương pháp xác định trễ gói IP cùng với các đặc trưng thống kê của nó.
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn cụ thể như sau:
 Trễ gói IP một chiều được xét trong phạm vi mạng truyền tải lõi NGN.
 Các đặc trưng thống kê liên quan đến trễ gói IP được xét đến bao gồm biến động trễ và phân bố trễ xét trong miền thời gian.
iii) Mục đích, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu là giải quyết các bài toán khoa học và thực tiễn như lựa chọn phương pháp đo, ước lượng và tổng hợp trễ gói IP, phân tích các đặc trưng trễ gói, so sánh hiệu năng mạng về phương diện trễ gói tin, để từ đó đánh giá mức độ hiệu quả sử dụng mạng. Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm cơ sở cho việc nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu trễ gói tin nhằm đảm bảo cam kết về chất lượng mạng và dịch vụ như lựa chọn giải pháp công nghệ, kỹ thuật điều khiển định tuyến và truyền tải lưu lượng phù hợp; thiết kế, phát triển, quy hoạch, tối ưu hóa tài nguyên nhằm cải thiện hiệu năng mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ viễn thông.
Các phương pháp tổng hợp trễ gói IP toàn trình từ trễ gói thành phần cho phép đánh giá trễ gói một cách linh hoạt và giảm thiểu chi phí liên quan đến phép đo trực tiếp. Các phương pháp ước lượng tham số phân bố giúp đơn giản hóa mô hình toán, giảm thiểu chi phí do độ phức tạp tính toán và thông tin thu thập không đầy đủ.
Các kết quả lý thuyết và thực nghiệm đạt được có ý nghĩa khoa học và thực tiễn nhất định như sau:
 Các kết quả nghiên cứu lý thuyết góp phần bổ sung, phát triển nhằm hoàn thiện phương pháp luận và cơ sở lý thuyết mô hình hóa, khoa học đo lường