Chương 1: Kiểm soát tắc nghẽn trong mạng TCP/IP dựa trên quản lý hàng đợi tích cực tại nút mạng - Phần đầu chương sẽ trình bày quá trình kiểm soát tắc nghẽn của TCP và các biến thể của nó trên mạng TCP/IP. Từ đó, làm rõ tầm quan trọng của cơ chế quản lý hàng đợi tích cực trong vấn đề kiểm soát tắc nghẽn trên mạng TCP/IP. Phần tiếp theo của chương sẽ cập nhật, phân tích, đánh giá và phân lớp ứng dụng một số cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tiêu biểu, và áp dụng điều khiển mờ để cải tiến các cơ chế này. Qua đó, luận án đưa ra những vấn đề còn tồn tại trong các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực hiện có và đề xuất ý tưởng xây dựng mô hình điều khiển mờ thích nghi cho bài toán cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tại nút mạng ở phần cuối của chương.
Chương 2: Cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực dựa trên điều khiển mờ thích nghi - Phần đầu chương trình bày cơ sở toán học của logic mờ, tiếp theo của chương là phần khảo sát đánh giá các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực có dùng điều khiển mờ hiện có. Từ đó, luận án xây dựng mô hình điều khiển mờ thích nghi AFC để khắc phục các hạn chế trong các kết quả trước đây. Dựa trên mô hình lý thuyết, luận án triển khai xây dựng và cài đặt mô phỏng các cơ chế cải tiến FLRED và FLREM. Trong đó, cơ chế FLRED là cải tiến của cơ chế RED, cơ chế FLREM là cải tiến của cơ chế REM.
Phần tiếp theo của chương là phần đánh giá mô phỏng của các cơ chế đề xuất so với các cơ chế hiện có. Phần cuối của chương là kết luận ý nghĩa của điều khiển mờ thích nghi AFC trong cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực, đồng thời chỉ ra những hạn chế của AFC và đề ra nhu cầu sử dụng mạng nơ-ron để điều chỉnh các tham số trong bộ điều khiển mờ thích nghi AFC. 6 Chương 3: Tích hợp lập luận mờ với mạng nơ-ron nâng cao hiệu năng quản lý hàng đợi tích cực - Phần đầu của chương trình bày cơ sở toán học của mạng nơ- ron. Từ đó, luận án xây dựng mô hình mạng nơ-ron mờ FNN bằng cách tích hợp điều khiển mờ với mạng nơ-ron để cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực.
Trong quá trình huấn luyện mạng, để có kết quả học tốt, luận án đề xuất sử dụng thuật toán lan truyền ngược cải tiến IBP (Improved Back Propagation). Dựa trên mô hình lý thuyết, luận án xây dựng các cơ chế cải tiến FNNRED, FNNREM. Trong đó, cơ chế FNNRED là cải tiến của cơ chế FLRED và cơ chế FNNREM là cải tiến của cơ chế FLREM. Phần tiếp theo là phần mô phỏng và đánh giá các cơ chế đề xuất so với các cơ chế dùng điều khiển mờ thích nghi AFC và các cơ chế dùng điều khiển mờ.
Phần cuối của chương khẳng định vai trò điều khiển nơ-ron mờ FNN để nâng cao hiệu năng quản lý hàng đợi tích cực. Cuối cùng là phần kết luận, tóm tắt các đề xuất mới của tác giả để thực hiện các mục tiêu của luận án. Đồng thời, tác giả đưa ra dự kiến các lĩnh vực nghiên cứu và kết quả trong tương lai. Đóng góp của luận án Với sự mở rộng kết nối các loại mạng, hướng dịch vụ toàn cầu, ở mọi nơi, mọi thời điểm, trên mọi thiết bị đã làm cho mạng TCP/IP phải đối mặt với bùng nổ lưu lượng truyền thông trên nó.
Vì vậy, để nâng cao hiệu quả kiểm soát tắc nghẽn trên TCP/IP thì việc nghiên cứu cải tiến cơ chế điều khiển mà cụ thể là cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích tại các nút mạng là điều rất cần thiết và cấp bách. Để làm được điều này, luận án đi từ việc tổng hợp, nghiên cứu, phân tích, đánh giá và phân lớp ứng dụng các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực điển hình. Từ đó, tác giả chỉ ra một số tồn tại trong các cơ chế, và chọn các kỹ thuật tính toán mềm để giải quyết. Trong quá trình nghiên cứu và mô phỏng, tác giả nhận thấy rằng điều khiển mờ đã thể hiện tri thức và kinh nghiệm của con người, điều này làm cho hệ thống điều khiển thỏa mãn tốt về mặt định tính, nhưng chưa thỏa mãn tốt về mặt định lượng.
Do vậy, tác giả đã xây dựng hệ điều khiển mờ thích nghi AFC để các cơ chế hoạt động thích nghi và hiệu quả hơn. Do tính phi tuyến và động học của mạng luôn thay đổi nên các tham số bên trong bộ điều khiển mờ thích nghi AFC cần phải thay đổi phù 7 hợp với hình trạng động của mạng. Do đó, luận án tiếp tục xây dựng bộ điều khiển nơ-ron mờ FNN và dùng nó huấn luyện bộ điều khiển mờ AFC để tìm các giá trị tham số tối ưu cho bộ điều khiển mờ theo các trạng thái khác nhau của mạng. Từ các kết quả nghiên cứu về lý thuyết và chứng minh thông qua mô phỏng, luận án đã có một số đóng góp cụ thể như sau: Phân lớp ứng dụng cho các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực hiện có, và dùng kỹ thuật ECN để cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực, kết quả này đã được công bố trong công trình [CT1][CT2].
Sử dụng kỹ thuật điều khiển mờ để cải tiến các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực, kết quả được công bố trong các công trình [CT3][CT5][CT6]. Xây dựng mô hình điều khiển mờ thích nghi AFC để cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tại nút mạng, kết quả đã được công bố trong công trình [CT8]. Xây dựng mô hình mạng nơ-ron mờ FNN để nâng cao hiệu năng của các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tại nút mạng, các kết quả đã được công bố trong công trình [CT4][CT7]. Từ các kết quả đạt được ở trên, luận án cho thấy vai trò của cải tiến cơ chế quản lý hàng đợi tại nút mạng và tiềm năng của việc áp dụng các kỹ thuật tính toán mềm để giải quyết những bài toán lớn trong mạng TCP/IP.
KIỂM SOÁT TẮC NGHẼN TRONG MẠNG TCP/IP DỰA TRÊN QUẢN LÝ HÀNG ĐỢI TÍCH CỰC TẠI NÚT MẠNG Phần đầu chương sẽ trình bày quá trình kiểm soát tắc nghẽn trong mạng TCP/IP. Qua đó, luận án làm rõ vai trò cần thiết của cơ chế quản lý hàng đợi tích cực trong việc kiểm soát tắc nghẽn. Phần tiếp theo của chương sẽ phân lớp, phân tích và đánh giá các công trình nghiên cứu có liên quan. Trên cơ sở phân tích các ưu điểm và nhược điểm của các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực hiện có, luận án đưa ra một số vấn đề còn tồn tại trong các cơ chế quản lý hàng đợi hiện nay.
Phần cuối chương, một hướng tiếp cận sử dụng điều khiển mờ thích nghi để cải tiến các cơ chế quản lý hàng đợi tích cực tại nút mạng. Kiểm soát tắc nghẽn trong mạng TCP/IP Xu hướng hội tụ của các mạng khác nhau trên nền TCP/IP và sự bùng nổ số lượng kết nối, cũng như các lớp ứng dụng đã làm truyền thông trên mạng TCP/IP trở nên phức tạp.1 trình bày mô hình kết nối các mạng PSTN, GSM, 3G, SS7, WLAN, UMTS và Internet trên nền tảng TCP/IP [1][10]. Để đảm bảo hệ thống ổn định và cung cấp tốt chất lượng dịch vụ mạng cho người dùng, kiểm soát tắc nghẽn trên mạng TCP/IP là một vấn đề rất quan trọng và cần thiết. SS7 signalling Server farm, broadcast Gateways, PSTN, CS core proxies MSC Firewall, IP based GGSN, SGSN core gateway GSM BSC SGSN Internet Private Private WLAN RNC WLAN UMTS Public WLAN Hình 1.
Mô hình hội tụ các mạng trên nền tảng TCP/IP 9 1. Mô hình hoạt động của TCP/IP Để đảm bảo việc truyền thông tin trên mạng TCP/IP được tin cậy và an toàn, mô hình hoạt động của mạng TCP/IP dựa trên mô hình truyền thông và mô hình toán học của nó. Mô hình truyền thông trong mạng TCP/IP Trong mạng TCP/IP, thông tin muốn gửi đi được chia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ gọi là gói tin (Packet).2 trình bày qui trình truyền gói tin từ máy gửi đến máy nhận [1][33]. Trước khi gửi gói tin đi, máy gửi gắn vào gói tin các thông tin điều khiển khi nó qua các tầng: ứng dụng (Application), giao vận (Transport), liên mạng (Network), liên kết dữ liệu (Data Link) và vật lý (Physical).
Sau khi gói tin được gửi đến máy nhận, máy nhận thực hiện gỡ các thông tin điều khiển trong gói tin khi gói tin lần lượt qua các tầng: vật lý, liên kết dữ liệu, liên mạng, giao vận và ứng dụng. Cuối cùng, máy nhận tổng hợp các gói dữ liệu để có được toàn bộ thông tin như máy gửi đã gửi [33]. Máy gửi Máy nhận Application Application Presentation Application Presentation Layer Upper-Layer Data Session Session Upper-Layer Data Transport Transport Transport TCP Header Upper-Layer Data Layer Upper-Layer Data TCP Header Network Network Network IP Header Data Layer Data IP Header Data-Link Data-Link Data-Link LCC Header Data Layer Data LCC Header Physical Physical Physical MAC Header Data Layer Data MAC Hea der MÔI TRƯỜNG TRUYỀN THÔNG Hình 1. Mô hình truyền thông trong mạng TCP/IP.
Dòng dữ liệu di chuyển từ tầng ứng dụng gửi xuống tầng giao vận, nếu dịch vụ cần truyền là dữ liệu tin cậy thì giao thức TCP được sử dụng. Tại đây, các gói tin được gắn thêm các thông tin điều khiển của giao thức TCP (TCP Header) được trình bày trong Hình 1. Trong đó, các thông tin điều khiển của TCP gồm có: cổng 10 máy gửi (Source Port), cổng máy nhận (Destination Port), số thứ tự gói tin (Sequence Number), thứ tự gói tiếp theo máy nhận cần (Acknowledment Number), kích thước cửa sổ gửi (Window size), kích thước phần đầu của gói tin (Offset), các cờ điều khiển (Flags), kiểm tra lỗi (Checksum) trong quá trình truyền thông. Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number Offset Reserved Flags Window size Checksum Urgent Pointer Options Padding Hình 1.
Khuôn dạng dữ liệu của TCP Header Khi gói tin được chuyển xuống tầng liên mạng, thông tin điều khiển của giao thức IP (IP Header) được gắn vào gói tin.4 trình bày khung dạng dữ liệu của IP Header [3], trong đó có các thông tin: phiên bản (Version), chiều dài phần đầu của gói tin (Header length), loại dịch vụ (ToS: Type of Service), tổng chiều dài của gói tin (Total length of Datagram), thời gian tồn tại gói tin (Time to live), giao thức ở tầng kế tiếp (Protocol), địa chỉ máy gửi (Source Address) và địa chỉ máy nhận (Destination Address) để định tuyến và chuyển gói tin đến đúng máy nhận.
