Chương 1 trình bày tổng kết tình hình nghiên cứu, xác định mục tiêu, nhiệm vụ, tóm tắt nội dung nghiên cứu và các kết quả đóng góp chính của luận án.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Vấn đề xác định trễ gói IP đã và đang được các tổ chức và các nhà khoa học nghiên cứu khá rộng rãi. Các nghiên cứu có liên quan mật thiết đến đề tài luận án có thể được tổng kết một cách hệ thống theo hai hướng chính như sau: Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP. Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP.1 Hướng nghiên cứu về phương pháp đo và quan trắc trễ gói IP Có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến phương pháp hoặc quan trắc để xác định trễ gói IP trong môi trường mạng Internet truyền thống [42], [43], [46], [58], [61], [67], [68], [76], [87]. Đa số phép đo dựa trên thông tin mào đầu của gói tin hay gói dò được hỗ trợ bởi các giao thức như ICMP, TCP, UDP [42], [43], [67].
Ứng dụng kinh điển, phổ biến và đơn giản là thủ tục ping và traceroute được hỗ trợ bởi hầu hết các hệ điều hành. Tuy nhiên, các nhà quản lý có xu hướng áp đặt chính sách chặn, khống chế tốc độ hoặc thiết lập mức độ ưu tiên xử lý thấp đối với loại gói tin này để đảm bảo an toàn và tránh quá tải mạng. Hơn nữa, các ứng dụng này chỉ đo được trễ khứ hồi toàn trình. Vì vậy, thông tin mà gói ICMP mang lại thường không phản ánh đúng trễ gói qua mạng.
Gói dò UDP hỗ trợ việc xác định trễ gói một chiều và thích hợp đối với lưu lượng thời gian thực. Gói dò này có ưu điểm là đơn giản, kích thước bé nhưng nhược điểm là không đảm bảo tin cậy. Gói dò TCP có thể sử dụng để xác định trễ gói một chiều (gói SYN) hoặc khứ hồi (cặp gói SYN -7- và SYN-ACK). Việc tạo các gói dò này khá đơn giản, tuy nhiên trễ xử lý bởi giao thức TCP lớn tại đầu cuối nên không sử dụng được để xác định trễ gói.
Nhược điểm khác là chuỗi các gói dò có thể bị hủy bởi các máy chủ vì chúng có thể bị xem như là gói tấn công mạng. Một số công cụ hỗ trợ thu thập định kỳ các số liệu thống kê tình trạng truyền gói và lưu vào cơ sở dữ liệu quản lý (MIB) của thiết bị, sau đó được truy xuất về hệ thống trung tâm qua giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP) hoặc giao thức điều khiển luồng lưu lượng (SCTP) như ứng dụng Netflow của Cisco, Jflow của Juniper, NetStream của 3Com/H3C và Huawei, Cflow của Alcatel- Lucent [25], [29]. Ngoài việc tận dụng các giao thức sẵn có, một số các giao thức chuẩn hóa đã được xây dựng riêng cho mục đích xác định trễ gói như OWAMP (One-way Active Measurement Protocol) và TWAMP (Two-way Active Measurement Protocol) của IETF [37], [77]. Điểm hạn chế của OWAMP và TWAMP là chiếm dụng nhiều tài nguyên mạng như băng thông, dung lượng nhớ và tải xử lý [77].
Ngoài ra, các giao thức này được thiết kế cho mạng truyền tải IP thuần túy mà chưa xét đến các yếu tố của mạng truyền tải NGN. Phương pháp đo xác định trễ gói IP được các tổ chức nghiên cứu ITU-T và IETF đề cập đến ([4], [31], [43], [44], [45], [51], [68]). Phương pháp luận và khung tham chiếu chung cho việc xác định trễ gói IP được đề cập đến trong các nghiên cứu [43], [44], [68]. Phương pháp đo xác định trễ gói IP trong NGN cũng được đề cập trong nghiên cứu [51] nhưng cũng chỉ dừng lại ở khung lý thuyết tổng quát.
Các nghiên cứu khác phát triển vấn đề sâu hơn cũng chỉ tập trung vào mạng IP và Internet truyền thống nhưng chưa đưa ra các mô hình đo cụ thể phù hợp với các đặc trưng của từng miền mạng đặc thù nói riêng, đặc biệt là mạng truyền tải lõi. Mặt khác, yêu cầu đặt ra đối với môi trường truyền tải NGN là khả năng phân biệt trễ gói IP theo các thành phần phân lớp lưu lượng dịch vụ khác nhau cũng chưa được đề cập đầy đủ và giải quyết trọn vẹn. Tóm lại, tuy đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp đo xác định trễ gói IP nói chung, nhưng vấn đề trễ gói IP vẫn còn đang là hướng mở cần được -8- tiếp tục nghiên cứu đặc biệt là phương pháp thực nghiệm đo xác định trễ gói IP trong NGN. Đặc trưng trễ gói IP qua mạng có thể được xác định dựa trên phép đo trực tiếp trễ toàn trình [10], [27], [38], [43], [67], [70], [72].
Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều trường hợp không thể đo xác định trực tiếp trên lộ trình truyền tải qua nhiều miền mạng thuộc các nhà cung cấp mạng với các chính sách quản trị khác nhau hoặc trường hợp gói tin được định tuyến động qua nhiều phân đoạn mạng khác nhau. Khi đó, cần vận dụng phương pháp ước lượng tham số và tổng hợp hàm phân bố từ kết quả đo trễ từng phần để xác định trễ toàn trình một cách linh hoạt và giảm thiểu chi phí liên quan đến phép đo và tác động đến lưu lượng đang khai thác. Vấn đề này sẽ được giải quyết theo hướng nghiên cứu thứ hai tiếp theo sau đây.2 Hướng nghiên cứu về phương pháp mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP Đối với hướng nghiên cứu mô hình hóa các đặc trưng của trễ gói IP, có thể phân biệt các nhóm vấn đề cụ thể như sau: xác định các đại lượng và tham số phân bố trễ gói, phương pháp và mô hình toán ước lượng tham số và tổng hợp hàm phân bố, phương pháp đánh giá sự phù hợp hay sai số của mô hình phân bố trễ gói IP. Các vấn đề cơ bản liên quan đến nguyên tắc xác định các đại lượng trễ gói IP được đề cập đến trong các nghiên cứu [4], [5], [31], [44], [45], [47], [68].
Trong trường hợp số đo thống kê thu thập được không đầy đủ thì có thể vận dụng phương pháp ước lượng [1] để xác định các đại lượng đặc trưng. Tuy nhiên, độ tin cậy và độ chính xác không chỉ phụ thuộc vào mẫu dữ liệu mà còn phụ thuộc vào phương pháp tính toán ước lượng. Các nghiên cứu [25], [26] cho thấy rằng trễ gói IP qua mạng có thể phân tích thành các thành phần xác định và ngẫu nhiên. Thành phần trễ gói IP qua các kết nối hay môi trường lan truyền vật lý thông thường là đại lượng xác định phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách và thuộc tính của kênh truyền thông tin.
Trong khi đó, trễ gói -9- IP qua các nút mạng là một đại lượng ngẫu nhiên phụ thuộc vào tiến trình xử lý, dung lượng kết nối và tình trạng lưu lượng. Phân bố xác suất trong miền thời gian của trễ gói IP trong một số điều kiện nhất định có thể biểu diễn gần đúng bởi các hàm toán học tường minh. Các nghiên cứu về trễ gói IP trong các phần tử mạng như bộ định tuyến (router) [27], [28], [65] cho thấy chúng có đặc trưng phân bố đáng kể ở phần đuôi (heavy- tailed), có thể được mô hình hóa gần đúng bởi phân bố đơn hay hỗn hợp của phân bố kép. Thành phần trễ của tiến trình xử lý có thể được mô hình hóa bởi phân bố chuẩn tắc đối với một router hay chuẩn tắc lệch đối với một chuỗi các router.
Thành phần trễ trong hàng đợi có thể được mô hình hóa bởi hỗn hợp của phân bố Gauss ở phần thân và phân bố Weibull ở phần đuôi. Thành phần trễ phục vụ có thể được mô hình hóa bởi phân bố Pareto tổng quát. Trễ gói một chiều qua cả router đối với một luồng gói cũng có thể được mô hình hóa bởi phân bố Pareto tổng quát và đối với nhiều luồng gói có thể được mô hình hóa bởi cặp phân bố Pareto tổng quát ứng với phần thân và phần đuôi. Nghiên cứu trễ gói IP đối với lưu lượng Internet [40] cũng cho thấy thành phần trễ xử lý trong router có thể biểu diễn một cách gần đúng bởi tổng các phân bố đối xứng chuẩn tắc.
Kết quả tổng kết các nghiên cứu về trễ gói IP một chiều giữa các thiết bị đầu cuối qua đường truyền cố định trong mạng Internet cho thấy phân bố trễ gói IP trong mạng có một trong các dạng như sau: Phần lớn trễ gói IP có phân bố tựa gamma với phần đuôi tuân theo luật phân mũ (subexponential) [20], [24], [64]. Một số trường hợp có phân bố tựa gamma với đuôi dao động theo hàm Gauss hoặc xung tam giác [20], phân bố tựa gamma kép [20], phân bố Pareto [65], phân bố Lognormal [38], Một vài trường hợp có phân bố mũ hay Weibull nhưng độ chính xác rất kém [40]. -10- Một số ít trường hợp có phân bố với đỉnh ngẫu nhiên hay tựa nhiễu trắng [20] hoặc có thể biểu diễn gần đúng bởi phân bố đều. Kết quả nghiên cứu trễ gói khứ hồi trên một số phân đoạn mạng Internet [64] cho thấy trễ gói IP có phân bố tựa gamma khi phạm vi thời gian quan sát lưu lượng là hàng giờ.
Dạng phân bố còn thay đổi phụ thuộc vào tốc độ đường truyền, điển hình như phân bố gamma khi tốc độ thấp và phân bố Pareto khi tốc độ tăng cao [38]. Giá trị các tham số phân bố của trễ gói IP qua mạng phụ thuộc vào tải lưu lượng, dung lượng và năng lực xử lý của phân đoạn mạng, đường truyền hoặc nút mạng, phạm vi mạng vùng hay mạng lõi và thời gian trong ngày [26]. Tuy nhiên nhìn chung, các bài toán xác định phân bố trễ gói IP vẫn còn rời rạc, nhiều mô hình khác nhau được đưa ra để tranh luận, chưa có sự thống nhất hoàn toàn, mô hình toán chưa được phân tích và tổng kết một cách có hệ thống cũng như chưa có kết quả công bố chính thức về phân bố trễ gói trong môi trường mạng truyền tải NGN. Phương pháp tổng hợp hàm phân bố trễ gói IP có thể áp dụng đối với các trường hợp tham số phân bố trễ gói IP thành phần có thể mô hình hóa được bởi các hàm toán học đơn giản.
Trong khi đó, đối với trường hợp mô hình toán phức tạp, cần vận dụng các phương pháp ánh xạ hàm, phân tích số và biến đổi gần đúng. Ngược lại, nếu không thể mô hình hóa tham số phân bố bởi hàm toán học tường minh hoặc liên tục thì thông thường phải vận dụng phương pháp biểu diễn và tổng hợp hàm phân bố trên cơ sở mẫu dữ liệu đo thực nghiệm trễ gói IP.
