Tài liệu Nghiên cứu phương pháp xác định trễ gói ip trong mạng truyền tải thế hệ mới [tt]

-0- 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: 62.52.70.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2014 -1- DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU CDF TÊN ĐẦY ĐỦ Cumulated GIẢI THÍCH Distribution Hàm phân bố xác suất Function tích lũy IPTD IP Packet Transport Delay Trễ truyền tải gói IP IPDV IP Packet Delay Variation Biến động trễ gói IP MLE Maximum Likelihood Ước lượng khả năng Estimation cực đại (giống nhất) NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới PDF Probability Density Function Hàm mật độ xác suất Ghi chú: Các cụm từ “mục” đề cập ở bản tóm tắt hàm ý các chỉ số mục ở bản luận án đầy đủ. -2- 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 truyền thông thế hệ mới (NGN) được hình thành nhằm đáp ứng nhu cầu bùng nổ của các loại hình dịch vụ đa phương tiện, đặc biệt là các loại hình dịch vụ trên Internet. 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. 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. 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 như sau:  Trễ gói IP một chiều xét trong phạm vi mạng truyền tải lõi NGN.  Các đặc trưng thống kê liên quan trễ gói IP được xét đến gồm biến động trễ và phân bố trễ xét trong miền thời gian. iii) Mục đích, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 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, từ đó đánh giá mức độ hiệu quả sử dụng mạng. 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. -3- iv) Bố cục luận án CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN: Trình bày tổng quan về vấn đề nghiên cứu bao gồm tổng kết, hệ thống hóa, phân tích, đánh giá tình hình và các công trình nghiên cứu có liên quan. Trên cơ sở đó, mục tiêu, nhiệm vụ, nội dung và phương pháp nghiên cứu được xác định. Cuối cùng là tóm tắt các kết quả đóng góp chính của luận án. CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Trình bày cơ sở lý luận và lý thuyết nền tảng liên quan đến vấn đề nghiên cứu như mạng truyền tải NGN (mục 2.2) và IPTD (mục 2.3), tổng kết một cách hệ thống các phương pháp và mô hình xác định số đo IPTD qua mạng truyền tải NGN bằng toán học (mục 2.4) và thực nghiệm (mục 2.5). CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Trình bày phương pháp ước lượng tham số (mục 3.2) và phương pháp tổng hợp hàm để xác định phân bố IPTD qua mạng truyền tải NGN (mục 3.3). Cơ sở lý thuyết cho phương pháp ước lượng tham số bao gồm mô hình phân bố xác suất (mục 3.2.1.1), lý thuyết ước lượng tham số phân bố (mục 3.2.1.2), phương pháp luận thống kê kiểm tra sự phù hợp của mô hình và đánh giá mức độ sai số của mô hình (mục 3.2.1.3). Trên cơ sở đó, các mô hình toán ước lượng tham số cho các phân bố điển hình có liên quan được thiết lập (mục 3.2.2). Các phương pháp ước lượng tham số theo mô-men và theo hàm khả năng cực đại (MLE) được phân tích, so sánh và mô phỏng đối với các phân bố điển hình để lựa chọn phương pháp thích hợp (mục 3.2.2.4). Tiếp theo, mô hình mạng và các điều kiện thực nghiệm để xác định số đo IPTD cho toàn bộ nghiên cứu được đề xuất (mục 3.2.3). Từ đó, -4- mô hình phân bố IPTD đối với lưu lượng Internet trên các phân đoạn mạng truyền tải lõi NGN được nghiên cứu để lựa chọn từ các mô hình cạnh tranh giả thuyết trên cơ sở phân tích các số đo thống kê thực nghiệm theo phương pháp ước lượng tham số, đánh giá sai số và lựa chọn mô hình (mục 3.2.4). Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận tổng hợp hàm phân bố và các đặc trưng thống kê của biến ngẫu nhiên tổng được giới thiệu (mục 3.3.1). Trên cơ sở đó, các mô hình toán phân bố trễ gói IP mang lưu lượng Internet qua liên mạng truyền tải NGN được tổng hợp từ các phân bố IPTD thành phần (các mục 3.3.2, 3.3.3, 3.3.4 và 3.3.5). Từ đó, các quan hệ tham số và quy luật phụ thuộc của tham số và mô-men phân bố IPTD toàn trình vào các tham số phân bố IPTD thành phần cũng được phân tích và đánh giá. CHƯƠNG 4 – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN: Trình bày phương pháp xác định IPDV qua liên mạng truyền tải NGN trên cơ sở phương pháp ước lượng phân vị phân bố IPTD. Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận bao gồm mô hình toán xác định IPDV (mục 4.2.1) và phương pháp ánh xạ hàm phân bố về dạng chuẩn tắc (mục 4.2.2) được vận dụng vào hai bài toán điển hình sau: (1) Bài toán xác định IPDV toàn trình từ các mô-men phân bố IPTD trên các phân đoạn mạng thành phần, áp dụng đối với trường hợp lưu lượng đa dịch vụ truyền tải qua mạng lõi NGN (mục 4.3). Bài toán được giải quyết dựa trên phép ánh xạ hàm phân bố gần đúng và phép tích chập phân bố thực nghiệm để xác định mức phân vị của phân bố IPTD. Sai số có được từ hai phương pháp được phân tích, so sánh và khảo sát theo sự biến thiên của mức phân vị làm cơ sở cho -5- việc lựa chọn mức phân vị phù hợp áp dụng để xác định IPDV đối với lưu lượng đa dịch vụ truyền tải qua mạng lõi NGN. (2) Bài toán xác định biến động IPTD qua nút mạng truyền tải NGN có chính sách xử lý phân biệt dịch vụ đối với lưu lượng đa dịch vụ (mục 4.4) được giải quyết dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố và tiến trình xử lý phân biệt dịch vụ và phương pháp ánh xạ hàm phân bố trong trường hợp phân bố thông thường và hai trường hợp phân bố giới hạn ở các biên. CHƯƠNG 1 1.1 TỔNG QUAN PHÁT BIỂU BÀI TOÁN (Mục 1.3 trong luận án) Bài toán đặt ra cần giải quyết là xác định các phương pháp và mô hình toán biểu diễn IPTD, phân bố IPTD, IPDV và các đại lượng đặc trưng thống kê liên quan, mối tương quan giữa trễ toàn trình với trễ trên các thành phần của mạng truyền tải lõi NGN, đồng thời kiểm nghiệm kết quả bằng cách đánh giá sai số giữa mô hình lý thuyết và mô hình thực nghiệm có được từ dữ liệu đo ở mạng thực tế. Bài toán được xét đến với điều kiện giả thuyết mạng truyền tải lõi NGN có cấu hình đã được xác lập trước theo mô hình được khuyến nghị bởi ITU-T Y.2012, được sử dụng để truyền tải lưu lượng đa loại hình dịch vụ truyền thông trong điều kiện hoạt động bình thường với các điều kiện mạng cụ thể được xác định ở mục 3.2.3, sai số gây ra bởi phương tiện hỗ trợ đo thống kê IPTD không đáng kể. -6- 1.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU (Mục 1.4) Mục tiêu nghiên cứu là thiết lập các phương pháp và mô hình toán xác định IPTD cùng với các đặc trưng phân bố IPTD và IPDV trong mạng truyền tải lõi NGN. Các nhiệm vụ nghiên cứu chính bao gồm:  Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, phương pháp luận, mô hình thực mạng thực tế và các điều kiện thực nghiệm liên quan đến việc xác định số đo thống kê IPTD qua mạng truyền tải NGN  Nghiên cứu phương pháp xác định mô hình toán ước lượng tham số phân bố IPTD qua mạng truyền tải lõi NGN từ dữ liệu thống kê thực nghiệm, so sánh và đánh giá sai số giữa mô hình lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn mô hình phù hợp từ các mô hình giả thuyết.  Nghiên cứu phương pháp thiết lập mô hình toán tổng hợp hàm phân bố IPTD qua liên mạng truyền tải NGN từ các tham số phân bố trễ thành phần, xác định quan hệ và quy luật phụ thuộc của tham số và mô-men phân bố toàn trình vào các tham số IPTD thành phần.  Nghiên cứu phương pháp và mô hình toán ước lượng IPDV toàn trình từ các mô-men phân bố IPTD thành phần, đánh giá sai số để lựa chọn mức phân vị của CDF thực nghiệm đối với IPTD toàn trình qua liên mạng lõi NGN; thiết lập mô hình toán xác định IPDV qua nút mạng truyền tải NGN đa dịch vụ. 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU (Mục 1.6) Phương pháp chủ yếu và xuyên suốt trong luận án là phân tích toán học, mô phỏng bằng mô phỏng MATHLAB và tiến hành thực nghiệm để kiểm nghiệm giả thuyết. -7- 1.4 KẾT QUẢ ĐÓNG GÓP (Mục 1.7)  Đề xuất lựa chọn mô hình và đưa ra công thức ước lượng tham số phân bố gamma chuyển dịch và Pareto tổng quát để xác định phân bố trễ gói IP truyền tải lưu lượng Internet qua mạng lõi NGN với độ chính xác cho phép của phân bố ước lượng so với thực nghiệm (mục 3.2);  Thiết lập mới các mô hình toán xác định phân bố trễ gói IP toàn trình tổng hợp từ các trễ gói IP thành phần có phân bố gamma chuyển dịch, Pareto tổng quát và hỗn hợp Pareto tổng quát với phân bố đều; từ đó biểu diễn được quan hệ và quy luật phụ thuộc của các tham số và mô-men phân bố trễ gói IP toàn trình theo các tham số phân bố trễ gói IP thành phần đối với lưu lượng Internet truyền tải qua mạng lõi NGN (mục 3.3);  Xây dựng các thủ tục xác định và đánh giá sai số ước lượng biến động trễ gói IP toàn trình từ số đo trễ gói IP thành phần, từ đó chọn được dải phân vị phù hợp để ước lượng biến động trễ gói IP đối với lưu lượng đa dịch vụ qua mạng lõi NGN trên cơ sở phát hiện mới về sự phụ thuộc của sai số ước lượng biến động trễ gói toàn trình vào độ lệch phân bố và mức phân vị (mục 4.3); thiết lập được mô hình toán biểu diễn biến động trễ gói IP qua nút mạng truyền tải lõi NGN có cơ chế xử lý phân biệt dịch vụ (mục 4.4). -8- CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 2.1 NGN VÀ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN (Mục 2.2) Khác với mạng truyền dữ liệu truyền thống, NGN có kiến trúc phân lớp và nhiều giao thức mới liên quan để cung cấp đa loại hình dịch vụ bao gồm cả thoại, video, dữ liệu và các dịch vụ gia tăng ký sinh khác và được sử dụng trong mạng NGN. Do vậy các đặc trưng trễ gói IP ắt hẳn có sự thay đổi so với mạng truyền thống trước đó. Với kiến trúc phân tầng và phân miền trong NGN, IPTD được hình thành và tích lũy từ các phần tử mạng xử lý lưu lượng đa loại hình dịch vụ và các kết nối truyền tải IP/MPLS có băng thông rộng, tốc độ cao. Việc tích hợp IP với chuyển mạch nhãn đa giao thức tốc độ cao có thể làm thay đổi tính chất của IPTD trong mạng lõi NGN. 2.2 MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỐ ĐO TRỄ GÓI IP (Mục 2.4 và 2.5) IPTD có thể được xác định thông qua mô hình toán như sau: (2.1) với N là số nút mạng gói đi qua, Ts là thời điểm bit đầu tiên của gói xuất hiện trong hàng đợi của nút mạng phát, Tr là thời điểm bit cuối cùng của gói đến hàng đợi của nút mạng thu, Dprop là trễ lan truyền qua môi trường truyền tải, Dq là trễ hàng đợi phụ thuộc vào lưu lượng và là đại lượng ngẫu nhiên, Dtr=L/s là trễ phát gói với s là tốc độ đường truyền ngõ ra, L là kích thước gói, Dproc= Dh+Dp là trễ xử -9- lý gói IP với Dh, Dp tương ứng là trễ xử lý phần mào đầu và chuyển tiếp phần tải tin. Phương pháp tích cực sử dụng gói dò có cấu trúc xác định với nhãn thời gian, số trình tự được chèn vào luồng lưu lượng truyền tải qua mạng giữa các điểm đo và phương pháp thụ động dựa trên việc giám sát để chọn gói mang lưu lượng trực tiếp từ các phần tử mạng hoặc các tác tử (agent) tại các điểm đo qua giao thức SNMP có thể được vận dụng kết hợp để xác định số đo IPTD. CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA MẠNG TRUYỀN TẢI NGN 3.1 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ IPTD QUA MẠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ (Mục 3.2) Nội dung nghiên cứu giải quyết bài toán gồm các bước: xác định các họ phân bố giả thuyết cạnh tranh sau khi loại trừ các họ phân bố không phù hợp trên cơ sở các phân tích định tính và định lượng sơ bộ phân bố thực nghiệm của trễ gói IP mang lưu lượng Internet truyền tải qua mạng lõi NGN, ước lượng các tham số phân bố giả thuyết, so sánh và đánh giá sự phù hợp và sai số giữa mô hình phân bố lý thuyết và thực nghiệm để lựa chọn mô hình tối ưu. 3.1.1.1 i) Phương pháp ước lượng tham số phân bố Phương pháp cân bằng mô-men Phương pháp cân bằng mô-men dựa trên cơ sở cân bằng mô-men phân bố mẫu đo thực nghiệm với mô-men phân bố theo lý thuyết: -10- ii) Phương pháp MLE Giả sử d là biến ngẫu nhiên có CDF là F(d,θ) và PDF là f(d,θ) với θ={θ1,2,…, θP} là tập tham số phân bố, d={d1, d2…,dN} là tập mẫu quan sát được. Hàm L(θ | d) được định nghĩa là hàm khả năng có được giá trị θ khi biết trước giá trị d hay gọi tắt là hàm khả năng. Nguyên tắc của phương pháp MLE là xác định nghiệm Θ để hàm khả năng L(θ | d) đạt cực đại theo đối số : (3.15) Phương pháp được giải quyết trên cơ sở giả thiết các tập mẫu có phân bố độc lập với nhau với hàm khả năng như sau: (3.16)    (3.17) Có thể nhận thấy điều kiện cực đại của L(θ | d) cũng chính là điều kiện cực đại của và được xác định bởi hệ phương trình:  3.1.1.2 (3.18) Phương pháp lựa chọn và đánh giá sai số mô hình Các mô hình phân bố cạnh tranh được so sánh để lựa chọn mô hình phù hợp nhất thông qua việc đánh sai số của mô hình lý thuyết so với phân bố thực nghiệm theo các phương pháp sau: i) Phân tích các đặc trưng phân bố thực nghiệm Mô hình phân bố IPTD giả thuyết được lựa chọn sơ bộ dựa trên việc khảo sát tập mẫu thống kê thu thập được theo các tiêu chí như: -11- - Xác định các tham số thống kê cơ bản như: giá trị nhỏ nhất, giá trị lớn nhất, kỳ vọng, phương sai hay các mô-men bậc thấp. - Phân tích đồ thị phân bố trễ để xác định các thuộc tính tiềm ẩn như tỉ lệ phân bố giữa thân và đuôi, tính đối xứng. ii) Loại bỏ mô hình phân bố không phù hợp Phương pháp này dựa trên việc kiểm tra số liệu thống kê theo phân bố thực nghiệm so với số liệu tính toán từ phân bố giả thuyết để loại trừ các mô hình không phù hợp theo với các tiêu chí: - Độ lệch giữa mẫu thực nghiệm so với mô hình giả thuyết không chấp nhận được - Hệ số của mô hình phân bố không thể ước lượng được với độ bất định cho phép - Không phù hợp quy luật biến thiên của dữ liệu và không thể tiên đoán được các mẫu với độ tin cậy nhất định iii) Chọn mô hình phân bố tối ưu Phương pháp chọn phân bố tối ưu dựa trên lý thuyết biến đổi tích phân xác suất được sử dụng để lựa chọn phân bố có sai số bé nhất còn lại sau khi loại trừ các phân bố không phù hợp: Nếu biến ngẫu nhiên X có CDF là hàm liên tục FX(x) thì Y= FX(X) là biến ngẫu nhiên có phân bố đồng nhất Error! Reference source not found.trong [0, 1]. Vì vậy, có thể quy việc kiểm tra tập giá trị quan sát D={d1,d2,…dM} theo mô hình phân bố FD(d,) về phép kiểm tra tập giá trị Y={FD(d1,), FD(d2,),… FD(dM,)} có phù hợp với mô hình phân bố đồng nhất hay không:  Bước 1: Thu thập mẫu dữ liệu thống kê: d1< d2< … < dM -12-  Bước 2: Thực hiện phép ánh xạ {di}i[1,M]{Yi=FX(di,)} i [1,M] trong đó  là tập tham số ước lượng và FD(d,) là CDF giả thuyết đối với tập mẫu D. Yi được mong đợi tuân theo CDF đồng nhất: (3.34)  Bước 3: Xác định hàm phân bố thực nghiệm FY(y) cho Y={Yi}: (3.35)  Bước 4: Xác định sai số của phép ước lượng: (3.36), (3.37)  Bước 5: Lựa chọn phân bố giả thuyết có sai số E chấp nhận được. 3.1.2 3.1.2.1 Thiết lập và lựa chọn mô hình toán ước lượng tham số Ước lượng tham số phân bố gamma chuyển dịch Mô hình phân bố gamma chuyển dịch có PDF và CDF như sau: (3.42) trong đó,  là tham số định dạng, là tham số tỉ lệ,  là tham số định vị hay chuyển dịch theo trục thời gian, là hàm gamma; g(x) là hàm mật độ phân bố gamma, u(t) là hàm nhảy bậc đơn vị. (3.43) -13- Trong đó: là hàm gamma không hoàn chỉnh khoảng thấp, là hàm gamma không hoàn chỉnh khoảng cao. i) Phương pháp cân bằng mô-men (3.48) ii) Phương pháp MLE l= mini[1,M](Di) (3.57) (3.60) với: (3.59) (3.56) 3.1.2.2 Ước lượng tham số phân bố Pareto tổng quát (3.62) (3.63) trong đó: là tham số định dạng, là tham số định vị, miền phân bố: là tham số tỉ lệ, -14- (3.64) i) Phương pháp cân bằng mô-men l= mini[1,N](di); (3.67) (3.70) ii) Phương pháp MLE l= mini[1,N](di). Với , cần vận dụng phương pháp số gần đúng để xác định c từ: (3.73) (3.74) 3.1.2.3 Lựa chọn phương pháp ước lượng tham số Các nghiên cứu mô phỏng bằng MATHLAB đã được thực hiện với số lượng mẫu trên 10000 cho thấy phương pháp MLE có độ chính xác cao hơn phương pháp cân bằng mô-men. Kết quả ước lượng theo phương pháp mô-men có thể nằm ngoài không gian tham số khi số lượng mẫu lớn trong khi đó phương pháp MLE có thể được vận dụng với không gian mẫu có kích thước lớn và có tính hội tụ về giá trị chính xác khi tăng dần số lượng mẫu. -15- Trên cơ sở các phân tích lý thuyết, kết quả mô phỏng và điều kiện thực nghiệm cho phép thu thập và xử lý số lượng mẫu đủ lớn, phương pháp MLE được lựa chọn để tính toán ước lượng tham số phân bố trong khi phương pháp mô-men chỉ được sử dụng như phép ước lượng thô để xác định sơ bộ phân bố ban đầu. 3.1.3 Thiết lập mô hình và điều kiện thực nghiệm đo IPTD qua mạng truyền tải lõi NGN Mô hình đo IPTD thực nghiệm trong mạng truyền tải lõi NGN của VNPT được mô tả ở hình 3.7 được đề xuất thiết lập nhằm thu thập dữ liệu thống kê phục vụ cho việc nghiên cứu các phương pháp xác định phân bố và biến động trễ gói IP ở các chương 3 và 4. Phạm vi đo thực nghiệm bao hàm tập hợp các phần tử định tuyến, chuyển mạch tại lõi và biên cùng với các kết nối băng rộng trong mạng truyền tải lõi NGN có dung lượng kênh 10–50 Gb/s, năng lực xử lý của nút mạng là 1600 Gbit/s (half-duplex), mức tải lưu lượng và xử lý chiếm dụng trung bình 40 – 70% tài nguyên mạng. Lý do lựa chọn mức tải như trên là vì đây là mức tải phổ biến trong điều kiện hoạt động bình thường, hơn nữa các thiết bị mạng đều có giới hạn nhất định về năng lực xử lý trong khi dung lượng tài nguyên mạng lõi NGN nêu trên là khá cao. Các điều kiện thực nghiệm được lựa chọn dựa trên các khuyến nghị về khung lý thuyết đo hiệu năng IP. Các gói dò được tạo ra, thu thập và xử lý tại các nút mạng theo các chính sách khác nhau nhờ địa chỉ cổng, loại giao thức và các trường thông tin đặc biệt như mã phân biệt lớp lưu lượng của các loại hình dịch vụ DSCP/EXP chèn trong mào đầu IP/MPLS của gói tin truyền tải qua môi trường DiffServ -16- trong mạng NGN. Thông tin này có được nhờ việc truy vấn cấu hình chính sách chất lượng dịch vụ (QoS) từ các phần tử mạng. Yêu cầu đặt ra đối với tập mẫu thu thập được cần có số lượng mẫu đủ lớn (10000 - 1000000 mẫu) và việc lấy mẫu được tiến hành tại các thời điểm (giờ trong ngày, ngày trong tuần và trong tháng, tháng trong năm) và tình huống khác nhau với tải lưu lượng khác nhau, trên các phân đoạn mạng bao gồm các phần tử mạng và kết nối khác nhau [VI]. Các yêu cầu này nhằm đảm bảo tập mẫu điển hình được khảo sát một cách hệ thống và khá đầy đủ, giảm thiểu sai số của kết quả thống kê thực nghiệm do trễ gói IP trong thực tế có thể là một quá trình ngẫu nhiên không dừng theo không gian và thời gian. Mẫu kết quả đo được thu thập với đơn vị đo là 1/1000 giây. Do đặc trưng tải lưu lượng trong mạng truyền tải lõi NGN rất lớn nên khó có thể thực hiện gửi gói theo một chu kỳ cố định mà chỉ có thể điều khiển duy trì chu kỳ hội tụ về một mức trung bình là 1 giây. Với chu kỳ này, để đạt được số mẫu nói trên, cần thời gian đo tương ứng xấp xỉ 3 giờ cho đến 11 ngày đối với một phân đoạn mạng. Dữ liệu IPTD thực nghiệm liên quan đến lưu lượng dịch vụ Internet được sử dụng để nghiên cứu đối với các mô hình đề xuất ở chương 3. Dữ liệu IPTD thực nghiệm liên quan đến lưu lượng đa loại hình dịch vụ bao gồm Internet, truyền dữ liệu qua mạng riêng ảo (Virtual Private Network), thoại và video qua IP (VoIP, V2IP), truyền hình qua IP (IPTV), hội nghị truyền hình, video theo yêu cầu (VoD), các dịch vụ gia tăng ký sinh trên Internet được sử dụng để nghiên cứu đối với các mô hình đề xuất ở chương 4. -17- 3.1.4 Đề xuất chọn mô hình phân bố IPTD đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN Phương pháp MLE và giải thuật đánh giá sai số mô hình theo phương pháp biến đổi tích phân xác suất được vận dụng để lựa chọn mô hình phân bố tối ưu đối với lưu lượng Internet qua mạng truyền tải lõi NGN từ dữ liệu đo thống kê thực nghiệm. Từ các phân tích đặc trưng phân bố thực nghiệm cho thấy IPTD đối với thành phần lưu lượng Internet trong miền mạng truyền tải lõi NGN cùng với kết quả khảo sát từ các nghiên cứu trước, một số mô hình phân bố giả thuyết được lựa chọn để kiểm tra sự phù hợp của mô hình như: ‘gamma’, ‘Pareto’, 'exponential', ‘Gaussian ‘, ‘Lognormal’, 'weibull'. Căn cứ vào các kết quả kiểm tra sơ bộ các tập mẫu gồm 10.000 mẫu thống kê thu được từ số đo thực nghiệm, các mô hình phân bố gamma chuyển dịch và phân bố Pareto có sai số giữa phân bố lý thuyết và thực nghiệm nằm trong dải chấp nhận được (trong vòng 10%) nên được chọn làm các mô hình giả thuyết cạnh tranh để lựa chọn mô hình phù hợp với IPTD trong mạng truyền tải lõi NGN. Kết quả thực nghiệm cho thấy sai số đánh giá thống kê mô hình gamma chuyển dịch có sai số phần lớn trong dải 3–7%. Các nghiên cứu thực nghiệm tương tự cũng đã được thực hiện đối với mô hình Pareto tổng quát và cho kết quả sai số trung bình xấp xỉ 10%. 3.2 XÁC ĐỊNH PHÂN BỐ TRỄ GÓI IP QUA LIÊN MẠNG TRUYỀN TẢI NGN BẰNG TỔNG HỢP HÀM PHÂN BỐ (Mục 3.3) -18- Bài toán đặt ra là xác định mô hình toán biểu diễn phân bố và mối quan hệ phụ thuộc tham số của IPTD toàn trình trên cơ sở tổng hợp các hàm phân bố của IPTD trong các mạng thành phần có được từ kết quả ước lượng tham số đã được trình bày. 3.2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận PDF của biến tổng được xác định từ các PDF thành phần fi(t): (3.77), (3.79) 3.2.2 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố gamma chuyển dịch (3.108) (3.112) (3.113) (3.114) ; (3.116) (3.117) (3.118) -19- Nếu ký hiệu Γ’(k,θ,l) là họ phân bố gamma chuyển dịch trong đó k, θ và l tương ứng là các tham số định dạng, tỉ lệ và định vị, có thể thấy rằng khi IPTD trong từng phân đoạn mạng (Di) thỏa mãn Di ~ Γ’(ki,θ,li)i[1,N] thì trễ tổng (D) thỏa mãn =1 , Σ, = =1 nghĩa là cùng thuộc một họ phân bố, trong đó, tham số định dạng và định vị có thuộc tính tích lũy và bằng tổng các tham số phân bố trên các phân đoạn mạng thành phần. Về mối quan hệ giữa các mô-men bậc thấp của phân bố tổng và các tham số phân bố thành phần: độ lệch của phân bố tổng chỉ phụ thuộc vào giá trị tham số định dạng của phân bố thành phần, phương sai phụ thuộc vào giá trị tham số định dạng và tham số tỉ lệ, giá trị kỳ vọng phụ thuộc vào cả ba tham số định dạng, tỉ lệ và định vị. Trong trường hợp tham số định dạng là số nguyên, phân bố gamma chuyển dịch suy biến thành phân bố Erlang chuyển dịch. Có thể thấy rằng Γ’(1,θ,l) là phân bố mũ chuyển dịch với tham số =1/θ, Γ’(v/2,2,l)~2(v,l) là phân bố chi-squared chuyển dịch có v bậc tự do. 3.2.3 Xác định phân bố trễ gói IP toàn trình từ thành phần phân bố Pareto tổng quát Xét trường hợp gói IP được truyền tải qua một mạng bao gồm N mạng thành phần (phân đoạn mạng hoặc nút mạng) và N-1 kết nối giữa các mạng thành phần. Giả thiết IPTD trên kết nối thứ i[1,N-1] là giá trị xác định di, là PDF và là CDF: (3.126) Giả thiết IPTD trong mạng thành phần thứ i[1,N] có phân bố Pareto tổng quát với PDF và CDF tương ứng như sau: