a. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu điều khiển tắc nghẽn đa đường cho các ứng dụng đa phương tiện trên internet
b. Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ thông tin – Trường Đại học Thủ Dầu Một
c. Họ và tên chủ nhiệm nhiệm vụ: Tiến sĩ Lê Tuấn Anh và cá nhân tham gia chính:
1. Thạc sỹ Lê Phong Vũ
d. Mục tiêu nghiên cứu: Mở rộng thuật toán TFRC (TCP Friendly Rate Control) đơn đường, được đặt tên là MPTFRC (Multipath TCP Friendly Rate Control), để hỗ trợ truyền dữ liệu đồng thời trên đa đường trên internet.
đ. Tóm tắt kết quả thực hiện
I. Đặt vấn đề:
Các ứng dụng đa phương tiện đang trở thành dịch vụ phổ biến nhất trong số các dịch vụ Internet. Đồng thời, gần đây, các thiết bị đầu cuối được trang bị nhiều hơn một card kết nối mạng internet và các trung tâm dữ liệu thường sẽ kết nối đến ít nhất hai nhà cung cấp dịch vụ internet, nên một số nhà nghiên cứu trên thế giới đã đề xuất vài thuật toán truyền song song trên đa đường truyền hiệu quả, thực tế và có khả năng cân bằng tải. Đặc biệt, thuật toán điều khiển tắt nghẽn đa đường MPTCP (Multipath Transmission Control Protocol) đã được phê duyệt thành chuẩn bởi IETF (Internet Engineering Tasl Force).
Vì TCP và MPTCP được thiết kế cho đa ứng dụng nên tốc độ truyền dữ liệu của MPTCP biến thiên lớn, không phù hợp cho các ứng dụng Multimedia mà ở đó chúng yêu cầu tốc độ dữ liệu truyền mượt. Một biến thể của TCP là TFRC nổi tiếng trong đó có sử dụng việc điều khiển tắc nghẽn dựa vào công thức với sự tính toán tốc độ mất gói tại đầu thu, nhưng cung cấp tốc độ dữ liệu smooth, hoạt động đơn đường.
II. Kết quả thực hiện
Cơ sở lý thuyết
Giao thức TCP: Là giao thức định hướng kết nối, tức là cần thiết lập một kết nối logic giữa hai Host trước khi gửi dữ liệu lại khi có lỗi xảy ra. Chức năng chính của TCP là điều chỉnh tốc độ truyền các gói dữ liệu sao cho phù hợp với băng thông, tránh hiện tượng nghẽn mạng và tạo kết nối tin cậy bằng cách giữ lại các gói tin bị mất. TCP sử dụng thuật toán khỏi động chậm để tăng nhanh lưu lượng truyền trên mạng để đạt chia sẽ công bằng. Điều khiển tốc độ của TCP dựa vào kích thước của sổ điều khiển tắc nghẽn nên dễ dàng thực hiện. Trong giao thức TCP, thuật toán điều khiển tắc nghẽn trong giai đoạn tránh tắc nghẽn thực hiện hành vi cộng tăng khi không phát hiện mất gói tin và nhân giảm khi phát hiện mất gói tin.
Giao thức UDP: User Datagram Protocol là giao thức không định hướng kết nối, được sử dụng thay thế cho giao thức TCP. Khác với TCP, UDP không có chức năng thiết lập kết nối cũng như kết thúc kết nối. Nó cũng không cung cấp cơ chế báo nhận ACK và không sắp xếp tuần tự các gói tin đến tại bên nhận dữ liệu.
Giao thức điều khiển tắc nghẽn TFRC: Là giao thức điều khiển tắc nghẽn được thiết kế cho ứng dụng Unicast dựa trên công thức để cạnh tranh công bằng với giao thức TCP, tức là TFRC không sử dụng nhiều băng thông hơn TCP trong cùng điều kiện mạng, TFRC có tốc độ gửi dữ liệu thay đổi chậm hơn so với TCP.
Giao thức Multipath TCP: Còn gọi là TCP đa đường, là giao thức được mở rộng thêm các đặc điểm từ giao thức TCP, cho phép một kết nối phân chia thành nhiều đường con và dữ liệu được truyền trên các đường con đồng thời. Multipath hoạt động giống như TCP và mở rộng các API cung cấp thêm chức năng điều khiển cho các ứng dụng Multipath TCP.
Thiết kế thuật toán Multipath TFRC
Để thiết kế thuật toán Multipath TFRC, nhóm tác giả tiến hành tính tốc độ đường truyền trên mỗi đường. Để cải tiến công thức truyền tốc độ ổn định trong giao thức truyền đa đường, nhóm tác giả xuất phát từ thuật toán TCP gốc, việc chứng minh công thức dựa vào giao thức TCP đa đường.
Phát hiện mất gói tin theo cơ chế dupACK và Time-out: Xét trên mỗi đường r trong giao thức TCP đa đường để tính thông lượng truyền trong trường hợp mất gói tin dạng dupACK và Time-out. Mất gói tin dạng time-oue thường xảy ra nhiều hơn, khoảng thời gian Time-out tức là chưa nhận được ACK sau khoảng thời gian T0 bên gửi sẽ gửi lại gói dữ liệu bị mất. Khi gói dữ liệu truyền lại thành công trong khi một time-out khác xảy ra trước thì thời gian Time-out sẽ tăng lên 2T0, việc tăng gấp đôi được lặp lại cho mỗi gói tin bị mất được truyền lại lên đến 64T0 và được giữ cố định, kích thướt cửa sổ sẽ giảm xuống 1 khi phát hiện mất gói dạng Time-out.
Thuật toán MPTFRC: Giả sử rằng MPTFRC truyền dữ liệu trên hai đường độc lập có cùng băng thông, độ trễ và cùng mức độ nghẽn mạng thì xảy ra hiện tượng đánh võng. Hiện tượng này cũng xuất hiện trong MPTCP. Để tránh hiện tượng này, nhóm tác giả đã sử dụng thuật toán điều khiển tăng tốc độ trên đường r trong giao thức MPTFRC.
Đánh giá hiệu năng
Trong nội dung này, tác giả tiến hành mô phỏng để đánh giá giao thức với 04 tiêu chí: Tang thông lượng, chia sẽ công bằng, cân bằng tắc nghẽn và sự mượt của dữ liệu truyền. Đồng thời, còn so sánh sự chia sẽ công bằng và cùng tồn tại với các giao thức khác hiện có tư TCP Reno, TFRC, MPTCP.
Trong nghiên cứu này, tác giả cũng đánh giá lại các tiêu chí của giao thức đa đường là các tiêu chí tăng thông lượng, chia sẽ công bằng và cân bằng tắc nghẽn trong nghiên cứu nhằm đảm bảo thuật toán đề xuất có thể đáp ứng và triển khai trong môi trường truyền đa đường. Phần truyền mượt đảm bảo tốc độ ít thay đổi, tốc độ truyền ổn định, điều này được thực hiện tương tự như trong giao thức điều khiển tốc độ TFRC trong giao thức truyền đơn đường.
Trong khuôn khổ đề tài, kết quả nghiên cứu hướng đến các ứng dụng Multimedia như xem video, nghe nhạc trực tuyến… Đối với ứng dụng video, nghe nhạc yêu cầu hiển thị đầu cuối nên yêu cầu tốc độ đường truyền ổn định, vừa tải dữ liệu vừa hiển thị ở đầu cuối. Nếu tốc độ biến thiên lớn sẽ dẫn chiếm dụng buffer nhiều, một số đoạn video hoặc âm thanh sẽ bị tạm dừng.
III. Kết luận
Các kết quả mô phỏng đã chứng tỏ rằng thuật toán đề xuất MPTFRC không những đảm bảo ba tiêu chí thiết kế thuật toán đa đường mà còn cung cấp tốc độ dữ liệu mượt hơn MPTCP trong khi vẫn duy trì được sự chia sẽ công bằng với các luồng TCP Reno và MPTCP hiện có.
e/ Thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc:
- Thời gian bắt đầu: 08/2014
- Thời gian kết thúc: 06/2015
g/ Kinh phí thực hiện: 54.696.000 đồng
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu nhiệm vụ tại Trung tâm Thông tin và Thống kê khoa học và công nghệ./.