Tóm tắt luận án Tiến sĩ Toán học: Nghiên cứu một số thuật toán nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> <br /> Lê Đắc Nhường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN<br /> NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ<br /> TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI<br /> <br /> Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho Tin học<br /> Mã số: 62.46.01.10<br /> <br /> DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC<br /> <br /> Hà Nội - 2014<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Khoa Toán - Cơ - Tin học, Trường Đại học<br /> Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học :<br /> <br /> PGS.TS Lê Trọng Vĩnh<br /> PGS.TS Ngô Hồng Sơn<br /> <br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án<br /> tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> vào hồi<br /> <br /> giờ<br /> <br /> ngày<br /> <br /> tháng<br /> <br /> năm 20...<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội<br /> <br /> Mục lục<br /> Mở đầu<br /> 1 Tổng quan về QoS trong NGN<br /> 1.1 Mạng thế hệ mới . . . . . . .<br /> 1.2 Chất lượng dịch vụ . . . . . .<br /> 1.3 Bài toán tối ưu tổ hợp . . . .<br /> 1.4 Thuật toán tối ưu đàn kiến .<br /> <br /> 1<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> 3<br /> 3<br /> 3<br /> 3<br /> 3<br /> <br /> 2 Cấp phát tài nguyên cho các dịch vụ<br /> 2.1 Mở rộng dung lượng mạng không dây . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.1.1 Mô hình bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.1.2 Đề xuất thuật toán ACO-MRDL tối ưu mở rộng dung lượng<br /> 2.1.3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.2 Định vị tài nguyên cho các lớp dịch vụ . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.2.1 Mô hình bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.2.2 Tối ưu định vị tài nguyên tập trung cho các lớp dịch vụ . . .<br /> 2.2.2.1 Đề xuất thuật toán ACO-ĐVTN . . . . . . . . . .<br /> 2.2.2.2 Đề xuất thuật toán MMAS-ĐVTN . . . . . . . . .<br /> 2.2.3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.3 Đáp ứng tài nguyên cho các luồng đa phương tiện . . . . . . . . . .<br /> 2.3.1 Mô hình bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.3.2 Đề xuất thuật toán MMAS tối ưu QoS luồng đa phương tiện<br /> 2.3.3 Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . .<br /> 2.4 Kết chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .<br /> <br /> 4<br /> 4<br /> 4<br /> 5<br /> 6<br /> 8<br /> 8<br /> 9<br /> 9<br /> 9<br /> 10<br /> 13<br /> 13<br /> 14<br /> 15<br /> 15<br /> <br /> 3 An<br /> 3.1<br /> 3.2<br /> 3.3<br /> 3.4<br /> <br /> 19<br /> 19<br /> 19<br /> 19<br /> 23<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> ninh dịch vụ trong mạng NGN<br /> Kiến trúc đảm bảo ninh trong mạng NGN . .<br /> Tấn công từ chối dịch vụ . . . . . . . . . . . .<br /> Đề xuất giải pháp phòng chống dựa trên chính<br /> Kết luận chương 3 . . . . . . . . . . . . . . .<br /> <br /> Kết luận<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> . . .<br /> . . .<br /> sách<br /> . . .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> .<br /> .<br /> .<br /> .<br /> <br /> 24<br /> <br /> Danh mục các công trình khoa học<br /> <br /> i<br /> <br /> Mở đầu<br /> Mạng thế hệ mới (Next Generation Network-NGN ) [12] là sự hội tụ và kế thừa<br /> cả 3 mạng: thoại (PSTN), không dây và Internet hiện nay thành một cơ sở hạ tầng<br /> chung thống nhất theo nguyên tắc cung cấp đa dịch vụ trên công nghệ chuyển<br /> mạch gán nhãn đa giao thức MPLS/IP(MultiProtocol Lable Switching/Internet<br /> Protocol ) đang là xu hướng phát triển mới của ngành viễn thông thế giới và của<br /> cả Việt Nam. Mục tiêu NGN hướng đến là cung cấp các dịch vụ đa phương tiện<br /> chất lượng cao theo yêu cầu người dùng trên nền IP. Đây là một vấn đề mới đang<br /> thu hút được các nhà khoa học, trường đại học, viện nghiên cứu, nhà cung cấp<br /> dịch vụ quan tâm nghiên cứu và triển khai.<br /> Chất lượng dịch vụ (QoS) [13] là thước đo đánh giá khả năng và chất lượng<br /> của các dịch vụ được cung cấp được nhìn nhận từ 2 khía cạnh người sử dụng<br /> và nhà cung cấp dịch vụ mạng. Với nhà cung cấp, QoS liên quan chặt chẽ đến<br /> hiệu năng mạng, còn với người dùng QoS được đánh giá dựa trên chất lượng trải<br /> nghiệm (Quality of Experiences-QoE) [8]. Vấn đề QoS trong mạng đã được quan<br /> tâm từ những năm 1980 và phát triển mạnh cho đến ngày nay nhằm đảm bảo chất<br /> lượng của các ứng dụng thời gian thực. Việc đáp ứng QoS theo yêu cầu trên cần<br /> có cơ sở hạ tầng tốt và qui trình cấp phát, quản lý tài nguyên mạng hiệu quả. Bởi<br /> vì QoS phụ thuộc vào sự kết hợp của nhiều yếu tố như thành phần mạng, cơ chế<br /> xử lý và điều khiển trong mạng. Đối với mỗi phần có các yêu cầu về QoS tương<br /> ứng liên quan tới việc ứng dụng các chuẩn thiết kế, lựa chọn các giao thức phù<br /> hợp, xác định cấu trúc mạng, các phương pháp nhận dạng, lựa chọn công nghệ<br /> xây dựng mạng, thiết kế quản lý nút bộ đệm, xem xét để đảm bảo rằng các tham<br /> số chất lượng như: sự tắc nghẽn, độ sẵn sàng, trễ, biến đổi trễ, thông lượng, độ<br /> suy hao, sự tin cậy,. . . không vượt quá khoảng thời gian dịch vụ được đáp ứng và<br /> lưu lượng tải giữa hai điểm bất kì đã chọn trong mạng [24]. Như vậy, chúng ta<br /> có thể nhận thấy sự liên quan chặt chẽ giữa QoS và hiệu năng mạng, rõ ràng khi<br /> nhìn vào các chỉ số của QoS ta có thể đánh giá được năng lực của mạng và ngược<br /> lại khi tham khảo các yếu tố của hiệu năng mạng, ta có thể đưa ra về mức QoS<br /> cho các dịch vụ được cung cấp [13, 21].<br /> Các công trình nghiên cứu về đảm bảo QoS trong NGN trong và ngoài nước<br /> rất đa dạng với nhiều cách tiếp cận khác nhau. Trong phạm vi nghiên cứu, luận<br /> án chỉ tập trung đến hai vấn đề chính đang thu hút được nhiều sự quan tâm là:<br /> Qui hoạch, chia sẻ, nâng cấp và mở rộng cơ sở hạ tầng mạng. Vì vây, mục tiêu<br /> của luận án “Nghiên cứu một số thuật toán nâng cao chất lượng dịch<br /> vụ trong mạng thế hệ mới ” hướng đến là tập trung đề xuất các thuật toán<br /> định vị, mở rộng dung lượng, quản lý cấp phát tài nguyên hiệu quả đáp ứng được<br /> các yêu cầu đa dạng của người dùng về QoS dựa trên tiếp cận Meta-Heuristic sử<br /> dụng thuật toán tối ưu đàn kiến. Cụ thể, luận án tập trung nghiên cứu và đề xuất<br /> thuật toán tối ưu đàn kiến giải quyết các bài toán sau:<br /> 1<br /> <br /> Mở dung lượng mạng không dây kế thừa cơ sở hạ tầng đảm bảo nhu cầu về<br /> lưu lượng trên toàn hệ thống.<br /> Định vị tài nguyên tập trung đáp ứng QoS cho các lớp dịch vụ theo mô hình<br /> phân bố tối ưu tài nguyên dựa vào độ đo.<br /> Đáp ứng tài nguyên cho các luồng đa phương tiện đảm bảo QoS cho các dịch<br /> vụ thời gian thực dựa trên mô hình dịch vụ tích hợp theo hướng dành trước<br /> tài nguyên.<br /> Đề xuất giải pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ trong mạng NGN<br /> dựa trên chính sách an ninh bảo mật riêng.<br /> Với các mục tiêu của luận án như trên, luận án được tổ chức thành 3 chương<br /> như sau:<br /> Chương 1 giới thiệu một số kiến thức cơ sở, phân tích vấn đề đảm bảo chất<br /> lượng dịch vụ trong mạng NGN và lý do lựa chọn hướng tiếp cận dựa trên<br /> thuật toán ACO để giải quyết các bài toán.<br /> Chương 2, luận án đề xuất thuật toán ACO tối ưu mở dung lượng mạng<br /> không dây kế thừa cơ sở hạ tầng sẵn có với mục tiêu hướng đến là tối thiểu<br /> chi phí vận hành, chi phí cài đặt, chi phí nâng cấp và chi phí xây mới các<br /> thành phần mạng để đảm bảo nhu cầu về lưu lượng trên toàn hệ thống. Tiếp<br /> đó, tác giả đề xuất thuật toán MMAS tối ưu định vị tài nguyên tập trung<br /> đáp ứng QoS cho các lớp dịch vụ theo mô hình phân lớp dịch vụ theo hướng<br /> phân lớp lưu lượng, tối ưu các luồng đa phương tiện đảm bảo QoS cho các<br /> dịch vụ thời gian thực dựa trên mô hình dịch vụ tích hợp theo hướng dành<br /> trước tài nguyên.<br /> Chương 3, luận án tập trung luận án phân tích những thách thức và khó<br /> khăn trong việc đảm bảo an ninh các dịch vụ trong mạng NGN đề xuất giải<br /> pháp phòng chống tấn công từ chối dịch vụ dựa trên chính sách an ninh<br /> riêng được thiết lập trên các nút Router.<br /> Cuối cùng là kết luận và hướng phát triển.<br /> Những kết quả nghiên cứu và đóng góp của luận án có ý nghĩa trong việc<br /> bổ sung và hoàn thiện các giải pháp tối ưu định vị các trạm điều khiển, mở rộng<br /> dung lượng mạng, cấp phát tài nguyên cho các lớp, luồng dịch vụ đảm bảo yêu<br /> cầu về QoS trong mạng có thể thực thi trong thời gian tuyến tính với chất lượng<br /> lời giải tốt hơn các tiếp cận trước đó. Ưu điểm của các thuật toán đề xuất là sự<br /> hội tụ nhanh với các quy tắc heuristic kết hợp học tăng cường thông qua thông<br /> tin vết mùi cho phép từng bước thu hẹp miền tìm kiếm, mà vẫn không loại bỏ các<br /> lời giải tốt để nâng cao chất lượng lời giải. Các kết quả của luận án đã được công<br /> bố trong 4 báo cáo tại các Hội nghị quốc tế, 3 bài báo trên các tạp chí quốc tế, 2<br /> bài báo trong Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia.<br /> <br /> 2<br /> <br />