Luận án Nghiên cứu một số giải pháp định tuyến trong tô-pô mạng liên kết hiệu năng cao và công cụ đánh giá

Tên luận án:

Nghiên cứu thiết kế tô-pô mạng, thuật toán định tuyến và công cụ đánh giá hiệu năng cho các Trung tâm dữ liệu hiện đại và hệ thống mạng lớn.

Ngành:

Khoa học Máy tính và Kỹ thuật Máy tính (Mạng máy tính và Truyền thông).

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung giải quyết những thách thức trong thiết kế tô-pô mạng và thuật toán định tuyến cho các lưới tính toán lớn và Trung tâm dữ liệu (DC) hiện đại, vốn đang đối mặt với các vấn đề về độ trễ thấp, thông lượng cao, tính co giãn và linh hoạt. Mục tiêu chính bao gồm thiết kế tô-pô mạng mới, thuật toán định tuyến tương ứng và xây dựng công cụ hỗ trợ đánh giá hiệu năng mạng.

Nghiên cứu sử dụng hai phương pháp chính: phân tích đồ thị để đánh giá các tham số hiệu năng dựa trên đặc tính tô-pô và thuật toán định tuyến, cùng với mô phỏng giả lập để ghi nhận hoạt động truyền tin và xác định độ trễ, thông lượng. Luận án đã đề xuất nhiều giải thuật định tuyến mới như Định tuyến phân cấp (HR-SW), Định tuyến rút gọn (CORRA) và Định tuyến rút gọn dựa trên các nút đại diện (GLCR), cùng các điều chỉnh trong tuyển chọn nút đại diện (IJDST). Các thuật toán này được thiết kế để giảm kích thước bảng định tuyến (RTS) tại mỗi nút mạng, đồng thời duy trì độ dài đường định tuyến trung bình (ARPL) thấp và độ trễ truyền tin tối ưu.

Bên cạnh đó, nghiên cứu phát triển công cụ phần mềm mô phỏng SSiNET (Simplified Simulation of the interconnection NETwork) nhằm hỗ trợ thiết lập, so sánh và đánh giá hiệu năng của các tô-pô mạng kích thước lớn một cách giản lược và hiệu quả. SSiNET được ứng dụng để đề xuất mô hình tô-pô lai Bus-RSN cho các DC cỡ vừa và nhỏ tại Việt Nam, nhằm tiết kiệm chi phí, đáp ứng các hạn chế về không gian và đảm bảo tính linh hoạt trong triển khai. Kết quả thực nghiệm cho thấy các giải pháp đề xuất đạt hiệu năng cạnh tranh so với các thuật toán hiện có và công cụ SSiNET đảm bảo tính đúng đắn trong đánh giá hiệu năng mạng.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

  • 1.1. Cơ sở lý thuyết

    • 1.1.1. Tô-pô mạng (Network topology)

      • 1.1.1.1. Giới thiệu mạng liên kết

      • 1.1.1.2. Cấu trúc mạng liên kết

      • 1.1.1.3. Các thành phần trong mạng liên kết

      • 1.1.1.4. Một số khái niệm liên quan đến mạng liên kết

        • a. Nút mạng và kênh truyền

        • b. Kết nối trực tiếp và kết nối gián tiếp

        • c. Lát cắt và đường đi trong mạng

    • 1.1.2. Giới thiệu giải thuật định tuyến

      • 1.1.2.1. Khái niệm định tuyến

      • 1.1.2.2. Phân loại các giải thuật định tuyến

        • a. Định tuyến cơ bản

        • b. Định tuyến xác định và định tuyến thích nghi

        • c. Điều khiển luồng (flow control)

    • 1.1.3. Hiệu năng mạng liên kết

      • 1.1.3.1. Đường kính mạng và trung bình độ dài đường định tuyến

      • 1.1.3.2. Độ trễ truyền tin

      • 1.1.3.3. Bảng định tuyến và kích thước bảng định tuyến

      • 1.1.3.4. Thông lượng mạng

    • 1.1.4. Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng

  • 1.2. Giới thiệu bài toán và các nghiên cứu liên quan

    • 1.2.1. Bài toán nghiên cứu

      • 1.2.1.1. BÀI TOÁN 1: Thiết kế định tuyến cho mạng ngẫu nhiên với kích thước bảng định tuyến nhỏ trong khi vẫn duy trì tốt các yếu tố hiệu năng

      • 1.2.1.2. BÀI TOÁN 2: xây dựng kiến trúc công cụ mô phỏng giả lập hỗ trợ đánh giá hiệu năng mạng liên kết

    • 1.2.2. Tình hình nghiên cứu

    • 1.2.3. Các nghiên cứu liên quan

      • 1.2.3.1. Mạng liên kết ngẫu nhiên

      • 1.2.3.2. Thuật toán định tuyến rút gọn

        • a. Định tuyến phân cấp – Hierarchical routing

        • b. Định tuyến rút gọn (khai thác thông tin nút đại diện)

      • 1.2.3.3. Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng liên kết có kích thước lớn

      • 1.2.3.4. Thiết kế tô-pô cho DC cỡ vừa trong điều kiện thực tế

  • 1.3. Tóm tắt chương 1

• CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN RÚT GỌN CHO MÔ HÌNH MẠNG NGẪU NHIỄN

  • 2.1. Tô-pô mạng ngẫu nhiên và thuật toán định tuyến rút gọn

    • 2.1.1. Tô-pô mạng ngẫu nhiên

    • 2.1.2. Cơ chế định tuyến phân tán tra bảng

    • 2.1.2. Thuật toán định tuyến rút gọn TZ [25]

  • 2.2. Định tuyến khai thác các cầu nối giữa các vùng

    • 2.2.1. Ý tưởng xây dựng thuật toán định tuyến CORRA

    • 2.2.2. Xây dựng bảng định tuyến

    • 2.2.3. Kỹ thuật địa chỉ hóa

    • 2.2.3. Đánh giá lý thuyết

    • 2.2.4. Đánh giá thực nghiệm

      • 2.2.4.1. Phân tích trường hợp thiếu cầu nối

      • 2.2.4.2. Đánh giá kích thước bảng định tuyến theo giải pháp sử dụng cầu nối

      • 2.2.4.3. Đánh giá đường kính mạng

      • 2.2.4.4. Đánh giá trung bình chiều dài đường định tuyến

      • 2.2.4.5. Đánh giá trung bình độ trễ truyền tin

      • 2.2.4.6. Đánh giá thực nghiệm với mạng kích thước lớn

    • 2.2.5. Kết luận và hướng phát triển

  • 2.3. Định tuyến khai thác các nút đại diện và cơ chế tuyển chọn nút đại diện

    • 2.3.1. Xây dựng phương thức lựa chọn nút đại diện dựa trên vị trí

      • 2.3.1.1. Ý tưởng thuật toán GLCR

      • 2.3.1.2. Giới thiệu thuật toán định tuyến

    • 2.3.2. Đánh giá thực nghiệm

      • 2.3.2.1. Kích thước bảng định tuyến lớn nhất

      • 2.3.2.2. So sánh ARPL với maxRTS

      • 2.3.2.3. Thực nghiệm GLCR với mạng kích thước lớn

    • 2.3.3. Kết luận và hướng phát triển

  • 2.4. Xây dựng cơ chế tuyển chọn nút đại diện

    • 2.4.1. Tuyển chọn nút đại diện

    • 2.4.2. Cơ chế tuyển chọn các nút đại diện

      • 2.4.2.1. Tuyển chọn nút đại diện đồng loạt

      • 2.4.2.2. Tuyển chọn nút đại diện từng nút

    • 2.4.3. Thực nghiệm đánh giá cơ chế tuyển chọn nút đại diện

      • 2.4.3.1. Đánh giá kích thước bảng định tuyến lớn nhất

      • 2.4.3.2. Đánh giá ARPL theo cơ chế tuyển chọn nút đại diện

    • 2.4.4. Kết luận và hướng phát triển của cơ chế tuyển chọn nút đại diện

  • 2.5. Tóm tắt Chương 2.

• CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CÔNG CỤ HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MẠNG LIÊN KẾT

  • 3.1. Kiến trúc tổng quan của công cụ mô phỏng SSINET

    • 3.1.1. Ý tưởng cơ bản của SSiNET

    • 3.1.2. Kiến trúc mô-đun chức năng và giao diện

    • 3.1.3. Thiết kế chi tiết kỹ thuật

      • 3.1.3.1. Khối chức năng mô tả cấu trúc và thiết lập cấu hình mạng

      • 3.1.3.2. Các quá trình xử lý chính

      • 3.1.3.3. Xây dựng cơ chế định tuyến

      • 3.1.3.4. Thiết kế lớp chi tiết

    • 3.1.4. Thiết kế chi tiết các gói của công cụ phần mềm

      • 3.1.4.1. Nhóm lớp thực nghiệm tô-pô

      • 3.1.4.2. Các lớp thành phần vật lý

      • 3.1.4.3. Nhóm lớp thực nghiệm mô phỏng

      • 3.1.4.4. Lớp thực nghiệm đánh giá hiệu năng mạng

    • 3.1.5. Xây dựng cơ chế kỹ thuật

      • 3.1.5.1. Quản lý sự kiện truyền tin

      • 3.1.5.2. Xử lý truyền tin trên mạng có kích thước lớn

      • 3.1.5.3. Tính toán và đánh giá thông lượng

  • 3.2. Đánh giá thực nghiệm

    • 3.2.1. Đánh giá kích thước bảng định tuyến

    • 3.2.2. Đánh giá độ trễ truyền tin

    • 3.2.3. Đánh giá thời gian thực thi

    • 3.2.4. So sánh kết quả đánh giá giữa SSINET và Omnet++

    • 3.2.5. Đánh giá thông lượng và thông lượng cực đại

    • 3.2.6. Đánh giá theo phương pháp xấp xỉ

  • 3.3. Ứng dụng công cụ SSINET trong việc xây dựng mô hình tô-pô lai cho các DC cỡ vừa, tiết kiệm chi phí và đáp ứng không gian mở

    • 3.3.1. Kiến trúc Bus-RSN

      • 3.3.1.1. Kiến trúc của Bus-RSN

      • 3.3.1.2. Nút và liên kết giữa các nút

      • 3.3.1.3. Khuyến nghị sử dụng trong thực tiễn

    • 3.3.2. Giải pháp định tuyến

    • 3.3.3. Đánh giá bằng thực nghiệm

      • 3.3.3.1. Đánh giá hiệu năng mạng liên kết

      • 3.3.3.2. Đánh giá chi phí triển khai

    • 3.3.4. Kết luận giải pháp

  • 3.4. Tóm tắt chương 3

• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU

  • 4.1. Kết luận

  • 4.2. Hướng phát triển nghiên cứu