Trong những năm gần đây, sự tăng trưởng hai con số các thuê bao di động băng rộng đã dẫn đến sự tăng trưởng theo cấp số nhân lưu lượng dữ liệu trong mạng di động. Một phần chính của dữ liệu di động là từ việc nhiều người dùng cùng tải các nội dung phổ biến. Vì vậy, một mạng di dộng có lưu trữ nội dung mà trong đó các nội dung phổ biến được lưu trữ gần với người dùng đầu cuối, cụ thể là tại các base station trong mạng truy cập vô tuyến (radio access network - RAN) sẽ giúp làm giảm lưu lượng dữ liệu trên các đường truyền backhaul và nâng cao quality-of-experience (QoE) của người dùng cuối.

Vì thế, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Quốc tế do TS. Võ Thị Lưu Phương dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Tối ưu quản lý tài nguyên trong mạng di động có lưu trữ nội dung” từ năm 2016 đến năm 2020.

Mục tiêu đầu tiên là thiết kế một giải thuật lưu trữ cho RAN. Các giải thuật lưu trữ phân tán và phản ứng (reactive) sẽ được nghiên cứu. Do video chiếm một phần lớn lưu lượng Internet ngày ngay, do đó, các giao thức đề xuất đều có hỗ trợ nội dung video dùng cho adaptive bit-rate streaming.

Mục tiêu thứ hai là nghiên cứu bài toán rộng hơn về phân bổ tài nguyên giữa các slice trong mạng RAN có lưu trữ nội dung. Trong mạng 5G, nhà mạng có thể triển khai kiến trúc network slicing để hỗ trợ cho nhiều dịch vụ với các yêu cầu khác nhau. Ví dụ ứng dụng video-on-demand đề cập trong mục tiêu đầu tiên hay IoT có những yêu cầu khác nhau về băng thông sẽ được hỗ trợ bởi hai slice khác nhau. Các ràng buộc khác như băng thông của đường backhaul, băng thông vô tuyến cũng được xem xét đồng thời với không gian lưu trữ nội dung trong mô hình.

Content-centric network (CCN) là một mạng internet thế hệ mới (future internet) trong đó các nội dung được lưu trữ tại các nút mạng trung gian để làm giảm lưu lượng dữ liệu trong mạng (in-network caching). Khác với TCP/IP hướng kết nối, vị trí thì CCN là mạng hướng nội dung. CCN được xem như thích hợp khi triển khai tích hợp trong mạng của các nhà cung cấp dịch vụ ví dụ như mạng 4G, 5G. Trong mục tiêu thứ ba, nhóm nghiên cứu đề xuất giải thuật lưu trữ trong mạng CCN và còn xem xét mô hình hóa mối quan hệ giữa nhà cung cấp nội dung (content provider - CP) như Youtube, Netflix,… và nhà mạng (internet service provider - ISP) đối với các nội dung trả phí.

Ngoài ra, trong một mạng di động có lưu trữ nội dung, một nội dung phổ biến có khả năng được nhân rộng tại một số nút trong mạng. Do đó, việc khai thác nhiều đường, nhiều nguồn để truyền tải dữ liệu cũng là mục tiêu thứ tư của đề tài. Dựa trên kinh nghiệm trong việc thiết kế các giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường, các nhà nghiên cứu thiết kế một giao thức truyền đa đường tiết kiệm điện năng, cân bằng tải, công bằng với các đường đơn luồn, và cải thiện thông lượng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu  còn tiến hành đánh giá chất lượng truyền video trên giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường và so sánh chất lượng với việc truyền trên giao thức đơn đường TCP.

Đối với mục tiêu thứ nhất:

- Đã đề xuất giải thuật lưu trữ phản ứng cho các base station. Mỗi nội dung được gắn với một utility nhất định. Khi không gian lưu trữ đầy thì nội dung với utility thấp nhất sẽ được loại ra. Ngoài ra, một giải thuật nearest neighbor request routing được đề xuất để khi user gởi request lên không có thì forward requset đến base station gần nhất mà có lưu nội dung.

- Qua mô phỏng đề xuất của chúng tôi có hiệu quả cao hơn so với các giải thuật truyền thống như least-recently-used hay least-frequently-used. Hơn nữa, giải thuật tiệm cận với nghiệm tối ưu của bài toán.

Đối với mục tiêu thứ hai:

- Đã mô hình hóa được bài toán trong đó xem xét được các loại tài nguyên như không gian lưu trữ, băng thông đường backhaul, băng tân sóng vô tuyến. Bài toán tối thiểu đồng thời được tải của các BS và thời gian trễ. Bài toán tối ưu có dạng bi-convex.

- Đã đề xuất hai giải thuật tập trung và phân tán để giải bài toán.

Đối với mục tiêu thứ ba:

- Đã đề xuất giải thuật lưu trữ LCD-Prob cho một nút mạng trong CCN dự trên việc chỉnh sửa từ giải thuật leavecopy-down. Việc cache hay không nội dung được quyết định dự trên một xác xuất được tính toán. So với LCD thì giải thuật đề xuất tốt hơn về số lượng hit và số hopcount trung bình để tải nội dung từ một nút mạng khác. Kết quả được trình bày trong hội nghị quốc tế ICCASA 2016.

- Đã thiết kế một cơ chế khuyến khích (incentive mechanism) giữa nhà cung cấp dịch vụ mạng (ISP) và cung cấp nội dung (CP) đối với những nội dung có trả phí.

Đối với mục tiêu thứ tư:

- Đã đề xuất một giải thuật điều khiển tắt nghẽn đa đường tiết kiệm năng lượng. Giải thuật đề xuất vẫn đảm bảo được các tính năng của một giao thức điều kiển tắt nghẽ nói chung như thân thiện với các giao thức đơn đường (TCP friendly, do-not-harm), khả năng chia tải (load balancing) và khả năng cải thiện thông lượng. Đồng thời giản thuật tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các giải thuật điều khiển tắc nghẽn khác.

- Đã tiến hành nhiều thí nghiệm, tính toán các chỉ số QoE và nhận thấy rằng chất lượng video suy giảm trên nếu truyền trên luồn với giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường. Thậm chí chất lượng trên MPTCP còn thấp hơn so với chất lượng của video trên một đường mà có thông lượng chỉ bằng với một luồn con.

- Đã xem xét tính công bằng trong mạng có các luồng đa đường và đề xuất một giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường thỏa mãn công bằng upward-max-min, một dạng mở rộng của công bằng max-min, nhưng có thể đạt được qua giải thuật phân tán chứ không tập trung như các giải thuật cho công bằng max-min trong môi trường đa đường.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17073/2019) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)

Trong những năm gần đây, sự tăng trưởng hai con số các thuê bao di động băng rộng đã dẫn đến sự tăng trưởng theo cấp số nhân lưu lượng dữ liệu trong mạng di động. Một phần chính của dữ liệu di động là từ việc nhiều người dùng cùng tải các nội dung phổ biến. Vì vậy, một mạng di dộng có lưu trữ nội dung mà trong đó các nội dung phổ biến được lưu trữ gần với người dùng đầu cuối, cụ thể là tại các base station trong mạng truy cập vô tuyến (radio access network - RAN) sẽ giúp làm giảm lưu lượng dữ liệu trên các đường truyền backhaul và nâng cao quality-of-experience (QoE) của người dùng cuối.

Vì thế, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Quốc tế do TS. Võ Thị Lưu Phương dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Tối ưu quản lý tài nguyên trong mạng di động có lưu trữ nội dung” từ năm 2016 đến năm 2020.

Mục tiêu đầu tiên là thiết kế một giải thuật lưu trữ cho RAN. Các giải thuật lưu trữ phân tán và phản ứng (reactive) sẽ được nghiên cứu. Do video chiếm một phần lớn lưu lượng Internet ngày ngay, do đó, các giao thức đề xuất đều có hỗ trợ nội dung video dùng cho adaptive bit-rate streaming.

Mục tiêu thứ hai là nghiên cứu bài toán rộng hơn về phân bổ tài nguyên giữa các slice trong mạng RAN có lưu trữ nội dung. Trong mạng 5G, nhà mạng có thể triển khai kiến trúc network slicing để hỗ trợ cho nhiều dịch vụ với các yêu cầu khác nhau. Ví dụ ứng dụng video-on-demand đề cập trong mục tiêu đầu tiên hay IoT có những yêu cầu khác nhau về băng thông sẽ được hỗ trợ bởi hai slice khác nhau. Các ràng buộc khác như băng thông của đường backhaul, băng thông vô tuyến cũng được xem xét đồng thời với không gian lưu trữ nội dung trong mô hình.

Content-centric network (CCN) là một mạng internet thế hệ mới (future internet) trong đó các nội dung được lưu trữ tại các nút mạng trung gian để làm giảm lưu lượng dữ liệu trong mạng (in-network caching). Khác với TCP/IP hướng kết nối, vị trí thì CCN là mạng hướng nội dung. CCN được xem như thích hợp khi triển khai tích hợp trong mạng của các nhà cung cấp dịch vụ ví dụ như mạng 4G, 5G. Trong mục tiêu thứ ba, nhóm nghiên cứu đề xuất giải thuật lưu trữ trong mạng CCN và còn xem xét mô hình hóa mối quan hệ giữa nhà cung cấp nội dung (content provider - CP) như Youtube, Netflix,… và nhà mạng (internet service provider - ISP) đối với các nội dung trả phí.

Ngoài ra, trong một mạng di động có lưu trữ nội dung, một nội dung phổ biến có khả năng được nhân rộng tại một số nút trong mạng. Do đó, việc khai thác nhiều đường, nhiều nguồn để truyền tải dữ liệu cũng là mục tiêu thứ tư của đề tài. Dựa trên kinh nghiệm trong việc thiết kế các giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường, các nhà nghiên cứu thiết kế một giao thức truyền đa đường tiết kiệm điện năng, cân bằng tải, công bằng với các đường đơn luồn, và cải thiện thông lượng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu  còn tiến hành đánh giá chất lượng truyền video trên giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường và so sánh chất lượng với việc truyền trên giao thức đơn đường TCP.

Đối với mục tiêu thứ nhất:

- Đã đề xuất giải thuật lưu trữ phản ứng cho các base station. Mỗi nội dung được gắn với một utility nhất định. Khi không gian lưu trữ đầy thì nội dung với utility thấp nhất sẽ được loại ra. Ngoài ra, một giải thuật nearest neighbor request routing được đề xuất để khi user gởi request lên không có thì forward requset đến base station gần nhất mà có lưu nội dung.

- Qua mô phỏng đề xuất của chúng tôi có hiệu quả cao hơn so với các giải thuật truyền thống như least-recently-used hay least-frequently-used. Hơn nữa, giải thuật tiệm cận với nghiệm tối ưu của bài toán.

Đối với mục tiêu thứ hai:

- Đã mô hình hóa được bài toán trong đó xem xét được các loại tài nguyên như không gian lưu trữ, băng thông đường backhaul, băng tân sóng vô tuyến. Bài toán tối thiểu đồng thời được tải của các BS và thời gian trễ. Bài toán tối ưu có dạng bi-convex.

- Đã đề xuất hai giải thuật tập trung và phân tán để giải bài toán.

Đối với mục tiêu thứ ba:

- Đã đề xuất giải thuật lưu trữ LCD-Prob cho một nút mạng trong CCN dự trên việc chỉnh sửa từ giải thuật leavecopy-down. Việc cache hay không nội dung được quyết định dự trên một xác xuất được tính toán. So với LCD thì giải thuật đề xuất tốt hơn về số lượng hit và số hopcount trung bình để tải nội dung từ một nút mạng khác. Kết quả được trình bày trong hội nghị quốc tế ICCASA 2016.

- Đã thiết kế một cơ chế khuyến khích (incentive mechanism) giữa nhà cung cấp dịch vụ mạng (ISP) và cung cấp nội dung (CP) đối với những nội dung có trả phí.

Đối với mục tiêu thứ tư:

- Đã đề xuất một giải thuật điều khiển tắt nghẽn đa đường tiết kiệm năng lượng. Giải thuật đề xuất vẫn đảm bảo được các tính năng của một giao thức điều kiển tắt nghẽ nói chung như thân thiện với các giao thức đơn đường (TCP friendly, do-not-harm), khả năng chia tải (load balancing) và khả năng cải thiện thông lượng. Đồng thời giản thuật tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các giải thuật điều khiển tắc nghẽn khác.

- Đã tiến hành nhiều thí nghiệm, tính toán các chỉ số QoE và nhận thấy rằng chất lượng video suy giảm trên nếu truyền trên luồn với giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường. Thậm chí chất lượng trên MPTCP còn thấp hơn so với chất lượng của video trên một đường mà có thông lượng chỉ bằng với một luồn con.

- Đã xem xét tính công bằng trong mạng có các luồng đa đường và đề xuất một giao thức điều khiển tắc nghẽn đa đường thỏa mãn công bằng upward-max-min, một dạng mở rộng của công bằng max-min, nhưng có thể đạt được qua giải thuật phân tán chứ không tập trung như các giải thuật cho công bằng max-min trong môi trường đa đường.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17073/2019) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)