Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số giải pháp định tuyến trong Tô - Pô mạng liên kết hiệu năng cao và công cụ đánh giá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
Kiều Thành Chung 
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN 
TRONG TÔ-PÔ MẠNG LIÊN KẾT HIỆU NĂNG CAO 
VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ 
Ngành: Kỹ thuật phần mềm 
Mã số: 9480103 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT PHẦN MỀM 
Hà Nội – 2021 
Công trình được hoàn thành tại: 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
 Người hướng dẫn khoa học: 
PGS.TS. NGUYỄN KHANH VĂN 
 TS. PHẠM ĐĂNG HẢI 
Phản biện 1: .. 
Phản biện 2: .. 
Phản biện 3: .. 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ 
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
 Vào hồi .. giờ, ngày .. tháng .. năm  
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 
 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 
1 
MỞ ĐẦU 
Thiết kế một giải pháp tô-pô hiệu quả sẽ đóng góp quyết định vào 
các kiến trúc mạng truyền tin lõi của các lưới tính toán lớn như các hệ 
máy tính hiệu năng cao, lưới điều khiển năng lượng thông minh hay các 
DC hiện đại với hàng nghìn nút tính toán. Với sự phát triển nhanh chóng 
về quy mô (số lượng các nút tính toán tăng cao) trong lĩnh vực thiết kế 
đa xử lý song song hay các lưới tính toán cũng như những đòi hỏi đặc 
biệt của các DC kiểu mới thì hầu hết các cấu trúc tô-pô truyền thống ít 
nhiều trở nên lạc hậu với hai vấn đề chính: 1) không đáp ứng được yêu 
cầu về độ trễ truyền tin thấp, thông lượng cao; 2) tính co giãn quy mô 
(scalability) và tính linh hoạt (flexibility), tức là sự thay đổi nhanh 
chóng (về số lượng) các nút tính toán. 
 Xuất phát từ hai vấn đề trên, mục đích nghiên cứu của luận án tập 
trung trên hai nội dung chính, thứ nhất là thiết kế tô-pô mạng mới và 
thuật toán định tuyến tương ứng và mục đích thứ hai là xây dựng thiết 
kế kiến trúc cho công cụ hỗ trợ đánh giá hiệu năng mạng. 
Trên các cơ sở lý thuyết, NCS phân tích, khái quát hóa những vấn 
đề xây dựng thuật toán định tuyến mới, đồng thời tiến hành so sánh hiệu 
năng tô-pô mạng của các nghiên cứu liên quan bao gồm các yếu tố hiệu 
năng, mối liên quan và sự đánh đổi giữa các yếu tố hiệu năng. 
Các kết quả được thực nghiệm bởi hai phương pháp: Phân tích đồ 
thị: đánh giá các tham số hiệu năng dựa trên các đặc tính đồ thị của tô-
pô và thuật toán định tuyến; Mô phỏng giả lập: các gói tin được tạo ra, 
truyền qua mạng, được ghi nhận lại các hoạt động đó và đưa ra các tham 
số cần thiết như là độ trễ truyền tin và thông lượng. 
Luận án đã góp phần bổ sung làm phong phú cơ sở lý luận khoa học 
trong việc đưa ra các giải pháp cho việc thiết kế tô-pô mạng, thuật toán 
định tuyến, phù hợp với sự phát triển của các DC hiện đại có kích thước 
ngày càng tăng như hiện nay; Góp phần xây dựng thiết kế các thuật toán 
định tuyến, kiến trúc phần mềm công cụ hỗ trợ đánh giá hiệu năng 
mạng; Cung cấp thêm nguồn tài liệu tham khảo, các khảo sát hữu ích 
nhằm phục vụ nghiên cứu và đề xuất các giải pháp thiết kế tô-pô. 
Kết quả nghiên cứu có giá trị tham khảo đối với các tổ chức, doanh 
nghiệp xây dựng, triển khai các DC cỡ vừa và nhỏ như các tổ chức ngân 
hàng, các DC ngành (Bộ, Ban, ngành, tổ chức xã hội) và các doanh 
nghiệp chuyên biệt về DC hiện đại như Viettel, FPT, VTC, VNPT, 
2 
EVN,  Hình thành được công cụ mô phỏng giả lập SSiNET được triển 
khai phục vụ nghiên cứu tại SedicLab – SoICT, Bách Khoa Hà Nội. 
Những đóng góp mới của nghiên cứu bao gồm hai nội dung chính: 
(i) Đề xuất giải thuật định tuyến mới: Định tuyến phân cấp (HR-
SW: CT1); Định tuyến rút gọn (CORRA: CT2); Định tuyến rút gọn dựa 
trên các nút đại diện cho mỗi vùng nút mạng (GLCR: CT3), có điều 
chỉnh phương thức tuyển chọn các nút đại diện (IJDST: CT5). 
(ii) Đề xuất công cụ thực nghiệm mô phỏng đánh giá hiệu năng 
mạng: công cụ phần mềm SSiNET (CT4), thực hiện giả lập cơ chế 
truyền tin trong mạng; Ứng dụng để đề xuất mô hình tô-pô lai cho các 
DC cỡ vừa, tiết kiệm chi phí và đáp ứng không gian mở phù hợp với 
điều kiện thực tiễn tại Việt Nam (CT6). 
Luận án gồm 3 chương. Chương 1 giới thiệu tổng quan các lĩnh vực 
kiến thức liên quan đến đề tài. Chương 2 trình bày các giải pháp định 
tuyến mới CORRA và GLCR. Chương 3 trình bày thiết kế kiến trúc 
công cụ mô phỏng hỗ trợ đánh giá hiệu năng mạng, SSiNET. 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 
Trong chương này, trình bày về các nội dung cơ bản, tổng quan đến 
cấu trúc tổ chức của các mạng và các nghiên cứu liên quan đến quá trình 
xác định đường đi của các gói tin giữa các cặp nguồn – đích. 
1.1. Cơ sở lý thuyết 
1.1.1. Tô-pô mạng (Network topology) 
1.1.1.1. Giới thiệu mạng liên kết 
Mạng liên kết (Interconnection Network) là một hệ thống các thiết 
bị (ví dụ máy chủ, thiết bị chuyển mạch switch) được kết nối với nhau, 
có thể lập trình được và được sử dụng để vận chuyển dữ liệu giữa các 
thiết bị đầu cuối. Mạng liên kết được ứng dụng rộng rãi trong các hệ 
thống máy tính và các hệ thống chuyển mạch thông tin liên lạc như: tính 
toán hiệu năng cao, lưu trữ vào ra (storage I/O), cluster/workgroup 
1.1.1.2. Cấu trúc mạng liên kết 
Cấu trúc mạng hay còn gọi là tô-pô mạng là mẫu thiết kế thể hiện sự 
sắp đặt các nút mạng và các kết nối giữa các nút mạng với nhau hay 
được hiểu là một phương pháp sắp xếp các kênh truyền và nút mạng. 
Mỗi mẫu kết nối giữa nút mạng yêu cầu các thuật toán định tuyến riêng 
biệt nhằm đảm bảo hiệu năng của mạng liên kết. 
3 
1.1.1.3. Các thành phần trong mạng liên kết 
Mạng liên kết được xây dựng thông qua việc cân nhắc các ràng buộc 
kĩ thuật nhằm cài đặt ba yếu tố cấu hình mạng (topology), định tuyến 
(routing) và điều khiển luồng (flow control). Định tuyến là quá trình lựa 
chọn và chỉ ra con đường nào sẽ được chọn để gói tin truyền theo. Điều 
khiển luồng được thực hiện liên tục theo thời gian và đóng vai trò quan 
trọng trong việc vừa chuyển tiếp các gói tin với độ trễ nhỏ nhất, vừa 
đảm bảo được các tài nguyên mạng. 
1.1.1.4. Một số khái niệm liên quan đến mạng liên kết 
a. Nút mạng và kênh truyền 
Cấu trúc của mạng liên kết được xác định bởi một tập hợp các nút 
mạng (kí hiệu 𝑁∗) mà chúng được kết nối bởi một tập hợp các kênh (gọi 
là 𝐶). Mỗi một thiết bị chuyển tiếp hoặc tính toán trên mạng được biểu 
diễn là một nút mạng (thiết bị đầu cuối) 𝑁 trong đó 𝑁 ⊆ 𝑁∗. Tất cả các 
nút mạng được xem như là thiết bị đầu cuối, và mỗi kênh 𝑐 = (𝑥, 𝑦) ∈
𝐶, kết nối nút nguồn 𝑥 đến nút đích 𝑦, với 𝑥, 𝑦 ∈ 𝑁∗ . 
b. Kết nối trực tiếp và kết nối gián tiếp 
Một nút mạng có thể là một nút nguồn (gửi) và nút đích (nhận) cho 
các gói tin, một nút chuyển mạch để chuyển tiếp các gói tin từ cổng vào 
đến cổng ra, hoặc cả hai. Trong mạng trực tiếp, các gói tin được chuyển 
tiếp trực tiếp giữa các nút đầu cuối, trong khi trong mạng gián tiếp 
chúng được chuyển thông qua các nút chuyển mạch 
c. Lát cắt và đường đi trong mạng 
Lát cắt của mạng, 𝐶(𝑁1, 𝑁2), là một tập hợp các kênh phân vùng tập 
của tất cả các nút mạng 𝑁∗ thành hai tập con rời nhau, 𝑁1 và 𝑁2. Đường 
đi là tập hợp có thứ tự các kênh 𝑃 = (𝑐1, 𝑐2,  , 𝑐𝑛), trong đó 𝑇𝑐𝑖 =
𝑆𝑐𝑖+1 với 𝑖 = 1,2, , (𝑛 − 1). Các nguồn của 𝑃 là, 𝑆𝑃 = 𝑆𝑐1và đích đến 
là 𝑇𝑃 = 𝑇𝑐𝑛. Chiều dài của một đường là |𝑃|, tính theo hop count. 
1.1.2. Giới thiệu giải thuật định tuyến 
1.1.2.1. Khái niệm định tuyến 
Định tuyến là quá trình lựa chọn và xác định đường để truyền gói tin 
từ nguồn tới đích trong một mạng. (i) Thuật toán định tuyến giúp cân 
bằng tải (ii) Một thuật toán định tuyến tốt giúp cho các gói tin được 
truyền đi theo đường ngắn nhất, làm giảm số lượng hop (), giảm độ trễ 
truyền tin. (iii) thuật toán định tuyến tốt còn có khả năng chịu lỗi khi 
một vài nút mạng, hoặc liên kết xảy ra sự cố và không thể hoạt động. 
4 
1.1.2.2. Phân loại các giải thuật định tuyến 
a. Định tuyến cơ bản 
Các thuật toán định tuyến đơn giản nhất là định tuyến xác định 
(deterministic routing) – chúng gửi mỗi gói tin từ nguồn 𝑆 đến đích 𝑇 
trên chính xác cùng một tuyến đường cho mỗi lần phát sinh yêu cầu 
chuyển tiếp gói tin. 
b. Định tuyến xác định và định tuyến thích nghi 
Định tuyến xác định ngẫu nhiên (Oblivious Routing), trong đó, các 
gói tin được truyền đi mà không xem xét trạng thái mạng. Định tuyến 
này được thực thi đơn giản bằng cách gửi gói tin đến một nút mạng 
được chọn ngẫu nhiên và gần nhất đối với nút hiện thời, sau đó, từ nút 
mạng được chọn sẽ định tuyến đến nút đích. Ngược lại, định tuyến thích 
nghi (Adaptive Routing) sử dụng thông tin về trạng thái mạng, sử dụng 
hàng đợi, lựa chọn đường thay thế để chuyển tiếp gói tin. 
c. Điều khiển luồng (flow control) 
Điều khiển luồng (flow control) là quá trình xác định cách thức các 
tài nguyên trên mạng (kết nối, bộ đệm tại các nút mạng) được phân 
phối cho các gói tin sử dụng trong quá trình truyền tin. Điều khiển luồng 
tốt là cách thức phân phối tài nguyên một cách có hiệu quả qua đó truyền 
tin với độ trễ nhỏ xác định trước. 
1.1.3. Hiệu năng mạng liên kết 
1.1.3.1. Đường kính mạng và trung bình độ dài đường định tuyến 
Đường đi ngắn nhất, 𝐻(𝑢, 𝑣), giữa 2 nút mạng 𝑢 và 𝑣, là đường đi 
có số lượng khoảng (hop) bé nhất mà kết nối giữa chúng. Đường kính 
mạng (Diameter), kí hiệu là 𝐻𝑚𝑎𝑥, là đường đi lớn nhất trong tất cả các 
đường đi của mọi cặp nút mạng (𝐻𝑚𝑎𝑥 = max⁡(∀𝐻(𝑢, 𝑣))). 
Tham số 𝐴𝑅𝑃𝐿 (Average Routing Path Length), là trung bình chiều 
dài đường định tuyến, được đưa ra bởi các chiến thuật định tuyến không 
tuân theo đường đi ngắn nhất. 
1.1.3.2. Độ trễ truyền tin 
“Độ trễ là khoảng thời gian từ khi một gói tin được khởi tạo tại nút 
nguồn đến khi gói tin đó được nhận ở nút đích”. Nếu nghiên cứu liên 
quan đến kết nối và các thiết bị mạng, độ trễ được định nghĩa là khoảng 
thời gian kể từ khi thành phần dữ liệu đầu tiên của gói tin bắt đầu được 
gửi vào mạng cho đến khi thành phần dữ liệu cuối cùng đến được đích. 
5 
1.1.3.3. Bảng định tuyến và kích thước bảng định tuyến 
Quan hệ định tuyến có 3 dạng: 𝑅:𝑁 × 𝑁 → 𝑃(𝑃)⁡hoặc 𝑅:𝑁 × 𝑁 →
𝑃(𝐶) hoặc 𝑅: 𝐶 × 𝑁 → 𝑃(𝐶). Trong đó, 𝑁 là tập các nút mạng, 𝑃 là tập 
các đường đi giữa các nút mạng và 𝐶 là tập các kênh truyền. Giá trị của 
các mối quan hệ cho mỗi cặp đầu vào được lưu trữ trong bảng và bảng 
được lập chỉ mục của các đầu vào. Tổng số bản ghi lưu trữ các mối quan 
hệ định tuyến là kích thước của bản định tuyến. 
1.1.3.4. Thông lượng mạng 
Thông lượng được định nghĩa là lượng thông tin tối đa được truyền 
trong một đơn vị thời gian trong mạng liên kết. Lượng thông tin được 
truyền trong một đơn vị thời gian còn được gọi là lưu lượng dữ liệu 
(traffic). Do đó thông lượng còn được hiểu là lưu lượng dữ liệu tối đa 
mà mạng chấp nhận được (maximum accepted traffic). 
1.1.4. Mô phỏng đánh giá hiệu năng mạng 
Phần mềm mô phỏng dựa trên quá trình mô hình hóa một hiện tượng 
thực tế với một tập hợp các công thức toán học. Về cơ bản, nó là một 
chương trình cho phép người dùng quan sát một hoạt động thông qua 
mô phỏng mà không thực sự thực hiện hoạt động đó. Phần mềm mô 
phỏng được sử dụng rộng rãi để thiết kế thiết bị sao cho sản phẩm cuối 
cùng sẽ gần với thông số kỹ thuật thiết kế nhất có thể mà không tốn kém 
trong việc sửa đổi quy trình. 
1.2. Giới thiệu bài toán và các nghiên cứu liên quan 
1.2.1. Bài toán nghiên cứu 
Bài toán với hai nội dung cơ bản như sau: i) Xây dựng giải pháp 
định tuyến sao cho có thể đảm bảo truyền tin giữa các cặp nút mạng, 
đồng thời đảm bảo sử dụng ít thông tin được lưu trữ trong mỗi nút mạng 
và khai thác tốt các tham số hiệu năng của mạng và ii) Xây dựng phương 
thức mô phỏng đánh giá hiệu năng tô-pô mạng, đặc biệt là các mạng có 
kích thước lớn, tương ứng với DC thực tế. 
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 
Đối với tô-pô ngẫu nhiên, SPR đòi hỏi mỗi nút mạng phải định dạng 
bảng định tuyến có kích thước lớn với kích thước Ω(𝑛𝑙𝑜𝑔𝑛), và toàn 
bộ cài đặt mạng đòi hỏi thời gian xây dựng bảng định tuyến cho mỗi 
nút mạng là Ω(𝑛2). Đây chính là điểm yếu lớn của cách tiếp cận này và 
trở thành điểm nghẽn. Do vậy, đối với các tô-pô ngẫu nhiên cần xem 
6 
xét thiết kế định tuyến rút gọn đảm bảo kích thước bảng định tuyến 
(𝑅𝑇𝑆: routing table size) nhỏ trong khi vẫn duy trì 𝐴𝑅𝑃𝐿 đủ ngắn. 
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 
Vấn đề làm sao tổ chức đánh giá qua thực nghiệm với một mô hình 
mạng kích thước lớn. Đối với các công cụ mô phỏng mạng phổ biến 
như NS3, OMNET++, hay SIMGRID cũng khó có khả năng thực 
nghiệm đối với các mạng có kích thước lớn. Công cụ mô phỏng cần tìm 
kiếm một giải pháp mới nhằm giảm tải các thông tin không cần thiết, 
mà chỉ giữ lại các yếu tố cốt lõi (như số nút mạng, vị trí đặt nút mạng, 
và liên kết giữa chúng) để đánh giá hiệu năng mạng được hiệu quả. 
Ngoài ra, một trường hợp cụ thể về việc đề xuất giải pháp tô-pô mới 
với chi phí triển khai thấp mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt cao như dễ 
mở rộng và đáp ứng điều kiện hạn chế về không gian như: kết hợp nhiều 
phòng máy chủ có diện tích sàn bị giới hạn, không liền kề. Các kiến 
trúc tô-pô mạng liên kết được ứng dụng phổ biến trên thế giới là không 
thực sự phù hợp cho những điều kiện thực tế đặc thù này. Hiện nay, tại 
Việt Nam cũng chưa có các nghiên cứu cụ thể về vấn đề đã nêu trên. 
1.2.2. Tình hình nghiên cứu 
Từ lâu các nhà khoa học đã đặc biệt quan tâm đến vấn đề thiết kế tô-
pô dùng bậc đỉnh thấp hay bậc đỉnh cao cho các hệ thống tính toán rất 
lớn. Tô-pô bậc đỉnh thấp đã được sử dụng phổ biến trong các hệ thống 
tính toán hiệu năng cao nhờ có các ưu điểm như: (i) cơ chế quản lý lỗi 
đơn giản, (ii) dễ dàng tích hợp định tuyến mạng và các lõi tính toán vào 
từng chip xử lý hay mạch đơn, (iii) cách bố trí switch mạng trong không 
gian vật lý tương đối tiết kiệm và giao thức truyền thông dễ chỉnh sửa. 
Các đồ thị ngẫu nhiên đã được biết đến với ưu điểm về đường kính 
nhỏ. Đặc tính “thế giới nhỏ” (small-world) của những mạng này đã nhận 
được nhiều sự quan tâm trong giới khoa học, bắt nguồn từ bài báo của 
Watts và Strogatz. Kleinberg đã chỉ ra rằng việc tăng cường có lựa chọn 
một số liên kết đi xa có thể giúp giảm thiểu nhanh chóng đường kính 
mạng và cung cấp khả năng tìm kiếm phân tán. Đồ thị thế giới nhỏ và 
ngẫu nhiên đã được đề xuất để xây dựng các DC với khả năng mở rộng, 
kháng lỗi và thông lượng cao trong các nghiên cứu gần đây. 
Có hai vấn đề cơ bản cần phải được đặt ra và giải quyết tốt hơn nhiều 
so với các giải pháp truyền thống: (1) đảm bảo tính co giãn qui mô 
(scalability) để giảm thiểu chi phí trong vận hành và bảo trì, (2) đưa ra 
7 
phương pháp giải bài toán kinh tế - kỹ thuật như sau: biết trước kinh phí 
đầu tư thiết bị phần cứng, thiết kế chi tiết giải pháp tô-pô liên kết hiệu 
quả, tối ưu các thông số hiệu năng. 
1.2.3. Các nghiên cứu liên quan 
Cách tiếp cận cơ bản của các nhà khoa học trong việc đề xuất giải 
pháp mới bao gồm: i)  ... 
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 
Ý tưởng cơ bản là kết hợp lai giữa tô-pô dạng Bus và RSN nhằm 
khai thác ưu điểm của chúng một cách phù hợp. Xuất phát từ dự định 
kết nối các phòng/sàn bằng tô-pô dạng Bus do có thể đáp ứng được việc 
định tuyến và lắp đặt dễ dàng và hơn nữa lại linh hoạt trong việc mở 
rộng DC trong lương lai. 
3.3.1. Kiến trúc Bus-RSN 
3.3.1.1. Kiến trúc của Bus-RSN 
Bus-RSN tạo thành một đường trục “bus-way” liên kết nhiều sàn 
phân biệt có kích thước khác nhau. Các sàn được ký hiệu là 𝑅𝑆𝑁𝑖, trên 
đó có một số nút được chọn để tạo ra trục “bus” được gọi là nút trục 
(bus-node). Các 𝑅𝑆𝑁𝑖 được kết nối với nhau thông qua đường trục, 
được tạo bởi danh sách các nút trục. Để tạo ra kết nối chặt hơn giữa các 
sàn (từ đó hạ thấp đường kính đồ thị mạng), mô hình tô-pô này cho phép 
bổ sung các liên kết ngẫu nhiên giữa các nút trục trên đường trục. 
3.3.1.2. Nút và liên kết giữa các nút 
Bus-RSN có 2 loại nút: nút thường (non-bus-node) có 4 liên kết lưới 
giúp liên kết với 4 nút xung quanh và 𝑟⁡liên kết ngẫu nhiên, được kết 
nối với các nút bất kỳ trong cùng vùng với nó. Nút trục (bus-node) có 4 
liên kết lưới và 2 liên kết ngẫu nhiên và các liên kết trên đường trục 
(bus-link), dùng để liên kết các vùng với nhau, tạo sự liên thông cho 
mạng và thực hiện các nhiệm vụ điều khiển, giám sát.. 
3.3.1.3. Khuyến nghị sử dụng trong thực tiễn 
Bus-RSN được đề xuất cho các DC cỡ nhỏ và vừa phù hợp mới xu 
hướng phát triển linh hoạt và tiết kiệm trong nước, nên khuyến nghị là 
các ứng dụng nên được thực thi trên các máy thuộc cùng một sàn. Việc 
20 
sử dụng kiến trúc Bus tối giản như thế giúp giảm thiểu chi phí liên kết 
giữa các sàn có thể ở khá xa nhau. Trong trường hợp có ứng dụng yêu 
cầu số lượng máy chủ tương đối nhiều và bắt buộc phải triển khai trên 
nhiều hơn một sàn, hệ thống sẽ có thể bổ sung các liên kết ngẫu nhiên 
giữa các vùng phù hợp sao cho đảm bảo yêu cầu mà không tốn kém. 
3.3.2. Giải pháp định tuyến 
Địa chỉ của một nút trong Bus-RSN gồm 3 thành phần: định danh 
của vùng 𝑍𝑜𝑛𝑒_𝑖𝑑(𝑧𝑖), định danh của khối 𝐵𝑙𝑜𝑐𝑘_𝑖𝑑(𝑏𝑖), 𝑁𝑜𝑑𝑒_𝑖𝑑(𝑖), 
được cấu trúc thành 𝑣(𝑧𝑖; (𝑏𝑖; 𝑖)). 𝑧𝑖 của một nút được quyết định bởi 
vùng quản lý nút đó, được dùng để phân biệt các nút thuộc vùng nào, 
𝑁𝑜𝑑𝑒_𝑖𝑑 được dùng để phân biệt các nút trong cùng một khối. 
Định tuyến nội vùng (Intra-zone): Áp dụng CORRA khi định tuyến 
2 nút trong cùng một vùng để có thể sử dụng tối đa các liên kết ngẫu 
nhiên, từ đó hiệu năng của mạng cũng được gia tăng. Định tuyến liên 
vùng: (Inter-zone) gồm 2 bước: (1), định tuyến từ nút nguồn đến nút 
trục gần nút đích nhất. (2), sau đó định tuyến đến nút đích. 
3.3.3. Đánh giá bằng thực nghiệm 
Khảo sát với các tham số hiệu năng gồm đường kính mạng, 𝐴𝑅𝑃𝐿, 
trung bình độ trễ, 𝑅𝑇𝑆, tổng độ cài cáp mạng (Total cable length), chi 
phí thiết bị và cài đặt mạng (network cost), của tô-pô Bus-RSN cùng 
với các tô-pô quan trọng đã đề cập: JellyFish, RSN, R3, thông qua công 
cụ phần mềm mô phỏng SSiNET. 
3.3.3.1. Đánh giá hiệu năng mạng liên kết 
Thử nghiệm 1, kích thước: 64; 128; 256; 512, được lắp đặt ở 2 vùng 
cách nhau 15m. Các vùng của tô-pô Bus-RSN được chia thành 4 khối. 
JellyFish có kết quả tốt nhất, vì cấu trúc mạng của JellyFish là hoàn 
toàn ngẫu nhiên cùng thuật toán định tuyến 𝑘-Shortest Path. RSN với 
kích thước nhỏ nên khi sử dụng thuật toán định tuyến SPR cho đường 
kính mạng khá nhỏ (xấp xỉ JellyFish). R3 cho đường kính mạng cao 
nhất vì tô-pô có cấu trúc siêu khối, nên sẽ cần nhiều hop hơn khi gói tin 
di chuyển. Bus-RSN có đường kính mạng khá nhỏ, từ 5,0 đến 7,7 khi 
kích thước mạng thay đổi từ 64 đến 512. Bus-RSN có độ trễ cao hơn 
cao hơn 12,61% so với JellyFish ở kích thước mạng là 128. 𝐴𝑅𝑃𝐿 của 
Bus-RSN thấp nhất, khoảng từ 1,8 đến 2,5 với kích thước mạng từ 64 
đến 512. 𝐴𝑅𝑃𝐿 của JellyFish hơn Bus-RSN khoảng 60% ở kích thước 
128 và 20% ở kích thước 512. RSN có 𝐴𝑅𝑃𝐿 xấp xỉ JellyFish. R3 có 
𝐴𝑅𝑃𝐿 cao nhất trong các tô-pô. 
21 
Trong kịch bản thứ hai với kích thước: 128; 256; 512; 1024, các tô-
pô được đặt tại 8 vùng, cách nhau đôi một 15m. Bus-RSN, R3, RSN có 
đường kính mạng xấp xỉ nhau, dao động từ 4 đến 7. Bus-RSN, RSN và 
JellyFish có đường kính mạng nhỏ. R3 có đường kính mạng cao vì các 
nút mạng của tô-pô này thuộc nhiều vùng khác nhau. Nên khi định 
tuyến, chúng phải đi qua nhiều nút biên trong R3, khiến cho đường kính 
mạng của R3 lớn hơn các tô-pô còn lại. 
3.3.3.2. Đánh giá chi phí triển khai 
Với thử nghiệm 1 (như trên), Bus-RSN có kết quả tốt nhất khi sử 
dụng ít cáp nối và thấp hơn JellyFish, thấp hơn 81,53% ở kích thước 
mạng 128 nút. Bus-RSN cung cấp khả năng linh hoạt trong việc kết nối 
giữa hai vùng xác định bằng cách thay đổi một số liên kết trong vùng 
𝑧1 tới một số nút mạng trong vùng 𝑧2. Chi phí cho sự thay đổi này là: 
12*500*2 + 15*10 = 12.150 (USD), so với chi phí xây dựng ban đầu là 
chỉ tăng thêm khoảng 2,2%. 
Với thử nghiệm 2, Bus-RSN sử dụng cáp mạng ít nhất, 1.344 mét, 
14.861 mét ở kích thước mạng là 128 và 1.024 tương ứng. Với kích 
thước 128, JellyFish sử dụng nhiều hơn 5,89 lần số lượng cáp mạng so 
với Bus-RSN, và hơn 6,5 lần với kích thước 1.024. Lý do chính là bởi 
số lượng cáp kết nối giữa các nút mạng liên vùng của JellyFish nhiều 
và tỏ ra bất lợi khi kết nối giữa các phòng máy chủ đặt cách xa nhau. 
Do vậy, Bus-RSN phù hợp với điều kiện triển khai thực tế khi các phòng 
lắp đặt máy chủ được bố trí ở xa nhau và có kích thước khác nhau. 
3.3.4. Kết luận giải pháp 
Với đặc thù thiết kế hướng tiết giảm chi phí và triển khai linh hoạt, 
Bus-RSN có thể lắp đặt trong không gian gồm nhiều phòng/sàn phân 
biệt. Đồng thời, chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng DC theo mô hình 
này phù hợp với các doanh nghiệp có nguồn vốn hạn hẹp. Mô hình Bus-
RSN phù hợp với các DC cỡ vừa và nhỏ, mà trong đó không đòi hỏi tốc 
độ tính toán cao (chấp nhận độ trễ) nhưng đảm bảo chi phí lắp đặt thấp. 
3.4. Tóm tắt chương 3 
Trình bày chính về kiến trúc công cụ hỗ trợ mô phỏng đánh hiệu 
năng SSiNET và ứng dụng của SSiNET để đề xuất một dạng bài toán 
cụ thể trong việc xây dựng tô-pô mạng cho các DC cỡ vừa, tiết kiệm 
chi phí và đáp ứng không gian mở. Thực nghiệm mô phỏng bằng 
phương pháp giản lược cấu trúc thông tin của đối tượng nút mạng và 
các phương thức hoạt động cơ bản, chỉ giữ lại các yếu tố chủ chốt cần 
22 
thiết. Xây dựng kiến trúc SSiNET với ba khối chức năng gồm: mô tả 
cấu trúc và thiết lập cấu hình mạng; cài đặt định tuyến và mô phỏng 
giản lược; giao diện ứng dụng. 
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 
4.1. Kết luận 
Nghiên cứu thiết kế giải pháp tô-pô mạng là một chủ đề truyền thống 
của hoạt động nghiên cứu mạng, phát triển và mở rộng trong vài thập 
kỉ gần đây và được các nhà khoa học quan tâm nhiều. Trong xu hướng 
phát triển ngày càng lớn mạnh của các DC, các tô-pô truyền thống tỏ ra 
kém hiệu quả khi độ trễ toàn mạng tăng cao, như là tính toán song song 
ồ ạt hoặc chúng ít có khả năng mở rộng do tính chất cứng nhắc. Các cấu 
trúc tô-pô mạng đứng trước những đòi hỏi về sự mở rộng nhanh chóng, 
tính mềm dẻo đồng thời phải đảm bảo giảm thiểu chi phí triển khai, vận 
hành và bảo trì. Như vậy, đối với một giải pháp tô-pô mới, vừa phải 
đảm bảo hiệu quả các yếu tố hiệu năng, vừa phải đảm bảo bài toán kinh 
tế - kỹ thuật. 
Thông qua quá trình nghiên cứu, NCS đã khẳng định được một số 
đóng góp đối với lĩnh vực nghiên cứu thiết kế tô-pô mạng và giải thuật 
định tuyến tương ứng, đảm bảo đúng mục tiêu nghiên cứu đã đề ra, bao 
gồm 2 nhóm chính như sau: 
Nhóm thứ nhất là nghiên cứu đề xuất giải thuật định tuyến đối với 
tô-pô mạng có kích thước lớn. Với trọng tâm là các dạng tô-pô mạng 
ngẫu nhiên. Trong đó chú trọng vào việc ứng dụng các thiết bị chuyển 
mạch thông dụng, chi phí thấp và sẵn có trên thị trường. Vấn đề này thể 
hiện trong việc giảm thiểu 𝑅𝑇𝑆 tại mỗi nút mạng – thiết bị chuyển mạch 
tương ứng, trong khi duy trì các yếu tố hiệu năng như đường kính mạng, 
𝐴𝑅𝑃𝐿, đảm bảo độ trễ toàn mạng thấp. 
Cụ thể, NCS đã đề xuất giải pháp định tuyến rút gọn CORRA khám 
phá các sử dụng các cầu nối giữa các vùng hàng xóm riêng biệt và được 
áp dụng trong thuật toán được đề xuất là CORRA, có 𝐴𝑅𝑃𝐿 tăng 20% 
so với SPR, nhưng giảm 17,6% khi so với TZ [25]. Tuy nhiên, khi so 
với SPR, thuật toán định tuyến CORRA giảm 𝑅𝑇𝑆 được 88% và 94% 
đối với mạng có kích thước 2.048 và 8.192 tương ứng. Hơn nữa, với 
hầu hết kích thước mạng được thực nghiệm, CORRA đạt được độ trễ 
truyền tin tốt hơn TZ và SPR với 31,36% và 5,36% tương ứng. 
NCS đề xuất kịch bản định tuyến rút gọn GLCR mà dựa trên yếu tố 
địa lý của các nút đại diện mà có thể làm giảm 𝑅𝑇𝑆 từ kịch bản phổ 
23 
quát của Thorup & Zwick [25], đạt giảm 15% đối với kích thước mạng 
1.024 và 45% đối với kích thước mạng hơn 100.000 nút, và cũng đảm 
bảo 𝐴𝑅𝑃𝐿 ngắn hơn. Đề xuất của GLCR cải tiến kịch bản phổ quát TZ 
[25] bằng việc đưa ra kỹ thuật lựa chọn nút đại diện mới. Trong kỹ thuật 
đó, NCS đưa các nút đại diện được chọn rời xa các nút đại diện khác để 
đảm bảo chúng được phân bố đều trên toàn mạng, điều đó tạo ra bảng 
định tuyến rất gọn. 
Nhóm thứ hai là xây dựng được công cụ hỗ trợ đánh giá hiệu năng 
của tô-pô mạng được gọi là SSiNET. Trong đó, NCS đã đề xuất một 
cách tiếp cận mới cho việc thiết kế công cụ thực nghiệm đánh giá các 
tô-pô mạng theo phương châm mô phỏng giản lược và trình bày một 
bản thiết kế tổng quan và chi tiết cho sản phẩm công cụ SSiNET, phát 
triển theo tiếp cận này. Công cụ cho phép đánh giá và so sánh các tô-pô 
có kích thước lớn trên các phương diện truyền thống như các đặc tính 
đồ thị và định tuyến và đặc tính khai thác có tải. Ngoài ra, SSiNET cho 
phép các nhà nghiên cứu thử nghiệm các thiết kế tô-pô mới một cách 
đa dạng và linh hoạt mà không phải phát triển chương trình riêng để cài 
đặt các tô-pô hoặc thuật toán định tuyến có sẵn. 
Ứng dụng công cụ SSiNET để thực nghiệm và đề xuất mô hình tô-
pô lai Bus-RSN nhằm giải quyết bài toán xây dựng DC của các doanh 
nghiệp nhỏ và vừa. Giải pháp thiết kế hướng tiết giảm chi phí và triển 
khai linh hoạt, có thể lắp đặt trong không gian gồm nhiều phòng/sàn 
phân biệt. Đồng thời, chi phí đầu tư ban đầu để xây dựng DC theo mô 
hình này phù hợp với các doanh nghiệp có nguồn vốn hạn hẹp. Tính 
linh hoạt trong khả năng mở rộng giúp doanh nghiệp có thể mở rộng 
hoặc co hẹp DC một cách dễ dàng. 
4.2. Hướng phát triển nghiên cứu 
Với sự phát triển mạnh mẽ của các DC cũng như các yêu cầu ngày 
càng cao về các yếu tố hiệu năng mạng, cũng như ứng dụng vào việc 
khảo sát trong bài toán kinh tế kỹ thuật đối với vấn đề đầu tư thiết bị. 
Các hướng nghiên cứu có thể còn được phát triển rộng rãi, đặc biệt 
trong giai đoạn hiện nay khi các cấu trúc tô-pô truyền thống như Bus, 
Star, Tree,Hyper-Cube.. và các các tô-pô có cấu trúc chặt chẽ như 
Tori-Family, Fat-Tree, trở nên hạn chế trước những yêu cầu gia tăng 
nhanh chóng và đảm bảo tính mềm dẻo của DC. Do đó, trong tương lai, 
các nghiên cứu còn hướng vào các giải pháp kỹ thuật cụ thể hơn: 
24 
 Nghiên cứu cần được phát triển, thực nghiệm với các ứng dụng 
hoặc các bộ dữ liệu lớn (như là các Benchmark) để tìm ra các giải pháp 
tô-pô hoặc thuật toán định tuyến phù hợp với các ứng dụng đó. 
 Trong xu hướng phát triển Green DC, cần xây dựng các mô hình 
tính toán công suất tiêu thụ, đặc biệt là đối với năng lượng truyền gói 
tin việc tìm ra các giải pháp thiết kế tô-pô hiệu quả làm giảm năng lượng 
tiêu thụ 
 Giải pháp điều khiển và kiểm soát linh hoạt (Giám sát hoạt động 
chế độ chủ động (active) và chế độ sẵn sàng (standby) trong điều kiện 
tải thấp) (kết hợp cùng với giải pháp tiết kiệm điện năng tiêu thụ. 
 Mô hình và giải pháp thiết kế tô-pô lai (Bus-RSN) cho mạng kích 
thước vừa và nhỏ với điều kiện thực tiễn hiện nay (ví dụ, không gian 
lắp đặt các phòng máy chủ bị hạn chế, các phòng máy chủ có thể được 
đặt cách rời xa nhau). Hướng nghiên cứu dự định sẽ đánh giá các yếu 
tố hiệu năng như thông lượng và điện năng tiêu thụ của mạng để có thể 
đưa ra đánh giá đầy đủ nhất về mô hình Bus-RSN. 
 Đối với công cụ hỗ trợ đánh giá hiệu năng mạng, mặc dù đã có 
kiến trúc hệ thống và đã thực thi được những kết quả quan trọng, tuy 
nhiên, trong tương lai cần bổ sung các chức năng cần thiết như mô 
phỏng giả lập truyền tin đối với các cấu trúc tô-pô đặc thù. Hoàn thành 
chức năng hỗ trợ thiết kế mặt bằng phòng máy chủ trong điều kiện thực 
tế như đã trình bày trên. Hoàn thiện giao diện người sử dụng để có thể 
thực hiện được trên Internet nhằm chia sẻ hỗ trợ người sử dụng khác 
trong lĩnh vực nghiên cứu này. Tuy nhiên vấn đề năng lực hệ thống (các 
máy chủ tính toán) cần được cân nhắc để triển khai. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
[CT1]. KIEU, Thanh-Chung; (2016). An interconnection network exploiting 
trade-off between routing table size and path length. In: 2016 Fourth 
International Symposium on Computing and Networking (CANDAR). IEEE, 
2016. p. 666-670. 2379-1896/16 © 2016 IEEE, DOI 
10.1109/CANDAR.2016.41. Electronic ISSN: 2379-1896 
[CT2]. THANH, Chung Kieu; (2017). An efficient compact routing scheme 
for interconnection topologies based on the random model. In: Proceedings of 
the Eighth International Symposium on Information and Communication 
Technology. 2017. p. 189-196. ACM 
https://doi.org/10.1145/3155133.3155186. ISBN 978-1-4503-5328-1/17/12... 
[CT3]. NGUYEN, Chi-Hieu; KIEU, Chung T.; VAN NGUYEN, Khanh 
(2019). Efficient Landmark-Based Compact Routing for Random 
Interconnection Topologies. In: 2019 IEEE-RIVF International Conference on 
Computing and Communication Technologies (RIVF). IEEE, 2019. p. 1-6. 
INSPEC Accession Number: 18673683. Publisher: IEEE ISSN: 2162-786X 
DOI: 10.1109/RIVF.2019.8713674. 
[CT4]. CHUNG, Kiều Thành; THÀNH, Nguyễn Tiến; VĂN, Nguyễn Khanh 
(2019). Một tiếp cận thiết kế công cụ phần mềm đánh giá hiệu năng mạng liên 
kết kích thước lớn. Chuyên san Các công trình Nghiên cứu và Phát triển về 
Công nghệ thông tin và Truyền thông, 2019. DOI: 10.32913/mic-ict-research-
vn.v2019.n1.889 
[CT5]. NGUYEN, Chi-Hieu; KIEU, Chung T.; NGUYEN, Khanh-Van (2020). 
Improved Compact Routing Schemes for Random Interconnects. International 
Journal of Distributed Systems and Technologies (IJDST), 2020, 11.3: 89-109. 
ISSN: 1947-3532|EISSN: 1947-3540 DOI: 10.4018/IJDST.2020070105 
[CT6] KIEU, Chung Thanh; Vu, Quang Son; Dang, Hai Pham; Nguyen 
Khanh-Van (2020); Bus-RSN: Giải pháp tô-pô mạng liên kết dạng lai cho các 
trung tâm dữ liệu cỡ vừa, tiết kiệm chi phí và đáp ứng không gian mở. Chuyên 
san Các công trình nghiên cứu, phát triển và ứng dụng Công nghệ thông tin 
và Truyền thông, 2020, 20-34. ISSN: 1859-3526. 
https://doi.org/10.32913/mic-ict-research-vn.v2020.n1.922