Đánh giá hiệu năng các giải pháp đảm bảo chất lượng
dịch vụ trong mạng IoT định nghĩa bằng phần mềm
Nguyễn Quang Huy, Nguyễn Việt Châu, Lê Hải Châu và Nguyễn Tiến Ban
Khoa Viễn Thơng I,
Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thông
Email: , và
Abstract— Công nghệ Internet vạn vật (IoT) đang phát triển
mạnh mẽ cả về số lượng thiết bị, loại hình dịch vụ, cơng nghệ kết
nối và cả dải yêu cầu đa tạp về băng thông cũng như chất lượng
dịch vụ. Công nghệ IoT đang mang lại rất nhiều triển vọng mới
nhưng cũng đồng thời tạo ra nhiều áp lực trong việc nâng cấp,
cải tiến cũng như chỉ ra nhiều hạn chế và vấn đề khó khăn trong
hạ tầng mạng thông tin hiện tại. Do vậy, các công nghệ mạng và
thiết bị mạng mới đang được quan tâm đầu tư nghiên cứu và
phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu của IoT. Với các ưu điểm
trong quản lý, điều khiển và lập trình tài nguyên linh hoạt cùng
khả năng triển khai, nâng cấp hạ tầng và dịch vụ linh hoạt với
chi phí hiệu quả, giải pháp ứng dụng công nghệ mạng định nghĩa
bằng phần mềm (SDN) trong hạ tầng truyền thông IoT (SD-IoT)
đang dần trở thành giải pháp hứa hẹn cho truyền thông Internet
tương lai. Trong bài báo này, chúng tôi tập trung nghiên cứu,
khảo sát, triển khai và đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ trong các mạng IoT định nghĩa bằng
phần mềm trong đó bao gồm hai kỹ thuật đảm bảo QoS điển
hình của mạng SDN là mơ hình phân biệt dịch vụ (DiffServ) và
kỹ thuật theo từng luồng (perFlow). Chúng tôi cũng kiểm nghiệm
hiệu năng của các giải pháp này theo các loại hình lưu lượng
khác nhau như dịch vụ lưu lượng Best-effort, dịch vụ lưu lượng
tốc độ không đổi và dịch vụ lưu lượng tốc độ cao dựa trên cơ sở
hệ thống chuyển mạch SDN cỡ nhỏ đã được phát triển dành cho
các ứng dụng và hạ tầng IoT. Các kết quả đạt được cho thấy khả

năng thành công của việc triển khai các kỹ thuật đảm bảo chất
lượng dịch vụ (DiffServ và perFlow) cũng như hiệu quả của
chúng trong hạ tầng truyền thông SD-IoT.

mới nhằm đáp ứng tốt hơn các yêu cầu của đa dạng các loại
hình dịch vụ và sự phát triển bùng nổ của băng thông [2].
Công nghệ truyền thông IoT được kỳ vọng sẽ giảm thiểu điện
năng tiêu thụ, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu phong phú về băng
thông trong khi vẫn đảm bảo truyền thông trong suốt với các
thiết bị và mơi trường mới trong mọi điều kiện, hồn cảnh và
dịch vụ [3]. Hơn nữa, các thiết bị mạng trong IoT cũng cần
phải đảm bảo linh hoạt trong triển khai và hiệu quả về giá
thành trong khi hỗ trợ được các dịch vụ IoT đa tạp với dải
rộng nhu cầu về chất lượng dịch. Trong khi đó, các cơng nghệ
mạng truyền thống dựa trên các giao thức truyền tải cơ bản
trước đây trên nền IP đang tỏ ra khó có khả năng đáp ứng
được các yêu cầu khắt khe của hạ tầng thông tin trong IoT.
Các thiết bị mạng truyền thống, với hạn chế về tài nguyên,
được lập trình sẵn với tập các thủ tục, quy tắc phức tạp khác
nhau và không thể sửa đổi linh hoạt theo thời gian thực cũng
như khơng thể khả lập trình nhằm tối ưu hóa dịch vụ mạng.
Trong thời gian gần đây, với khả năng cung cấp nền tảng
mạng linh hoạt, khả lập trình, triển khai dịch vụ nhanh chóng
và hiệu quả, cơng nghệ mạng định nghĩa bằng phần mềm
(SDN) đang nổi lên là một trong các giải pháp hứa hẹn có thể
khắc phục được những vấn đề của mạng truyền thống và đáp
ứng được các yêu cầu khắt khe của công nghệ IoT [4-5]. SDN
cung cấp khả năng trừu tượng hóa các phân lớp mạng và ảo
hóa tài nguyên dựa trên việc tách biệt giữa mặt phẳng điều
khiển (logic) với thiết bị chuyển tiếp thơng tin (vật lý), qua đó,

chuyển đổi tài ngun mạng thành dạng khả lập trình, điều
khiển mạng tự động với độ linh hoạt cao và khả năng nâng cấp
hiệu quả theo mọi nhu cầu kinh doanh của các nhà khai thác
viễn thông [6-8]. Trong mạng SDN, chức năng điều khiển
mạng thông minh được triển khai dựa vào các thành phần phần
mềm (gọi là các bộ điều khiển SDN) trong khi chức năng của
các thiết bị kết nối mạng thì được thay bằng chức năng chuyển
tiếp dữ liệu đơn giản [7, 8]. Do vậy, hướng tiếp cận ứng dụng
công nghệ SDN trong hạ tầng thông tin truyền thông IoT (gọi
tắt là công nghệ SD-IoT) đang dần thu hút được nhiều sự quan
tâm, đầu tư nghiên cứu [8-10]. Một số nghiên cứu phát triển
sản phẩm SDN kích thước nhỏ đã được đề xuất cho IoT [1113]. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này mới chỉ tập trung
chính vào một số triển khai phần cứng với một vài chức năng
đơn giản như là kiến tạo lại các chức năng của các phần tử
mạng truyền thông trên thiết bị SDN, chức năng định tuyến, …
Bên cạnh đó, dù các vấn đề liên quan đến việc đảm bảo chất
lượng dịch vụ (QoS) đã bắt đầu được nghiên cứu triển khai đối

Keywords- Internet vạn vật, mạng định nghĩa bằng phần mềm,
chất lượng dịch vụ.

I.

GIỚI THIỆU

Công nghệ Internet vạn vật (IoT) đã và đang phát triển với
tốc độ ngày càng cao cả về loại hình thiết bị, công nghệ kết
nối mạng cũng như về các yêu cầu đối với băng thông, độ trễ,
và các tham số thể hiện chất lượng của kết nối [1]. Các thiết bị
kết nối IoT không chỉ là các phương tiện truyền thơng truyền

thống như máy tính, điện thoại thơng minh, … mà còn là các
thiết bị gia dụng như tủ lạnh, lị vi sóng, … hay hệ thống cơng
nghiệp đến cả con người. Các kỹ thuật và công nghệ mạng
đang hướng đến giải quyết các thách thức và vấn đề của IoT
nhằm hỗ trợ cho hàng tỉ thiết bị kết nối Internet với nhiều đặc
tính khác nhau và trao đổi thơng tin theo thời gian thực để
thực hiện các dịch vụ thơng minh đa tạp về băng thơng. Bên
cạnh đó, hạ tầng truyền thông IoT cũng đang được tập trung
cải tiến và nâng cao, hướng đến các kiến trúc và thiết bị mạng

224


với một số mạng dựa trên nền tảng công nghệ SDN [14-16],
việc đảm bảo QoS trong các mạng SD-IoT vẫn chưa được quan
tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới cũng như ở Việt nam.
Với mục tiêu thiết kế, xây dựng thành cơng một thiết bị
mạng SDN kích thước nhỏ, giá thành phải chăng để có thể áp
dụng được trong các hệ thống IoT, chúng tôi đã phát triển
thành công mẫu thiết bị chuyển mạch SDN dựa trên nền tảng
phần cứng Raspberry Pi và các công cụ phần mềm mã nguồn
mở [17]. Hệ thống của chúng tôi bao gồm 4 cổng kết nối theo
chuẩn Ethernet có tốc độ tối đa 100 Mbps, hoạt động dựa trên
hệ thống Raspberry pi 3 sử dụng hệ điều hành Raspbian và
phần mềm OpenvSwitch. Hệ thống này tương thích với giao
thức điều khiển SDN là OpenFlow 1.3. Nhờ vào công nghệ
SDN và các phần mềm mã nguồn mở, thiết bị này có thể triển
khai thành các thiết bị mạng với chức năng đa dạng bằng phần
mềm cài đặt trong bộ điều khiển.
Trong bài báo này, chúng tôi thực hiện nghiên cứu, khảo

sát, triển khai và đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật đảm bảo
chất lượng dịch vụ trong các mạng IoT định nghĩa bằng phần
mềm dựa vào hệ thống chuyển mạch SDN đã được phát triển.
Các kỹ thuật đảm bảo QoS điển hình khác nhau của mạng SDN
bao gồm hai loại tiêu biểu là kỹ thuật dựa vào mơ hình
DiffServ và kỹ thuật theo từng luồng (perFlow) được nghiên
cứu và triển khai để đánh giá và so sánh với nhau. Chúng tôi
cũng kiểm nghiệm hiệu quả của các giải pháp này theo các loại
hình dịch vụ khác nhau như dịch vụ lưu lượng Best-effort, dịch
vụ lưu lượng tốc độ không đổi và dịch vụ lưu lượng tốc độ cao.
Các kết quả đạt được cho thấy khả năng thành công của cả hai
kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ (DiffServ và perFlow)
trong hạ tầng truyền thơng SD-IoT. Ngồi ra, hiệu năng của
các giải pháp cũng được xem xét dưới ảnh hưởng của một số
tham số thiết bị cơ bản như độ dài hàng đợi trang bị trong hệ
thống.

Hình 1. Mẫu thiết bị chuyển mạch bằng phần mềm bốn cổng Ethernet 100
Mbps.
BẢNG I. CẤU HÌNH MẪU THIẾT BỊ CHUYỂN MẠCH SDN
Thông số
Hệ thống phần cứng
RAM
Chipset
Tốc độ chip
Số cổng Ethernet
Tốc độ cổng
Hệ điều hành
Phiên bản OVS
Phiên bản OpenFlow


Giá trị
Raspberry Pi B
1 GB
Broadcom BCM2837 chipset
1.2 GHz Quad-Core ARM Cortex-A53
4
100 Mbps
Raspbian 4.9.35
2.8
1.3

Nhờ việc sử dụng phần mềm chuyển mạch OpenvSwitch,
thiết bị chuyển mạch này khơng chỉ có khả năng cung cấp các
chức năng của thiết bị mạng thông thường, mà cịn có thể cấu
hình linh hoạt và mở rộng, nâng cấp dễ dàng. Thiết bị này được
cấu hình thơng qua cơ sở dữ liệu đơn giản (gọi là ovsdb) và có
khả năng thay đổi, cập nhật thơng tin bằng các công cụ như
ovsdb-client, ovsdb-tool and ovs-vsctl. Cơ sở dữ liệu của thiết
bị sử dụng giao thức JSON để truyền thơng và lưu trữ dữ liệu.
Ngồi ra, thiết bị này cịn sử dụng cơng cụ quản lý và điều
khiển luồng ovs-ofctl để thực hiện các lệnh OpenFlow. Bằng
cách dùng phần mềm, thiết bị chuyển mạch SDN sẽ trở nên
mềm dẻo và linh hoạt hơn, tuy nhiên, cũng vì thế mà nó có thể
gặp nhiều bất lợi về tốc độ xử lý và năng lượng tiêu thụ.

II. GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG MẠNG IOT ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM
A. Chuyển mạch định nghĩa bằng phần mềm cỡ nhỏ cho các
ứng dụng IoT và hạ tầng mạng SD-IoT

Hình 1 thể hiện mẫu thiết bị chuyển mạch định nghĩa bằng
phần mềm kích thước nhỏ được xây dựng dựa trên hệ thống
phần cứng Raspberry Pi 3 [18-19], phần mềm Open vSwitch
bao gồm 04 cổng Ethernet tốc độ 100 Mbps cho các ứng dụng
và hạ tầng IoT. Nhờ triển khai trên hệ thống Raspberry Pi 3,
giá thành của thiết bị được giảm thiểu trong khi vẫn tận dụng
được các tính năng ưu việt của hệ thống chuyển mạch định
nghĩa bằng phần mềm nhờ việc khai thác các thành phần phần
mềm mã nguồn mở. Phần mềm chuyển mạch SDN Open
vSwitch là một trong các phần mềm được triển khai rộng rãi và
hỗ trợ tương đối đầy đủ các tính năng của thiết bị chuyển mạch
SDN [20]. Cấu hình cụ thể của mẫu thiết bị được tổng hợp
trong Bảng I. Thiết bị này có thể được điều khiển bởi bộ điều
khiển SDN như POX, Ryu hay Opendaylight, … Để cho việc
triển khai hệ thống được đơn giản, thuận tiện, chúng tôi đã sử
dụng bộ điều khiển Ryu (phần mềm điều khiển SDN dựa trên
ngôn ngữ Python) [5, 7].

Thiết bị chuyển mạch SDN kích thước nhỏ này có khả năng
hỗ trợ nhiều kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ khác nhau
nhờ vào việc sử dụng giao thức OpenFlow [7]. Chuyển mạch
OpenFlow cho phép điều khiển thơng tin ở mức gói hoặc mức
luồng một cách linh hoạt thông qua bộ điều khiển. Openflow
cho phép người dùng quản lý đến từng luồng riêng lẻ. Trên
thực tế, có nhiều cơng cụ lập trình được hỗ trợ trong OpenFlow
để quản lý, điều khiển các luồng dữ liệu và người dùng có thể
thiết lập các chính sách lưu lượng phù hợp với mục tiêu, yêu
cầu của mỗi dịch vụ một cách linh hoạt. Chuyển mạch dựa trên
OpenFlow duy trì các bảng luồng (flow table) và cập nhật, so
sánh thông tin bảng luồng với các trường tiêu đề để đưa ra các

quyết định phù hợp (chuyển tiếp, loại bỏ hay nhớ đệm, …) với
các gói dữ liệu. Nếu như các trường tiêu đề của gói tin khơng
phù hợp với các khoản mục trong bảng luồng hiện tại, thiết bị
chuyển mạch sẽ đóng gói và gửi ngược gói tin lên cho bộ điều
khiển. Bộ điều khiển sẽ chịu trách nhiệm quyết định cách thức

225


xử lý đối với gói tin như là thơng báo hủy gói tin hay cập nhật
khoản mục mới trong bảng luồng để xử lý gói tin đó như là một
luồng mới. Cơ chế thực hiện điều khiển chất lượng dịch vụ
trong SDN theo luồng được minh họa trên Hình 2.

thể đặc tả các chính sách mà khơng cần phải cấu hình lại các
thiết lập ở mức thấp cho mỗi thiết bị chuyển tiếp dữ liệu. Tập
các chính sách này và kể cả các lớp lưu lượng khác nhau cũng
không bị giới hạn và cho phép tinh chỉnh dựa theo nhu cầu của
người dùng. Do vậy, các quy định, chính sách có thể được định
nghĩa theo từng luồng (nếu cần thiết) và bộ điều khiển có
nhiệm vụ áp dụng chúng một cách hiệu quả vào các phần tử
mạng khác nhau (gọi tắt là perFlow). Theo cách tiếp cận này,
việc cung cấp QoS cũng có thể được thực hiện theo một trong
hai khía cạnh đó là đảm bảo QoS cho luồng dữ liệu khách
hàng/doanh nghiệp hay cho mỗi luồng ứng dụng cụ thể (xem
Hình 3). Có một số giải pháp đảm bảo QoS dựa vào SDN đã
được đề xuất và phần lớn trong đó sử dụng cơ chế cắt lát ảo
(virtual slicing) băng thông khả dụng. Phương pháp này gần
giống như dự trữ tài nguyên trong đó, mỗi luồng được gán một
phần dung lượng truyền dẫn. Bên cạnh đó cịn có kỹ thuật định

tuyến động theo luồng cũng được đề xuất để không gán trực
tiếp tài nguyên cho mỗi luồng hoặc kỹ thuật dựa vào việc xếp
hàng vào hàng đợi và tuân thủ chính sách.

Hình 2. Ngun lý điều khiển luồng trong thiết bị chuyển mạch SDN [21].

B. Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong SD-IoT
Với sự hỗ trợ của bộ điều khiển SDN, mặt phẳng điều
khiển trong mạng SDN được tách biệt và có khả năng biên dịch
các yêu cầu từ tầng ứng dụng cũng như cung cấp cho tầng ứng
dụng tài nguyên mạng trừu tượng và ảo hóa. Do vậy, trạng thái
mạng có thể được cập nhật và tổng hợp, ví dụ thơng qua các
gói tin chuyển qua bộ điều khiển, và có thể gồm nhiều loại dữ
liệu khác nhau (cả các sự kiện hoặc các dữ liệu thống kê). Với
các thơng tin này, các chính sách điều khiển và các thỏa thuận
mức dịch vụ (SLA) có thể được đặc tả bởi người quản trị ở
mức trừu tượng cao hơn và thậm chí có thể hiệu chỉ động linh
hoạt. Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng có thể được phân thành
hai loại như sau: kỹ thuật có trước cơng nghệ SDN và kỹ thuật
dựa trên cơng nghệ SDN.

Hình 3. Minh họa kỹ thuật đảm bảo QoS theo luồng [21].

III.

Đối với các kỹ thuật đảm bảo QoS truyền thống (chưa xem
xét đến công nghệ SDN) cũng bao gồm hai loại chính đã được
chuẩn hóa là: IntServ và DiffServ. Kỹ thuật IntServ dựa trên
kiến trúc điều khiển lưu lượng theo luồng với việc mỗi phần tử
mạng phải dành trước tài nguyên cho mỗi luồng lưu lượng. Do

vậy, cách này thường chỉ áp dụng cho mạng nhỏ và khó áp
dụng trong mạng Internet hiện tại do các hạn chế về tài nguyên
của các bộ định tuyến cũng như các tài nguyên tính tốn khác.
Khác với IntServ, kỹ thuật DiffServ là kiến trúc điều khiển lưu
lượng mức thơ dựa trên 8 bít thơng tin trường DS (trường TOS
cũ) trong tiêu đề gói tin IP. Trường này hỗ trợ phân loại lên đến
64 loại lưu lượng khác nhau. Các bộ định tuyến DiffServ sẽ
quyết định việc chuyển tiếp gói tin dựa trên lớp lưu lượng của
chúng theo từng chặng. Mặc dù DiffServ có thể áp dụng trong
các mạng lớn với hạn chế là tối đa 64 loại lưu lượng, kỹ thuật
này vẫn thiếu khả năng hỗ trợ hiệu chỉnh chất lượng lưu lượng
theo các luồng riêng rẽ.
Ngược lại với các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ
truyền thống, các kỹ thuật đảm bảo QoS dựa trên SDN có khả
năng khắc phục hồn tồn các hạn chế nêu trên. Thơng qua
việc trừu tượng mức cao hơn nhờ bộ điều khiển, người ta có

TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU
NĂNG CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO QOS

Trong phần này, chúng tôi thực hiện triển khai thử nghiệm
và đánh giá hiệu năng của hai giải pháp đảm bảo QoS tiêu biểu
cho các loại kỹ thuật QoS khác nhau đó là DiffServ (truyền
thống – có trước SDN) và perFlow (kỹ thuật dựa trên nền tảng
SDN). Chúng tơi thiết lập và cấu hình hạ tầng truyền thơng cho
một hệ thống IoT đơn giản và kiểm tra kết quả thực nghiệm.
Trong ứng dụng IoT thường có thể có nhiều loại hình lưu
lượng khác nhau. Việc điều khiển quản lý một số thiết bị khơng
địi hỏi trao đổi thơng tin băng thơng lớn nhưng lại u cầu tính
thời gian thực cao như điều khiển các thiết bị có độ nhạy thời

gian cao như lị vi sóng, báo cháy, báo khói, … Bên cạnh đó,
một số dịch vụ yêu cầu băng thông càng lớn càng tốt để đảm
bảo chất lượng. Các hệ thống này yêu cầu loại lưu lượng có
thỏa thuận băng thơng tối thiểu. Trong khi đó, nhiều loại dịch
vụ khác có thể u cầu băng thơng cố định hoặc khơng u cầu
có thỏa thuận chất lượng dịch vụ. Với bản chất best-effort (nỗ
lực tối đa), mạng IP thông thường sẽ khó có thể đảm bảo chất
lượng dịch vụ đa dạng theo cùng kết nối trong mạng. Do vậy,

226


testbed thử nghiệm cho hạ tầng thông tin đảm bảo QoS cho
ứng dụng IoT hỗ trợ được 03 loại lưu lượng điển hình như sau:
✓ Constant bit rate - Lưu lượng tốc độ cố định: dành cho các
dịch vụ yêu cầu thời gian thực, băng thông không thay đổi
theo thời gian (tốc độ cố định 2 Mbps).
✓ High-speed - Lưu lượng tốc độ giới hạn dưới: dành cho
các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn với độ tin cậy cao, do
vậy băng thông luôn phải lớn hơn hoặc bằng giá trị thiết
lập trước (tốc độ giới hạn dưới là 4 Mbps).
✓ Best-effort - Lưu lượng thông thường: dành cho các dịch
vụ khơng có u cầu đặc biệt về băng thơng. Băng thông
cung cấp cho các dịch vụ này sẽ được xử lý theo cơ chế
best-effort của mạng IP thông thường.
Trong hệ thống thử nghiệm này, tổng tốc độ kết nối tối đa
của liên kết cho cả ba dịch vụ là 10 Mbps. Kỹ thuật cắt lát băng
thông được sử dụng để chia sẻ tài nguyên trong hệ thống. Các
thiết bị chuyển mạch SDN được dùng trong mơ hình này là các
thiết bị đã được phát triển trong [17]. Hình 4 minh họa mơ hình

hệ thống thử nghiệm.

khơng lớn hơn 2 Mbps. Sự khác biệt giữa hai phương pháp
QoS không thể hiện rõ ở trong trường hợp này. Lý do là vì sự
tắc nghẽn và tranh chấp băng thơng chưa xảy ra nhiều với các
luồng lưu lượng khác nhau.

Hình 6. Băng thơng các loại hình lưu lượng.

Ngồi ra, Hình 6 thể hiện băng thơng của các loại hình lưu
lượng trong kịch bản sử dụng kỹ thuật đảm bảo QoS bằng
DiffServ và perFlow cho ba loại lưu lượng của hệ thống thử
nghiệm theo cấu hình đã thiết lập. Trong kịch bản này, lưu
lượng Best-effort được yêu cầu truyền với tốc độ cố định là 4
Mbps. Lưu lượng dịch vụ Constant-bit-rate được truyền với tốc
độ cố định là 2 Mbps trong khi tốc độ truyền của lưu lượng
dịch vụ High-speed được tăng dần sau mỗi khoảng thời gian
nhất định (30 giây). Lưu lượng Constant-bit-rate và High-speed
được khởi phát bắt đầu chậm 30 giây so với lưu lượng dịch vụ
Best-effort. Kết quả cho thấy, lưu lượng dịch vụ Best-effort bị
giảm dần để ưu tiên cho các luồng lưu lượng có QoS cao hơn
được thiết lập. Tổng lưu lượng của cả 3 dịch vụ trên liên kết
luôn đảm bảo là khoảng 10 Mbps (bằng tốc độ tổng của liên
kết được thiết lập). Hai loại lưu lượng Constant-bit-rate và
High-speed có tốc độ lưu lượng theo đúng yêu cầu QoS được
thiết lập.
Hình 7 thể hiện sự so sánh về hiệu năng của các kỹ thuật
DiffServ và perFlow theo tỉ lệ mất gói tin trong trường hợp các
lưu lượng dịch vụ Best-effort và Constant-bit-rate được thiết
lập cố định ở mức tương ứng lần lượt là 4.0 Mbps và 2.0 Mbps

trong khi lưu lượng dịch vụ High-speed được tăng dần từ 0

Hình 4. Mơ hình testbed thử nghiệm.

Để xác thực khả năng hoạt động của hệ thống, lưu lượng
ngẫu nhiên theo các tốc độ tăng dần được tạo ra và truyền qua
các luồng dữ liệu được thiết lập QoS khác nhau của hệ thống
chuyển mạch. Hình 5 thể hiện kết quả về băng thông đầu ra tại
các cổng của hệ thống chuyển mạch Openflow. Kết quả cho
thấy đối với Best-effort và High-speed, do lưu lượng không
giám sát hoặc chỉ giới hạn tốc độ tối thiểu, tốc độ lưu lượng
đầu ra vẫn như tốc độ truyền vào hệ thống. Tuy nhiên, đối với
lưu lượng Constant bit rate, do tốc độ bị giới hạn cố định là 2
Mbps, nên khi truyền dữ liệu có tốc độ cao thì đều bị giới hạn

a) Best-effort traffic

b) Constant bit rate traffic

c) High-speed traffic

Hình 5. So sánh băng thơng của các loại hình dịch vụ với các kỹ thuật đảm bảo QoS khác nhau.

227


Mbps đến 10 Mbps trong khoảng thời gian thử nghiệm là 240
giây. Kết quả cho thấy, kỹ thuật DiffServ cho hiệu năng nhỉnh
hơn một chút so với kỹ thuật dựa trên SDN perFlow. Nguyên
nhân là do hệ thống SDN được triển khai overlay trên nền tảng

IP, do vậy, việc kiểm soát chất lượng dịch vụ ở mức dưới (lớp
IP) đã giúp kỹ thuật DiffServ tỏ ra hiệu quả hơn mọt chút. Tuy
nhiên, sự khác biệt ở đây là không đáng kể.

IV.

KẾT LUẬN

Internet vạn vật có triển vọng rất lớn, nhưng tất cả các yếu tố
này vẫn chưa thể đảm bảo rằng việc quan tâm nhiều hơn đến
công nghệ này sẽ đồng nghĩa với việc công nghệ IoT sẽ được
đầu tư và ứng dụng rộng rãi. Các vấn đề về kỹ thuật, tài chính
và chính sách phải được giải quyết. Về mặt công nghệ, giá
thành của các thiết bị cảm biến và các bộ truyền động phải
giảm được xuống mức mà có thể tạo ra việc sử dụng rộng rãi.
Ngồi ra, các nhà cung cấp công nghệ cần thống nhất các tiêu
chuẩn để có thể cho phép mở rộng khả năng tương tác giữa các
thiết bị cảm biến, máy tính và bộ truyền động. Cho đến khi có
được các tiêu chuẩn này, việc đầu tư ứng dụng IoT sẽ cần
nhiều nỗ lực để xây dựng và duy trì các hệ thống tích hợp.
Trong bài báo này, chúng tơi thực hiện nghiên cứu, triển khai
và đánh giá hiệu năng của các kỹ thuật đảm bảo chất lượng
dịch vụ trong các mạng IoT định nghĩa bằng phần mềm dựa
vào hệ thống chuyển mạch SDN đã được phát triển. Hai kỹ
thuật đảm bảo QoS điển hình là DiffServ (truyền thống) và
perFlow (dựa trên SDN) được triển khai thử nghiệm để đánh
giá và so sánh với nhau. Việc kiểm nghiệm hiệu quả của các
giải pháp này cũng được thực hiện theo các loại hình dịch vụ
khác nhau như dịch vụ lưu lượng Best-effort, dịch vụ lưu lượng
tốc độ không đổi và dịch vụ lưu lượng tốc độ cao. Các kết quả

đạt được cho thấy khả năng thành công của cả hai kỹ thuật đảm
bảo chất lượng dịch vụ (DiffServ và perFlow) trong hạ tầng
truyền thông SD-IoT.

Hình 7. Tỉ lệ mất gói tin.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Vermesan Ovidiu, and Peter Friess, “Internet of things-from research
and innovation to market deployment,” Vol. 29, Aalborg: River
Publishers, 2014.
[2] Alasdair Gilchrist, “Industry 4.0: The Industrial Internet of Things,”
Apress, 2016.
[3] Wollschlaeger Martin, Thilo Sauter, and Juergen Jasperneite, “The
future of industrial communication: Automation networks in the era of
the internet of things and industry 4.0,” IEEE Industrial Electronics
Magazine, vol. 11, no. 1, pp. 17-27, 2017.
[4] Bizanis, Nikos, and Fernando A. Kuipers, "SDN and virtualization
solutions for the Internet of Things: A survey," IEEE Access, vol. 4, pp.
5591-5606, 2016.
[5] Diego Kreutz, Fernando M.V. Ramos, Paulo Esteves Verıssimo,
Christian Esteve Rothenberg, Siamak Azodolmolky, and Steve Uhlig,
“Software-defined networking: A comprehensive survey,” Proceedings
of the IEEE, vol. 103, no. 1, pp. 14-76, 2015.
[6] Andreas, Arsanasty Ba, Martin Reisslein, and Wolfgang Kellerer,
“Survey on network virtualization hypervisors for software defined
networking,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 18, no. 1,
pp. 655-685, 2016.
[7] Hu, Fei, Qi Hao, and Ke Bao, "A survey on software-defined network

and openflow: From concept to implementation, " IEEE
Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 4, pp. 2181-2206,
2014.
[8] Samaresh Bera, Sudip Misra, and Athanasios V. Vasilakos, “SoftwareDefined Networking for Internet of Things: A Survey,” IEEE Internet of
Things Journal, vol. 4, no. 6, pp. 1994-2008, 2017.
[9] Omnes, Nathalie, Marc Bouillon, Gael Fromentoux, and Olivier Le
Grand, "A programmable and virtualized network & IT infrastructure for
the internet of things: How can NFV & SDN help for facing the
upcoming challenges," 18th International Conference on Intelligence in
Next Generation Networks (ICIN), pp. 64-69, 2015.
[10] Jararweh, Yaser, Mahmoud Al-Ayyoub, Elhadj Benkhelifa, Mladen
Vouk, and Andy Rindos, "SDIoT: a software defined based internet of

Hình 8. Ảnh hưởng của dung lượng hàng đợi.

Để làm rõ hơn ảnh hưởng của các tham số hệ thống phần
cứng/mềm đến hiệu năng của các giải pháp QoS đối sánh,
chúng tôi đã khảo sát sự phụ thuộc của hiệu năng mạng vào
một trong các tham số đặc tính quan trọng của thiết bị chuyển
mạch SDN, đó là dung lượng bộ đệm. Kết quả thử nghiệm đo
trên hệ thống thu được (như thể hiện trên Hình 8) cho thấy hiệu
quả của cả hai giải pháp là khá tương đồng. Tỉ lệ mất gói sẽ
giảm nhanh chóng khi dung lượng hàng đợi được tăng lên. Khi
dung lượng hàng đợi đạt giá trị nhất định (ví dụ, 2.5 MB), hiệu
năng của cả hai phương pháp đều đạt mức tốt nhất. Đối với
trường hợp dung lượng hàng đợi nhỏ (ít hơn 2 MB), kỹ thuật
perFlow cho hiệu năng tốt hơn so với DiffServ.

228



[11]

[12]

[13]

[14]

things framework," Journal of Ambient Intelligence and Humanized
Computing, vol. 6, no. 4, pp. 453-461, 2015.
Vipin Gupta, Karamjeet Kaur and Sukhveer Kaur, “Developing Small
Size Low-Cost Software-Defined Networking Switch Using Raspberry
Pi,” Next-Generation Networks, pp. 147-152. Springer, Singapore, 2018.
Kim, Hyunmin, Jaebeom Kim, and Young-Bae Ko. "Developing a costeffective OpenFlow testbed for small-scale Software Defined
Networking," IEEE 16th International Conference on Advanced
Communication Technology (ICACT), pp. 758-761, 2014.
Austin, Ron, Peter Bull, and Shaun Buffery, "A Raspberry Pi Based
Scalable Software Defined Network Infrastructure for Disaster Relief
Communication," IEEE 5th International Conference on Future Internet
of Things and Cloud (FiCloud), pp. 265-271, 2017.
Mirchev, A., “Survey of Concepts for QoS improvements via SDN,”
Future Internet (FI) and Innovative Internet Technologies and Mobile
Communications (IITM), 33, p.1, 2015.

[15] A. Ishimori et al., “Control of Multiple Packet Schedulers for Improving
QoS on OpenFlow/SDN Networking,” EWSDN, Berlin, 10-11 Oct,
2013.
[16] S. Sharma, D. Staessens, D. Colle, and D. Palma, “Implementing
Quality of Service for the Software Defined Networking Enabled Future

Internet”, EWSDN, Budapest, 1-3 Sep, 2014.
[17] Quang Huy Nguyen, Ngoc Ha Do and Hai Chau Le, “Development of a
QoS Provisioning Capable Cost-Effective SDN-based Switch for IoT
Communication,” ATC 2018, pp. 220-225, 2018.
[18] John C. Shovic, “Raspberry pi IoT projects,” Apress, 2016.
[19] />[20]
[21] Durner, Raphael, Andreas Blenk, and Wolfgang Kellerer, "Performance
study of dynamic QoS management for OpenFlow-enabled SDN
switches," 2015 IEEE 23rd International Symposium on Quality of
Service (IWQoS), 2015.

229