Tài liệu Vấn đề qos trong mạng ngn áp dụng trong mạng ngn vnpti

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LƯƠNG THỊ THANH NGA VẤN ĐỀ QoS TRONG MẠNG NGNÁP DỤNG TẠI NGN-VNPT-I LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Huế - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LƯƠNG THỊ THANH NGA VẤN ĐỀ QoS TRONG MẠNG NGNÁP DỤNG TẠI NGN-VNPT-I Ngành Chuyên ngành Mã số : Công nghệ Điện tử - Viễn thông : Kỹ thuật Điện tử : 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Cán bộ hướng dẫn: TS. ĐẶNG XUÂN VINH Huế - 2014 1 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Đặng Xuân Vinh đã dành thời gian và công sức hướng dẫn tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Công nghệĐại học quốc gia Hà Nội, Ban chủ nhiệm Khoa và các Thầy Cô đang công tác tại khoa Điện tử-viễn thông của trường đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi được học tập và hoàn thành tốt khóa học. Trong phần trình bày luận văn của tôi không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn. Tác giả luận văn Lương Thị Thanh Nga 2 LỜI CAM ĐOAN “Tôi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, những kết quả làm được của luận văn là do bản thân tôi thực hiện, chưa được đăng gởi hay trình bày ở luận văn nào khác của tôi. Luận văn này không chứa đựng các tài liệu đã được đăng viết trước đây bởi người nào khác ngoài việc sử dụng các tài liệu dùng để tham khảo cho luận văn này.” Ký tên:…………………………………………….. Học viên: Lương Thị Thanh Nga 3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 1 LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. 2 MỤC LỤC ............................................................................................................. 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................... 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................. 8 MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QOS .................................................................. 13 1.1.Giới thiệu chung .....................................................................................13 1.1.1.Một số khái niệm về QoS [10] .......................................................13 1.1.2. Lịch sử phát triển [10] ...................................................................14 1.1.3. Chất lượng lưu lượng [10] ............................................................14 1.2. Khái niệm .............................................................................................15 1.2.1. Phân cấp QoS .................................................................................17 1.2.2. Bảo đảm QoS .................................................................................18 1.2.3. Các tham số QoS[1] .......................................................................19 1.3. Kiến trúc QoS[4][10] ...........................................................................25 1.3.1. QoS nhận dạng và đánh dấu...........................................................25 1.3.2. QoS trong một thiết bị mạng ..........................................................26 1.3.3. Các mức QoS .................................................................................27 1.4. Bổ sung QoS vào mạng IP ....................................................................28 1.4.1. Các giao thức và thuật toán sử dụng để thêm QoS vào mạng IP... 30 1.4.2. Báo hiệu QoS ................................................................................36 1.5. Định tuyến QoS .....................................................................................36 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ................................................................................... 38 Chương 2: KIẾN TRÚC CQS ........................................................................... 39 2.1. Tổng quan về kiến trúc CQS[5] ............................................................39 2.2. Các chức năng của kiến trúc CQS ........................................................40 2.2.1. Định hình lưu lượng .......................................................................40 2.2.2. Hợp đồng lưu lượng .......................................................................41 2.2.3. Phân mảnh hàng đợi .......................................................................41 2.3. Đánh dấu và sắp xếp lại ........................................................................42 2.4. SCHEDULING .....................................................................................44 2.4.1. Giới thiệu .......................................................................................44 2.4.2. Tốc độ định hình ............................................................................44 4 2.4.3. Quyền ưu tiên chặt ......................................................................... 45 2.5. Lập lịch gói ........................................................................................... 45 46 47 57 2.5.1. Tổng quan ...................................................................................... 2.5.2. Một số thuật toán [3] ..................................................................... KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ................................................................................... Chương 3: VẤN ĐỀ QoS TRONG MẠNG NGN QUỐC TẾ CỦA VNPT-I 58 3.1. Khái quát mạng NGN của VNPT-I ....................................................... 58 3.1.1. Giới thiệu ....................................................................................... 58 3.1.2. Các phần tử trong NGN ................................................................. 58 3.2. Sơ đồ mạng lưới và dịch vụ ................................................................. 61 3.2.1 Sơ đồ tổng quan mạng ngn của VNPT-I ......................................... 61 3.2.2. Sơ đồ chi tiết mạng NGN tại Đà Nẵng .......................................... 62 3.2.3. Mô hình các dịch vụ đang khai thác NGN VNPT-I ...................... 63 3.3. Các Công cụ giám sát QoS trên mạng NGN của VNPT-I .................... 64 3.3.1. Giám sát trên IP CORE .................................................................. 65 3.3.2. Giám sát trực tiếp trên NGN [6] .................................................... 68 3.3.3. Giám sát QoS trên số liệu cước [7] ................................................ 72 3.3.4. Giám sát QoS trên STP [9] ............................................................ 74 3.4. Kết quả và bàn luận ............................................................................... 77 3.4.1. Công cụ giám sát QoS đối với dịch vụ truyền thống. .................... 77 3.4.2. Công cụ giám sát QoS đối với dịch vụ VoIP & VoIT. .................. 78 3.4.3. Kết quả thực hiện giám sát ............................................................. 78 3.4.4. Quy trình đề nghị cho công tác giám sát chất lượng dịch vụ. ....... 96 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ................................................................................... 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 99 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .............................................. 102 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................ 103 5 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A ATM Asynchronous Transfer Mode ASR C CoS CAC CAR Avarage successful ratio CDR CQ CQS CBQ CBWFQ Call Detail Record Custom Queuing Classification, Queuing, Scheduling Class-Base Queuing Class-Base Weighted Fair Queuing D DiffServ E EDD F FEC FBI FIFO G GPS I IntServ ISP ISDN L LAN M MPLS MTU N NER NP NGN P Class of service Connection Admission Control Committed Access Rate Chế độ truyền tải không đồng bộ Tỷ lệ thành công cuộc gọi Lớp dịch vụ Điều khiển thu nhận kết nối Tốc độ truy nhập được qui định Bản ghi chi tiết cuộc gọi Hàng đợi khách Phân loại, hàng đợi, lập lịch Xếp hàng trên cơ sở lớp Hàng đợi hợp lý theo trọng số dựa trên cơ sở lớp Differentiated Services Dịch vụ phân biệt Earliest Due Date Phí sớm nhất của ngày Forward Error-Correcting Code Forwarding Information Base First In First Out Mã định hướng lỗi đúng Thông tin định hướng cơ sở Vào trước ra trước Generalized Processor Sharing Phân chia bộ xử lý chung Integrated Service Internet Service Provider Integrated Services Digital Network Dịch vụ tích hợp Cung cấp dịch vụ mạng Mạng số tích hợp đa dịch vụ Local Area Network Mạng cục bộ MultiProtocol LabelSwitching Maximum Transmission Unit Chuyển mạch nhãn đa giao thức Khối truyền dẫn lớn nhất Networf effective ratio Net Performane Next Generation Network Tỷ lệ lỗi mạng Mạng thực thi Mạng thế hệ sau 6 PVC Permanent Virtual Circuit kênh ảo cố định PSTN PQ Q QoS R RED RSVP RSpec RCSP Public Switched Telephone Network Priority Queuing Mạng điện thoại công cộng Hàng đợi ưu tiên PQ Quality of Service Chất lượng dịch vụ Random Early Detection Resource Reservation Protocol Request Specification Rate-Contrlled Static Priority Phát hiện trước ngẫu nhiên Giao Thức dự trữ tài nguyên Mô tả yêu cầu Ưu tiên tốc độ điều khiển cố định Switched Virtual Circuit Service Level Agreement System Network Architecture Subnet Bandweidth Management Self-Clock Fair Queuing Signal Tranfer Point kênh ảo chuyển mạch Thoả thuận mức dịch vụ Hệ thống kiến trúc mạng Quản lý băng thông mạng con Xếp hàng hợp lý tự định giờ Điểm chuyển tiếp báo hiệu Traffic Conditioning Agreement Type of Service Điều kiện lưu lượng thoả thuận Trường dịch vụ User Datagram Protocol Gói dữ liệu người dùng Wide Area Network Weighted Fair Queueing Weighted Early Random Detect Mạng diện rộng Xếp hàng th o trọng số Phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số Hàng đợi hợp lý theo trọng số trong trường hợp xấu S SVC SLA SNA SBM SCFQ STP T TCA ToS U UDP W WAN WFQ WRED 2 WF Q Worst-Case Fair Weighted Fair Queuing 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các tham số QoS ............................................................................... 19 Bảng 1.2. Tính sẵn sàng của mạng và thời gian ngừng hoạt động .................... 24 Bảng 1.3. Thêm QoS ứng dụng vào một mạng IP ............................................ 30 Bảng 3.1. Kết quả đo round trip ......................................................................... 89 Bảng 3.2. Dữ liệu trích ngang- phép đo24 giờ ................................................... 92 Bảng 3.3. Dữ liệu trích ngang- phép đo30 ngày ................................................ 93 Bảng 3.4. Dữ liệu trích ngang- phép đo365 ngày .............................................. 94 Bảng 3.5. Các công cụ giám sát sử dụng cho từng dịch vụ ............................... 97 Bảng 3.6. Thời điểm thực hiện giám sát ............................................................ 97 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1 Mô hình QoS tổng quan.....................................................................16 Hình 1. 2. (a)Trễ và (b) băng thông trong mạng................................................ 20 Hình 1.3. Sự thay đổi thời điểm gói đến............................................................ 21 Hình 1.4. Phát lại gói cuối cùng thay thế gói bị mất..........................................22 Hình 1. 5. Mô hình điều khiển QoS...................................................................25 Hình 1.6 Các mức QoS...................................................................................... 27 Hình 1.7. Bổ xung QoS vào cho mạng...............................................................29 Hình 1. 8. IP Precendence.................................................................................. 32 Hình 1.9. Quá trình gửi path message................................................................34 Hình 1.10. Kiến trúc của các giao thức..............................................................36 Hình 2.1. Hàng đợi vào trước ra trước trong router...........................................39 Hình 2. 2. Classify, Queue, Schedule trong router.............................................40 Hình 2. 3. Cơ chế traffic shaping trong router................................................... 41 Hình 2.4. Minh hoạ cơ chế định hình lưu lượng................................................41 Hình 2.5. Phân đoạn trước bộ lập lịch................................................................42 Hình 2.6. Các hàng đợi cho các gói đánh dấu và không đánh dấu....................43 Hình 2.7. Lập lịch gói........................................................................................ 46 Hình 2.8. Sự phân chia yêu cầu lập lịch thời gian cho các hàng đợi.................48 Hình 2. 9. Mức khung G với G = 4, f1 = 3, f2 = 2, f3 = 2................................. 49 Hình 2. 10. Trễ khung ghép tại một node chuyển mạch.................................... 50 Hình 2. 11. Một bộ điều chỉnh với N đường truyền...........................................52 Hình 2. 12. Lập lịch VC sử dụng thời gian thực gần như thời gian ảo..............55 Hình 2. 13. Thời gian kết thúc ảo và xuất phát của các gói lập lịch đồng hồ ảo 55 Hình 2.14. Ví dụ về sự không công bằng của đồng hồ ảo................................. 56 Hình 3.1 Các phần tử của mạng NGN............................................................... 58 Hình 3.2 Mô hình phân lớp trong NGN.............................................................60 Hình 3.3. Sơ đồ tổng quan mạng NGN của VNPT-I..........................................61 Hình 3.4. Sơ đồ chi tiết phần mạng NGN của VNPT-I tại Đà Nẵng..................62 Hình 3.5. Sơ đồ dịch vụ VoIP.............................................................................63 Hình 3.6. Sơ đồ dịch vụ VoIT..............................................................................63 9 Hình 3.7. Sơ đồ dịch vụ VoIT đề nghị ............................................................... 64 Hình 3.8. Sơ đồ dịch vụ IDD ............................................................................. 64 Hình 3.9. Sơ đồ đo round trip ............................................................................. 65 Hình 3.10. Màn hình thực hiện bước thêm đồ thị .............................................. 66 Hình 3.11. Màn hình thực hiện bước chọn cổng đo ........................................... 66 Hình 3.12. Màn hình thực hiện bước chọn thời gian đo .................................... 67 Hình 3.13. Kết quả đo hiển thị trên màn hình .................................................... 67 Hình 3.14. Kết quả đo th o Trunk group xuất ra màn hình consol alarm ......... 68 Hình 3.15. Kết quả đo th o D stination xuất ra màn hình consol alarm ........... 69 Hình 3.16. Kết quả đo th o Av rag daily p ak hour Trafficxuất ra màn hình consol alarm ....................................................................................................... 71 Hình 3.17. Minh họa ý nghĩa A-number, B-number .......................................... 72 Hình 3.18. Bước chọn dữ liệu CDR trên NGN .................................................. 73 Hình 3.19. Bước chọn mục truy vấn .................................................................. 73 Hình 3.20. Màn hình chính của chương trình AIS-STP .................................... 74 Hình 3.21. Bảng ứng dụng của chương trình AIS-STP ..................................... 75 Hình 3.22. Các s ssion được tạo ra .................................................................... 75 Hình 3.23. Màn hình chọn các điều kiện lọc lựa số liệu .................................... 76 Hình 3.24. Màn hình chọn thời gian truy vấn số liệu ........................................ 76 Hình 3.25. Màn hình hiển thị kết quả đo được .................................................. 77 Hình 3.26. Minh họa báo cáo lưu lượng ............................................................ 79 Hình 3.27. Minh họa báo cáo nghẽn .................................................................. 79 Hình 3.28. Minh họa báo cáo nghẽn tổn thất ..................................................... 79 Hình 3.29. Sơ đồ cấu trúc của chương trình giám sát QoS tại TT3 .................. 81 Hình 3.30. Màn hình chính của chương trình QoS ............................................ 82 Hình 3.31. Phần giám sát cho NGN ................................................................... 82 Hình 3.32. Danh sách các tỉnh cần lưu ý QoS ................................................... 82 Hình 3.33. Danh sách các nước cần lưu ý QoS .................................................. 83 Hình 3.34. Danh sách các đối tác(chiều đi) cần lưu ý QoS ............................... 83 Hình 3.35. Danh sách các đối tác (chiều đến) cần lưu ý QoS ............................ 83 Hình 3.36. Số liệu và đồ thị chi tiết nguyên nhân thất bại các cuộc gọi đi Itaty qua hướng PRPFTFO ......................................................................................... 84 10 Hình 3.37. Kết quả thống kê cuộc gọi xuất phát từ VMS sử dụng dịch vụ IDD&VOIP ngày 2/5/2013 ................................................................................ 85 Hình 3.38. Đồ thị nhóm nguyên nhân thất bại ................................................... 85 Hình 3.39. Ý nghĩa của các nguyên nhân thất bại theo ITU Q.850 ................... 86 Hình 3.40. Đồ thị phân nhóm nguyên nhân thất bại .......................................... 86 Hình 3.41. Sơ đồ tổng quát mạng báo hiệu của VNPT-I ................................... 87 Hình 3.42. Sơ đồ kết nối báo hiệu với VNP ...................................................... 87 Hình 3.43. Sơ đồ kết nối báo hiệu với VMS ...................................................... 88 Hình 3.44. Sơ đồ kết nối báo hiệu với VTN ...................................................... 88 Hình 3.45. Sơ đồ kết nối cho việc truy cập chương trình AIS-STP của VNPT-I ............................................................................................................................ 88 Hình 3.46. Đồ thị minh họa kết quả đo đối với đối tác Lunex .......................... 90 Hình 3.47. Đồ thị minh họa kết quả đo đối với đối tác CHT-I .......................... 90 Hình 3.48. Kết quả phép đo 24 giờ .................................................................... 91 Hình 3.49. Kết quả phép đo 30 ngày ..................................................................91 Hình 3.50. Kết quả phép đo 60 phút-30giây/lần ................................................ 92 Hình 3.51. Kết quả phép đo 356 ngày ................................................................92 Hình 3.52. Kết quả phép đo tại thời điểm mất lưu lượng ngày 8/11/2013 ........ 95 Hình 3.53. Kết quả phép đo 24h tại thời điểm mất lưu lượng ngày 8/11/2013 . 96 Hình 3.54. Quy trình thực hiện giám sát QoS .................................................... 98 11 MỞ ĐẦU Sự phát triển của kỹ thuật phần cứng cũng như công nghệ phần mềm trong thời đại hiện nay có ảnh hưởng rất lớn đến quy mô, kiến trúc, mô hình …và quan trọng nhất là dịch vụ trong lĩnh vực viễn thông. Mạng viễn thông PSTN (Public Switched Telephone Network) truyền thống với ưu thế tin cậy, chính xác, chất lượng nhưng tốn băng thông, phần cứng cồng kềnh và khó lòng đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng dịch vụ viễn thông ngày nay. Xu thế phát triển của mạng IP và các dịch vụ ứng dụng công nghệ IP với các ưu điểm như tính linh hoạt, khả năng mở rộng dễ dàng và đạt hiệu quả cao … đã và đang dần chiếm ưu thế trên thị trường viễn thông thế giới. Việt nam cũng không nằm ngoài xu thế chung đó. Mặt khác đi kèm th o sự phát triển của đất nước là quan hệ đối tác quốc tế ngày càng mở rộng về chính trị, kinh tế, đối ngoại .v.v. Chính sách mở cửa về mọi mặt văn hóa, giáo dục, kinh tế tạo nên sự giao lưu phong phú mọi mặt phần nào dẫn đến sản lượng điện thoại quốc tế ngày càng gia tăng về số lượng cũng như các loại hình dịch vụ. Việc đưa mạng NGN (Next Generation Network) quốc tế của Việt Nam vào khai thác nhằm đáp ứng nhu cầu này. Khác với việc chỉ quan tâm đến chất lưới mạng lưới như trước đây, vấn đề chất lượng dịch vụ (QoS) càng trở nên cần thiết và đòi hỏi phải thực hiện thường xuyên liên tục. Là người làm việc trực tiếp tại Đài chuyển mạch quốc tế, nơi quản lý và vận hành thiết bị mạng NGN quốc tế của VNPT-I, tôi càng hiểu rõ tính cấp thiết của công tác giám sát chất lượng dịch vụ trên NGN. Mỗi một hệ thống thiết bị đưa vào khai thác bao giờ cũng phải mất vài năm để kỹ thuật viên nắm bắt kỹ về cách vận hành thiết bị và theo cách truyền thống sẽ có những hợp đồng trợ giúp kỹ thuật của nhà cung cấp thiết bị cho cả hàng chục năm sau đó. Với sự tiến bộ và phát triển cực kỳ nhanh chóng về công nghệ trong lĩnh vực viễn thông như hiện nay thì không thể duy trì sự hỗ trợ kỹ thuật dài như vậy, bởi vì thiết bị sẽ nhanh chóng trở nên lỗi thời và nhà cung cấp thiết bị sẽ không còn cung cấp sự hỗ trợ cho những thiết bị như vậy nữa. Hơn nữa khách hàng ngày càng trở nên hiểu biết hơn, có nhiều yêu cầu khắt khe về dịch vụ cam kết hơn nên những lỗi xảy ra gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ sẽ nhanh chóng bị phát hiện. Mục tiêu đặt ra là cần phát hiện sớm và xử lý nhanh chóng để khách hàng không có cảm giác về lỗi xảy ra hoặc cảm thấy rất hài lòng khi lỗi được chấp nhận và xử lý nhanh chóng. Do vậy sử dụng hiệu quả và quản lý chặt công tác này sẽ đ m lại hiệu quả kinh doanh thiết thực. Hiện tại công tác giám sát chất lượng dịch vụ tại công ty đang thực hiện theo tính tự phát, sử dụng những công cụ hiện có theo hiểu biết của khai thác viên và chưa có sự hệ thống hóa mang tính khoa học trong toàn công ty. Đối với VNPT cũng chưa có quy chuẩn ngành cho chất lượng dịch vụ của các dịch vụ viễn thông thoại truyền thống cũng như VoIP quốc tế. Với mong muốn tìm hiểu về chất lượng dịch vụ trong mạng IP và cũng như thực trạng QoS trong mạng NGN quốc tế tại VN cùng với tâm huyết làm 12 được điều gì đó cho công tác này nên tôi chọn đề tài luận văn là “Vấn đề QoS trong mạng NGN-áp dụng tại NGN –VNPT-I”; Nắm và hiểu rõ những vấn đề này góp phần đưa ra những giải pháp và đề xuất nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ trên NGN vừa phục vụ việc quản lý vận hành thiết bị vừa tăng hiệu quả kinh doanh cho đơn vị. Luận văn gồm bốn chương : Chương 1. Tổng quan về QoS: Trình bày các khái niệm cơ bản, các tham số QoS, thực trạng QoS trong các mạng viễn thông hiện nay và cách đưa QoS vào trong mạng IP bằng cách sử dụng các giao thức và các thuật toán QoS. Chương 2: Kiến trúc CQS: Trình bày tổng quan về kiến trúc CQS, đặc điểm, khái niệm, các ứng dụng và các dịch vụ mạng của kiến trúc CQS. Chương 3. Vấn đề QoS trong mạng NGN quốc tế của VNPT-I: Trình bày cấu trúc mạng NGN quốc tế của VNPT-I hiện tại, các công cụ giám sát QoS trên mạng NGN quốc tế của VNPT-I và các kết quả đạt được của luận văn. 13 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QOS 1.1 .Giới thiệu chung 1.1.1. Một số khái niệm về QoS [10] Chất lượng dịch vụ (QoS) liên quan đến lĩnh vực điện thoại và mạng máy tính là cho phép truyền tải lưu lượng theo yêu cầu đặc biệt, thực tế hiện nay nhiều mạng điện thoại và mạng máy tính được tích hợp để có thể dùng chung dịch vụ cũng như cung ứng thêm những dịch vụ mới với những yêu cầu dịch vụ nghiêm ngặt. Trên lĩnh vực điện thoại thì QoS được định nghĩa bởi ITU vào năm 1994, QoS bao gồm những yêu cầu liên quan đến một kết nối như: thời gian đáp ứng dịch vụ, mất tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, xuyên nhiễu, tiếng dội, ngắt mạch, đáp ứng tần số, mức ồn…trong QoS có khái niệm mức độ dịch vụ GoS bao gồm những gì liên quan của một kết nối đến chất lượng và độ hòa mạng cho dịch vụ nào đó ví dụ như đảm bảo tối đa khả năng thực hiện dịch vụ. Trong lĩnh vực mạng máy tính hay mạng truyền thông, chuyển mạch gói khác thì khái niệm kỹ thuật lưu lượng nói đến việc điều khiển tài nguyên hơn là chất lượng dịch vụ đạt được. Chất lượng dịch vụ là khả năng cung cấp độ ưu tiên khác nhau cho những ứng dụng khác nhau đến cho người sử dụng hay luồng dữ liệu, hay đảm bảo chắc chắn mức năng lực cho luồng dữ liệu. Ví dụ như: tốc độ bit, độ trễ, trượt, khả năng mất gói, tốc độ lỗi bit…Đảm bảo QoS là quan trọng nếu năng lực mạng kém, đặc biệt là những ứng dụng đa phương tiện yêu cầu thời gian thực như Voip, gam onlin và IPTV, những dịch vụ này thường yêu cầu tốc độ bit cố định, độ trễ bé và trong những mạng mà năng lực bị giới hạn như mạng thông tin di động. Chất lượng dịch vụ truyền thống trong mạng viễn thông là sự phối hợp giữa việc truyền tải dữ liệu BE (Best offer) với việc giữ chỗ nguồn tài nguyên mạng phân gói dữ liệu trên đường dẫn truyền thông tin dữ liệu. Với việc thiết kế mạng NGN sẽ đáp ứng được điều này. Một cấu hình quan trọng trong TOPO mạng NGN khác nhau chính là báo hiệu yêu cầu để đàm phán việc truyền dữ liệu có thể đi qua chung đường dẫn logic lẫn đường dẫn thực, cho nên sẽ được thêm một số yêu cầu/chính sách vào tuyến báo hiệu ứng dụng ở lớp dịch vụ bên trên đến lưu lượng ở lớp truyền tải bên dưới để cho phép những ứng dụng yêu cầu QoS được thực hiện ở lớp lưu lượng. Để thực hiện được điều này chính sách mới này yêu cầu một số chức năng khác như bản quyền, đối chiếu QoS trên lớp dịch vụ và lớp lưu lượng nghĩa là chính sách QoS sẽ quyết định kết quả. Chính sách mới cũng phải xảy ra với QoS end-to- nd nghĩa là thông qua sự phối hợp với giữa mạng, sóng mang và nhà cung cấp dịch vụ. Mạng hay nghi thức (protocol) được đảm bảo QoS được thỏa thuận trên hợp 14 đồng lưu lượng về phần mềm ứng dụng và khả năng dự trữ trong nút mạng, ví dụ như trong giai đoạn thiết lập phiên, trong phiên có thể kiểm tra mức độ năng lực đạt được như là tốc độ dữ liệu và độ trễ, và điều khiển độ ưu tiên lập lịch tự động trong nút mạng. Nó cũng có thể dự trữ dung năng trong suốt thời gian rời mạng. Mạng hay dịch vụ BE thì không đảm bảo QoS. Hơn nữa việc cung cấp chất lượng cao cho mạng BE là đòi hỏi sự phức tạp của kỹ thuật điều khiển cơ vì vậy nó chỉ hữu dụng cho tải lượng thấp, cho nên không có sự đánh giá nghẽn trong QoS cơ. QoS đôi lúc cũng được xem như là thước đo chất lượng, với nhiều định nghĩa khác nhau thường thiên về khả năng dữ trữ tài nguyên. Chất lượng dịch vụ thỉnh thoảng được xem là mức chất lượng của dịch vụ nghĩa là đảm bảo dịch vụ có chất lượng. QoS mức cao thường bao gồm mức cao về năng lực hay chất lượng dịch vụ đạt được như tốc độ bit, độ trễ thấp hay lỗi bit thấp. Một định nghĩa về QoS gây nhiều tranh cãi đặc biệt sử dụng trên lớp dịch vụ như điện thoại hay video là yêu cầu m tric được phản ánh bởi chất lượng kinh nghiệm chủ quan. Th o nghĩa này thì QoS được chấp nhận với mức độ hài lòng của người sử dụng lâu dài trong tất cả các dịch vụ. Khái niệm khác tương tự là QoE (quality of experience) phụ thuộc vào yêu cầu mà người sử dụng dự đoán, hay mức độ hài lòng của người sử dụng. 1.1.2. Lịch sử phát triển [10] Thiết bị Switch và rout r thường dùng cơ chế best-effort. Những thiết bị này rẻ, đơn giản và nhanh hơn nên phổ biến là cạnh tranh được với những thiết bị phức hợp cung cấp được QoS. Trong thiết kế ban đầu có 4 bit “typ of s rvic ” và 3 bit “pr c d nc ” trên mã mào đầu của gói IP dùng cho QoS nhưng không được chú ý đến. Với sự phát triển của IPTV, IP-telephony những bit này sau đó được định nghĩa lại như là DSCP (diffs r cod point) và thỉnh thoảng được chú ý đến trên những tuyến ngang hàng (peerlink) trên mạng internet hiện đại, thường kỹ thuật QoS được chú ý ở đầu cuối. Trong nhiều năm người ta gán dữ liệu liên quan đến QoS ở lớp 2 (lay r 2) nhưng sau đó thì lãng quên. Ví dụ như Fram Relay hay ATM. Hiện nay MPLS (một kỹ thuật giữa lớp 2 và 3) có chú ý đến chút ít. Ngày nay trên mạng Ethernet cung cấp QoS thông qua nghi thức 802.1p. Ethernet hầu như ở lớp 2. Trên Internet mạng riêng ảo VLAN có thể dùng nhiều mức QoS khác nhau. Ví dụ trên bộ chuyển mạch SW firbe-to-home cung cấp nhiều cổng th n t đến những VLAN khác nhau: Một VLAn co thể dùng cho int rn t (ưu tiên thấp), một dùng cho IPTV (ưu tiên cao hơn), một dùng cho IP-t l phony (ưu tiên cao nhất). Những nhà cung cấp internet khác nhau có thể cung cấp dịch vụ trên những VLAN khác nhau. 1.1.3. Chất lượng lưu lượng [10] Trong mạng chuyển mạch gói, QoS bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: con người và 15 kỹ thuật. Yếu tố con người bao gồm: độ ổn định dịch vụ, khả năng cung cấp dịch vụ, trễ, thông tin khách hàng. Yếu tố kỹ thuật bao gồm: độ tin cậy, độ ổn định, khả năng bảo dưỡng, cấp độ dịch vụ GoS. Trong quá trình chuyển mạch gói từ đầu phát đến đầu thu có nhiều vấn đề cần bàn tới trên quan điểm người gởi/người nhận như sau: Thông lượng thấp (low throughput): do nhiều loại tải khác nhau cùng chia sẻ tài nguyên mạng, tốc độ bit (thông lượng cao nhất) được cung cấp cho luồng dữ liệu cụ thể nào cũng có thể thấp hơn đa dịch vụ thời gian thực (multimedia real time) cho dù tất cả các luồng dữ liệu đều được lập lịch ưu tiên. Mất gói (loss packet): nếu dữ liệu đến bị ngắt hay bộ nhớ đệm đầy, trong trường hợp này tầng ứng dụng của bên thu sẽ yêu cầu truyền lại dẫn đến trễ . Mất gói do lỗi bit, ồn hay nhiễu đặc biệt thông tin di động hay trên đường dây cáp đồng quá dài. Bên thu sẽ nhận biết điều này và có thể yêu cầu truyền lại. Độ trễ (latency): do gặp phải hàng đợi dài, gói sẽ phải tốn thời gian mới đến được nơi nhận. Không phụ thuộc vào thông lượng, trễ có thể xuất hiện mọi lúc ngay cả khi thông lượng hoàn toàn bình thường. Trong vài trường hợp trễ sẽ làm cho ứng dụng không thực hiện được như Voip hay gam onlin . Biến động trễ (jitt r): gói đi từ nguồn đến đích với những độ trễ khác nhau. Độ trễ này khác nhau tại những vị trí khác nhau trên hàng đợi giữa nguồn và đích và vị trí này có thể khác với dự đoán. Sự khác nhau về trễ này gọi là Jitter, nó ảnh hưởng đến chất lượng luồng audio cùng với/hay video. Phân phối phi thứ tự (out-of-order delivery) khi tập trung những gói liên quan truyền qua mạng những gói khác nhau có thể đi th o những hướng khác nhau để đến đích do vậy sẽ nhận những độ trễ khác nhau. Kết quả là tại nơi nhận gói tin đến không giống thứ tự gởi đi. Vấn đế này yêu cầu có nghi thức đặc biệt để sắp xếp lại thứ tự theo thời gian tại đích. Điều này rất quan trọng đối với video/Voip. 1.2. Khái niệm Khuyến nghị của CCITT, E800 đưa ra một tính chất chung của QoS: “Hiệu ứng chung của đặc tính chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người sử dụng đối với chất lượng dịch vụ”.[5] Khuyến nghị ETR300003 của ETSI chia và cải tiến định nghĩa của ITU thành các định nghĩa nhỏ hơn, nó phù hợp với các yêu cầu và quan điểm của các nhóm khác nhau trong viễn thông. Đó là:  Yêu cầu QoS của người sử dụng  Đề nghị QoS của nhà cung cấp dịch vụ  Sự cảm nhận QoS từ phía khách hàng  Việc thực hiện QoS của nhà cung cấp dịch vụ  Yêu cầu QoS của nhà cung cấp dịch vụ 16 Như vậy một cách tổng quan QoS mang ý nghĩa là “Khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo các yêu cầu đã chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Một ý trong định nghĩa này chính là chìa khoá để hiểu được QoS là gì từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng. Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảm bảo QoS cung cấp cho người sử dụng và thực hiện các biện pháp duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết bị hay lỗi đường truyền v. v…QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng để người sử dụng có thể chạy ứng dụng đó . Tuy nhiên người sử dụng cũng cần phải tìm hiểu các thông tin từ người quản trị để hiểu mạng phải cung cấp những gì cần thiết cho mỗi ứng dụng. Các nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra thông tin đặc tả về giá trị thực tế của thông số QoS theo hai cách sau: Với môi trường kênh ảo cố định (PVC: Permanent Virtual Circuit), các giá trị của các tham số QoS có thể chỉ đơn giản được ghi bằng văn bản và trao lại cho đại diện của nhà cung cấp dịch vụ mạng và khách hàng với nhà cung cấp dịch vụ thoả thuận với nhau về cách thức sử dụng. QoS có hiệu lực trên PVC khi PVC sẵn sàng. Với môi trường kênh ảo chuyển mạch (SVC: Switched Virtual Circuit), các giá trị của thông số QoS được gửi cho nhà cung cấp dịch vụ trong bản tin báo hiệu thiết lập cuộc gọi, nó là một phần của phương thức báo hiệu được sử dụng để cung cấp dịch vụ chuyển mạch trên mạng. Cả hai phương pháp đều được sử dụng trong mạng. Phương pháp PVC cho phép QoS được cung cấp trong một miền lớn hơn trong khi phương pháp SVC đòi hỏi QoS trên một kết nối cho trước và được thiết lập liên tục. Nếu một mạng được tối ưu hoàn toàn cho một loại dịch vụ thì người sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS. Ví dụ, với mạng PSTN được tối ưu cho thoại, không cần xác định băng thông hay trễ cần cho một cuộc gọi. Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã qui định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại . B A CEQ NET CE NET Q NP NP NP QoS Hình 1. 1 Mô hình QoS tổng quan Trong mô hình có cả chất lượng của từng mạng (NP-N t p rfoman ) trên đường truyền từ đầu cuối này tới đầu cuối kia. Ta không nên nhầm lẫn hai khái niệm chất lượng dịch vụ và chất lượng mạng. 17 QoS giúp cho các dịch vụ viễn thông và nhà cung cấp mạng đáp ứng được các nhu cầu dịch vụ của khách hàng. Còn NP được đo trực tiếp hiệu năng trên mạng không chịu ảnh hưởng của khách hàng và các thiết bị đầu cuối. Thêm nữa các giá trị của QoS đo được rất khác so với các giá trị NP đo được do một kết nối từ đầu cuối A đến đầu cuối B có thể phải chuyển qua nhiều kết nối trong mạng, hay phải qua rất nhiều mạng và các thiết bị đầu cuối. Do đó để đo được QoS là rất khó. Việc đo đạc NP đơn giản hơn nhiều. QoS được xác định bằng các chỉ tiêu định tính và định lượng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng còn chỉ tiêu định lượng được thực hiện bằng các số liệu đo cụ thể. Theo khuyến nghị E800 của ITU : NP là năng lực của mạng (hoặc một phần của mạng) cung cấp các chức năng liên quan tới truyền thông tin giữa những người sử dụng. Mạng viễn thông bao gồm các hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn, mạng cáp ngoại vi, được kéo dài từ điểm truy nhập tới thiết bị đầu cuối của khách hàng. Do đó đánh giá chất lượng của mạng chính là đánh giá các chỉ tiêu, các thông số kĩ thuật có liên quan tới khả năng truyền thông tin của mạng cùng các chủng loại thiết bị bên trong mạng đó. Th o quan điểm của khách hàng thì họ mong muốn được cung cấp các dịch vụ đảm bảo chất lượng, còn trên quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ thì khái niệm chất lượng mạng là một chuỗi các tham số mạng có thể được xác định, được đo đạc và điều chỉnh để có thể đạt được mức độ hài lòng của khách hàng về dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm phải tổ hợp các tham số chất lượng mạng khác nhau thành tập hợp các tiêu chuẩn để có thể vừa đảm bảo lợi ích kinh tế của mình vừa thoả mãn tốt nhất yêu cầu của người sử dụng. Khi sử dụng dịch vụ, khách hàng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ chứ không quan tâm tới các thành phần của mạng. NP yêu cầu phải được hỗ trợ các khả năng:  Khả năng truy nhập dịch vụ  Khả năng khai thác  Khả năng duy trì  Khả năng tích hợp dịch vụ Mô hình tham khảo cho QoS nd to nd thường có một hoặc vài mạng tham gia, mỗi mạng lại có nhiều node. Mỗi mạng tham gia có thể đưa vào trễ, tổn thất hoặc lỗi do việc ghép kênh, chuyển mạch hoặc truyền dẫn, nên nó ảnh hưởng tới truyền dẫn. Do đó QoS trong mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các thành phần mạng, cơ chế xử lý tại đầu cuối, cơ chế điều khiển trong mạng. 1.2.1. Phân cấp QoS Một cách tự nhiên, có nhiều mức QoS khác nhau cũng giống như là có nhiều ứng dụng vậy. Các ứng dụng lại thay đổi rất lớn thậm chí cả với những yêu cầu đơn giản về băng thông. Tín hiệu thoại có thể yêu cầu bất kì số liệu nào trong khoảng từ 8 đến 64 Mb/s. Truy nhập Web và truyền tập tin sử dụng băng thông càng nhiều càng tốt trong phạm vi có thể, nhưng lại không cần liên tục…Tuy nhiên, băng thông trên PSTN và 18 của mạng dữ liệu nhận được từ các đường thuê riêng dựa trên PSTN lại chỉ phục vụ giới hạn tại tốc độ 64 kb/s hoặc là bỏ phí 28 kb/s trong 128 kb/s. Đây là mặt hạn chế của các mạng chuyển mạch kênh. Một mạng chuyển mạch gói có thể chia băng thông thành nhiều thành phần thích hợp cho các ứng dụng dữ liệu bùng nổ, nhưng đó không phải là tất cả. Một mạng cần phải có khả năng cung cấp QoS yêu cầu cho mỗi ứng dụng, không cần biết băng thông cần thiết có cố định hay không. Khả năng về phía mạng cấp cho các ứng dụng các bảo đảm về QoS ví dụ như là bảo đảm về băng thông, được x m như là phân cấp QoS của mạng. Phân cấp là một khía cạnh quan trọng khác của QoS. Phân cấp xác định các thông số QoS tốt đến mức nào mà người sử dụng có thể định rõ cho các ứng dụng cụ thể. Nếu mạng cung cấp QoS không đủ tiêu chuẩn thì nó có thể giới hạn người sử dụng truy nhập vào mạng. Ví dụ đơn giản, xét một nhà cung cấp dịch vụ mạng thiết lập nhiều loại lớp dịch vụ cho các ứng dụng của người sử dụng . Có nhiều lúc lớp dịch vụ được dùng với đầy đủ các tham số của QoS, nhà cung cấp có thể đưa ra một lớp dịch vụ thoại trên một mạng gói mà nó đảm bảo băng thông 64kb/sử dụng giữa các đầu cuối và trễ 100ms với jitter nhỏ hơn 10 ms. Điều này tốt miễn là tất cả người sử dụng thoại đều cần 64kb/s. Nhưng nếu một ứng dụng thoại chỉ yêu cầu 8kb/s thôi thì sao?Hay thậm chí là chỉ 4kb/s. Bởi vì người sử dụng được đảm bảo ở 64kb/sử dụng nên lượng băng thông này nói chung là phải được chia ra từ toàn bộ băng thông trên mạng. Tuy nhiên mạng có thể sẽ không bao giờ chỉ ra được khi nào 64kb/s có thể được yêu cầu. Th o đó người sử dụng không sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ dự trữ băng thông có thể cung cấp nó cho những người sử dụng khác. Phân cấp tốt QoS sẽ cho phép người sử dụng thậm chí trong cùng một lớp dịch vụ xác định băng thông họ yêu cầu chính xác hơn. Sự chính xác này muốn đạt được thì phải trả giá bằng độ phức tạp của mạng, đây là lý do chính trong việc giới hạn các tham số QoS và đặt ra các lớp dịch vụ trong giai đoạn đầu. 1.2.2. Bảo đảm QoS Thực hiện 3 vấn đề sau:  Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: Các thuật toán xếp hàng (qu u ing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hoá đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn….  Phương thức báo hiệu QoS giữa các nút mạng để phối hợp hoạt động đảm bảo chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối.  Chính sách QoS và các chức năng tính cước, quản lý để điều khiển và phân phát QoS cho các lưu lượng đi qua toàn mạng. Vấn đề ở đây là ngày càng có nhiều ứng dụng như thoại và video hoạt động trên Internet và Web toàn cầu, do đó các đảm bảo QoS thực sự là cần thiết. Mặc dù vậy, Internet ngày nay lại có rất ít các đảm bảo QoS có chăng chỉ là các ngoại lệ của các dịch vụ mạng IP được quản lý .