CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan yêu cầu về QoS trên mạng viễn thông 1.1 Giới thiệu: Ngày nay, mọi lĩnh vực xã hội từ lối sống đến nhu cầu tiêu dùng hàng ngày đều liên quan đến Internet và truyền thông. Mạng viễn thông – mạng truyền dữ liệu ngày càng phát triển mạnh mẽ, ngày càng hiện đại hơn, và trở thành yếu tố gắn chặt với sự phát triển của xã hội, đã thâm nhập và thay đổi lối sống của con người, từ việc làm, tiêu khiển đến những tác động xã hội. Do đó, nhu cầu về thông tin trở nên rất bức thiết và bùng nổ như nghiên cứu của Cisco [27] hay tại [55], với dự đoán lưu lượng dữ liệu sẽ vượt qua mức 1,2 zettabyte vào năm 2017 và đạt 2,1 zettabyte vào năm 2019 (khoảng 168,5 exabyte/tháng) (xem hình 1. Đây là mức dữ liệu rất cao, với mức tăng trưởng bình quân hàng năm (CAGR) khoảng 23% đến năm 2019 (với 1 zettabyte = 1.1 Dự báo lượng thông tin trên mạng đến năm 2019 - Nguồn [27] Trên mạng viễn thông hiện nay, những dịch vụ viễn thông mới cần chất lượng dịch vụ rất cao, như các dịch vụ trực tuyến, đa phương tiện, VoD, UHDTV (4K, 8K …) … vì thế mà các nhà cung cấp dịch vụ phải đảm bảo chất lượng mạng lưới cho khách hàng theo các yêu cầu chất lượng QoS tương ứng.
Chính các yêu cầu này đặt 8 ra cho mạng viễn thông những yêu cầu khắt khe để việc truyền dịch vụ đến nơi sử dụng đảm bảo chất lượng. Việc đáp ứng tốt QoS tương ứng với việc đảm bảo cho dịch vụ có giá trị của các thông số QoS từ nguồn đến đích đạt như yêu cầu, trong đó các thông số QoS được sử dụng để mô tả các yêu cầu của dịch vụ viễn thông cung cấp cho người sử dụng cũng như là chất lượng của mạng viễn thông nhằm đáp ứng cho các nhu cầu ấy. Hiện nay, vấn đề đảm bảo QoS trở nên rất nan giải do có nhiều loại ứng dụng trên mạng viễn thông với các đặc tính lưu lượng khác nhau hoặc tích hợp nhiều loại dịch vụ trên cùng một nền ứng dụng chung. Điều này làm cho việc hỗ trợ các loại ứng dụng với các đặc tính lưu lượng và các yêu cầu QoS khác nhau trở nên phức tạp hơn, bên cạnh các vấn đề khác như cấp phát tài nguyên, cân bằng tải mạng, điều khiển tắc nghẽn.
Các vấn đề này cần được xem xét toàn diện nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ trong môi trường mạng không đồng nhất, kết hợp nhiều công nghệ khác nhau và sự tương tác giữa các kiến trúc QoS khác nhau trên đường kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối, từ nơi cung cấp dịch vụ đến nơi sử dụng dịch vụ.2 Các thông số QoS: Về các thông số QoS: Có nhiều định nghĩa về QoS như của Cisco [26]: QoS tham chiếu đến khả năng của mạng truyền dữ liệu nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ tốt hơn cho lưu lượng mạng được lựa chọn trên nền các công nghệ lớp truyền dẫn như Frame Relay, Asynchronous Transfer Mode (ATM), Ethernet và 802.1 networks, SONET, và với mạng IP. Hay QoS chính là tập hợp các công nghệ mạng cho phép các ứng dụng yêu cầu và nhận các mức dịch vụ theo các kiểu lưu lượng dữ liệu, băng thông, độ trễ … Còn theo ITU-T [45] thì QoS là tổng hòa các đặc tính của một dịch vụ viễn thông liên quan tới khả năng của nó có thể thỏa mãn yêu cầu được quy định trước của người dùng dịch vụ đó. Các đặc tính như: Độ chính xác, tốc độ xử lý, độ khả dụng, độ sẵn sàng, độ tin cậy và tính đơn giản của dịch vụ. Vì thế, QoS chính là sự kết hợp các yếu tố chất lượng tương ứng với tất cả các dịch vụ như: hỗ trợ dịch vụ, thi hành dịch vụ, ảnh hưởng dịch vụ, duy trì dịch vụ, bảo toàn dịch vụ và an toàn dịch vụ.
9 Vấn đề đảm bảo QoS trên mạng truyền dữ liệu liên quan đến việc đảm bảo cho dịch vụ trên mạng truyền dữ liệu các thông số sau: - Về băng thông: đây là tốc độ cần thiết để dịch vụ trên mạng gửi lưu lượng qua mạng, hay nói cách khác, đó là dung lượng cần thiết để mạng hỗ trợ thông lượng của dịch vụ trên mạng. - Về độ trễ: là thời gian mà các gói dữ liệu chuyển từ nút nguồn đến nút đích, đồng thời là thời gian mà dịch vụ có thể chấp nhận được. - Về độ trôi trễ: Độ trôi trễ là khoảng chênh lệch giữa thời gian thực của gói dữ liệu đến và thời gian gói dữ liệu phải đến theo lý thuyết. - Về tỷ lệ tổn thất gói: là phần trăm dữ liệu mất mát, thường được biểu diễn như tỷ lệ mất gói, mất dữ liệu, phụ thuộc vào khối thông tin phát đi.
Ngoài ra còn một số thông số khác như : tiếng vọng, độ tin cậy mạng, độ bảo mật mạng, tỉ số lỗi bit, sự ổn định lớp vật lý và liên kết số liệu, sự ổn định định tuyến, hiệu năng phần cứng toàn mạng, thời gian cần để giải quyết sự cố. Đến nay, việc tiêu chuẩn hóa các dịch vụ trên mạng truyền dữ liệu – mạng viễn thông hiện đại mới đã giúp mạng truyền dữ liệu trở nên linh hoạt và hiệu quả hơn nhiều với các dịch vụ mạng như: UGS (Unsolicited grant services), rtPS (Real- time polling services), nrtPS (Non-real-time polling services), BE (Best-Effort Service) và ERT-VR (Extended real-time variable rate service) … Để phân tích cụ thể về tính chất của dịch vụ, ta xét bảng các loại dữ liệu, tương ứng với kiểu lưu lượng trên mạng truyền dữ liệu hiện nay: Bảng 1.1 Phân loại lưu lượng các dịch vụ Loại lưu Đặc điểm Các kiểu/loại dữ liệu lượng - Truyền dữ liệu, tải dữ liệu Dữ liệu Không thuộc thời gian thực - Truy cập Internet - Lưu trữ dữ liệu - Dịch vụ VoIP Chuyển phát theo thời gian Thời - IPTV, VoD thực, không phục hồi khi đã thất gian thực - Hội thoại truyền hình lạc - Chơi game trên mạng Lưu Lưu lượng bắt buộc để duy trì - Đồng bộ mạng 10 lượng ưu độ ổn định của mạng - Dữ liệu điều khiển định tuyến tiên - Dữ liệu điều khiển chuyển mạch- … Tương ứng với các kiểu loại dữ liệu trên, ITU-T trong khuyến nghị Y.154x tại [44] đã đề xuất các yêu cầu về QoS như bảng sau: Bảng 1.2 Lớp dịch vụ và chuẩn QoS Lớp dịch vụ/Dịch vụ đặc trưng Trễ trung bình Biến thiên trễ Tỷ lệ mất gói Lớp 0 : Thời gian thực, nhạy trôi trễ 100ms <50ms <1.00E-3 (VoIP, Hội nghị truyền hình …) Lớp 1: Thời gian thực, có tính tương 400ms <50ms <1.00E-3 tác (VoIP, Hội nghị truyền hình …) Lớp 2: Tương tác cao, trao đổi dữ 100ms Không xác <1.00E-3 liệu (ví dụ: truyền tín hiệu .) định Lớp 3: Dữ liệu trao đổi tương tác 400ms Không x.00E-3 Lớp 4: Mất gói thấp (Trao đổi ngắn, 1s Không xác <1.00E-3 dữ liệu lớn, video streaming) định Lớp 5: Các ứng dụng trên mạng IP Không xác Không xác Không xác mặc định định định định Trong các bảng trên, ta thấy được rằng mạng truyền dữ liệu hiện đang thực hiện truyền tải rất nhiều lưu lượng dữ liệu với sự đa dạng về yêu cầu QoS, trong đó: - Yêu cầu băng thông lớn, nhưng chấp nhận trễ như: E-mail, truyền dữ liệu. - Yêu cầu băng thông không cao, nhưng yêu cầu cao về độ trễ: Thoại (VoIP), điện thoại thấy hình, hội nghị truyền hình… Tại tiêu chuẩn ITU-T G.1010 [46], đã đưa ra các chỉ tiêu tham số chất lượng cho từng loại dịch vụ thoại, video (xem bảng 1.3: Các mục tiêu chất lượng đối với các ứng dụng thoại/video Môi Ứng dụng Mức Tốc độ dữ Các tham số chất lượng cơ bản trường độ đối liệu điển và các giá trị mục tiêu xứng hình Trễ một Phương Tổn thất Khác chiều sai trễ thông tin(2) Thoại Hội thoại Hai 4-64 kbit/s (1) < 150 ms < 1 ms < 3% tỷ lệ chiều (Tốt nhất) mất gói < 400 ms (PLR) 11 (giới hạn) Thoại Thông Chủ 4-32 kbit/s <1s < 1 ms < 3% tỷ lệ điệp tiếng yếu (phát lại) mất gói nói một <2s (PLR) chiều (ghi âm) Thoại Dòng tín Chủ 16-128 < 10 s < 1 ms < 1% tỷ lệ hiệu thoại yếu kbit/s (3) mất gói chất lượng một (PLR) cao chiều Video Điện thoại Hai 16-384 < 150 ms < 1% tỷ lệ Máy thấy hình chiều kbit/s (tốt nhất)(4) mất gói môi (5) < 400 ms (PLR) : (giới hạn) <80ms Video Một chiều Một 16-384 < 10 s < 1% tỷ lệ chiều kbit/s mất gói (PLR) 1: Bao hàm điều khiển tiếng vọng tương thích. 2: Giá trị chính xác phụ thuộc vào bộ giải mã cụ thể, nhưng giả định dùng thuật toán xóa mất gói để giảm hiệu ứng của mất gói lên dịch vụ.
3: Chất lượng phụ thuộc lớn vào loại bộ mã hóa và tốc độ bít. 4: Những giá trị này được lấy khi hoạt động thời gian dài, có thể chưa đạt được bởi kỹ thuật hiện tại. 5: Độ lệch nhấp nháy môi giữa hình ảnh và âm thanh trong quá trình truyền tín hiệu videophone. Qua các bảng trên, ta thấy những dịch vụ viễn thông có yêu cầu tương tác thời gian thực như: thương mại điện tử, giao dịch chứng khoán, trò chơi trực tuyến.
có yêu cầu chặt chẽ và rất khác nhau về băng thông, trễ, độ biến thiên trễ, thông lượng … Do đó, mạng truyền dữ liệu phải đáp ứng đầy đủ các yêu cầu QoS để tìm ra tuyến truyền khả dụng phù hợp với dịch vụ yêu cầu. Nếu luồng dữ liệu của dịch vụ nào không có yêu cầu QoS, thì không có các ràng buộc tương ứng với việc tìm đường đối với các giải thuật định tuyến, và giải thuật định tuyến sẽ chọn tuyến truyền mà không có các ràng buộc QoS nào cho luồng dữ liệu ấy.3 Xây dựng các ràng buộc liên quan đến đảm bảo chất lượng dịch vụ Việc xây dựng các ràng buộc đóng vai trò quan trọng trong việc tìm tuyến truyền trong các giải thuật định tuyến, vì chính nó đảm bảo cho một tuyến truyền 12 tìm được đảm bảo thỏa mãn chất lượng mà dịch vụ yêu cầu, ở đây là các giá trị thông số QoS của các luồng tin đến các nút mạng. Với các yêu cầu của luồng tin chỉ có một thông số QoS (như băng thông, độ trễ …) thì việc so sánh trực tiếp giá trị thông số trên là đảm bảo. Tuy nhiên, với các yêu cầu liên quan nhiều thông số QoS thì việc xây dựng các ràng buộc là rất quan trọng với các giải thuật định tuyến.