Luận văn: Giải pháp QoS (Quality of Service) trong Mạng NGN

Luận văn thạc sĩ về giải pháp QoS trong mạng NGNN. Nghiên cứu chuyên sâu các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng thế hệ mới.

• Tác giả: Lý Thị Điệp
• Người hướng dẫn: Thầy Nguyễn Cảnh Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện tử viễn thông
• Đề tài: Giải Pháp Qos Trong Mạng Ngn
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sỹ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• Mở đầu
• 1. CHƢƠNG I: DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG NGN
• 1.1. Cấu trúc mạng thế hệ sau
• 1.2. Nguyên tắc tổ chức mạng NGN
• 1.3. Cấu trúc mạng NGN
• 1.3.1. Cấu trúc vật lý
• 1.3.2. Cấu trúc chức năng
• 1.4. Dịch vụ trong mạng NGN
• 1.4.1. Đặc trƣng của dịch vụ NGN
• 1.4.2. Dịch vụ chính trong mạng NGN
• 1.4.2.1. Dịch vụ thoại (Voice Telephony)
• 1.4.2.2. Dịch vụ dữ liệu ( Data Service)
• 1.4.2.3. Dịch vụ đa phƣơng tiện (Multimedia Service)
• 1.4.2.4. Dịch vụ sử dụng mạng riêng ảo (VPN)
• 1.4.2.5. Mạng tính toán công cộng (PNC- Public Network Computing)
• 1.4.2.6. Bản tin hợp nhất (Unified Messaging)
• 1.4.2.7. Môi giới thông tin ( Information Brokering)
• 1.4.2.8. Thƣơng mại điện tử (E-commerce)
• 1.4.2.9. Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service)
• 1.4.2.10. Trò chơi tƣơng tác trên mạng (Interactive Gaming)
• 1.4.2.11. Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality)
• 1.4.2.12. Quản lý tại nhà (Home Manager)
• 1.4.2.13. Dịch vụ cung cấp nội dung (Content Provider)
• 1.5. Chất lƣợng dịch vụ NGN
• 1.5.1. Khái niệm QoS của NGN
• 1.5.2. Các tham số QoS điển hình trên mạng NGN
• 1.5.2.1. Biến động trễ (Jitter)
• 1.5.3. Nguyên nhân gây ra sự biến đổi các thông số QoS
• 1.5.3.1. Nguyên nhân tác động đến băng thông
• 1.5.3.2. Nguyên nhân tác động đến thông số số trễ
• 1.5.3.3. Nguyên nhân tác động đến thông số biến động trễ
• 1.5.3.4. Nguyên nhân tác động đến thông số mất gói
• 1.5.4. Ảnh hƣởng của các tham số QoS đến các dịch vụ
• 1.5.4.1. Ảnh hƣởng của tham số băng thông
• 1.5.4.2. Ảnh hƣởng của tham số trễ
• 1.5.4.3. Ảnh hƣởng của tham số Jitter
• 1.5.4.4. Ảnh hƣởng của tham số Packet loss
• 1.5.5. Đánh giá chất lƣợng dịch vụ
• 1.5.6. Những khó khăn trong việc thực hiện QoS trên mạng NGN
• 1.5.6.1. Mạng NGN đƣợc xây dựng trên nền mạng truyền dữ liệu best- effort (mạng IP)
• 1.5.6.2. Mạng lớn và không đồng nhất
• 1.5.6.3. Kỹ thuật lƣu lƣợng chƣa theo kịp sự phát triển của mạng NGN
• 1.5.6.4. Mạng truy nhập vô tuyến tăng thêm sự phức tạp trong đảm bảo QoS
• 1.5.7. Các giải kỹ thuật
• 1.5.7.1. Giải pháp QoS tổng quát trên mạng
• 1.5.7.2. Cơ chế dịch vụ tích hợp IntServ
• 1.5.7.3. Cơ chế dịch vụ phân biệt DiffServ
• 1.5.7.4. Giao thức RSVP
• 1.5.7.5. Giải pháp QoS tại các nút mạng
• 1.6. Kết luận chương
• 2. CHƢƠNG II: GIẢI PHÁP QoS TRÊN MẠNG LÕI IP
• 2.1. Giải pháp tổng quát trên mạng
• 2.2. Dịch vụ tích hợp – Intserv
• 2.3. Dịch vụ phân biệt – Diffserv (Different Service)
• 2.4. Trạng thái gói động-SCORE (DyNamic Packet State)
• 2.5. Định tuyến QoS
• 2.5.1. Mô hình đồ thị trọng số
• 2.5.2. Các thuật toán lựa chọn đƣờng đi
• 2.5.2.1. Thuật toán đƣờng đi QoS tính toán trƣớc chính xác
• 2.5.2.2. Thuật toán tính toán theo yêu cầu của đƣờng đi QoS (Thuật toán Dijkstra động)
• 2.5.2.3. Thuật toán tính toán đƣờng đi QoS xấp xỉ (Thuật toán Dijkstra tĩnh)
• 2.6. Các Router thế hệ mới
• 2.7. Triển khai DiffServ trên Internet
• 2.7.1. Lịch sử và tổng quan
• 2.7.2. Phân tách điều khiển và chuyển tiếp
• 2.7.3. Đƣờng chuyển tiếp gốc
• 2.7.4. Ràng buộc đƣờng dẫn
• 2.8. Thực thi các biện pháp QoS cho mạng lõi
• 2.9. Kết luận chương
• 3. CHƢƠNG III: QoS TRÊN MẠNG TRUY NHẬP
• 3.1. Đảm bảo QoS trong các mạng truy nhập cố định
• 3.1.1. Nguyên lý hỗ trợ QoS trong mạng truy nhập cố định
• 3.1.1.1. Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng
• 3.1.1.2. QoS trong nút truy nhập
• 3.1.1.3. Tổ chức mạng
• 3.1.1.4. Kiểm soát cấp tài nguyên
• 3.1.2. Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS trong các mạng truy nhập vô tuyến
• 3.1.2.1. Truy nhập di động không cấp phép (UMA)
• 3.1.2.2. 3GPP – WLAN interworking
• 3.2. Thực thi các biện pháp QoS cho mạng truy nhập
• 3.3. Kết luận chương
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về QoS Trong Mạng NGN Định Nghĩa Tầm Quan Trọng

Mạng NGN (Next Generation Network) đang là xu thế tất yếu của mạng viễn thông hiện đại. NGN cung cấp hạ tầng duy nhất cho viễn thông và tin học, hỗ trợ đa dạng dịch vụ từ thoại đến đa phương tiện, với các yêu cầu khác nhau về độ trễ. Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) trên NGN trở thành một thách thức lớn, đặc biệt khi NGN dựa trên nền tảng mạng IP best-effort. Bài viết này đi sâu vào khái niệm QoS trong NGN, các thách thức liên quan và các giải pháp triển khai hiệu quả. Theo luận văn thạc sỹ của Lý Thị Điệp, mục tiêu chính của luận văn này là nghiên cứu giải pháp QoS E2E toàn trình của NGN. Mạng NGN là một vấn đề rất phức tạp bởi NGN là một mạng lớn và không đồng nhất, được xây dựng trên nền mạng IP đồng thời các kỹ thuật lưu lượng chưa theo kịp sự phát triển của mạng NGN. Với sự bùng nổ thông tin trên mạng NGN, tầm quan trọng của việc đảm bảo QoS ngày càng tăng. Luận văn này tập trung nghiên cứu về chất lượng dịch vụ NGN và các giải pháp đảm bảo QoS cho mạng lõi và mạng truy nhập của NGN.

Từ góc độ người dùng, QoS là mức độ hài lòng về các ứng dụng/dịch vụ, được cảm nhận qua các giác quan như tai, mắt... Đây là một chỉ tiêu định tính. Tuy nhiên, QoS cũng cần được định lượng hóa thông qua các tham số kỹ thuật như băng thông, độ trễ, jitter và mất gói tin. Các tham số này phải độc lập và đặc trưng cho từng loại dịch vụ. Ví dụ, độ trễ ảnh hưởng lớn đến trải nghiệm thoại, trong khi băng thông quan trọng với truyền video. Việc đáp ứng các yêu cầu QoS khác nhau cho từng dịch vụ là chìa khóa để xây dựng một mạng NGN thành công.

Để hình dung được QoS trên mạng NGN cần phải nghiên cứu cấu trúc NGN. Mạng thế hệ sau được tổ chức theo nguyên tắc cơ bản sau đây: Mạng viễn thông gói băng rộng đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. Cấu trúc đơn giản, Hiệu quả sử dụng và chất lượng mạng lưới được nâng cao, giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. Tính linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. Mạng được tổ chức dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng.

1.1. Các Tham Số QoS Quan Trọng Băng Thông Trễ Jitter Mất Gói

Các tham số QoS điển hình trên mạng NGN bao gồm băng thông, độ trễ, biến động trễ (jitter) và mất gói (packet loss). Băng thông danh định phụ thuộc vào phương tiện truyền dẫn vật lý, mã hóa và phương thức truy nhập. Tuy nhiên, băng thông tức thời là thông số quan trọng cần quan tâm. Trễ (delay) là thời gian từ khi gói tin được sinh ra đến khi người nhận nhận được. Trễ bao gồm trễ xử lý, trễ hàng đợi, trễ truyền dữ liệu và trễ đường truyền. Jitter là sự biến động của tham số trễ. Mất gói (packet loss) là hiện tượng gói tin không đến được với người nhận. Các tham số này ảnh hưởng khác nhau đến từng dịch vụ.

1.2. Yêu Cầu QoS Của Các Dịch Vụ Khác Nhau Thoại Video Dữ Liệu

Mỗi loại dịch vụ có những yêu cầu khác nhau về QoS. Ví dụ, dịch vụ E-mail và File Transfer cần độ tin cậy cao nhưng ít quan trọng về độ trễ. Dịch vụ VoIP và Video Conference đòi hỏi độ trễ và jitter thấp, trong khi băng thông phụ thuộc vào codec sử dụng. Đối với các dịch vụ tương tác thời gian thực, độ trễ và tính chính xác của lệnh điều khiển đóng vai trò quan trọng. Bảng 1.1 trong tài liệu gốc trình bày chi tiết về yêu cầu QoS của các dịch vụ phổ biến. Cụ thể, bảng 1.2 so sánh các yêu cầu về băng thông, trễ, jitter và mất gói cho VoIP, Interactive Streaming Video và Video.

II. Thách Thức Khi Triển Khai QoS Trên Mạng NGN Hiện Đại

Triển khai QoS trên mạng NGN đối mặt với nhiều thách thức, bắt nguồn từ bản chất phức tạp và không đồng nhất của mạng. NGN được xây dựng trên nền tảng mạng IP best-effort, vốn không được thiết kế để ưu tiên chất lượng dịch vụ. Mạng NGN còn có quy mô lớn, không đồng nhất, với nhiều nhà cung cấp dịch vụ và công nghệ khác nhau. Các kỹ thuật quản lý lưu lượng chưa theo kịp sự phát triển của mạng NGN, và sự xuất hiện của mạng truy nhập vô tuyến càng làm tăng thêm độ phức tạp. Điều này đòi hỏi các giải pháp QoS phải linh hoạt và khả năng thích ứng cao. Theo Lý Thị Điệp, vấn đề QoS của mạng NGN là một vấn đề rất phức tạp bởi NGN là một mạng lớn và không đồng nhất, được xây dựng trên nền mạng IP đồng thời các kỹ thuật lưu lượng chưa theo kịp sự phát triển của mạng NGN. Với sự bùng nổ thông tin trên mạng NGN, tầm quan trọng của việc đảm bảo QoS ngày càng tăng. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng trong mạng NGN: Yếu tố động của mạng (Network dynamic), Ảnh hưởng của đa truy nhập (Multi-Access), Ảnh hưởng của đa chính sách (Multi-policy).

Do mạng lớn và không đồng nhất, mỗi phiên liên lạc giữa 2 khách hàng có thể được truyền tải qua rất nhiều AS khác nhau, QoS của phiên làm việc này phụ thuộc vào sự tối ưu của đường đi được chọn và các công nghệ/kỹ thuật sử dụng trong các AS mà nó đi qua. Tuy nhiên, trên Internet hiện nay không có một quy tắc hay chính sách nào được chấp nhận dùng chung cho mọi AS và chưa có một tổ chức nào đóng vai trò như xương sống cho các giao dịch này nên QoS từ đầu cuối đến đầu cuối không thể kiểm soát được.

2.1. Mạng IP Best Effort Hạn Chế Của Mô Hình Truyền Dữ Liệu Hiện Tại

Mạng IP, nền tảng của NGN, được thiết kế ban đầu để truyền dữ liệu theo mô hình best-effort. Giao thức IP không đảm bảo kết nối, độ tin cậy hay độ trễ thấp. Các gói tin có thể bị mất hoặc đến không đúng thứ tự. Việc đảm bảo QoS đòi hỏi phải bổ sung các cơ chế quản lý lưu lượng và ưu tiên gói tin, vốn không có sẵn trong kiến trúc IP cơ bản. Mạng IP được thiết kế đầu tiên chỉ nhằm phục vụ việc truyền dữ liệu: Giao thức IP bản chất là giao thức phi kết nối và không tin cậy, để truyền nhận data tin cậy người ta đưa vào các giao thức lớp trên để kiểm soát (ví dụ TCP). Độ trễ đối với các gói tin không phải là vấn đề quan trọng.

2.2. Mạng Lớn Không Đồng Nhất Quản Lý QoS Trên Nhiều AS Khác Nhau

Mạng NGN có quy mô lớn và không đồng nhất, bao gồm nhiều AS (Autonomous System) với chính sách, tổ chức và công nghệ khác nhau. Việc đảm bảo QoS trên toàn mạng đòi hỏi sự phối hợp giữa các AS, điều này thường khó khăn do thiếu các tiêu chuẩn và chính sách chung. Mỗi phiên liên lạc có thể đi qua nhiều AS, và QoS phụ thuộc vào đường đi được chọn và các công nghệ được sử dụng trong các AS này. Trên Internet hiện nay không có một quy tắc hay chính sách nào được chấp nhận dùng chung cho mọi AS và chưa có một tổ chức nào đóng vai trò như xương sống cho các giao dịch này nên QoS từ đầu cuối đến đầu cuối không thể kiểm soát được.

2.3. Truy Cập Vô Tuyến Di Động Tăng Độ Phức Tạp Của QoS

Sự phát triển của mạng truy nhập vô tuyến, như Wi-Fi và WiMAX, tăng thêm độ phức tạp cho việc đảm bảo QoS. Các yếu tố như sóng yếu, vật cản và sự di động của trạm cuối ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Mạng không dây IP tiềm ẩn nhiều nguy cơ về chất lượng dịch vụ. Các yếu tố sóng yếu, vật cản, sự di động của trạm cuối … tác động đến chất lượng dịch vụ như trong các mạng di động tế bào GSM, CDMA nhưng lại chưa được hỗ trợ các cơ chế kiểm soát, chuyển giao chặt chẽ như các mạng di động tế bào (cell). Mạng NGN sử dụng các kiểu truy nhập khác nhau: wireline (xDSL, LAN), wireless (GSM, CDMA, bluetooth, Wifi, WiMAX …).

III. Giải Pháp QoS Tổng Quát MPLS IntServ DiffServ RSVP

Để giải quyết các thách thức trên, nhiều giải pháp QoS đã được phát triển, bao gồm MPLS, IntServ, DiffServ và giao thức RSVP. MPLS (Multiprotocol Label Switching) kết hợp ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, cho phép chuyển tiếp gói tin nhanh trong mạng lõi. IntServ (Integrated Services) giám sát QoS theo luồng, sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) để thiết lập luồng. DiffServ (Differentiated Services) xử lý QoS tại mỗi hop (PHB - Per-Hop Behavior), đánh dấu mức ưu tiên gói tin. Các giải pháp này có thể được kết hợp để tạo ra một hệ thống QoS toàn diện. QoS trên mạng là vấn đề phức tạp liên quan đến tất cả các thành phần mạng khác nhau trong chuỗi các thực thể cung cấp dịch vụ. Chính vì vậy, các tổ chức Quốc tế lớn đã đưa ra các framework về QoS để tham chiếu trên góc độ kiến trúc khi muốn nghiên cứu về E2E QoS. Xét về góc độ mạng: QoS được đề cập trong cơ chế hỗ trợ QoS như chuyển mạch nhãn MPLS, cơ chế dịch vụ tích hợp IntServ, cơ chế dịch vụ phân biệt DiffServ…Liên quan đến hoạt động của các cơ chế này là các giao thức báo hiệu QoS, giao thức thiết lập và giám sát các luồng như LDP (MPLS), RSVP (IntServ…). Đây là giải pháp quản lý tài nguyên trên mạng để đảm bảo QoS.

3.1. MPLS Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức Cho Mạng Lõi Tốc Độ Cao

MPLS là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói IP cho phép chuyển tiếp các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến bình thường ở mạng biên (edge). MPLS (Multiprotocol Label Switching) kết hợp ưu điểm của chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, cho phép chuyển tiếp gói tin nhanh trong mạng lõi. Nó sử dụng nhãn để định tuyến gói tin, giảm tải cho quá trình tìm kiếm đường đi phức tạp. MPLS cũng có thể sử dụng phối hợp với giao thức dành trước tài nguyên RSVP trong kỹ thuật MPLS TE.

3.2. IntServ RSVP Đảm Bảo QoS Theo Luồng Với Giao Thức Dành Trước

IntServ (Integrated Services) cơ chế này phỏng lại như mạng chuyển mạch kênh trước đây. Nó hướng việc giám sát QoS theo luồng (flow) nghĩa là các kênh truyền được thiết lập và giám sát trong quá trình hoạt động. Intserv sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) để thiết lập luồng, thông báo cho các thiết bị mạng về yêu cầu QoS. Giao thức RSVP-aware báo hiệu dành trước tài nguyên, sử dụng để kết hợp với các cơ chế hỗ trợ QoS như Intserv, MPLS-TE để báo hiệu thiết lập luồng cho các thiết bị mạng khi nó đi qua. Router không có khả năng hỗ trợ RSVP thì nó coi đây như là bản tin IP thông thường.

3.3. DiffServ Dịch Vụ Phân Biệt Dựa Trên Mức Ưu Tiên Gói Tin

Diffserv (Differentiated Services) tiếp cận theo hướng xử lý QoS tai các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như Intserv. Trong mô hình Diffserv, các gói đến từ các nguồn khác nhau thuộc cùng cấp độ dịch vụ (class of service) sẽ được ghép đi chung trên một luồng, luồng này sẽ được đánh dấu mức ưu tiên dùng trường ToS trong IPv4 hay trường traffic-class trong IPv6. Cơ chế này tiếp cận theo hướng xử lý QoS tai các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như Intserv. Trong mô hình Diffserv, các gói đến từ các nguồn khác nhau thuộc cùng cấp độ dịch vụ (class of service) sẽ được ghép đi chung trên một luồng, luồng này sẽ được đánh dấu mức ưu tiên dùng trường ToS trong IPv4 hay trường traffic-class trong IPv6.

IV. Giải Pháp QoS Tại Nút Mạng Kiểm Soát Quản Lý Lưu Lượng

Bên cạnh các giải pháp tổng quát, QoS còn được đảm bảo thông qua các kỹ thuật tại nút mạng, bao gồm kiểm soát đầu vào (Admision Control), định tuyến (Routing) và quản lý đầu ra (Reservation). Kiểm soát đầu vào bao gồm phân lớp (Classification), đánh dấu (Marking) và kiểm soát chính sách (Policing). Định tuyến chọn đường đi tối ưu dựa trên các ràng buộc QoS. Quản lý đầu ra sử dụng hàng đợi (Queuing), đánh lịch phân phát (Scheduling) và làm tuân thủ tốc độ phát gói tin (Sharping). Để đảm bảo QoS cho mạng NGN ta có thể kể đến một số giải pháp sau đây: Các giải pháp QoS được phân thành các giải pháp tổng thể trên mạng và các giải pháp ở nút mạng: Các cơ chế QoS sẽ không hoạt động được nếu thiếu sự cộng tác trong bản thân mỗi thực thể mạng. Tuy nhiên, xét trên góc độ chức năng thì có nhiều sự hỗ trợ QoS trong mỗi thực thể có thể coi như độc lập với các cơ chế (ví dụ: kỹ thuật hàng đợi, đánh lịch…). Các kỹ thuật này đóng vai trò như các nỗ lực mang tính cá nhân nhằm tạo ra các khả năng hỗ trợ các cơ chế QoS và các cơ chế cũng như các biện pháp kỹ thuật tại các nút mạng cần phối hợp nhịp nhàng trong một tổng thể chung. Giải pháp QoSR tại nút mạng nhằm mục đích chọn đường đi tối ưu cho QoS Để đảm bảo QoS cho mạng NGN ta có thể kể đến một số giải pháp sau đây: 1.2 Giải pháp QoS tại các nút mạng

4.1. Phân Lớp Đánh Dấu Gói Tin Ưu Tiên Dịch Vụ Dựa Trên QoS

Phân lớp (Classification) và đánh dấu (Marking) là các chức năng đầu tiên trong chuỗi quản lý QoS. Tại đầu vào, các luồng lưu lượng phải được phân biệt mức QoS để có thể sử dụng các biện pháp đối xử thích hợp. Các gói tin được phân biệt với nhau để có cách đối xử thích hợp (phân lớp - Classification). Đánh dấu (Marking) phân biệt các danh giới lưu lượng trong cùng lớp (ví dụ gói nào tuân thủ hay vi phạm các quy định về sử dụng băng thông). Việc phân lớp có thể thực hiện tại các lớp khác nhau của mô hình OSI, từ lớp vật lý đến lớp ứng dụng. Hình 1.10 và 1.11 minh họa các trường phân lớp gói tin và ví dụ về phân lớp lưu lượng Voice và Fax.

4.2. Quản Lý Hàng Đợi Đánh Lịch Kiểm Soát Tắc Nghẽn Ưu Tiên

Công cụ quản lý tắc nghẽn sử dụng kỹ thuật hàng đợi (Queuing) cung cấp phương tiện kiểm soát tắc nghẽn trên các giao diện có khả năng xảy ra tắc nghẽn, bất cứ khi nào các gói đến một nút mạng nhanh hơn khả năng nút có thể sử lý thì có khả năng xảy ra tắc nghẽn và công cụ hàng đợi được sủ dụng ở đây. Hàng đợi và đánh lịch là 2 việc quan hệ mật thiết với nhau: Hàng đợi nhằm phân chia các gói đến theo một thứ tụ ưu tiên nào đó (ví dụ: theo các mức QoS) với mong muốn là các gói có yêu cầu QoS cao hơn sẽ được xử lý trước. Đánh lịch (Scheduling) là tiến trình xử lý các gói tin trong hàng đợi, nó quyết định gói tin nào thuộc hàng đợi nào sẽ được truyền đi tiếp theo. Hình 1.17 minh họa việc xếp hàng và định lịch.

4.3. Policing Shaping Đảm Bảo Tuân Thủ Chính Sách Về Lưu Lượng

Policing và shaping là các kỹ thuật nhằm phát hiện và xử lý các vi phạm về chính sách. Policing thực hiện đều đặn việc kiểm tra sự vi phạm của các luồng lưu lượng và thực hiện các tác động lên các luồng vi phạm này. Shaping là công cụ hỗ trợ tuân thủ tốc độ các luồng lưu lượng phía đầu ra, nó có sự kết hợp các hàng đợi (quence) trong việc xử lý. Policing và shaping điều hòa và làm ổn định các luồng dữ liệu để hỗ trợ cho các ứng dụng có sử dụng các luồng này chứ không trực tiếp cung cấp QoS cho các gói dữ liệu realtime. Hình 1.15 so sánh policing và shaping, và Bảng 1.6 tóm tắt các tính chất của hai kỹ thuật này.

V. QoSR Định Tuyến QoS Các Thuật Toán Tìm Đường Đi Tối Ưu

Trong định tuyến QoS (QoSR) thì việc tìm đường không chỉ với thỏa mãn một ràng buộc mà cần thỏa mãn nhiều ràng buộc khác nhau. Một số yêu cầu cơ bản của các thuật toán định tuyến QoSR: Hiệu quả có tính khả mở thích nghi với mạng lớn; Độ phức tạp không quá lớn hơn các thuật toán đang được dùng hiện nay Phù hợp với kiến trúc hiện tại của Internet, để có thể triển khai trên mạng. Một vài yêu cầu trong số các yêu cầu ở trên có thể xung đột với các yêu cầu khác, ví dụ một mặt mong muốn các thuật toán có hiệu quả và thuật toán có tính khả mở cao để dùng cho mạng IP lớn như Internet, mặt khác những thuật toán này phải không quá phức tạp. Định tuyến QoS đa ràng buộc là một bài toán phức tạp và yêu cầu các tài nguyên tính toán lớn. Tuy nhiên, tài nguyên của các nút mạng thường hữu hạn.

5.1. Mô Hình Đồ Thị Trọng Số Trong Định Tuyến QoS

Mô hình đồ thị trọng số trong định tuyến QoS có thể bao gồm các trọng số như chi phí, băng thông, độ trễ và mất gói. Các thuật toán lựa chọn đường đi sau đó sử dụng mô hình đồ thị trọng số này để tìm đường đi tối ưu, đáp ứng các yêu cầu QoS đặt ra.

5.2. Các Thuật Toán Lựa Chọn Đường Đi Dijkstra Động Dijkstra Tĩnh

Có nhiều thuật toán lựa chọn đường đi cho định tuyến QoS, bao gồm thuật toán đường đi QoS tính toán trước chính xác, thuật toán tính toán theo yêu cầu của đường đi QoS (Thuật toán Dijkstra động) và thuật toán tính toán đường đi QoS xấp xỉ (Thuật toán Dijkstra tĩnh). Thuật toán Dijkstra động tính toán đường đi theo yêu cầu, phù hợp với các mạng có trạng thái thay đổi thường xuyên. Thuật toán Dijkstra tĩnh tính toán đường đi trước, phù hợp với các mạng ổn định hơn.

VI. Triển Khai QoS Trong Mạng Truy Nhập Cố Định Vô Tuyến

Chất lượng dịch vụ QoS trong các mạng truy nhập cố định Nguyên lý hỗ trợ QoS trong mạng truy nhập cố định. Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng. QoS trong nút truy nhập. Tổ chức mạng. Kiểm soát cấp tài nguyên Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS trong các mạng truy nhập vô tuyến Truy nhập di động không cấp phép (UMA). 3GPP – WLAN interworking Thực thi các biện pháp QoS cho mạng truy nhập.

6.1. QoS Trong Mạng Truy Nhập Cố Định Cáp Đồng Cáp Quang

Việc đảm bảo QoS trong mạng truy nhập cố định, sử dụng cáp đồng (xDSL) và cáp quang, đòi hỏi phải kiểm soát cấp tài nguyên và quản lý lưu lượng tại các nút truy nhập. Các công nghệ như VLAN (Virtual LAN) và QoS trong Ethernet (802.1p) được sử dụng để ưu tiên lưu lượng và đảm bảo băng thông cho các dịch vụ khác nhau.

6.2. QoS Trong Mạng Truy Nhập Vô Tuyến UMA 3GPP WLAN Interworking

Mạng truy nhập vô tuyến đối mặt với các thách thức riêng về QoS do môi trường truyền dẫn không ổn định và sự di động của người dùng. Các giải pháp như UMA (Unlicensed Mobile Access) và 3GPP-WLAN interworking được sử dụng để tích hợp các mạng di động và Wi-Fi, cung cấp khả năng chuyển vùng liền mạch và đảm bảo QoS cho các dịch vụ di động.

VII. Ứng Dụng Thực Tiễn So Sánh QoS trong Mạng NGN và PSTN

Mạng NGN đánh dấu một bước tiến lớn so với mạng PSTN truyền thống trong việc cung cấp đa dạng dịch vụ và khả năng tùy chỉnh QoS. Trong khi PSTN chủ yếu tập trung vào dịch vụ thoại với chất lượng được đảm bảo thông qua chuyển mạch kênh, NGN hỗ trợ nhiều loại dịch vụ, từ thoại đến video và dữ liệu, với các yêu cầu QoS khác nhau. Khả năng quản lý băng thông, độ trễ và jitter linh hoạt hơn trong NGN cho phép cung cấp trải nghiệm tốt hơn cho người dùng đối với các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn và độ trễ thấp như video trực tuyến và trò chơi trực tuyến.

7.1 So sánh cơ chế QoS giữa NGN và PSTN

Trong PSTN, QoS thường được đảm bảo bằng cách dành riêng băng thông cho mỗi cuộc gọi. Trong NGN, QoS được đảm bảo thông qua các cơ chế như MPLS, DiffServ và IntServ, cho phép ưu tiên lưu lượng và quản lý tắc nghẽn hiệu quả hơn. Điều này giúp NGN cung cấp QoS tốt hơn với chi phí thấp hơn so với PSTN.

7.2 Ứng dụng thực tế

Trong một bệnh viện, NGN có thể được sử dụng để cung cấp QoS cao cho các dịch vụ như hội nghị từ xa và truyền tải hình ảnh y tế, giúp bác sĩ có thể chẩn đoán và điều trị bệnh nhân từ xa một cách hiệu quả. Trong một trường học, NGN có thể được sử dụng để cung cấp QoS cho các dịch vụ như video trực tuyến và trò chơi giáo dục, giúp học sinh có thể học tập một cách hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Dịch vụ và chất lượng dịch vụ trong NGN. Chương II: Giải pháp QoS trên mạng lõi IP. Chương III: Giải pháp QoS trên mạng truy nhập. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng trong luận văn này còn có rất nhiều thiếu sót và một số vấn đề chưa đề cập được hết.

Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô trong bộ môn, các chuyên gia và những người quan tâm đến vấn đề trên để nghiên cúu này được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Cảnh Tuấn đã tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành luận án này! Em xin bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô giáo Bộ môn điện tử viễn thông trường Đại học công nghệ - ĐHQG Hà nội đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian qua! TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 2 CHƢƠNG I: DỊCH VỤ VÀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG NGN Mạng NGN là xu thế phát triển về cấu trúc của mạng viễn thông. Trên cơ sở cấu trúc mới và công nghệ mới đã tạo điều kiện phát triển nhiều dịch vụ mới băng rộng đáp ứng nhu cầu xã hội. Để hình dung được QoS trên mạng NGN cần phải nghiên cứu cấu trúc NGN.

Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN:[5][6] 1. Nguyên tắc tổ chức mạng NGN: Mạng thế hệ sau được tổ chức theo nguyên tắc cơ bản sau đây: - Mạng viễn thông gói băng rộng đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. - Cấu trúc đơn giản. - Hiệu quả sử dụng và chất lượng mạng lưới được nâng cao, giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng.

- Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. - Tính linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. - Mạng được tổ chức dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo vùng mạng hay vùng lưu lượng. Cấu trúc mạng NGN Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ sau NGN được xem xét phân tích ở hai góc độ: Cấu trúc vật lý và cấu trúc chức năng.

Cấu trúc vật lý Mạng viễn thông được chia thành hai lớp: - Lớp chuyển tải - Lớp truy nhập Cụ thể: - Lớp chuyển tải: Bao gồm các hệ thống truyền dẫn và các hệ thống chuyển mạch như sau: TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 3 + Các tuyến truyền dẫn đường trục liên vùng, các tuyến truyền dẫn trung kế kết nối các chuyển mạch vùng; + Các chuyển mạch cổng quốc tế (Gateway), các chuyển mạch liên vùng (Toll, Tandem), các chuyển mạch vùng. - Lớp truy nhập: Bao gồm + Hữu tuyến (wire): các hệ thống truy nhập cáp đồng, cáp quang… + Vô tuyến (Wireless): Thông tin di động, vi ba, truy nhập vô tuyến cố định. Cấu trúc chức năng Theo hình 1.1 mạng viễn thông chia làm 5 lớp Lớp ứng dụng/dịch vụ (Application/Service) Lớp điều khiển (Control) Lớp quản lý Lớp chuyển tải (Transport/Core) Lớp truy nhập (Access) Hình 1.1: Cấu trúc chức năng mạng NGN - Lớp truy nhập - Lớp chuyển tải - Lớp điều khiển (điều khiển kết nối và điều khiển dịch vụ) - Lớp ứng dụng dịch vụ - Lớp quản lý. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 4 Lớp chuyển tải và lớp truy nhập tương ứng với lớp chuyển tải và lớp truy nhập ở cấu trúc vật lý đã trình bày ở trên.

* Lớp chuyển tải a. Chuyển mạch Các chuyển mạch được trang bị trên mạng là các chuyển mạch công nghệ MPLS/IP. Mạng chuyển mạch MPLS/IP bao gồm hai lớp: - Lớp lõi (Core-MPLS/IP Core Switch) - Lớp biên (Edge-Multiservice Switch) Mạng của VNPT vẫn tiếp tục tận dụng các chuyển mạch TDM hiện có trên mạng cho phần mạng PSTN. Dần dần tiến tới thay thế toàn bộ tổng đài TDM trên mạng bằng các tổng đài MPLS/IP Core và Multiservice Switch.

Trang bị mới 5 tổng đài MPLS/IP Core cho 5 vùng lưu lượng: Vùng lưu lượng tại Hà nội, vùng lưu lượng các tỉnh miền Bắc (đặt tại Hà nội hoặc Hải phòng), vùng lưu lượng Miền trung (đặt tại Đà nẵng), vùng lưu lượng Miền Nam (đặt tại TP. HCM hoặc Cần Thơ), vùng lưu lượng TP. HCM (đặt tại TP. Hồ Chí Minh).

Năm tổng đài này hình thành Plane thứ 2 bên cạnh Plane thứ nhất bao gồm các tổng đài Gateway và Toll công nghệ TDM hiện nay. Các tổng đài được nối với nhau theo dạng lưới nhằm đảm bảo an toàn mạng lưới. Khi một tổng đài bị sự cố, lưu lượng sẽ được định tuyến qua các tổng đài khác theo sự điều hành của trung tâm quản lý mạng quốc gia. Các chuyển mạch MPLS/IP Core này có các chức năng: - Chuyển mạch các cuộc gọi liên vùng - Chuyển mạch các cuộc gọi đi quốc tế.

Các tổng đài (Miltiservice Switch) công nghệ MPLS/IP thuộc về biên (Edge) trong lớp mạng chuyển tải. Các chuyển mạch biên Multiservice Switch này nằm ở ranh giới tiếp xúc của lớp chuyển tải với lớp mạng truy nhập trong cấu trúc NGN. TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 5 Mục đích của lớp chuyển mạch này nhằm: Chuyển dần cấu hình HOST - vệ tinh hiện nay sang dạng cấu hình Chuyển mạch đa dịch vụ (Multiservice Switch) - thiết bị truy nhập đa dịch vụ. Với 5 vùng lưu lượng nêu trên, mỗi vùng lưu lượng có MPLS/IP Core Switch và một tổng đài Multiservice lớp biên phân bổ ở một số node mạng chính trong vùng.

Các Multiservice đóng vai trò cả tổng đài chuyển mạch vùng (lớp biên) và thiết bị truy nhập đa dịch vụ ở diện rộng hơn sẽ trang bị các Access Node đa dịch vụ mới và kết nối tới các tổng đài lớp biên này. Đối với các tổng đài Toll, Tandem, Gateway TDM hiện nay: Tiếp tục chức năng chuyển mạch các cuộc gọi liên vùng. Tiếp tục chức năng chuyển mạch các cuộc gọi từ quốc tế qua Gateway đến thuê bao trong vùng. Tiếp tục thực hiện chức năng chuyển mạch các cuộc gọi quốc tế đi và đến.

Truyền dẫn Mạng của VNPT lớp chuyển tải được tổ chức thành hai cấp: Cấp đường trục quốc gia và cấp vùng - Cấp đường trục quốc gia: Gồm toàn bộ các nút chuyển mạch đường trục (MPLS/IP Core) và tuyến truyền dẫn đường trục được tổ chức thành hai Plane A&B. Số lượng và quy mô nút chuyển mạch đường trục quốc gia phụ thuộc vào mức độ phát triển lưu lượng trên mạng đường trục. Kết nối chéo giữa các nút đường trục có nhiệm vụ chuyển mạch cuộc gọi giữa các vùng lưu lượng phải ≥ 2,5 Gb/s nhằm đảm bảo an toàn mạng. - Cấp vùng: Bao gồm toàn bộ các nút chuyển mạch vùng MPLS/IP, các nút chuyển mạch nội vùng được kết nối ở mức ≥ 155Mb/s lên hai Plane chuyển mạch cấp trục quốc gia qua các tuyến truyền dẫn liên vùng - Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải Lớp mạng chuyển tải trong cấu trúc mạng mới bao gồm cả truyền dẫn và chuyển mạch.

Theo tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và thông tin về tình hình phát triển mạng viễn thông ở một số quốc gia thì công nghệ áp dụng cho lớp chuyển tải trong mạng NGN là: + Công nghệ truyền dẫn quang SDH, WDM + Chuyển mạch MPLS/IP TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 6 Service Service Lớp dịch vụ Nodes Nodes và ứng dụng Lớp điều khiển Lớp truyền tải MPLS + IP MPLS + IP MPLS + IP Cấp đường trục Lớp quản lý mạng và dịch vụ >2.5 Gb/s MPLS + IP MPLS + IP Mặt A Mặt B MPLS + IP MPLS + IP >2.5 Gb/s >155Mb/s >155Mb/s MPLS + IP MPLS + IP MPLS + IP Cấp vùng MPLS + IP MPLS + IP MPLS + IP MPLS + IP MPLS + IP Khu vực phía Khu vực Khu vực Miền Khu vực Khu vực Bắc (trừ Hà nội) Hà nội Trung, Tây nguyên TP. Hồ Chí Minh phía Nam Lớp truy nhập Hình 1.2: Mạng chuyển tải trong cấu trúc mạng NGN TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 7 * Lớp truy nhập Lớp truy nhập bao gồm toàn bộ các nút truy nhập hữu tuyến và vô tuyến làm nhiệm vụ cung cấp đa loại hình dịch vụ cho thuê bao. Công nghệ Công nghệ truy nhập vô tuyến: - Sử dụng WLL đa dịch vụ - Thông tin di động - Vệ tinh. Công nghệ truy nhập hữu tuyến: - Cáp đồng xDSL - Cáp quang.

Các thiết bị truy nhập thế hệ mới này có khả năng cung cấp các cổng giao tiếp: POTS, VoIP, IP, MPLS, X.25, IP-VPN, xDSL… Lớp truy nhập bao gồm toàn bộ các nút truy nhập hữu tuyến và vô tuyến được tổ chức không theo địa giới hành chính. Các nút truy nhập của vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến nút chuyển mạch đường trục (qua các nút chuyển mạch nội vùng) của vùng đó mà không được kết nối đến đường trục của vùng khác. Các tuyến kết nối truy nhập với nút chuyển mạch nội vùng có dung lượng ≥2Mb/s và phụ thuộc vào số lượng thuê bao và lưu lượng tại nút. - Các công nghệ áp dụng cho mạng truy nhập: + Hữu tuyến (wire): Cáp đồng, xDSL Cáp quang + Vô tuyến (Wireless): Thông tin di động: Công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh.

Mạng thông tin vệ tinh thế hệ sau: có khả năng hỗ trợ và triển khai các dịch vụ MPLS/IP. Theo chuẩn TR 34.1 do CIS (Communication and Interoperability Section of TIA’s Satellite Communication Division) đề xuất thì TIEU LUAN MOI download : [e-mail] 8 các cấu trúc mạng được hỗ trợ bởi mạng thông tin vệ tinh được phân loại như sau: - SATMPLS1.1: Hỗ trợ cấu trúc mạng MPLS cố định. Trong cấu trúc mạng MPLS cố định, các vệ tinh được sử dụng chủ yếu trong hai chức năng sau: truy nhập mạng tốc độ cao từ các đầu cuối người sử dụng và kết nối tốc độ cao với các mạng MPLS xa.2: Hỗ trợ cấu trúc mạng MPLS đầu cuối di động. Mạng vệ tinh thuộc loại này hỗ trợ khả năng chuyển vùng không rơi cuộc gọi.3: Hỗ trợ cấu trúc mạng MPLS di động.

Trong cấu trúc này, mạng vệ tinh cung cấp kết nối tốc độ cao giữa mạng di động và mạng cố định hoặc giữa hai mạng di động Khi lựa chọn công nghệ cần dựa trên cấu trúc vật lý của mạng, nghĩa là mục tiêu chính sẽ là các lớp chuyển tải và lớp chức năng. Để tổ chức mạng hợp lý cần phân tích các chức năng của mạng bao gồm: Lớp ứng dụng dịch vụ, lớp điều khiển, lớp chuyển tải, lớp truy nhập và lớp quản lý. Hai vấn đề trên có liên quan chặt chẽ với nhau. Tổ chức mạng liên quan chặt chẽ và cũng phụ thuộc vào công nghệ, khả năng của các thiết bị được lựa chọn và năng lực của mạng.