Đặc tính hóa chất lượng dịch vụ trong bối cảnh NGN

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CHU THỊ NGỌC QUỲNH ĐẶC TÍNH HÓA CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG BỐI CẢNH NGN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Ngọc San HÀ NỘI-2011 1 LỜI MỞ ĐẦU Phát triển cơ sở hạ tầng mạng thế hệ sau (Next Generation Network – NGN) là xu hướng chủ đạo trong giai đoạn hiện nay của các nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thông trên thế giới và của Việt Nam. Mục tiêu cơ bản của hầu hết các dự án triển khai mạng NGN đều hướng tới việc xây dựng (theo cả chiều sâu và bề rộng), cơ sở hạ tầng mạng tích hợp truyền tải dịch vụ đa phương tiện và ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến (mở rộng lĩnh vực dịch vụ, làm giàu hoá nội dung số), đồng thời áp dụng giải pháp cần thiết để khai thác tối đa tiềm năng cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có. Về bản chất mạng NGN trong giai đoạn trước mắt không sử dụng một giải pháp công nghệ thuần nhất mà là giải pháp mạng tích hợp, liên kết các cơ sở hạ tầng mạng dựa trên công nghệ mới với cơ sở hạ tầng mạng hiện có, sao cho chúng phối hợp, cung cấp dịch vụ một cách thông suốt, đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS. Mục đích nghiên cứu trình bày trong luận văn này nhằm giải quyết một “khía cạnh nhỏ” trong một mục tiêu dài hạn là “đưa vấn đề quản lý và đảm bảo QoS vào bài toán điều khiển theo quỹ đạo”. Mục tiêu trước mắt trong bài toán điều khiển này là “xác định vị trí (tọa độ) của điểm chất luợng dịch vụ trong không gian cấu thành bởi các tham số phản ánh hàm QoS, đảm bảo bởi nhà cung cấp dịch vụ đối với khách hàng”, đây chính là mục đích nghiên cứu được trình bày trong luận văn. Nhiệm vụ cụ thể nhằm thực hiện mục đích trên bao gồm: 1) Tìm kiếm các phương pháp phân tích chất lượng dịch vụ QoS phù hợp, trên cơ sở đó mô tả sát thực các tham số đặc trưng cho QoS. 2) Thực hiện phân tích QoS trên các dịch vụ cụ thể trong mạng NGN. Trên cơ sở lý thuyết, cách phân tích cụ thể, những nhiệm vụ nghiên cứu đề ra đã được thực hiện và có kết quả sau: + Đưa ra được chế độ danh định (phân nhóm) cho các dịch vụ trong mạng NGN. + Định hướng xem xét những dịch vụ mới trên cơ sở bài toán bền vững. 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS GIỮA NHÀ CUNG CẤP VÀ KHÁCH HÀNG 1.1. Giới thiệu Chất lượng dịch vụ liên quan tới việc ứng dụng các chuẩn thiết kế, lựa chọn các giao thức phù hợp, xác định cấu trúc mạng, các phương pháp nhận dạng, lựa chọn công nghệ xây dựng mạng, thiết kế quản lý nút bộ đệm, xem xét để đảm bảo rằng các tham số chất lượng như: sự tắc nghẽn, độ sẵn sàng, trễ, biến đổi trễ (jitter), thông lượng, độ suy hao, sự tin cậy,… không vượt quá khoảng thời gian dịch vụ được đáp ứng và lưu lượng tải giữa hai điểm bất kì đã chọn trong mạng.Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN là một vấn đề phức tạp do: các ứng dụng NGN yêu cầu chất lượng khác nhau, giao thức IP không đáp ứng được tính nhất quán về chất lượng các ứng dụng. Tính đa dạng trên một tuyến end-to-end như hỗ trợ nhiều mức QoS khác nhau tại các điểm đầu cuối, hỗ trợ nhiều loại QoS trong truyền tải và có nhiều nhà cung cấp khác nhau. 1.2 Tổng quan về mạng NGN NGN là một mạng trên cơ sở gói có khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông và có khả năng sử dụng các công nghệ truyền tải đảm bảo QoS, băng thông rộng và trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ là độc lập với các công nghệ liên quan đến truyền tải bên dưới. Nó cho phép người dùng truy nhập mạng không giới hạn và truy nhập tới những nhà cung cấp dịch vụ cạnh tranh trên thị trường hoặc các dịch vụ mà họ lựa chọn. NGN hỗ trợ khả năng di động cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ tại nhiều nơi. Mạng NGN có khả năng hỗ trợ cho các công nghệ đa truy nhập và các cấu hình mạng khác nhau. Theo Y.2011 phân lớp chức năng của mạng NGN bao gồm các chức năng tầng dịch vụ và các chức năng tầng truyền tải. 3 Other Networks Service Control Functions Transport stratum Service stratum Control Media Management Functions Management Service User Profiles Service User Profiles Transport User Profiles Application/Service Support Functions Third Party Applications ANI End-User Functions Transport Control Functions Resource and Admission Control Functions Resource and Admission Control Functions Network Attachment Control Functions Network Attachment Control Functions Transport Functions NNI UNI Hình 1.1. Cấu trúc tổng quan của NGN 1.2.1. Các khối chức năng trong tầng truyền tải Các khối chức năng trong tầng truyền tải bao gồm: - Khối các chức năng truyền tải: Các khối chức năng truyền tải có khả năng hỗ trợ cho việc truyền tải thông tin truyền thông cũng như thông tin điều khiển và quản lý. - Khối chức năng truy nhập mạng: Khối chức năng truy nhập mạng có nhiệm vụ kiểm soát người sử dụng truy nhập mạng cũng như thu thập và kết hợp lưu lượng truy nhập để đưa tới mạng lõi. Khối chức năng truy nhập mạng cũng thực hiện các cơ chế kiểm soát QoS có liên quan trực tiếp đến lưu lượng người sử dụng, bao gồm cả quản lý bộ đệm, hàng đợi và sắp xếp, lọc gói tin, phân loại lưu lượng, đánh dấu, kiểm soát và định hướng. Truy nhập vào mạng NGN bằng các hình thức sau: • Truy nhập cáp • Truy nhập xDSL 4 • Truy nhập vô tuyến (ví dụ như công nghệ IEEE 802.11 và 802.16, và truy nhập RAN cho mạng 3G) - Khối chức năng biên:sử dụng để xử lý môi trường truyền thông và xử lý lưu lượng khi lưu lượng đến từ các mạng truy nhập khác nhau được tập hợp lại và hợp nhất trong mạng truyền tải lõi. - Khối chức năng truyền tải lõi:có nhiệm vụ bảo đảm cho thông tin truyền tải qua mạng lõi. Các chức năng trong khối chức năng truyền tải lõi có các cơ chế QoS xử lý trực tiếp lưu lượng người sử dụng. - Khối chức năng cổng: - Khối chức năng kiểm soát môi trường truyền thông. - Khối các chức năng kiểm soát truyền tải. 1.2.2. Khối các chức năng tầng dịch vụ Khối các chức năng tầng dịch vụ bao gồm: - Khối các chức năng điều khiển dịch vụ: bao gồm cả điều khiển phiên và không phiên, đăng kí, chức năng xác thực và cấp phép ở cấp dịch vụ. - Khối các chức năng hỗ trợ ứng dụng/dịch vụ: bao gồm cả các chức năng như chức năng cổng, đăng kí, nhận thực và cấp phép ở cấp ứng dụng. - Khối các chức năng liên quan đến profile người sử dụng dịch vụ:là sự kết hợp của thông tin người sử dụng và dữ liệu điều khiển khác thành khối chức năng profile người sử dụng ở tầng dịch vụ, được thể hiện dưới dạng cơ sở dữ liệu chức năng. 1.2.3. Khối các chức năng liên quan đến người sử dụng cuối 1.2.4. Khối chức năngg quản lý Điểm cơ bản trong hoạt động của mạng NGN đó là hỗ trợ quản lý. Các chức năng này tạo khả năng quản lý mạng NGN để các dịch vụ NGN được cung cấp với chất lượng, mức độ bảo mật và độ tin cậy mong muốn. 1.3. Khái niệm chất lượng dịch vụ 1.3.1. Các khái niệm cơ bản 5 Chất lượng dịch vụ QoS được hiểu và diễn tả theo nhiều cách khác nhau. Có thể khái quát như sau: - Đối với lớp ứng dụng: Chất lượng dịch vụ QoS được sử dụng để phản ánh “mức độ dịch vụ - Grade of Service”. Mức độ dịch vụ này, rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người về mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó. - Đối với lớp truyền tải: Chất lượng dịch vụ được thực hiện bởi phương pháp “định tuyến QoS- QoS routing”, tìm đường thông trên mạng tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng dịch vụ - Đối với lớp mạng: Chất lượng dịch vụ được biểu diễn thông qua các đại lượng toán học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất…. của các tham số như trễ, mất gói tin, giá… của luồng gói/tế bào. 1.3.2. Các quan điểm về chất lượng dịch vụ Theo khuyến nghị G.1000 của ITU-T có bốn quan điểm về chất lượng dịch vụ: - Yêu cầu của khách hàng về chất lượng dịch vụ. - QoS được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ. - QoS được đề xuất bởi nhà cung cấp dịch vụ. - QoS được cảm nhận bởi khách hàng. 1.4. Các thông số phản ánh chất lượng dịch vụ 1.4.1. Băng thông 1.4.2. Độ trễ - Delay 1.4.3. Độ biến thiên trễ - Delay variation/jitter 1.4.4. Mất gói – Packet loss 1.4.5. Độ khả dụng 1.4.6. Bảo mật 1.5. Đặc tính hóa chất lượng dịch vụ 1.5.1 Các lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Các lớp dịch vụ có liên quan tới khả năng của QoS end-to-end, nghĩa là năng lực của một mạng phân phối các dịch vụ cần thiết bằng lưu lượng mạng cụ thể từ đầu cuối tới đầu cuối. 6 - Best – effort Service: Còn gọi là sự thiếu hụt QoS hay dịch vụ “nỗ lực tối đa” là một kết nối cơ bản mà không có sự đảm bảo về QoS. Nguyên tắc FiFo của hàng đợi là đặc tính đặc trưng nhất, đó là đặc tính không có sự phân biệt giữa các luồng. - Differentiated service: còn gọi là QoS mềm. Một vài lưu lượng được xử lý một cách tốt hơn so với phần còn lại (xử lý nhanh hơn, băng thông trung bình rộng hơn, và tỉ lệ tổn thất trung bình thấp hơn). Đó là một sự ưu tiên về mặt thống kê, chứ không phải sự đảm bảo tức thời và chắc chắn. Điều này được thực hiện thông qua sự phân loại lưu lượng và sử dụng các công cụ QoS như: PQ, CQ, WFQ… - Guaranteed service: còn gọi là QoS cứng. Đó là một sự đảm bảo tuyệt đối tài nguyên mạng cho lưu lượng cụ thể thông qua các công cụ QoS như RSVP và CB-WFQ. Hình 1.3: Ba lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối 1.5.2. Chất lượng dịch vụ trong NGN * QoS trong mạng NGN: xét chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối Best effort service Differentiated service Guarantred service Lưu lư ợ ng IP không cần đảm bảo QoS M ộ t ph ầ n lưu lư ợ ng được xử lý tốt hơn phần còn lại M ộ t s ố ứ ng d ụ ng c ụ thể yêu cầu các tài nguyên mạng đặc trưng Networks Best effort Differentiated Guarantred 7 Hình 1.4. QoS trong mạng NGN - QoS mạng truy nhập: chất lượng dịch vụ trong mạng truy nhập (từ thiết bị đầu cuối đến cổng nối vào mạng xương sống (backbone). Như vậy chất lượng dịch vụ của mạng này liên quan đến QoS của mạng Metro/Gigabit Ethernet, QoS của mạng XDSL/HFC, QoS của WLAN, QoS của di động. - QoS mạng: + QoS của mạng xương sống: chất lượng dịch vụ này lại bao gồm chất lượng dịch vụ giữa các node trong mạng xương sống. Chất lượng dịch vụ này liên quan đến chất lượng dịch vụ của mạng MPLS/GMPLS, IP over WDM, IP over ATM. + QoS của các mạng ở lớp cung cấp dịch vụ: chất lượng dịch vụ của mạng từ mạng xương sống đến mạng cung cấp dịch vụ. * Kiến trúc QoS: Edge Edge M ạ ng xương sống ISP T ổ ch ứ c kinh doanh H ữ u tuy ế n Vô tuyến Host QoS từ đầu cuối đến đầu cuối QoS mạng QoS mạng QoS mạng truy nhập node node 8 Kiến trúc QoS liên quan đến: đặc tính kĩ thuật của QoS, các cơ chế QoS, kĩ thuật lưu lượng, quản lý mạng và các giao thức hỗ trợ QoS. CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG BỐI CẢNH NGN 2.1. Giới thiệu Mạng thế hệ mới NGN được xây dựng và phát triển dựa vào cơ sở mạng gói IP. Tuy rằng, ngoài các dịch truyền thống như thoại, dữ liệu, video, còn có nhiều dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng diện rộng. Các thuật toán sử dụng để phân tích chất lượng các dịch vụ gồm: Lý thuyết xác suất, quá trình ngẫu nhiên, lý thuyết sắp hàng. Áp dụng các thuật toán này để phân tích chất lượng các dịch vụ trong phần hai của chương. Từ đó đưa ra các chỉ tiêu chất lượng áp dụng đối với từng loại dịch vụ. 2.2. Các phương pháp phân tích chất lượng dịch vụ QoS 2.2.1. Lý thuyết xác suất 2.2.1.1. Các tính chất và nguyên lý xác suất 2.2.2.2. Ứng dụng hệ thống Erlang B và Erlang C a. Hệ thống Erlang B QoS được xem bởi người sử dụng QoS của các ứng dụng Sự hoạt động của các hệ thống đầu cuối Sự hoạt động của mạng Sự hoạt động của các phần tử mạng Use Evaluation Intra-media quanlity (delay) Inter-media quanlity (Syne) System process delay (Speed) Throughput delay (latency) Throughput delay 9 - Các cuộc gọi đến hay các cuộc gọi đến ngẫu nhiên tại hệ thống kênh trung kế được giả thiết như một quá trình Poisson. - Thời gian cuộc gọi chiếm giữ được phân bố theo hàm mũ. - Đó là một số hữu hạn của các kênh khả dụng trong kênh trung kế. - Trong hệ thống với các cuộc gọi bị chặn đồng nghĩa với việc cuộc gọi đó bị xóa. - Công thức tính Erlang B:    N k K N B K L N L P 0 ! ! Trong đó: N là số lượng kênh, L là lưu lượng tải trọng. b. Hệ thống Elang C Đối với hệ thống Erlang C, các giả thiết được áp dụng giống như hệ thống Erlang B. Ngoại trừ cuộc gọi bị chặn được xếp hàng đợi thay vì bị xóa. Hệ thống Erlang C được gọi là hệ thống trì hoãn cuộc gọi bị chặn. Xác suất chặn ban đầu được đưa ra bởi công thức sau:      1 0 ! )1(! ]0[ N k K N N B K L N L NL L delayPP 2.2.2 Phân phối chuẩn Gauss và phân phối poisson 2.2.2.1. Phân phối chuẩn (Quá trình Gauss) a. Biến ngẫu nhiên vô hướng Gauss được mô tả bằng hàm pdf sau:             2 2 2 2 1 )( x x x x x xf    (2.2.7) Trong đó x  và x  là kí hiệu giá trị trung bình và phương sai của biến x. b. Quá trình Gauss nhiều biến: Thay x bằng x = [x(m 0 ), x(m 1 ), x(m 2 ), …, x(m p-1 )] T , có µ x = [[x(m 0 )], [x(m 1 )], … [x(m p-1 )]] T , hiệp phương sai được xác định bởi: [...]... từng loại hình dịch vụ được cung cấp, và vấn đề này không tách rời với chất lượng mạng tại các lớp mạng, kết hợp cùng với đó là yêu cầu của người dùng cuối với từng dịch vụ Những vấn đề đó đã được học viên nghiên cứu 23 cụ thể trong ba chương của luận văn Luận văn đã trình bày một cách tổng quan về chất lượng dịch vụ trong mạng NGN bao gồm những đặc tính kĩ thuật và thông số chất lượng dịch vụ Đồng thời... fT(Quality, network) CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT XEM XÉT HÀM CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG 3.1 Giới thiệu Sự thành công của một dịch vụ cụ thể được đo bằng tỉ lệ khách hàng sử dụng dịch vụ đó Tỷ lệ sử dụng có thể bị tác động bởi các nhân tố như: chất lượng dịch vụ, tính khả dụng, và tính dễ sử dụng với người dùng Đưa dịch vụ cung cấp trong mạng NGN vào một chế độ danh định, nhằm xác định được... của mạng 3.2 Chế độ danh định của dịch vụ (phân nhóm) 3.2.1 Các đặc tính dịch vụ mạng NGN + Phân phối tới người dùng thông minh qua mạng + Phân phối mạng thông minh trên toàn mạng + Đơn giản hơn cho người dùng 17 + Định dạng dịch vụ cá nhân và quản lý + Quản lý thông tin thông minh 3.2.2 Các dịch vụ điển hình trong NGN Trong phần cấu trúc chức năng NGN, tầng dịch vụ bao gồm các hệ thống con như: ... trong trường hợp khi yêu cầu băng thông của các ứng dụng mạng lớn hơn toàn bộ băng thông có thể cung cấp Một số hàng đợi thông dụng có thể liệt kê như: vào trước ra trước (FIFO), ưu tiên (PQ), tùy ý (CQ), và trọng số công bằng (WFQ) 2.3 Phân tích các dịch vụ cụ thể 2.3.1 Chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng đa phương tiện Chất lượng dịch vụ của các dịch vụ này được đặc trưng bởi các chỉ số chất lượng. .. toán học được dùng để phân tích chất lượng dịch vụ trong mạng, từ đó áp dụng phân tích với từng dịch vụ cụ thể như các dịch vụ đa phương tiện và dịch vụ VoIP qua mạng LAN/MAN Luận văn cũng đưa ra cách phân nhóm dịch vụ trong mạng NGN từ đó đề suất xem xét các dịch mới trên cơ sở bài toán bền vững B NHỮNG ĐÓNG GÓP Trên cơ sở lý thuyết, cách phân tích cụ thể, những nhiệm vụ nghiên cứu đề ra đã được thực... Các dịch vụ liên quan đến thông tin định vị h Truyền thông ưu tiên/ điều khiển lưu lượng ưu tiên i Các dịch vụ nâng cao tính hiện hữu 3.2.3 Cấu trúc dịch vụ trong mạng NGN Như minh họa trong hình vẽ, mục tiêu chính của NGN là cung cấp môi trường điều khiển chung, thống nhất và linh hoạt, có thể hỗ trợ đa hình thức dịch vụ và quản các ứng 18 dụng qua đa hình thức truyền dẫn Hình 3.4 Lớp điều khiển dịch. .. mạng NGN có thể được phân tách theo tính năng điều khiển (điều khiển dịch vụ, điều khiển phiên, và điều khiển kết nối) 19 Hình 3.5 Lớp kiến trúc/giao diện dịch vụ mở b Giao diện dịch vụ mở: Trong hình vẽ trên chỉ ra một thuộc tính thiết yếu của kiến trúc dịch vụ trong mạng thế hệ mới là phục thuộc vào kiến trúc giao diện mở Đặc biệt sự phát triển của môi trường dịch vụ mở dựa trên giao diện lập trình... nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp ứng dụng bên thứ ba và người sử dụng cuối có khả năng tạo ra và triển khai các ứng dụng nhanh chóng và liền mạch c Phân phối mạng thông minh: Trong môi trường dịch vụ NGN, qui mô của thị trường dịch vụ có thể được mở rộng nhiều hơn để bao gồm một loạt các dịch vụ phong phú và được kết nối trong một môi trường mạng thông minh Môi trường xử lý phân tán NGN DPE sẽ... nghệ thích hợp cung cấp dịch vụ đó Xét trên quan điểm của lý thuyết hệ thống việc quản lý mạng, quản lý và phân định dịch vụ, quản lý QoS trong mạng viễn thông nói chung và mạng NGN nói riêng chính là bài toán quản lý tính động học xảy ra trên mạng Động học xảy ra trên mạng mang hàm nghĩa sự biến thiên của dòng tín hiệu và nguồn lưu lượng Đối với bài toán đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS của mạng là rất... lập các cơ chế QoS có được quản lý trong 2 cách: phương pháp 1 là hiện thực hóa độ lợi cao nhất với đảm bảo chất lượng được yêu cầu, phương pháp 2 là dựa vào kích thước ngoài của tài nguyên mạng Trong phương pháp một các dịch vụ đặc biệt không được đảm bảo trong khi cơ sở hạ tầng mạng tốn kém hơn trong trường hợp phương pháp 2 Các tính năng không chắc chắn của lưu lượng mạng được xem xét bởi mối quan . sống: chất lượng dịch vụ này lại bao gồm chất lượng dịch vụ giữa các node trong mạng xương sống. Chất lượng dịch vụ này liên quan đến chất lượng dịch vụ. các dịch vụ cụ thể 2.3.1. Chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng đa phương tiện . Chất lượng dịch vụ của các dịch vụ này được đặc trưng bởi các chỉ số chất