Đặc tính hóa chất lượng dịch vụ trong bối cảnh ngn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - CHU THỊ NGỌC QUỲNH ĐẶC TÍNH HĨA 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 LỜI MỞ ĐẦU Phát triển sở hạ tầng mạng hệ sau (Next Generation Network – NGN) xu hướng chủ đạo giai đoạn nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thông giới Việt Nam Mục tiêu hầu hết dự án triển khai mạng NGN hướng tới việc xây dựng (theo chiều sâu bề rộng), sở hạ tầng mạng tích hợp truyền tải dịch vụ đa phương tiện 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 sở hạ tầng viễn thơng có Về chất mạng NGN giai đoạn trước mắt không sử dụng giải pháp công nghệ mà giải pháp mạng tích hợp, liên kết sở hạ tầng mạng dựa công nghệ với sở hạ tầng mạng có, cho chúng phối hợp, cung cấp dịch vụ cách thông suốt, đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS Mục đích nghiên cứu trình bày luận văn nhằm giải “khía cạnh nhỏ” mục tiêu dài hạn “đưa vấn đề quản lý đảm bảo QoS vào toán điều khiển theo quỹ đạo” Mục tiêu trước mắt toán điều khiển “xác định vị trí (tọa độ) điểm chất luợng dịch vụ không gian cấu thành tham số phản ánh hàm QoS, đảm bảo nhà cung cấp dịch vụ khách hàng”, mục đích nghiên cứu trình bày luận văn Nhiệm vụ cụ thể nhằm thực mục đích bao gồm: 1) Tìm kiếm phương pháp phân tích chất lượng dịch vụ QoS phù hợp, sở mơ tả sát thực tham số đặc trưng cho QoS 2) Thực phân tích QoS dịch vụ cụ thể mạng NGN Trên sở lý thuyết, cách phân tích cụ thể, nhiệm vụ nghiên cứu đề thực có kết sau: + Đưa chế độ danh định (phân nhóm) cho dịch vụ mạng NGN + Định hướng xem xét dịch vụ sở toán bền vững CHƯƠNG 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 chuẩn thiết kế, lựa chọn giao thức phù hợp, xác định cấu trúc mạng, phương pháp nhận dạng, lựa chọn công nghệ xây dựng mạng, thiết kế quản lý nút đệm, xem xét để đảm bảo tham số chất lượng như: tắc nghẽn, độ sẵn sàng, trễ, biến đổi trễ (jitter), thông lượng, độ suy hao, tin cậy,… không vượt khoảng thời gian dịch vụ đáp ứng lưu lượng tải hai điểm chọn mạng.Chất lượng dịch vụ mạng NGN vấn đề phức tạp do: ứng dụng NGN yêu cầu chất lượng khác nhau, giao thức IP khơng đáp ứng tính quán chất lượng ứng dụng Tính đa dạng tuyến end-to-end hỗ trợ nhiều mức QoS khác điểm đầu cuối, hỗ trợ nhiều loại QoS truyền tải có nhiều nhà cung cấp khác 1.2 Tổng quan mạng NGN NGN mạng sở gói có khả cung cấp dịch vụ viễn thơng có khả sử dụng công nghệ truyền tải đảm bảo QoS, băng thơng rộng chức liên quan đến dịch vụ độc lập với công nghệ liên quan đến truyền tải bên Nó cho phép người dùng truy nhập mạng khơng giới hạn truy nhập tới nhà cung cấp dịch vụ cạnh tranh thị trường dịch vụ mà họ lựa chọn NGN hỗ trợ khả di động cho phép người dùng sử dụng dịch vụ nhiều nơi Mạng NGN có khả hỗ trợ cho công nghệ đa truy nhập cấu hình mạng khác Theo Y.2011 phân lớp chức mạng NGN bao gồm chức tầng dịch vụ chức tầng truyền tải Third Party Applications ANI Management Functions Application/Service Support Functions Service User Profiles Service Control Functions Service stratum Transport User Profiles Network Attachment Control Functions Resource and Admission Control Functions Transport Control Functions End-User Functions Other Networks Transport Functions UNI NNI Transport stratum Control Media Management Hình 1.1 Cấu trúc tổng quan NGN 1.2.1 Các khối chức tầng truyền tải Các khối chức tầng truyền tải bao gồm: - Khối chức truyền tải: Các khối chức truyền tải có khả hỗ trợ cho việc truyền tải thông tin truyền thông thông tin điều khiển quản lý - Khối chức truy nhập mạng: Khối chức truy nhập mạng có nhiệm vụ kiểm sốt người sử dụng truy nhập mạng thu thập kết hợp lưu lượng truy nhập để đưa tới mạng lõi Khối chức truy nhập mạng thực chế kiểm sốt QoS có liên quan trực tiếp đến lưu lượng người sử dụng, bao gồm quản lý đệm, hàng đợi xếp, lọc gói tin, phân loại lưu lượng, đánh dấu, kiểm soát định hướng Truy nhập vào mạng NGN hình thức sau: • Truy nhập cáp • Truy nhập xDSL • Truy nhập vơ tuyến (ví dụ cơng nghệ IEEE 802.11 802.16, truy nhập RAN cho mạng 3G) - Khối chức biên:sử dụng để xử lý môi trường truyền thông xử lý lưu lượng lưu lượng đến từ mạng truy nhập khác tập hợp lại hợp mạng truyền tải lõi - Khối chức truyền tải lõi:có nhiệm vụ bảo đảm cho thông tin truyền tải qua mạng lõi Các chức khối chức truyền tải lõi có chế QoS xử lý trực tiếp lưu lượng người sử dụng - Khối chức cổng: - Khối chức kiểm sốt mơi trường truyền thơng - Khối chức kiểm soát truyền tải 1.2.2 Khối chức tầng dịch vụ Khối chức tầng dịch vụ bao gồm: - Khối chức điều khiển dịch vụ: bao gồm điều khiển phiên khơng phiên, đăng kí, chức xác thực cấp phép cấp dịch vụ - Khối chức hỗ trợ ứng dụng/dịch vụ: bao gồm chức chức cổng, đăng kí, nhận thực cấp phép cấp ứng dụng - Khối chức liên quan đến profile người sử dụng dịch vụ:là kết hợp thông tin người sử dụng liệu điều khiển khác thành khối chức profile người sử dụng tầng dịch vụ, thể dạng sở liệu chức 1.2.3 Khối chức liên quan đến người sử dụng cuối 1.2.4 Khối chức năngg quản lý Điểm hoạt động mạng NGN hỗ trợ quản lý Các chức tạo khả quản lý mạng NGN để dịch vụ NGN cung cấp với chất lượng, mức độ bảo mật độ tin cậy mong muốn 1.3 Khái niệm chất lượng dịch vụ 1.3.1 Các khái niệm Chất lượng dịch vụ QoS hiểu diễn tả theo nhiều cách khác Có thể khái quát sau: - Đối với lớp ứng dụng: Chất lượng dịch vụ QoS sử dụng để phản ánh “mức độ dịch vụ - Grade of Service” Mức độ dịch vụ này, khó định lượng xác, chủ yếu dựa vào đánh giá người mức độ hài lòng dịch vụ - Đối với lớp truyền tải: Chất lượng dịch vụ thực phương pháp “định tuyến QoS- QoS routing”, tìm đường thơng mạng tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng dịch vụ - Đối với lớp mạng: Chất lượng dịch vụ biểu diễn thơng qua đại lượng tốn học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất… tham số trễ, gói tin, giá… luồng gói/tế bào 1.3.2 Các quan điểm chất lượng dịch vụ Theo khuyến nghị G.1000 ITU-T có bốn quan điểm chất lượng dịch vụ: - Yêu cầu khách hàng chất lượng dịch vụ - QoS cung cấp nhà cung cấp dịch vụ - QoS đề xuất nhà cung cấp dịch vụ - QoS cảm nhận 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 QoS end-to-end, nghĩa lực mạng phân phối dịch vụ cần thiết lưu lượng mạng cụ thể từ đầu cuối tới đầu cuối - Best – effort Service: Còn gọi thiếu hụt QoS hay dịch vụ “nỗ lực tối đa” kết nối mà khơng có đảm bảo QoS Nguyên tắc FiFo hàng đợi đặc tính đặc trưng nhất, đặc tính khơng có phân biệt luồng - Differentiated service: gọi QoS mềm Một vài lưu lượng xử lý cách tốt so với phần lại (xử lý nhanh hơn, băng thơng trung bình rộng hơn, tỉ lệ tổn thất trung bình thấp hơn) Đó ưu tiên mặt thống kê, đảm bảo tức thời chắn Điều thực thông qua phân loại lưu lượng sử dụng công cụ QoS như: PQ, CQ, WFQ… - Guaranteed service: cịn gọi QoS cứng Đó đảm bảo tuyệt đối tài nguyên mạng cho lưu lượng cụ thể thông qua công cụ QoS RSVP CB-WFQ Lưu lượng IP không cần đảm bảo QoS Best effort service Best effort Differentiated service Differentiated Guarantred Guarantred service Networks Một phần lưu lượng xử lý tốt phần lại Một số ứng dụng cụ thể yêu cầu tài nguyên mạng đặc trưng Hình 1.3: Ba lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối 1.5.2 Chất lượng dịch vụ NGN * QoS mạng NGN: xét chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối ISP Hữu tuyến Host Edge Mạng xương sống Tổ chức kinh doanh Vô tuyến node QoS mạng truy nhập Edge node QoS mạng QoS mạng QoS từ đầu cuối đến đầu cuối Hình 1.4 QoS mạng NGN - QoS mạng truy nhập: chất lượng dịch vụ mạng truy nhập (từ thiết bị đầu cuối đến cổng nối vào mạng xương sống (backbone) Như chất lượng dịch vụ mạng liên quan đến QoS mạng Metro/Gigabit Ethernet, QoS mạng XDSL/HFC, QoS WLAN, QoS di động - QoS mạng: + QoS mạng xương sống: chất lượng dịch vụ lại bao gồm chất lượng dịch vụ node mạng xương sống Chất lượng dịch vụ liên quan đến chất lượng dịch vụ mạng MPLS/GMPLS, IP over WDM, IP over ATM + QoS mạng lớp cung cấp dịch vụ: chất lượng dịch vụ mạng từ mạng xương sống đến mạng cung cấp dịch vụ * Kiến trúc QoS: QoS xem người sử dụng Use Evaluation Intra-media quanlity (delay) QoS ứng dụng Inter-media quanlity (Syne) Sự hoạt động hệ thống đầu cuối System process delay (Speed) Sự hoạt động mạng Throughput delay (latency) Sự hoạt động phần tử mạng Throughput delay Kiến trúc QoS liên quan đến: đặc tính kĩ thuật QoS, chế QoS, kĩ thuật lưu lượng, quản lý mạng giao thức hỗ trợ QoS CHƯƠNG PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG BỐI CẢNH NGN 2.1 Giới thiệu Mạng hệ NGN xây dựng phát triển dựa vào sở mạng gói IP Tuy rằng, ngồi dịch truyền thống thoại, liệu, video, cịn có nhiều dịch vụ giá trị gia tăng mạng diện rộng Các thuật tốn sử dụng để phân tích chất lượng dịch vụ gồm: Lý thuyết xác suất, trình ngẫu nhiên, lý thuyết hàng Áp dụng thuật toán để phân tích chất lượng dịch vụ phần hai chương Từ đưa tiêu chất lượng áp dụng 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 nguyên lý xác suất 2.2.2.2 Ứng dụng hệ thống Erlang B Erlang C a Hệ thống Erlang B - Các gọi đến hay gọi đến ngẫu nhiên hệ thống kênh trung kế giả thiết trình Poisson - Thời gian gọi chiếm giữ phân bố theo hàm mũ - Đó số hữu hạn kênh khả dụng kênh trung kế - Trong hệ thống với gọi bị chặn đồng nghĩa với việc gọi bị xóa - Cơng thức tính Erlang B: LN PB  N N !K L  k 0 K ! Trong đó: N số lượng kênh, L lưu lượng tải trọng b Hệ thống Elang C Đối với hệ thống Erlang C, giả thiết áp dụng giống hệ thống Erlang B Ngoại trừ gọi bị chặn xếp hàng đợi thay bị xóa Hệ thống Erlang C gọi hệ thống trì hỗn gọi bị chặn Xác suất chặn ban đầu đưa công thức sau: LN PB  P[delay  0]  LN  N !(1  L N 1 LK ) N k 0 K ! 2.2.2 Phân phối chuẩn Gauss phân phối poisson 2.2.2.1 Phân phối chuẩn (Quá trình Gauss) a Biến ngẫu nhiên vô hướng Gauss mô tả hàm pdf sau: f x ( x)    x   x 2    2 x2  2  x  (2.2.7) Trong  x  x kí hiệu giá trị trung bình phương sai biến x b Quá trình Gauss nhiều biến: Thay x x = [x(m0), x(m1), x(m2), …, x(mp-1)]T, có µx = [[x(m0)], [x(m1)], … [x(mp-1)]]T, hiệp phương sai xác định bởi: f ( x, t )  F ( x, t )  ( x) (2.2.18) 2.2.3.3 Đặc tính thống kê q trình ngẫu nhiên Đặc tính thống kê trình ngẫu nhiên x(t) cung cấp khung làm việc nhà điều tra trình ngẫu nhiên: i Xác định vấn đề làm thu thập liệu ii Xác định phải ngừng thu thập liệu…tức có liệu đủ 2.2.3.4 Các tín hiệu thống kê a Các tín hiệu thống kê chiều - Có hai trình thống kê x(t), y(t), hàm tương quan chúng theo nghĩa chung định nghĩa sau:   R xy (t1 , t )    x(t ) y (t ) f  x, t1 ; y, t dxdy (2.2.24)    Trong f .;. hàm mật độ xác suất - Hàm tương quan chéo R xy    lim T  2T T (2.2.25)  x(t ) y(t   )dt T Khi y = x, có R xy ( )  Rxx ( ) , hàm hàm tự tương quan ACF b Các tín hiệu thống kê nhiều chiều Khái niệm nhiều chiều hiểu trình thống kê nhiều biến số có nhiều hai trình thống kê Hàm tương quan hai q trình thống kê nhiều chiều theo nghĩa có nhiều biến số x(t,s,z), y(t,s,z) định nghĩa sau :   R x , y t1 , t , s1 , s , z1 , z     xt , s , z yt 1 , s , z  f  x, t1 , s1 , z1 ; y, t , s , z dxdy    Trong đó, f .;. hàm mật độ xác suất 11 (2.2.26) Ba trình x(t), y(t), z(t), hàm tương quan chung chúng định nghĩa theo hàm mật độ xác suất f .;.;. :    R xya (t1 , t , t )     xt yt z t  f x; t ; y, t ; z , t dxdydz (2.2.27)     2.2.4 Lý thuyết hàng đợi Hàng đợi bên router để giữ gói tin đủ tài nguyên chuyển gói tin khỏi cổng Nói cách khác, hàng đợi dùng trường hợp yêu cầu băng thông ứng dụng mạng lớn toàn băng thơng cung cấp Một số hàng đợi thơng dụng liệt kê như: vào trước trước (FIFO), ưu tiên (PQ), tùy ý (CQ), trọng số cơng (WFQ) 2.3 Phân tích dịch vụ cụ thể 2.3.1 Chất lượng dịch vụ ứng dụng đa phương tiện Chất lượng dịch vụ dịch vụ đặc trưng số chất lượng KPI Mỗi KPI giá trị đo lường nhằm xác định yêu cầu chất lượng dịch vụ đánh giá hiệu mạng KPI phân loại theo hai dịch vụ quan trọng: + Đo lường end-to-end (hoặc phép đo người dùng cuối): cung cấp đánh giá hiệu suất mạng cảm nhận người dùng cuối + Đo lường mạng: liên quan đến việc quản lý mạng giám sát trạng thái hệ thống suốt trình dịch vụ sử dụng 2.3.1.1 Các tham số hệ số truyền gói IP Các tham số hệ số truyền gói IP bao gồm tham số sau : + Trễ truyền gói tin IP (IPTD) + Độ trễ truyền gói IP trung bình +Biến đổi độ trễ gói IP (IPDV) + Tỷ lệ suy hao gói tin IP (IPLR) + Tỷ lệ tạp âm nhiễu gói tin IP (SIPR) + Độ lệch 2.3.1.2 Các tham số dịch vụ IP sẵn sàng 12 Dịch vụ IP sẵn sàng ứng dụng cho dịch vụ IP end-to-end thành phần Một máy chủ chức sẵn sàng để phân loại lịch trình dịch vụ thời gian dịch vụ IP sẵn sàng không sẵn sàng Về phân loại này, phần trăm IP sẵn sàng không sẵn sàng xác định thông qua đặc điểm sau: + Hỗ trợ khách hàng phải đảm bảo xác kịp thời + Độ tin cậy: tham số độ tin cậy bao gồm khả đảm bảo một chu kỳ thời gian VD: Web chủ đảm bảo sẵn sàng 99,999% thời gian truy nhập năm + Cung cấp dịch vụ:đảm bảo dịch vụ cung cấp cách thức chung 2.3.1.3 Kết tham chiếu KPI ứng dụng đa phương tiện Bảng 2.2 Chỉ tiêu chất lượng cho ứng dụng audio video (nguồn: G1010) Medium Application Degree of symmetry Typical Key performance parameters and target data values rates One-way Delay Information Other delay variation loss (Note 2) Audio Conversational Two-way voice 4-64 kbit/s