Nghiên cứu chất lượng dịch vụ dữ liệu thời gian thực trong mạng ip (tt)

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - ĐỖ THANH TÂM NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC TRONG MẠNG IP CHUYÊN NGÀNH : TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ:60.48.15 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS LÊ HỮU LẬP TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ HÀ NỘI- 2011 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện mạng IP có vai trị thiết yếu lĩnh vực truyền thơng, khái niệm mạng tồn IP (All IP) nói đến nhiều năm gần Sự phát triển nhanh chóng Internet làm cho mạng IP trở thành giao thức thiếu ngày quan trọng Trong đó, ứng dụng địi hỏi QoS xuất ngày nhiều Bối cảnh đòi hỏi mạng IP phải có chế QoS hồn chỉnh để đáp ứng nhu cầu đa dịch vụ gia tăng Chính điều tơi chọn đề tài luận văn là: “Nghiên cứu chất lượng dịch vụ liệu thời gian thực mạng IP” Mục đích nghiên cứu Mục tiêu luận văn nghiên cứu tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ giải pháp cải thiện chất lượng dịch vụ mạng IP nói chung, từ đề xuất giải pháp nhằm nâng cao chất lượng cho mạng Man-E, nhằm đáp ứng yêu cầu nhà cung cấp mạng yêu cầu người dùng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Mạng IP, dịch vụ IPTV truyền tải mạng MAN-E, QoS dịch vụ thời gian thực Phương pháp nghiên cứu Tổng hợp phân tích kết nghiên cứu cơng trình liên quan; đề xuất áp dụng nhà triển khai mạng IP Kết cấu luận văn Luận văn bao gồm chương: Chương : Các tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP Chương : Các giải pháp cải thiện QoS mạng IP Chương : Chất lượng dịch vụ mạng MAN-E 3 CHƯƠNG I CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG IP 1.1 Giới thiệu chung Những năm gần bắt đầu khuynh hướng xây dựng hệ thống truyền thoại video dựa vào IP Trong mạng hội tụ, chất lượng dịch vụ QoS chủ đề quan trọng QoS thuật ngữ mức độ đảm bảo chất lượng số liệu truyền nhận Trong thực tế, QoS chế đảm bảo số liệu âm hình ảnh truyền qua mạng tốn thời gian mà đảm bảo tính nguyên vẹn chúng Nếu khơng có QoS gọi qua mạng IP không đảm bảo không đáp ứng nguyện vọng người dùng Các kĩ thuật QoS mạng IP Hình 1.1 Các kỹ thuật QoS mạng IP 1.2 Các tham số đánh giá QoS Chất lượng dịch vụ đánh giá qua bốn tham số đo lường 21 end tồn mạng nên có chung Profile QoS Để đảm bảo dịch vụ, cấu hình QoS loại Interface là: Interface kết nối đến băng thơng, độ trễ, độ biến động trễ độ tổn thất gói thiết bị khác mạng MAN Interface kết nối đến thiết bị 1.2.1 Băng thông khách hàng Băng thông tốc độ truyền hiệu đo lường theo bit  Cuối cùng, vấn đề thực QoS cho mạng IP toán lớn, giây mà thực tế số bit trung bình truyền thành cơng qua mạng địi hỏi phối hợp giải từ nhiều giải pháp khác Việc giây 1.2.2 Tổn thất gói Tổn thất gói tham số phần trăm gói truyền khơng đến đích 1.2.3 Độ trễ Độ trễ khoảng thời gian cần thiết để số liệu di chuyển từ nguồn đến đích 1.2.4 Độ biến động trễ Độ biến động trễ (jitter) tham số thay đổi độ trễ gói chuỗi số liệu truyền 1.2.5 Độ tin cậy Tính khả dụng hay độ tin cậy tiêu xác định chất lượng dịch vụ mạng Lý tưởng mạng phải khả dụng 100% thời gian 1.3 Kết luận Để hệ thống truyền thoại video qua IP làm việc hiệu băng thông phải lớn tốt đỗ trễ, độ tổn thất gói độ biến động trễ phải mức tối thiểu triển khai giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ việc cần thiết, nhiên phải cân đối chi phí triển khai nhu cầu khách hàng Luận văn đưa bước đầu triển khai để nâng cao chất lượng dịch vụ, chi phí lớn cần có nhiều thời gian nghiên cứu để đưa bước triển khai cho phù hợp với thực tế 20 điều chứng tỏ hệ thống IntServ qui mô lớn khả thi Ngày xu hỗ trợ ứng dụng thời gian thực mạng IP ưu tiên hoá dịch vụ người dùng, chế CHƯƠNG II CÁC GIẢI PHÁP CHÍNH CẢI THIỆN QoS TRONG MẠNG IP 2.1 Phương thức cung ứng QoS mạng IP DiffServ tiêu biểu Các nhu cầu QoS chuyển sang khái niệm gọi cấp dịch vụ GoS Ý tưởng cung cấp loại dịch vụ khác cho loại lưu lượng khác nhau, cung cấp dịch vụ tốt ứng dụng nhạy cảm với trễ Hơn nữa, Có ba khía cạnh quan trọng thường xem xét thiết kế mạng IP cho số liệu âm video, cung ứng có dự phịng cho mạng, xếp hàng phân loại 2.1.1 Cung ứng có dự phịng cho mạng chế khác để tương tác với phiên TCP quản lý đệm hay lập lịch tạo để giảm khả tắc nghẽn chia sẻ tài nguyên công Tuy nhiên, phương thức cho ứng dụng phía đầu cuối yêu cầu GoS chưa rõ ràng DiffServ khơng có điều khiển chấp nhận kết nối DiffServ không đủ khả Giải pháp phổ biến cho QoS ngày cung cấp băng thơng đầy đủ cho mạng Dự phịng đơn giản xây dựng mạng có lượng băng thơng nhiều nhu cầu thực tế dịch vụ âm thanh, video dịch vụ khác thường xuyên chạy mạng 2.1.2 Xếp hàng giải toán chia sẻ tài nguyên luồng TCP hoạt Các hàng đợi riêng biệt cho phép truyền số liệu có yêu cầu động Tài nguyên bị chia sẻ không công bên tập nghiêm ngặt thời gian âm video theo phương thức hợp lưu lượng khác DiffServ cần hệ thống điều ưu tiên khiển nghẽn hoàn hảo với chế lập lịch, quản lý đệm, 2.1.3 Phân loại phản hồi nghẽn điều chỉnh đầu cuối  Đã nghiên cứu chất lượng dịch vụ mạng Man-E Trong nghiên cứu mơ hình kiến trúc mạng Man-E, dịch vụ thời gian thực tiêu chí QoS mạng Man-E Đi sâu nghiên cứu chất Kỹ thuật xếp hàng tiến hành nhờ vào số chế phân loại hay ưu tiên gói Một vài chế khác dược dùng bao gồm RSVP, IP precedence, DiffServ MPLS 2.2 Các chế kiểm soát chất lượng phổ biến mạng IP Cho đến có ba nhóm chế nhằm đạt lượng dịch vụ IPTV đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV mạng Man-E Có thể thấy giải pháp QoS mạng sử dụng kết hợp MPLS, DiffServ kỹ thuật lưu lượng TE Hướng tìm kiếm giải pháp QoS mạng Man_E khoảng từ DiffServ đến H-QoS Để giải vấn đề QoS end–to- chất lượng mạng tốt mức Best-Effort truyền thống mạng IP, là: - Cung cấp dung lượng vượt yêu cầu - Đăng ký trước tài nguyên - Ưu tiên hoá dịch vụ người dùng 6 19 2.2.1 Cung cấp dung lượng vượt yêu cầu KẾT LUẬN Cung cấp lượng băng thông vượt mức yêu cầu chế Luận văn “Nghiên cứu chất lượng dịch vụ liệu thời gian nhất, hai chế hoạt động theo nguyên lý dùng số tối thiểu thực mạng IP” hoàn thành Trong luận văn, tác giả dung lượng để đáp ứng cho hợp đồng dịch vụ nghiên cứu đạt kết sau: 2.2.2 Đăng ký trước tài nguyên  Đã nghiên cứu chất lượng dịch vụ mạng IP (IP QoS) IntServ kiến trúc đặc tả IETF để hỗ trợ QoS tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ Từ khẳng định theo chế đăng ký trước tài nguyên IntServ dùng giao thức RSVP để cần thiết QoS cho mạng IP ngày thiếu QoS đăng ký tài nguyên cho luồng lưu lượng đời với nhiệm vụ ưu tiên cho ứng dụng thời gian thực cách 2.2.3 Ưu tiên hoá dịch vụ người dùng cấp phát thêm băng thông đặt chúng mức ưu tiên cao Thực chất QoS phong phú ưu tiên Việc hỗ trợ QoS mực cần có: phương tiện để đánh dấu luồng theo ưu tiên chế mạng để nhận dạng tác động lên luồng theo ưu tiên 2.3 Mơ hình tích hợp dịch vụ IntServ ứng dụng khác QoS ảnh hưởng tới thông số mạng như: Bandwidth (Băng thông), Delay (trễ), Jitter (Bất ổn định), Loss (độ gói)  Đã nghiên cứu giải pháp cải thiện QoS mạng IP Trong giải pháp ban đầu cho IP QoS dùng chế vượt cầu, giải pháp đơn giản dễ thực tốn hiệu suất Mô hình IntServ IETF giới thiệu vào thập niên 90 với mục đích hỗ trợ chất lượng dịch vụ từ đầu cuối tới đầu cuối Các ứng dụng nhận băng thông yêu cầu truyền mạng với độ trễ cho phép 2.3.1 Các lớp dịch vụ Có hai lớp dịch vụ: đảm bảo dịch vụ kiểm soát tải thấp Cơ chế quan trọng cung cấp QoS cho ứng dụng mạng IP IntServ, thuộc loại chế đăng ký trước tài nguyên Ý tưởng chế dùng giao thức đặc biệt RSVP để ký quản lý tài nguyên mạng cho phiên Tuy nhiên chế sớm tỏ nặng nề phức tạp chí cịn phức tạp chế QoS ATM RSVP dùng khái niệm gọi trạng thái mềm, cho kết nối, trạng thái mềm phải làm tươi định kỳ Ngoài ra, IntServ đòi hỏi thiết kế lại giao thức IP để đảm bảo hiệu IntServ thay đổi tuyến đường dẫn ngắn khơng có dung lượng cho kết nối Tất 18 3.3.3.2 Ánh xạ dịch vụ/ứng dụng sang Diffserv 2.3.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 3.3.3.3 Ánh xạ từ Diffserv code sang MPLS EXP code Sử dụng bảng ánh xạ Bảng 3-5 Bảng ánh xạ từ Diffserv sang MPLS EXP DSCP PHB EXP value CS7(111000) 111 CS6(110000) 110 RSVP giao thức báo hiệu cung cấp thủ tục để thiết lập EF(101110) 101 điều khiển q trình chiếm giữ tài ngun, hay nói cách khác RSVP AF4X(100xx0) 100 cho phép chương trình ứng dụng thông báo cho mạng yêu AF3X(011xx0) 011 AF2X(010xx0) 010 AF1X(001xx0) 001 Best Effort 000 cầu mức chất lượng dịch vụ mạng hồi đáp chấp nhận khơng chấp nhận u cầu 2.3.3 Kiến trúc IntServ Cấu trúc định tuyến chuyển mạch có hỗ trợ RSVP mạng: 3.3.4 Cấu hình QoS MAN-E Để đảm bảo dịch vụ, khuyến nghị cấu hình QoS loại interface:  Interface kết nối đến thiết bị khác mạng MAN  Interface kết nối đến thiết bị khách hàng 3.4 Kết luận Có thể thấy giải pháp QoS mạng Man-E sử dụng kết hợp MPLS, DiffServ kỹ thuật lưu lượng TE Hướng tìm kiếm giải pháp QoS mạng Man_E khoảng từ DiffServ đến H-QoS Để giải vấn đề QoS end–to-end tồn mạng nên có chung Profile QoS Để đảm bảo dịch vụ, cấu hình QoS loại Interface là: Interface kết nối đến thiết bị khác mạng MAN Interface kết nối đến thiết bị khách hàng Hình 2.4 Mơ hình dịch vụ IntServ Cấu trúc gồm khối: Khối điều khiển lưu lượng Khối điều khiển thu nhận thiết lập dự trữ 8 17 2.4 Mơ hình phân biệt dịch vụ DiffServ 3.3.2 Đề xuất giải pháp QoS 2.4.1 Mơ hình 3.3.2.1 Đặt vấn đề 3.3.2.2 Khuyến nghị 3.3.2.3 Xây dựng Profile QoS quy ước sử dụng DSCP 3.3.2.4 Network control profile 3.3.2.5 Reatime Voice profile 3.3.2.6 Realtime Video profile 3.3.2.7 Data Profile (Crictical) 3.3.2.8 Data Profile 3.3.2.9 Standard Profile Hình 2.5 Mơ hình bước phân biệt dịch vụ DiffServ 3.3.3 Các phép ánh xạ QoS Kiến trúc DiffServ chứa hai thành phần chính: Một nguyên tắc ứng xử (PHB) đường dẫn chuyển gói thứ hai sách cấu hình thơng số đường dẫn chuyển gói cho PHB 2.4.2 Phát triển QoS theo chế DiffServ 3.3.3.1 Ánh xạ QoS profile vào DSCP code Bảng 3-4 Bảng ánh xạ QoS Profile sang DSCP DiffServ QoS Profile Value Codepoint 2.4.2.1 Tổng quan triển khai dịch vụ theo kiến trúc DiffServ Network Control CS-6 48 REALTIME-VOICE EF 46 DSCP ghi trường ToS PHB Còn dịch vụ cụ thể REALTIME-VIDEO AF41 nhà cung cấp dịch vụ quy định DATA1 (CRICTICAL) AF31 2.4.2.2 Phương pháp phát triển hệ thống DiffServ Công việc phát triển hệ thống DiffServ liên quan đến tổ chức DATA2 AF32 DiffServ sử dụng chế phân loại, chỉnh dạng lập lịch để cung cấp dịch vụ Kiến trúc DiffServ định nghĩa mã phát triển hai thành phần điều chỉnh lưu lượng router biên PHB router, đặc biệt core router (ASSURED ELASTIC) STANDARD (ELASTIC) BE 16 3.3 Chất lượng dịch vụ IPTV Giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV 3.3.1 Mạng tổng thể IPTV a Phát triển điều chỉnh lưu lượng b Phát triển PHB * Cơ chế quản lý hàng đợi * Cơ chế lập lịch gói 2.4.3 Vấn đề quản lý tài nguyên 2.4.3.1 Khái quát trạng IETF đề xuất DiffServ giải pháp thay thế, khắc phục nhược điểm IntServ có tính khả triển tốt Tuy nhiên, kiến trúc triển khai cần phải có giải thuật quản lý lưu lượng 2.4.3.2 Giải pháp quản lý tài nguyên RMD: RMD kỹ thuật nhằm bổ sung điều khiển chấp nhận chức đăng ký cho mạng DiffServ RMD điều khiển lưu lượng hai cách: điều khiển chấp nhận luồng giải thuật loại bỏ số luồng mạng bị nghẽn Hình 3.7 Sơ đồ khối chức dịch vụ IPTV 3.3.1.1 Mạng nội dung 3.3.1.2 Mạng truyền tải 3.3.1.3 Mạng đầu cuối 3.3.1.4 Bộ quản trị * Hoạt động quản lý sở đo lường * Hoạt động quản lý sở đăng ký 2.4.3.3 Giải pháp PCN Giải pháp thông báo tiền nghẽn PCN giải pháp DiffServ nút bên cố gắng phát nghẽn PCN tương tự ECN giải pháp đánh dấu gói mạng thực bị nghẽn 10 15 2.4.4 Phát triển IP QoS MPLS Bảng 3-3 Các tham số video ITU-T 2.4.4.1 MPLS hỗ trợ QoS cho IP Phươn MPLS giải pháp để tăng tốc độ truyền số liệu qua Ứng dụng g tiện Cách Tốc thức độ mạng để xuất IETF 2.4.4.2 Kết hợp DiffServ MPLS Giá trị One- Delay Inform way variation ation delay MPLS có khả khơi phục bảo vệ nhanh chóng loss (Note cấu hình mạng thay đổi so với hệ thống IP chuẩn Khả gọi bảo vệ MPLS chúng cung cấp mức Khác 2) Video Videophone bảo vệ khác biệt cho đường dẫn khác Two- 16-