a. Mạng thông tin di động thế hệ ba WCDMA
3.2.CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG DI ĐỘNG 4G
3.2.1 Khái niệm QoS
3.2.1.1 Khái niệm QoS theo ITU
Định nghĩa về QoS theo tiêu chuẩn E800 của ITU: Chất lƣợng dịch vụ viễn thông là kết quả tổng hợp của các chỉ tiêu dịch vụ, thể hiện ở mức độ hài lòng của đối tƣợng sử dụng dịch vụ đó.
Hình 3.1 mô tả một cách tổng quát các khái niệm cơ bản về QoS theo khuyến nghị của ITU-T. Các khái niệm đƣợc trình bày trong sơ đồ có thể đƣợc áp dụng để đánh giá mức QoS có thể đạt đƣợc trong thực tế, hƣớng tới mức QoS theo chỉ tiêu hoặc các yêu cầu mô tả đặc tính thiết kế mạng. Tuy nhiên từng khái niệm trong sơ đồ có thể mang
60
ý nghĩa thể hiện theo mức tổng thể hay riêng lẻ, những khái niệm đƣợc trình bày trong sơ đồ có thể chƣa thể hiện toàn bộ những mối liên hệ của chúng. Khía cạnh cần quan tâm khi đánh giá tổng thể một dịch vụ là quan điểm sử dụng dịch vụ. Kết quả đánh giá này thể hiện mức độ hài lòng của những ngƣời sử dụng dịch vụ. Điều này sẽ đƣợc xem xét theo các nội dung sau:
Khái niệm QoS.
Mối quan hệ giữa QoS và NP Các chỉ tiêu về QoS và NP
Một điều hiển nhiên là một dịch vụ đƣợc sử dụng chỉ khi nó đƣợc cung cấp và ngƣời ta mong muốn nhà cung cấp dịch vụ có sự hiểu biết cụ thể về chất lƣợng của các dịch vụ mà họ phát hành. Theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, khái niệm NP là một chuỗi các tham số mạng có thể đƣợc xác định, đƣợc đo và đƣợc điều hành để có thể đạt mức độ hài lòng của ngƣời sử dụng về chất lƣợng dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có nhiệm vụ phải tổ hợp các tham số NP khác nhau thành một bộ chỉ tiêu để có thể vừa đảm bảo các nhu cầu lợi ích kinh tế của mình đồng thời phải thoả mãn một cách tốt nhất cho những ngƣời sử dụng dịch vụ.
Trong khi sử dụng dịch vụ, thông thƣờng ngƣời sử dụng chỉ biết đến nhà cung cấp dịch vụ. Mức độ hài lòng của ngƣời sử dụng dịch vụ phụ thuộc vào chất lƣợng dịch vụ QoS hay những cảm nhận sau cùng của khách hàng về thực hiện dịch vụ
Hỗ trợ dịch vụ (service support performance)
Khai thác dịch vụ (service operability performance) Năng lực phục vụ (serveability performance)
61
Hình 3.1: Khái niệm QoS và mối quan hệ QoS với chất lượng mạng
Hỗ trợ dịch vụ: là khả năng của một tổ chức cung cấp dịch vụ và trợ giúp trong việc sử dụng dịch vụ đã cung cấp .
Khai thác dịch vụ: là khả năng vận hành dịch vụ một cách thành công và dễ dàng của ngƣời sử dụng, bao gồm các đặc tính về thiết bị đầu cuối, các âm hiệu và tin báo dễ hiểu
Mức độ an toàn dịch vụ: là mức độ bảo vệ chống lại sự giám sát trái phép, sử dụng gian lận, quấy phá, thao tác sai, thảm hoạ thiên nhiên.
Năng lực phục vụ: là khả năng dịch vụ đạt đƣợc khi ngƣời sử dụng yêu cầu và tiếp tục đƣợc cung cấp mà không có sự suy giảm quá mức trong khoảng thời gian sử dụng
62
(trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau). Khả năng phục vụ là phần phụ thuộc vào đặc tính mạng nhiều nhất và tiếp tục đƣợc chia thành ba khái niệm:
Năng lực truy nhập đến dịch vụ (service accessibility performance): là khả năng dịch vụ đạt đƣợc trong những sự thay đổi xác định và các điều kiện khác nhau khi đƣợc yêu cầu bởi ngƣời sử dụng
Năng lực duy trì dịch vụ (service retainability performance): là khả năng của một dịch vụ tiếp tục đƣợc cung cấp trong các điều kiện đƣa ra trong khoảng thời gian sử dụng. Mức độ hoàn hảo của dịch vụ (service integrity performance): là mức độ dịch vụ đƣợc cung cấp mà không bị suy giảm quá mức, một khi đã đạt đƣợc.
Năng lực tính cƣớc chính là thông số đánh giá về ghi cƣớc và hoá đơn, trong đó phần xác suất về tính cƣớc sai, tính cƣớc thừa và tính cƣớc thiếu thuộc về chỉ tiêu của QoS. Phần đánh giá về độ chính xác ghi cƣớc là chỉ tiêu của chất lƣợng mạng.
Qua hình vẽ 3.1, chúng ta cũng thấy rằng năng lực phục vụ sẽ có mối liên hệ với các khái niệm thuộc phần chất lƣợng mạng nhƣ khả năng xử lý lƣu lƣợng, độ tin cậy, tài nguyên và phƣơng tiện cũng nhƣ chất lƣợng truyền dẫn (gồm cả năng lực truyền lan). Điều này có nghĩa là QoS có mối quan hệ chặt chẽ với chất lƣợng mạng. Chất lƣợng mạng là khả năng của mạng cung cấp các chức năng liên quan đến thông tin giữa những ngƣời sử dụng (theo ITU-E800).
Dịch vụ viễn thông là các hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp của các doanh nghiệp cung cấp cho khách hàng khả năng truyền, đƣa và nhận các loại thông tin thông qua mạng lƣới viễn thông công cộng. QoS đƣợc xác định bằng các chỉ tiêu định tính và chỉ tiêu định lƣợng. Chỉ tiêu định tính thể hiện sự cảm nhận của khách hàng, còn chỉ tiêu định lƣợng đƣợc thể hiện bằng số liệu đo cụ thể.
Có rất nhiều tổ chức đƣa ra các khái niệm QoS nhƣ ISO/IEC, RM-ODP, ETSI… tuy nhiên các khái niệm này không hoàn toàn giống nhau. Sau đây sẽ trình bày thêm khái niệm QoS theo ETSI.
3.2.1.2 Khái niệm QoS theo ETSI
Theo ETSI thì quan điểm của ngƣời sử dụng /khách hàng về mức độ QoS là sự mô tả các tham số sau:
Tổng hợp những kết quả mà ngƣời sử dụng/khách hàng nhận đƣợc, bao gồm cả những nguyên nhân liên quan đến mạng.
63
Nắm đƣợc các khía cạch của dịch vụ theo quan điểm của ngƣời sử dụng/khách hàng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các khái niệm liên quan đến mạng đƣợc mô tả theo một ngôn ngữ chung, dễ hiểu bởi ngƣời sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ.
Có sự hiểu biết giữa ngƣời sử dụng/khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ
Hình 3.2: Mối liên hệ giữa các khái niệm QoS theo ETSI
3.2.2 Kiến trúc QoS
Có rất nhiều kiến trúc QoS đƣợc đƣa ra cho mạng di động 4G. Sau đây sẽ giới thiệu một kiến trúc QoS:
Để đảm bảo QoS cần phải có kiến trúc QoS. Nó là một framework đảm bảo chất lƣợng từ đầu cuối đến đầu cuối và cung cấp các chức năng tích hợp về quản lý điều khiển QoS, và giao diện QoS
Các nguyên tắc của QoS:
- Tích hợp (Integration): có khả năng cấu hình lại, có thể dự đoán trƣớc và có thể quản lý đƣợc thông qua tất cả các lớp mạng
- Phân tách (Separation): tách giữa báo hiệu và dữ liệu truyền.
- Trong suốt (Transparency): tách biệt giữa QoS và ứng dụng
- Thực thi (performance): Xử lý các giao thức một cách có hiệu quả.
Nhƣ vậy kiến trúc QoS liên quan đến: QoS specification, QoS mechanism, Traffic Engineering, QoS supporting protcol.
64 Yêu cầu QoS mức ứng dụng
Kế hoạch chính sách QoS trong mỗi lớp Cấu hình và duy trì cơ chế QoS
Theo tính đồng bộ, khả năng thực thi, mức dịch vụ, chính sách, giá,...
QoS Mechanism
Cung cấp QoS: sắp xếp QoS, kiểm tra kết quả vào
Điều khiển QoS: theo trạng thái, theo kế hoạch, chính sách, điều khiển, đồng bộ. Điều này liên quan đến quản lý lƣu lƣợng
Quản lý QoS: giám sát QoS, duy trì QoS
QoS supporting protcol
Hỗ trợ chuyển vùng của Micro mobility: CIP, Hawaii, HMIP Hỗ trợ chuyển vùng của Macro mobility: MIP v4, MIP v6…
Tuy nhiên các tiêu chuẩn về chất lƣợng của dịch vụ 4G cũng nhƣ 3G vẫn còn là vấn đề đang đuợc các nhà chuyên môn, các hãng trên toàn thế giới nghiên cứu. Hiện tại chƣa có các tiêu chuẩn cụ thể nào về chất lƣợng dịch vụ của mạng 4G. Đó cũng là dễ hiểu vì theo kiến trúc QoS ở trên:
Đánh giá của ngƣời sử dụng: họ mới sử dụng các dịch vụ thế hệ mới cho nên chƣa có đƣợc sự đánh giá về chất lƣợng. Bên cạnh đó quá trình phát triển mạng cũng nhƣ dịch vụ mạng vẫn đang phát triển mạnh về thiết bị, về chất lƣợng dịch vụ theo xu hƣớng ngày một tốt hơn và hoàn thiện hơn.
QoS của các ứng dụng: các ứng dụng mới ở giai đoạn đầu của sự phát triển nên chƣa có đánh giá một cách chính xác, cụ thể về QoS.
Hiệu năng của các thiết bị đầu cuối, hiệu năng của mạng, và hiệu năng của các phần tử mạng: các hãng sản xuất thiết bị trên thế giới cũng đã tập trung vào vấn đề liên quan đến chất lƣợng dịch vụ trong các sản phẩm của mình, đó là một ƣu thế cạnh tranh quan trọng.
Tuy nhiên quá trình vẫn đang phát triển. Các dịch vụ và ứng dụng của mạng di động 4G đƣợc phân loại theo tiêu chuẩn chung của ITU-T/-R. Tuy nhiên đứng trên quan điểm QoS chúng ta có thể phân loại dịch vụ theo năm mức sau:
Đảm bảo chắc chắn (deterministic guarantee) Đảm bảo thống kê (Statistical guarantee)
65 Mục tiêu đích ( Target objectives) Nỗ lực nhất (best effort)
Không đảm bảo (no guarantee)
Đảm bảo chắc chắn: luôn luôn cung cấp các dịch vụ với QoS theo yêu cầu hoặc tốt hơn trong mọi hoàn cảnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đảm bảo thống kê: cho phép QoS có thể không đƣợc nhƣ yêu cầu trong một khoảng thời gian nào đó.
Ba phƣơng pháp cuối không đảm bảo QoS, nhƣng chúng ta phân loại để có các biện pháp kỹ thuật hợp lý để đạt đƣợc QoS mong muốn. Với hệ thống target objectives
mạng sẽ cố gắng thoả mãn các yêu cầu, sau đó căn cứ vào mục tiêu mà mạng có thể đƣa ra biện pháp hợp lý nhƣ quyết định độ ƣu tiên scheduling. Với hệ thống best effort (ví dụ mạng internet), mạng sẽ cung cấp QoS nhƣ nhau cho toàn bộ các thuê bao. No guarantee cũng tƣơng tự nhƣ best effort.
Hình 3.3: Kiến trúc dịch vụ trong mạng di động thế hệ sau
66
Phân loại Tham số Ghi chú
Tính đúng lúc (Timeliness)
Độ trễ
(delay) Thời gian một bản tin đƣợc truyền Thời gian đáp ứng
(response time)
Jitter Độ biến động của độ trễ hay thời gian phản hồi Băng thông (Bandwidth) Tốc độ dữ liệu mức hệ thống Tốc độ dữ liệu mức ứng dụng Tốc độ truyền tải
(Transaction rate) Khả năng xử lý/s
Độ tin cậy (reliability)
MTTF (Mean time to failure) Khoảng thời gian hoạt động bình thƣờng giữa các sự cố
MTTR (Mean time to repair)
Khoảng thời gian từ khi có sự cố tới lúc bắt đầu hoạt động bình thƣờng
MTBF
(Mean time between failures)
MTBF=MTTF+MTTR
Phần trăm thời gian sử
dụng MTTF/MTTF+MTTR
Tỷ lệ lỗi hay mất mát Tỷ lệ lỗi mạng Cảm nhận của
khách hàng (Perceived QoS)
- Picture detail - Video smoothness -Video/audio synchronisation
-Độ phân giải ảnh
Cƣớc (Cost)
Per-use cost
Tiền phải trả để thiết lập kết nối, hay truy cập lại tới tài nguyên
Per-unit cost
Tiền phải trả cho một đơn vị dữ liệu hay đơn vị thời gian (tức là cƣớc kết nối và cƣớc per query) Tính bảo mật (Security) Sự tin cẩn (Confidentiality) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngăn chặn truy cập thông tin
Tính nguyên vẹn (Integrity) Đảm bảo dữ liệu không thay đổi trong quá trình truyền dẫn Non-repudiation of sending or
delivery
Các chữ ký để xác nhận ngƣời gửi hay ngƣời nhận
67 Sự xác nhận
(Authentication)
Kiểm chứng nhận dạng của ngƣời sử dụng hay nhà cung cấp dịch vụ để ngăn chặn sự gian lận....
Bảng 3.1: Các tham số QoS trong mạng di động 4G
3.2.4 Thách thức về chất lƣợng dịch vụ trong mạng di động 4G
Trong các mạng vô tuyến, chất lƣợng dịch vụ đƣợc dựa trên đo lƣờng hiệu quả của một hệ thống đƣợc phản ánh từ chất lƣợng truyền dẫn tới các dịch vụ đang có (ví dụ 4G yêu cầu độ tin cậy đạt tới 99,99%). QoS trong mạng 4G phải đối mặt với rất nhiều khó khăn. Khi xem xét QoS phải quan tâm tới rất nhiều yếu tố trong mạng 4G nhƣ: đặc tính kênh tốc độ biến thiên, ấn định băng tần, mức độ dung sai lỗi và hỗ trợ chuyển giao giữa các mạng vô tuyến khác nhau,… Hỗ trợ QoS xuất hiện trong đóng gói, truyền dẫn, định tuyến và tại cấp độ mạng. QoS có thể khác nhau tại các cấp độ hoạt động khác nhau. Các đặc tính kênh tốc độ thích ứng cho các ứng dụng thực tế 4G có độ rộng băng và các yêu cầu truyền dẫn khác nhau. Theo yêu cầu cung cấp một mạng vững chắc cho truy nhập tới các ứng dụng 4G hỗ trợ đã dề cập ở phía trên, mạng 4G phải đƣợc thiết kế trên cả hai phƣơng diện mềm dẻo và quy mô. Các tính chất kênh tốc độ thay đổi phải đƣợc xem xét trên hiệu năng ngƣời sử dụng yêu cầu và đảm bảo quản lý mạng hiệu quả.
Phổ là một tài nguyên hữu hạn. Trong các hệ thống vô tuyến hiện tại cấp phép tần số và quản lý phổ hiệu quả là vấn đề mấu chốt. Với các hệ thống 4G, ấn định độ rộng băng tần vẫn còn là một sự quan tâm lớn. Sự quan tâm khác là đồng hợp tác giữa các kỹ thuật báo hiệu đƣợc định hƣớng sử dụng trong 4G (ví dụ 3xRTT, W-CDMA).
So sánh với mạng 2G và 2.5G hiện tại, 4G có nhiều khả năng khắc phục lỗi nhƣ chấp nhận hay loại trừ khi mạng sự cố, vùng phủ kém, rớt cuộc gọi. Kỹ thuật 4G hứa hẹn cải thiện QoS nhờ sử dụng các kỹ thuật chuẩn đoán và các công cụ báo hiệu. 4G sẽ hỗ trợ tốt hơn roaming và chuyển giao giữa các mạng khác nhau. 4G thậm chí có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng có công nghệ khác nhau nhờ sử dụng kỹ thuật báo hiệu LAS- CDMA. Một giải pháp khác là vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm cũng có thể hỗ trợ roaming giữa các mạng áp dụng công nghệ khác nhau.
Phần lớn các thách thức về QoS trong 4G đều đang đƣợc nghiên cứu và các giải pháp đang đƣợc phát triển. Các nhà nghiên cứu rất tin tƣởng 4G sẽ tạo ra chất lƣợng dịch vụ hơn hẳn mạng 2G và 2.5G hiện tại.
68
3.2.5 Bảo mật dịch vụ
Có nhiều thành phần yêu cầu về bảo mật ở mức độ cao trong mạng 4G:
Khách hàng/ thuê bao cần phải có tính riêng tƣ trong mạng và các dịch vụ đƣợc cung cấp, bao gồm cả việc tính cƣớc. Thêm vào đó, họ yêu cầu dịch vụ phải có tính sẵn sàng cao, cạnh tranh lành mạnh và bảo đảm sự riêng tƣ của họ.
Các nhà vận hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp truy nhập đều cần phải bảo mật để bảo vệ hoạt động, vận hành và kinh doanh của họ, đồng thời có thể giúp họ phục vụ tốt khách hàng cũng nhƣ cộng đồng.
Các quốc gia khác nhau yêu cầu và đòi hỏi tính bảo mật bằng cách đƣa ra các hƣớng dẫn và tạo ra các bộ luật để đảm bảo tính sẵn sàng của dịch vụ, cạnh tranh lành mạnh và tính riêng tƣ.
Sự gia tăng rủi ro do sự thay đổi trong toàn bộ các quy định và các môi trƣờng kỹ thuật càng nhấn mạnh sự cần thiết ngày càng gia tăng về tính bảo mật trong mạng.
Các vấn đề cần bảo mật
Các vấn đề này đƣợc thực hiện trong mọi dạng cấu hình 4G, bao gồm các dạng truyền dẫn khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây:
Từ chối dịch vụ: Nguy cơ này tấn công vào các thành phần mạng truyền dẫn bằng cách liên tục đƣa dồn dập dữ liệu làm cho các khách hàng khác không thể sử dụng tài nguyên mạng.
Nghe trộm: Nguy cơ này ảnh hƣởng đến tính riêng tƣ của một cuộc nói chuyện bằng cách chặn đƣờng dây giữa ngƣời gửi và ngƣời nhận.
Giả dạng: Thủ phạm sử dụng một mặt nạ để tạo ra một đặc tính giả. Ví dụ anh ta có thể thu đƣợc một đặc tính giả bằng cách theo dõi mật mã và ID của khách hàng, bằng cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng.
Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thực thể mạng phải đƣợc hạn chế và phù hợp với chính sách bảo mật. Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực thể