2. Bố cục luận văn:
2.1. Các khái niệm về QoS, QoE:
2.1.1. Khái niệm QoS:
2.1.1.1. Định nghĩa:
QoS là một lĩnh vực phức tạp, đã có nhiều định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên, thực tế không có định nghĩa nào được xem là chung và chính thức.
Theo khuyến nghị E.800 của tiêu chuẩn ngành viễn thông thuộc Tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) “QoS là tập hợp các yếu tố tác động đến sự hài lòng của khách hàng đối với một dịch vụ viễn thông nào đó”.
IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) định nghĩa QoS là:
“tập hợp các đặc trưng về định tính và định lượng của một hệ thống truyền dẫn đa phương tiện nhằm đạt được các chức năng yêu cầu của một dịch vụ cụ thể”.
Nhà sản xuất thiết bị mạng hàng đầu Cisco thì đưa ra khái niệm: “QoS là thuật ngữ được dùng để xác định khả năng đảm cung cấp các cấp độ dịch vụ khác nhau với những hình thức lưu lượng khác nhau của mạng”. QoS cho phép chỉ định mức độ ưu tiên đối với các lưu lượng khác nhau và cho phép xác định cấp độ chất lượng dựa vào độ rộng băng thông hoặc thời gian trễ… QoS được định nghĩa “là một tập hợp các công cụ cho phép người quản trị mạng có thể đảm bảo chắc rằng cấp độ tối thiểu của các dịch vụ được cung cấp một lưu lượng xác định”. ”. Một cách đơn giản, QoS có thể hiểu là “khả năng phân biệt đối xử giữa các gói tin (packet) truyền qua mạng căn cứ vào nội dung của gói tin đó”.
2.1.1.2. Ý nghĩa:
Các tham số QoS có thể được dùng để đo lường chất lượng của một dịch vụ, đánh giá khả năng cung cấp dịch vụ của hệ thống mạng viễn thông… Đặc biệt, việc theo dõi các tham số QoS giúp nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra các giải pháp thích hợp nhằm đảm bảo cung cấp QoS cho khách hàng( QoS mechanisms). Do tính quan trọng của ứng dụng này, mà đôi khi thuật ngữ “QoS”
còn được dùng thay cho “QoS mechanisms).
2.1.2. Khái niệm QoE:
QoS trong IPTV chỉ thuần túy là các tham số kỹ thuật để đảm bảo duy trì chất lượng dịch vụ ở một mức nào đấy. Các tham số kỹ thuật trong QoS như là: Băng thông, độ trễ. biến động trễ (Jitter), tỷ lệ mất gói, thời gian khả dụng... Tuy nhiên đối với người dùng phổ thông, họ không hề biết cũng như không quan tâm tới các chỉ tiêu kỹ thuật như trên mà chỉ dựa trên các cảm giác của bản thân để đưa ra nhận xét về chất lượng của dịch vụ. Vì thế một khái niệm mới đã hình thành là QoE (Quality of Experience - Chất lượng chải nghiệm), đơn giản QoE chỉ là các nhận xét đánh giá chủ quan của người sử dụng dịch vụ. Tóm lại là QoS là ngôn ngữ của người làm kỹ thuật còn QoE là ngôn ngữ của người sử dụng dịch vụ. Vậy có mối liên hệ nào giữa QoS và QoE không? Và làm thế nào để ánh xạ chính xác giữa một bên là các thông số kỹ thuật có tính chính xác cao và một bên chỉ là cảm giác chủ quan của con người.
Một điều nữa là đảm bảo QoS chưa chắc đã đảm bảo QoE. Tuy nhiên vẫn có một sự liên quan nào đó nhất định giữa QoS và QoE. Có thể dựa trên điểm đánh giá trung bình MOS (Mean opinion score) từ 1 đến 5 để thiết lập QoE. Tuy nhiên còn phải phụ thuộc vào nhiều yếu tố mang tính con người nữa chứ không thuần túy mang tính kỹ thuật như vậy. Ví dụ để ánh xạ từ QoS vào QoE để đưa ra các số liệu cụ thể có thể được thực hiện bằng cách làm survey. Cho một nhóm người cùng xem các đoạn video hay cùng nghe các đoạn thoại có các mức MOS khác nhau để lấy các nhận xét cảm quan rồi dựa trên xác suất thống kê để tính các mức QoE. Phương pháp đánh giá QoE trong IPTV dựa vào các yếu tố kỹ thuật đặc thù của IPTV (truyền hình và âm thanh). Ta vẫn xét các ảnh hưởng của mạng lên các gói tin nội dung hình ảnh và âm thanh từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến người xem và đánh giá được QoE. Một ví dụ: Nếu các gói IP đến quá nhanh sẽ làm tràn bộ đệm, dẫn đến hiện tượng các gói bị mất (do bộ đệm chỉ có dung lượng giới hạn). Với người xem, ảnh hưởng sẽ bị biến dạng và những chi tiết trong ảnh bị nhòe, hoặc bị mất. Ngược lại, nếu các gói IP đến quá chậm thì bộ đệm không có gì để đưa vào bộ giải mã, dẫn đến hiện tượng ngừng hình, giật hình khi xem. QoE cho IPTV có thể được đánh giá qua tham số MDI (Media delivery index). MDI được xây dựng dựa trên sự ánh xạ của hai tham số của QoS là độ trễ (delay) và tỷ lệ tổn thất dữ liệu (packet loss). MDI = Delay: Packet loss. Hai tham số này có thể đo được dễ dàng tại bất cứ điểm nào trên mạng. Từ MDI có thể ánh xạ đến QoE để có thể đưa ra các biện pháp xử lý phù hợp. Một số
phương pháp đo kiểm, đánh giá QoE khác như: MPQM, V-factor...
2.1.3. Liên quan giữa QoS và QoE:
QoS đơn thuần đưa đến NSD những khái niệm kỹ thuật khá khô cứng về chất lượng dịch vụ. QoS chủ yếu tập trung vào mô tả các tiêu chí khách quan, mang tính kỹ thuật mà hạ tầng mạng hay ứng dụng cần phải đạt được để chất lượng dịch vụ được đảm bảo. Nói một cách khác QoS có thể coi là ngôn ngữ kỹ thuật chung của chất lượng mà các ứng dụng và hạ tầng mạng sử dụng.
Vấn đề nằm ở chỗ những khái niệm QoS như độ trễ, tỷ lệ mất của các gói IP không truyền tải những thông tin thiết thực cho đại đa số NSD đầu cuối. Điều mà NSD thật sự quan tâm là cảm nhận đánh giá cá nhân theo một cách diễn giải thông thường khi sử dụng dịch vụ, như chất lượng hình ảnh của đoạn phim có tốt không, hình ảnh và tiếng nói của trong phim có khớp nhau không vv. Xét từ góc độ thương mại cung cấp dịch vụ, mục tiêu cuối cùng của nhà cung cấp dịch vụ phải là sự hài lòng của khách hàng. Đây là yếu tố để thu hút NSD và mở rộng mạng lưới phục vụ của nhà cung cấp. Để đánh giá chất lượng của dịch vụ, rất cần thiết phải đặt tâm điểm vào mức độ hài lòng, yếu tố chủ quan mang tính chất con người của NSD đầu cuối. Chỉ có như vậy thì dịch vụ mới bám sát nhu cầu thị trường và có cơ hội phát triển, mở rộng.
Thực tế đó đòi hỏi phải thiết lập một cách diễn tả chung, dễ hiểu cho người dùng đầu cuối về chất lượng dịch vụ. Đó chính là lý do đưa ra khái niệm QoE. QoE là ngôn ngữ chung để các ứng dụng và NSD đầu cuối sử dụng khi tiếp cận vấn đề chất lượng của dịch vụ. Nói cách khác, QoE là thước đo sự hài lòng của NSD với dịch vụ họ đang sử dụng, dựa trên những đánh giá chủ quan. Như vậy, cũng có thể nhìn nhận QoE được tổng hợp từ các tham số thuần túy mang tính kỹ thuật QoS và các yếu tố khác không mang tính kỹ thuật như các đặc tính của hệ thống thị giác và thính giác con người, sự đơn giản khi đăng ký sử dụng dịch vụ, giá cả dịch vụ, nội dung dịch vụ, tính sẵn sàng hỗ trợ từ nhà cung cấp. QoE thường được biểu hiện bằng những đánh giá mang tính cảm nhận cá nhân như “xuất sắc”, “tốt”, “trung bình”, “tạm chấp nhận”, “kém”.
Chúng ta cùng xem xét một ví dụ điển hình về vai trò của những yếu tố con người trong sự đánh giá chất lượng. Trên hình 2.1 có hai bức tranh về cùng một phong cảnh. Tham số QoS đo tỷ lệ giữa tín hiệu và nhiễu (PSNR: Peak-Signal- to-Noise-Ratio) của hai bức tranh được giữ ở mức như nhau. Như vậy, nếu chỉ thuần túy dựa trên tham số kỹ thuật PSNR thì hai bức tranh sẽ được đánh giá có chất lượng như nhau. Nhưng với hệ giác quan của NSD đầu cuối, tức là người
trực tiếp xem hai bức tranh, rõ ràng là chất lượng của bức tranh bên trái tốt hơn nhiều so với bức tranh bên phải. NSD có thể xếp bức tranh bên trái vào mức “tạm chấp nhận”, thậm chí “trung bình”, nhưng bức tranh bên phải chỉ ở mức “kém”. Tại sao lại như vậy?
Cả hai bức tranh đều bị nhiễu. Tuy nhiên, bức tranh bên trái có nhiễu tần số cao, bức tranh bên phải có nhiễu ở tần số thấp. Hệ giác quan con người không cảm nhận được tốt (nói cách khác là “không nhìn thấy”) các nhiễu ở tần số cao như đối với nhiễu ở tần số thấp, do đó NSD hài lòng với bức tranh bên trái hơn so với bức tranh bên phải. Bên cạnh đó là nội dung của bức tranh. Nhiễu của bức tranh bên trái chỉ nằm ở phần dưới bức tranh (nơi có các khối đá xám, nước biển, với nhiều góc cạnh trên hình ảnh). Trên nền nội dung như vậy mắt thường của NSD rất khó nhận ra lỗi. Ngược lại, trong bức tranh bên phải, nhiễu có ở phần trên của bức tranh, nơi chi có thuần cảnh bầu trời mây xanh. Trên nền nội dung như vậy, tác động của nhiễu dễ dàng được mắt thường quan sát thấy. Như vậy nội dung của bức tranh, địa điểm có nhiễu xuất hiện, cũng rất quan trọng và có ảnh hưởng đến đánh giá của NSD.
Hình 2.1: Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của NSD
QoS như chúng ta đều biết có thể được thực hiện bằng các giải pháp, cơ chế áp dụng trong mạng, ví dụ như điều khiển đầu vào CAC (Call Admisson Control), phân loại chất lượng dịch vụ, quản lý tài nguyên (resource management) hay cung ứng thừa tài nguyên (over-provisioning)... Các giải pháp QoS về bản chất là công cụ mà các nhà quản trị và khai thác mạng áp dụng để đem lại QoE. Tuy vậy, nếu chỉ đảm bảo đáp ứng tốt các tham số QoS chưa chắc chắn đã đem lại sự hài lòng về dịch vụ cho NSD vì như đã thảo luận ở trên, QoE còn bao hàm các nhân tố khác ngoài các tham số QoS. Cũng vì thế, đối với các nhà cung cấp dịch vụ, việc đo kiểm được QoE của người dùng và sau đó sửa đổi
phù hợp dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của NSD là rất quan trọng.
2.2. Kĩ thuật đảm bảo QoS: 2.2.1. Kĩ thuật QoS:
2.2.1.1. Tham số QoS:
QoS phụ thuộc vào chất lượng hỗ trợ dịch vụ, chất lượng khai thác dịch vụ, chất lượng phục vụ và chất lượng an toàn.
Chất lượng hỗ trợ dịch vụ: khả năng cung cấp một dịch vụ và hỗ trợ việc sử dụng các tính năng của dịch vụ đó. Ví dụ cung cấp các tính năng hỗ trợ hoặc cung cấp các dịch vụ bổ trợ.
Chất lượng khai thác dịch vụ: khả năng user có thể sử dụng một dịch vụ thành công một cách dễ dàng.
Chất lượng phục vụ: khả năng thực hiện dịch vụ khi user trong một điều kiện cụ thể, khả năng duy trì dịch vụ không xảy ra suy yếu, gián đoạn trong suốt thời gian yêu cầu. Chất lượng phục vụ được chia nhỏ thành: khả năng truy nhập, khả năng duy trì và mức độ hoàn hảo dịch vụ.
Chất lượng an toàn: đảm bảo tính an toàn thông tin cho khách hàng, chống lại việc giám sát trái phép và sử dụng gian lận dịch vụ, an toàn cho hệ thống thiết bị và an toàn cho người sử dụng.
Đây là những thông số tương đối, do đó, để đánh giá QoS bằng những con số cụ thể, người ta cần xét những tham số có thể đo đạt được.
2.2.1.2. QoS nhìn từ những khía cạnh khác nhau:
QoS có thể được nhìn từ những góc độ khác nhau, khuyến nghị G.1000 đưa ra 4 quan điểm cho QoS bao gồm: yêu cầu QoS của khách hàng, QoS nhà cung cấp đưa ra, QoS nhà cung cấp đạt được và cảm nhận QoS của khách hàng. Các quan điểm này có quan hệ nhân quả với nhau trên cơ sở yêu cầu của khách hàng là điểm khởi đầu (starting point)..
Hình 2.2: Các quan điểm QoS
a. Quan điểm nhà cung cấp dịch vụ:
Từ quan điểm nhà cung cấp dịch vụ, để đạt được yêu cầu QoS, hiệu năng mạng NP (Network Performance) giữ vai trò quyết định. NP được định nghĩa là:
“Khả năng của mạng hoặc một phần mạng cung cấp các chức năng truyền thông giữa những người sử dụng” (ITU-T E.800).
Nhà cung cấp dịch vụ cần phải đưa ra các tham số chất lượng mạng sao cho vừa đảm bảo được lợi ích kinh tế vừa đáp ứng được nhu cầu của khách hàng.
Thông thường, có năm giá trị đánh giá NP được xem như có ảnh hưởng quan trọng nhất đến QoS (đặc biết với các dịch vụ mạng dựa trên công nghệ gói).
• Độ khả dụng (Availability): là độ tin cậy và độ ổn định của hệ thống, thể hiện khả năng sẵn sàng phục vụ. Độ khả dụng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động trên tổng số thời gian hoạt động của hệ thống mạng.
• Thông lượng (Throughput): tốc độ truyền tải dữ liệu thực tế mà hệ thống có thể cung cấp.
• Tỷ lệ mất gói (Packet loss): là dữ liệu gói bị mất do tắt nghẽn ở các node hoặc xảy ra trên chính các đường truyền dữ liệu.
• Trễ (Delay): là khoảng thời gian để dữ liệu truyền từ nguồn tới đích.
• Biến động trễ (Jitter): là sự khác biệt về trễ của các gói khác nhau trong cùng một luồn lưu lượng.
b. Quan điểm người sử dụng dịch vụ:
Người sử dụng thông thường không quan tâm đến việc một dịch vụ được thực thi cụ thể như thế nào. Họ chỉ quan tâm so sánh cùng một dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau, với các thông số chất lượng định hướng người dùng. Các tham số này đi vào tất cả các khía cạnh của dịch vụ từ quan điểm của người dùng, tập trung vào các yếu tố tác động đến cảm nhận của người dùng chứ không phải nguyên nhân của chúng trong hệ thống, độc lập với kiến trúc và công nghệ mạng, có thể được đo lường khách quan hoặc chủ quan, từ các thông số này, có thể dễ dàng liên hệ đến các thông số NP.
Viện tiêu chuẩn viễn thông ETSI Châu Âu (European Telecommunications Standards Institute). Các dịch vụ khác nhau có đặc trưng và yêu cầu NP khác nhau có thể được chia thành 8 nhóm.
Hình 2.3: Mô hình các nhóm QoS dịch vụ
Dựa vào sự khác nhau này, lưu lượng được chia thành các lớp khác nhau (Class of Service). Trên cơ sở các lớp này mà tiến hành phân chia tài nguyên, đảm bảo tận dụng tối đa tài nguyên mạng.
2.2.2. Các cơ chế QoS:
Các cơ chế QoS gồm có: chia lớp (classification), đánh dấu (Marking), quản lý nghẽn (congestion management), tránh nghẽn (congestion avoidance), lập chính sách và định hình lưu lượng (policing and shahing), tăng hiệu quả đường truyền (link efficiency).
2.2.2.1. Chia lớp:
Xác định và chia lưu lượng thành các lớp khác nhau, việc chia lớp dựa trên rất nhiều yếu tố, các công cụ chia lớp thông thường là công nhận ứng dụng cơ sở mạng NBAR (Network-Based Application Recognition), định tuyến theo chính sách lưu lượng PBR (Policy-based routing), hoặc chia lớp dịch vụ dựa vào giao diện lệnh CLI ( Command-line Interface).
Hình 2.4: Chia lớp lưu lượng 2.2.2.2.Đánh dấu:
Hình 2.5 : Đánh dấu gói tin
Đánh dấu còn được gọi là “tô màu” cho gói tin, đánh dấu mỗi gói tin như một thành phần của lớp QoS nhờ đó gói tin có thể nhanh chóng được nhận ra và truyền qua phần còn lại của mạng. Việc đánh dấu được thực hiện bằng cách thay đổi các bit trong DSCP, các bit trong trường tham chiếu IP hoặc các bit CoS.
2.2.2.3. Quản lý nghẽn:
Phương pháp được sử dụng chủ yếu là dùng hàng đợi, dựa vào đánh dấu lớp QoS của gói tin mà xác định hàng đợi phù hợp.
Hình 2.6: Cơ chế quản lý nghẽn
Dựa vào các thuật toán xếp hàng mà người ta đưa ra cấu trúc hàng đợi cho phép các gói tin nhạy cảm với thời gian như IPTV, VoIP được truyền trước. Một số thuật toán xếp hàng thường gặp:
a. FIFO (Fist In Fist Out): đơn giản nhất và kém hiệu quả nhất, với một hàng đợi duy nhất, gói tin vào trước sẽ được truyền đi trước.
Hình 2.7: Thuật toán xếp hàng FIFO
b. Hàng đợi ưu tiên PQ:
Sử dụng nhiều hàng đợi, khá đơn giản, các hàng đợi có thứ tự ưu tiên khác