Các giao thức định tuyến QoS hiện sử dụng trong các mạng IP thường bỏ qua nhiều yêu cầu QoS mà các gói hoặc các luồng khác nhau có thể có. Kết quả là các quyết định định tuyến được thiết lập mà không nắm bắt được hết những yêu cầu và tính khả dụng của tài nguyên. Điều này có nghĩa là các luồng thường được định tuyến qua các lộ trình không đủ khả năng hỗ trợ các yêu cầu của chúng, trong khi đó các lộ trình thay thế với đầy đủ tài nguyên lại luôn luôn sẵn sàng. Tình trạng này dẫn đến suy giảm đáng kể về mặt hiệu năng, chẳng hạn như xác suất chặn cuộc gọi cao.
Để thỏa các yêu cầu QoS của các ứng dụng và cải thiện hiệu năng mạng, cần phải áp đặt các ràng buộc chặt chẽ về mặt tài nguyên trên các lộ trình được sử dụng. Định tuyến QoS là một tập các thuật toán định tuyến có khả năng nhận dạng một lộ trình có đủ tài nguyên thặng dư (chưa dùng đến) để thỏa các ràng buộc về QoS của một cuộc nối (luồng) cho trước. Một lộ trình như vậy được gọi là một lộ trình khả
thi. Thêm nữa, đa số các thuật toán định tuyến QoS cũng đều sử dụng các độ đo, chẳng hạn như độ trễ, tổng số bước nhảy, độ tin cậy, và băng thông để đo độ tận dụng tài nguyên tối ưu.
3.8. Kết luận
Quá trình thực tế hoá QoS phụ thuộc cả vào các mô hình dịch vụ được triển khai và vào cách thức mạng được thiết kế để thoả các yêu cầu. Trung tâm của vấn đề là kỹ thuật điều khiển nghẽn và cấp phát băng thông đa mức. Mức trên cùng (trên thang thời gian của một ngày, một tuần, hoặc lâu hơn) liên quan tới quá trình qui hoạch dung lượng và thiết kế mạng. Bởi vì mạng xảy nghẽn có thể do thiếu tài nguyên hoặc do phân bố lưu lượng không đều, cho nên phương pháp tốt nhất đối với các mạng hầu như luôn nghẽn (hoặc quá tải liên tục) là bố trí các liên kết có tốc độ cao hơn và thiết kế lại cấu hình cho phù hợp với dạng yêu cầu. Cước giờ nghẽn, chẳng hạn như cước tải đỉnh, là một biện pháp bổ sung để giảm tải đỉnh cho mạng.
Với một cấu hình mạng cho trước, phân hoạch lưu lượng là quá trình dàn xếp luồng lưu lượng qua mạng sao cho không xảy ra nghẽn do sử dụng mạng không đều. Định tuyến QoS là một công cụ quan trọng để tạo nên quá trình phân hoặch lưu lượng tự động và thường làm việc trên thang thời gian hàng giây. Giao diện PNNI và ưu tiên lộ trình ngắn nhất mở nền QoS (QOSPF) là hai thí dụ, theo thứ tự, cho định tuyến ATM và định tuyến Iternet. Mục tiêu cua định tuyến QoS là chọn một lộ trình có thể thoả mãn các yêu cầu QoS nào đó đồng thời làm gia tăng độ tận dụng mạng. Một bảng định tuyến QoS sẽ được xây dựng một cách linh động tại mỗi nút mạng (router hoặc chuyển mạch) bằng cách sử dụng các thông điệp thông báo trạng thái liên kết (LSA) được tạo ra theo định kỳ (chẳng hạn, 30 giây) bởi các nút lân cận. Trên thang thời gian của thời khoảng một phiên, CAC định tuyến một luồng theo mức tải của các liên kết (chẳng hạn, theo thông tin định tuyến QoS) và từ chối các phiên mới nếu tất cả các lộ trình đều chất tải cao. Tín hiệu “bận ” trong các mạng điện thoại là một ví dụ cùa CAC. CAC chỉ hiệu quả trên các khoảng nghẽn trung bình, bởi vì mỗi khi phiên đã được chấp nhận, nghẽn có thể vẫn tiếp tục tồn tại trong thời khoảng của phiên. Cung cấp QoS cho 1 phiên đã được chấp nhận sẽ được bảo đảm bằng việc cấp phát băng thông và bộ đệm thích hợp tại mỗi nút dọc theo lộ trình. Tiếp đó, quá trình cấp phát băng thông lại được bảo đảm bởi các thuật toán lập lịch gói thích hợp. Đối với nghẽn kéo dài ít hơn thời khoảng một phiên, có
thể sử dụng một cơ chế điều khiển toàn trình. Thí dụ, trong khi thiết lập phiên, có thể dàn xếp các tốc độ cực tiểu và tốc độ đỉnh. Sau đó, một thuật toán phễu (tức điều khiển dẫn nạp lưu lượng) có thể được nguồn hoặc mạng sử dụng để đảm bảo rằng, lưu lượng phiên thỏa các tham số thoả thuận khi nhập mạng. Các thuật toán điều khiển luồng và điều khiển nghẽn như vậy là các cơ chế vòng mở theo nghĩa, các tham số không thể thay đổi một cách linh hoạt nếu nghẽn được phát hiện sau giàn xếp. Mặt khác, trong một cơ chế vòng đóng, các nguồn được thông báo một cách linh hoạt về tình trạng nghẽn của mạng và được yêu cầu tăng hoặc giảm tốc độ cào hoặc cửa sổ gửi của chúng. Có thể sử dụng phản hồi từng bước nhảy (tại tầng dữ liệu hoặc tầng mạng) hoặc phản hồi toàn trình (tại tầng chuyển tải, như trong TCP). Phản hồi từng bước nhảy hiệu quả hơn phản hồi toàn trình cho các quá tải ngắn hạn.
QoS và một vài loại kỹ thuật phân hoạch đã được cung cấp thông từ lâu bởi các mạng ATM.Trong một mạng ATM, QoS có thể được cung cấp thông qua việc cấp phát một lượng băng thông nào đó cho một cuộc nối ảo (VC) cụ thể. Còn phân hoạch lưu lượng lại được thực hiện thông qua tính toán đoạn tuyến các lộ trình, rồi sau đó tải cấu hình xuống các chuyển mạch ATM trong thang thời gian giờ hoặc ngày.
Việc triển khai dịch vụ phân lớp trong mạng MPLS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) cung cấp một cuộc nối toàn trình với băng thông đựơc bảo hành. Lưu lượng của người sử dụng sẽ được điều tiết tại biên mạng dựa trên một thoả thuận về cấp độ dịch vụ (SLA). Một lộ trình chuyển nhãn được thiết lập thông qua phân hoạch lưu lượng trong mạng MPL.
Thông tin multicast đặt ra một thách thức lớn hơn cho vấn đề cung cấp QoS trong các vùng mạng rộng. Bởi vì multicast là hoạt động gửi một thông điệp tới nhiều người nhận từ một nguồn phát duy nhất, cho nên các giải pháp được chấp nhận sẽ phụ thuộc vào các yêu cầu trên lớp ứng dụng, vào kích thước của nhóm multicast, và vào các hỗ trợ ở mức mạng. Vấn đề cơ bản là, bằng cách nào để quản lý tính hỗn tạp của các yêu cầu QoS cũng như các lộ trình mạng và khả năng của hệ thống đầu cuối trong nhóm multicast một cách hiệu quả và thích ứng.
Chương 4.
ĐIỀU KHIỂN QoS TRONG MẠNG TRUY NHẬP
Chương này sẽ đề cập đến các cơ chế điều khiển QoS trong mạng UMTS nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ, kiểm soát các thuộc tính QoS trên cơ sở điểm tới điểm giữa UE và nút Gateway. Các cơ chế QoS trong mạng UMTS cung cấp một phép ánh xạ giữa các yêu cầu ứng dụng và các dịch vụ UMTS. Vấn đề đặt ra là làm sao đảm bảo chất lượng dịch vụ viễn thông trong khi yêu cầu người dùng là đa dịch vụ nhưng tài nguyên vô tuyến thì có hạn và chất lượng kết nối phụ thuộc rất nhiều yếu tố.
Các vấn đề chính trong chương 4 là các kỹ thuật điều khiển công suất như điều khiển công suất nhanh, điều khiển công suất vòng ngoài, điều khiển công suất mạch vòng kín; các kỹ thuật chuyển giao nhằm tăng dung lượng mạng nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu kết nối. Các vấn đề này sẽ được đề cập lần lượt sau đây.