a) Nhu cầu chất lượng dịch vụ (QoS)
Trong mạng hiện nay, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho các ứng dụng thời gian thực bao gồm các ứng dụng đa phương tiện là rất cần thiết. Việc một cơ chế điều khiển chung để cung cấp và đảm bảo QoS cho tất cả các ứng dụng/dịch vụ là một công việc khó khăn. Ngoài ra vấn đề QoS nên được xem xét trong mối quan hệ với các vấn đề khác như cấp phát tài nguyên/băng thông, điều khiển chấp nhận cuộc gọi, điều khiển tắc nghẽn, định tuyến, v.v. Đối với truyền thông vệ tinh vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện có tầm quan trọng to lớn do những đặc điểm của vệ tinh như trễ truyền lớn, băng thông rộng, băng thông đường lên và đường xuống khác nhau, nhiễu nhiều.
b) Định nghĩa QoS
QoS [36][37] được sử dụng để mô tả các yêu cầu của người sử dụng và mô tả sự đảm bảo của hệ thống mạng. Cho tới nay có rất nhiều định nghĩa về QoS.
Định nghĩa của CISCO: QoS là khả năng của mạng để cung cấp dịch vụ tốt hơn cho lưu lượng mạng xác định qua nhiều công nghệ lớp dưới như Frame Relay, ATM, IP và các mạng định tuyến, v.v. Nói cách khác, nó là đặc tính của mạng cho phép phân biệt giữa các lớp lưu lượng khác nhau và xử lý chúng một cách khác nhau.
Định nghĩa theo ITUaT: QoS là tập hợp các tác động về chất lượng dịch vụ, nó xác định sự hài lòng của người sử dụng về một dịch vụ. QoS kết hợp các yếu tố chất lượng thích ứng với tất cả các dịch vụ như: chất lượng hỗ trợ dịch vụ, chất lượng thi
hành dịch vụ, chất lượng ảnh hưởng dịch vụ, chất lượng duy trì dịch vụ, chất lượng bảo toàn dịch vụ và chất lượng an toàn dịch vụ.
Chất lượng dịch vụ (QoS) là khả năng của mạng để làm hài lòng các yêu cầu của khách hàng đối với các kết nối của họ liên quan đến các tham số: băng thông, trễ, trôi trễ và tỷ lệ tổn thất gói. Khái niệm chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có nhiều cách tiếp cận. Có thể khái quát như sau:
Đối với lớp ứng dụng (Application Layer): QoS được sử dụng là “mức độ dịch vụ a Grade of Service”. Khái niệm này rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người – mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó.
Đối với lớp truyền tải (Transport Layer): Chất lượng dịch vụ được thực hiện ở hình thái “định tuyến QoSa QoS routing”, tìm đường thông trên mạng tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng dịch vụ.
Đối với lớp mạng (Network layer): QoS được biểu diễn thông qua các đại lượng toán học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất, v.v. của các tham số như trễ, mất gói tin, giá, v.v. của luồng gói/tế bào.
c) Các tham số QoS
+ Băng thông (Bandwidth): trên quan điểm ứng dụng nó là tốc độ cần thiết để ứng dụng gửi lưu lượng qua mạng. Trên quan điểm mạng nó là dung lượng cần thiết để hỗ trợ thông lượng (throughput) của ứng dụng. Đối với mạng hội tụ thoại và số liệu, vấn đề tính toán lượng băng thông cho mỗi dịch vụ phụ thuộc vào mức độ ưu tiên cho loại dịch vụ đó. Nếu dành quá ít băng thông cho một loại dịch vụ thoại, chất lượng dịch vụ đó sẽ bị ảnh hưởng.
+ Trễ (Delay/latency): là thời gian cần thiết để các gói dữ liệu chuyển từ nguồn đến đích. Nó là thời gian trễ chấp nhận được của ứng dụng.
+ Trễ biến đổi (Jitter): là khoảng chênh lệch giữa thời gian thực gói đến và thời gian gói đến theo lý thuyết. Ví dụ với tốc độ truyền gói cố định là 20ms, cứ 20ms sẽ phải có một gói được truyền tới đích. Nhưng thực tế, không phải lúc nào cũng xảy ra chính xác như vậy. Nguyên nhân lớn nhất gây ra hiện tượng jitter là các biến thiên trong quá trình xếp hàng do các thay đổi động về mặt tải lưu lượng trên mạng. + Tỷ lệ mất gói (Loss rate): là phần trăm dữ liệu mất mát so với khối thông tin phát
đi. Mất gói là hiện tượng thường thấy trên các mạng chuyển mạch gói do nhiều nguyên nhân: các liên kết bị quá tải, lỗi trên các đường truyền vật lý, v.v. Mất gói là một hiện tượng không mong muốn, nhưng với một lượng gói mất đủ nhỏ thì vẫn có thể chấp nhận được.
+ Độ bảo mật (Security): là độ an toàn của gói dữ liệu trong thời gian từ khi phát đi đến khi nhận được.
d) Các cơ chế đảm bảo QoS
• Scheduling quyết định gói nào gửi đầu tiên trong hệ thống có hàng đợi phức tạp • Quản lý hàng đợi: Độ lớn hàng đợi là hữu hạn. Hàng đợi có thể bị đầy và tràn bộ
nhớ. Khi hàng đợi đầy, một số lượng các gói không thể xếp hàng đợi và sẽ bị loại (drop). Bộ định tuyến không thể ngăn chặn mất gói kể cả với những gói có mức ưu tiên cao. Quản lý hàng đợi phải làm hai việc là cố gắng để hàng đợi không bị đầy và cho phép một số gói có mức ưu tiên thấp bị mất trước khi mất gói có mức ưu tiên cao. WRED (Weighted early random detect) thực hiện được kỹ thuật này.
• Định tuyến (Routing) là một chức năng rất quan trọng trong mạng, nó được coi là phần trung tâm của kiến trúc mạng, thiết kế và điều hành mạng. Định tuyến mạng chủ yếu do nhu cầu cải thiện hiệu năng mạng, các dịch vụ mới được đưa vào khai thác và thay đổi về công nghệ mạng. Định tuyến kéo theo hai hoạt động cơ bản: xác định tuyến đường dẫn tối ưu và vận chuyển những nhóm thông tin (đặc trưng là các gói) qua một liên kết mạng. Việc chuyển gói không khó nhưng việc xác định đường dẫn thì rất phức tạp.
• Điều khiển luồng, tắc nghẽn: trong mạng không thể tránh được tắc nghẽn nên cần có công cụ điều khiển tắc nghẽn như priority queuing (PQ), custom queuing (CQ), weighted fair queuing (WFQ), và classabased weighted fair queuing (CBWFQ). • Traffic policing, shaping dùng để điều khiển lưu lượng mạng một cách tối ưu hoặc
đảm bảo độ trễ thấp, ngăn chặn việc tràn bộ nhớ.
e) Một số dịch vụ điển hình có yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS
Một chất lượng dịch vụ được xác định rõ có thể được yêu cầu cho những kiểu giao thông mạng nhất định. Ví dụ như dòng đa phương tiện có thể yêu cầu lưu lượng được đảm bảo; IP telephony hoặc VoIP có thể yêu cầu chính xác biến động và độ trễ; Video Teleconferencing (VTC) yêu cầu độ biến động thấp nhất; Một ứng dụng an toàn như một cuộc giải phẫu từ xa có thể yêu cầu một mức đảm bảo của QoS (điều này cũng được gọi là QoS cứng); Những ứng dụng tính toán lưới cần cơ chế chịu đựng lỗi (Fault tolerance).