Chƣơng 3 : CÁC LỚP CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG IP
4.2 ĐO BIẾN ĐỘNG TRỄ GÓI IP IPDV
4.2.1 Tiêu chuẩn về biến động trễ gói IP
Biến động trễ gói IP là khoảng thời gian chênh lệch giữa thời gian trễ truyền của các gói IP.
Các lớp QoS Tham số chất lƣợng mạng Cách tính giá trị tham số Lớp 0 Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5 Không xác định IPDV Giới hạn trên
ngƣỡng 1-10-3 của IPTD trừ đi IPTD nhỏ nhất
50ms 50ms U U U U
Bảng 11: Các tiêu chuẩn về biến động trễ gói IP
67
Đo độ biến động trễ gói IP là để đánh giá khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn về biến động trễ của các lớp dịch vụ thông qua các giá trị biến động trễ của luồng thông tin nhạy cảm với biến động trễ đo đƣợc. Các tiêu chuẩn về biến động trễ gói IP đƣợc mô tả trong bảng 11.
Trong tính toán đo đạc biến động trễ, ta giả thiết là thông tin cần đo bao gồm cả các luồng thông tin nhạy cảm với biến động trễ ( lớp 0 và 1) và các luồng thông tin không nhạy cảm với biến động trễ ( lớp 2, 3, 4, 5). Đồng thời giả thiết các gói trong luồng thông tin nhạy cảm với biến động trễ sẽ không đƣợc xếp hàng ƣu tiên đối với các gói trong luồng thông tin không nhạy cảm với biến động trễ , và cả hai loại gói này đều đƣợc phục vụ theo cơ chế vào trƣớc ra trƣớc (FIFO: First In First Out).
IPDV của các gói trong luồng thông tin nhạy cảm với biến động trễ khi đi qua mạng là tổng cộng biến động trễ do các yếu tố sau:
- Biến động trễ gây ra bởi thời gian trễ xử lý của router khi ra quyết định chuyển gói tin đi ( tìm kiếm trong bảng định tuyến) không phải là một khoảng thời gian cố định mà có thể thay đổi theo tuỳ từng gói.
- Biến động trễ gây ra bởi thời gian gói tin phải đợi sau các gói tin nhạy cảm với biến động trễ khác đã đến trƣớc.
- Biến động trễ gây ra bởi thời gian gói tin phải đợi các gói tin không nhạy cảm với biến động trễ đã đến trƣớc và đang đƣợc xử lý.
Biến động trễ do tìm kiếm trong bảng định tuyến
Khi một gói IP đi đến một router, router cần phải thiết lập đầu ra để gửi gói tin đi dựa trên địa chỉ IP của gói ,và thời gian để router ra quyết định để gửi gói tin đó đi là khác nhau đối với từng gói.
68
Các router có thể thực hiện lƣu trữ ghi nhớ các địa chỉ IP của các gói đi tới chúng trong thời gian gần để tăng tốc cho việc xử lý. Nhờ vậy mà tất cả các gói trong một luồng gói, ngoại trừ gói đầu tiên, có thể sẽ chỉ phải đợi một thời gian trễ tìm kiếm ngắn và biến động trễ rất nhỏ giữa chúng. Mặc dù vậy, nếu trễ của gói đầu tiên ảnh hƣởng tới giá trị IPDV càng lớn, giá trị trễ quá mức của gói IP đầu tiên sẽ không đƣợc xem xét đến và nó sẽ không có ảnh hƣởng trong khoảng thời gian tƣơng đối dài ( ví dụ nhƣ trong một luồng gói VoIP) .
Biến động trễ giữa các gói do tìm kiếm trong bảng định tuyến nên vào khoảng vài chục micrô giây, ở đây để tính toán ta lấy là 30 micrô giây.
Ở đây giả thiết là biến động trễ tổng cộng là tổng hợp của những biến động trễ của các thành phần.
Biến động trễ do các gói tin nhạy cảm với biến động trễ
Một gói nhạy cảm với biến động trễ phải đợi một gói nhạy cảm với biến động trễ khác đến sớm hơn đƣợc phục vụ trƣớc theo cơ chế FIFO. Mỗi luồng gói nhạy cảm với biến động trễ là một dòng các gói liên tục với biến động trễ gói IP 1 điểm không đáng kể.
Để tính toán, giả thiết các gói nhạy cảm biến động trễ có kích thƣớc cố định là 1500 byte. Thời gian phục vụ gói của router là thời gian dành cho gói kích thƣớc 1500 byte và tốc độ kết nối đầu ra của router là 80,13s trên một kết nối STM-1.
Đối với trễ tổng cộng của một vài router trong mô hình đo sẽ sử dụng thuật toán phân bố trễ. Có thể áp dụng mức ngƣỡng là 0 hoặc 1-10-3. Kết quả tính toán đối với mức ngƣỡng 1-10-3 nhƣ ở trên biểu đồ hình 17.
69
Biểu đồ hình 17 giả thiết tất cả kết nối trong mạng là STM-1 và các kết nối này đều có cùng mức tải lƣu lƣợng nhạy cảm biến động trễ. Nếu một hay nhiều kết nối có tốc độ cao hơn STM-1 thì trễ từ đầu cuối đến đầu cuối thấp hơn, ngƣợc lại kết nối dung lƣợng thấp hơn làm trễ cao hơn.
Hình 17: Các mức phân bố trễ khi đi qua nhiều trạm với tỉ lệ tải kết nối tƣơng ứng lấy ở ngƣỡng 1-10-3 [9]
Cuối cùng lại giả thiết là mạng có các lƣu lƣợng thông tin nhạy cảm với biến động trễ và không nhạy cảm với biến động trễ. Tải lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ không nhiều hơn 50% lƣu lƣợng. Nhƣ vậy trên biểu đồ, mức trễ đóng góp vào giá trị IPDV sẽ không cao hơn 2,48ms ngay cả trong trƣờng hợp phải đi qua 25 router.
Biến động trễ do các gói tin không nhạy cảm với biến động trễ
1 ms 2 ms 3 ms 4 ms 5 ms 7 ms 10 ms 1.5 ms 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 Số trạm đi qua Ph ần tră m tả i n hạ y cả m biến độ ng trễ củ a kết n ối
Mức ngƣỡng 1-10-3 của trễ hàng đợi ( mọi kết nối đều là STM-1)
70
Một gói tin nhậy cảm với biến động trễ sẽ không chiếm ƣu tiên phục vụ của một gói tin không nhậy cảm với biến động trễ đã đến trƣớc. Theo thứ tự, gói nhạy cảm biến động trễ sẽ đợi dựa vào một khoảng thời gian xếp hàng trong router là thời gian router phục vụ gói tin không nhậy cảm với biến động trễ trƣớc đó.
Để tính toán, giả thiết là mỗi gói nhạy cảm biến động trễ sẽ sử dụng một khoảng thời gian trễ ngẫu nhiên của một gói không nhạy cảm biến động trễ và đƣợc phân bố đồng đều trong khoảng từ kích thƣớc 0 đến kích thƣớc tối đa 1500 byte của các gói không nhạy cảm biến động trễ tại đầu ra của tốc độ kết nối. Trên một kết nối STM-1, sự phân bố đồng đều thời gian trễ là từ 0 đến 80,13s.
Đối với tổng cộng các biến động trễ của một vài router với các kết nối có tốc độ khác nhau, ta sử dụng phƣơng pháp tính phân bố trung bình ( Gaussian) để tính phân bố trễ.đối với mức ngƣỡng 1-10-3, mức ngƣỡng có thể là +3,72.
Tổng công biến động trễ dành cho các gói tin không nhạy cảm với biến động trễ
Giới hạn trên của IPDV trong một mô hình đƣờng truyền là tổng của các giá trị biến động trễ ở ba thành phần ở trên.
Trong thực tế, các giá trị biến động trễ thƣờng thấp hơn so với trong tính toán. Nguyên nhân là do việc cộng ba giá trị ngƣỡng trên tạo nên một giá trị ngƣỡng cao hơn thực tế, và kích thƣớc của nhiều gói nhạy cảm với biến động trễ và các gói không nhạy cảm với biến động trễ là nhỏ hơn so với kích thƣớc tối đa 1500 byte, đồng thời phần trăm của số tải tin cũng không cao bằng giá trị tải tin đã giả thiết.
71 4.2.2 Cấu hình đo
Mô hình cụ thể nhƣ trên hình 18 bao gồm nhiều bộ phận mạng NS kết nối với nhau. Mỗi bộ phận mạng NS là một “đám mây” gồm các router Gateway ở biên , và ở bên trong có các router kết nói với nhau theo những quy tắc của chúng. Các bộ phận mạng đƣợc cấu thành từ những nút mạng IP làm các chức năng của các lớp truy nhập, phân bố và lớp lõi. Thiết bị đo sẽ tiến hành đo chất lƣợng tại hai giao diện UNI.
Hình 18: Cấu hình đo giá trị biến động trễ [9] 4.2.3 Tính toán và xử lý kết quả
Các ví dụ về tính toán biến động trễ gồm ba trƣờng hợp có những tốc độ kết nối truyền dẫn khác nhau: trƣờng hợp thứ nhất là kết nối có tốc độ tƣơng đối cao STM-1, trƣờng hợp thứ hai các kết nối giữa khách hàng và mạng và giữa các bộ phận mạng là đƣờng E3, trƣờng hợp thứ ba các kết nối giữa khách hàng và mạng là tốc độ thấp ( đƣờng E1 hay T1).
Ví dụ 1: Tất cả các đƣờng kết nối là STM-1
TE TE
NS
Kết nối đầu cuối mạng Non-IP Net
Thiết bị của khách hàng Thiết bị của khách hàng
Kết nối đầu cuối 2 ngƣời sử dụng TE Terminal AG
Equip. GW Access
LAN LAN
Mạng IP
UNI UNI
UNI User Network Interface AG IG IG AG
Non-IP Net
IG Internetwork GW NS
72
Trong ví dụ này tất cả kết nối mạng đều là đƣờng STM-1. Đƣờng truyền trong sơ đồ mạng bên trong đám mây IP bao gồm 12 router. Do vậy các thành phần đóng góp vào tham số biến động trễ đƣợc tính nhƣ sau:
Biến động trễ do router tìm kiếm trong bảng định tuyến: 12 30 s = 0,36 ms.
Biến động trễ tại hàng đợi do lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ: (50% tải và 12 trạm STM-1): 1,36 ms.
Biến động trễ do do lƣu lƣợng không nhạy cảm với biến động trễ 9,01 80,13 s = 0,72 ms
Do vậy IPDV trong đƣờng truyền tốc độ cao này có thể là xấp xỉ
2,44 ms.
Ví dụ 2: Các đƣờng kết nối là STM-1, một số kết nối giữa các thành phần là E3
Trong ví dụ này tất cả kết nối mạng đều là đƣờng STM-1 ngoại trừ kết nối giữa ngƣời sử dụng và mạng và kết nối giữa các bộ phận mạng là E3(34 Mbit/s). Đƣờng truyền trong sơ đồ mạng bên trong đám mây IP bao gồm 12 router, trong đó có 2 router có kết nối E3. Do vậy các thành phần đóng góp vào tham số biến động trễ đƣợc tính nhƣ sau:
Biến động trễ do router tìm kiếm trong bảng định tuyến: 12 30 s = 0,36 ms.
Biến động trễ tại hàng đợi do lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ: (50% tải và 10 trạm STM-1, 2 trạm E3): 2,92 ms.
Biến động trễ do do ảnh hƣởng của lƣu lƣợng không nhạy cảm với biến động trễ 1,19 ms
73
Do vậy IPDV trong đƣờng truyền có lõi tốc độ cao này có thể là xấp xỉ
4,47 ms.
Ví dụ 3: Các đƣờng kết nối truy nhập là tốc độ thấp
Trong ví dụ này tất cả kết nối mạng đều là đƣờng STM-1 ngoại trừ kết nối giữa ngƣời sử dụng và mạng E1(2 Mbit/s). ). Đƣờng truyền trong sơ đồ mạng bên trong đám mây IP bao gồm 12 router, trong đó có 1 router có kết nối E1. Khi tính toán ta sẽ tính riêng cho đƣờng truy nhập tốc độ thấp này. Các thành phần đóng góp vào tham số biến động trễ đƣợc tính nhƣ sau:
Biến động trễ do router tìm kiếm trong bảng định tuyến: 12 30 s = 0,36ms.
Biến động trễ tại hàng đợi do lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ: (50% tải và 11 trạm STM-1): 1,29 ms.
Biến động trễ do do lƣu lƣợng không nhạy cảm với biến động trễ ( 11 trạm STM-1) 8,364 80,13 s = 0,67 ms
Do vậy IPDV trong đƣờng truyền có lõi tốc độ cao này có thể là xấp xỉ
2,32 ms.
Nếu lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ có kích thƣớc gói cố định ( mã hoá theo G.711 chiếm 20ms) và lƣu lƣợng không cao hơn 50% tổng lƣu lƣợng trên kết nối truy nhập thì trễ có thể tính nhƣ sau: nếu có 9 luồng thoại tốc độ 50gói/giây, mỗi gói có 160 byte tải tin và 40 byte RTP, UTP và phần đầu gói IP ( tổng cộng mỗi luồng 80kbit/giây) thì
Biến động trễ tại hàng đợi do lƣu lƣợng nhạy cảm với biến động trễ: (46,9% tải và 1 trạm E1): 5,12 ms
74
Biến động trễ do do lƣu lƣợng không nhạy cảm với biến động trễ ( 1 trạm E1) = 7,81 ms
Do vậy biến động trễ do đƣờng truy nhập gây ra là 12,93ms, biến động trễ tổng cộng là 15,25. Biến động trễ do đƣờng truy nhập gây ra đóng góp phần lớn trong biến động trễ chung của hệ thống.
Tổng kết đánh giá kết quả:
Các ví dụ trên cho các hệ thống mạng cung cấp dịch vụ đƣợc vận hành phải hỗ trợ các loại lƣu lƣợng nhạy cảm và không nhạy cảm với biến động trễ, cùng với vấn đề sự tồn tại của nhiều tốc độ kết nối khác nhau, tốc độ cao hoặc thấp. Khi các đƣờng là tốc độ tƣơng đối cao ( E3, T3 hay STM-1), giá trị IPDV thoả thuận với khách hàng là thấp và có thể dễ dàng đáp ứng.
Nếu có các đƣờng tốc độ thấp hơn ( E1 hay T1), giá trị IPDV thấp là khó có thể đạt đƣợc. Ngƣời vận hành mạng rất ít có khả năng thay đổi số luồng thông tin nhạy cảm biến động trễ cũng nhƣ kích thƣớc gói tin. Do đó giá trị IPDV thoả thuận khi ký hợp đồng cung cấp dịch vụ bao giờ cũng là khá lớn do IPDV đóng góp bởi kết nối tốc độ thấp là lớn. Với giả thiết là tải lƣu lƣợng nhạy cảm biến động trễ nhỏ hơn 50% và kích thƣớc các gói nhỏ hơn so với kích thƣớc tối đa 1500 byte, giá trị biến động trễ do kết nối tốc độ thấp đóng góp vào biến động trễ chung có thể lấy khoảng 20ms.