Chƣơng 2 : CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƢỢNG MẠNG LÕI IP NGN
2.2 CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT TRUYỀN TẢI GÓI IP
Việc theo dõi đo lƣờng và đánh giá chất lƣợng mạng lõi IP đƣợc thực hiện với các đối tƣợng là các chỉ tiêu kỹ thuật truyền tải gói IP quá trình truyền tải gói IP qua mạng. Các chỉ tiêu kỹ thuật này đóng vai trò trọng tâm của việc theo dõi đánh giá chất lƣợng mạng lõi IP , là các tham số liên quan đến thời gian truyền tải, tính toàn vẹn của gói khi đi qua mạng lõi IP, làm cơ sở đánh giá các khả năng cung cấp dịch vụ nhƣ độ sẵn sàng của dịch vụ hay thông lƣợng của mạng.
2.1.1 Trễ truyền tải gói IP (IPTD :IP Packet Transfer Delay)
Trễ truyền tải gói IP IPTD là tham số đo độ trễ của gói IP trong trƣờng hợp đƣợc gửi thành công hoặc bị lỗi qua một mạng hoặc một phần của mạng. IPTD đƣợc tính bằng đơn vị thời gian, nhƣ ở trên hình 10 có giá trị là t2-t1 , với t1 là thời gian gói tin đi vào điểm đo MP1 và t2 là thời gian gói tin đi ra khỏi điểm đo đầu ra MPn ( t2 > t1 và t2-t1 Tmax ).
Nếu gói tin bị phân mảnh trong quá trình truyền tải thì t2 sẽ là thời gian mà phân mảnh cuối cùng của gói tin đi ra khỏi điểm đo đầu ra MPn .
Khi đo đạc tính toán, ngƣời ta thƣờng sử dụng thuật toán lấy trung bình cho tất cả các trễ truyền tải gói IP của tất cả các gói đƣợc gửi đi.
37
Biến động trễ gói IP-IPDV
Bên cạnh giá trị trễ truyền tải gói IP IPTD , những biến động của trễ truyền tải gói IP cũng rất quan trọng. Biến động của trễ truyền tải gói IP IPDV ( IP Packet Delay Variation) sẽ gây ra hiện tƣợng bộ đệm truyền bị trống hoặc bị tràn đối với một số ứng dụng nhƣ voice, video … Những biến động này làm cho mức ngƣỡng định thời dùng cho việc truyền lại gói ở TCP tăng lên , dẫn đến việc chậm trễ trong việc truyền lại gói hoặc là làm cho gói đƣợc truyền lại khi không cần thiết.
EL NS EL NS EL và NS NS EL Trạm nguồn Trạm đích t1 t2 MP1 MP2 MP3 MP4 MP5 MPn-2 MPn-1 MPn đầu vào đầu ra đi vào đi vào đi vào đi ra đi ra đi ra
Hình 10: Trễ truyền tải gói IP
38
Biến động của trễ truyền tải gói IP từ đầu cuối đến đầu cuối ( end-to-end) là thông số rút ra đƣợc khi theo dõi các gói IP đƣợc truyền từ điểm đo đầu vào tại nguồn đến điểm đo đầu ra tại đích. Biến trễ truyền tải gói IP giữa 2 điểm ( 2-point) đƣợc thể hiện trên hình vẽ: các gói IP đƣợc truyền từ điểm đo đầu vào MP1 đến điểm đo đầu ra MP2.
Giá trị biến động trễ gói IPDV 2 điểm vk của gói tin thứ k đƣợc tính bằng công thức:
vk = xk - d1 , 2
xk là thời gian truyền tải gói IP thứ k từ MP1 đến MP2, d1 , 2 là thời gian truyền tải gói IP đầu tiên ( gói số 0) từ MP1 đến MP2.
IPDV 2 điểm có giá trị dƣơng khi những trễ truyền tải gói IP có giá trị lớn hơn giá trị d1 , 2, là d1 , 2 là thời gian truyền tải gói IP đầu tiên, IPDV 2 điểm có giá trị âm khi những trễ truyền tải gói IP có giá trị nhỏ hơn giá trị d1 , 2.
. . . . . . gói 0 gói 1 gói 2 gói k gói 0 gói 1 gói 2 gói k MP1 MP2 a1,1 a1,2 a1,k d1,2 a2,1 a2,2 a2,k t=0
Hình 11: Biến động trễ gói IP 2 điểm
39
Ngoài phƣơng pháp tính toán biến động trễ truyền tải gói IP IPDV bằng công thức trên, ngƣời ta còn một số phƣơng pháp khác để tính IPDV. Ngƣời ta có thể sử dụng giá trị trung bình của tất cả các trễ của tất cả các gói tin để làm giá trị chuẩn thay cho sử dụng giá trị của thời gian truyền tải gói đầu tiên. Một phƣơng pháp khác nữa là đặt ra một khoảng thời gian biến động trễ, sau đó theo dõi tỉ lệ phần trăm các gói nằm trong và ngoài khoảng thời gian đó. Ví dụ, nếu đƣa ra khoảng thời gian là 30ms, khi triển khai ứng dụng có sử dụng các bộ đệm dữ liệu kích thƣớc 60ms thì sẽ biết đƣợc giá trị xấp xỉ số gói sẽ làm bộ đệm bị trống hoặc tràn. Trong thực tế, để đƣa ra những yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ, ngƣời ta có thể yêu cầu cụ thể tỉ số biến động trễ nằm trong khoảng thời gian đƣợc định trƣớc, ví dụ nhƣ yêu cầu trên 95% biến động trễ gói IP phải nằm trong khoảng thời gian [- 30ms; +30ms].
Sử dụng phƣơng pháp theo dõi tỉ lệ phần trăm trong một khoảng thời gian, có thể đánh giá biến động trễ của tổng số gói IP bằng cách đo khoảng cách giữa hai mức tỉ lệ phần trăm của biến động trễ . Ví dụ, chọn hai mức tỉ lệ phần trăm của biến động trễ là 99,9 và 0,1 rồi tiến hành đo, sau đó sẽ đƣa ra yêu cầu là khoảng cách biến động trễ giữa hai mức 99,1 % và 0,1% không đƣợc vƣợt quá 100 ms. Thông tin này sẽ giúp cho những ngƣời thiết kế ứng dụng ra quyết định thiết kế bộ đệm không bị trống hoặc tràn quá 1%.
Để đánh giá biến động trễ của gói IP, ITU-T còn đƣa ra các tham số phụ khác, đó là biến động trễ giữa các gói và biến động trễ gói 1 điểm.
Tham số biến động trễ giữa các gói đƣợc mô tả nhƣ sau: xét một cặp gói liền kề nhau trong cùng một dòng gói cho trƣớc đi từ điểm đo MP1 đến điểm đo MP2, biến động trễ giữa hai gói đƣợc xác định là hiệu số trễ 1 đƣờng của gói truyền sau trừ đi gói truyền trƣớc. Nếu một trong hai gói hay cả hai gói bị
40
mất, giá trị biến động trễ gói IP sẽ không đƣợc xác định. Trong nhiều trƣờng hợp, một trong hai gói luôn là gói có trễ 1 đƣờng tối thiểu.
Biến động trễ 1 điểm đƣợc xác định là sự so sánh giữa thời gian đến thực tế của một gói với thời gian đến định kỳ ( tính bằng đồng hồ) của gói đó.
Trong đo đạc thực tế, hai tham số trên đƣợc sử dụng trong các trƣờng hợp khác nhau, cụ thể là:
- Khi không thể đồng bộ đồng hồ của thiết bị đo, biến động trễ gói 1 điểm có thể dùng để đo dòng gói với thời gian gửi định kỳ, còn biến động trễ giữa các gói có thể sử dụng cho mọi loại dòng lƣu lƣợng đƣợc truyền đi.
- Khi có thể đồng bộ đồng hồ của thiết bị đo, biến động trễ gói 1 điểm có thể áp dụng cho mọi trƣờng hợp, còn còn biến động trễ giữa các gói thì cần phải sử dụng thêm một tham số nhạy với những biến động tuần tự ngắn hạn và tƣơng thích tốt hơn với những thay đổi về định tuyến. Độ dài của gói tin cũng ảnh hƣởng tới đến các tham số biến động trễ. Do vậy khi đo thử kiểm tra mạng nên sử dụng gói có kích thƣớc cố định.
Ngoài ra có một số tham số khác cũng ảnh hƣởng đến giá trị của IPDV, đó là tỉ số lỗi gói IP, tỉ số mất gói IP, tốc độ gói IP giả, tỉ số mất khối gói IP nghiêm trọng …
2.1.2 Tỉ số lỗi gói IP (IPER :IP Error Rate)
Tỉ số lỗi gói IP là tỉ số của tổng số gói IP bị lỗi trên tổng số gói IP đƣợc truyền tải thành công cộng với tổng số gói IP bị lỗi ( tổng số gói IP nhận đƣợc).
2.1.3 Tỉ số mất gói IP (IPLR: IP Loss Ratio)
41
Tỉ số mất gói IP là tỉ số của tổng số gói IP bị mất trên tổng số gói IP đƣợc truyền đi.
2.1.4 Tốc độ gói IP giả
Tốc độ gói IP giả tại một đầu ra điểm đo MP là tống số gói IP giả tại đầu ra điểm đo MP đó trong một khoảng thời gian ( thƣờng là số gói IP giả trên mỗi giây cung cấp dịch vụ)
2.1.5 Tỉ số mất khối gói IP nghiêm trọng (IPSLBR : IP Severe Loss Block Ratio)
Tỉ số mất khối gói IP nghiêm trọng là tỉ số của số mất khối gói IP nghiêm trọng trên tổng số các khối đƣợc truyền đi.
2.1.6 Các tham số về thông lƣợng truyền tải
Các tham số đặc trƣng cho luồng dữ liệu và thông lƣợng ( throughput) đƣợc ITU-T khuyến nghị là phải đáp ứng một số yêu cầu sau:
- Một tham số đặc trƣng cho một thông lƣợng dành cho một dịch vụ IP phải liên quan tới số lƣợng các gói IP đƣợc truyền tải thành công bởi một mạng hay một phần của mạng (network section) IP trong tổng số các gói IP đƣợc chuyển qua mạng hay một phần của mạng này.
- Các tham số thông lƣợng nên đƣợc áp dụng cho một mạng IP từ đầu cuối đến đầu cuối và cho việc truyền tải IP qua các thành phần của mạng nhƣ các kết nối, các phần của mạng.
Còn đối với các tham số liên quan đến khả năng về thông lƣợng của một mạng IP , là khả năng mạng có thể chịu đƣợc một tốc độ truyền tải gói IP cho trƣớc, thì cần đáp ứng thêm các yêu cầu sau:
42
- Lƣu lƣợng mẫu đi qua một mạng hay một phần của mạng IP phải đƣợc mô tả khi lƣu lƣợng đó truyền tải thành công qua mạng hay một phần mạng IP.
- Tốc độ của lƣu lƣợng không đƣợc vƣợt quá dung lƣợng của những kết nối giữa các phần của mạng đƣợc đo thử với các phần của mạng không đƣợc đo thử.
- Kiểu gói IP phải đƣợc khai báo đối với mọi thông báo riêng liên quan đến hiệu suất thông lƣợng.
Dựa trên những cơ sở trên, ITU-T đƣa ra hai thông số chính để đánh giá thông lƣợng mạng IP là thông lƣợng gói IP ( IPPT: IP Packet Throuput) và thông lƣợng gói IP dựa trên ớc tec ( IPOT: octec-based IP Packet Throuput).
Thông lượng gói IP: thông lƣợng gói IP tại một điểm đo dầu ra MP là tổng số trƣờng hợp các gói IP đƣợc truyền tải thành công tại điểm đo MP trong một khoảng thời gian định trƣớc chia cho khoảng thời gian đó ( số lần truyền tải gói IP thành công trên giây cung cấp dịch vụ)
Thông lượng gói IP dựa trên ớc tec : thông lƣợng gói IP dựa trên ớc tec tại một điểm đo dầu ra MP là tổng số các ớc tec đƣợc truyền tải trong số các gói IP đƣợc truyền tải thành công tại điểm đo MP trong một khoảng thời gian định trƣớc chia cho khoảng thời gian đó .
Đo thăm dò thông lƣợng:
Việc thăm dò thông lƣợng có thể đƣợc sử dụng để tính toán khả năng một mạng có thể hỗ trợ mức lƣu lƣợng là bao nhiêu. Chuỗi các gói để thăm dò thông lƣợng sẽ không gây ra việc tắc nghẽn mạng do tốc độ truyền bị hạn chế, đồng thời sử dụng nhiều chuỗi thăm dò lấy mẫu phân tán ở trong một khoảng thời gian rộng sẽ không làm quá tải khả năng chịu đựng của mạng.
43
Chuỗi dữ liệu thăm dò thông lƣợng là một chuỗi tuần tự gồm N các gói có độ dài 576 byte ( N< 30). Khi tiến hành truyền nhiều chuỗi dữ liệu thăm dò thông lƣợng, khoảng cách giữa các lần truyền là khoảng thời gian đủ lớn. Nếu tối thiểu có một trong số N gói bị mất, một chuỗi dữ liệu thăm dò thông lƣợng khác không đƣợc truyền trƣớc thời gian Tmax giây kể từ khi gói cuối cùng bị mất đƣợc truyền.
Chuỗi dữ liệu thăm dò thông lƣợng đƣợc hạn chế tốc độ truyền để tránh tắc nghẽn nhƣ sau: gọi s là tốc độ của kết nối (bit/giây), { p1, p2, p3, …} là tập hợp các gói đƣợc truyền đi, t1 là thời gian tại đó gói p1 đƣợc truyền đi, bi là số bit của gói pi., thì đối với mọi gói pj , việc truyền gói pj không đƣợc thực hiện trƣớc thời điểm tj với tj đƣợc xác định theo công thức:
j 1 1 i i 1 j b s 1 t t
Giá trị N đƣợc hạn chế nhỏ hơn 30 vì việc triển khai thực hiện giao thức TCP thƣờng lấy kích thƣớc cửa sổ là 29 gói liên tục không cần bảo có thông điệp báo nhận. Kích thƣớc gói là 576 byte vì đây là kích thƣớc tối đa mà các trạm IP có thể chấp nhận, còn khoảng thời gian tối thiểu để tách biệt các lần gửi chuỗi đo thăm dò là để đảm bảo một chuỗi không gây tắc nghẽn và các kết quả đo của các chuỗi không chồng lấn lên nhau.
Các tham số để đo chất lƣợng thăm dò là tỉ số ngắt chuỗi thăm dò và tỉ số gói chuỗi thăm dò.
Tỉ số ngắt chuỗi thăm dò : đối với một tập các chuỗi thăm dò có kích thƣớc N, tỉ số ngắt chuỗi thăm dò là số các chuỗi thăm dò bị mất một hay nhiều gói xảy ra ở trạm đích.
44
Tỉ số gói chuỗi thăm dò: đối với một tập các chuỗi thăm dò có kích thƣớc N, tỉ số gói chuỗi thăm dò là số các gói trong các chuỗi đó đƣợc truyền thành công hay bị lỗi xảy ra ở trạm đích.