Trong cấu hình mạng này, một hệ thống IMS điều khiển toàn bộ mạng truy nhập cố định vùng 1, vùng 2, vùng 3 và một hệ thống IMS điều khiển truy nhập di động của VNPT. Cấu hình mạng nhƣ vậy sẽ đơn giản, giảm chi phí vận hành toàn mạng so với trƣờng hợp mỗi công ty hay vùng sở hữu một hệ thống IMS.
Phƣơng án 2:
Khi phân chia mạng theo vùng lƣu lƣợng, cũng có thể sử dụng 3 hệ thống IMS trong mạng lõi FMC cho 3 vùng (vùng 1, vùng 2, vùng 3). Khi đó, mỗi IMS sẽ điều khiển toàn bộ mạng truy nhập cố định và di động của cả vùng đó.
CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP QOS TRÊN MẠNG HỘI TỤ
3.1 Tổng quan QoS trên mạng hội tụ FMC
Trong môi trƣờng mạng hội tụ, có nhiều loại ứng dụng và dịch vụ (về video, voice, data,...) đƣợc thực hiện trên cùng một cơ sở mạng đã có, nhƣng mỗi loại dịch vụ có yêu cầu khác nhau về băng thông, độ trễ, độ tin cậy...Ví dụ: yêu cầu của các ứng dụng thời gian thực (nhƣ video, voice) là độ trễ đầu cuối – đầu cuối, và jitter nhỏ, tỉ lệ mất gói tin đủ nhỏ trong phạm vi cho phép, trong khi các ứng dụng về truyền dữ liệu không cần quan tâm nhiều đến độ trễ, chỉ cần tin cậy (không mất tin) và không quá chậm. Nhƣ vậy, vấn đề đặt ra là làm sao để các yêu cầu khác nhau đƣợc đều đƣợc đáp ứng và tránh lãng phí tài nguyên.
3.1.1 Dịch vụ trên mạng FMC
ITU đã ban hành bản Release 1 về mạng FMC, kiến trúc mạng này linh hoạt trong việc tiếp thu/kết nạp các hình thức dịch vụ mới trong các sub-domain mới. Trong thời điểm hiện tại, các loại hình dịch vụ đã đƣợc định danh gồm:
- Nhóm dịch vụ conversational (audio/video)
- Nhóm các dịch vụ Streaming (nghe nhạc, xem phim trực tuyến)
- Nhóm các dịch vụ Interactive (ví dụ: Game tƣơng tác)
- Nhóm các dịch vụ Background (Chat, mail, web, SMS, MMS..)
Các ứng dụng trên FMC sẽ bùng nổ theo hƣớng multimedia với một số đặc điểm:
- Lƣợng dữ liệu trao đổi rất lớn (voice, video, data đồng thời)
- Các tƣơng tác phức tạp (sự kết thừa và kết hợp của các dịch vụ trƣớc đây)
- Kiểm soát đƣợc QoS, yêu cầu thay đổi về tốc độ bit có thể xảy ra trong quá trình trao đổi
Hiệp hội Hội tụ Di động Cố định (Fixed Mobile Convergence Association - FMCA) đƣợc thành lập tháng 6/2004, cũng đã liên kết các nhà khai thác nhƣ: Brazil Telecom, British Telecom, Korea Telecom, NTT Com, Rogers Wireless Inc. và Swisscom với mục tiêu là thúc đẩy sự chấp nhận của các công nghệ Hội tụ thông qua việc khuyến khích sự ổn định, nhất quán của các tiêu chuẩn về sản phẩm và thiết bị. FMCA đƣa ra một số các phân loại dịch vụ hội tụ chính nhƣ sau:
Danh bạ Hội tụ - Dịch vụ cho phép lƣu giữ các địa chỉ liên hệ cá nhân và danh bạ một cách an toàn trên mạng và có thể truy nhập vào từ bất cứ thiết bị nào. Các danh bạ lƣu trên mạng đƣợc đồng bộ tự động với danh bạ cá nhân trên thiết bị một cách tƣơng ứng.
Dịch vụ đa phƣơng tiện Cá nhân - Dịch vụ cho phép truy nhập vào các nội dung đa phƣơng tiện (đƣợc lƣu trữ tại nhà hoặc trên mạng) từ bất cứ thiết bị nào, cho phép ngƣời sử dụng tải lên/xuống nội dung từ bất cứ thiết bị nào, bất cứ lúc nào, vị trí nào. Dịch vụ đảm bảo sẽ chọn mạng lƣới phù hợp nhất với tính chất của nội dung, ví dụ nhạc và video thì chỉ đƣợc tải xuống khi có kết nối băng rộng tốc độ cao. Dịch vụ còn cho phép cập nhật tự động các dịch vụ nội dung, và tự động tải chúng về khi có kết nối mạng phù hợp.
Dịch vụ Cuộc gọi đa phƣơng tiện và Chia sẻ dữ liệu - Dịch vụ này cho phép ngƣời sử dụng chuyển đổi giữa cuộc gọi thuần túy GSM/PSTN với các hình thức liên lạc khác. Dịch vụ tự động tìm kiếm các khả năng liên lạc khác sẵn có (các mạng nội bộ và thiết bị trong phạm vi lân cận), và cung cấp một giao diện đơn giản để quản lý mức độ của nội dung đa phƣơng tiện và sự kết hợp của các phƣơng tiện để sử dụng dịch vụ. Trong khi đàm thoại, ngƣời dùng có thể chia sẻ dữ liệu, ví dụ nhƣ hình ảnh, âm nhạc, với một ngƣời thứ ba. Dịch vụ sẽ tự động tìm kiếm và gửi dữ liệu đến ngƣời nhận theo một cách phù hợp nhất. Ngƣời dùng cũng có thể chuyển cuộc gọi dễ dàng từ thiết bị di động sang, ví dụ nhƣ, một kết nối VoIP/IM trên máy PC ở nhà để có thể cùng truy nhập Web.
Các dịch vụ kết hợp - Các dịch vụ dựa trên sự sẵn có của nhiều kết nối truy nhập (mạch hay dữ liệu) trên mạng hội tụ cố định – di động trong cùng một phiên liên lạc. Sử dụng nhiều kết nối trong cùng một phiên cho phép kết hợp các dòng dữ liệu/phƣơng tiện và các thiết bị khác nhau để tạo ra các dịch vụ mới.
Giải pháp cho mạng hội tụ di động - cố định đảm bảo không có sự khác nhau trong trải nghiệm dịch vụ của khách hàng, độc lập với mạng truy nhập, và độc lập với các dịch vụ khác nhau, các thiết bị khác nhau trên hai môi trƣờng trong một cuộc gọi: ngoài trời – nơi chỉ có mạng GSM/UMTS và trong nhà – nơi có mạng WiFi/Bluetooth/Ethernet và
Dịch vụ Kiểm soát và Theo dõi tự động - Dịch vụ cung cấp khả năng kiểm soát nhiều loại thiết bị gia dụng khác từ máy đầu cuối di động nhƣ nhiệt độ, cửa ra vào…Ngoài ra, còn cho phép theo dõi các vấn đề tại nhà nhƣ báo trộm, hoặc truyền hình tại nhà. Các dịch vụ hội tụ gắn kết các vấn đề ở nhà vào thiết bị di động ngƣời dùng đem theo ngƣời.
Dịch vụ Kiểm soát cuộc gọi Hội tụ - Dịch vụ cho phép tự động chuyển hoặc xử lý cuộc gọi theo thông tin của ngƣời dùng hoặc theo các thông số, sự kiện bên ngoài. Dựa theo các thông tin trong lịch điện tử của ngƣời dùng sẵn có trên mạng và mức độ quan trọng của ngƣời gọi, cuộc gọi có thể đƣợc định tuyến vào máy điện thoại hoặc xử lý theo một cách khác. Khi có thêm thông tin về vị trí của ngƣời sử dụng, vị trí này có thể sẽ đƣợc sử dụng để quyết định cách thức mà cuộc gọi sẽ đƣợc xử lý. Ví dụ, nếu ngƣời sử dụng đi vào đƣờng cao tốc gặp khi trời mƣa to hay bão tuyết, dịch vụ sẽ tự động chuyển cuộc gọi vào hộp thƣ thoại.
Dịch vụ đa phƣơng thức (Multimodal Services) – Phân loại này bao gồm nhiều kịch bản dịch vụ khác nhau trong đó các phiên liên lạc thoại và dữ liệu đƣợc kết hợp với nhau. Có thể chia tiếp thành hai loại:
- Thoại và dữ liệu nối tiếp – khi cuộc gọi kết thúc thì lập tức khởi tạo phiên truyền hoặc chia sẻ dữ liệu. Ngƣời sử dụng có thể đặt độ trễ giữa hai hành động, hoặc theo kiểu chất lƣợng tốt nhất hoặc giá thấp nhất, ví dụ: Cuộc gọi Wi-Fi VoIP hoặc di động đƣợc nối tiếp ngay lập tức bằng việc gửi dữ liệu nhƣ địa chỉ liên lạc, bản đồ, URL, e-mail hay các dữ liệu đa phƣơng tiện khác nhƣ hình ảnh, bài hát, nhạc chuông, video…
- Thoại và dữ liệu đồng thời – trong khi gọi điện thoại, một phiên dữ liệu đƣợc khởi tạo đồng thời để truyền tải hay chia sẻ dữ liệu. Ví dụ: khi gọi qua VoWLAN hoặc di động, chỉ bấm một phím đơn giản, ngƣời nhận cuộc gọi có thể nhận hoặc chia sẻ các dữ liệu nhƣ địa chỉ liên lạc, bản đồ, URL, e-mail hay các dữ liệu đa phƣơng tiện khác nhƣ ảnh, bài hát, nhạc chuông, video…
3.1.2 Tham số chất lƣợng dịch vụ
Chất lƣợng dịch vụ trong mạng FMC ở đây chỉ xem xét thuần túy về mặt kỹ thuật và các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ đƣợc xác định cho cơ sở hạ tầng chuyển tải (IP). Khi đó, chất lƣợng dịch vụ đƣợc định nghĩa là tập hợp các yêu
cầu cần đƣợc thỏa mãn bởi cơ sở hạ tầng mạng trong khi truyền một luồng thông tin trên mạng đó. Các tham số QoS điển hình trên mạng chuyển tải IP bao gồm:
Băng thông hiện thời (throughput): Lƣợng dữ liệu có thể chuyển qua lại giữ 2 nút trong một khoảng thời gian, tham số này phản ánh băng thông của tuyến truyền ở thời điểm hiện tại.
Trễ (Latency hoặc Delay): Khoảng thời gian giữa thời điểm gói tin đƣợc gửi đi tại phía gửi và nhận lại tại phía nhận. Trễ có thể gây ra do truyền dẫn hoặc do xử lý tại các nút trên tuyến.
Rung pha (Hay biến động trễ-Jitter): Khoảng thời gian chênh lệch giữa gói tin nhận đƣợc sớm nhất và muộn nhất
Tỷ lệ mất gói (loss): Phần trăm (%) số gói bị mất trên đƣờng truyền do gói bị hỏng hoặc do các nguyên nhân khác.
Mạng Viễn thông cung cấp nhiều dịch vụ có tính thời gian thực cho ngƣời sử dụng (Voice, Video..), trong thế hệ mạng FMC các dịch vụ này lại đƣợc chuyển tải trên mạng IP (vốn đƣợc thiết kế chuyển tải dữ liệu “cố gắng tối đa”) cộng với những nguy cơ tiềm ẩn tồn tại trong mảng di động làm cho việc đảm bảo chất lƣợng các dịch vụ (QoS) này gặp nhiều khó khăn.
3.1.3 Chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối (E2E QoS)
Chất lƣợng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối quan tâm đến chất lƣợng dịch vụ trong toàn trình mà không xét riêng từng chặng giữa các thiết bị đầu cuối. Hình 3.1 mô tả các phân đoạn trong giải pháp E2E QoS cho mạng FMC
Ở đây E2E QoS có thể đƣợc phân chia thành 3 phân đoạn:
Phân đoạn truy nhập: Phân vùng ngƣời truy cập ứng dụng, hiểu theo nghĩa rộng thì đây là phần mạng khách hàng và phần mạng truy nhập trong thế hệ mạng hội tụ
Phân đoạn mạng lõi: Phân vùng mạng lõi (core) của mạng hội tụ, đây có thể là một mạng riêng của một nhà quản trị, cũng có thể là một số mạng có hoạt động trao đổi thông tin với nhau (inter- connect)
Phân đoạn dịch vụ: Phân vùng của các thực thể cung cấp dịch vụ (nội dung), có thể là các kho thông tin media (voice streaming, VoD, Voice mail server, broadcasting..)
3.1.4 Mô hình quản lý QoS trên FMC [4]
Tại mỗi nút mạng, các thực thể có vài (hoặc tất cả) các phân chức năng nhƣ mô tả trong hình vẽ 3.2.
Hình 3.2: Mô hình chức năng của QoS
Mô hình chức năng QoS gồm 3 mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển (Control plane), mặt phẳng dữ liệu (Data plane), mặt phẳng quản lý (Management plane)
Mặt phẳng điều khiển: Mặt phẳng này chứa đựng các cơ chế liên quan đến thiết lập, cấp phát tài nguyên, giám sát các tuyến đƣờng truyền cho dữ liệu khách hàng. Mặt phẳng điều khiển gồm 3 khối chức năng cơ bản: Điều khiển quản trị (Admission control), Định tuyến QoS (QoS routing) và Dành trƣớc tài nguyên (Resource reservation):
Hình 3.3: Lưu đồ xử lý về QoS trong mặt phẳng điều khiển
o Yêu cầu truyền dữ liệu (hình 3.3) đƣợc kích hoạt bởi các ứng dụng (ví dụ 1 cuộc gọi Video phone). Trƣớc tiên yêu cầu này sẽ đƣợc ánh xạ sang lớp dịch vụ để xác lập cấp bậc dịch vụ (Class of Service - CoS) và đƣợc kiểm tra về tính hợp lệ của yêu cầu thông qua việc xác thực (Admission control)
o Nếu yêu cầu đƣợc chấp nhận, quá trình định tuyến (Routing) đƣợc tiến hành, nút mạng sẽ phải tính toán đƣờng đi phù hợp với yêu cầu của dịch vụ. Khác với các dịch vụ “cố gắng tối đa” (best effort), các dịch vụ thời gian thực rất nhạy cảm với trễ, rung pha… do vậy không thể sử dụng định tuyến best-effort nhƣ trên mạng IP hiện nay mà cần đến định tuyến QoS - định tuyến trên cơ sở các ràng buộc QoS
o Sau quá trình định tuyến QoS là việc dành trƣớc tài nguyên cho luồng dữ liệu khách hàng, kích hoạt các cơ chế của mặt phẳng dữ liệu
Mặt phẳng dữ liệu: Mặt phẳng dữ liệu chứa đựng các cơ chế liên quan trực tiếp đến luồng dữ liệu khách hàng, những cơ chế ở đây bao gồm: Quản lý bộ đệm (buffer management), điều khiển tắc nghẽn (congestion control), packet marking, xếp hàng (queuing), đánh lịch
o Quản lý bộ đệm (hoặc hàng đợi): chức năng này xử lý việc đợi phát, lƣu gói hoặc huỷ gói tin. Mục tiêu chính của việc quản lý hàng đợi là giảm thiểu các không gian cần cho hàng đợi cũng nhƣ phòng ngừa trƣờng hợp một hàng đợi của luồng đơn nào đó chiếm hết không gian của các hàng đợi khác. Các cơ chế quản lý hàng đợi khác nhau chính ở chỗ khi nào thì loại bỏ gói tin, gói tin nào sẽ bị loại bỏ (ví dụ đầu hay cuối hàng đợi).
o Điều khiển tắc nghẽn: Chức năng này giám sát và điều khiển tải của mạng ở dƣới mức ngƣỡng về năng lực xử lý. Việc này đƣợc thực hiện bằng việc yêu cầu phía gửi giảm lƣu lƣợng đến khi nghẽn xảy ra hay chuẩn bị xảy ra, cơ chế cửa số thƣờng đƣợc sử dụng ở đây (ví dụ trong giao thức TCP).
o Đánh dấu gói: Chức năng này thực hiện việc ánh xạ các gói tin vào các lớp dịch vụ căn cứ vào yêu cầu QoS của dịch vụ, đánh dấu gói gán các mã nhận dạng gói tin vào mào đầu của gói, việc này thƣờng đƣợc thực hiện ở các node biên, ví dụ: gán code point khi gói tin đi vào một vùng mạng diffserv. Nếu việc này đƣợc thực hiện bởi host thì thông số này có thể đƣợc kiểm tra và thay đổi bởi các node biên căn cứ trên sự thoả thuận dịch vụ SLA hoặc các chính sách cục bộ. o Xếp hàng và lập lịch: Chức năng này xử lý việc lựa chọn các gói
phát đi, nguyên tắc cơ bản của xếp hàng là FIFO (gói vào trƣớc thì ra trƣớc), với cách này các gói đƣợc đối xử nhƣ nhau. Tuy nhiên để việc đối xử với các loại gói khác nhau một cách linh hoạt hơn, công bằng hơn một số kiểu hàng đợi khác nhau đƣợc sử dụng thay vì một hàng đợi duy nhất: (1) Hàng đợi công bằng (fair queuing) các gói đƣợc phân lớp vào các luồng và gán vào các hàng đợi tƣơng ứng, hàng đợi sau đó đƣợc đánh lịch chuyển đi theo kiểu round-robin, (2) Hàng đợi ƣu tiên (Priority queuing) các gói đƣợc phân lớp sau đó đƣợc đặt vào các hàng đợi có độ ƣu tiên khác nhau, gói đƣợc đánh lịch phát từ đầu một queu nào đó chỉ khi những hàng đợi có ƣu tiên cao hơn đã đƣợc phát hết (3) Weighted fair queuing: các gói đƣợc phân lớp thành các luồng và gán vào các hàng đợi ứng với các luồng, mỗi hàng đợi đƣợc gán một số phần trăm của băng thông hƣớng ra theo băng thông cần của luồng tƣơng ứng, với sự phân biệt theo độ dài các gói tin, cách tiếp cận này tránh đƣợc trƣờng hợp các luồng với các gói tin lớn chiếm nhiều băng thông hơn các
luồng có kích thƣớc gói tin nhỏ hơn (4) Class-based queuing: Các gói đƣợc phân lớp thành các lớp dịch vụ và sau đó gán vào hàng đợi tƣơng ứng với lớp dịch vụ, mỗi hàng đợi đƣợc gán một số phần trăm của băng thông của hƣớng ra và đƣợc đánh lịch theo kiểu roud-robin.
o Phân lớp lƣu lƣợng: Tại miền biên của mạng, chức năng này phân lớp lƣu lƣợng căn cứ vào một số thông tin trên trƣờng mào đầu của gói bao gồm địa chỉ nguồn, đích, port nguồn, port đích, loại giao thức, code point trong diffserv .. để xác định gói thuộc lớp nào để có các xử lý thích hợp.
o Sắp xếp lƣu lƣợng (Traffic shaping): điều khiển tốc độ và lƣu lƣợng gói tin vào và ra khỏi một nút mạng để tránh hiện tƣợng bùng nổ (bursty) và dễ kiểm soát hơn. Ở đây nguời ta thƣờng sử dụng hai kỹ thuật là thùng rò (leaky bucket) và thùng thẻ (token bucket).
Mặt phẳng quản lý: Mặt phẳng quản lý chứa đựng khối chức năng liên quan đến các khía cạnh quản lý luồng dữ liệu bao gồm: Định lƣợng (Metering), Thoả thuận dịch vụ (SLA) và Khôi phục luồng dữ liệu (Traffic restoration):
o Định lƣợng: Giám sát các thông số hiện thời của luồng dữ liệu khách hàng và so sánh với mức đƣợc thoả thuận về dịch vụ, tuỳ theo mức độ tuân thủ chức năng này có những hành động thích hợp (droping hay shaping).
o Thỏa thuận dịch vụ: là sự thoả thuận về dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ về các yêu cầu của dịch vụ mà khách hàng