Access network
Access
node Aggregation network
Adge
node networkCore Inter- connect Other network Server CPE(P) Service device Inhouse cabling NNI User UNI
Hình 2.8 là phương thức hỗ trợ QoS trong một mạng IP băng rộng của các nhà khai thác lớn được thiết kế hướng đến làm cơ sở hạ tần cho các dịch vụ mạng NGN. Access point CE - Switch CE - Router DSLA xDSL modem Access network U-PE PE-AGG N-PE P P IP MPLS core Server IP preference 802.11e wifi 802.16 wimax Diffserv (DSCP) 802.1p 802.1q MPLS EXP bits
* Mạng lõi (IP core)
Là miền mạng quan trong nhất của một mạng viễn thông, ở phần mạng này lưu lượng thông tin truyền qua lại với lưu lượng cao nhất và đa dạng nhất. Mạng lõi có chức năng như mạng xương sống và có đòi hỏi về QoS ở mức rất cao.
Mạng này thường được tổ chức bởi các công nghệ truyền dẫn tốc độ cao, băng thông lớn (cáp quang ghép bước song DWDM), lớp data link sử dụng chuyển mạch MPLS, MPLS để phân phát nhanh các gói IP. Cơ chế dịch vụ phân biệt (Diffserv) cũng thường được sử dụng ở đây để nâng cao hơn việc hỗ
Chuẩn IEEE 802.1ah (PBT) cũng có thể được sử dụng cho mạng lõi như hình 2.9 thay cho MPLS
Kết luận chương
Trong chương II chúng ta đã xem xét về việc xây dựng các giao thức mới để hỗ trợ QoS trên nền IP cũ để đưa ra các giải pháp cung cấp QoS cho lớp mạng lõi. Tuy nhiên, cả hai giải pháp được đưa ra đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Mạng có trạng thái lưu trạng thái của mỗi luồng trên router ở cả router biên và lõi. Trong mạng lõi, việc router sử dụng thông tin về luồng sẽ được cung cấp dịch vụ tốt hơn và hiệu quả hơn. Tuy nhiên phương pháp này gặp khó khăn khi số lượng luồng lớn. Việc xử lý để báo hiệu thiết lập một tuyến đường rất phức tạp nhất là thao tác phân loại gói, ở khía cạnh khác, mạng thông tin không trạng thái lưu thông tin của một luồng tại cạnh của mạng nhưng không có tại lõi. Mỗi router biên phân phối mỗi luồng cho một hoặc một tập các luồng và router biên chỉ việc phân biệt giữa các tập đó. Với mạng không trạng thái, mạng không cung cấp dịch vụ tốt nhất như trong mạng lưu trạng thái nhưng nó đơn giản và linh động hơn. Giao thức báo hiệu không cần sử dụng và cơ chế phân loại đơn giản. Để giải quyết mâu thuẫn trên, giải pháp
Hình 2.9: Sử dụng IEEE802.1ah ở mạng lõi Provider backbone Provider backbone bridge network (802.1ah) Provider bridge network (802.1ad) Provider bridge network (802.1ad) Provider bridge network (802.1ad)
trung hòa được đưa ra, trạng thái gói động DPS tận dụng những ưu điểm của cả hai giải pháp trên để đưa ra giải pháp tốt hơn cho vấn đề đảm bảo QoS cho lớp mạng lõi.
Ngày nay, với sự phát triển của việc thiết kế vi mạch, dung lượng bộ nhớ được tăng lên nhiều lần, các card ASIC với tốc độ xử lý hàng Gbs… Các router thế hệ mới có khả năng đảm bảo chức năng QoS bắt đầu được xây dựng, mở ra một kỷ nguyên mạng IP mới-định tuyến dựa trên luồng.
CHƢƠNG III: QoS TRÊN MẠNG TRUY NHẬP
Hiện nay có rất nhiều giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ trong các mạng truy nhập băng rộng. Tuy nhiên chưa có một kỹ thuật nào nổi trội. Luận văn này trình bày QoS của mạng truy nhập với hai hình huống là truy nhập cố định và truy nhập di động.
3.1. Đảm bảo QoS trong các mạng truy nhập cố định:[17][19][20]
Mạng truy nhập cố định như đường dây thuê bao số DSL và mạng quang thụ động (PON), sự kết hợp các kỹ thuật QoS trong nút truy nhập sẽ đạt được chất lượng cung cấp đến khách hàng. ví dụ tại bộ ghép kênh truy nhập DSL (DSLAM) hoặc kết cuối đường quang (OLT) và mạng đường trục. Thông thường điều này có thể đạt được bằng các kỹ thuật QoS với cơ chế truyền thông đồng bộ MPLS. Tuy nhiên, nhìn từ khía cạnh nhu cầu đối với các dịch vụ băng thông rộng ngày càng cao, các nhà vận hành đang chuyển hướng sang truyền tải trên nền Internet. Do vậy, các nút truy nhập và mạng đường trục cần thích hợp với truyền dẫn gói tin nhằm cho phép hỗ trợ một số kỹ thuật QoS mới. Cơ chế QoS được dùng trong các mạng truy nhập và mạng đường trục cần phù hợp với quy hoạch và cấu hình mạng và các biện pháp kiểm soát tài nguyên và thực hiện theo cam kết về dịch vụ.
3.1.1 Nguyên lý hỗ trợ QoS trong mạng truy nhập cố định 3.1.1.1 Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng 3.1.1.1 Cấu trúc mạng truy nhập băng rộng
Hình 3.1 cho thấy mạng truy nhập dựa trên DSL hoặc PON, mạng đường trục dựa trên Ethernet/VPLS và mạng vùng dựa trên IP/MPLS. Các nút truy nhập được bố trí ở gần tổng đài điển hình là các DSLAM hoặc các OLT, trong khi thiết bị đặt ngoài trời thường gồm các bộ truy nhập ở xa tốc độ rất cao – Very high speed DSL (VDSL). Server truy nhập ở xa băng rộng (BRAS) đặt tại vị trí kết nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Có thể dùng một hoặc nhiều bộ định tuyến dịch vụ để cung cấp Video hoặc thoại IP (VoIP).
Home Network Home Network Remote Access Node
Access Network Aggregation
Network Customer Premises Regional Network Control Office Regional PoP ISP WWW Video Server Access node DSL Modem Service Router Ring/Mash/Star
Các dịch vụ này phải được cung cấp với mức QoS thích hợp trên toàn mạng để đáp ứng yêu cầu dịch vụ của người sử dụng. Mỗi phần tử mạng phải phân biệt được nhiều luồng ứng dụng. Điều này có thể thực hiện bằng cách phân loại các luồng tại biên của mạng (tức là tại nút truy nhập đầu tiên hoặc nút mạng đường trục và trong các server ứng dụng) thành một tập hợp các luồng gộp cung lại và được nhận biết bằng cách đánh dấu QoS như điểm mã DiffServ IP (DSCP), lớp ưu tiên Ethernet (802.1p bits) hoặc các bít thực nghiệm MPLS (E-LSP). Các phần tử mạng này cung cấp QoS cho từng đối tượng khách hàng. Các phần tử mạng trong mạng đường trục và trong mạng vùng thực hiện việc sắp xếp và lập lịch cho các luồng gộp chung.
3.1.1.2. QoS trong nút truy nhập
Nút truy nhập có đầy đủ thông tin về đường truy nhập danh cho các luồng lưu lượng hướng xuống Vì thế ngăn chặn được hiện tượng nghẽn hướng xuống của lưu lượng có quyền ưu tiên cao. Nó còn có một vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp QoS cho toàn bộ lưu lượng hướng lên. Nó được xem như phần tử mạng đầu tiên dưới sự kiểm soát của nhà cung cấp truy nhập.
- QoS hướng lên:
+ Phân loại và chọn lọc lưu lượng được thực hiện bằng cách sử dụng các danh sách điều khiển truy nhập – Access Control Lists (ACL), danh sách này giúp nhận biết các dòng lưu lượng mà cần phải xử lý QoS. Người ta mong muốn các ACL sẽ trở nên quan trọng hơn, nó không chỉ bao gồm việc phân loại dựa trên MPLS và Ethernet mà còn phân loại dựa trên IP và cổng. Việc lọc cũng thực hiện tính bảo mật nhằm loại bỏ lưu lượng không thực mà có thể gây tổn hại cho từng mạng.
+ Đánh dấu (DSCP hoặc p-bit) với các giá trị có thể xác minh tính chính xác bởi các phần tử trong mạng đường trục khi cung cấp QoS cho từng luồng. DSCP được sử dụng chủ yếu bởi các bộ định tuyến dịch vụ IP có khả năng hỗ trợ QoS, trong khi p-bit có thể được sử dụng bởi các chuyển mạch Ethernet/VPLS có khả năng hỗ trợ QoS. Nếu modem DSL hoặc Home gateway đã thực hiện quá trình phân loại lưu lượng thì nút truy nhập có thể sử dụng đánh dấu DSCP hoặc p-bit để đảm bảo QoS cho mỗi luồng cũng như đánh dấu lại nếu cần. Mặt khác, quá trình lọc lưu lượng nút truy nhập phân loại lưu lượng thành các luồng con QoS, sau đó đánh dấu (hoặc đánh dấu lại) các gói tin tương ứng.
+ Bộ kiểm soát có thể dùng cho nguyên một đường truy nhập hoặc một tập hợp các luồng con QoS phù hợp với bộ phân loại đa trường. Kiểm soát đầu vào nhằm thực hiện các cam kết lưu lượng mà xác định rõ bao nhiêu lưu lượng người sử dụng có thể được gửi tới mạng.
+ Chuyển tiếp lưu lượng tới giao diện đầu ra có thể căn cứ vào một vài trường, điển hình là trường địa chỉ điều khiển truy nhập đa phương tiên – Media Access Control (MAC) và/hoặc địa chỉ IP đích.
+ Sắp xếp và lập lịch cho từng lớp QoS trên các nút truy nhập hướng lên dựa trên DSCP hoặc p-bits: một tập hợp các hàng đợi đầu ra và một lớp QoS được sắp xếp vào một hàng. Cơ chế lập lịch xác định cách xử lý chính xác đối
với các gói tin trong các hàng đợi khác nhau. Các bộ lập lịch khác nhau (ví dụ: ưu tiên nghiêm ngặt hoặc round robin) có thể cung cấp chức năng khác nhau trên cùng một nhóm các hàng đợi.
- QoS hướng xuống:
Các khung tới nút truy nhập với DSCP hoặc p-bits được đánh dấu bởi các server ứng dụng hoặc các bộ định tuyến dịch vụ. Tiếp đến cũng thực hiện kiểm soát đầu vào mà được ngầm hiểu là nút truy nhập không cần phải thực hiện công việc này. Sau khi quyết định chuyển tiếp thì thực hiện theo các bước:
+ Giới hạn tốc độ ra: tương tự với việc kiểm soát đầu vào. Chức năng này được thực hiện để đảm bảo cam kết lưu lượng mà khách hàng đã đăng ký dịch vụ.
+ Sắp xếp và lập lịch cho từng lớp QoS trên các đường truy nhập dựa trên DSCP hoặc p-bits: hướng xuống chủ yếu sử dụng nhiều hàng đợi QoS trên đường truy nhập và ánh xạ lưu lượng tới một hàng đợi cụ thể dựa trên DSCP hoặc p-bits. Các cơ chế lập lịch kết hợp với việc sử dụng các đặc tính quản lý hàng đợi có thể xác định được cách xử lý các gói tin nhận được trong các hàng đợi khác nhau một cách chính xác.
Điều quan trọng cần lưu lý là khi QoS cho từng khách hàng buộc phải đảm bảo, các phần tử nằm sâu trong mạch có thể thực hiện lập lịch lưu lượng theo lớp QoS sử dụng DSCP hoặc các bít p-bits khác nhau. Còn các thiết bị chuyển mạch và các biên mạng nhận biết dịch vụ có các khả năng tương tự như trình bày ở trên.
3.1.2. Tổ chức mạng
QoS trong mạng truy nhập và mạng đường trục có đặc tính là phải đảm bảo vào thời điểm nghẽn mạng, lưu lượng nỗ lực tối đa (best-effort) bị dớt đầu tiên để các luồng lưu lượng có tính ưu tiên cao hơn (ví dụ: thoại hoặc video) không bị ảnh hưởng. Bên cạnh đặc tính QoS này thì việc tổ chức mạng tốt nhất là cần thiết nhằm đảm bảo không bị mất các gói tin có tính ưu tiên cao.
Tổ chức mạng bao gồm việc phân chia dải thông có sẵn trên các đường truyền khác nhau thành một quỹ dải thông cho từng lớp mạng QoS. Nếu đảm bảo dải thông cấp cho các lớp lưu lượng thì quỹ dải thông của những lớp này không được vượt quá quỹ dải thông đã lập ra. Điều này có thể thực hiện bằng kiểm soát gộp chung đối với từng lớp QoS và kỹ thuật kiểm soát tài nguyên.
Hình 3.2 là một ví dụ về việc phân chia lưu lượng thoại, video và dữ liệu với tốc độ bít đảm bảo tối thiểu. Lưu lượng nỗ lực tối đa và lưu lượng tải có thể điều khiển có thể được ấn định vào cùng một vùng, miễn là quá trình lập lịch có khả năng ấn định một vùng hợp lý cho mỗi lớp dịch vụ. Việc xác định một quỹ dải thông đảm bảo tối thiểu không bằng không cho lưu lượng tải có thể điều khiển và/hoặc lưu lượng nỗ lực tối đa nhằm đảm bảo các lớp này không bị mất đi bởi lưu lượng thoại hoặc video. Khi thực hiện tổ chức trên các đường dây thuê bao số, phương thức an toàn nhất là chia quỹ dải thông dựa trên tốc độ DSL đảm bảo tối thiểu. Nếu tốc độ lớn hơn (ví dụ như lưu lượng web) thì dải thông vượt quá này có thể được sử dụng bởi những ứng dụng nỗ lực tối đa. Việc tổ chức mạng cũng được thực hiện tương tự trong mạng đường trục.
Dải thông có sẵn được phân cho từng lớp QoS, thậm chí cho từng nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ sẽ phụ thuộc vào cam kết lưu lượng đã ký kết với nhà cung cấp truy nhập để xác định rõ có thể cung cấp bao nhiêu lưu lượng thoại và video. Việc cam kết này là một phần thỏa thuận về mức dịch vụ - Service Level Agreement (SLA) với nhà cung cấp truy nhập, thông thường nó phản ánh bằng các nghẽn cổ chai khác nhau trong mạng.
Hình 3.2: Tổ chức mạng trên đƣờng DSL
Quỹ cho lưu lượng thoại
(vd: 90 kbit/s cho mỗi luồng thoại G771)
Quỹ cho lưu lượng Video (vd: 3Mbit/s cho mỗi video)
Quỹ cho tải có thể điều khiển và nỗ lực tối đa (ví dụ: 128kbit/s cho lưu lượng tải có thể điều
khiển và nỗ lực tối đa) Tốc độ bít DSL tổi thiểu (vd: 3,5Mbit/s)
Tốc độ bít DSL (vd: 3,7Mbit/s)
3.1.3 Kiểm soát cấp tài nguyên
Cần phải áp dụng các cơ chế để giới hạn tổng số dòng video trên đường truy nhập và trong mạng đường trục sau khi tổ chức mạng, . Kiểm soát cấp tài nguyên kiểm tra xem liệu có dịch vụ mới nào được mạng hỗ trợ không. Một ví dụ điển hình về các dịch vụ triple-play (cấp đồng thời thoại, dữ liệu, video) được minh họa trong hình 3.3. Việc kiểm soát tài nguyên do một thành phần kiểm soát QoS điều khiển, thành phần này tiến hành một số kiểm tra đối với từng đường truyền trong mạng truy nhập và mạng đường trục. Có nhiều cách để thực hiện chức năng này từ phương thức phân tán quen thuộc với mô hình dịch vụ tích hợp sử dụng báo hiệu QoS trong băng cho đến kiểm soát QoS tập trung cho mạng truy nhập và đường trục. Phương pháp tập trung được giả thiết biết đầy đủ về các dịch vụ cung cấp cho khách hàng và việc quy hoạch mạng dựa trên sự hiểu biết về các dịch vụ, kể cả các quỹ băng thông trên các đường truy nhập
Để thực hiện kiểm soát tài nguyên cho đường truy nhập và để kiểm soát QoS cho mạng đường trục thì cần tích hợp một thành phần kiểm soát QoS vào trong nút truy nhập . Trong trường hợp các dịch vụ dựa trên kỹ thuật truyền đa hướng – multicasting (ví dụ: truyền hình quảng bá), nút truy nhập là phần tử mạng đầu tiên nhận và gửi đi các bản tin đa hướng và thực hiện tái tạo lưu lượng. Do có đầy đủ thông tin về tốc độ bit trên đường truy nhập, nó có thể chặn các thuê bao tham gia vào dòng multicasst nếu trên đường truy nhập không có đủ tài nguyên. Điều này đảm bảo được chất lượng của các dòng multicast khác trên cùng một đường truy nhập.
Thực tế cho thấy các khách hàng thường yêu cầu đăng ký nhiều dịch vụ. Điều này đặt ra một khó khăn khi kết hợp quá trình kiểm soát cấp tài nguyên trong nút truy nhập với kiểm soát QoS sâu hơn trong mạng khi mà chúng thường không thể thông hiểu về nhau. Tương lai, các nút truy nhập trong quá trình này sẽ trở nên phức tạp hơn.
Kế tiếp là việc kiểm soát cung cấp tài nguyên để thực hiện các quyết định đưa ra từ chức năng kiểm soát QoS. Đây là công việc được tiến hành tại biên của mạng truy nhập và mạng đường trục.
Việc kiểm soát cấp tài nguyên có thể thực hiện tại gateway ứng dụng (ví dụ: bộ định tuyến biên IP) đối với các dịch vụ đơn hướng (unicast) đường xuống. Đối với các dịch vụ multicast, nút truy nhập kiểm soát các dòng
Customer Premises Control Office Regional PoP Application Server Multicast Service Control Ring/Mash/Star Unicast Service Control
được thực hiện trong nút truy nhập hoặc sâu hơn trong mạng tùy thuộc vào nghẽn cổ chai xảy ra ở đâu đối với hướng lên.
3.2 Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS trong các mạng truy nhập vô tuyến:[17][19][20] tuyến:[17][19][20]
Với mạng truy nhập vô tuyến băng rộng, các kỹ thuật QoS phụ thuộc vào