Kiến trúc Diffserv bao gồm hai tập các thành phần chức năng:
Tại biên của mạng: việc phân loại và điều khiển lưu lượng được thực
hiện và các gói được phân vào các lớp.
Tại lõi của mạng: một cơ chế phân loại đơn giản được thực hiện. Cơ
chế hàng đợi dựa trên lớp được áp dụng.
Mô hình DiffServ bao gồm một số thành phần như sau:
DS-byte: byte xác định DiffServ là thành phần TOS của IPv4 và
trường loại lưu lượng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào.
Các thiết bị biên (bộ định tuyến biên): nằm tại lối vào hay lối ra của
mạng cung cấp DiffServ.
Các thiết bị bên trong mạng DiffServ.
Quản lý cưỡng bức: các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo
2.4.2. Giải pháp QoS trên mạng truy nhập
Các dịch vụ băng rộng mới hiện nay như truyền hình tương tác (IPTV), thoại đa phương tiện…phải thoả mãn được sự mong đợi của người dùng như tính sẵn sàng cao, chất lượng hình ảnh sắc nét không bị chớp và âm thanh không bị méo…Để đảm bảo điều đó thì các mạng truy nhập cố định và di động phải đáp ứng được yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS, [20].
Hình 2-11 mô tả mô hình QoS cho phần mạng truy nhập E2E được 3GPP đề cập trong tài liệu TS 23.107.
Hình 2-11. Kiến trúc QoS trong phân vùng mạng truy nhập (3GPP)
Trong phân vùng mạng truy nhập thì các nghiên cứu của 3GPP tương đối bao trùm, 3GPP all-IP xử lý với các mạng không dây tổng quát gồm nhiều phương thức truy nhập khác nhau (TISPAN có mở rộng sang các truy nhập cố định-wireline nhưng thực tế có thể coi là một trường hợp của sự di động với vận tốc bằng 0). Do vậy, ở đây có thể coi framework về QoS được khuyến nghị bởi 3GPP đại diện cho phần mạng này.
Ở đây, phần quản lý QoS dựa trên chính sách có chức năng quyết định dịch vụ (PDP), bao gồm MPDF, WCB và BB. Phần chấp nhận các chính sách (PEP) nằm trong các thực thể RNC, BSC, APC, GGSN. Mạng IP gom các lưu lượng truy nhập dựa trên cơ chế QoS dịch vụ phân biệt (DiffServ).
2.4.2.1. Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập cố định
Đối với mạng truy nhập cố định, chất lượng cung cấp đến khách hàng có thể đạt được bằng cách kết hợp các kỹ thuật QoS trong nút truy nhập và mạng đường trục. Cơ chế QoS được dùng trong các mạng truy nhập và mạng đường
trục cần phù hợp với quy hoạch và cấu hình mạng, các biện pháp kiểm soát tài nguyên và thực hiện theo cam kết về dịch vụ, [3].
QoS trong nút truy nhập: nút truy nhập được xem như một phần tử
mạng đầu tiên dưới sự kiểm soát của nhà cung cấp truy nhập, nó có một vai trò hết sức quan trọng trong việc cung cấp QoS cho toàn bộ lưu hượng hướng lên. Ngoài ra nút truy nhập còn có đầy đủ thông tin về đường truy nhập dành cho các luồng lưu lượng hướng xuống. Vì thế có thể ngăn chặn được hiện tượng nghẽn hướng xuống của lưu lượng có quyền ưu tiên cao.
QoS hƣớng lên:
Phân loại và lọc lưu lượng được thực hiện bằng cách sử dụng các danh sách điều khiển truy nhập ALC (Access Lists Control), danh sách này giúp nhận biết các dòng lưu lượng mà cần phải xử lý QoS. Người ta mong muốn các ALC sẽ trở nên quan trọng hơn, nó không chỉ bao gồm việc phân loại dựa trên ATM 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 ra tổn hại cho toàn 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.
Kiểm soát đầu vào nhằm thực hiện các cam kết lưu lượng mà xác định rõ bao nhiêu lưu lượng người dùng có thể được gửi tới mạng. 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 đường.
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 tiện MAC (Media Access Control) và 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-bit: 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 có thể cung cấp chức năng khác nhau trên cùng một nhóm các hàng đợi.
QoS hƣớng xuống:
Đối với hướng xuống, các khung tới nút truy nhập với DSCP hoặc p-bit 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 các bước tiếp theo như sau:
Giới hạn tốc độ ra: tương tự như 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-bit: 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-bit. Các cơ chế lập lịch kết hợp với việc sử dụng các đặc tính 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.
2.4.2.2. Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ QoS trong mạng truy nhập vô tuyến
Trong các mạng truy nhập vô tuyến băng rộng, phương thức cung cấp chất lượng dịch vụ không những phụ thuộc vào dịch vụ mà còn phụ thuộc vào công nghệ truyền dẫn vô tuyến như: GMS/GPRS, UMTS… và cấu trúc truy nhập vô tuyến. Đến nay có hai cấu trúc được chỉ rõ cho phép cung cấp các dịch vụ GSM/GPRS là qua công nghệ vô tuyến dựa trên gói tin và qua mạng đường trục cố định, như DSL.
Truy nhập di động không cấp phép UMA: là một giải pháp hội tụ mạng
cố định - di động mềm dẻo nhằm mở rộng mức độ phủ sóng GSM/GPRS trong khu dân cư và trong các văn phòng quy mô nhỏ. Chỉ tiêu kỹ thuật UMA đã được chuyển đổi sang 3GPP, sử dụng truy nhập Wifi hoặc Bluetooth kết hợp với mạng đường trục cố định. Điều này cung cấp các dịch vụ GSM/GPRS hỗ trợ trong mạng WLAN cũng như chuyển vùng và chuyển giao liền mạch trong mạng tế bào.
Ở hướng xuống: cổng truyền thông GSM đối với miền chuyển mạch
kênh và SGSN đối với miền chuyển mạch gói đánh dấu các gói IP bằng DSCP. SGW gói các gói tin IP gốc vào đường hầm IPSec
chuyển thẳng tới trạm di động và tạo IPSec từ DSCP gốc. DSCP gốc được lấy ra từ gói IP đã được đóng gói ở phía trạm di động.
Ở hướng lên: trạm di động sao chép DSCP mào đầu IP ở phía ngoài
của hướng xuống thành DSCP mào đầu IP ở phía ngoài của hướng lên cho QoS giữa trạm di động và SGW. Nó cũng sao chép DSCP mào đầu IP ở phía trong của hướng xuống thành DSCP mào đầu IP ở phía trong của hướng lên cho QoS ở phía bên kia SGW. Để đảm bảo QoS qua mạng truy nhập Ethernet và mạng đường trục thì gateway định tuyến sẽ ánh xạ IP DSCP vào lớp QoS Ethernet thích hợp.
3GPP-WLAN interworking: việc 3GPP kết hợp với WLAN là để mở
rộng các dịch vụ 3GPP dựa trên truyền dẫn gói tới môi trường truy nhập WLAN. Không giống như cấu trúc UMA được thiết kế chủ yếu cho các dịch vụ chuyển mạch kênh, cấu trúc WLAN interworking được thiết kế cho các dịch vụ dựa trên truyền dẫn gói bằng kết nối WLAN với cùng mạng IP bên ngoài được sử dụng bởi mạng truy nhập GPRS.
3GPP đang tiến tới hỗ trợ QoS chuẩn hoá trên mạng WLAN interworking. Việc này có thể ảnh hưởng đến chuẩn IEEE 802.11e, nhưng lại bổ sung cho chuẩn WLAN 802.11 với những cải tiến MAC đối với QoS. Vì các dịch vụ UMA và các dịch vụ WLAN interworking đều là các dịch vụ 3GPP và dựa trên những nguyên lý QoS tương tự nhau. Báo hiệu người sử dụng sẽ yêu cầu kênh truyền tải thích hợp tới mạng truy nhập. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng GANC đối với UMA và PDG/WAG đối với mạng WLAN interworking. Khi đó có thể đáp ứng các kỹ thuật QoS được phác thảo trong cấu trúc UMA và mạng truy nhập DSL.
2.5. Một số vấn đề cần quan tâm để đảm bảo QoS khi xây dựng FMC
QoS là một vấn đề được quan tâm nhiều trong mạng hội tụ FMC. Đảm bảo QoS tốt là tiền đề để thu hút khách hàng sử dụng các dịch vụ trên nền mạng hội tụ. Có nhiều giải pháp để hỗ trợ cho QoS trong mạng hội tụ, trên thực tế để đạt được kết quả cao nhất, các nhà cung cấp và khai thác mạng thường kết hợp nhiều giải pháp tùy theo thực trạng của mạng. Đối với các nhà khai thác dịch vụ mạng FMC khi mạng IP có khả năng đảm bảo QoS thì việc tổ chức mạng cần quan tâm một số vấn đề sau:
Nhà khai thác FMC phải có khả năng dự báo dịch vụ nhằm xác định băng
thông và các chỉ tiêu QoS cho mạng của mình một cách hợp lý nhất cả về giá thành và kỹ thuật.
Hệ thống thuộc lớp điều khiển hoặc dịch vụ của mạng FMC phải hỗ trợ khả năng kiểm soát đầu vào nhằm kiểm soát lưu lượng thông tin vào/ra để tránh trường hợp phiên liên lạc vẫn được thiết lập trong khi tài nguyên nội mạng không còn có khả năng đáp ứng.
Các nhà khai thác dịch vụ mạng FMC phải chủ động thường xuyên giám
sát chất lượng dịch vụ nội mạng để tránh trường hợp khi mạng bị tấn công thì nhà cung cấp mạng IP cũng không thể kiểm soát QoS thay nhà cung cấp dịch vụ được.
Các nhà khai thác dịch vụ FMC có thể phân vùng mạng thành nhiều miền
và đặt các thiết bị an ninh và kiểm soát QoS giữa chúng để tránh tê liệt hoàn toàn khi bị tấn công. Việc phân vùng mạng giúp cô lập các vùng bị tấn công và giảm nhẹ mức độ tác động lên toàn mạng.
2.6. Kết luận chƣơng 2
Mạng hội tụ FMC có cấu trúc phức tạp, bao gồm cả mạng cố định và mạng di động, có sự hỗn hợp của nhiều công nghệ cả hữu tuyến và vô tuyến cho nên để giải quyết vấn đề QoS được triệt để là cả một vấn đề lớn. Trong chương này, chúng ta đã đưa ra một số kỹ thuật chủ yếu để đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho phần mạng truy nhập và mạng lõi khi xây dựng mạng hội tụ FMC. Trong thực tế, còn rất nhiều đề xuất khác liên quan đến các khía cạnh khác nhau của vấn đề QoS. Hiện tại, một số giải pháp QoS trong mạng FMC đã được triển khai nhưng chủ yếu quan tâm đến vấn đề điều khiển và dịch vụ. Để mạng FMC có thể cung cấp các dịch vụ đầy hứa hẹn cho người dùng thì vấn đề QoS còn cần phải đầu tư nghiên cứu nhiều trong thời gian tới.
Để triển khai xây dựng mạng hội tụ giữa cố định và di động của Việt Nam, chúng ta đã đưa ra cấu trúc chung cho mạng hội tụ FMC và mô hình chuyển đổi của các mạng hiện tại sang mạng hội tụ FMC tại chương 1, đồng thời xem xét đến vấn đề chất lượng dịch vụ QoS khi xây dựng mạng FMC tại chương 2. Trong chương 3, sẽ thảo luận đến một số công nghệ điển hình có thể đem lại sự hội tụ giữa cố định - di động và phân tích khả năng ứng dụng triển khai trong thực tiễn tại Việt Nam trên cơ sở nghiên cứu hiện trạng mạng viễn thông của VNPT.
CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP HÌNH THÀNH MẠNG HỘI TỤ FMC
Doanh thu từ dịch vụ thoại của nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống đã tiến tới ngưỡng tối đa và đang có xu hướng giảm dần do có sự cạnh tranh rất lớn từ các nhà cung cấp khác. Các công nghệ mới cho phép nhà cung cấp mới thâm nhập vào lĩnh vực kinh doanh dịch vụ thoại truyền thống. Thị trường này đang có sự xuất hiện của các ISP và các doanh nghiệp khác. Sự cạnh tranh, hấp dẫn lớn từ dịch vụ IP-Phone dẫn tới sự biến động của thị trường này. Các nhà cung cấp ISP có thể cung cấp dịch vụ IP-Phone giá rẻ, ngoài ra còn có các dịch vụ băng rộng khác như: thoại truyền hình, xem phim theo yêu cầu… Băng thông rộng chính là yếu tố hình thành khái niệm xVNO. Tồn tại các nhà khai thác mạng ảo, có thể là mạng cố định ảo (FVNO) hoặc mạng di động ảo. Như vậy, ranh giới giữa nhà khai thác mạng di động và nhà khai thác cố định không rõ rệt, tiến tới loại hình chung –xVNO. Đây là xu hướng của hội tụ giữa các loại hình mạng khác nhau, cụ thể là giữa mạng cố định và mạng di động. Một nhà khai thác mạng nói chung có thể đóng vai trò của nhà khai thác mạng di động hoặc vai trò của nhà khai thác mạng cố định.
Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận đến những công nghệ có thể đem lại sự hội tụ giữa cố định - di động và ứng dụng triển khai chúng trong thực tiễn. Trước hết, chúng ta sẽ bắt đầu thảo luận về công nghệ truy cập không cấp phép UMA/GAN và công nghệ Femtocell, mà trong thời gian vừa qua có thể coi là một chủ đề có khả năng đem lại thành công lớn cho mạng FMC. Cuối cùng chúng ta sẽ tìm hiểu hệ thống mạng hội tụ FMC dựa trên công nghệ IMS và xây dựng giải pháp hội tụ cố định di động cho Việt Nam thông qua việc khảo sát hiện trạng mạng cố định và di động của nhà cung cấp VNPT.
Giải pháp hội tụ dựa trên công nghệ không cấp phép UMA
(Unlicensed Mobile Access): cho phép cung cấp các dịch vụ thoại và số liệu di động chất lượng cao trên mạng GSM và các mạng vô tuyến băng rộng (Wi-Fi/Bluetooth) sử dụng ở trong nhà, văn phòng và các điểm truy nhập công cộng. Việc truy nhập trong các phổ tần vô tuyến không cấp phép của các mạng vô tuyến băng rộng có giá thành thấp hơn nhiều so với các mạng di động 2,5G và 3G.
Giải pháp hội tụ dựa trên công nghệ Femtocell: là một giải pháp cho
hội tụ cố định - di động, cung cấp kết nối tốc độ cao cho người dùng trong nhà, văn phòng, công sở. Những tiềm năng về dịch vụ đa phương
Giải pháp hội tụ dựa trên kiến trúc mạng lõi IMS (IP Multimedia Subsystem): được sử dụng cho mục đích phân phối các dịch vụ đa phương tiện. Kiến trúc IMS cho phép kết kết nối với nhiều loại mạng truy nhập khác nhau (có thể là mạng di động 2G, 3G, WiFi, WiMAX, mạng cố định...).
3.1. Các yếu tố tác động đến sự hội tụ
Một số yếu tố chính tác động tới sự hội tụ giữa mạng cố định và di động: