Chương 3 : Quy hoạch mạng truyền tải của VNPT
3.5 Đảm bảo QoS cho mạng
Một trong những vấn để quan trọng trong cụng tỏc qui hoạch là phải định cỡ cỏc đường kết nối và cỏc nỳt mạng sao cho hạ tầng truyền tải cú thể đỏp ứng cỏc yờu cầu về chất lượng dịch vụ. Cỏc tham số về chất lượng dịch vụ đầu cuối cho mạng IP được xỏc định theo Khuyến nghị của ITU-T là độ trễ trung bỡnh, độ trễ lớn nhất, độ vi sai trễ, tỉ lệ tổn thất gúi tin. Mỗi một dịch vụ cụ thể (như thoại, video, dữ liệu Internet,…) sẽ đũi hỏi một cấp chất lượng dịch vụ khỏc nhau. Để thoả món cỏc điều kiện về QoS này, ngoài việc phải xỏc định và phõn bổ tài nguyờn của mạng, như băng thụng, bộ đếm, … cũn phải ỏp dụng cỏc cơ chế phõn chia và ưu tiờn, cỏc thuật toỏn và thủ tục (như DiffServ) cho cỏc lớp
lưu lượng tương ứng với cỏc dịch vụ đầu cuối. Trong bài toỏn qui hoạch chỳng tụi sẽ giới hạn việc tớnh toỏn qui hoạch mạng chuyển mạch IP/MPLS dựa trờn yờu cầu về trễ gúi tin trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin. Để đảm bảo tham số chất lượng dịch vụ jitter chỳng tụi chỉ giới hạn số cỏc nỳt trờn một đường định tuyến nhằm cõn bằng trễ cho cỏc dịch vụ.
Để tớnh được chớnh xỏc băng thụng yờu cầu cho mạng trục trờn mỗi đường kết nối thoả món cỏc tham số về QoS như trễ, tỉ lệ tổn thất gúi tin chỳng ta phải mụ hỡnh hoỏ lưu lượng. Hiện nay cỏc nghiờn cứu về lưu lượng mạng cho thấy lưu lượng IP tập trung trờn mạng trục số phải cú dạng phụ thuộc trường kỡ long-range dependent (LRD). Do đú cỏc tham số như giỏ trị trung bỡnh, vi sai, tham số Hurst sẽ phải được tớnh đến dựa trờn cỏc mẫu về lưu lượng thu được trờn mạng. Dựa trờn cỏc tham số về lưu lượng, lưu lượng đầu vào của một nỳt mạng sẽ được mụ hỡnh hoỏ. Đồng thời sử dụng kỹ thuật mụ phỏng nỳt bằng một hàng đợi, chỳng ta sẽ tớnh băng thụng yờu cầu cho mỗi nỳt đảm bảo độ trễ trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin cho trước. Tuy nhiờn với sự thay đổi và khụng ổn định của cỏc tham số lưu lượng, nhất là đối với cỏc lưu lượng mạng trong tương lai, việc xỏc định cỏc tham số lưu lượng mạng trục gần như khụng cú khả năng. Do đú chỳng ta cú thể sử dụng cỏc kết quả đó đạt được từ cỏc nghiờn cứu sẵn cú để phõn bổ tài nguyờn cần thiết cho cỏc kết nối và ước tớnh giỏ trị băng thụng cho cỏc kết nối cụ thể. Băng thụng cần thiết để đảm bảo QoS cú thể được tớnh dựa trờn tỉ lệ với lưu lượng trung bỡnh – là tham số đó cú được từ bảng dự bỏo lưu lượng.
Trờn mạng trục, lưu lượng của cỏc dịch vụ khỏc nhau được chia ra thành cỏc lớp, ứng với cỏc lớp lưu lượng đũi hỏi chất lượng dịch vụ khỏc nhau theo Khuyến nghị của ITU-T. Trong bài toỏn qui hoạch này chỳng tụi chia lưu lượng mạng thành 3 lớp QoS theo cỏc Khuyến nghị Y. 1541 và Y. 1561:
Lớp 0 (class 0): Cỏc dịch vụ thời gian thực, thoại VoIP, video. Trễ trung bỡnh 100ms; Tỉ lệ tổn thất gúi tin 103 ; Tỉ lệ nghẽn 0.01
Lớp 2 (class 2): Lưu lượng điều khiển, bỏo hiệu. Trễ trung bỡnh 100ms; Tỉ lệ tổn thất gúi tin 103
Lớp 3 (class 3): Lưu lượng dữ liệu, Internet. Trễ trung bỡnh 400ms; Tỉ lệ tổn thất gúi tin 103
Để đảm bảo độ trễ đầu cuối trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin trờn mạng trục cho tất cả cỏc loại dịch vụ, chỳng tụi thống nhất thiết kế qui hoạch mạng thoả món cỏc giỏ trị chất lượng mạng theo tiờu chuẩn khuyến nghị của lớp 0. Với độ trễ đầu cuối cho cỏc dịch vụ lớp 0 là nhỏ hơn 100 ms, tỉ lệ tổn thất gúi tin thấp hơn 0.1%. (Rem. Y. 1541 của ITU- T), tạm tớnh cho độ trễ trung bỡnh trờn mỗi đường định tuyến khụng vượt quỏ 20 ms trờn mạng trục (tham khảo phõn bổ trễ đầu cuối trong Y. 1541, giải phỏp NGN của cỏc hóng như Erisson, …). Đối với cỏc thiết bị chuyển mạch/định tuyến trục hiện nay, trễ trung bỡnh trờn mỗi nỳt mạng vào khoảng 2~3 ms. Với mụ hỡnh mạng IP/MPLS của VNPT bao gồm 3 vựng lưu lượng miền Bắc, miền Trung và miền Nam, kết nối qua mạng xương sống Hà Nội –Đà Nẵng – TP. Hồ Chớ Minh thỡ chỳng ta cú thể tạm tớnh trễ trung bỡnh trờn mỗi vựng khụng được vượt quỏ 10 ms. Trễ này được phõn bổ trờn cỏc nỳt mạng như sau: tại mỗi nỳt mạng trễ trung bỡnh khụng quỏ 2 ms, mỗi đường định tuyến trong một vựng khụng cú quỏ 5 nỳt mạng. Đối với tỉ lệ tổn thất gúi tin thỡ tại mỗi nỳt mạng khụng quỏ 0.01%, ứng với tỉ lệ tổn thất gúi tin trờn toàn bộ mạng trục (tối đa 5 nỳt trờn một đường
định tuyến trong một vựng) khụng quỏ 0.01%. Đối với mạng hỡnh sao thỡ số nỳt mạng trờn một đường định tuyến tại mỗi vựng sẽ chỉ cũn là 2, do đú yờu cầu về trễ trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin tại mỗi nỳt mạng sẽ khụng cần chặt chẽ như trờn mạng lưới.
Hai tham số yờu cầu về trễ trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin tại mỗi nỳt mạng tham gia trong quỏ trỡnh tớnh toỏn hệ số băng thụng yờu cầu sẽ được người qui hoạch mạng nhập vào phần mềm, và phần mềm sẽ cho chỳng ta kết quả hệ số băng thụng yờu cầu. Hệ số băng thụng này sẽ được hiểu như là tỉ lệ giữa dung lượng kết nối cần định cỡ và lưu lượng trung bỡnh của đường kết nối. Cỏc hệ số này phụ thuộc vào mụ hỡnh lưu lượng mạng, cỏc tham số của lưu lượng (như giỏ trị lưu lượng trung bỡnh, vi sai, độ bựng nổ của lưu lượng, …). Tuy hệ số này thay đổi đối với mỗi giỏ trị và mụ hỡnh Lưu lượng, để đơn giản hoỏ quỏ trỡnh định cỡ và tớnh toỏn tối ưu, chỳng tụi sẽ chia giỏ trị lưu lượng trung bỡnh ra thành 5 dải: nhỏ hơn 0.155Gbps; 0.155Gbps ~ 0.622 Gbps; 0.622 Gbps ~ 2.5Gbps; 2.5Gbps ~ 10 Gbps; lớn hơn 10Gbps; và xỏc định một hệ số chung cho mỗi dải. Nếu giỏ trị lưu lượng trung bỡnh càng lớn thỡ hệ số này càng nhỏ, do cỏc luồng lưu lượng lớn được ghếp kờnh thống kờ từ nhiều nguồn lưu lượng nhỏ nờn thường bằng phẳng hơn. Ngoài ra, chỳng ta cũng chỉ chọn một mụ hỡnh lưu lượng tiờu biểu để sử dụng cho tớnh toỏn. Việc xỏc định hệ số băng thụng này được thực hiện trong phần mềm bao gồm cỏc bước sau:
Tạo giỏ lưu lượng theo mụ hỡnh đó chọn.
Mụ phỏng quỏ trỡnh xử lý tại mỗi nỳt mạng bằng một mụ hỡnh xếp hàng với độ dài bộ đệm khụng đổi thoả món yờu cầu trễ trung bỡnh.
Tăng dần băng thụng đầu ra của mụ hỡnh hàng đợi sao cho đạt được giỏ trị tỉ lệ tổn thất gúi tin thoả món yờu cầu đặt ra.
Cỏc hệ số tớnh được trong phần mềm cho cỏc dải băng thụng khỏc nhau và được ỏp dụng để định cỡ mạng trong nội dung đề tài này là
Trờn 10 Gbps hệ số băng thụng là 1.5
Từ 2.5 Gbps đến 1.0 Gbps hệ số băng thụng là 1.75
Từ 0.622 Gbps đến 2.5 Gbps hệ số băng thụng là 1.84
Từ 0.155 Gbps đến 0.622 Gbps hệ số băng thụng là 1.9
Nhỏ hơn 0.155 Gbps hệ số băng thụng là 2.05