Lớp QoS Thành phần Cỏc đặc tớnh QoS
Hội thoại thời
gian thực Thoại, audio, video, đa phương tiện
Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, cú giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi hoặc cố định.
Luồng thời gian thực
Audio, video, đa phương tiện
Trễ và biến động trễ cú dung sai nhất định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi.
Tương tỏc cận
thời gian thực Dữ liệu
Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổ thất, tốc độ bit thay đổi
Phi thời gian
thực Dữ liệu
Khụng nhạy cảm với trễ và biến động trễ, nhạy cảm với lỗi
Bảng 1.2 Phõn lớp dịch vụ theo ITU-T Y.1541
Lớp QoS Cỏc đặc tớnh QoS
0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tỏc cao 1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tỏc 2 Dữ liệu chuyển giao, tương tỏc cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tương tỏc
4 Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, video) 5 Cỏc ứng dụng nguyờn thủy của mạng IP
6 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gúi, nhạy cảm với jitter, thời gian thực, tương tỏc cao. 7 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gúi, nhạy cảm với jitter, thời gian thực, tương tỏc. Từ cỏc lớp dịch vụ này, ITU-T đưa ra phõn lớp QoS cho mạng IP với cỏc yờu cầu cụ thể về QoS IP cho từng lớp dịch vụ.
Bảng 1.3 Lớp QoS và cỏc giỏ trị hiệu năng mạng IP (ITU-T Y.1541)
Tham số NP
QoS Classes
Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4 Unspecified Class 5 Class 6 Class 7 IPTD IP packet Loss Ratio 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1 s U 100ms 400ms IPDV IP packet Delay Variation 50 ms 50 ms U U U U 50ms 50ms IPLR IP packet Loss Ratio 1 ì 10–3 1 ì 10–3 1 ì 10–3 1 ì 10–3 1 ì 10–3 U 1x10-6 1x10-6 IPER IP packet Error Ratio 1 ì 10–4 U 1 ì 10–4 1 ì 10–4 IPRR IP Packet Recording Ratio U U 1x10-6 1x10-6
U: Unspecial, khụng được chỉ định, cỏc dịch vụ thuộc lớp này khụng cú yờu cầu đặc biệt đối với tham số NP tương ứng.
21
Class 6 và class 7 được xem là cỏc lớp tạm thời, vỡ cỏc yờu cầu của nú khụng thể xỏc định được nếu chưa đặt vào trường hợp thực tế.
1.4.5 Cỏc độ đo QoS
Về tổng quỏt, QoS cú ba thuộc tớnh: tớnh kịp thời, sự chớnh xỏc và độ chớnh xỏc (Ye, 2002). Cỏc độ đo tớnh kịp thời (Timeliness) thực hiện để tạo đầu ra của tiến trỡnh. Độ đo sự chớnh xỏc, đo lượng hoặc số lượng được tạo ra ở đầu ra. Độ chớnh xỏc đo lường chớnh xỏc của kết quả tạo ra, thường liờn quan đến nội dung của cỏc đầu ra. đo cụ thể của ba thuộc tớnh QoS phụ thuộc vào tiến trỡnh quan tõm. Hiện nay QoS của mạng mỏy tớnh đó sử dụng cỏc tham số độ đo delay, jitter, throughput, tỷ lệ mất gúi ngoài được tớnh toỏndựa trờn định nghĩa chuẩn húa của liờn minh viễn thụng ITU và cỏc khuyến nghị RFC3993, RFC2680,...
1.4.5.1 Độ trễ (delay)
Khỏi niệm: Độ trễ cú nghĩa là khoảng thời gian một gúi tin cần để đi qua từ một điểm đến một điểm khỏc trong mạng.Thời gian cần thiết cho một gúi tin được truyền từ cỏc nguồn đến đớch của nú được gọi là độ trễ end-to-end. Cỏc thành phần gõy ra độ trễ end-to-end cú thể cố định hoặc thay đổi.
A B Truyền tải Xếp hàng Xử lý Lan truyền
Hỡnh 1.10 Biểu diễn độ trễ gúi tin
Bốn nguyờn nhõn của sự trễ gúi tin + Xử lý tại node mạng
- Kiểm tra lỗi - Xỏc định cổng ra + Hàng đợi :
Phải chờ khi cổng ra đang bận và phụ thuộc vào mức độ tắc nghẽn của bộ định tuyến + Truyền tải:
Nếu gọi R=băng thụng của kết nối (bps) L= kớch thước của gúi (bits)
Thời gian để đẩy hết gúi lờn liờn kết/đường truyền = L/R + Thời gian lan truyền:
d = độ dài của đường dõy
s = tốc độ lan truyền tớn hiệu (~2x108m/sec) Thời gian lan truyền = d/s
Độ trễ tại nỳt mạng: delaynode dXl dTt dXhdLt (1.5) Độ trễ trung bỡnh: n delay adelay n i i 1 (1.6)
22
Trong đú: adelay : là độ trễ trung bỡnh của một gúi tin nhận được delayi : Độ trễ của gúi tin thứ i.
n : Số gúi tin nhận đươc. Hay tổng quỏt:
DelayPacketArrivali PacketStarti (1.7) 1.4.5.2 Biến thiờn trễ (Jitter)
Jitter cú thể được xem là sự thay đổi độ trễ hay biến động trễ gúi tin. Giỏ trị của jitter được tớnh từ trễ đầu cuối. Đo jitter là yếu tố quan trọng để xỏc định hiệu suất của mạng và QoS cỏc mạng cung cấp. Đõy là sự thay đổi theo thời gian giữa cỏc gúi tin đến. Jitter thường được sử dụng như một chỉ số về tớnh thống nhất và tớnh ổn định của mạng. Cụng thức (1.8) trỡnh bày phương phỏp tớnh toỏn jitter.
j i i time send i time rec j time send j time rec jitter ( _ ( ) _ ( )) ( _ () _ ()) (1.8) Trong đú jitter : Độ lệch.
rec_time(j) : Thời gian nhận được gúi j rec_time(i) : Thời gian nhận được gúi i. send_time(j) : thời gian gửi gúi j.
send_time(i) : thời gian gửi gúi i j và i là chỉ số cỏc gúi tin liờn tiếp Một cỏch tổng quỏt: N Delay Delay square Jitter n i i 0 ( ) , (1.9) 1.4.5.3 Thụng lượng (throughput)
Khỏi niệm: Thụng lượng là thước đo số lượng cỏc gúi tin gửi thành cụng trong một mạng lưới. Nú được đo bằng số gúi dữ liệu truyền thành cụng / giõy.
Thụng lượng: tốc độ (bit/s) mà cỏc bit được truyền tải giữa mỏy gửi và mỏy nhận. Tức thời: tốc độ tại một thời điểm cụ thể
Trung bỡnh: tốc độ trong một khoảng thời nhất định.
Ta tớnh thụng lượng trung bỡnh của mỗi kết nối tớnh từ khi nhận được gúi tin đầu tiờn đến thời điểm nhận được từng gúi tin tiếp theo được tớnh theo cụng thức sau:
past time data recvd total avgThrput _ _ _ , (1.10) Trong đú:
- avgThrput: thụng lượng trung bỡnh của kết nối tớnh từ khi nhận được gúi tin đầu tiờn đến thời điểm nhận được gúi tin hiện tại (đơn vị bps)
- total_recved_data: tổng số dữ liệu mà node nhận của kết nối nhận được tớnh đến thời điểm nhận gúi tin hiện tại(đơn vị bit)
- past_time: khoảng thời gian tớnh từ khi kết nối hoạt động bắt đầu hoạt động đến thời điểm nhận được gúi tin hiện tại.
1.4.5.4 Tỷ số truyền gúi tin
Tỷ số truyền gúi tin nghĩa là tổng số cỏc gúi tin đó gửi thành cụng đến đớch. Cụng thức 1.11 trỡnh bày phương phỏp tớnh PDR (Tỷ lệ phõn phối/truyền gúi tin).
23 100 s x Sent Packets Delivered Packet PDR i i , (1.11) 1.4.5.5 Mất gúi tin
Hàng đợi (bộ nhớ) của bộ định tuyến cú dung lượng giới hạn, khi hàng đợi đó đầy, cỏc gúi tiếp theo sẽ bị bỏ. Gúi tin bị mất cú thể được truyền lại bởi node kề trước, hoặc bởi nguồn, hoặc khụng được truyền lại.
Ta cú thể tớnh độ mất gúi như sau: pks pkl pl , (1.12)
Trong đú: pl là tỷ lệ số gúi tin bị mất trờn đường truyền pkl : tổng số gúi tin bị mất pks : tổng số gúi tin gửi đi.
Tỷ lệ mất gúi tin tối đa phải đạt dưới một mức nào đú tựy theo yờu cầu dịch vụ để giữ cho phõn phối thành cụng của QoS cao. Theo tiờu chuẩn ITU (Liờn minh Viễn thụng quốc tế), giỏ trị của gúi tin bị mất nờn được giữ ở mức tối thiểu.
Data Rate: Tốc độ dữ liệu đề cập/dựng để chỉ tốc độ dữ liệu thụ của dữ liệu đa phương tiện được mó húa trước khi truyền, nghĩa là, tốc độ mó húa dữ liệu.
Required Bandwidth: Băng thụng yờu cầu được định nghĩa theo tốc độ truyền dữ liệu, được tớnh bằng bit trờn giõy, của mỗi ứng dụng cụ thể trong truyền thụng. Số liệu này bao gồm cỏc dữ liệu thụ và chi phớ.
Error Rate: Tỷ lệ lỗi bit là tần số của bit lỗi giữa hai điểm trong truyền viễn thụng.
Ứng dụng cú thể được phõn loại theo yờu cầu phụ thuộc vào thời gian của chỳng. Người ta phõn loại tất cả cỏc ứng dụng thành hai loại phụ thuộc thời gian: Real –Time (RT) cỏc ứng dụng thời gian thực và Non-Real-Time (NRT) ứng dụng phi thời gian thực. Thời gian thực được định nghĩa theo từ điển mỏy tớnh Oxford như sau:” Một hệ thống mà trong đú thời gian tại đú nơi đầu ra là quan trọng. Điều này thường là do đầu vào tương ứng với một số chuyển động trong thế giới vật lý và đầu ra phải liờn quan đến cựng một chuyển động. Thời gian trễ (độ trễ) từ thời điểm đầu vào thời gian đầu ra phải đủ nhỏ để cú thể đảm bảo tớnh kịp thời” Trong cỏc ứng dụng RT, mạng cần phải cung cấp thụng tin đỏp ứng theo thời gian mà khụng thay đổi cỏc thuộc tớnh thời gian tớch hợp của nú. Đối với mức độ hài lũng của người sử dụng, cỏc ứng dụng cần phải duy trỡ độ trễ nghiờm ngặt hơn và yờu cầu jitter cho cỏc ứng dụng RT. Để duy trỡ thời gian hệ thống, cỏc yờu cầu độ trễ phải nghiờm ngặt. Cỏc yờu cầu về jitter là quan trọng để truyền tải dữ liệu liờn tục ở một tốc độ đỏng tin cậy. Ngược lại cỏc ứng dụng NRT là cỏc ứng dụng bất kỳ khụng cú yờu cầu nghiờm ngặt về mặt thời gian. Cỏc kiểu ứng dụng NRT khụng bị lỗi/hỏng nếu cỏc số liệu tớnh toỏn kịp thời khụng được đỏp ứng, chỳng cũng khụng đũi hỏi độ chớnh xỏc về mặt thời gian để được xem xột chấp nhận được.
Quan điểm con người về QoS
Trong văn bản thụng thường và kết nối mạng dữ liệu, yờu cầu về độ trễ là nghiờm ngặt nhất. Thời gian phản ứng/phản hồi (response time) trong cỏc ứng dụng cú thể tăng từ 2 đến 5 giõy trước khi trở thành khụng thể chấp nhận (Szuprowicz, 1995). Ngay cả ở 5 giõy, thời gian phản ứng vẫn cú thể được coi là chấp nhận được.
Dựa trờn cỏc thử nghiệm, Liờn minh Viễn thụng Quốc tế (ITU) G.114 khuyến cỏo cỏc yờu cầu kỹ thuật đối với trễ đầu cuối một chiều đối với truyền thụng thời gian thực chất lượng cao trong viễn thụng phải nhỏ hơn 150 mili giõy. Theo (ITU G.114, 1996), G.114 giới hạn thời gian được thể hiện trong Bảng 1.4, 1.5.
24