Đặc tính hóa chất lượng dịch vụ trong bối cảnh NGN

0


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG



CHU THỊ NGỌC QUỲNH



ĐẶC TÍNH HÓA CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRONG BỐI CẢNH NGN



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Ngọc San




HÀ NỘI-2011


1

LỜI MỞ ĐẦU
Phát triển cơ sở hạ tầng mạng thế hệ sau (Next Generation Network – NGN) là xu
hướng chủ đạo trong giai đoạn hiện nay của các nhà cung cấp dịch vụ mạng viễn thông trên thế

giới và của Việt Nam. Mục tiêu cơ bản của hầu hết các dự án triển khai mạng NGN đều hướng
tới việc xây dựng (theo cả chiều sâu và bề rộng), cơ sở hạ tầng mạng tích hợp truyền tải dịch vụ
đa phương tiện và ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến (mở rộng lĩnh vực dịch vụ,
làm giàu hoá nội dung số), đồng thời áp dụng giải pháp cần thiết để khai thác tối đa tiềm năng
cơ sở hạ tầng viễn thông hiện có. Về bản chất mạng NGN trong giai đoạn trước mắt không sử
dụng một giải pháp công nghệ thuần nhất mà là giải pháp mạng tích hợp, liên kết các cơ sở hạ
tầng mạng dựa trên công nghệ mới với cơ sở hạ tầng mạng hiện có, sao cho chúng phối hợp,
cung cấp dịch vụ một cách thông suốt, đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS.
Mục đích nghiên cứu trình bày trong luận văn này nhằm giải quyết một “khía cạnh nhỏ”
trong một mục tiêu dài hạn là “đưa vấn đề quản lý và đảm bảo QoS vào bài toán điều khiển
theo quỹ đạo”. Mục tiêu trước mắt trong bài toán điều khiển này là “xác định vị trí (tọa độ) của
điểm chất luợng dịch vụ trong không gian cấu thành bởi các tham số phản ánh hàm QoS, đảm
bảo bởi nhà cung cấp dịch vụ đối với khách hàng”, đây chính là mục đích nghiên cứu được
trình bày trong luận văn.
Nhiệm vụ cụ thể nhằm thực hiện mục đích trên bao gồm:
1) Tìm kiếm các phương pháp phân tích chất lượng dịch vụ QoS phù hợp, trên cơ sở đó
mô tả sát thực các tham số đặc trưng cho QoS.
2) Thực hiện phân tích QoS trên các dịch vụ cụ thể trong mạng NGN.
Trên cơ sở lý thuyết, cách phân tích cụ thể, những nhiệm vụ nghiên cứu đề ra đã được
thực hiện và có kết quả sau:
+ Đưa ra được chế độ danh định (phân nhóm) cho các dịch vụ trong mạng NGN.
+ Định hướng xem xét những dịch vụ mới trên cơ sở bài toán bền vững.




2


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS GIỮA
NHÀ CUNG CẤP VÀ KHÁCH HÀNG
1.1. Giới thiệu
Chất lượng dịch vụ liên quan tới việc ứng dụng các chuẩn thiết kế, lựa chọn các giao
thức phù hợp, xác định cấu trúc mạng, các phương pháp nhận dạng, lựa chọn công nghệ xây
dựng mạng, thiết kế quản lý nút bộ đệm, xem xét để đảm bảo rằng các tham số chất lượng như:
sự tắc nghẽn, độ sẵn sàng, trễ, biến đổi trễ (jitter), thông lượng, độ suy hao, sự tin cậy,… không
vượt quá khoảng thời gian dịch vụ được đáp ứng và lưu lượng tải giữa hai điểm bất kì đã chọn
trong mạng.Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN là một vấn đề phức tạp do: các ứng dụng
NGN yêu cầu chất lượng khác nhau, giao thức IP không đáp ứng được tính nhất quán về chất
lượng các ứng dụng. Tính đa dạng trên một tuyến end-to-end như hỗ trợ nhiều mức QoS khác
nhau tại các điểm đầu cuối, hỗ trợ nhiều loại QoS trong truyền tải và có nhiều nhà cung cấp
khác nhau.
1.2 Tổng quan về mạng NGN
NGN là một mạng trên cơ sở gói có khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông và có khả
năng sử dụng các công nghệ truyền tải đảm bảo QoS, băng thông rộng và trong đó các chức
năng liên quan đến dịch vụ là độc lập với các công nghệ liên quan đến truyền tải bên dưới. Nó
cho phép người dùng truy nhập mạng không giới hạn và truy nhập tới những nhà cung cấp dịch
vụ cạnh tranh trên thị trường hoặc các dịch vụ mà họ lựa chọn. NGN hỗ trợ khả năng di động
cho phép người dùng có thể sử dụng dịch vụ tại nhiều nơi.
Mạng NGN có khả năng hỗ trợ cho các công nghệ đa truy nhập và các cấu hình mạng
khác nhau. Theo Y.2011 phân lớp chức năng của mạng NGN bao gồm các chức năng tầng dịch
vụ và các chức năng tầng truyền tải.
3

Other
Networks
Service Control
Functions
Transport stratum

Service stratum
Control
Media
Management Functions
Management
Service User
Profiles
Service User
Profiles
Transport User
Profiles
Application/Service Support Functions
Third Party Applications
ANI
End-User
Functions
Transport Control Functions
Resource and
Admission
Control Functions
Resource and
Admission
Control Functions
Network
Attachment
Control Functions
Network
Attachment
Control Functions
Transport Functions

NNI
UNI

Hình 1.1. Cấu trúc tổng quan của NGN
1.2.1. Các khối chức năng trong tầng truyền tải
Các khối chức năng trong tầng truyền tải bao gồm:
- Khối các chức năng truyền tải: Các khối chức năng truyền tải có khả năng hỗ trợ cho
việc truyền tải thông tin truyền thông cũng như thông tin điều khiển và quản lý.
- Khối chức năng truy nhập mạng: Khối chức năng truy nhập mạng có nhiệm vụ kiểm
soát người sử dụng truy nhập mạng cũng như thu thập và kết hợp lưu lượng truy nhập để đưa
tới mạng lõi. Khối chức năng truy nhập mạng cũng thực hiện các cơ chế kiểm soát QoS có liên
quan trực tiếp đến lưu lượng người sử dụng, bao gồm cả quản lý bộ đệm, hàng đợi và sắp xếp,
lọc gói tin, phân loại lưu lượng, đánh dấu, kiểm soát và định hướng.
Truy nhập vào mạng NGN bằng các hình thức sau:
• Truy nhập cáp
• Truy nhập xDSL
4

• Truy nhập vô tuyến (ví dụ như công nghệ IEEE 802.11 và 802.16, và truy nhập RAN
cho mạng 3G)
- Khối chức năng biên:sử dụng để xử lý môi trường truyền thông và xử lý lưu lượng khi
lưu lượng đến từ các mạng truy nhập khác nhau được tập hợp lại và hợp nhất trong mạng
truyền tải lõi.
- Khối chức năng truyền tải lõi:có nhiệm vụ bảo đảm cho thông tin truyền tải qua mạng
lõi. Các chức năng trong khối chức năng truyền tải lõi có các cơ chế QoS xử lý trực tiếp lưu
lượng người sử dụng.
- Khối chức năng cổng:
- Khối chức năng kiểm soát môi trường truyền thông.
- Khối các chức năng kiểm soát truyền tải.
1.2.2. Khối các chức năng tầng dịch vụ

Khối các chức năng tầng dịch vụ bao gồm:
- Khối các chức năng điều khiển dịch vụ: bao gồm cả điều khiển phiên và không phiên,
đăng kí, chức năng xác thực và cấp phép ở cấp dịch vụ.
- Khối các chức năng hỗ trợ ứng dụng/dịch vụ: bao gồm cả các chức năng như chức
năng cổng, đăng kí, nhận thực và cấp phép ở cấp ứng dụng.
- Khối các chức năng liên quan đến profile người sử dụng dịch vụ:là sự kết hợp của
thông tin người sử dụng và dữ liệu điều khiển khác thành khối chức năng profile người sử dụng
ở tầng dịch vụ, được thể hiện dưới dạng cơ sở dữ liệu chức năng.
1.2.3. Khối các chức năng liên quan đến người sử dụng cuối
1.2.4. Khối chức năngg quản lý
Điểm cơ bản trong hoạt động của mạng NGN đó là hỗ trợ quản lý. Các chức năng này
tạo khả năng quản lý mạng NGN để các dịch vụ NGN được cung cấp với chất lượng, mức độ
bảo mật và độ tin cậy mong muốn.
1.3. Khái niệm chất lượng dịch vụ
1.3.1. Các khái niệm cơ bản
5

Chất lượng dịch vụ QoS được hiểu và diễn tả theo nhiều cách khác nhau. Có thể
khái quát như sau:
- Đối với lớp ứng dụng: Chất lượng dịch vụ QoS được sử dụng để phản ánh “mức độ
dịch vụ - Grade of Service”. Mức độ dịch vụ này, rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu
dựa vào đánh giá của con người về mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó.
- Đối với lớp truyền tải: Chất lượng dịch vụ được thực hiện bởi phương pháp “định
tuyến QoS- QoS routing”, tìm đường thông trên mạng tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng
dịch vụ
- Đối với lớp mạng: Chất lượng dịch vụ được biểu diễn thông qua các đại lượng toán
học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất…. của các tham số như trễ, mất gói tin, giá…
của luồng gói/tế bào.
1.3.2. Các quan điểm về chất lượng dịch vụ
Theo khuyến nghị G.1000 của ITU-T có bốn quan điểm về chất lượng dịch vụ:

- Yêu cầu của khách hàng về chất lượng dịch vụ.
- QoS được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ.
- QoS được đề xuất bởi nhà cung cấp dịch vụ.
- QoS được cảm nhận bởi khách hàng.
1.4. Các thông số phản ánh chất lượng dịch vụ
1.4.1. Băng thông
1.4.2. Độ trễ - Delay
1.4.3. Độ biến thiên trễ - Delay variation/jitter
1.4.4. Mất gói – Packet loss
1.4.5. Độ khả dụng
1.4.6. Bảo mật
1.5. Đặc tính hóa chất lượng dịch vụ
1.5.1 Các lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối
Các lớp dịch vụ có liên quan tới khả năng của QoS end-to-end, nghĩa là năng lực của
một mạng phân phối các dịch vụ cần thiết bằng lưu lượng mạng cụ thể từ đầu cuối tới đầu cuối.
6

- Best – effort Service: Còn gọi là sự thiếu hụt QoS hay dịch vụ “nỗ lực tối đa” là
một kết nối cơ bản mà không có sự đảm bảo về QoS. Nguyên tắc FiFo của hàng đợi là đặc tính
đặc trưng nhất, đó là đặc tính không có sự phân biệt giữa các luồng.
- Differentiated service: còn gọi là QoS mềm. Một vài lưu lượng được xử lý một cách
tốt hơn so với phần còn lại (xử lý nhanh hơn, băng thông trung bình rộng hơn, và tỉ lệ tổn thất
trung bình thấp hơn). Đó là một sự ưu tiên về mặt thống kê, chứ không phải sự đảm bảo tức
thời và chắc chắn. Điều này được thực hiện thông qua sự phân loại lưu lượng và sử dụng các
công cụ QoS như: PQ, CQ, WFQ…
- Guaranteed service: còn gọi là QoS cứng. Đó là một sự đảm bảo tuyệt đối tài nguyên
mạng cho lưu lượng cụ thể thông qua các công cụ QoS như RSVP và CB-WFQ.


Hình 1.3: Ba lớp QoS từ đầu cuối đến đầu cuối

1.5.2. Chất lượng dịch vụ trong NGN
* QoS trong mạng NGN: xét chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối
Best effort
service
Differentiated
service

Guarantred
service
Lưu lư
ợ
ng IP không
cần đảm bảo QoS
M
ộ
t ph
ầ
n lưu lư
ợ
ng
được xử lý tốt hơn
phần còn lại
M
ộ
t s
ố

ứ
ng d
ụ

ng c
ụ

thể yêu cầu các tài
nguyên mạng đặc
trưng
Networks
Best effort
Differentiated
Guarantred
7


Hình 1.4. QoS trong mạng NGN
- QoS mạng truy nhập: chất lượng dịch vụ trong mạng truy nhập (từ thiết bị đầu cuối
đến cổng nối vào mạng xương sống (backbone). Như vậy chất lượng dịch vụ của mạng này liên
quan đến QoS của mạng Metro/Gigabit Ethernet, QoS của mạng XDSL/HFC, QoS của WLAN,
QoS của di động.
- QoS mạng:
+ QoS của mạng xương sống: chất lượng dịch vụ này lại bao gồm chất lượng dịch vụ
giữa các node trong mạng xương sống. Chất lượng dịch vụ này liên quan đến chất
lượng dịch vụ của mạng MPLS/GMPLS, IP over WDM, IP over ATM.
+ QoS của các mạng ở lớp cung cấp dịch vụ: chất lượng dịch vụ của mạng từ mạng
xương sống đến mạng cung cấp dịch vụ.
* Kiến trúc QoS:




Edge

Edge
M
ạ
ng xương
sống
ISP
T
ổ

ch
ứ
c
kinh
doanh

H
ữ
u
tuy
ế
n

Vô tuyến
Host
QoS từ đầu cuối đến đầu cuối
QoS mạng

QoS mạng
QoS mạng truy nhập
node node
8


Kiến trúc QoS liên quan đến: đặc tính kĩ thuật của QoS, các cơ chế QoS, kĩ thuật lưu
lượng, quản lý mạng và các giao thức hỗ trợ QoS.

CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG BỐI CẢNH NGN
2.1. Giới thiệu
Mạng thế hệ mới NGN được xây dựng và phát triển dựa vào cơ sở mạng gói IP. Tuy
rằng, ngoài các dịch truyền thống như thoại, dữ liệu, video, còn có nhiều dịch vụ giá trị gia tăng
trên nền mạng diện rộng. Các thuật toán sử dụng để phân tích chất lượng các dịch vụ gồm: Lý
thuyết xác suất, quá trình ngẫu nhiên, lý thuyết sắp hàng. Áp dụng các thuật toán này để phân
tích chất lượng các dịch vụ trong phần hai của chương. Từ đó đưa ra các chỉ tiêu chất lượng áp
dụng đối với từng loại dịch vụ.
2.2. Các phương pháp phân tích chất lượng dịch vụ QoS
2.2.1. Lý thuyết xác suất
2.2.1.1. Các tính chất và nguyên lý xác suất
2.2.2.2. Ứng dụng hệ thống Erlang B và Erlang C
a. Hệ thống Erlang B
QoS được xem bởi người sử dụng
QoS của các ứng dụng
Sự hoạt động của các hệ thống đầu cuối
Sự hoạt động của mạng
Sự hoạt động của các phần tử mạng

Use Evaluation

Intra-media quanlity (delay)

Inter-media quanlity (Syne)


System process delay (Speed)



Throughput delay (latency)



Throughput delay
9

- Các cuộc gọi đến hay các cuộc gọi đến ngẫu nhiên tại hệ thống kênh trung kế được giả
thiết như một quá trình Poisson.
- Thời gian cuộc gọi chiếm giữ được phân bố theo hàm mũ.
- Đó là một số hữu hạn của các kênh khả dụng trong kênh trung kế.
- Trong hệ thống với các cuộc gọi bị chặn đồng nghĩa với việc cuộc gọi đó bị xóa.
- Công thức tính Erlang B:




N
k
K

N
B
K
L
N
L
P
0
!
!
Trong đó: N là số lượng kênh, L là lưu lượng tải trọng.
b. Hệ thống Elang C
Đối với hệ thống Erlang C, các giả thiết được áp dụng giống như hệ thống Erlang B.
Ngoại trừ cuộc gọi bị chặn được xếp hàng đợi thay vì bị xóa. Hệ thống Erlang C được gọi là hệ
thống trì hoãn cuộc gọi bị chặn. Xác suất chặn ban đầu được đưa ra bởi công thức sau:






1
0
!
)1(!
]0[
N
k
K
N

N
B
K
L
N
L
NL
L
delayPP
2.2.2 Phân phối chuẩn Gauss và phân phối poisson
2.2.2.1. Phân phối chuẩn (Quá trình Gauss)
a. Biến ngẫu nhiên vô hướng Gauss được mô tả bằng hàm pdf sau:













2
2
2
2
1

)(
x
x
x
x
x
xf



(2.2.7)
Trong đó
x

và
x

là kí hiệu giá trị trung bình và phương sai của biến x.
b. Quá trình Gauss nhiều biến:
Thay x bằng x = [x(m
0
), x(m
1
), x(m
2
), …, x(m
p-1
)]
T
, có µ

x
= [[x(m
0
)], [x(m
1
)], …
[x(m
p-1
)]]
T
, hiệp phương sai được xác định bởi:
10








   
 
   



















111101
111101
101000
, ,),(

, ,,
, ,,
ppxxpxxpxx
pxxxxxx
pxxxxxx
xx
mmcmmcmmc
mmcmmcmmc
mmcmmcmmc
(2.2.8)
Và pdf được biểu diễn như trường hợp của biến ngẫu nhiên vô hướng ứng với kí hiệu của quá
trình Gauss này là N(X,µ
x
,

xx
 ).
c. Quá trình Gauss nhị phân (Binary-State Gauss Process): Quá trình ngẫu nhiên x(m) có hai
trạng thái thống kê. Trong trạng thái s
0
quá trình pdf Gauss với
0,x

, phương sai
2
0,x

và trong
trạng thái s
1
có
1,x

, phương sai
2
1,x

, khi đó pdf của x(m) được định nghĩa toán học:

 
 
2
,
,
)(exp

2
1
)(
ix
ix
i
SX
mxsmxf


 , i=0,1. (2.2.9)
2.2.2.2. Phân phối Poisson
Phân phối Poisson là một phân phối rời rạc, nó khác với phân phối rời rạc ở chỗ thông
tin cho biết không phải là xác suất để một biến cố xảy ra thành công.
Biến ngẫu nhiên
X
nhận các giá trị ,2,1,0

k với hàm khối lượng xác suất
 
( ) ; 0,1,2, ; 0
!
k
X
p k P X k e k
k


     
(2.2.10)

gọi là có phân bố Poisson tham số
0
 
, ký hiệu
~ ( )
X

P
.
Hàm phân bố
0
( )
!
k
n
X
k
F x e
k





,
1
n x n
  
(2.2.11)
2.2.3 Quá trình ngẫu nhiên

2.2.3.1. Định nghĩa quá trình ngẫu nhiên
2.2.3.2. CDF và PDF của một quá trình ngẫu nhiên
Quá trình ngẫu nhiên x(t),CDF của x(t) là một hàm của thời gian t được viết như sau :



xtxPtxF  )(),( (2.2.17)
PDF của x(t) là vi phân của CDF. Ta có công thức sau :
11

)(
),(
),(
x
txF
txf



(2.2.18)
2.2.3.3. Đặc tính thống kê của một quá trình ngẫu nhiên
Đặc tính thống kê của 1 quá trình ngẫu nhiên x(t) cung cấp 1 khung làm việc đối với các
nhà điều tra của một quá trình ngẫu nhiên:
i. Xác định vấn đề làm thế nào thu thập dữ liệu.
ii. Xác định khi nào phải ngừng thu thập dữ liệu…tức là có bao nhiêu dữ liệu
là đủ.
2.2.3.4. Các tín hiệu thống kê
a. Các tín hiệu thống kê một chiều
- Có hai quá trình thống kê x(t), y(t), thì hàm tương quan giữa chúng theo nghĩa chung
được định nghĩa như sau:

 
dxdytytxftytxttR
xy
 





212121
,;,)()(),(
(2.2.24)
Trong đó


.;.f là hàm mật độ xác suất.
- Hàm tương quan chéo

 




T
T
T
xy
dttytx
T

R )()(
2
1
lim

(2.2.25)
Khi y = x, có )()(

xxxy
RR  , hàm đó là hàm tự tương quan ACF.
b. Các tín hiệu thống kê nhiều chiều
Khái niệm nhiều chiều được hiểu hoặc một quá trình thống kê của nhiều hơn một biến
số hoặc có nhiều hơn hai quá trình thống kê.
Hàm tương quan giữa hai quá trình thống kê nhiều chiều theo nghĩa có nhiều hơn một
biến số x(t,s,z), y(t,s,z) được định nghĩa như sau :

       
dxdyzstyzstxfzstyzstxzzssttR
yx 222111222111212121,
,,,;,,,,,,,,,,,,
 





(2.2.26)
Trong đó,



.;.f là hàm mật độ xác suất.
12

Ba quá trình x(t), y(t), z(t), hàm tương quan chung giữa chúng được định nghĩa theo
hàm mật độ xác suất


.;.;.f :

       
dxdydztztytxftztytxtttR
xya 321321321
,;,;;),,(
  







(2.2.27)
2.2.4. Lý thuyết hàng đợi
Hàng đợi bên trong mỗi router để giữ các gói tin cho đến khi đủ tài nguyên sẽ chuyển
các gói tin ra khỏi cổng. Nói cách khác, hàng đợi được dùng trong trường hợp khi yêu cầu băng
thông của các ứng dụng mạng lớn hơn toàn bộ băng thông có thể cung cấp. Một số hàng đợi
thông dụng có thể liệt kê như: vào trước ra trước (FIFO), ưu tiên (PQ), tùy ý (CQ), và trọng số
công bằng (WFQ).
2.3. Phân tích các dịch vụ cụ thể
2.3.1. Chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng đa phương tiện

. Chất lượng dịch vụ của các dịch vụ này được đặc trưng bởi các chỉ số chất lượng KPI.
Mỗi KPI là một giá trị đo lường nhằm xác định yêu cầu chất lượng dịch vụ và đánh giá hiệu
năng mạng. KPI được phân loại theo hai dịch vụ quan trọng:
+ Đo lường end-to-end (hoặc phép đo người dùng cuối): cung cấp một sự đánh giá
của hiệu suất mạng như cảm nhận của người dùng cuối.
+ Đo lường mạng: liên quan đến việc quản lý mạng và giám sát trạng thái của hệ
thống trong suốt quá trình dịch vụ được sử dụng.
2.3.1.1. Các tham số hệ số truyền gói IP
Các tham số hệ số truyền gói IP bao gồm các tham số sau :
+ Trễ truyền gói tin IP (IPTD).
+ Độ trễ truyền gói IP trung bình.
+Biến đổi độ trễ gói IP (IPDV).
+ Tỷ lệ suy hao gói tin IP (IPLR).
+ Tỷ lệ tạp âm nhiễu gói tin IP (SIPR).
+ Độ lệch.
2.3.1.2. Các tham số dịch vụ IP sẵn sàng
13

Dịch vụ IP sẵn sàng là ứng dụng cho dịch vụ IP end-to-end và các thành phần cơ bản.
Một máy chủ chức năng sẵn sàng để phân loại lịch trình dịch vụ thời gian đối với một dịch vụ
IP sẵn sàng và không sẵn sàng. Về cơ bản của sự phân loại này, cả phần trăm IP sẵn sàng và
không sẵn sàng được xác định thông qua các đặc điểm sau:
+ Hỗ trợ khách hàng phải đảm bảo được sự chính xác kịp thời.
+ Độ tin cậy: tham số độ tin cậy bao gồm khả năng đảm bảo trên một một chu kỳ thời
gian. VD: Web chủ sẽ đảm bảo sẵn sàng 99,999% thời gian được truy nhập trong một năm.
+ Cung cấp dịch vụ:đảm bảo rằng dịch vụ sẽ được cung cấp trong một cách thức chung.
2.3.1.3. Kết quả tham chiếu KPI đối với các ứng dụng đa phương tiện
Bảng 2.2. Chỉ tiêu chất lượng cho các ứng dụng audio và video (nguồn: G1010)
Medium

Application
Degree of
symmetry

Typical
data
rates
Key performance parameters and target
values
One-way
delay
Delay
variation

Information
loss (Note 2)

Other

Audio
Conversational
voice
Two-way 4-64
kbit/s
<150 ms
preferred
(Note 1)
<400 ms
limit
(Note 1)

< 1 ms < 3% packet
loss ratio
(PLR)

Audio Voice
messaging
Primarily
one-way
4-32
kbit/s
< 1 s for
playback
< 2 s for
record
< 1 ms < 3% PLR

Audio High quality
streaming
audio
Primarily
one-way
16-128
kbit/s
(Note 3)

< 10 s << 1 ms < 1% PLR

Video Videophone Two-way 16-384
kbit/s
< 150 ms

preferred
(Note 4)
<400 ms
< 1% PLR Lip-
synch:
< 80
ms
14

limit
Video One-way One-way
16-384
kbit/s
< 10 s
< 1% PLR

NOTE 1 – Assumes adequate echo control.
NOTE 2 – Exact values depend on specific codec, but assumes use of a packet loss
concealment algorithm to minimise effect of packet loss.
NOTE 3 – Quality is very dependent on codec type and bit-rate.
NOTE 4 – These values are to be considered as long-term target values which may not be met
by current technology.

Bảng 2.3. Chỉ tiêu chất lượng đối với các ứng dụng dữ liệu (nguồn: G1010)
Medium Application
Degree of
symmetry
Typical
amount
of data

Key performance parameters and
target values
One-way delay
(Note)
Delay
variation
Informa-tion
loss
Data Web-browsing
– HTML
Primarily
one-way
~10 KB Preferred < 2 s
/page
Acceptable < 4
s /page
N.A. Zero
Data Bulk data
transfer/r
etrieval
Primarily
one-way
10 KB-10
MB
Preferred < 15
s Acceptable <
60 s
N.A. Zero
Data Transaction
services – high

priority e.g. e-
commerce,
ATM
Two-way < 10 KB Preferred < 2s
Acceptable < 4
s
N.A. Zero
Data Command /
control
Two-way ~ 1 KB < 250 ms N.A. Zero
Data Still image One-way < 100 KB

Preferred <15s
Acceptable <
60 s
N.A. Zero
Data Interactive
games
Two-way < 1 KB < 200 ms N.A. Zero
Data Telnet Two-way
asymmetric
< 1 KB < 200 ms N.A. Zero
15

Data E-mail (server
access)
Primarily
one-way
< 10 KB Preferred < 2 s
Acceptable < 4

s
N.A. Zero
Data E-mail (server
to server
transfer)
Primarily
one-way
< 10 KB Can be several
minutes
N.A. Zero
Data Fax ("real-
time")
Primarily
one-way
~ 10 KB < 30 s/page N.A. <10-6BER
Data Fax (store &
forward)
Primarily
one-way
~ 10 KB Can be several
minutes
N.A. <10-6BER
Data Low priority
transactions
Primarily
one-way
< 10 KB < 30 s N.A. Zero
Data Usenet Primarily
one-way
Can be 1

MB or
more
Can be several
minutes
N.A. Zero
NOTE – In some cases, it may be more appropriate to consider these values as response times.

2.3.2 Phân tích lưu lượng VoIP LAN/MAN đối với quản lý chất lượng dịch vụ NGN
Trong thực tế, hệ thống chuyển mạch gói thoại không chỉ bao gồm khả năng truyền lưu
lượng thoại IP tới các nút cuối mà cùng với các máy chủ chịu trách nhiệm để báo hiệu và tính
toán chi phí.

Hình 2.4. Cấu trúc IP phone và VoIP
Các phương pháp báo hiệu (như SCCP, SIP…) trong môi trường này được sử dụng
thông minh hơn trong các mạng PSTN. Truyền nội dung thoại được thực hiện trực tiếp bởi
RTP giữa các nút IP phone. Tín hiệu được truyền trong TCP, giọng nói được số hóa truyền
16

trong đoạn tin UDP. Để kết nối các cổng đặc biệt trong mạng VoIP và PSTN, sử dụng khả năng
chuyển đổi nội dung tín hiệu và giọng nói. Các IP phone tập hợp các bản tin từ giọng nói đã lấy
mẫu và gắn kết các đoạn thoại bởi các module mã.

Hình 2.5. Cấu trúc truyền VoIP
* Đặc tính hiệu suất của mạng IP:
Các đặc tính của các ứng dụng mạng IP hiện tại bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: băng
thông, sự dồn kênh, và cơ chế QoS. Tác vụ đo băng thông tương đối đơn giản bởi các nút trung
gian (các bộ định truyến, các bộ chuyển mạch) có thể lưu trữ 5 phút các GTTB dựa vào các
mục tiêu SNMP MIB. Các giá trị tìm được cung cấp một phép đo lưu lượng qua mạng.
Mô hình lưu lượng, giám sát các hàng đợi khác nhau là các cơ chế QoS hiệu quả nhất.
Kích thước băng thông cho độ tin cậy thống kê thực tế, đảm bảo được qui định lợi ích của ghép

kênh thống kê, và thiết lập các cơ chế QoS có được quản lý trong 2 cách: phương pháp 1 là
hiện thực hóa độ lợi cao nhất với đảm bảo chất lượng được yêu cầu, phương pháp 2 là dựa vào
kích thước ngoài của tài nguyên mạng. Trong phương pháp một các dịch vụ đặc biệt không
được đảm bảo trong khi cơ sở hạ tầng mạng tốn kém hơn trong trường hợp phương pháp 2.
Các tính năng không chắc chắn của lưu lượng mạng được xem xét bởi mối quan hệ
không xác định giữa 3 yếu tố: băng thông mạng, tải trọng lưu lượng và mục tiêu QoS. Sửa đổi
một trong số chúng ảnh hưởng đến quan hệ giữa các yếu tố khác. Băng thông cần thiết để đảm
bảo trễ phụ thuộc không chỉ vào tải trọng mạng mà còn dựa vào các loại lưu lượng (VoIP, data).
17

Các hàm sau biểu thị mối quan hệ giữa chất lượng, mạng và lưu lượng.
Quality = f
Q
(network, traffic).
Network = f
N
(Traffic, quality).
Traffic = f
T
(Quality, network).
CHƯƠNG 3
ĐỀ XUẤT XEM XÉT HÀM CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG
3.1. Giới thiệu
Sự thành công của một dịch vụ cụ thể được đo bằng tỉ lệ khách hàng sử dụng dịch vụ đó.
Tỷ lệ sử dụng có thể bị tác động bởi các nhân tố như: chất lượng dịch vụ, tính khả dụng, và tính
dễ sử dụng với người dùng. Đưa dịch vụ cung cấp trong mạng NGN vào một chế độ danh định,
nhằm xác định được lớp cấu trúc mạng, công nghệ thích hợp cung cấp dịch vụ đó.
Xét trên quan điểm của lý thuyết hệ thống việc quản lý mạng, quản lý và phân định dịch
vụ, quản lý QoS trong mạng viễn thông nói chung và mạng NGN nói riêng chính là bài toán

quản lý tính động học xảy ra trên mạng. Động học xảy ra trên mạng mang hàm nghĩa sự biến
thiên của dòng tín hiệu và nguồn lưu lượng. Đối với bài toán đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS
của mạng là rất phức tạp do sự phát triển của các dịch vụ mới và đồng thời có sự tồn tại song
song của các dịch vụ cũ có trên mạng. Dịch vụ cũ tồn tại trên mạng đã được đảm bảo QoS, do
đó khi thêm dịch vụ mới yêu cầu đặt ra là phải thoả mãn nhưng đòi hỏi cơ bản về QoS, để sự
hoạt động của mạng cũng như các dịch vụ không bị ảnh hưởng. Bài toán tìm những điều kiện
thể hiện những đòi hỏi cơ bản như vừa mới nêu ở đây được gọi là bài toán về tính bền vững của
mạng.
3.2. Chế độ danh định của dịch vụ (phân nhóm)
3.2.1. Các đặc tính dịch vụ mạng NGN
+ Phân phối tới người dùng thông minh qua mạng.
+ Phân phối mạng thông minh trên toàn mạng.
+ Đơn giản hơn cho người dùng.
18

+ Định dạng dịch vụ cá nhân và quản lý.
+ Quản lý thông tin thông minh.
3.2.2. Các dịch vụ điển hình trong NGN
Trong phần cấu trúc chức năng NGN, tầng dịch vụ bao gồm các hệ thống con như:
 Hệ thống đa phương tiện IP lõi (Core IMS): hỗ trợ cung cấp các dịch vụ đa phương
tiện dựa trên giao thức SIP cho các đầu cuối NGN cũng như hỗ trợ các dịch vụ giả lập
PSTN/ISDN ( PSTN/ISDN simulation).
 Hệ thống con mô phỏng PSTN/ISDN (PES): Hỗ trợ mô phỏng các dịch vụ
PSTN/ISDN cho các đầu cuối kế thừa được nối với mạng NGN thông qua cổng
thường trú hoặc cổng truy nhập.
 Hệ thống con đa phương tiện khác như hệ thống con streaming hỗ trợ cung cấp các
dịch vụ streaming dựa trên RTSP cho các đầu cuối NGN, hệ thống con phát quảng bá
nội dung hỗ trợ phát quảng bá nội dung đa phương tiện (như phim, kênh truyền hình
v.v ) cho nhóm các đầu cuối NGN.
Các dịch vụ điển hình trong NGN bao gồm:

a. Dịch vụ thoại giữa điện thoại VoIP/IP và điện thoại di dộng.
b. Điện thoại truyền hình và đàm thoại hoàn toàn.
c. Video theo yêu cầu (VoD).
d. Hội nghị đa phương tiện.
e. Các ứng dụng trực tuyến (Ví dụ: thương mại, gaming ).
f. Kiểm soát từ xa các ứng dụng gia đình (mạng rộng khắp với các ứng dụng điện và các
thiết bị cảm biến tại gia đình).
g. Các dịch vụ liên quan đến thông tin định vị.
h. Truyền thông ưu tiên/ điều khiển lưu lượng ưu tiên.
i. Các dịch vụ nâng cao tính hiện hữu.
3.2.3. Cấu trúc dịch vụ trong mạng NGN
Như minh họa trong hình vẽ, mục tiêu chính của NGN là cung cấp môi trường điều
khiển chung, thống nhất và linh hoạt, có thể hỗ trợ đa hình thức dịch vụ và quản các ứng
19

dụng qua đa hình thức truyền dẫn.

Hình 3.4. Lớp điều khiển dịch vụ thế hệ mới
a. Lớp kiến trúc:
Khái niệm lớp kiến trúc là một khái niệm trọng tâm trong môi trường mạng NGN. Việc
đầu tiên là phân chia một cách chính xác dịch vụ NGN hay phương thức điều khiển phiên từ
dưới các thành phần truyền dẫn. Điều này cho phép các nhà cung cấp lựa chọn các yếu tố
truyền dẫn độc lập “best-in-breed”. Trong hình vẽ dưới đây, chỉ ra rằng các phương pháp điều
khiển trong mạng NGN có thể được phân tách theo tính năng điều khiển (điều khiển dịch vụ,
điều khiển phiên, và điều khiển kết nối).
20


Hình 3.5. Lớp kiến trúc/giao diện dịch vụ mở
b. Giao diện dịch vụ mở:

Trong hình vẽ trên chỉ ra một thuộc tính thiết yếu của kiến trúc dịch vụ trong
mạng thế hệ mới là phục thuộc vào kiến trúc giao diện mở. Đặc biệt sự phát triển của
môi trường dịch vụ mở dựa trên giao diện lập trình ứng dụng API sẽ cho phép các nhà
cung cấp dịch vụ, các nhà cung cấp ứng dụng bên thứ ba và người sử dụng cuối có khả
năng tạo ra và triển khai các ứng dụng nhanh chóng và liền mạch.
c. Phân phối mạng thông minh:
Trong môi trường dịch vụ NGN, qui mô của thị trường dịch vụ có thể được mở rộng
nhiều hơn để bao gồm một loạt các dịch vụ phong phú và được kết nối trong một môi trường
mạng thông minh. Môi trường xử lý phân tán NGN DPE sẽ không liên kết với mạng thông
minh từ thành phần mạng vật lý. Vì thế, mạng thông minh có thể phân bố đến các điểm thích
hợp nhất trong mạng, hoặc thích hợp cho mỗi DPE.
3.3. Định hướng xem xét các dịch vụ mới trên cơ sở bài toán bền vững
3.3.1. Đặt vấn đề
3.3.2. Phát biểu bài toán về tính bền vững của mạng
21

Nếu mô tả gần đúng động học xảy ra đối với một mạng, ký hiệu


mmm
CBA ,, có K nút
và L đường kết nối các loại bằng mô hình toán học với p đầu vào, q đầu ra.
)()()(
.
tuBtxAtx
mmmm
m

)()( txCty
mmm


Trong đó u
m
(t)


px1
, y
m
(t)


qx1
, x
m
(t)


mx1
, A
m



mxn
, B
m




mxp
, C
m



qxm
, tương ứng
là vector tín hiệu đầu vào, vector tín hiệu đầu ra, vector trạng thái động học, ma trận tham số hệ
thống, ma trận phân bố tín hiệu tác động, ma trận phân bố đáp ứng đầu ra và m là bậc của hệ
động học đáp ứng điều kiện bậc m

min(p,q)>max(K,L).
Giả thiết khi triển khai các dịch vụ mới kí hiệu

m
(t)


pxl
chỉ tác động làm các
tham số đặc trưng mạng biến đổi, không làm thay đổi cấu trúc vật lý hay nói cách khác là
không làm thay đổi bậc của mô hình đặc trưng mạng. Nghĩa là khi phát triển thêm dịch vụ mới
mạng được kí hiệu bởi


mmmmmm
CCBBAA  ,, :
)]()(][[)]()(][[)]()([

ttuBBtxtxAAtxtx
mmmmmmm
mm


)]()(][[)]()([ txtxCCtyty
mmmmmm

Hãy xác định các điều kiện theo quan điểm của lý thuyết hệ thống sao cho mạng đáp
ứng về tính bền vững khi phát triển thêm dịch vụ mới.
3.3.3. Các điều kiện cần về tính bền vững
a. Về tính ổn định:
(i). Ổn định nội: Tất cả các động học được mô tả bởi )()(
.
txAtx
mm
m
 phải ổn định khi
chưa có tín hiệu kích thích. Điều đó đòi hỏi ma trận tham số A
m
không có giá trị riêng nào tạo
điểm cực nằm bên trái mặt phẳng phức. Nếu đường chéo hóa ma trận ) (
1 mm
diagA

 thì
m

>0; hạng của A
m

bằng bậc của hệ (được giả thiết là m).
(ii). Ổn định ngoại: Bậc của hệ không bị thay đổi. Nghĩa là khi có tác động của tín hiệu
tiền định đại diện cho các dịch vụ cũ, không có bất kể điểm cực nào của hệ bị triệt tiêu bởi
điểm không do các ma trận phân bố tác động vào và ra tạo thành (từ ma trận truyền đạt trong
mặt phẳng phức F(s) = C
m
[I
m
-A
m
]
-1
B
m
thấy ngay C
m
B
m
tạo ra các điểm không của hệ.
22

b. Về tính quan sát và điều khiển đồng thời:
Khi mạng có tính ổn định (cả nội và ngoại) và nếu có tính đồng thời quan sát và điều
khiển thì các ma trận chứa giá trị tương quan và tương quan chéo giữa các động học (gramian)
đặc trưng cho tính điều khiển P và tính quan sát Q thỏa mãn hai phương trình Lyapunov đối
ngẫu sau.
A
m
P + PA
m

T
+ B
m
VB
m
T
= 0
QA
m
+ A
m
T
+C
m
T
RC
m
= 0
Trong đó, V là ma trận chứa giá trị tương quan và tương quan chéo của tín hiệu kích thích tại đầu
vào và ma trận trọng số R = I
q
đối với tín hiệu đầu vào tiền định.
3.3.4. Các điều kiện đủ về tính bền vững
a. Các nhu cầu quản lý dịch vụ ảnh hưởng tới tính bền vững:
+ Quản lý hiệu năng
+ Quản lý sự cố:
+ Quản lý cấu hình
+ Quản lý cấu hình
+ Quản lý bảo an
b. Các điều kiện đủ về tính bền vững:

i). Các giả thiết:
Với mô hình


mmm
CBA ,, cho trước thì:
(α).


m
x là một hằng số.
(β). ) (), (), (
111 m
T
mmm
T
mmmm
diagCCdiagBBdiagA

 .
(γ). Vị trí cực ứng với giá trị α
m
của A
m
không bị dịch chuyển từ bên trái sang bên
phải mặt phẳng phức do tác động của nhiễu (dịch vụ mới).
(δ). Số lượng giá trị riêng khác không của
T
mm
BB và

m
T
m
CC không bị thay đổi dưới tác
động của nhiễu; nghĩa là không có giá trị riêng nào của
T
mm
BB và
m
T
m
CC bị triệt tiêu do
m
B và
m
C và các giá trị riêng của B
m
khac với giá trị riêng của C
m
.
23

ii). Các điều kiện thu được:
Ứng với giả thiết (α), (β), (γ) nêu ở trên thì điều kiện đủ để tính ổn định của hệ thống
được đảm bảo theo các tham số là:







/2,/,/)(2
2/1
1
2/1
1
2/1
1

mmm
CBA .
Điều này có nghĩa là biên độ của tín hiệu phải đủ nhỏ để biến thiên tham số đặc trưng
của mạng bị hạn chế sao cho mạng không chuyển khỏi vùng làm việc tuyến tính.

Với giả thiết (δ) nêu trên thì các điều kiện đủ về tính điều khiển và tính quan sát của
hệ thu được như sau:
H
+
A
m Q
+ ΔQ(A
m
)
T
H
+
= Ω(Q), H(A
m
)
T

ΔP + ΔPA
m
H = Ω(P)
H
+
A
m Q
+ Q (A
m
)
T
H
+
+ Ω( Q ) +H
+
B
m
(B
m
)
T
H
+
= 0
H(A
m
)
T
P + PA
m

H + Ω(P) + H(C
m
)
T
C
m
H = 0
Với H = E[x
m
(x
m
)
T
]

R
mxn
là ma trận xác định dương, Ω(Q)và Ω(P) được biết đến là
các giới hạn Lyapunov đối với tính quan sát và tính điều khiển.
Các biểu thức trên hàm ý rằng tốc độ biến thiên của luồng lưu lượng đặc trưng cho
các dịch vụ phải được hạn chế, nghĩa là:
Q và P bị giới hạn
Hay, tốc độ biến thiên của tín hiệu đầu vào phải được hạn chế. Điều này chứng tỏ
rằng không phải bất kì dịch vụ nào cũng có thể triển khai đối với một mạng có sẵn.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
A. TỔNG KẾT
Xây dựng mạng NGN với mục tiêu cuối cùng là thỏa mãn điều kiện “ba bất kỳ”, là điều
tất yếu đối với tất cả các nhà cung cấp mạng trên thế giới nói chung và ở Việt Nam. Với mục
tiêu tích hợp tất cả các công nghệ trên một nền tảng cơ sở mạng có sẵn, từ đó triển khai các
dịch vụ trên nền các dịch vụ truyền thống, với các tính năng ưu việt tới người sử dụng. Song

song với các mục tiêu trên là vấn đề đảm bảo chất lượng cho từng loại hình dịch vụ được cung
cấp, và vấn đề này không tách rời với chất lượng mạng tại các lớp mạng, kết hợp cùng với đó là
yêu cầu của người dùng cuối với từng dịch vụ. Những vấn đề đó đã được học viên nghiên cứu
24

cụ thể trong ba chương của luận văn. Luận văn đã trình bày một cách tổng quan về chất lượng
dịch vụ trong mạng NGN bao gồm những đặc tính kĩ thuật và thông số chất lượng dịch vụ.
Đồng thời phân tích các phương pháp toán học được dùng để phân tích chất lượng dịch vụ
trong mạng, từ đó áp dụng phân tích với từng dịch vụ cụ thể như các dịch vụ đa phương tiện và
dịch vụ VoIP qua mạng LAN/MAN. Luận văn cũng đưa ra cách phân nhóm dịch vụ trong
mạng NGN từ đó đề suất xem xét các dịch mới trên cơ sở bài toán bền vững
B. NHỮNG ĐÓNG GÓP
Trên cơ sở lý thuyết, cách phân tích cụ thể, những nhiệm vụ nghiên cứu đề ra đã được
thực hiện và có kết quả sau:
+ Đưa ra được chế độ danh định (phân nhóm) cho các dịch vụ trong mạng NGN.
+ Định hướng xem xét những dịch vụ mới trên cơ sở bài toán bền vững.
C. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Đưa vấn đề quản lý và đảm bảo QoS vào bài toán điều khiển theo quỹ đạo cho trước.