ĐỀ TÀI QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG

TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

ĐỀ TÀI

QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QOS TRONG MẠNG
DI ĐỘNG
Mã số 85-06-KHKT-RD

Chủ trì đề tài : Trần Trung Hiếu
Cộng tác viên: Nguyễn Việt Cường
Nguyễn Ngọc Thành

Hà nội 11/2006


MỤC LỤC
Danh sách hình vẽ................................................................................................5
Danh sách bảng biểu............................................................................................7
1 Giới thiệu............................................................................................................8
2 Chất lượng dịch vụ.............................................................................................9
2.1 Định nghĩa QoS...........................................................................................9
2.2 Bốn quan điểm về QoS................................................................................9
2.3 Các thành phần mạng di động có ảnh hưởng đến QoS............................13
3 Hệ thống UMTS...............................................................................................16
3.1 Kiến trúc UMTS........................................................................................16
3.2 Hỗ trợ QoS.................................................................................................18
3.2.1 Chức năng quản lý QoS trong mặt điều khiển...................................19
3.2.2 Chức năng quản lý QoS phía đối tượng sử dụng...............................21
3.2.3 Các lớp QoS........................................................................................22
3.2.4 Cơ chế QoS đối với kênh mang vô tuyến..........................................24

3.3 Thiết lập QoS từ đầu cuối đến đầu cuối....................................................26
3.4 Yêu cầu chất lượng dịch vụ.......................................................................27
3.5 Quản lý năng lực hệ thống........................................................................29
4 Hệ thống CDMA2000......................................................................................32
4.1 Kiến trúc QoS............................................................................................32
4.2 Yêu cầu QoS..............................................................................................34
4.3 Quản lý năng lực hệ thống........................................................................36
5 Hiện trạng quản lý QoS cho mạng di động.....................................................37
5.1.1 Trên thế giới........................................................................................37
5.1.2 Tại Việt Nam......................................................................................37
6 Thoả thuận mức dịch vụ (SLA).......................................................................39
6.1 Định nghĩa SLA.........................................................................................39
6.2 Cấu trúc SLA.............................................................................................39
6.2.1 Giới thiệu............................................................................................40
2


6.2.2 Phạm vi...............................................................................................40
6.2.3 Tính riêng tư (Confidentiality)...........................................................40
6.2.4 Quá trình xem lại các điều khoản của SLA.......................................40
6.2.5 Bồi thường..........................................................................................40
6.2.6 Chữ ký của các bên.............................................................................41
6.3 Thỏa thuận QoS.........................................................................................41
6.3.1 Mô tả giao diện...................................................................................41
6.3.2 Mẫu lưu lượng....................................................................................42
6.3.3 Các tham số QoS................................................................................43
6.3.4 Đo kiểm...............................................................................................47
6.3.5 Mẫu phản hồi......................................................................................48
6.4 Ứng dụng SLA trong môi trường đa nhà cung cấp..................................50
6.4.1 QoS toàn trình.....................................................................................50

6.4.2 SLA trên toàn trình.............................................................................51
6.4.3 Một thủ tục chung...............................................................................52
6.5 Xây dựng SLA...........................................................................................54
7 Đo kiểm các chỉ số KPI trong mạng 2-2.5G....................................................56
7.1 Phần chuyển mạch kênh (CS) – Dịch vụ thoại.........................................56
7.2 Phần chuyển mạch gói (PS) – Dịch vụ số liệu (GPRS)............................57
8 Đo kiểm các chỉ số KPI trong mạng 3G..........................................................58
8.1 Phần truy nhập vô tuyến 3G......................................................................58
8.1.1 Tiêu chuẩn 3GPP liên quan đến KPI..................................................58
8.1.2 Quan hệ giữa cảm nhận về dịch vụ của khách hàng và tham số đo
kiểm năng lực theo 3GPP............................................................................59
8.1.3 Các tham số năng lực chính cho UTRAN..........................................60
8.2 Phần lõi......................................................................................................61
8.2.1 Các tham số năng lực chính cho mạng lõi IP.....................................61
8.3 Phần mạng ngoài.......................................................................................62
9 Phương pháp đo chất lượng dịch vụ thoại.......................................................63

3


9.1 Phân loại phương pháp đo.........................................................................63
9.2 Phương pháp đánh giá chủ quan...............................................................63
9.3 Phương pháp đánh giá khách quan...........................................................65
9.3.1 Đánh giá dựa trên tín hiệu chủ động..................................................65
9.3.2 Đánh giá chất lượng khách quan thụ động.........................................70
9.3.3 Đánh giá chất lượng thoại khách quan dựa trên tham số...................75
10 Quản lý chất lượng dịch vụ thoại trong mạng di động tại Việt Nam –
Khuyến nghị........................................................................................................78
10.1 Chỉ tiêu chất lượng..................................................................................78
10.1.1 Chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật.............................................................78

10.1.2 Chỉ tiêu chất lượng dịch vụ..............................................................78
10.2 Chủ thể quản lý chất lượng trong mạng di động....................................79
10.3 Biện pháp quản lý chất lượng dịch vụ....................................................79
10.4 Giải pháp quản lý chất lượng dịch vụ.....................................................81
10.4.1 Chức năng của hệ thống quản lý......................................................81
10.4.2 Kiến trúc hệ thống............................................................................82
10.4.3 Giải pháp của các Hãng....................................................................83
10.4.4 IBM-Micromuse...............................................................................86
10.5 Khuyến nghị............................................................................................90
11 Tài liệu tham khảo..........................................................................................91

4


Danh sách hình vẽ
Hình 1 – Bốn góc nhìn của QoS..........................................................................9
Hình 2 – Mối quan hệ giữa các góc nhìn............................................................11
Hình 3 – Quy trình quản lý QoS.........................................................................11
Hình 4 – Mô hình QoS........................................................................................12
Hình 5 – Kiến trúc UMTS...................................................................................16
Hình 6 – Ngăn xếp giao thức của phần UTRAN................................................17
Hình 7 – Kiến trúc QoS.......................................................................................19
Hình 8 – Chức năng quản lý QoS trên mặt phẳng điều khiển............................20
Hình 9 – Chức năng quản lý QoS trên mặt phẳng người sử dụng.....................22
Hình 10 – Cơ chế QoS trong kênh mang vô tuyến.............................................24
Hình 11 – Tăng băng thông đường lên bằng việc cấu hình lại kênh vật lý.......25
Hình 12 – Tăng băng thông đường xuống bằng việc cấu hình lại kênh chuyển
tải.........................................................................................................................26
Hình 13 – Tăng băng thông đường xuống bằng cấu hình lại kênh vật lý..........26
Hình 14 – Kiến trúc QoS toàn trình của 3GPP2.................................................32

Hình 15 – Quản lý QoS trong mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều
khiển....................................................................................................................33
Hình 16 – Mô hình QoS toàn trình của 3GPP2..................................................34
Hình 17 - Cấu trúc chung của SLA.....................................................................39
Hình 18 - Mối quan hệ kinh doanh giữa các bên................................................41
Hình 19 - Điểm tương tác kỹ thuật của SLA1 và SLA2....................................42
Hình 20 - Các tham số QoS theo E.801..............................................................43
Hình 21 – Các mức QoS trong mô hình Timeline..............................................44
Hình 22 – Mẫu phản hồi.....................................................................................49
Hình 23 - Trình tự sự kiện và hoạt động theo thời gian.....................................49
Hình 24 – Hiệp hội các thực thể liên quan đến việc thực hiện QoS toàn trình..51
Hình 25 – Chuỗi SLA.........................................................................................51
Hình 26 – Phương pháp luận của "SLA process"...............................................52
5


Hình 27 – Bước 1: Chỉ định rõ các SLA liên quan............................................53
Hình 28 – Bước 2: Xác định nội dung của từng SLA........................................54
Hình 29 – Cấu trúc phân cấp chỉ số đánh giá chất lượng và ánh xạ tham số chất
lượng [6]..............................................................................................................55
Hình 30 – Các phương pháp đánh giá chất lượng thoại [13].............................63
Hình 31 – Phương pháp đánh giá chất lượng khách quan chủ động..................66
Hình 32 – Quy trình đánh giá bằng mô hình PSQM..........................................66
Hình 33 – Thuật toán PAMS..............................................................................68
Hình 34 – Thuật toán PESQ................................................................................69
Hình 35 – Phương pháp đánh giá khách quan thụ động.....................................70
Hình 36 – Mô hình CCI......................................................................................72
Hình 37 – Mô hình PsyVoIP...............................................................................73
Hình 38 – Mô hình P.563....................................................................................74
Hình 39 – Hàm biến đổi R sang MOS................................................................77

Hình 40 – Phạm vi quản lý của các chủ thể liên quan trong việc quản lý chất
lượng dịch vụ di động.........................................................................................80
Hình 41 – Giải pháp VQmon/EP........................................................................84
Hình 42 – Các thiết bị đánh giá chất lượng của Ascom.....................................85
Hình 43 – Bộ thiết bị đo kiểm chất lượng của Minacom dành cho các nhà khai
thác.......................................................................................................................86
Hình 44 – Hệ thống quản lý chất lượng của NEC..............................................89

6


Danh sách bảng biểu
Bảng 3-1- Thuộc tính dịch vụ lớp kênh mang....................................................23
Bảng 3-2 – Phân loại khả năng di chuyển của đầu cuối di động.......................28
Bảng 3-3 – Chất lượng dịch vụ dự kiến cho các dịch vụ đàm thoại và thời gian
thực......................................................................................................................28
Bảng 4-4 – QoS dự kiến cho dịch vụ tương tác.................................................35
Bảng 4-5 – QoS dự kiến cho dịch vụ streaming.................................................35
Bảng 6-6 Sự phân loại các tham số QoS theo mô hình Timeline......................45
Bảng 8-7 – Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau
.............................................................................................................................61
Bảng 9-8 – Ví dụ về sự phụ thuộc của đặc tính tâm lý vào đặc tính vật lý [13]64
Bảng 9-9 – Các lớp điều kiện cho mô hình INMD...........................................71
Bảng 10-10 – Một số KPI and KQI có thể được giám sát trong thời gian thực 88

7


1 Giới thiệu
Theo Quyết định số 34/2006/QĐ-BBCVT về việc “Ban hành Danh mục dịch

vụ viễn thông bắt buộc quản lý chất lượng” và Quy định về việc “Quản lý chất
lượng dịch vụ bưu chính, viễn thông” ngày 06/09/2006 của Bộ Bưu chính Viễn
thông, việc quản lý chất lượng dịch vụ cho “Dịch vụ điện thoại trên mạng viễn
thông di động mặt đất ” sẽ được thực hiện bởi nhà khai thác/cung cấp dịch vụ
cũng như bởi Cục Quản lý chất lượng thuộc Bộ Bưu chính Viễn thông, và bao
gồm các nội dung sau:
1.

Công bố chất lượng dịch vụ.

2.

Báo cáo chất lượng dịch vụ.

3.

Kiểm tra chất lượng dịch vụ.

4.

Giám sát chất lượng dịch vụ.

5.

Công khai thông tin về chất lượng dịch vụ.

6.

Thanh tra, xử lý vi phạm và giải quyết khiếu nại, tố cáo về chất
lượng dịch vụ.

Để đáp ứng phần nào các đòi hỏi đối với quản lý chất lượng dịch vụ nêu trên,
mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các kiến trúc chất lượng dịch vụ cho mạng di
động mặt đất do các tổ chức tiêu chuẩn đưa ra và các phương pháp đo kiểm
đánh giá chất lượng dịch vụ thoại. Ngoài ra, báo cáo này sẽ giới thiệu một số
giải pháp của các hãng cung cấp giải pháp cho việc kiểm tra, giám sát chất
lượng dịch vụ cũng như khoanh vùng phần mạng di động có chất lượng dịch vụ
không đảm bảo, để hỗ trợ cho công việc của Cục quản lý chất lượng.
Báo cáo gồm các chương sau. Chương 2 đưa ra định nghĩa QoS của một số tổ
chức tiêu chuẩn, giới thiệu quy trình quản lý chất lượng dịch vụ. Chương 3 và 4
giới thiệu kiến trúc QoS cho mạng UMTS và CDMA2000. Chương 5 sơ lược
hiện trạng quản lý chất lượng dịch vụ ở Việt Nam và tình hình trên thế giới.
Chương 6 trình bày về thỏa thuận mức dịch vụ (SLA), và Chương 7 mô tả cách
đánh giá các chỉ số năng lực chính (KPI) của tài nguyên mạng/dịch vụ. Sau đó,
các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ thoại thông dụng sẽ được trình
bày trong Chương 8. Chương cuối cùng sẽ tập trung trình bày về việc quản lý
chất lượng dịch vụ cho mạng di động tại Việt Nam trong đó chỉ ra các chỉ tiêu
đánh giá chất lượng, các đối tượng cần quản lý chất lượng, các chủ thể tham
gia vào việc quản lý, và các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ quản lý chất lượng dịch
vụ.

8


2 Chất lượng dịch vụ
2.1 Định nghĩa QoS
Theo E.800, QoS được định nghĩa như sau: "QoS là các yếu tố ảnh hưởng đến
hiệu năng của dịch vụ, nó xác định mức độ hài lòng của khách hàng đối với
dịch vụ".
Tuy nhiên để tương thích với E.800 và định nghĩa có thể sử dụng được trong

hợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng, ở đây chúng ta định nghĩa
QoS như sau: "QoS là mức độ mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cho
khách hàng theo hợp đồng đã được cam kết", định nghĩa này bao gồm tập hợp
các tham số có thể đo được của E.800.
Định nghĩa sau trên thực tế đã định hướng hơn đến thị trường mặc dù QoS có
thể được xác định dựa trên đánh giá của khách hàng trong cả hai định nghĩa.
Trên thực tế kết quả cuối cùng là dịch vụ đó là thoả mã hay không thoả mãn.
2.2 Bốn quan điểm về QoS
Ma trận định nghĩa QoS được minh họa trong Hình 1 chỉ ra các tiêu chí đánh
giá chất lượng của chức năng thông tin mà bất kỳ dịch vụ nào cũng phải cung
cấp [ITU-T G.1000].

Hình 1 – Bốn góc nhìn của QoS

Các thành phần của ma trận định nghĩa QoS là:
Yêu cầu QoS của khách hàng: chỉ ra mức chất lượng cần thiết của một dịch
vụ nào đó; yêu cầu này có thể được biểu diễn bằng ngôn ngữ không phải là
ngôn ngữ kỹ thuật. Khách hàng không cần quan tâm đến phương pháp hoạt
động của dịch vụ hay thiết kế bên trọng của mạng dịch vụ mà chỉ quan tâm đến
chất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối.
9


QoS dự kiến được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ: chỉ ra mức chất lượng
sẽ được cung cấp cho khách hàng. Mức chất lượng được thể hiện bằng tập giá
trị cho các tham số QoS. Loại QoS này được sử dụng chủ yếu cho việc lập kế
hoạch mạng và việc thỏa thuận mức dịch vụ (sẽ được trình bày ở phần sau).
QoS thực tế được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ: chỉ ra mức chất lượng
thực tế được đưa đến khách hàng. Mức chất lượng được thể hiện bằng tập giá
trị cho các tham số QoS (giống như cho QoS dự kiến).

QoS theo đánh giá của khách hàng: thể hiện mức chất lượng theo nhận định
chủ quan của khách hàng và thường được thể hiện theo mức thỏa mãn của
khách hàng. QoS này được đánh giá thông qua điều tra khách hàng và theo ý
kiến của khách hàng về mức dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ có thể dựa trên
QoS này để đánh giá mức độ thỏa mãn của khách hàng đối với dịch vụ cung
cấp.
Khi xây dựng một hệ thống thông tin, yêu cầu QoS của khách hàng có thể được
coi là một điểm khởi đầu khá logic. Một tập yêu cầu QoS của khách hàng có
thể được thu thập một cách độc lập. Yêu cầu này sẽ là đầu vào cần thiết để nhà
cung cấp dịch vụ từ đó xác định QoS dự kiến cung cấp. Có nhiều trường hợp
nhà cung cấp dịch vụ không thể cung cấp mức QoS mà khách hàng yêu cầu.
Các yếu tố cần xem xét khác như chi phí để đáp ứng chất lượng, khía cạnh
chiến lược của ngành kinh doanh của nhà cung cấp, sự so sánh với các dịch vụ
tương tự v.v… sẽ tác đọng đến mức chất lượng được cung cấp. Yêu cầu của
khách hàng cũng có thể tác động đến cách thức hệ thống giám sát sẽ được xây
dựng để xác định chất lượng dịch vụ cho báo cáo định kỳ về chất lượng thực tế.
Sự kết hợp của các mối quan hệ tạo cơ sở cho việc quản lý chất lượng dịch vụ
một cách thực tế và hiệu quả.
Mối quan hệ giữa bốn quan điểm về QoS và chỉ tiêu chất lượng được minh họa
ở Hình 2.

10


Hình 2 – Mối quan hệ giữa các góc nhìn

Quy trình quản lý QoS ở Hình 3 đưa ra các tác vụ cần được thực hiện để nâng
cao khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ ở mức tốt nhất. Quy trình quản lý
QoS thường ảnh hưởng, và tương tác với, tất cả hoạt động liên quan đến quá
trình cung cấp dịch vụ. Quy trình này đòi hỏi các biện pháp quản lý hướng QoS

tại một giai đoạn trong quy trình, từ việc xác định yêu cầu ban đầu của khách
hàng cho đến khi thỏa mãn yêu cầu của khách hàng [1].

Hình 3 – Quy trình quản lý QoS

Một quy trình quản lý QoS hiệu quả cần bao gồm:
1) Hỗ trợ từ phía quản lý (management involvement)
2) Yêu cầu QoS
3) Đo kiểm và giám sát QoS

11


4) Thiết kế dịch vụ.
Yêu cầu QoS đề ra khung chỉ tiêu kỹ thuật cho Thiết kế dịch vụ. Trong khi đó,
Thiết kế dịch vụ sẽ dần được cải thiện dựa vào kết quả mà hệ thống Đo kiểm và
Giám sát QoS đem lại. Yêu cầu QoS liên hệ với các metric kinh doanh thông
qua thỏa thuận mức dịch vụ (SLA).
Yêu cầu chất lượng dịch vụ của bất kỳ ứng dụng nào trong viễn thông đều phải
dựa trên đánh giá của người sử dụng cuối. Để hiểu rõ về các góc nhìn đối với
QoS, có thể xem xét một ví dụ về cuộc gọi video. Trong quá trình goi, mức độ
dịch vụ được đánh giá thông qua các tham số ứng dụng tương ứng như độ phân
giải của hình ảnh, tốc độ khung, v.v… Các tham số này có thể được chuyển đổi
thành các thành các tham số QoS cho năng lực mạng như băng thông, lỗi, tỷ lệ
lỗi [2]. Đánh giá chung của người dùng đối với dịch vụ là kết quả của các tham
số ứng dụng hữu hình liên quan đến mạng và các tham số vô hình không liên
quan đến mạng như sự tiện lợi, khả năng điều khiển, năng lực hoạt động, giá trị
so với chi phí và tính “thời thượng” [3]. Hình 4 trình bày một mô hình về khái
niệm phân lớp này cho QoS.

Hình 4 – Mô hình QoS

Tài liệu [4] tổng kết rằng mọi người dùng và mọi ứng dụng đều có yêu cầu
QoS khác nhau. Để cung cấp mức dịch vụ khác nhau cho phần lưu lượng khác
nhau thì kiến trúc QoS đã được nghiên cứu từ rất lâu. Rất nhiều đề xuất đã
được đưa ra nhưng phần lớn đều không được ứng dụng trên thực tế. Lý do
chính hoàn toàn không liên quan gì đến kỹ thuật: hầu như tất cả các đề xuất đều
có thể được thực hiện bằng các công nghệ hiện có. Chính việc không để ý đến
các vấn đề khác (không liên quan đến QoS) đã làm chậm việc triển khai QoS.
Vấn đề đầu tiên là việc không có mô hình thương mại hóa hấp dẫn cả nhà khai
thác và người sử dụng. Một vấn đề quan trọng khác là việc đảm bảo QoS từ
đầu cuối đến đầu cuối phải hoạt động trên môi trường nhiều nhà khai thác/cung
12


cấp khác nhau có đặc tính khác nhau. Đặc biệt, đối với cả nhà khai thác và
người dùng, việc dễ dàng trong quản lý cơ chế QoS trong môi trường đa dạng
này cũng là vấn đề cần quan tâm. Những cơ chế cần thiết cho việc báo hiệu yêu
cầu QoS và các ràng buộc khác (như ngưỡng tính cước) của ứng dụng và người
sử dụng cũng không được tích hợp một cách đúng mức vào kiến trúc tổng thể.
Quản lý QoS trong mạng 2.5G và 3G chủ yếu bao gồm hai lĩnh vực: chuẩn bị
chính sách QoS và giám sát QoS. Giám sát QoS là quy trình thu thập thống kế
năng lực QoS và cảnh báo. Số liệu thống kê này được sử dụng để tạo báo cáo
phân tích nhằm thực hiện thay đổi/nâng cấp mạng. Chuẩn bị chính sách QoS là
quy trình cấu hình và duy trì chính sách QoS cho một số phần tử mạng cần thiết
dựa trên thỏa thuận mức dịch vụ với khách hàng và năng lực mạng thực tế [5].
2.3 Các thành phần mạng di động có ảnh hưởng đến QoS
Chất lượng là một đặc tính của cuộc gọi có phạm vi từ đầu cuối đến đầu cuối.
Do vậy, mỗi thành phần của mạng đều có ảnh hưởng đến chất lượng này. Các
thành phần cần được xem xét là kết nối vô tuyến từ thiết bị người dùng đến

trạm gốc của tế bào di động, mạng vô tuyến mặt đất kết nối tế bào di động và
bộ phận điều khiển, gateway đến mạng lõi, mạng lõi, và mạng ngoại vi phía
đầu xa (cố định và di động).
Ngoài ra, chất lượng cũng bị ảnh hưởng bởi khả năng của toàn mạng trong việc
truyền yêu cầu của từng cuộc gọi trong mặt phẳng điều khiển và hỗ trợ yêu cầu
chất lượng trong suốt cuộc gọi trong mặt phẳng người dùng.
Khả năng báo hiệu cũng cần được đáp ứng ở tất cả các phần trong mạng. Nếu
UE không có khả năng báo hiệu yêu cầu chất lượng thì điều tốt nhất có thể làm
được là nhà cung cấp dịch vụ di động cần cung cấp chất lượng dịch vụ chuẩn
dựa trên thuê bao. Khi đó, UTRAN sẽ phải có khả năng chuyển yêu cầu chuẩn
hoặc theo báo hiệu của UE thông qua khả năng báo hiệu của mạng IP hoặc
ATM, tới mạng lõi. Sau cùng, khả năng điều khiển chất lượng kết nối tới bên
nhận sẽ chỉ có thể được duy trì trên đoạn kết nối cuối nếu đoạn cuối này cũng
có khả năng báo hiệu yêu cầu chất lượng. Bất cứ hỏng hóc nào của các bộ phận
hỗ trợ báo hiệu cũng đồng nghĩa với việc không đảm báo chất lượng dịch vụ
trên mặt phẳng người dùng.
Mọi phần trên toàn mạng đều có ảnh hưởng đến mức dịch vụ khi thiết lập kết
nối, nhưng trong trường hợp mạng 2G, phần mạng vô tuyến có xác suất thiết
lập thành công thấp hơn các phần mạng cố định khác trong mạng. Điều này là
do hạn chế của vùng phủ sóng ở những khu vực có điều kiện không thuận lợi
cũng như thiếu tài nguyên. Các yếu tố bất lợi này vẫn tồn tại trong mạng 3G.

13


Mạng cố định được thiết kế để không rớt cuộc gọi. Tuy nhiên, đối với mạng di
động khó khăn trong việc chuyển vùng (handover) là nguyên nhân chính gây ra
sự cố này.
Kết nối radio đầu tiên là phần quan trọng nhất trên mặt phẳng người sử dụng có
ảnh hưởng đến chất lượng nhưng không phải là phần duy nhất. Ảnh hưởng lớn

nhất của nó là tỷ lệ lỗi cao so với các phần khác trong mạng và tốc độ truyền
dẫn thấp. Tỷ lệ lỗi cao khiến cho cần phải truyền số liệu theo từng khối có khả
năng tự sửa lỗi, còn tốc độ truyền dẫn thấp làm cho trễ cao hơn. UTRAN gồm
kết nối có tốc độ và chất lượng cao hơn rất nhiều nhưng vẫn có thể xảy ra mất
số liệu hoặc rớt cuộc gọi khi handover từ tế bào này sang tế bào khác, và tắc
nghẽn xảy ra trên kết nối chia sẻ này sẽ gây ra trễ hàng đợi biến thiên và giảm
chất lượng do jitter. Rớt cuộc gọi rất có khả năng xảy ra khi handover yêu cầu
thay đổi tần số sóng mang.
Mạng lõi thường sử dụng cáp quang dung lượng lớn; nếu truyền dẫn trong
mạng lõi không bị quá tải, ảnh hưởng duy nhất đến chất lượng dịch vụ là trễ lan
truyền. Trễ lan truyền thường vào khoảng 0,7ms cho khoảng cách 100 km.
Mạng đích thường là nguyên nhân chính của bài toán chất lượng. Mạng đích có
tất cả những vấn đề nêu trên nếu đó cũng là mạng di động hoặc sẽ có những
vấn đề khác nếu đó là mạng cố định. Nếu bên nhận là điện thoại IP hoặc người
sử dụng đơn lẻ thì có nhiều khả năng là kết nối phía nhận có tốc độ thấp và như
vậy sẽ gây ra trễ lớn và trễ biến thiên.
Công nghệ VoIP cũng có những vấn đề về chất lượng dịch vụ riêng. Đối với
kết nối chuyển mạch kênh, sự suy giảm chất lượng chủ yếu là do việc chuyển
đổi mã hóa tín hiệu (transcoding). Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằng
cách sử dụng một codec mặc định để sử dụng cho mạng di động, hoặc cho phép
thỏa thuận lựa chọn loại codec.
Mất gói tin có thể xảy ra tại bất cứ phần nào trong mạng có sử dụng ghép kênh
thống kê lưu lượng từ nhiều nguồn khác nhau. Mạng ATM và frame-relay cho
phép mất gói tin và đề ra các nguyên tắc loại bỏ lưu lượng vượt quá tốc độ thuê
bao thông qua cơ chế điều khiển thích hợp.
Cũng tương tự như vậy, router trong mạng chuyển mạch gói PS cũng hủy gói
theo các nguyên tắc riêng khi tắc nghẽn xảy ra. Lưu lượng sử dụng một tập hợp
các kênh dùng chung và kênh riêng trên kết nối vô tuyến. Kênh dùng chung
được sử dụng cho lưu lượng có dạng bursty nên có thể xảy ra mất gói tin trong
thời gian tạm thời tắc nghẽn.

14


Việc định tuyến sai cũng có thể xảy ra khi thông tin về địa chỉ bị làm sai lệch
do lỗi đường truyền. Điều này hay xảy ra trong vùng mạng có tỷ lệ lỗi cao, ví
dụ như trên kết nối vô tuyến nếu như không có cơ chế phù hợp để khắc phục
nó.
Việc gửi lặp số liệu được sử dụng bởi một số giao thức nhằm tránh mất hoặc
hỏng số liệu khi yêu cầu trễ không cho phép gửi số liệu lại (theo yêu cầu). Cần
sử dụng một số thủ tục cần thiết để loại bỏ các số liệu lặp này và thường được
sử dụng trên kết nối vô tuyến.
Bên cạnh ảnh hưởng của mạng khi hoạt động bình thường, QoS còn bị ảnh
hưởng bởi các yếu tố bảo mật. Nguyên nhận trực tiếp dẫn tới giảm chất lượng
là tấn công từ chối dịch vụ tới đầu cuối di động của người sử dụng. Tính chất
của các tấn công này phụ thuộc vào hệ điều hành chạy trên thiết bị di động, và
kết quả là tắc nghẽn trong mạng hoặc tại thiết bị di động.
Trong khi các cơ chế bảo vệ phụ thuộc vào thiết bị di động, một số khác phụ
thuộc vào khả năng của thiết bị. Ngoài ra, tính toàn vẹn và xác thực dữ liệu
cũng là những yêu cầu QoS quan trọng có thể được đảm bảo nhờ cơ chế mã
hóa dữ liệu. Tính toàn vẹn của mạng di động cũng đòi hỏi phải bảo vệ mạng
khỏi virus và truy nhập trái phép vào các thiết bị điều khiển mạng. Một tác
dụng phụ của mã hóa/giải mã là nó làm tăng thời gian thiết lập cuộc gọi,
thường là vài giây, do cần phải trao đổi khóa mã hóa và đồng bộ thời gian.

15


3 Hệ thống UMTS
3.1 Kiến trúc UMTS

UMTS Rel-5 đưa ra giải pháp hội tụ giữa thoại và số liệu như được thể hiện
trên Hình 5. Tương tự như cấu trúc GPRS, UMTS bao gồm 3 phần chính là:
máy điện thoại di động (MS), UTRAN và mạng lõi (CN). Máy điện thoại di
động trao đổi thông tin với Node B là thiết bị điều khiển kênh vô tuyến trong
vùng phủ sóng hay còn gọi là tế bào. Các Node B lại chịu sự điều khiển bởi bộ
điều khiển mạng vô tuyến (RNC). Trong cấu trúc UMTS, Node B tương đương
như trạm gốc (BTS) trong cấu trúc GPRS, còn RNC tương đương với bộ điều
khiển trạm gốc (BSC) của GPRS. RNC và các Node B tạo nên một phân hệ
mạng vô tuyến (RNS). Các RNCs kết nối với nhau thông qua giao diện Iur.
Mỗi RNC kết nối với mạng lõi thông qua giao diện Iu là giao diện hỗ trợ các
dịch vụ thoại và số liệu.

Hình 5 – Kiến trúc UMTS

Tập hợp các lớp giao thức UTRAN được thể hiện trên Hình 6 bao gồm: lớp vật
lý (Layer 1), lớp liên kết số liệu (Layer 2) và lới mạng (Layer 3). Lớp vật lý
(PHY) bao gồm các sóng vô tuyến. Lớp liên kết số liệu bao gồm: phần tử điều
khiển truy nhập phương tiện (MAC), phần tử điều khiển kênh vô tuyến (RLC),
giao thức hội tụ gói số liệu (PDCP) và phần tử điều khiển truyền thông
Broadcast/Multicast (BMC). Lớp mạng bao gồm phần tử điều khiển tài nguyên
vô tuyến (RRC). RRC và RLC chia thành hai phần nằm trong mặt phẳng điều
16


khiển và mặt phẳng người sử dụng. PDCP và BMC chỉ tồn tại trong mặt phẳng
người sử dụng. PDCP và RLC trong phiên bản Rel-5 giữ nguyên về mặt cấu
trúc so với phiên bản Rel-99 và phiên bản Rel-4, còn MAC đã thay đổi có thêm
khối mới hỗ trợ HSDPA. Lớp 1, 2 và 3 là một phần lớp truy nhập của UMTS.
Các lớp cao hơn không nằm trong lớp truy nhập của UMTS bao gồm quản lý di
động (MM), điều khiển cuộc gọi (CC) và quản lý phiên (SM).

Hình 6 – Ngăn xếp giao thức của phần UTRAN

Các kênh truyền tải trong đó chỉ ra phương thức truyền dữ liệu qua giao diện
vô tuyến được định nghĩa thông qua điểm truy nhập dịch vụ (SAP) giữa lớp
MAC và lớp PHY. Các kênh logic chỉ ra nội dung hoặc loại dữ liệu được định
nghĩa tại SAP giữa lớp RLC và lớp MAC. Vì vậy một trong các chức năng của
MAC đó là ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải. Các dịch vụ lớp 2 là dịch vụ
kênh mang vô tuyến.
Lớp vật lý cung cấp dịch vụ truyền tải cho lớp MAC thông qua các kênh truyền
tải. Các kênh truyền tải lớp vật lý được định nghĩa thông qua các tham số kênh
vô tuyến như: modulation, channel coding, radio matching, multiplexing,
interleaving.

17


3.2 Hỗ trợ QoS
Các dịch vụ UMTS gắn liền với các yếu tố QoS sau:
• Đưa ra tập hợp hữa hạn các định nghĩa và đặc điểm chỉ tiêu QoS có
thể điều khiển được. Các chỉ tiêu này phải đơn giản và các thông tin
liên quan càng ít càng tốt.
• Đưa ra mối quan hệ giữa các ứng dụng và các dịch vụ UMTS. Mối
quan hệ này phải tính đến đặc điểm không đổi xứng của Uplink và
Downlink.
• Tương thích với các hệ thống QoS hiện tại và có thể phân thành
nhiều cấp QoS khác nhau.
• Hỗ trợ QoS cho các kết nối dựa trên phiên và cho phép hỗ trợ nhiều
luồng QoS kết nối đến 1 địa chỉ.
• Quản lý QoS để sử dụng tài nguyên một cách có hiệu quả nhất.

• Thay đổi các chỉ tiêu QoS khi phiên đã được thiết lập và hoạt động
Chất lượng End-to-End QoS cung cấp tới người sử dụng được xác định dựa
trên các thoả thuận mức dịch vụ (SLA) giữa các domain, giữa các phần tử của
mạng và giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Cấu trúc tiêu chuẩn End-to-End QoS
được thể hiện trên Hình 7. Dịch vụ kênh mang định nghĩa các cơ chế hỗ trợ
QoS (nghĩa là signaling, mạng truyền tải phía người sử dụng và quản lý QoS).
Mỗi dịch vụ kênh mang tuỳ thuộc vào dịch vụ được cung cấp bởi dịch vụ kênh
mang của các lớp thấp hơn. Để có thể quản lý QoS dựa trên SLA giữa các
domain, nhà cung cấp dịch vụ phải tính đến các yêu tố sau:
1. Băng tần khả dụng và các lớp QoS và chúng chuyển đổi như thế nào
giữa các domain
2. Các yêu cầu về chính sách và điều chỉnh lưu lượng
3. Cơ chế bảo an
4. Báo cáo tình hình sử dụng dịch vụ, thông tin tính cước, thông tin tài
chính liên quan đến hợp đồng.

18


Hình 7 – Kiến trúc QoS

Tiêu chuẩn đưa ra cái nhìn tổng quan về các chức năng cần thiết để thiết lập,
sửa đổi và duy trì kênh UMTS với mức QoS cụ thể. Các chức năng này được
chia thành phía điều khiển và phía đối tượng sử dụng. Tiêu chuẩn đưa ra ví dụ
về phương thức tương tác giữa các khối để yêu cầu và cam kết tài nguyên QoS
tương ứng với một giao thức cụ thể chẳng hạn như RSVP. Tuy nhiên tiêu
chuẩn không đưa ra thuật toán cần thiết để thực thi bất kỳ chức năng nào.
3.2.1 Chức năng quản lý QoS trong mặt điều khiển
Như được thể hiện trên Hình 8, chức năng quản lý QoS trong mặt điều khiển
bao gồm nhiều chức năng thực hiện các nhiệm vụ: quản lý, dịch và điều khiển

các yêu cầu của đối tượng sử dụng và tài nguyên mạng.

19


Hình 8 – Chức năng quản lý QoS trên mặt phẳng điều khiển

Các chức năng sau trong mặt điều khiển cung cấp chức năng quản lý QoS:
• Quản lý dịch vụ bao gồm: thiết lập thay đổi và bảo dưỡng dịch vụ. Nó
đưa ra các chức năng quản lý QoS tại phía đối tượng sử dụng. Nó đồng
thời cũng trao đổi thông tin với các phần tử quản lý dịch vụ ngang hàng
và sử dụng dịch vụ được cung cấp bởi các khối chức năng khác. Quản lý
dịch vụ có thể được thực hiện dựa trên yêu cầu dịch vụ từ lớp thấp hơn.
• Chức năng dịch sẽ chuyển đổi giữa các thực thể dịch vụ bên trong
UMTS và các giao thức bên ngoài để điều khiển dịch vụ. Chức năng
dịch bao gồm việc trao đổi thông tin giữa dịch vụ UMTS và các tham số
QoS của giao thức điều khiển dịch vụ của mạng.
• Điều khiển Admission/capability duy trì thông tin về tất cả tài nguyên
khả dụng của mạng và tất cả các tài nguyên đã cấp phát cho các dịch vụ
UMTS. Nó xác định mỗi dịch vụ UMTS yêu cầu hoặc sửa đổi tài
nguyên mà mạng có thể cung cấp được. Khi tài nguyên là khả dụng thì
nó sẽ được dành riêng cho dịch vụ này.
• Điều khiển thuê bao sẽ kiểm tra quyền sử dụng của thuê bao khi yêu cầu
dịch vụ với các tham số QoS cụ thể.

20


3.2.2 Chức năng quản lý QoS phía đối tượng sử dụng
Chức năng quản lý QoS phía đối tượng sử dụng có nhiệm vụ báo hiệu QoS và

giám sát các luồng lưu lượng phía đối tượng sử dụng. Một trong những chức
năng đó là đảm bảo lưu lượng được truyền trong mạng với giới hạn các tham số
QoS đã được thoả thuận trong mạng UMTS.
• Chức năng Mapping cung cấp các gói tin có chứa thông tin về các tham
số của QoS yêu cầu.
• Chức năng phân loại sẽ ấn định cho các gói tin ứng với các dịch vụ đã
được thiết lập của máy di động (mobile station) theo các đặc điểm QoS.
• Chức năng quản lý tài nguyên sẽ phân phối các tài nguyên khả dụng
giữa tất cả các dịch vụ cùng chia sẻ tài nguyên đó theo QoS yêu cầu. Ví
dụ như chức năng quản lý tài nguyên có thể sử dụng các công nghệ như:
lập lịch, quản lý băng thông, điều khiển công suất kênh vô tuyến.
• Khối điều kiện lưu lượng thực hiện chức năng cung cấp lưu lượng theo
đặc điểm QoS đã được thoả thuận. Để thực hiện chức năng này, khối
điều kiện lưa lượng sẽ sử dụng các cơ chế chính sách lưu lượng và/hoặc
điều chỉnh lưu lượng đối với tất cả các luồng lưu lượng. Cơ chế chính
sách lưu lượng sẽ giám sát đặc điểm QoS của luồng lưu lượng và so
sánh nó với đặc điểm QoS đã được thoả thuận. Nếu như các đặc điểm
này không phù hợp thì cơ chế chính sách lưu lượng sẽ đánh dấu các gói
tin như là các gói tin không phù hợp hoặc loại bỏ chúng. Cơ chế điều
khiển lưu lượng sẽ điều chỉnh lưu lượng theo các đặc điểm QoS đã thoả
thuận.
• Ví dụ về đường đi của dữ liệu trong các khối chức năng QoS của mặt
phẳng người sử dụng được thể hiện trên Hình 9.

21


Hình 9 – Chức năng quản lý QoS trên mặt phẳng người sử dụng

3.2.3 Các lớp QoS

UMTS định nghĩa 4 lớp dịch vụ QoS: hội thoại, Streaming, tương tác, và
Background.
Điểm khác nhau cơ bản giữa 4 lớp dịch vụ này đó là độ nhạy cảm của chúng
đối với trễ gói tin. Lớp hội thoại ví dụ như dịch vụ điện thoại có độ nhạy cảm
cao nhất đối với trễ gói tin trong khi đó lớp background chịu ảnh hưởng ít nhất
đối với trễ gói tin.
Lớp hội thoại và Streaming được tải trên luồng lưu lượng thời gian thực. Lớp
hội thoại được sử dụng cho các ứng dụng như điện thoại (ví dụ như GSM),
VoIP và hội nghị truyền hình. Hội thoại thời gian thực diễn ra giữa hai hoặc
nhiều người, vì vậy trễ lớn nhất sẽ tuỳ thuộc vào mức độ chấp nhận của người
sử dụng. Giới hạn trễ có thể chấp nhận được được quy định rất chặt chẽ đối với
lớp dịch vụ này, nếu không đảm bảo trễ thì dịch vụ sẽ có chất lượng không thể
chấp nhận được.
Lớp streaming bao gồm các ứng dụng chẳng hạn như luồng dữ liệu hình ảnh và
âm thanh thời gian thực. Độ biến đổi trễ có thể thấp nhận được phụ thuộc vào
chức năng xắp hàng của ứng dụng.
Lớp tương tác được sừ dụng chủ yếu bởi các ứng dụng yêu cầu dữ liệu từ máy
chủ đầu xa chẳng hạn như duyệt Web, truy nhập máy chủ. Lưu lượng tương tác
được phân loại bởi trễ yêu cầu-đáp ứng của người sử dụng.

22


Lớp background được sử dụng bởi các ứng dụng hoạt động tại background,
chẳng hạn như tải Email và File. Do các ứng dụng này không nhạy cảm đối với
trễ, vì vậy nhiều khi tham số trễ không tồn tại đối với lớp Background.
Như trong Bảng 3 -1, mỗi lớp lưu lượng được thể hiện bằng một tập các tham
số QoS.
Bảng 3-1- Thuộc tính dịch vụ lớp kênh mang

Đặc điểm các Hội thoại
dịch vụ kênh
mang UMTS

Streaming

Tương tác

tốc độ lớn nhất 2048
(kbps)

2048

<
2048
Overhead

Tốc độ đảm bảo

< 2048

< 2048

Trình tự các gói có/không
tin

có/không

có/không

Background

- <
2048
Overhead
có/không

Gói tin lớn nhất 1500 hoặc 1500 hoặc 1500 hoặc 1502
(octet)
1502
1502

1500 hoặc 1502

Chuyển tiếp các có/không
gói tin lỗi

có/không

có/không

có/không

-

Tỉ lệ lỗi bit 5*10-2, 10- 5*10-2, 10- 4*10-3, 10-5, 6*10- 4*10-3, 10-5, 6*102
8
(BER)
, 5*10-3, 2, 5*10-3, 8
10-3, 10-4, 10-3, 10-4,

10-5, 10-6
10-5, 10-6
Tỉ lệ lỗi gói

10-2, 7*10- 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-6
3
, 10-3, 10-4, 7*10-3, 103
10-5
, 10-4, 10-5

Trễ truyền gói 100
tin (ms)

10-3, 10-4, 10-6

250

Xử lý lưu lượng
ưu tiên

3GPP nghiên cứu

Cấp phát và sử 3GPP đang 3GPP đang 3GPP
đang 3GPP
đang
dụng mức ưu nghiên cứu nghiên cứu nghiên cứu
nghiên cứu
tiên
Thống kê loại Speech/
lưu lượng nguồn Unknown

Speech/
Unknown

Thông tin định 3GPP đang 3GPP đang
23


dạng SDU

nghiên cứu

nghiên cứu

3.2.4 Cơ chế QoS đối với kênh mang vô tuyến
Hình 10 thể hiện lưu đồ cơ chế QoS đối với kênh mang vô tuyến tại các lớp
RRC, MAC, và PHY. RRC đóng vai trò quyết định trong việc quản lý QoS, nó
quản lý báo hiệu giữa máy di động và UTRAN. Ngoài ra RRC còn có thể điều
khiển lớp MAC và PHY.

Hình 10 – Cơ chế QoS trong kênh mang vô tuyến

Trước hết một ứng dụng thực hiện thoả thuận QoS với mạng lõi UMTS trong
các lớp cao hơn. Đặc tính lưu lượng của các lớp trên được ánh xạ vào đặc tính
dịch vụ kênh mang vô tuyến. RRC của máy di động và UTRAN thực hiện các
thủ tục thiết lập và cấu hình lại kênh mang vô tuyến. Trong quá trình diễn ra
các thủ tục này RRC của UTRAN sẽ tham khảo khối điều khiển UTRAN để
kiểm tra xem có đủ tài nguyên không và đảm bảo kết nối mới không ảnh hưởng
đến các dịch vụ đang tồn tại. Trong trường hợp ứng dụng được chấp nhận,
RRC cấp phát băng thông dựa trên việc ấn định mã kênh sử dụng tại lớp vật lý

và định dạng truyền tải tại lớp MAC. Ngoài ra MAC cũng có cơ chế xử lý ưu
tiên.
Trong phần tiếp theo mô tả cơ chế QoS của kênh vô tuyến bao gồm: cấp phát
băng tần và xử lý ưu tiên.

24


3.2.4.1 Cấp phát băng tần
Sau khi một ứng dụng mới thực hiện thoả thuận QoS, RRC sẽ thiết lập dịch vụ
kênh mang vô tuyến trong đó định nghĩa kênh truyền tải và kênh vật lý. Kênh
truyền tải được MAC điều khiển còn kênh vật lý do PHY điều khiển.
Các tham số mô tả kênh truyền tải có chứa định dạng kênh truyền tải bao gồm:
kích thước khung truyền tải (transport block size), kích thước khung truyền tải
được thiết lập (transport block set size). và khoảng thời gian truyền tải. Các
tham số này sẽ định nghĩa băng tần được cấp phát.
Băng tần cấp phát có thể thay đổi bằng cách thay đổi hệ số trải phổ (spread
factor (SF)). Mã trải phổ càng nhỏ thì băng tần (hay tốc độ) càng lớn.

Hình 11 – Tăng băng thông đường lên bằng việc cấu hình lại kênh vật lý

Kích thước hàng đợi (uplink và downlink) của lớp truyền tải được sử dụng để
xác định nhu cầu băng tần động của ứng dụng. Khi hàng đợi vượt quá một giá
trị ngưỡng thì RRC sẽ thực hiện cấu hình lại kênh mang vô tuyến bằng cách
điều chỉnh cấu hình kênh vật lý (nghĩa là điều chỉnh mã kênh) và cấu hình kênh
truyền tải (nghĩa là điều chỉnh định dạng và mã kênh). Các hình từ 11.40 đến
11.42 thể hiện ví dụ về cấu hình lại trong các tình huống khác nhau.

25