BÁO CÁO THỰC TẬP-NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI TRÊN MẠNG BĂNG RỘNG DI ĐỘNG 3G

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3 ATM Aschyncronous Transfer Mode Chế độ truyền bất đối xứngARQ Automatic Repeat Request Tự động nh

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

-BÁO CÁO

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI TRÊN MẠNG BĂNG

RỘNG DI ĐỘNG 3G

Mã số: 13-13-KHKT-SP

Chủ trì đề tài: KS Nguyễn Hữu Hưng

Cộng tác viên: ThS Trần Trung Phong

ThS Đỗ Đức Thành

KS Phùng Anh Tuấn

KS Nguyễn Quang Vinh

Hà Nội, 11/ 2013

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

-BÁO CÁO

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI TRÊN MẠNG BĂNG

RỘNG DI ĐỘNG 3G

Mã số: 13-13-KHKT-SP

Xác nhận cơ quan quản lý đề tài Chủ trì đề tài

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 5

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT 6

MỞ ĐẦU……… ….8

CHƯƠNG 1 KHẢO SÁT TÌNH HÌNH QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ TÌNH HÌNH TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐỐI VỚI DỊCH VỤ TRÊN NỀN MẠNG BĂNG RỘNG 3G 10

1.1 Tình hình quản lý chất lượng dịch vụ và tiêu chuẩn hóa quốc tế đối với các dịch vụ trên nền mạng băng rộng 3G 10

1.1.1 Tổ chức ITU-T 10

1.1.2 Tổ chức ETSI 15

1.2 Tình hình quản lý chất lượng dịch vụ và tiêu chuẩn hóa trong nước đối với các dịch vụ trên nền mạng băng rộng 3G 22

1.2.1 Các tiêu chuẩn/quy chuẩn đã xây dựng 22

1.2.2 Các tiêu chuẩn quy định nội bộ trong các nhà khai thác viễn thông 25

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG BĂNG RỘNG 3G 27

2.1 Tổng quan hệ thống UMTS 27

2.1.1 Kiến trúc hệ thống 27

2.1.2 Kiến trúc giao thức 28

2.2 Chất lượng các dịch vụ IP trên mạng UMTS 29

2.2.1 Tổng quan 29

2.3 Hoạt động của giao thức truyền tải TCP/UDP trên mạng UMTS 33

2.3.1 Các dịch vụ dựa trên giao thức UDP 33

2.3.2 Các dịch vụ dựa trên giao thức TCP 34

2.3.3 Giao thức TCP trên mạng UMTS-HSDPA 35

2.3.4 Mô hình đo đánh giá truyền tải TCP/UDP trên mạng UMTS 37

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC YÊU CẦU VỀ KỸ THUẬT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐO KIỂM CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI TRÊN NỀN MẠNG BĂNG RỘNG DI ĐỘNG 3G 41

3.1 Sơ đồ chức năng của hệ thống đo 41

3.2 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống đo 43

3.2.1 Các yêu cầu chung 43

3.2.2 Yêu cầu đối với MQT 44

3.2.3 Yêu cầu đối với FQT: 47

3.2.4 Yêu cầu với Khối xử lý kết quả đo 47

3.3 Khảo sát các hệ thống đo trên thế giới 49

3.3.1 ASCOM 50

3.3.2 SWISSQUAL 51

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN TẢI TRÊN MẠNG BĂNG RỘNG DI ĐỘNG 3G VÀ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI 54

4.1 Đề xuất mô hình thử nghiệm hệ thống đo đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động 3G 54

4.1.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm 54

4.1.2 Mô hình đo thử nghiệm chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động 3G 55

4.2 Kiến nghị triển khai 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC A: KẾT QUẢ ĐO KIỂM PING GÓI 32 BITS ĐẾN SERVER

A.1 Đo kiểm Viettel ở Bắc Ninh 59 A.2 Đo kiểm VMS tại Bắc Ninh 60 A.3 Đo kiểm VMS tại Thanh Hóa 61

NGHỆ BLEKINGE, THỤY ĐIỂN 62

B.1 Upload 62 B.2 Download 64

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1 Mô hình phân loại dịch vụ 11

Hình 1-2 Ánh xạ các yêu cầu về trễ, mất gói tin lên từng loại dịch vụ 11

Hình 1-3 Kiến trúc phân lớp của các dịch vụ IP 14

Hình 1-4 Kiến trúc phân lớp chất lượng dịch vụ trên mạng UMTS 16

Hình 1-5 Ánh xạ giữa thủ tục PDP Context và dịch vụ truyền tải 19

Hình 1-6 Mô hình phân cấp dịch vụ 20

Hình 1-7 Phân lớp dịch vụ 20

Hình 1-8 Dịch vụ truyền tải trên mạng di động 3G 22

Hình 2-1 Thành phần kiến trúc hệ thống UMTS 27

Hình 2-2 Kiến trúc giao thức hệ thống UMTS 28

Hình 2-3 Minh họa kết nối logic từ UE đến Server cung cấp dịch vụ 29

Hình 2-4 Phân lớp chất lượng dịch vụ mạng chuyển mạch gói và các tham số tương ứng 29

Hình 2-5 Chức năng quản lý QoS đối với hoạt động liên mạng UMTS - IP 32

Hình 2-6 Mô hình đo truyền tải TCP/UDP 38

Hình 2-7 Đánh giá ảnh hưởng của Gateway trong mô hình đo truyền tải TCP/UDP40 Hình 3-1 Mô hình hệ thống đo kiểm chất lượng dịch vụ truyền tải ứng với kiến trúc phân lớp dịch vụ truyền tải của UMTS 41

Hình 3-2 Kiến trúc giao thức trong hệ thống đo đề xuất 42

Hình 3-3 Sơ đồ khối tổng quát của MQT 45

Hình 3-4 Sơ đồ Khối xử lý kết quả 48

Hình 3-5 Tính biến thiên trễ gói tin 49

Hình 3-6 Giải pháp “Q-Voice Symphony” của ASCOM 50

Hình 3-7 Giải pháp DMU của Swissqual 51

Hình 4-1 Sơ đồ hệ thống đo thử nghiệm 54

Hình 4-2 Mô hình đo thử nghiệm chất lượng dịch vụ truyền tải 56

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1 Các mức ngưỡng đề xuất cho các dịch vụ thoại, video 12

Bảng 1-2 Các mức ngưỡng đề xuất cho các dịch vụ data 13

Bảng 1-3 Chỉ tiêu các lớp dịch vụ trong mạng IP 15

Bảng 1-4 Bảng xác định các tham số cho từng lớp lưu lượng 18

Bảng 1-5 Quy định về chất lượng dịch vụ truyền tải đối với các ứng dụng nhóm thoại/thời gian thực 23

Bảng 1-6 Quy định về chất lượng dịch vụ truyền tải đối với các ứng dụng nhóm luồng dữ liệu 23

Bảng 1-7 Quy định về chất lượng dịch vụ truyền tải đối với các ứng dụng nhóm tương tác 24

Bảng 1-8 Quy định về chất lượng dịch vụ truyền tải đối với các ứng dụng nhóm cơ bản 24

Bảng 1-9 Các chỉ tiêu Round Trip Time miền PS trong mạng 3G của VNPT 25

Bảng 1-10 QoS và các tham số QoS của mạng VNPT 25

Bảng 1-11 Chỉ tiêu chất lượng mạng toàn trình (end-to-end) trong mạng truyền tải IP của VNPT 26

Bảng 2-1 Bộ các tham số cấu hình dịch vụ truyền tải 32

Bảng 3-1 Các tham số khi đo kiểm dịch vụ gửi email 52

Bảng A-1 Đo HSDPA Ping mạng Viettel tại Bắc Ninh 59

Bảng A-2 Đo HSDPA Ping mạng VMS tại Bắc Ninh 60

Bảng A-3 Đo HSDPA ping mạng VMS tại Thanh Hóa 61

Bảng B-1 Upload tốc độ 8 kbps 62

Bảng B-2 Upload tốc độ 32 kbps 63

Bảng B-3 Upload ở tốc độ 128 kbps 63

Bảng B-4 Upload tốc độ 360 kbps 64

Bảng B-5 Download tốc độ 360 kbps 65

Bảng B-6 Download tốc độ 512 kbps 65

Bảng B-7 Download tốc độ 1024 kbps 66

Bảng B-8 Download tốc độ 3072 kbps 66

1

BẢNG DANH MỤC VIẾT TẮT

3GPP 3rd Generation Partnership Project Dự án đối tác thế hệ thứ 3

ATM Aschyncronous Transfer Mode Chế độ truyền bất đối xứngARQ Automatic Repeat Request Tự động nhắc truyền lại

DMU Diversity Measurement Units Các khối đo kiểm DiversityETSI European Telecommunications

Standard Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ liên mạng GPRSGPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói chungGTP GPRS Tunnelling Protocol Giao thức truyền tải gói tin

GPRSHSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ caoHTML Hypertext Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn

bảnHTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bảnITU International Telecommunication

Union

Liên minh Viễn thông Quốc tế

IPLR Internet Protocol Loss Rate Tỷ lệ mất gói tin IP

IPTD Internet Protocol Transfer Delay Trễ truyền gói tin IP

IPDV Internet Protocol Delay Variation Biến thiên trễ gói tin IP

MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền lớn nhất

MQT Mobile QoS Test-equipment Thiết bị đo kiểm chất lượng di

độngFQT Fixed QoS Test-equipment Thiết bị đo kiểm chất lượng cố

địnhOSI Open Systems Interconnection Mô hình tham chiếu kết nối các

hệ thống mở

PDCP Packet Data Convergence Protocol Giao thức hội tụ dữ liệu góiPLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất công

cộngPDP Packet Data Protocol Giao thức dữ liệu gói

RLC Radio Link Control Điều khiển lớp vô tuyếnRNC Radio Network Controller Thiết bị điều khiển mạng vô

tuyếnRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyênRTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian

thựcSGSN Serving GPRS Support Node Nút hỗ trợ phục vụ GPRSSMS Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

SNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức điều khiển mạng tối giản

SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

vậnUMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người dùng

URL Uniform Resource Locator Tham chiếu tài nguyên

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access

Network

Mạng Truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS

3

MỞ ĐẦU

Hiện nay, với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị di động như máy tính xách tay,máy tính bảng, điện thoại thông minh,…các dịch vụ trên nền mạng băng rộng diđộng cũng càng ngày càng phổ biến và đa dạng hơn Các dịch vụ như duyệt web,email, VoIP … trên các thiết bị di động đã trở thành những nhu cầu vô cùng quenthuộc với người dùng Sự phát triển đó đặt ra vấn đề cần kiểm soát chất lượng dịch

vụ QoS, đây cũng là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà khai thác mạng cũngnhư người dùng hiện nay Các dịch vụ này hoạt động trên nền mạng truyền tải băngrộng di động (Bearer Service), và việc đo kiểm, đánh giá chất lượng mạng truyền tảibăng rộng di động là một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo cũng như nângcao chất lượng dịch vụ

Năm 2012, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu Điện thuộc Học viện Công nghệ BưuChính Viễn Thông đã thực hiện đề tài 53-12-KHKT-TC, xây dựng “Dự thảo Quychuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng 3G” Dựthảo quy chuẩn đã chia các ứng dụng trên mạng băng rộng di động thành 4 nhóm dựatrên sự nhạy cảm về trễ và mất gói tin của các ứng dụng Các tham số để đánh giá là

“trễ gói tin một chiều”,”biến động trễ gói tin” và “tỷ lệ mất gói tin”

Nối tiếp công việc đó, nhóm nghiên cứu đã tiếp tục thực hiện đề tài “Nghiên cứu xâydựng thử nghiệm hệ thống đo đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băngrộng di động 3G” Mục đích chính của đề tài là nghiên cứu để xây dựng các yêu cầu

kỹ thuật cho hệ thống đo, từ đó đề xuất một hệ thống đo thử nghiệm có tính khả thi

và phương án thực hiện một số bài đo cụ thể

Sản phẩm đề tài có 2 phần:

1 Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm hệ thống

đo đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động 3G”

2 Mô hình thử nghiệm hệ thống đo kiểm chất lượng dịch vụ truyền tải trênmạng băng rộng di động 3G

Tài liệu này là phần thứ nhất trong bộ sản phẩm, báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu xây dựng thử nghiệm hệ thống đo đánh giá chất lượng dịch vụ truyềntải trên mạng băng rộng di động 3G”

Báo cáo kết quả đề tài gồm có 4 chương Chương đầu tiên tiến hành khảo sát tìnhhình quản lý chất lượng và tiêu chuẩn hóa đối với dịch vụ truyền tải trên mạng băngrộng cố định trong và ngoài nước Nhóm nghiên cứu đã tiến hành rà soát các tiêuchuẩn và tài liệu kỹ thuật có liên quan của các tổ chức quốc tế lớn là ITU-T và ETSI

Về phần trong nước, có dự thảo đề tài 53-12-KHKT-TC đã đề cập ở trên, cùng với

đó nhóm nghiên cứu cũng tiến hành rà soát một số tiêu chuẩn quy định liên quantrong nội bộ của VNPT

Chương 2 trình bày một số các vấn đề lý thuyết liên quan đến việc đo và đánh giáchất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động Phần này trình bày tổngquan về mạng 3G UMTS cũng như cách thức quản lý chất lượng dịch vụ của nó Bêncạnh đó là hoạt động của các giao thức TCP/UDP, là nền tảng của các dịch vụ truyềntải Sau đó nhóm nghiên cứu cũng tìm hiểu phương pháp đo đánh giá chất lượngtruyền tải TCP trên mạng UMTS đã được thử nghiệm ở Thụy Điển

Tiếp theo các cơ sở lý thuyết này, nhóm nghiên cứu đã đưa ra sơ đồ khối chức năngcho hệ thống đo kiểm chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động Sơ

đồ khối mô tả các khối chức năng cần có và các yêu cầu kỹ thuật cần có của từngkhối Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng tiến hành khảo sát các giải pháp đo chấtlượng dịch vụ di động từ các hãng sản xuất thiết bị đo lớn trên thế giới nhưSwissQual và ASCOM, để có thể có được cái nhìn tổng quan về tình hình đo kiểmtrên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng

Hiện tại thì các nhà sản xuất chưa đưa ra sản phẩm chuyên dụng để đo các tham sốdịch vụ truyền tải như đã quy định trong đề tài 53-12-KHKT-TC Do đó, trongchương 4, nhóm nghiên cứu đã đề xuất hệ thống thử nghiệm để đo được các tham sốnày Hệ thống thử nghiệm cũng được phân tích chi tiết về khía cạnh kỹ thuật và tínhkhả thi trong phần thứ hai của sản phẩm đề tài “Mô hình thử nghiệm hệ thống đokiểm chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng di động 3G” Cuối cùng,nhóm nghiên cứu đưa ra các kiến nghị và các kịch bản có thể sử dụng để triển khai

mô hình trên thực tế

5

CHƯƠNG 1 KHẢO SÁT TÌNH HÌNH QUẢN LÝ CHẤT

LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ TÌNH HÌNH TIÊU CHUẨN HÓA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ĐỐI VỚI DỊCH VỤ TRÊN NỀN MẠNG BĂNG RỘNG 3G

1.1 Tình hình quản lý chất lượng dịch vụ và tiêu chuẩn hóa

quốc tế đối với các dịch vụ trên nền mạng băng rộng 3G

Voice/video messaging

Streaming audio and video

Error

intolerant

Command/control

(e.g Telnet, interactive games)

Transactions (e.g E-commerce, WWW browsing, Email access)

Messaging, Downloads (e.g FTP, still image)

Background (e.g Usenet)

audio/video

Command /control (e.g Telnet, Interactive games)

Transactions (e.g E-commerce, Web-browsing, E-mail access)

Messaging, Downloads

(e.g FTP, still image)

Background (e.g Usenet)

Packet Loss

Zero

loss

Hình 1-2 Ánh xạ các yêu cầu về trễ, mất gói tin lên từng loại dịch vụ

Tiêu chuẩn ITU - T đưa ra yêu cầu về mức ngưỡng đối với các chỉ tiêu chất lượng kỹthuật như sau:

7

Bảng 1-1 Các mức ngưỡng đề xuất cho các dịch vụ thoại, video

Các tham số chỉ tiêu thiết yếu và các giá trị

Trễ một chiều

Biến thiên trế

Mất thông tin

Hai chiều 4-64 kbit/s <150 ms

được ưu tiên (Chú ý 1)

<400 ms giới hạn (Chú ý 1)

< 1 ms < 3% packet

loss ratio (PLR)

16-128 kbit/

s (Chú ý 3)

< 10 s << 1 ms < 1% PLR

Video Videophone Hai chiều 16-384 kbit/

s

< 150 ms được ưu tiên (Chú ý 4)

<400 ms giới hạn

< 1% PLR Lip-synch

(Hình ảnh động và môi đồng

bộ hóa):

< 80 ms Video Một chiều Một chiều 16-384 kbit/

s

Chú ý 1 – Giả thiết điều khiển tiếng vọng tích hợp.

Chú ý 2 – Các giá trị chính xác phụ thuộc vào bộ mã/giải mã hóa cụ thể, nhưng giả thiết sử dụng thuật toán giấu mất gói tin để giảm thiểu hiệu ứng mất gói tin.

Chú ý 3 – Chất lượng rất phụ thuộc vào kiểubộ mã/giải mã hóa và tốc độ bit.

Chú ý 4 – Các giá trị này được coi như các giá trị mục tiêu lâu dài, có thể không được công nghệ hiện thời đáp ứng.

Bảng 1-2 Các mức ngưỡng đề xuất cho các dịch vụ data

Các tham số chỉ tiêu thiết yếu và các giá trị

Trễ một chiều (Chú ý)

Biến thiên trế

Mất thông tin

Dữ liệu Duyệt web

– HTML

Chủ yếu một chiều

~10 KB Ưu tiên < 2 s

/trang

Có thể chấp nhận được < 4 s /trang

Không quy định

0

Dữ liệu Chuyển/phục

hồi dữ liệu khối

Chủ yếu một chiều

10 KB-10 MB

Ưu tiên < 15 s

Có thể chấp nhận được < 60 s

Không quy định

Không quy định

Không quy định

< 10 KB Ưu tiên < 2 s

Có thể chấp nhận được < 4 s

Không quy định

9

ITU-T Y.1540

Tài liệu ITU - T Y.1540 [2] đưa ra các tham số dùng để xác định và đánh giá hoạtđộng của các dịch vụ viễn thông dựa trên giao thức IP và được áp dụng cho các dịch

vụ end-to-end chạy trên giao thức IPv4 Các tham số đánh giá hoạt động của các dịch

vụ IP được dựa trên cơ sở giám sát các gói tin IP tại các điểm đo (MP)

Hình 1-3 Kiến trúc phân lớp của các dịch vụ IP

Tài liệu này cũng đồng thời đưa ra một số tham số đánh giá chất lượng truyền tải góitin IP, dựa trên các thống kê đặt tại các điểm đo như sau:

- Trễ truyền gói tin IP (IP packet transfer delay);

- Biến thiên trễ của gói tin IP;

số Lớp 0 Lớp 1 Lớp 2 Lớp 3 Lớp 4 Lớp 5

IPTD

Thời gian trễtrung bình 100ms 400ms 100ms 400ms 1s U

IPLR Tỉ lệ mất gói 1*10e-3 1*10e-3 1*10e-3 1*10e-3 1*10e-3 U

Trong đó, giá trị mất gói (IPLR) dựa trên các nghiên cứu, chỉ ra rằng các ứng dụngthoại chất lượng cao và các bộ mã hóa/giải mã thoại bị ảnh hưởng rất ít với giá trịIPLR tương đương 10exp-3

ETSI 123.107 V11.0.0 (2012-01)

Tài liệu ETSI 123.107 [4] đưa ra khái niệm về chất lượng dịch vụ như sau

Các dịch vụ mạng được xem như là end-to-end, tức là từ một đầu cuối đến đầu cuốikhác Một dịch vụ end-to-end có một chất lượng dịch vụ (QoS) xác định cho ngườidùng sử dụng dịch vụ đó Người dùng sẽ quyết định có thỏa mãn với chất lượng dịch

vụ được cung cấp hay không

Kiến trúc phân lớp dịch vụ truyền tải UMTS được mô tả trong Hình 1 -4

11

TE MT RAN CN

EDGE NODE

CN Gateway

TE UMTS

Service

Backbone Bearer Service

RAN Access Bearer Service

Radio Bearer Service

Physical Radio Bearer Service Physical Bearer Service

Hình 1-4 Kiến trúc phân lớp chất lượng dịch vụ trên mạng UMTS

Chất lượng dịch vụ truyền tải của một mạng được xác định bởi các đặc tính và chứcnăng được thiết lập từ nguồn đến đích của dịch vụ đó Dịch vụ truyền tải (bearerservice) cho phép giám sát chất lượng dịch vụ QoS đã thỏa thuận trước

Tài liệu ETSI 123.107 phân loại dịch vụ được sử dụng cho UMTS thành 4 lớp vớitiêu chí phân loại dựa theo mức độ nhạy cảm về trễ của lớp dịch vụ đó:

Lớp tương tác và lớp cơ bản được áp dụng trên những ứng dụng Internet truyềnthống như WWW, Email, Telnet, FTP Do đặc điểm yêu cầu về độ trễ ít hơn so với 2lớp dịch vụ trên, cả 2 loại dịch vụ này đưa ra mức độ sửa lỗi tốt hơn bằng cách mãhóa kênh và cơ chế truyền lại (retransmission) Lớp tương tác bao gồm các dịch vụtương tác như duyệt mail (Email), duyệt web (Web-Browsing) Lớp cơ bản bao gồmcác dịch vụ như download Email, download file Lưu lượng của lớp tương tác cómức ưu tiên cao hơn lớp cơ bản, do đó các ứng dụng trên lớp cơ bản chỉ sử dụngđường truyền khi lớp tương tác không sử dụng Điều này rất quan trọng trong môitrường vô tuyến do băng thông thấp hơn so với mạng cố định.

Tiêu chuẩn ETSI 123.107 đồng thời đã đưa ra khái niệm Bộ thuộc tính đặc trưng củadịch vụ truyền tải (Bearer Service) cho từng lớp dịch vụ như Bảng 1 -4

13

Bảng 1-4 Bảng xác định các tham số cho từng lớp lưu lượng

Lớp lưu lượng Lớp thoại Lớp luồng

dữ liệu

Lớp tương tác

Ưu tiên điều

Cơ sở dữ liệu của mạng (tại HLR)

Hình 1-5 Ánh xạ giữa thủ tục PDP Context và dịch vụ truyền tải

Tuy nhiên, tài liệu này không đưa ra các yêu cầu chỉ tiêu về chất lượng truyền tảidịch vụ cho người dùng Do đó nhóm thực hiện đề xuất không lấy ETSI 123.107 làmtài liệu tham chiếu chính giống như đã đưa ra trong đề tài mã số 31-11-KHKT-TC

ETSI 122.105 V10.0.0 (2011-05)

Tài liệu ETSI 122.105 [5] đưa ra định nghĩa về “Dịch vụ truyền tải – Bearer Service”như sau: Dịch vụ truyền tải là khả năng truyền tải thông tin giữa các điểm truy cậpdịch vụ và bao gồm các chức năng của các lớp ở mức thấp (trong mô hình OSI).Người dùng sẽ chọn tập các giao thức ở lớp trên cho dịch vụ tương ứng

15

Hình 1-6 Mô hình phân cấp dịch vụ

Tài liệu ETSI 122.105 phân loại 4 lớp lưu lượng truyền tải trên mạng 3G với tiêu chíđánh giá mức độ ảnh hưởng của trễ và mất thông tin lên các lớp dịch vụ đó

Hình 1-7 Phân lớp dịch vụ

Tiêu chuẩn này cũng đưa ra các tiêu chí đánh giá hoạt động của dịch vụ, bao gồm:

 Trễ đường truyền: là khoảng thời gian giữa yêu cầu truyền thông tin tại một điểmtruy cập (access point) đến khi nhận được tại một điểm truy cập khác;

 Biến động trễ (Delay variation): hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực, thường đượcquy định bởi một dải giá trị thay vì một giá trị cố định;

 Tỉ lệ lỗi bit: Tỉ lệ giữa các bit bị lỗi trên toàn bộ các bit thông tin được gửi đi,thường được quy định bởi một dải giá trị thay vì một giá trị cố định;

 Tốc độ dữ liệu: xác định bởi lượng dữ liệu truyền đi giữa 2 điểm truy cập chiakhoảng thời gian truyền

 ETSI TS 102 250-2: định nghĩa các tham số chất lượng dịch vụ phổ biến củamạng GSM, 3G và cách tính toán xác định các tham số này Các tham số đượcqui định dựa trên nguyên tắc chung nêu trong ETSI TS 102 250-1 Trong tiêuchuẩn này, các khái niệm, định nghĩa về tham số được chia thành hai phần: kháiniệm trừu tượng và phương pháp đo qui định các điểm kích hoạt tương ứng Cácphép đo không phụ thuộc vào hạ tầng mạng cụ thể và có thể áp dụng chung chocác mạng khác nhau;

 ETSI TS 102 250-3: các thủ tục cơ bản khi sử dụng thiết bị đo chất lượng dịchvụ;

 ETSI TS 102 250-4: các yêu cầu đối với thiết bị đo chất lượng dịch vụ Thiết bị

đo đáp ứng các yêu cầu trong tiêu chuẩn này sẽ cho phép thực hiện các phép đođạt được độ tin cậy yêu cầu;

 ETSI TS 102 250-5: các bài đo cơ bản, cho phép thực hiện đo so sánh(benchmarking) chỉ tiêu chất lượng dịch vụ giữa các mạng GSM và 3G kháinhau.;

 ETSI TS 102 250-6: phương pháp thống kê và xử lí số liệu sau khi đo;

 ETSI TS 102 250-7: xác định phương pháp lấy mẫu, mô tả các phép đo chấtlượng dịch vụ của mạng GSM, trong đó kết quả thu được bằng cách áp dụngthống kê nội suy

17

1.2 Tình hình quản lý chất lượng dịch vụ và tiêu chuẩn hóa

trong nước đối với các dịch vụ trên nền mạng băng rộng 3G

Năm 2012, Viện KHKT Bưu điện đã xây dựng “Dự thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốcgia chất lượng dịch vụ truyền tải trên mạng băng rộng 3G” [8], trong đó đã đưa ra bộcác chỉ tiêu chất lượng cho dịch vụ truyền tải miền chuyển mạch gói qua mạng 3G

Dự thảo định nghĩa “Dịch vụ truyền tải trên mạng di động 3G là dịch vụ viễn thôngtruyền tải thông tin giữa hai điểm truy nhập mạng và thực hiện các chức năng củacác lớp thấp (lớp 3 trở xuống) trong mô hình tham chiếu OSI ”

Hình 1-8 Dịch vụ truyền tải trên mạng di động 3G

Các ứng dụng được phân thành 4 nhóm dựa theo yêu cầu về chất lượng dịch vụ khácnhau: Thoại/thời gian thực, luồng dữ liệu, tương tác, cơ bản

Các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tải bao gồm: Trễ truyền gói tin 1chiều (One way delay), Biến thiên trễ truyền gói tin (Packet Delay Variation) và tỷ lệmất gói tin (Packet Loss Rate)

Bảng 1-5 Quy định về chất lượng dịch vụ truyền tải đối với các ứng dụng nhóm

thoại/thời gian thực

Ứng

dụng

Mức độ đối xứng

Tốc độ

dữ liệu Dung lượng

dữ liệu

Chỉ tiêu đánh giá Trễ

1 chiều

Biến thiên trễ

Tỷ lệ mất gói

< 150ms

95% sốmẫu

< 75 ms

Khôngquy định

<3 %

95% sốmẫu

< 250 ms

Khôngquy định < 10

< 250 ms

Khôngquy định

Tốc độ

dữ liệu Dung lượng dữ liệu

Chỉ tiêu đánh giá Trễ

1 chiều

Biến thiên trễ

Tỷ lệ mất gói

95 %

số mẫu

< 1%

19

< 10 s

Khôngquyđịnh

< 10-3

Hình ảnh

95 % sốmẫu

< 10 s

Khôngquyđịnh

Tốc độ

dữ liệu

Dung lượng dữ liệu

Chỉ tiêu đánh giá Trễ 1

chiều

Biến thiên trễ

Tỷ lệ mất gói

< 4 s

Khôngquyđịnh

< 4 s

Khôngquyđịnh

dữ liệu

Tốc độ dữ liệu

Chỉ tiêu đánh giá Trễ

1 chiều

Biến thiên trễ

Tỷ lệ mất gói

<10-3

1.2.2 Các tiêu chuẩn quy định nội bộ trong các nhà khai thác viễn

thông

VNPT

VNPT hiện đã ban hành Quy định số 1581/QĐ-VNPT-VT ngày 25/08/2010 về cácchỉ tiêu quản lí chất lượng mạng – dịch vụ chủ chốt (KPI) mạng vô tuyến di động2G/3G của VNPT Trong đó có chỉ tiêu Round Trip Time khi ping gói 32 bit đếnserver tại GGSN như sau:

Bảng 1-9 Các chỉ tiêu Round Trip Time miền PS trong mạng 3G của VNPT

PS 95% số mẫu cóPSD Latency ≤

200ms

Thời gian ping gói 32bit đến Server tại GGSN

2 HSDPA_RTT Round Trip Time qua

HSDPA

95% số mẫu có HSPDA_RTT≤

100ms

Thời gian ping gói 32bit đến Server tại GGSN

Một số kết quả đo kiểm ping gói 32 bit qua HSDPA được trình bày ở Phụ lục A.Trong mạng IP, VNPT cũng đã ban hành quy định số 1624/QĐ-VNPT-VT ngày30/08/2010 về “Chỉ tiêu chất lượng mạng truyền tải IP” Quy định này phân chia cácứng dụng trên mạng IP của VNPT thành các lớp khác nhau dựa trên mức độ ưu tiên

dữ liệu và xác định các chỉ tiêu theo từng lớp Việc phân chia này được minh họatrong Bảng 1 -10 Các chỉ tiêu trong mạng IP được VNPT quy định là : Trễ gói tinmột chiều (IPTD), Biến động trễ (IPDV), Tỷ lệ tổn thất gói tin (IPLR), Tỷ lệ lỗi góitin (IPER), Tỷ lệ bỏ qua gói tin Trong đó 4 tham số đầu tiên là có thể đo bằngphương pháp đo chủ động

Bảng 1-10 QoS và các tham số QoS của mạng VNPT

MPLS EXP

Class 0 Giao thức

định tuyến

RSVP, OSPF,ISIS, BGP

dụng

SIP, H.248, IGMP Báo hiệu EF

21

gian chính

xácClass 2 Video cầu, Broadcast TVVideo theo yêu BroadcastVideo

Dịch vụ điểm, đa điểm-đađiểm

điểm-Dữ liệutốc độ

Class 4 Dữ liệudoanh

nghiệp 2

Dịch vụ điểm, đa điểm-đađiểm

điểm-Dữ liệutốc độcao

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT

LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC ĐO VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG BĂNG RỘNG 3G

2.1 Tổng quan hệ thống UMTS

Hình 2-9 Thành phần kiến trúc hệ thống UMTS

Thành phần kiến trúc hệ thống UMTS bao gồm:

 Thiết bị đầu cuối UE;

 Mạng truy nhập vô tuyến UTRAN, bao gồm NodeB và RNC;

 Mạng lõi (miền PS), bao gồm: SGSN và GGSN

Mạng truy nhập vô tuyến kết nối đến mạng lõi qua giao diện Iu – PS Mạng lõi kếtnối ra mạng ngoài (Internet) qua giao diện Gi Giao diện vô tuyến giữa UE vàUTRAN được gọi là Uu

23

2.1.2 Kiến trúc giao thức

Hình 2-10 Kiến trúc giao thức hệ thống UMTS

Hình 2 -10 mô tả kiến trúc giao thức UMTS sử dụng trong truyền dữ liệu của cácứng dụng chạy trên nền TCP/UDP Các ứng dụng cũng như bộ giao thức TCP/IPđược đặt tại phía nút kết cuối là UE và host

Giao thức PDCP (Packet Data Convergence Protocol) cung cấp chức năng nén tiêu

đề (header compression), giúp cải thiện hiệu quả sử dụng phổ tần trong khi phát đigói tin IP qua giao diện vô tuyến

Lớp RLC có thể hoạt động ở 3 chế độ: chế độ có hồi đáp (ACK mode), chế độ khônghồi đáp (NACK mode) và chế độ trong suốt (transparent mode) Chế độ có hồi đáp

có thể đảm bảo phát dữ liệu tin cậy qua giao diện vô tuyến, do sử dụng cơ chế truyềnlại các RLC PDU bị lỗi Trong chế độ không hồi đáp, dữ liệu phát đi không đượcđảm bảo là không bị lỗi, nhưng không được truyền lại để tránh ảnh hưởng đến tham

số trễ (delay) Chế độ trong suốt hoạt động tương tự như chế độ không hồi đáp,nhưng các PDU không kèm theo thông tin về giao thức

Lớp MAC bao gồm tập các kênh logic cho lớp RLC Các kênh logic xác định loại dữliệu sẽ được phát đi Kênh logic được dùng để phát dữ liệu người dùng (là các gói tinIP) được gọi là kênh lưu lượng dành riêng (Dedicated Traffic Channel) Lớp MACánh xạ các kênh logic xuống các kênh truyền tải (transport channel) lớp Vật lý

Lớp Vật lý điều khiển việc sử dụng các kênh vật lý trên giao diện vô tuyến Lớp Vật

lý đồng thời ánh xạ các kênh truyền tải (transport) xuống các kênh vật lý Lớp vật lýcũng bao gồm cả các chức năng như sửa lỗi (forward error correction) và dò tìm lỗi(error detection), chèn (interleaving), trải phổ (spreading), modulation (điều chế),ghép tốc độ (rate matching)

Hình 2-11 Minh họa kết nối logic từ UE đến Server cung cấp dịch vụ

2.2 Chất lượng các dịch vụ IP trên mạng UMTS

Hình 2-12 Phân lớp chất lượng dịch vụ mạng chuyển mạch gói và các tham số

tương ứng

25

Hình 2-4 trình bày mô hình phân lớp QoS từ xét từ góc độ người sử dụng Mô hìnhbao gồm 3 lớp:

- Lớp đầu tiên là truy nhập mạng, là yêu cầu cơ bản cho tất cả các tham số QoSlớp trên Kết quả của lớp này sẽ là các tham số QoS truy nhập mạng (NetworkAccessibility);

- Lớp 2 bao gồm 3 phân lớp: Truy nhập dịch vụ (Service Access), Tích hợpdịch vụ (Service Integrity), Duy trì dịch vụ (Service Retain-ability);

- Lớp 3 bao gồm các dịch vụ khác nhau Kết quả của lớp này là các tham sốQoS

Cần lưu ý rằng, chất lượng dịch vụ còn phụ thuộc vào sự liên kết (interconnectivity)giữa các nhà khai thác (operator) và các dịch vụ truyền dẫn trung gian

Có nhiều quan điểm phân loại các ứng dụng trong mạng chuyển mạch gói, tuy nhiênphổ biến nhất vẫn là dựa theo ảnh hưởng của trễ đến chất lượng dịch vụ của ứngdụng đó

Các tài liệu kỹ thuật của 3GPP phân loại các ứng dụng dựa theo đặc điểm về lưulượng: thoại (conversational), streaming (luồng dữ liệu), tương tác (interactive) và cơbản (background) Lớp thoại sẽ đảm bảo mối quan hệ về mặt thời gian giữa các thựcthể thông tin (trong đó các tham số trễ và biến thiên trễ phải được kiểm soát tốt), trễ

1 chiều end-to-end được yêu cầu rất thấp, lưu lượng thường là ở dạng đối xứng Ví

dụ điển hình là các cuộc gọi thoại, bao gồm cả các dịch vụ thoại có hình Lớp luồng

dữ liệu được dùng để truyền dữ liệu mà trong đó các gói được truyền đi một cáchliên tục Các ứng dụng của lớp này, như luồng video (video streaming), thường ởdạng bất đối xứng, trễ 1 chiều end-to-end và biến thiên trễ thường không cần chặtchẽ như ở lớp thoại Lớp tương tác bao gồm các ứng dụng như duyệt web (webbrowsing), lưu lượng trao đổi ở dạng đối xứng, trễ vòng RTT (round-trip-time) và tỷ

lệ lỗi bit (BER) phải được kiểm soát ở mức thấp Lớp cơ bản bao gồm các ứng dụngnhư email, trong đó trễ không phải là vấn đề lớn

Đứng trên góc nhìn của mạng IP, mạng truy nhập UMTS được hiểu giống như vai tròcủa lớp liên kết dữ liệu (data link layer) trong mô hình OSI Khi đầu cuối truy nhậpmạng, một kênh truyền ảo (tunnel) được thiết lập giữa đầu cuối và GGSN Kênhtruyền này trong hệ thống UMTS còn được gọi là PDP Context, cung cấp dịch vụtruyền tải kênh mang UMTS Bearer Service Thiết bị đầu cuối sẽ di động cùng vớikênh mang này, và có thể kích hoạt một kênh mang thứ cấp (secondary PDP

Context) Trong trường hợp này, một bộ lọc gói tin, còn được gọi là Traffic FlowTemplate (TFT) sẽ được sử dụng kết hợp với mỗi PDP Context thứ cấp.

QoS là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của một PDP Context, được

“đàm phán” trong khi thiết lập thủ tục PDP Context Activation Ngoài việc chỉ ra lớplưu lượng để sử dụng một cách tối ưu (lớp thoại, luồng dữ liệu, tương tác, cơ bản),còn có một số các thuộc tính khác Một số thuộc tính chung cho tất cà các lớp lưulượng là:tốc độ bit tối đa (maximum bitrate), trình tự phát (delivery order), kíchthước SDU tối đa (maximum SDU (Service Data Unit) size), tỉ lệ lỗi SDU (SDUerror ratio), tỉ lệ lỗi dư thừa (residual bit error ratio), phát các SDU lỗi (delivery oferroneous SDUs) và độ ưu tiên cấp phát/duy trì (allocation/retention priority) Thuộctính chung đối với 2 lớp thoại và luồng dữ liệu là thông tin định dạng SDU (SDUformat information), trễ đường truyền (transfer delay) và tốc độ bit đảm bảo(guaranteed bit rate) Thuộc tính cần quan tâm đối với lớp tương tác là độ ưu tiên xử

lý lưu lượng (traffic handling priority) Mỗi thuộc tính QoS có thể được xác định bởidải giá trị quy định trong tiêu chuẩn

Kiến trúc QoS trong mạng UMTS dựa trên ý tưởng về kiến trúc phân lớp với dịch vụkênh mang (Bearer Service – BS) Mỗi BS được định nghĩa bởi các đặc trưng vàchức năng (được thiết lập khi khởi tạo dịch vụ từ nguồn đến đích) Mỗi lớp trong môhình phân lớp bao gồm một hoặc nhiều BS có khả năng cung cấp QoS mong muốndựa trên cơ sở end-to-end UMTS BS cung cấp QoS bên trong hệ thống UMTS, từthiết bị đầu cuối (Mobile Terminal) đến Gateway của mạng lõi (Core Network).UMTS Bearer Service được phân thành Radio Access Bearer Service (quản lý kếtnối giữa MT và CN Iu Edge) và Core Network Bearer Serivce (kết nối giữa CN IuEdge và CN Gateway)

Hình 2-5 mô tả việc quản lý QoS khi liên kết hoạt động giữa mạng IP và UMTS.Thực thể chức năng chính là quản lý IP Bearer Service và chức năng Chuyểndịch/Ánh xạ (Translation/Mapping) xuất hiện tại GGSN và UE Chức năng quản lý

IP BS sử dụng cơ chế IP chuẩn để quản lý dịch vụ kênh mang IP (IP Bearer service).Chức năng chính là giao diện giữa UMTS và mạng IP Chức năng chuyển dịch(Translation) tương tác với IP BS Manager và cung cấp khả năng hoạt động liên kếtgiữa các cơ chế và tham số dịch vụ sử dụng trong UMTS BS và IP Bearer Service

27