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

Tuy nhiên để tương thích với E.800 và định nghĩa có thể sử dụng được tronghợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng, ở đây chúng ta định nghĩaQoS như sau: "QoS là mức độ mà nhà cu

TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM

VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN

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

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

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

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

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

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 4-1 – QoS dự kiến cho dịch vụ tương tác 35

Bảng 4-2 – QoS dự kiến cho dịch vụ streaming 35

Bảng 6-1 Sự phân loại các tham số QoS theo mô hình Timeline 45

Bảng 7-1 – Tham số đánh giá năng lực mạng IP cho các loại dịch vụ khác nhau .61

Bảng 8-1 – Ví dụ về sự phụ thuộc của đặc tính tâm lý vào đặc tính vật lý [13]64 Bảng 8-2 – Các lớp điều kiện cho mô hình INMD 71

Bảng 9-1 – Một số KPI and KQI có thể được giám sát trong thời gian thực 88

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 chấtlượng dịch vụ bưu chính, viễn thông” ngày 06/09/2006 của Bộ Bưu chính Viễnthông, việc quản lý chất lượng dịch vụ cho “Dịch vụ điện thoại trên mạng viễnthông di động mặt đất ” sẽ được thực hiện bởi nhà khai thác/cung cấp dịch vụcũng như bởi Cục Quản lý chất lượng thuộc Bộ Bưu chính Viễn thông, và baogồm 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 diđộng mặt đất do các tổ chức tiêu chuẩn đưa ra và các phương pháp đo kiểmđánh giá chất lượng dịch vụ thoại Ngoài ra, báo cáo này sẽ giới thiệu một sốgiải pháp của các hãng cung cấp giải pháp cho việc kiểm tra, giám sát chấtlượng dịch vụ cũng như khoanh vùng phần mạng di động có chất lượng dịch vụkhông 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 tổchức tiêu chuẩn, giới thiệu quy trình quản lý chất lượng dịch vụ Chương 3 và 4giới thiệu kiến trúc QoS cho mạng UMTS và CDMA2000 Chương 5 sơ lượchiện 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 cáchđánh 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 trìnhbày trong Chương 8 Chương cuối cùng sẽ tập trung trình bày về việc quản lýchất lượng dịch vụ cho mạng di động tại Việt Nam trong đó chỉ ra các chỉ tiêuđánh giá chất lượng, các đối tượng cần quản lý chất lượng, các chủ thể thamgia vào việc quản lý, và các giải pháp kỹ thuật hỗ trợ quản lý chất lượng dịchvụ

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 đếnhiệu năng của dịch vụ, nó xác định mức độ hài lòng của khách hàng đối vớidịch vụ"

Tuy nhiên để tương thích với E.800 và định nghĩa có thể sử dụng được tronghợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng, ở đây chúng ta định nghĩaQoS như sau: "QoS là mức độ mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp chokhách hàng theo hợp đồng đã được cam kết", định nghĩa này bao gồm tập hợpcác 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 cóthể 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 đánhgiá chất lượng của chức năng thông tin mà bất kỳ dịch vụ nào cũng phải cungcấp [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 làngôn ngữ kỹ thuật Khách hàng không cần quan tâm đến phương pháp hoạtđộng của dịch vụ hay thiết kế bên trọng của mạng dịch vụ mà chỉ quan tâm đếnchất lượng dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối

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 giátrị cho các tham số QoS Loại QoS này được sử dụng chủ yếu cho việc lập kếhoạch 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 giátrị 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 củakhách hàng QoS này được đánh giá thông qua điều tra khách hàng và theo ýkiến của khách hàng về mức dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ có thể dựa trênQoS này để đánh giá mức độ thỏa mãn của khách hàng đối với dịch vụ cungcấp

Khi xây dựng một hệ thống thông tin, yêu cầu QoS của khách hàng có thể đượccoi là một điểm khởi đầu khá logic Một tập yêu cầu QoS của khách hàng cóthể được thu thập một cách độc lập Yêu cầu này sẽ là đầu vào cần thiết để nhàcung cấp dịch vụ từ đó xác định QoS dự kiến cung cấp Có nhiều trường hợpnhà 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 cạnhchiến lược của ngành kinh doanh của nhà cung cấp, sự so sánh với các dịch vụtương tự v.v… sẽ tác đọng đến mức chất lượng được cung cấp Yêu cầu củakhách hàng cũng có thể tác động đến cách thức hệ thống giám sát sẽ được xâydựng 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 vụmột 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

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 nângcao khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ ở mức tốt nhất Quy trình quản lýQoS thường ảnh hưởng, và tương tác với, tất cả hoạt động liên quan đến quátrình cung cấp dịch vụ Quy trình này đòi hỏi các biện pháp quản lý hướng QoStại một giai đoạn trong quy trình, từ việc xác định yêu cầu ban đầu của kháchhàng 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

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 vàGiám sát QoS đem lại Yêu cầu QoS liên hệ với các metric kinh doanh thôngqua thỏa thuận mức dịch vụ (SLA)

Yêu cầu chất lượng dịch vụ của bất kỳ ứng dụng nào trong viễn thông đều phảidựa trên đánh giá của người sử dụng cuối Để hiểu rõ về các góc nhìn đối vớiQoS, có thể xem xét một ví dụ về cuộc gọi video Trong quá trình goi, mức độdịch vụ được đánh giá thông qua các tham số ứng dụng tương ứng như độ phângiải của hình ảnh, tốc độ khung, v.v… Các tham số này có thể được chuyển đổithành các thành các tham số QoS cho năng lực mạng như băng thông, lỗi, tỷ lệlỗi [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 liênquan 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 kháiniệm 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 QoSkhác nhau Để cung cấp mức dịch vụ khác nhau cho phần lưu lượng khác nhauthì 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 hoàntoàn không liên quan gì đến kỹ thuật: hầu như tất cả các đề xuất đều có thểđược 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 đềđầu tiên là việc không có mô hình thương mại hóa hấp dẫn cả nhà khai thác vàngười sử dụng Một vấn đề quan trọng khác là việc đảm bảo QoS từ đầu cuốiđến đầu cuối phải hoạt động trên môi trường nhiều nhà khai thác/cung 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 làvấn đề cần quan tâm Những cơ chế cần thiết cho việc báo hiệu yêu cầu QoS vàcác ràng buộc khác (như ngưỡng tính cước) của ứng dụng và người sử dụngcũng 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 bịchính sách QoS và giám sát QoS Giám sát QoS là quy trình thu thập thống kếnăng lực QoS và cảnh báo Số liệu thống kê này được sử dụng để tạo báo cáophân tích nhằm thực hiện thay đổi/nâng cấp mạng Chuẩn bị chính sách QoS làquy trình cấu hình và duy trì chính sách QoS cho một số phần tử mạng cần thiếtdựa 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 Cácthành phần cần được xem xét là kết nối vô tuyến từ thiết bị người dùng đếntrạm 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 phíađầu xa (cố định và di động)

Ngoài ra, chất lượng cũng bị ảnh hưởng bởi khả năng của toàn mạng trong việctruyền yêu cầu của từng cuộc gọi trong mặt phẳng điều khiển và hỗ trợ yêu cầuchất 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 làmđược là nhà cung cấp dịch vụ di động cần cung cấp chất lượng dịch vụ chuẩndựa trên thuê bao Khi đó, UTRAN sẽ phải có khả năng chuyển yêu cầu chuẩnhoặc theo báo hiệu của UE thông qua khả năng báo hiệu của mạng IP hoặcATM, tới mạng lõi Sau cùng, khả năng điều khiển chất lượng kết nối tới bênnhận 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 vụtrên mặt phẳng người dùng

Mọi phần trên toàn mạng đều có ảnh hưởng đến mức dịch vụ khi thiết lập kếtnối, nhưng trong trường hợp mạng 2G, phần mạng vô tuyến có xác suất thiếtlập 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 lợicũng như thiếu tài nguyên Các yếu tố bất lợi này vẫn tồn tại trong mạng 3G

Mạng cố định được thiết kế để không rớt cuộc gọi Tuy nhiên, đối với mạng diđộng 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 cóảnh hưởng đến chất lượng nhưng không phải là phần duy nhất Ảnh hưởng lớnnhất của nó là tỷ lệ lỗi cao so với các phần khác trong mạng và tốc độ truyềndẫn thấp Tỷ lệ lỗi cao khiến cho cần phải truyền số liệu theo từng khối có khảnăng tự sửa lỗi, còn tốc độ truyền dẫn thấp làm cho trễ cao hơn UTRAN gồmkết 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 tắcnghẽn xảy ra trên kết nối chia sẻ này sẽ gây ra trễ hàng đợi biến thiên và giảmchất lượng do jitter Rớt cuộc gọi rất có khả năng xảy ra khi handover yêu cầuthay đổi tần số sóng mang

Mạng lõi thường sử dụng cáp quang dung lượng lớn; nếu truyền dẫn trongmạng lõi không bị quá tải, ảnh hưởng duy nhất đến chất lượng dịch vụ là trễ lantruyền 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 cótất cả những vấn đề nêu trên nếu đó cũng là mạng di động hoặc sẽ có nhữngvấn 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 nhưvậy sẽ gây ra trễ lớn và trễ biến thiên

Công nghệ VoIP cũng có những vấn đề về chất lượng dịch vụ riêng Đối vớikết nối chuyển mạch kênh, sự suy giảm chất lượng chủ yếu là do việc chuyểnđổi mã hóa tín hiệu (transcoding) Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằngcách sử dụng một codec mặc định để sử dụng cho mạng di động, hoặc cho phépthỏa thuận lựa chọn loại codec

Mất gói tin có thể xảy ra tại bất cứ phần nào trong mạng có sử dụng ghép kênhthống kê lưu lượng từ nhiều nguồn khác nhau Mạng ATM và frame-relay chophép mất gói tin và đề ra các nguyên tắc loại bỏ lưu lượng vượt quá tốc độ thuêbao thông qua cơ chế điều khiển thích hợp

Cũng tương tự như vậy, router trong mạng chuyển mạch gói PS cũng hủy góitheo các nguyên tắc riêng khi tắc nghẽn xảy ra Lưu lượng sử dụng một tập hợpcác kênh dùng chung và kênh riêng trên kết nối vô tuyến Kênh dùng chungđược sử dụng cho lưu lượng có dạng bursty nên có thể xảy ra mất gói tin trongthời gian tạm thời tắc nghẽn

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 phụcnó

Việc gửi lặp số liệu được sử dụng bởi một số giao thức nhằm tránh mất hoặchỏng 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 ảnhhưởng 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 chấtcủa các tấn công này phụ thuộc vào hệ điều hành chạy trên thiết bị di động, vàkết 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 phụthuộc vào khả năng của thiết bị Ngoài ra, tính toàn vẹn và xác thực dữ liệucũng là những yêu cầu QoS quan trọng có thể được đảm bảo nhờ cơ chế mãhóa dữ liệu Tính toàn vẹn của mạng di động cũng đòi hỏi phải bảo vệ mạngkhỏi virus và truy nhập trái phép vào các thiết bị điều khiển mạng Một tácdụng 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

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 hiệntrên 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 diđộng trao đổi thông tin với Node B là thiết bị điều khiển kênh vô tuyến trongvùng phủ sóng hay còn gọi là tế bào Các Node B lại chịu sự điều khiển bởi bộđiều khiển mạng vô tuyến (RNC) Trong cấu trúc UMTS, Node B tương đươngnhư trạm gốc (BTS) trong cấu trúc GPRS, còn RNC tương đương với bộ điềukhiển trạm gốc (BSC) của GPRS RNC và các Node B tạo nên một phân hệmạng 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 cácdịch 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 điềukhiển 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 thôngBroadcast/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

khiển và mặt phẳng người sử dụng PDCP và BMC chỉ tồn tại trong mặt phẳngngười sử dụng PDCP và RLC trong phiên bản Rel-5 giữ nguyên về mặt cấutrúc so với phiên bản Rel-99 và phiên bản Rel-4, còn MAC đã thay đổi có thêmkhối 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 diđộng (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 lớpMAC và lớp PHY Các kênh logic chỉ ra nội dung hoặc loại dữ liệu được địnhnghĩa tại SAP giữa lớp RLC và lớp MAC Vì vậy một trong các chức năng củaMAC đó là ánh xạ kênh logic với kênh truyền tải Các dịch vụ lớp 2 là dịch vụkênh mang vô tuyến

Lớp vật lý cung cấp dịch vụ truyền tải cho lớp MAC thông qua các kênh truyềntải 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

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 cóthể điều khiển được Các chỉ tiêu này phải đơn giản và các thông tinliên 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

 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 kênhmang của các lớp thấp hơn Để có thể quản lý QoS dựa trên SLA giữa cácdomain, 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 nàogiữa 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 tàichính liên quan đến hợp đồng

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 đượcchia 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 QoStương ứng với một giao thức cụ thể chẳng hạn như RSVP Tuy nhiên tiêuchuẩn 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 khiểnbao gồm nhiều chức năng thực hiện các nhiệm vụ: quản lý, dịch và điều khiểncác yêu cầu của đối tượng sử dụng và tài nguyên mạng

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 Nóđưa ra các chức năng quản lý QoS tại phía đối tượng sử dụng Nó đồngthời 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 lýdịch 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 trongUMTS và các giao thức bên ngoài để điều khiển dịch vụ Chức năngdịch bao gồm việc trao đổi thông tin giữa dịch vụ UMTS và các tham sốQoS của giao thức điều khiển dịch vụ của mạng

 Điều khiển Admission/capability duy trì thông tin về tất cả tài nguyênkhả dụng của mạng và tất cả các tài nguyên đã cấp phát cho các dịch vụUMTS Nó xác định mỗi dịch vụ UMTS yêu cầu hoặc sửa đổi tàinguyên 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 cầudịch vụ với các tham số QoS cụ thể

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 vàgiám sát các luồng lưu lượng phía đối tượng sử dụng Một trong những chứcnăng đó là đảm bảo lưu lượng được truyền trong mạng với giới hạn các tham sốQoS 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 đãđược 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 dụnggiữa 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 theođặc điểm QoS đã được thoả thuận Để thực hiện chức năng này, khốiđiều kiện lưa lượng sẽ sử dụng các cơ chế chính sách lưu lượng và/hoặcđiều chỉnh lưu lượng đối với tất cả các luồng lưu lượng Cơ chế chínhsách lưu lượng sẽ giám sát đặc điểm QoS của luồng lưu lượng và sosánh nó với đặc điểm QoS đã được thoả thuận Nếu như các đặc điểmnày không phù hợp thì cơ chế chính sách lưu lượng sẽ đánh dấu các góitin như là các gói tin không phù hợp hoặc loại bỏ chúng Cơ chế điềukhiển lưu lượng sẽ điều chỉnh lưu lượng theo các đặc điểm QoS đã thoảthuận

 Ví dụ về đường đi của dữ liệu trong các khối chức năng QoS của mặtphẳng người sử dụng được thể hiện trên Hình 9

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

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 hoặcnhiều 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 vớilớp dịch vụ này, nếu không đảm bảo trễ thì dịch vụ sẽ có chất lượng không thểchấp 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 vàochức năng xắp hàng của ứng dụng

Lớp tương tác được sừ dụng chủ yếu bởi các ứng dụng yêu cầu dữ liệu từ máychủ đầu xa chẳng hạn như duyệt Web, truy nhập máy chủ Lưu lượng tương tácđược phân loại bởi trễ yêu cầu-đáp ứng của người sử dụng

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

1500 hoặc1502

1500 hoặc 1502 1500 hoặc 1502

Chuyển tiếp các

gói tin lỗi

-4*10-3, 10-5, 6*10 8

-Tỉ lệ lỗi gói 10-2, 7*10

-3, 10-3, 10-4,

10-5

10-1, 10-2,7*10-3, 10-

3GPP đangnghiên cứu

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 lớpRRC, MAC, và PHY RRC đóng vai trò quyết định trong việc quản lý QoS, nóquản lý báo hiệu giữa máy di động và UTRAN Ngoài ra RRC còn có thể điềukhiển 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 trongcác lớp cao hơn Đặc tính lưu lượng của các lớp trên được ánh xạ vào đặc tínhdịch vụ kênh mang vô tuyến RRC của máy di động và UTRAN thực hiện cácthủ tục thiết lập và cấu hình lại kênh mang vô tuyến Trong quá trình diễn racác thủ tục này RRC của UTRAN sẽ tham khảo khối điều khiển UTRAN đểkiểm tra xem có đủ tài nguyên không và đảm bảo kết nối mới không ảnh hưởngđến 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 ưutiên

Trong phần tiếp theo mô tả cơ chế QoS của kênh vô tuyến bao gồm: cấp phátbăng tần và xử lý ưu tiên

3.2.4.1 Cấp phát băng tần

Sau khi một ứng dụng mới thực hiện thoả thuận QoS, RRC sẽ thiết lập dịch vụkênh mang vô tuyến trong đó định nghĩa kênh truyền tải và kênh vật lý Kênhtruyền 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 tảiđược thiết lập (transport block set size) và khoảng thời gian truyền tải Cáctham 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 (spreadfactor (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 đểxác định nhu cầu băng tần động của ứng dụng Khi hàng đợi vượt quá một giátrị ngưỡng thì RRC sẽ thực hiện cấu hình lại kênh mang vô tuyến bằng cáchđiều chỉnh cấu hình kênh vật lý (nghĩa là điều chỉnh mã kênh) và cấu hình kênhtruyền tải (nghĩa là điều chỉnh định dạng và mã kênh) Các hình từ 11.40 đến11.42 thể hiện ví dụ về cấu hình lại trong các tình huống khác nhau

Hình 12 – Tăng băng thông đường xuống bằng việc cấu hình lại kênh chuyển tải

Hình 13 – Tăng băng thông đường xuống bằng cấu hình lại kênh vật lý

3.2.4.2 Xử lý ưu tiên

Chức năng xử lý ưu tiên nằm trong MAC-c/sh Lưu lượng có mức ưu tiên caonhất sẽ được phục vụ đầu tiên Giá trị ưu tiên sẽ tương ứng với việc lựa chọnđịnh dạng kênh truyền tải Giá trị ưu tiên cao sẽ tương ứng với định dạng kênhtruyền tải có tốc độ dữ liệu cao còn giá trị ưu tiên thấp sẽ tương ứng với địnhdạng kênh truyền tải có tốc độ dữ liệu thấp

3.3 Thiết lập QoS từ đầu cuối đến đầu cuối

Loại dịch vụ cung cấp trong mạng UMTS phụ thuộc vào chính sách của nhàkhai thác và khả năng của đầu cuối di động UMTS cho rằng các ứng dụng

chạy trong thiết bị đầu cuối có thể năng thông báo yêu cầu QoS, nhưng cơ chếthông báo thì lại nằm ngoài phạm vi tiêu chuẩn của UMTS, mặc dù một lựachọn khác là sử dụng cơ chế SDP của SIP hay dùng H.245 Các kiểu đầu cuốiđời đầu không có khả năng trao đổi yêu cầu QoS nên nhà khai thác ban đầu chỉcung cấp QoS dựa trên loại thuê bao hoặc khả năng của thiết bị đầu cuối, vàthường chỉ áp dụng cho một số loại khách hàng Ngoài ra, nhà khai thác cũngcung cấp QoS theo yêu cầu cho các khách hàng có yêu cầu cao hơn Do vậy,UMTS đề xuất một số tình huống thiết lập QoS từ đầu cuối đến đầu cuối, cũngnhư phân biệt cơ chế sử dụng cho mạng lõi sử CS và PS dùng ATM và mạnglõi IM Phương pháp truyền thống là cơ chế QoS UMTS, trong đó profile QoSchứa trong phương pháp dịch hoạt ngữ cảnh PDP được dịch thành tham số QoSB-ISUP Tham số này sẽ được gửi kèm với yêu cầu kết nối ATM Trong khi

đó, IM đề xuất sử dụng bộ quản lý dịch vụ kênh mang để cung cấp QoS trênnền IP

Như đã nói ở trên, lớp thuê bao được sử dụng để xác định QoS cung cấp chokhách hàng Lớp thuê bao được định nghĩa theo ba mức độ tin cậy (realiabilityclass) và 4 mức độ trễ (delay class) [7] Mức độ tin cậy chỉ ra xác suất mất, lặp,nhận sai thứ tự, và nhận sai một SDU Lớp 1, dùng cho các ứng dụng nhạy cảmvới lỗi, đòi hỏi xác suất nhỏ hơn 10-9 Lớp 2 và 3, dùng cho ứng dụng kém hoặckhông nhạy cảm với lỗi, có đòi hỏi thấp hơn nhiều Hai lớp này đòi hỏi lỗi gửilặp và lỗi thứ tự là 10-5 và xác suất mất và hỏng được phép là 10-2 cho lớp 3, và

10-4 và 10-6 cho lớp 2

Mức độ trễ mô tả trễ trung bình và trễ cho 95% số lượng SDU có kích thước

128 và 1024 byte qua kết nối vô tuyến và mạng GPRS nhưng không bao gồmphần mạng bên ngoài Mức độ cao nhất là mức 1 có đòi hỏi trễ trung bình tối

đa là 0,5s cho SDU có kích thước 128 byte và 2s cho 1024, còn trễ 95% tươngứng sẽ là 1,5 và 7s Những giá trị này cao hơn nhiều so với mức QoS dự kiếncho ứng dụng đàm thoại (xem Bảng 3 -3)

Thông lượng kết nối thực tế sẽ phụ thuộc vào kết quả thỏa thuận cho kết nốichứ không dựa trên loại thuê bao

3.4 Yêu cầu chất lượng dịch vụ

UMTS định ra các mức QoS dự kiến nhằm cung cấp mức chất lượng phục vụcần thiết cho khách hàng sử dụng dịch vụ di động [8] Các mức QoS này phụthuộc vào mức di động của khách hàng và loại môi trường Ảnh hưởng củamức độ di động đến tốc độ truyền dẫn theo tiêu chuẩn của IMT-2000 đượctrình bày trong Bảng 3 -2

Trong hệ thống UMTS, tốc độ di chuyển tối đa theo thiết kế là 500 km/h chocác dịch vụ mặt đất và 1000 km/h cho các dịch vụ qua vệ tinh Các nhóm tốc

độ truyền tin cũng phụ thuộc vào môi trường và kích thước của tế bào Kết nối

vệ tinh ở môi trường nông thôn có tốc độ tối đa là 144 kbps và một đầu cuối diđộng và tốc độ (tức thời) cao nhất có thể là 2Mbps Tốc độ tối đa của GERAN

là 384 kbps

Mức dự kiến cho các lớp QoS được trình bày trong Bảng 3 -3 và Bảng 4 -5[8] Hệ thống UMTS được thiết kế để có thể đáp ứng được mức dự kiến nàynếu cả nguồn và đích đều thuộc một mạng UMTS nhưng chỉ có một số mức cóthể được đáp ứng khi có sự tham gia của mạng bên ngoài nếu ứng dụng kháchhàng có buffer lớn và nhãn thời gian chính xác để loại bỏ jitter mạng

Mặc dù xác suất truy nhập dịch vụ và xác suất thực hiện được cuộc gọi cũngnằm trong danh sách thuộc tính QoS, không có bất cứ mức dự kiến nào đượcđưa ra

Bảng 3-2 – Phân loại khả năng di chuyển của đầu cuối di động

Bảng 3-3 – Chất lượng dịch vụ dự kiến cho các dịch vụ đàm thoại và thời gian thực

3.5 Quản lý năng lực hệ thống

Quản lý mạng gồm hai chức năng chính: quản lý hành chính và quản lý nănglực Quản lý hành chính bao gồm việc bảo dưỡng các hệ thống đăng ký (nhưHSS, HLR, VLR, EIR) được sử dụng cho việc quản lý truy nhập dịch vụ vàquản lý di động Quản lý năng lực gòm việc cấu hình, phân bổ tài nguyên,thống kê mạng và kiểm soát lỗi [9]

Quản lý năng lực cũng bao gồm cả việc thống kê hoạt động của quản lý hànhchính Phần này sẽ chỉ đề cập đến quản lý năng lực gồm những yếu tốc có quan

hệ trực tiếp đến chất lượng dịch vụ Quản lý QoS trong UMTS dựa trên policyprovisioning nhằm đáp ứng yêu cầu của SLA với khách hàng và dựa trên giámsát QoS [9] Policy provisioning sử dụng chức năng PCF CSCF còn giám sátQoS dựa trên tập số liệu thống kê

UMTS đề xuất thu thập số liệu thông kê sau mỗi khoảng thời gian (ví dụ là 5,

15, 30, 60 phút) phù hợp với loại thống kê Báo cáo có thể được truyền về mộtcách thường xuyên bởi các phần tử mạng đang được giám sát hoặc theo yêucầu bởi bộ phận quản lý Các loại thống kê chính cho từng loại thiết bị đượcgiới thiệu bên dưới

RNC

 Số lượng yêu cầu dịch vụ gói và CS thành công

 Số lượng yêu cầu không thành công phân theo nguyên nhân hỏng hóc

 Khoảng thời gian trong bình giữa các yêu cầu dịch vụ CS và PS

 Số lượng bản tin paging thành công

 Số lượng bản tin paging không thành công được phân theo nguyên nhânhỏng hóc

 Số lượng handover nội bộ giữa các kênh thành công

 Số lượng handover nội bộ không thành công phân theo nguyên nhânhỏng hóc

 Số lượng handover mềm thành công đến RNC khác

 Số lượng handover không thành công đến RNC khác phân theo nguyênnhân

 Số lượng handover cứng từ UMTS sang GSM và ngược lại và hỏng hóc

 Số lượng handover cứng tới và từ các mạng di động khác

 Số lượng dữ liệu bị hủy bỏ

Nút B hoặc trạm gốc

 Số lượng handover mềm và tần xuất lỗi và nguyên nhân

 Số lượng handover cứng đến GSM và các dịch vụ khác và tần xuất lỗi

 Số lần mất bản tin paging

 Thống kê mức sử dụng kênh (channel utilization)

 Số lượng yêu cầu phân kênh gói, số chập thuận, số từ chối

 Số lượng nâng cấp/giảm cấp dịch vụ

MSC

 Số cuộc gọi CS đến, số thành công, số không đến và số hướng đi

 Thời lượng và băng thông của cuộc gọi

 Số lượng và loại lệnh truy vấn HLR được thực hiện, thành công, vàkhông thành công

 Thống kê về kết nối/hủy kết nối đến IMSI

 Thống kê về handover giữa và trong MSC

 Thống kê về MGCF

HLR

 Số lượng đầu cuối di động chuyển vùng (roaming) bên ngoài HPLMN

 Số lần cập nhật thông tin thuê bao

 Số lần cập nhật thông tin vị trí

VLR

 Số lượng đầu cuối mạng khách

 Số lượng cập nhật thông tin vị trí

 Số lượng xác thực trong VLR và gửi yêu cầu đến HLR

 Thống kê về yêu cầu nhận diện và paging

EIR

 Số lần kiểm tra IMEI và kết quả kiểm tra

SGSN

 Số lượng khung đã gửi/nhận qua GSM LLC cho AM và UM

 Số lượng GSM SNDCP PDU gửi và nhận

 Số lượng UMTS RLC và MAC PDU gửi và nhận cho TM, AM, UM

 Số lỗi

 Thống kê lưu lượng BSSGP

 Số lượng kết nối/hủy kết nối tới IMSI và GPRS thành công/không thànhcông

 Số lần cập nhật thông tin định tuyến và vị trí

 Số lượng giao dịch HLR và EIR

 Số lượng kích hoạt/bỏ kích hoạt ngữ cảnh PDP đi/đến thành công/khôngthành công

 Thông tin tính cước cho việc sử dụng kết nối vô tuyến

GGSN

 Thống kê về kích hoạt/bỏ kích hoạt PDP cho mỗi APN

 Thông tin tính cước cho việc sử dụng mạng bên ngoài

CSCF

 Thống kê về đăng ký trên mỗi P-CSCF và S-CSCF

 Thống kê về phiên SIP

MSC và SGSN có trách nhiệm gửi số liệu cần thiết cho việc tính cước các cuộcgọi CS và PS Những số liệu quan trọng gồm thời lượng và băng thông củacuộc gọi CS và số lượng gói tin được gửi cho PS, tuy nhiên profile QoS đầy đủcũng cần thiết nếu việc tính cước phụ thuộc vào chất lượng

4 Hệ thống CDMA2000

4.1 Kiến trúc QoS

Tương tự như kiến trúc của 3GPP, 3GPP2 cũng áp dụng một kiến trúc QoSphân lớp Yêu cầu dịch vụ của lớp ứng dụng giữa các thiết bị đầu cuối đượctrao đổi qua SIP/SDP Yêu cầu QoS đó được ánh xạ sang các tham số QoS ởlớp IP Dịch vụ kênh mang mạng lõi (CNBS) dùng DiffServ, còn dịch vụ kênhmạng bên ngoài (EBS) thuộc sở hữu và vận hành bởi một nhà cung cấp dịch vụkhác Tham số QoS ở lớp IP lại được ánh xạ xuống lớp kết nối bao gồmcmda2000 RABS và R-PBS

Hình 14 – Kiến trúc QoS toàn trình của 3GPP2

Hình 15 minh hoạ mặt phẳng điều khiển và người sử dụng trong kiến trúc QoScủa 3GPP2 Mặt phẳng người dùng có 2 thành phần chính là Gateway truynhập (AGW) và router biên (BR) vì đó là giao diện kết nối với mạng truy nhập

vô tuyến và với mạng khác Ngoài AAA và một số CSDL khác, mặt phẳng điềukhiển còn có CQM và SQM

CQM là thành phần quản lý QoS chính trong mạng lõi CQM thực hiện cácquyết định cung cấp tài nguyên (với sự giúp đỡ của CSDL chính sách và AAA)

và giao cho AQW và BR thực thi các quyết định đó Nói một cách khác, CQM

có vai trò của PDP còn AGW và BR có vai trò của PEP

SQM quản lý tài nguyên QoS dựa trên thông tin thuê bao Nó trao đổi thông tinvới CSDL thuê bao và AAA trước khi quyết định cấp phép thuê bao sử dụng tàinguyên Khác với CQM, SQM cung cấp chức năng quản lý QoS theo thuê bao

Hình 15 – Quản lý QoS trong mặt phẳng người sử dụng và mặt phẳng điều khiển

AGW kết nối mạng truy nhập vô tuyến với mạng lõi Khi nhận được yêu càuQoS từ MS, AGW xác thực người dùng với sự giúp đỡ của AAA Yêu cầu QoS

sẽ được gửi đến CQM để xin phép sử dụng tài nguyên của mạng lõi AGWkiểm soát lưu lượng từ MS vào mạng lõi tuân theo quyết định của CQM Lưulượng từ mạng lõi xuống MS cũng được kiểm soát theo chính sách riêng củamạng truy nhập vô tuyến Ngoài cdma2000, AGW còn có thể hỗ trợ các côngnghệ truy nhập vô tuyến khác

Cũng như AGW, BR cũng có nhiệm vụ liên kết mạng lõi với mạng khác (ở đây

là mạng IP) và thực thi các quyết định của CQM Chức năng BR cũng tương tựnhư chức năng của router biên DiffServ PDSN bắt buộc phải hỗ trợ DiffServcòn MS không bắt buộc phải hỗ trợ DiffServ

Tương tự như 3GPP, 3GPP2 cũng phân loại lưu lượng thành 4 loại là

“conversational”, “streaming”, “interactive”, “background” Mỗi loại lưu lượngđược định nghĩa bởi một tập thuộc tính bao gồm băng thông, trễ, jitter, tỷ lệmất gói tin Thuộc tính QoS của kết nối hướng lên và hướng xuống có thể cógiá trị khác nhau vì tính chất lưu lượng có thể không đối xứng Thuộc tính QoScủa lớp IP nên dựa trên thuộc tính đánh dấu của DiffServ Thuộc tính QoS cho

mạng truy nhập vô tuyến cần có ít nhất các thuộc tính là lớp QoS yêu cầu, tốc

độ truyền hướng đi/đến tối đa, trễ hướng đi/đến tối đa Các thuộc tính chi tiết

và các giá trị của chúng phụ thuộc vào loại dịch vụ

Hình 16 – Mô hình QoS toàn trình của 3GPP2

Mô hình QoS toàn trình của 3GPP2 ở Hình 16 là kiến trúc mở rộng của Hình

15 Trong đó, mạng chủ và mạng khách được kết nối bởi mạng IP Mạng chủ

có server HAAA và CSDL HDB Mạng khách cũng có server VAAA và CSDLVDB Khi MS khởi tạo kết nối đến một đầu cuối khác (CN), VAAA xác thựcyêu cầu kết nối với profile chất lượng dịch vụ lưu ở VDB VAAA cũng có thểhỏi HAAA thêm thông tin về thuê bao PDF ở phía mạng khách có chức năngnhư CQM trong Hình 15 P-CSCF và S-CSCF hoạt động như các SIP server và

có nhiệm vụ tham gia vào việc thiết lập kết nối

4.2 Yêu cầu QoS

Cdma2000 không đề ra mức QoS dự kiến hay lớp QoS như UMTS Trên thực

tế, Cdma2000 hỗ trợ các loại ứng dụng tương tự và cũng có mức hỗ trợ ở mức

độ nhất định thông qua tính năng ở mức kết nối vô tuyến và khả năng của IP diđộng

QoS cho ứng dụng lõi CS dựa trên bản tin QoS trong bản tin báo hiệu khi thiếtlập cuộc gọi Yếu tố chính trong bản tin này là tùy chọn dịch vụ, mô tả ứngdụng và băng thông cần thiết, và chế độ được lựa chọn (chế độ đảm bảo vàkhông đảm bảo)

QoS cho PS dựa trên các lớp IP DiffServ [10] Lớp IP DiffServ có thể được yêucầu bởi MS thông qua bản ghi thông tin, hoặc bằng profile người dùng với các

lớp IP DiffServ tùy chọn đã được đăng ký với máy chủ RADIUS ở mạng nhà

và được gửi kèm với chấp thuận truy nhập RADIUS do máy chủ RADIUS gửitrả cho agent mạng nhà Trong trường hợp sử dụng Mobile IP, agent mạng nhà

sẽ phải lấy thông tin về lớp dịch vụ trong bản tin IP để gán cho trường DiffServcủa tunnel di động [11], còn PSDN lại làm như vậy với tunnel hướng ngược lại[12] (nếu tính năng này được kích hoạt) dựa trên profile người sử dụng PDSNgửi gói tin PPP đã được mã hóa bằng GRE (generic routing encapsulation)cùng với tập lớp DiffServ qua giao diện R-P Cơ chế nén mào đầu TCP/IP củavan Jacobsen thường được sử dụng để tăng hiệu suất truyền tin Việc thiết lậpcuộc gọi được bắt đầu bằng một bản tin khởi tạo IS-2000 từ thiết bị di động.Bản tin này sẽ khiến cho PCF gửi bản tin dăng ký đến PDSN qua giao diệnA11, và thiết lập kết nối A10 sau khi đã nhận được bản tin chấp thuận từ hệthống RADIUS PCF tạo một định danh phiên PSI và gắn vào mào đầu GRE;việc này giúp phân biệt các gói tin PPP trên kết nối R-R Khi đã đi qua kết nốinày, phần mào đầu GRE sẽ được loại bỏ

Bảng 4-4 – QoS dự kiến cho dịch vụ tương tác

Bảng 4-5 – QoS dự kiến cho dịch vụ streaming

4.3 Quản lý năng lực hệ thống

Nguyên tắc quản lý cho Cdma2000 cũng tương tự như cho UMTS Tuy nhiên,trong Cdma2000, việc quản lý dựa trên SNMP chứ không dùng CMIP, và truyvấn quản trị tới HLR/VLR sử dụng ANSI-41 thay vì GSM-MAP Bản ghi cuộcgọi cho các cuộc gọi PS được gửi tới bộ phận tính toán của RADIUS

5 Hiện trạng quản lý QoS cho mạng di động

5.1.1 Trên thế giới

Các tổ chức tiêu chuẩn hay nhóm như ITU-T, ETSI, 3GPP, 3GPP2,TeleManagement Forum đều đang tiếp tục đề xuất các khung quản lý chấtlượng dịch vụ, thỏa thuận mức dịch vụ

Ngoài ra, các giải pháp hỗ trợ quản lý chất lượng dịch vụ cũng được nhiều hãngcung cấp giải pháp như IBM-Micromuse, Ascom, HP, NEC, v.v… đề xuất.Tuy nhiên, do tính chất phức tạp của việc quản lý chất lượng trong mạng diđộng, do có nhiều loại dịch vụ, chất lượng kết nối vô tuyến, môi trường nhiềunhà khai thác, v.v…, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mới chỉ được một số nhàcung cấp như Verizon cung cấp nhưng chỉ hạn chế cho một số loại dịch vụriêng lẻ và chỉ dành riêng cho một số đối tượng khách hàng lớn

5.1.2 Tại Việt Nam

Bộ Bưu chính Viễn thông đã ban hành Tiêu chuẩn ngành số TCN 68-186:2006cho việc đánh giá chất lượng dịch vụ điện thoại trên mạng di động mặt đất côngcộng Tiêu chuẩn này bao gồm các chỉ tiêu chất lượng cho dịch vụ điện thoạitrên mạng viễn thông di động mặt đất (PLMN) Ngoài ra, tiêu chuẩn này cũng

là cơ sở để người sử dụng giám sát chất lượng dịch vụ; Cơ quan quản lý Nhànước, các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ thực hiện quản lý chất lượng dịch vụđiện thoại trên mạng viễn thông di động mặt đất theo các quy định của Nhànước và của Bộ Bưu chính, Viễn thông

Bộ tiêu chuẩn đưa ra các chỉ tiêu chất lượng sau:

1 Chỉ tiêu chất lượng kỹ thuật:

a Tỷ lệ cuộc gọi được thiết lập thành công

b Tỷ lệ cuộc gọi bị rơi

b Khiếu nại của khách hàng về chất lượng phục vụ

c Hồi âm khiếu nại của khách hàng

d Dịch vụ hỗ trợ khách hàng

Việc quản lý chất lượng của mạng di động tại Việt Nam phần lớn vẫn là việcgiám sát năng lực mạng và được thực hiện định kỳ theo các chỉ tiêu chất lượngnói trên Tuy nhiên, nhóm chủ trì không tìm được thông tin quy trình cũng nhưthủ tục giám sát chất lượng dịch vụ của các nhà khai thác mạng tại Việt Nam Điều 56 Pháp lệnh Bưu chính Viễn thông về việc hoàn cước và bồi thường thiệthại cũng ghi: “Doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông không bảo đảm chấtlượng dịch vụ theo tiêu chuẩn đã công bố phải hoàn trả cho người sử dụng dịch

vụ một phần hoặc toàn bộ cước phí đã thu… Có trách nhiệm bồi thường thiệthại do mình gây ra cho phía bên kia trong việc cung cấp hoặc sử dụng dịch vụviễn thông theo quy định của pháp luật Các bên tham gia cung cấp, sử dụngdịch vụ viễn thông không phải bồi thường các thiệt hại gián tiếp hoặc nhữngnguồn lợi không thu được do việc cung cấp, sử dụng dịch vụ không đảm bảochất lượng gây ra chỉ được miễn trách nhiệm bồi thường thiệt hại trongtrường hợp bất khả kháng theo quy định của pháp luật”

Nội dung nói trên được hướng dẫn cụ thể tại Nghị định của Chính phủ số160/2004/NĐ-CP ngày 03/9/2004 quy định chi tiết thi hành một số điều củaPháp lệnh Bưu chính, viễn thông về viễn thông

Tuy nhiên việc giám sát thực hiện bồi thường rất khó thực hiện vì khách hàngrất khó tìm được chứng cứ để có thể kiện nhà cung cấp dịch vụ

6 Thoả thuận mức dịch vụ (SLA)

6.1 Định nghĩa SLA

SLA là thoả thuận chính thức giữa hai hay nhiều phía đạt được sau khi hoạtđộng thương thảo giữa các bên về đặc tính dịch vụ, trách nhiệm và mức ưu tiêncủa các bên kết thúc

SLA có thể bao gồm các điều khoản về hiệu năng, tính cước, phương thức cungcấp dịch vụ SLA cũng có thể bao gồm các điều khoản về pháp luật và kinh tế

Các điều khoản của SLA liên quan đến QoS được gọi là thỏa thuận QoS, nó

bao gồm các thỏa thuận giữa hai bên về giám sát, đo kiểm và xác định các tham

số QoS Mục đích của nó là đạt được các thỏa thuận về QoS với khách hàng và

họ hài lòng với dịch vụ nhận được

Trong các phần tiếp theo trình bày cấu trúc SLA và các thành phần của thỏathận QoS

QoS Agreement 1

BI TI Traffic Patterns QoS Parameters and Objectives

Interface Description

Hình 17 - Cấu trúc chung của SLA

Như được thể hiện trên Hình 17, một SLA tương ứng với tất cả các dịch vụgiữa hai bên (SLA trong môi trường nhiều nhà cung cấp dịch vụ), nó bao gồmmột phần chung và các phần riêng cho từng dịch vụ.

Cấu trúc này cho phép tránh được các phần trùng lặp và dễ dàng trong việc bổsung dịch vụ mới vào SLA

6.2.1 Giới thiệu

Phần này mô tả mục đích của SLA và nó có thể bao gồm các nội dung:

 định nghĩa mức dịch vụ mà tất cả các bên cần đảm bảo để khách hànghài lòng;

 hỗ trợ hai bên (khách hàng, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp mạng)trong việc trao đổi thông tin phù hợp về QoS và hiệu năng mạng;

 đưa ra các khái niệm cơ bản về việc đo kiểm và các tham số để thực thicác thỏa thuận

6.2.2 Phạm vi

Phần này mô tả dịch vụ thỏa thuận trong SLA và hiệu năng mục tiêu cần đạtđược

6.2.3 Tính riêng tư (Confidentiality)

Phần này chỉ rõ mô tả cách xử lý thỏa thuận và chia sẻ thông tin giữa các bên

có liên quan Phần này tập trung vào các thông tin riêng tư (confidentialinformation) của tất cả các bên không được chia sẻ với các bên không tham giavào thỏa thuận (ví dụ như SP là đối thủ cạnh trang trong cùng thị trường) Phầnnày không áp dụng trong SLA công khai được ký kết với các tổ chức luật pháp

6.2.4 Quá trình xem lại các điều khoản của SLA

Phần này định nghĩa chu kỳ (hàng ngày, hàng tháng, nửa năm…) và định dạng(văn bản giấy hay điện tử) trao đổi các thông tin QoS Phần này cũng chỉ rõ chu

kỳ xem lại các thỏa thuận QoS để nó luôn cập nhật với công nghệ và mongmuốn của khách hàng Phần này có thể có hoặc không có trong một SLA

6.2.5 Bồi thường

Một SLA có thể bao gồm các điều khoản kinh tế của hợp đồng về bồi thườngtrong trường hợp mức QoS không đạt được