Các cơ chế của QoS: Chất lượng dịch vụ hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Việc phát hành 3GPP phiên bản năm, mục đích là chuyển mạng 3G chạy hoàn toàn trên giao thức Internet (IP). IP đặc biệt phù hợp cho các mạng mà chất lượng kết nối của chúng được miêu tả như là "best effort". Mạng nổi tiếng dựa trên nguyên lý này là mạng Internet công cộng.

Khi thế giới chuyển hướng tới di động, truyền thông thoại và dữ liệu thì IP truyền thống lại đặt ra các thách thức mới. Trong mạng di động, các người dùng đầu cuối sử dụng các dịch vụ hướng kết nối với các đặc trưng về chất lượng. Điều này tạo ra sức ép cho các cơ chế đảm bảo của QoS được đặt ra để đảm bảo về mặt chất lượng. Một phương pháp rất đơn giản mang lại QoS cho hệ thống là tạo ra một lượng băng thông không giới hạn cho người sử dụng đầu cuối. Phương pháp này được gọi là "overprovisioning". Nhưng phương pháp này rất tốn kém nên người ta đã nghĩ ra phương pháp khác thay thế mà vẫn đảm bảo QoS cho nhiều người sử dụng với lượng băng thông là có giới hạn và số lượng người sử dụng liên tục thay đổi.

Các mục sau đây sẽ giới thiệu các cơ chế này và những nguyên lý cơ bản của chúng ở một mức độ chung.

Giao thức ReSerVation (RSVP):

RSVP có thể là cơ chế phức tạp nhất để đem lại QoS. RSVP được sử dụng để khởi động các dịch vụ tích hợp. Một dịch vụ tích hợp bao gồm 2 khả năng:

  • Guaranteed: Đây là một dịch vụ tích hợp mô phỏng một mạch kênh riêng ảo. Nó cung cấp giới hạn ổn định về độ trễ kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối dựa trên các tham số lưu lượng.
  • Controlled load: Đây là các dịch vụ tích hợp bằng với dịch vụ "best effort" trong điều kiện không có tải. Nói cách khác thì nó tốt hơn dịch vụ "best effort" nhưng ưu thế này không được đảm bảo trong mọi điều kiện.

Các dịch vụ khác biệt (DiffServ):

DiffServ là một phương pháp tương đối đơn giản để phân biệt các dịch vụ và cho phép các loại dịch vụ này được đối xử khác nhau trong mạng. Các loại lưu lượng được xác định trước cấu hình và giới hạn, gọi là các codepoint hay các giá trị DiffServ. Có khả năng có nhiều loại lưu lượng với DiffServ, nhưng chỉ có hai cấp độ dịch vụ quan trọng:

  • Chuyển tiếp nhanh: Loại này giảm thiểu độ trễ và jitter nên cung cấp một mức độ cao của QoS. Các lưu lượng không phù hợp với loại này thì đơn giản chúng được loại bỏ đi. Chuyển tiếp nhanh được thực hiện với một DiffServ codepoint đơn.
  • Chuyển tiếp đảm bảo: Loại dịch vụ này có thể chia làm bốn loại con và ba mức độ ưu tiên giảm dần. Do đó chuyển tiếp đảm bảo bao gồm 4 x 3 = 12 DiffServ codepoint.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS):

MPLS có nhiều đặc điểm chung với DiffServ. Ví dụ MPLS biểu thị lưu lượng trong mạng ở các điểm vào/ra. Phạm vi cung cấp của MPLS khác so với DiffServ: Mục đích của DiffServ là để phân loại lưu lượng trên toàn mạng, trong khi mục đích của MPLS là để phân loại lưu lượng trên router tiếp theo.

MPLS không bị điều khiển bởi một ứng dụng nào (ví dụ: MPLS không có giao diện lập trình ứng dụng) và không có một thành phần người sử dụng đầu cuối hay một host nào. MPLS chỉ nằm ở các server.

Một đặc điểm đáng lưu ý là MPLS là một giao thức độc lập. Nói cách khác, MPLS có thể được sử dụng với bất kỳ một giao thức mạng nào. IP là giao thức đầu tiên được chọn, nhưng ATMframe relay cũng được chú ý đến. Nó thậm chí được sử dụng trực tiếp ở phần đầu của lớp liên kết dữ liệu khi môi trường làm việc được gọi là một "khung MPLS".

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý MPLS.

Các bộ định tuyến có khả năng chạy MPLS được gọi là "Các bộ chuyển mạch nhãn" (LSR). LSR đầu tiên trong mạng MPLS sẽ nhận các gói và quyết định chuyển tiếp dựa trên địa chỉ đích của gói hay thông tin trên phần header của gói. Các thông tin quyết định cho việc chuyển tiếp gói tin được xác định bởi các chính sách nội bộ bên trong. LSR đầu tiên gán một nhãn thích hợp vào gói và chuyển tiếp đến LSR tiếp theo. Khi nhận được gói tin, LSR tiếp theo xem xét phần nhãn đính kèm. Nhãn hoạt động như một con trỏ trỏ tới một bảng chứa các thông tin chỉ thị về các LSR kế tiếp và gán một nhãn mới cho gói này rồi chuyển tiếp đi. Hoạt động này lặp lại đến khi gói tìm được địa chỉ ra cần thiết hay đến khi số LSR được quy định tối đa bằng 0. Nếu gói không tìm thấy lối ra hay nói cách khác là số LSR mà gói có thể đi qua tối đa bằng giá trị 0 thì gói đó sẽ bị loại bỏ.