У человека всегда есть две причины для действий: уважительная и та, что на самом деле. (Генри Форд)

QoS - система гарантированного качества услуг

Шварцман В. О.,
главный научный сотрудник ЦНИИС, профессор, д.т.н.

Как было отмечено в прошлом номере журнала (см.: Век качества. 2001. № 5. С. 30-34), традиционная система нормирования качества услуг, построенная на статических принципах, не гарантирует пользователю получения в каждом конкретном случае требуемого качества услуг, что особенно остро проявляется в экстремальных случаях. Новая система нормирования качества услуг - QoS - означает переход к примату пользователя, которому необходимо только выбрать и задать оператору категорию услуг QoS. Оператор же (провайдер) гарантирует их качественное обеспечение.

По мнению автора, в связи с успехами технологий DWDM и оптических кабелей конкуренция между АТМ и IP за первенство в мультисервисных широкополосных сетях может оказаться бесперспективной, так как эти системы коммутации пакетов возможно будут побеждены системой с коммутацией каналов

Виды услуг и их качество

Известно, что в 1996 г. в США были приняты изменения к закону о связи, согласно которым все услуги подразделялись на базовые и информационные. Базовые услуги определены как непосредственная передача информации пользователей через сети связи без какой-либо обработки. Информационные услуги предусматривают предложение возможностей по формированию, приобретению, хранению, преобразованию, обработке, запросу пользования или обеспечению доступа к информации через сети электросвязи.

Аналогичное положение складывается и в западноевропейских странах, где вся совокупность услуг подразделяется на базовые и дополнительные услуги. При этом базовые услуги определяются так же как в США, а дополнительные соответствуют информационным услугам США и предполагают обработку информации, в процессе которой приобретается добавленная стоимость.

Принципиальное отличие дополнительных (информационных) услуг от базовых заключается в том, что для первых поставщик услуг не гарантирует характеристики качества, или за такую гарантию требует компенсации затрат, вызванных увеличением себестоимости.

Подобное разделение услуг обосновано отсутствием необходимости в нормировании качества услуг в условиях рыночной экономики, поскольку конкуренция поставщиков услуг сама по себе обеспечивает их высокое качество.

Чтобы развеять сомнения в этом отношении, напомним, что во всем мире, в том числе в России, качество услуг не нормируется для в сети Интернет и мобильной связи, а также в системах передачи данных при доступе к ним по коммутируемым сетям. Тем не менее, вышеупомянутые виды связи развиваются невиданными темпами.

Впрочем, и самая мощная система электросвязи - телефонная - имеет нормирование не качества услуг, а только технических характеристик связи, регламентированное в России в 1998 г.

Возникает вопрос, не отказаться ли вообще от регламентирования качества дополнительных услуг, чтобы не тратить на это ресурсы и время? При ответе на этот вопрос необходимо учитывать две существенные особенности. Во-первых, в России еще не сложился рынок многих услуг связи с присущей ему конкуренцией. Во-вторых, сравнительно низкое качество отечественных сетей связи в значительной мере объясняется тем, что они базируются на аналоговых системах передачи и электромеханических системах коммутации.

Вот почему отказ от регламентирования качества услуг представляется преждевременным. В будущем по мере развития рынка услуг электросвязи, цифровизации сетей, широкого внедрения новых технологий переход от традиционного нормирования технических характеристик сетей к гарантированному предоставлению качества услуг (Quality of Servise - QoS) станет целесообразным.

Механизмы QoS описывают средства, необходимые для обеспечения требуемого уровня сетевого обслуживания определенных пользователей, приложений или сетевых потоков через протоколы транспортного уровня, такие как Frame Relay, ATM, Ethernet или IP.

В частности, QoS подразумевает решение следующих задач:

  • определение приоритетов и дифференцирование трафика;
  • обеспечение информационных потоков необходимыми сетевыми ресурсами;
  • повышение надежности передачи;
  • предотвращение сетевых перегрузок;
  • формирование сетевого трафика для сглаживания и создания более равномерного потока.

    На <переходный> период можно регламентировать комбинированный метод обеспечения высокого качества услуг, предусматривающий:

  • регламентирование качества услуг путем нормирования электрических характеристик сетей и установление соотношений первых с последними; на этом этапе нормы на электрические характеристики не следует считать директивными, они должны служить лишь руководством для оператора и проверяющих органов;
  • переход от регламентирования электрических характеристик сетей к системе гарантированного качества услуг - QoS; на этом этапе поставщики услуг должны регулярно предоставлять в проверяющие органы сведения о результатах внутренних проверок QoS, а последние - регулярно информировать пользователей (в специальных изданиях) о состоянии дел у разных провайдеров;
  • использование норм на гарантированное качество услуг для ориентации провайдеров и пользователей под контролем проверяющих органов.

    Новый подход к обеспечению качества услуг

    Сущность нового подхода, который получил название гарантированного качества обслуживания, состоит в том, что он реализует главенство требований пользователя в отношении качества услуг: пользователь выдает службе заявку на услуги требуемого ему качества, а служба выполняет эту заявку или сообщает пользователю о невозможности ее реализации. Последний вариант рассматривается как чрезвычайная ситуация.

    При QoS требуемое качество услуг достигается не путем чрезмерного увеличения пропускной способности службы, а за счет следующих мероприятий:

    - разделения всех пользователей и их заявок на несколько категорий с разными приоритетами;

    - введения системы управления нагрузкой, передачей и коммутацией пакетов.

    Система управления является единой, то есть она регулирует и бизнес и услуги (службы) и сети и элементы сетей. В рассматриваемом аспекте она обеспечивает возможность оптимального распределения полосы частот между заявками с учетом их приоритетов, управление потоками, сокращение очередей в маршрутизаторах, уменьшение числа пакетов с ошибками и потерь пакетов, сокращение времени их передачи и его флюктуаций (джиттера).

    Результат функционирования системы управления в системах QoS проявляется в том, что пользователю гарантируется заказанное им качество услуг, независимо не только от его трафика, но и от трафиков других пользователей. Естественно, что этот эффект в ряде случаев может сопровождаться некоторым снижением качества услуг у пользователей, обладающих более низким приоритетом.

    Очевидно, что количество пользователей, обладающих высшим приоритетом, должно быть относительно невелико по сравнению с общим числом пользователей, а высокоприоритетные услуги должны предоставляться по повышенным тарифам.

    Заметим, что в настоящее время возможность получения высокоприоритетных услуг достигается путем использования служб, выделенных или наложенных (например, службы <Искра> или цифровых сетей <Голден Лайн>, <Метроком>, <МТУ-Информ>).

    Отличие служб по технологии QoS состоит в том, что гарантированные услуги обеспечиваются в рамках одной службы.

    Необходимо отметить, что особенно остро необходимость QoS возникает в многофункциональных сетях, по которым одновременно передаются сообщения разных видов, а также в службах мультимедиа.

    Для этого имеются две причины. Хотя по сетям передают сигналы, несущие информацию разных видов, сети связи не индифферентны к видам информации и не могут обеспечивать одинаковое качество услуг. Ведь сети с разными системами передачи и системами коммутации имеют различные характеристики в отношении достоверности, времени распространения сигналов и его флюктуации.

    Используемые в сетях методы передачи и коммутации создавались применительно к конкретному виду связи, предъявляющему определенные требования к характеристикам качества услуг. Для телефонии больше подходили сети с коммутацией каналов, для телеграфии - передачи и коммутации сообщений, для данных - передачи и коммутации пакетов.

    Известно, что коммутация каналов обеспечивает малую и постоянную величину времени передачи. Сети с коммутацией пакетов за счет динамического мультиплексирования значительно превосходят по пропускной способности сети с коммутацией каналов, но имеют более длительное и менее постоянное время передачи.

    Сети с быстрой коммутацией пакетов за счет использования пакетов малой длины сокращают время передачи и его джиттер. Такие виды связи, как видео и аудио, наиболее чувствительны к большому времени распространения и джиттеру, ПД и ТМСл - к пониженной достоверности.

    Вторая причина заключается в том, что интеграция служб осуществляется на базе единой сети одного типа с характеристиками, благоприятными для служб одних видов связи и менее благоприятными для служб других видов связи.

    Технология обеспечения QoS в службах АТМ

    Технология QoS наиболее распространена в службах АТМ. При оценке качества услуг в службе АТМ учитываются как характеристики трафика отправителя информации, так и характеристики QoS.

    На входе в мультиплексор АТМ образуется очередь сообщений разных видов связи с разными характеристиками и требованиями к системе. Рассмотрим ситуации двух типов:

    - отправители сообщений данных, речевых и видео образуют периодические потоки ячеек;

    - отправители компьютерных данных создают потоки ячеек, которые испытывают <вспышки> разной длительности с битовой скоростью намного выше средней.

    Ситуация в очереди для этих двух случаев будет различной. Появление длительной <вспышки> может вызвать переполнение входного накопителя и, как результат, потери ячеек не только у данного отправителя, но и у других отправителей, ячейки которых находятся в очереди.

    Кроме того, само по себе динамическое мультиплексирование может при определенных нагрузках привести к пикам битовой скорости. Вот почему при оценке качества услуг АТМ приходится учитывать не только средние, но и пиковые значения скоростей передачи.

    В зависимости от возможности применения статистического мультиплексирования, требований к реальному масштабу времени, а также применения обратной связи для управления трафиком услуги делят на категории ( табл. 1. ).

    В стандартизации категорий услуг переноса АТМ существует два направления, разрабатываемых соответственно МСЭ и Форумом АТМ. Различия между этими направлениями не носят принципиального характера, поэтому ограничимся рассмотрением только первого из них.

    В зависимости от типа передаваемого трафика, наличия или отсутствия ориентации на соединение и необходимости синхронизации МСЭ было определено четыре класса услуг:

    класс А: трафик с постоянной полосой пропускания, ориентированный на установление соединения и требующий синхронизации, например, режим эмуляции синхронных цифровых каналов;

    класс В: трафик с переменной полосой пропускания (<вспышки> битовой скорости), ориентированный на установление соединения и требующий синхронизации, например, передача компрессированной речевой и видеоинформации;

    класс С: трафик с переменной полосой пропускания, ориентированный на установление соединения и не требующий синхронизации, например, передача кадров Frame Relay, Х.25;

    класс D: трафик с переменной полосой пропускания, не ориентированный на установление соединения и не требующий синхронизации, например, передача пакетов IP.

    Каждому классу QoS заданы определенные категории услуг, указанные в табл. 2.

    Таблица 2..

    Обеспечить гарантированное качество услуг при наличии в сети одновременно множества разнотипных потоков информации и при любой пропускной способности сети возможно только при наличии высокоэффективной системы управления.

    Переход на QoS предъявляет к системе управления новые требования, поскольку необходимо удовлетворить каждый запрос пользователя. Но прежде, чем приступить к выполнению очередного запроса, система управления должна аутентифицировать пользователя, проверить по договору его право на получение заказной услуги и наличие на его счету денежных средств, необходимых для оплаты услуги.

    После этого система управления должна проверить собственные ресурсы для удовлетворения запрошенной услуги с требуемым QoS. Лишь после получения положительного ответа на этот запрос система приступает к обслуживанию пользователя.

    Все изложенные процессы должны быть осуществлены в минимально короткий промежуток времени. Если же качество для выполнения услуги будет недостаточным, то система управления должна мобилизовать все имеющиеся ресурсы, в том числе, выделенные для других пользователей. В противном случае пользователь вправе потребовать компенсации.

    На первый взгляд может показаться, что переход к QoS означает отсутствие необходимости в определении оптимальной номенклатуры параметров качества и установления их норм. Но нормы для операторов и провайдеров, разработчиков аппаратуры и транспортных систем, проектных и строительных организаций, контрольных органов необходимы, поскольку без них невозможно обеспечить совместное использование однотипных компонентов систем электросвязи. Это подтверждает наличие таких норм на сети ATM, построенной на технологии QoS.

    Традиционные методы нормирования качества услуг предназначены только для операторов и провайдеров, поэтому они должны быть дополнены характеристиками, удобными для пользователей, как это реализовано в ATM.

    Эта тенденция развития нормирования качества услуг в электросвязи совпадает с тем, что происходит в настоящее время под эгидой ETSI в области сертификации. На начальном этапе сертификация изделий состояла в принудительном контроле со стороны специальных контрольных органов. Постепенно наметился переход от принудительной к добровольной сертификации, которую по желанию производителей проводят те же контрольные органы. И, наконец, добровольная сертификация была заменена самосертификацией, при которой на изделии ставится знак, означающий его полное соответствие установленным требованиям. В этом случае изготовитель дает конкретные обязательства потребителю по устранению выявленных недостатков в кратчайшие сроки.

    Система IP и QoS

    В системах IP (версия IPV4) передача сообщений осуществляется методом <отправь и молись>, то есть без гарантии, что сообщение попадет к получателю. При этом не проверяется ни готовность сети к передаче сообщения ни наличие у него приоритета. Пакеты передаются независимо от их типа (аудио, видео, данные) по принципу <первый пришел - первый ушел>.

    Очевидно, что такое обслуживание не подходит для мультимедийного трафика. Вот почему ведется большая работа по созданию новых протоколов.

    Еще в 1964 г. организация по стандартизации в системе Интернет разработала протокол, содержащий основные принципы QoS, - протокол резервирования ресурсов RSVP. Наряду с традиционными услугами он содержит два новых класса обслуживания: класс гарантированного обслуживания и класс контролируемой задержки.

    Первый гарантирует определенную полосу пропускания, задержку и отсутствие потерь в случае переполнения очередей, но не минимизирует величину разброса задержек. Класс контролируемой задержки обеспечивает обслуживание, аналогичное best effort, но, в отличие от последнего, при увеличении нагрузки QoS остается неизменным.

    Появились так называемые справедливые модели, обеспечивающие равномерное распределение пропускной способности всем потокам.

    Следующим этапом рационализации стека протоколов IP стало установление абсолютных приоритетов для пакетов тех видов информации, которые отрицательно реагируют на большие задержки и джиттер. В этом плане отметим протокол взвешенной справедливой очередности - WFQ, согласно которому каждому потоку выделяется доля пропускной способности, пропорциональная заданному весовому коэффициенту.

    Для предотвращения перегрузок мультиплексоров вводилась система принудительного сброса пакетов при увеличении трафика выше определенного значения.

    Эти и другие протоколы хотя и приближали технологию IP к требованиям QoS, но не отвечали им полностью по двум основным причинам. Во-первых, для их внедрения требуется полная переработка сетевого оборудования и математического обеспечения, а следовательно - много времени и существенные капиталовложения. Во-вторых, в силу отсутствия в протоколе IP механизма маршрутизации, основанного на требованиях QoS.

    В настоящее время протоколы IP-маршрутизации выбирают маршрут лишь на основе количества переходов или стоимости соединения до точки назначения, а не на величине доступной полосы пропускания, значении задержки или ее вариации. Таким образом, протокол RSVP резервирует ресурсы на пути, выбранном без учета параметров, требуемых для обеспечения QoS. Даже если маршрут с оптимальными параметрами QoS существует, протокол маршрутизации не имеет возможности его использовать.

    Еще один шаг в направлении учета требований QoS был сделан после введения пяти классов обслуживания: с низкой задержкой, с высокой пропускной способностью, с высокой надежностью, с низкой стоимостью, стандартного. Эти протоколы обеспечивают <относительное QoS>.

    Перечень нововведений в протокол IPV4, превративший его в новый IPV6, можно было бы продолжить, но важно понимать: протоколы АТМ уже сейчас отвечают требованиям QoS, а для достижения этого протоколом IP необходимо коренным образом модернизировать сетевое оборудование.

    Последнее обстоятельство нельзя сбрасывать со счетов еще и потому, что в борьбу между АТМ и IP за звание оптимальной технологии мультисервисных широкополосных сетей в последние годы вступила новая технология DWDM (Dense Wave Division Multiplexing - плотное спектральное мультиплексирование). DWDM уже сейчас обеспечивает пропускную способность порядка 1012 бит/с по оптическому волокну, что с учетом уже выпускаемых оптических кабелей, содержащих свыше 150 оптических волокон, может обеспечить все потребности в передаче информации на многие десятилетия. Между тем возможности оптической связи еще далеко не исчерпаны.

    Все это может привести к тому, что конкуренция двух методов пакетной коммутации в мультисервисных и широкополосных сетях вообще потеряет смысл. Ведь если каналы связи перестанут быть дефицитными, то более привлекательным окажется использовать менее экономичный, но зато более простой в реализации и хорошо передающий все виды сообщений метод коммутации каналов.


    c 2001, журнал "Век качества"

    Опубликовано на Век качества





    Также на сайте:
    Развитие бизнес-корпораций методами организационного проектирования
    Регулярный менеджмент - Вы сделаете это, потому что Вам это выгодно! Или технологии уменьшения беспорядка.

    Подготовлено при поддержке:
  • О проекте

    quality.eup.ru - один из самых старых в рунете ресурсов, посвященных менеджменту качества во всем его разнообразии.

    Нам более 7 лет, и все это время ресурс пополняется новыми и новыми материалами, почти ежедневно. Если вы ищете информацию о менеджменте вообще и управлении качеством в частности, скорее всего, вы найдете эту информацию здесь.

    Кроме отличной и действительно большой подборки статей, действует живой форум по менеджменту качества.

    Добавить в "Избранное"

    Рекомендуем

    Наш новый проект:
    Все о качестве менеджмента
    Избранные книги

    Реклама на сайте





    Как сюда попасть?