CC BY
98
КАЧЕСТВО ОБЛАЧНЫХ УСЛУГ ТИПА "ВИРТУАЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ СТОЛ"
Сулейманов Алмаз Авхатович,
аспирант МТУСИ, Москва, Россия, efquantum@gmail.com
Ключевые слова: облачные услуги, качество сервиса ^о5), воспринимаемое качество (^оЕ), задержки, инфокоммуникации.
На сегодняшний день облачные технологии являются активно развивающимся направлением сетевых технологий. В этой связи вопросы обеспечения приемлемого качества являются актуальными. Данная тема мало изучена. Рассмотрена проблема обеспечения качества услуги и воспринимаемого пользователем качества облачных услуг вида "Рабочий стол как услуга" (Оаав). Указаны требования и определены параметры таких услуг. Одним из ключевых факторов, определяющих приемлемость пользовательского восприятия при работе "в облаке", являются задержки доставки пакетов.
Изначально услуга доставки виртуальных рабочих столов была разработана как решение для локальных сетей, где задержки не составляют проблемы. Однако, в последнее время, многие услуги перемещаются в облачную среду, следовательно, трафик от сервера к клиенту будет следовать по глобальной сети. Услуга Оаав чувствительна к изменениям сетевых параметров, таких как задержки, джиттер, потери пакетов, показатели которых ухудшаются в периоды перегрузок в сети, что приводит к ухудшению качества предоставляемого сервиса. Для того чтобы услуги "из облака" не ухудшались в моменты перегрузок, на протяжении всего пути следования пакетов от сервера до клиентского устройства должно быть обеспечено качество обслуживания (Ров). Вместе с тем должно быть обеспечено приемлемое воспринимаемое качество (РоЕ), включающее эффекты, лежащие за пределами ответственности провайдера (клиент, терминал).
При подробном рассмотрении, требования к услуге Оаав в определенной степени основываются на величине суммарного времени отклика, которое складывается из задержки сети, времени обработки запроса сервером, времени визуализации пользовательской картинки. Кроме того, влияние оказывает время процессорной обработки входящего потока клиентским устройством. При всем при этом не следует забывать, что процесс предоставления услуги Оаав - это процесс в реальном времени, что усложняет задачу поддержания РоЕ. Разбиение суммарного времени отклика является актуальным вопросом в контексте обеспечения приемлемого качества.
Для цитирования:
Сулейманов А.А. Качество облачных услуг типа "Виртуальный рабочий стол" // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. - 2015. -Том 9. - №7. - С. 31-35.
For citation:
Sulyemanov A.A. Quality of cloud services such as "Virtual Desktop Infrastructure". T-Comm. 2015. Vol 9. No.7, рр. 31-35. (in Russian).
Облачные технологии входят в нашу жизнь в буквальном смысле повсеместно: дома, на работе, по дороге на работу, на отдыхе. Всевозможные сервисы развиваются так стремительно, что порой не успеваешь разобраться в работе текущей версии сервиса, как приходят обновления, основательно меняющие услугу, предоставляя новые и новые возможности. Современная реальность такова, что на рынке телекоммуникационных и !Т-услуг выживают лишь те услуги, которые пользуются постоянным спросом у рядовых пользователей. Это надежные, простые в использовании услуги "из облака", которые доступны всегда и везде: с домашнего компьютера, планшета или телефона, рабочего компьютера или тонкого клиента. Однако за видимой простотой интерфейса стоят сложнейшие технологии, стабильная работа которых на различных уровнях сетевого взаимодействия и в различных сетевых условиях, обеспечивает надежность и качество услуги. Именно такие облачные сервисы имеют конкурентное преимущество не только в домашнем или бизнес сегменте, но и в сферах развлечения, образования, медицины, наукоёмких технологий, промышленности.
Облачные услуги можно разделить на несколько направлений согласно типу предоставляемого ими функционала (хотя грань между ними весьма тонка):
1. Услуги хранения пользовательских данных и предоставление доступа к ним по запросу.
2. Предоставление платформы, на которой пользователь разворачивает свои программы или конкретные приложения.
3. Предоставление пользователю из облака полностью готового рабочего места либо в продвинутом случае -гибкой рабочей среды, т.е. некоего пространства, "заточенного" под конкретного пользователя, доступного 24/7, имеющего почти неограниченные объемы памяти, открывающего доступ к всевозможному мультимедиа контенту.
Очевидно, что третий тип услуг "из облака" включает в себя функционал первого и второго типов. Кроме того, понятно, что такой тип услуг, будучи наиболее широким, является самым сложным в реализации. Именно на нем стоит сосредоточить внимание. В частности, на качестве восприятия таких услуг конечным пользователем, выраженным в строгих объективных и субъектных показателях.
Такой вид облачных услуг называется DaaS (Desktop as a Service, рабочий стол как услуга) или VDI (Virtual Desktop Infrastructure, Инфраструктура виртуальных рабочих столов), по сути это разные названия одной и той же услуги, бытующие в отрасли. А реализуются они на так называемых облачных платформах, т.е. запатентованных решениях крупных производителей, таких как VMware, Microsoft,Red Hat, Citrix,Google и др., продаваемые под их товарным знаком (OpenStack, ceMeücTBoVMware Horizon, Google App, Microsoft Azure и др.). Техническая реализация может быть различной, однако во всех случаях инфраструктура облачного сервиса вида «Рабочий стол как Услуга» имеет вид, представленный на рис. I (он взят из Рек.У.3503 МСЭ-Т).
В широком смысле принято выделять два вида оценки качества услуг. Это качество обслуживания (Quality of
Service, QoS) и воспринимаемое качество (Quality of Experience, QoE). Определение первого дано в рекомендации Е.800 МСЭ-Т [I].
Провайдер овлмиык услуг
%%%%
AgAj&ni if $8 Hie
Попыоытвлн облачно* услуги
ггадаовпачиой услуги
Рис. I. Концепция инфраструктуры облачного сервиса DaaS (VDI)
QoS - это совокупность всех характеристик телекоммуникационного сервиса, которые влияют на его способность удовпетворять установленные или предполагаемые потребности пользователя услуг. Определение второго предложено в Дополнении 3 к рекомендации P. I0/G. 100 МСЭ-Т [2]. Согласно этой рекомендации, QoE - это общая приемлемость приложения или сервиса, в восприятии субъективного конечного пользователя. При этом воспринимаемое качество включает в себя все системные эффекты "из конца в конец" (клиент, терминал, сеть, серверная программа, протокол взаимодействия терминала и серверной программы и т.д.). В целом приемлемость может зависеть от ожиданий пользователей и контекста. В этой связи воспринимаемое качество определяется как совокупная мера удовлетворенности пользователя, работающего с какой-либо услугой или мультимедиа.
Исходя из приведенных определений, можно сделать вывод о том, что в целом эти понятия имеют общий смысл - качество, но разнятся они в категориях объективности и субъективности. Разница состоит в том, что QoE включает эффекты, лежащие за пределами ответственности провайдера (клиент, терминал). Но провайдер для обеспечения QoE должен думать и о них, например, давать клиенту рекомендации по выбору терминала.
Требования к инфраструктуре DaaS приведены в рекомендации У.3503 МСЭ-Т [3]. Перечислим их:
1. Воспринимаемое качество (Quality of Experience).
2. Быстрая загрузка.
3. Конфигурируемость виртуальной среды.
4. Контроль доступа.
Данные требования при их детальном рассмотрении в определенной степени основываются на величине общего времени отклика, которое складывается из задержки сети (интервала времени между отправкой запроса от пользователя к серверу и временем, когда сервер его получит), времени обработки запроса сервером, времени визуализации (рендеринга) пользовательской картинки. Кроме того,
■
влияние оказывает время процессорной обработки входящего потока клиентским устройством. При всем при этом не следует забывать, что процесс предоставления услуги ЭааБ (У01) - это процесс в реальном времени, что усложняет задачу поддержания ОоЕ. На рисунке 2 показано, из каких составляющих складывается суммарное время отклика.
Сервер
Пользователь Зал рос Сервер начинает завершает посылает звпрос принят обработку залроса обработку
запроса
Пользовательское Пользовательское
Результат устройство устройство
обработки начинает завершает
доставлен отображение отображение
t
Рис, 2. Суммарное время отклика для сервиса DaaS согласно рекомендации Y.3S03 МСЭ-Т
Проанализировав приведенный на рисунке 2 процесс, можно сделать следующий вывод: ключевым фактором, определяющим приемлемость воспринимаемого качества услуги, являются транспортные задержки. Действительно, время обработки запроса сервером зависит от серверного процессора (как правило, в большинстве современных серверов этот компонент достаточно мощный); время визуализации состоит из времени отображения пользовательским устройством (это время зависит от процессора устройства, однако практика показывает, что подавляющее большинство современных устройств достаточно мощны для данной задачи) и времени реакции системы глаз-мозг. Таким образом, именно транспортные задержки становятся критическим параметром в вопросе определения, как воспринимаемого качества, так и качества обслуживания.
Требования, описанные в рекомендации Y.3503 МСЭ-Т, характеризующие критическое время задержки, которое определяет порог границь! пользовательского удовлетворения и неудовлетворения, указывают, что такое время должно находиться в интервале 150 мс - 1 с. Задержки больше I секунды вызывают явный дискомфорт при работе, задержки больше двух секунд вызывают сильное недовольство, больше трех - абсолютную неприемлемость услуги.
Говоря о временных интервалах при определении качества сервиса IP сети, следует отметить приведенные в рекомендации Y. 1541 МСЭ-Т [4] классы качества обслуживания:
(.Класс 0. Приложения реального времени, чувствительные к джиггеру, свысокой степенью интерактивности: VoIP, видеоконференции.
2. Класс I, Приложения реального времени, чувствительные к джиггеру, интерактивные: VoIP, видеоконференции.
3. Класс 2. Транзакции данных, характеризуемые высоким уровнем интерактивности: сигнализация,
4. Класс 3. Транзакции данных.
5. Класс 4. Приложения, допускающие низкий уровень потерь (короткие транзакции, массивы данных, потоковое видео).
6. Класс 5. Традиционные приложения для сетей 1Р {любое из приложений, подпадающее под классы 0-4 может быть определено в данном классе при условии, что пользователь готов принять уровень производительности, превалирующий в текущей сессии).
Разбиение на классы, определенные в данной рекомендации, основано на величинах задержки доставки пакетов, вариации задержки пакетов, коэффициенте потери пакетов, а также коэффициенте ошибок. Это показано в табл. I. Более подробно в свете обсуждаемого вопроса следует рассмотреть первый параметр.
Сетевые услуги чувствительны к изменениям обсуждаемых выше параметров, которые ухудшаются в периоды перегрузок в сети, что приводит к ухудшению качества предоставляемого сервиса. Для того, чтобы услуги «из облака» не ухудшались в моменты перегрузок, на протяжении всего пути следования пакетов от сервера до клиентского устройства должно быть обеспечено Оо$.
Рассмотрим далее требования к задержкам для обеспечения заданного качества, требования же к остальным показателям составляют предмет отдельного рассмотрения. Если применить данные по задержкам пакетов из рекомендации У. 1541 к облачным услугам, то можно сделать предварительный вывод о том, что при обеспечении стандартизованных величин оговоренных параметров, предоставление облачных услуг с должным качеством становится возможным не для всех классов качества обслуживания. Классы 4 и 5 не пригодны к предоставлению услуг пользователю, класс 3 - «на пределе». (Следует учитывать, что величины, приведенные в таблице I, должны быть умножены на два для учета двустороннего взаимодействия между клиентом и сервером).
Говоря о роли задержек доставки пакетов в обеспечении приемлемого (Зо5 (ОоЕ).следует упомянуть о рекомендации С. 1010 МСЭ-Т [6], где сформулированы ключевые факторы, которые влияют на качество услуг (Оо5) с точки зрения конечного пользователя сети. Для этого введены три категории: Аудио, Видео, Данные, для каждой из которых приведены целевые значения допустимых задержек, вариации задержки, потерь пакетов. Более подробно они рассматриваются в [7], где, в частности, показано, соотнесение реально используемых пользовательских приложений и программ с категориями и подкатегориями. Предполагается, что эти категории можно использовать в качестве основы для получения реальных критериев ОоБ и связанных с ними механизмов контроля для основных транспортных сетей.
Услуги Оаа5 (У01), как говорилось выше, предоставляют пользователю полноценное рабочее место с доступом в реальном времени к мультимедиа контенту. Это означает, что пользователь в любой момент может запустить проигрывание потокового видео, прослушивание аудио, инициировать передачу данных, открывать и закрывать веб-страницы и т.д. Таким образом, рассматриваемые услуги попадают во все три категории в зависимости от того, что запускает пользователь в данный момент, следовательно, провайдеру для обеспечения должного С2о$ (ОоЕ) необходимо, во-первых, учитывать данный факт.
во-вторых, ориентироваться на самый чувствительный сервис, как указано в рекомендации - это Аудио.
Проанализировав значения односторонней задержки пакетов, приведенные в данной рекомендации, можно предварительно заключить, что наиболее критичным порогом в отношении качества услуги можно обозначить величину в 150 мс. Эта величина является максимально допустимой для таких чувствительных сервисов как, например, Аудио (конференции, звонки, прослушивание музыки), соответственно, качество других, менее чувствительных сервисов будет в норме.
Таблица 1
Классы качества обслуживания (QoS)
Характеристики сети Классы качества обслуживания (QoS)
Класс 0 Класс 1 Класс 2 Класс 3 Класс 4 Класс 5
Задержка доставки 1Р пакета, 1РТО 100 мс 400 мс 100 мс 400 мс 1 с -
Вариация задержки 1Р пакета, 1РОУ (джиггер) 50 мс 50 мс - - - -
Коэффициент потери 1Р пакетов , 1Р1_К IE-3 IE-3 IE-3 IE-3 IE-3 -
Коэффициент ошибок, 1РЕК IE-4 IE-4 IE-4 IE-4 1Е-4 -
Следует заметить, что пользователями услуг типа DaaS в большинстве случаев являются офисные работники: секретари, бухгалтеры, экономисты, сотрудники Call-центров и др. По роду деятельности (а также по корпоративной этике) такие пользователи, как правило, не имеют дело с мультимедиа контентом. Следовательно, при организации их рабочих мест «из облака» на этапе планирования архитектуры сети компании, предприятия или учреждения таким сотрудникам можно задать более «мягкий» критерий при обеспечении QoS (QoE). В частности, по задержкам можно обозначить порог в I с.
Однако на практике встречаются случаи организации рабочих мест по схеме DaaS и для сотрудников, занимающихся более ресурсоемкой, с точки зрения передачи данных по сети, работой. Это могут быть журналисты, аналитики, тестировщики приложений и др. Они могут работать как с данными, так и с мультимедиа. Для таких сотрудников применимо описанное выше «правило» ориентирования на наиболее чувствительный сервис. С точки зрения задержек - порог в 150 мс.
Рассматриваемый тип услуг DaaS (VDI) исследован мало, но есть ряд работ, в которых данное направление затрагивается. В частности, статистический метод определения QoE пользователя для услуг типа DaaS, определенный в экспериментальном исследовании, рассмотрен в [8]. Для этого был собран фрагмент сети «сервер - маршрутизатор - модем - тонкий клиент», в который был помещен ис-
следовательский зонд (реализованный в виде ПО на рабочей станции). Результаты оценки разрабатываемого метода были соотнесены с результатами, полученными при оценке параметров QoE группой добровольцев. Итогами исследования стала разработка алгоритма, позволяющего с определенной точностью выявить тип приложения, запущенного пользователем в данный момент времени, а затем, зная тип приложения (аудио, видео, данные и тд), применить к нему статистическую оценку показателей QoE. Однако авторы этой работы рассмотрели только один из возможных протоколов виртуализации -Microsoft Remote Desktop Protocol (RDP).
В [9] экспериментально исследуется влияние задержек в WAN-сетях на работу систем сервер - тонкий клиент. Проведено сравнение ряда протоколов по показателям вносимых задержек и занятия полосы пропускания при передаче различного трафика. Из результатов данной работы следует, что критически важным параметром для обеспечения приемлемого QoE являются задержки в глобальной и локальной сетях, что подтверждает сказанное выше. Однако в этой работе рассматриваются устаревшие системы и протоколы удаленного рабочего стола.
Резюмируя отметим, что данная тема требует дальнейших исследований, в частности, подлежат анализу временные интервалы, составляющие суммарное временя отклика для сервиса DaaS (VDI). Задача заключается в том, чтобы сформулировать разбиение общего времени отклика оптимальным образом, а основываясь на этом - в построении метода, позволяющего учитывать все влияющие факторы на этапе проектирования сетевой архитектуры, а также оперативно сигнализировать оператору связи об изменениях в сети до того, как ухудшение качества станет заметно пользователям.
Литература
1. ITU-T Е.800 (09/08) Definitions of terms related to quality of service.
2. ITU-T P.IO/G.IOO New definitions for inclusion in Recommendation, Amendment 3(12/11).
3. ITU-T Y.3503 (05/14) Cloud computing framework and highlevel requirements.
4. ITU-T Y.I541 (12/11) Network performance objectives for IP-based services.
5. RFC 3393 IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM).
6. ITU-T G, 1010 (I I/01) End-user multimedia QoS categories.
7. Сулвйманов А.А. Воспринимаемое качество при использовании тонкого клиента на базе облачных платформ // Труды Международной молодежной научно-практической конференции СКФ МТУ С И «ИНФОКОМ-2014». - Ростов-на-Дону: Издательство «Университет», 2014. - Часть I, С. 124-126.
8. Ousi M.,Napolitano S„ Longo S„ Niccolini S. A closer look at Thin-Client connections: Statistical Application Identification for QoE Detection // Communications Magazine IEEE vo!. 50. Is.) I. DOI: 10.1 109/MCOM.2012.635370!.
9. Lai A. M-, Nieh ]. On the performance of wide-area thin-client computing II ACM Trans. Comput. Syst. № 24. Pp. 175-209. DOI: 10.1145/1 132026.1 132029.
■
COMMUNICATIONS
QUALITY OF CLOUD SERVICES SUCH AS "VIRTUAL DESKTOP
INFRASTRUCTURE"
Sulyemanov A.A., Moscow Technical University of Communications and Informatics, postgraduate, Moscow, Russia,
efquantum@gmail.com
Abstract
Today, cloud technologies are actively developing field of network technologies. In this context, the issues of acceptable quality are relevant. This topic is little studied. The problem of ensuring the quality of services and the user perceived quality of cloud services such as "Desktop as a Service". Specified the requirements and parameters of such services. One of the key factors determining the acceptability of the user experience when working "in the cloud" is the delay of packet delivery. Initially, the service of delivery of virtual desktops has been designed as a solution for local area networks, where the delay does not constitute a problem. However, in recent times, many of the services are moved to the cloud, thus the traffic from the server to the client will follow the global network. DaaS service is sensitive to changes in network parameters such as delay, jitter, packet loss rates which are worse during periods of network congestion, resulting in deterioration in the quality of service provided. To the service "from the cloud" does not degrade in the moments overload throughout the route packets from the server to the client device must be provided quality of service (QoS). At the same time should be provided acceptable perceptual quality (QoE), which includes the effects lie outside the responsibility of the provider (client terminal). In detailed examination DaaS service requirements to a certain extent based on the amount of the total response time, which is composed of network latency, the time of the request processing server time visualization custom image. In addition, there is an influence of the processor while processing the downstream client device. In all of this we should not forget that the process of providing the service DaaS - a process in real time, which complicates the task of maintaining QoE. Splitting the total response time is an important issue in the context of acceptable quality.
Keywords: Cloud services, Quality of Service (QoS), Quality of Experience (QoE), delay, infocommunications.
References
1. ITU-T E.800 (09/08) Definitions of terms related to quality of service.
2. ITU-T P.I0/G.I00 New definitions for inclusion in Recommendation, Amendment 3 (12/11).
3. ITU-T Y.3503 (05/14) Cloud computing framework and high-level requirements.
4. ITU-T Y.I54I (12/11) Network performance objectives for IP-based services.
5. RFC 3393 IP Packet Delay Variation Metric for IP Performance Metrics (IPPM).
6. ITU-T G.I0I0 (11/01) End-user multimedia QoS categories.
7. Suleymanov A.A. Perceived quality when using a thin client based on cloud platforms // Proceedings of the International Youth Scientific and Practical Conference "INFOCOM 2014". Rostov-on-Don: Publishing "University", 2014. Part I, pp. I24-I26.
8. Dusi M, Napolitano S., Longo S., Niccolini S. A closer look at Thin-Client connections: Statistical Application Identification for QoE Detection // Communications Magazine IEEE. vol. 50. Is.II. DOI: I0.II09/MC0M.20I2.635370I.
9. Lai A. M., Nieh J. On the performance of wide-area thin-client computing // ACM Trans. Comput. Syst. No24, pp.I75-209. DOI: I0.II45/II32026.II32029.
