BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
YZWX WXYZ
ĐỖ TRỌNG TUẤN
MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
CHO DỊCH VỤ TRUYỀN THÔNG ĐA HƯỚNG
THỜI GIAN THỰC QUA MẠNG IP
Chuyên ngành: Thông tin vô tuyến, phát thanh và
vô tuyến truyền hình
Mã số: 2.07.02
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. PHẠM MINH HÀ
Hà Nội - 2006
CHƯƠNG 2:
PHỎNG TẠO THAM SỐ CHẤT LƯỢNG CỦA TÍN HIỆU
PHÁT THANH KHI TRUYỀN TẢI QUA MẠNG IP
2.1 Các tham số chất lượng mạng
2.1.1 Giới thiệu
Chất lượng tín hiệu phát thanh truyền tải qua mạng IP sẽ bị ảnh hưởng và suy
giảm do tác động của các yếu tố mạng. Các yếu tố mạng bao gồm tỷ lệ tổn thất
gói tin, trễ mạng và biến động trễ mạng là các tham số chính tác động đến chất
lượng dịch vụ của tín hiệu tại đầu thu PQoS (Perceived Quality of Service). Mối
quan hệ giữa các yếu tố này được thể hiện trên hình 2.1.
Hình 2. 1: Mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng đến QoS [36]
Từ quan điểm dịch vụ đầu cuối - đến - đầu cuối, tỷ lệ tổn thất gói tin tổng quát
bao hàm tỷ lệ tổn thất mạng và tỷ lệ tổn thất do hủy gói tại bộ đệm tái tạo. Độ trễ
tổng quát bao gồm trễ mạng và trễ bộ đệm, gây nên do thời gian lưu gói tin tại
bộ đệm tái tạo. Ngoài tỷ lệ tổn thất gói tin và độ trễ tổng quát, chất lượng tín hiệu
thu nhận PQoS còn phụ thuộc vào các chuẩn CODEC, giải thuật bù tổn thất gói
tin và đặc biệt là phương thức điều khiển lịch trình tái tạo gói tin của bộ đệm tại
tạo tại đầu thu.
2.1.2 Tổn thất gói tin
Tổn thất gói tin là một trong những nguyên nhân chính gây ảnh hưởng đến chất
lượng tín hiệu phát thanh truyền tải qua mạng IP. Tổn thất gói tin có thể xảy ra
Chất lượng
dịch vụ tại
đầu thu
do hủy gói tin trong mạng IP ( tổn thất mạng ) hoặc loại bỏ gói tin do bộ giao
tiếp mạng hoặc bộ đệm tái tạo tại đầu cuối thu nhận như thể hiện trong hình 2.1
Tổn thất mạng thường xảy ra do tắc nghẽn dẫn tới tràn bộ đệm trong bộ định
tuyến, do sự định tuyến không ổn định hoặc do độ không tin cậy của đường
truyền như trong trường hợp kênh vô tuyến, trong đó tắc nghẽn là nguyên nhân
chủ yếu gây nên tổn thất.
2.1.2.1 Mô hình tổn thất Bernoulli
Trong mô hình tổn thất Bernoulli [39][45],
tổn thất của mỗi gói tin là độc lập với nhau
(đặc tính không nhớ) cho dù gói tin kề
trước bị tổn thất hoặc không tổn thất.
Trạng thái tổn thất của gói tin được xem xét như một biến ngẫu nhiên 1
{}
N
ii
L
=
có
tính chất phân bố xác định độc lập IID (Independent and Identical Distributed).
Giá trị biến ngẫu nhiên i
L
= 1 tương ứng với tình trạng gói tin thứ i bị tổn thất
với xác xuất i
P là độc lập với gói tin thứ j với
j
i
∀
≠. Giá trị xác xuất i
P = P
với tất cả các gói tin. Do đó, trong mô hình Bernoulli chỉ tồn tại một trạng thái
như thể hiện trên hình 2.2. Giá trị xác xuất
P
%được ước đoán thông qua việc đo
đạc tham số các gói tin từ nhận được tại đầu thu:
1
N
i
tot
L
L
PNN
==
∑
% ( 2. 1 )
Theo (2.1) giá trị ước đoán xác xuất
P
% tương ứng với tổng số gói tin bị tổn thất
chia cho tổng số gói tin đã truyền tải. Trong mô hình phỏng tạo tham số mạng,
mô hình Bernoulli được sử dụng nhằm xác định trạng thái tổn thất của gói tin.
Khi có yêu cầu xác định trạng thái của gói tin, một biến ngẫu nhiên r được phát
sinh theo phân bố đều trong khoảng giá trị [0,1] với xác xuất bằng p. Nếu r < p
gói tin sẽ bị hủy tương ứng với trạng thái bị tổn thất và ngược lại.
2.1.2.2 Mô hình Gilbert 2 trạng thái
Hầu hết các nghiên cứu gần đây về truyền tải tiếng nói qua mạng IP đều sử dụng
mô hình Gilbert để thể hiện đặc tính tổn thất gói tin [39][45][46]. Trong mô hình
Hình 2. 2: Mô hình tổn thất Bernoulli
Gilbert 2 trạng thái, tồn tại hai trạng thái (trạng thái 0 và trạng thái 1) như thể
hiện trên hình 2.2.
Biến ngẫu nhiên X được xác định như sau: X = 0 ( trạng thái 0 ) thể hiện nhận
được gói tin hay gói tin không bị tổn thất và ngược lại X = 1 ( trạng thái 1 ) thể
hiện gói tin bị tổn thất, với p là xác xuất gói tin bị tổn thất khi nhận được gói tin
kề trước và q là xác xuất gói tin nhận bị tổn thất khi gói tin kề trước đã bị tổn
thất.
Hình 2. 3: Mô hình Gilbert 2 trạng thái
Giả thiết P0 là xác xuất xảy ra trạng thái 0 đối với gói tin và P1 là xác xuất xảy ra
trạng thái 1 đối với gói tin. Khi đó:
P0 = P(X = 0) và P1 = P(X = 1)
Tại trạng thái ổn định, P0 và P1 được xác định như sau:
001
(1 ). (1 ).PpPqP=− +− ( 2. 2 )
01
1PP+=
( 2. 3 )
P1 hay xác xuất tổn thất không điều kiện ulp (unconditional loss probability)
được xác định như sau:
11
p
P
p
q
=+− ( 2. 4 )
Xác xuất tổn thất không điều kiện cung cấp khả năng đo đạc tỷ lệ tổn thất gói tin
trung bình. Trong khi đó, q được tham chiếu như xác xuất tổn thất có điều kiện
clp (conditional loss probability)
Mô hình Gilbert thể hiện phân bố của xác xuất k gói tin liên tiếp bị tổn thất
tương ứng với xác xuất pk xảy ra lỗi cụm có độ dài k được xác định theo (2.5).
1
()(1).
k
k
PPYk qq
===− ( 2. 5 )
Y được xác định là một biến ngẫu nhiên mô tả phân bố độ dài cụm gói tin tổn
thất tương ứng với sự kiện xảy ra tổn thất cụm gói tin liên tiếp. Dựa vào biểu
thức (2.5), độ dài cụm gói tin tổn thất trung bình E[Y] có thể được tính toán như
sau:
1
11
1
[] . .(1 ). 1
k
k
kk
EY kp k q q q
∞∞ −
==
==−=
−
∑∑
( 2. 6 )
E[Y] được xác định chỉ dựa vào q ứng với xác xuất tổn thất có điều kiện cho
thấy giá trị của độ dài tổn thất cụm trung bình chỉ phụ thuộc vào đặc tính tổn thất
của hai gói tin liên tiếp. Xác xuất p và q cũng có thể được xác định từ thống kê
phân bố độ dài tổn thất của dữ liệu theo dõi lưu lượng. Giả thiết, Oi với i = 1,2,. .
. ,n-1 là cụm tổn thất thể hiện số cụm tổn thất có độ dài i, trong đó n-1 là độ dài
lớn nhất của cụm gói tin tổn thất. Trong trường hợp tổng số gói tin truyền tải là
O∑ , có thể xác định p, q như sau:
1
1
n
i
i
O
pO
−
=
∑
=
∑
1
1
1
1
.( 1)
.
n
i
i
n
i
i
Oi
q
Oi
−
=
−
=
−
=∑
∑
( 2. 7 )
Khi p = q, mô hình Gilbert 2 trạng thái chính là mô hình Bernoulli.
2.1.3 Trễ và biến động trễ
Trễ và biến động trễ (jitter) là hai trong số các yếu tố của mạng ảnh hưởng chính
đến chất lượng truyền tải dịch vụ thời gian thực nói chung và truyền tải tín hiệu
phát thanh thời gian thực qua mạng IP nói riêng. Trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
được xác định là khoảng thời gian giữa bên phát và bên thu bao gồm những
thành phần chủ yếu sau đây: