Đồ án: " Phương Pháp Đảm Bảo Chất Lượng Cho Dịch Vụ Truyền Thông Đa Hướng Thời Gian Thực Qua Mạng IP "

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Huỳnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin viễn thông đặc biệt là sự gia tăng nhanh chóng của Internet cả về hạ tầng mạng và nhu cầu phát triển các dịch vụ mới như mua sắm trực tuyến, giải trí qua mạng...công nghệ phát thanh cũng có những chuyển biến theo xu hướng hình thành một phương thức truyền tải mới, lấy Internet làm công cụ quảng bá tín hiệu phát thanh tới bạn nghe đài.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: " Phương Pháp Đảm Bảo Chất Lượng Cho Dịch Vụ Truyền Thông Đa Hướng Thời Gian Thực Qua Mạng IP "

GIÁO D C VÀ ÀO T O TR NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I ˜™–— µ –—˜™ TR NG TU N T PH NG PHÁP M B O CH T L NG CHO D CH V TRUY N THÔNG A H NG TH I GIAN TH C QUA M NG IP Chuyên ngành: Thông tin vô tuy n, phát thanh và vô tuy n truy n hình Mã s : 2.07.02 TÓM T T LU N ÁN TI N S K THU T HÀ N I - 2006
-1- U 1. Tính c p thi t c a tài Cùng v i s phát tri n c a công ngh thông tin - vi n thông, c bi t là s gia n g nhanh chóng c a Internet c v h t ng m ng và nhu c u phát tri n các d ch v m i nh mua s m tr c tuy n, gi i trí qua m n g . . . công ngh phát thanh c ng có nh n g chuy n bi n theo xu h ng hình thành m t ph ng th c truy n t i m i, l y Internet làm công c qu ng bá tín hi u phát thanh t i b n nghe ài. Hi n nay, ph n g th c truy n thông a h ng (multicast) ang c t p trung nghiên c u k t h p v i giao th c truy n i th i gian th c RTP / RTCP (Real-time Transport Protocol / Real-time Control Protocol) nh m hình thành các mô hình truy n t i d ch v th i gian th c trên n n giao th c IP, qua ó h n ch nh c m c a truy n thông n h n g c ng nh c tính không m b o ch t l ng d ch v c a môi tr ng Internet hi n t i. T tháng 8/2005, ài ti n g nói Vi t Nam b t u h tr kh n n g nghe ài phát thanh qua m n g Internet. V n t ra v i ph n g th c phát thanh qua m n g Internet hi n t i là ch a có c ch m o c h t l ng d ch v và ang th c hi n theo ph n g th c truy n thông n h ng d n n các h n ch v ch t l n g khi s l ng ng i dùng t n g cao, c ng nh khó kh n trong tr ng h p m r ng d ch v . Bên c nh ó , v n làm ch công ngh có th tùy bi n thành ng d n g c thù c n g c n c quan tâm nghiên c u . 2. it ng, m c ích, ph m v i và ph ng pháp nghiên c u c a lu n á n. 2.1 it ng và m c ích nghiên c u i t ng nghiên c u c a lu n án là mô hình h th ng truy n t i tín hi u phát thanh th i gian th c qua m n g IP - RoIP (Radio over IP networks) và ph ng pháp m o ch t l ng tín hi u t i u thu theo th i gian th c. Trên c s ó , lu n án xu t và th c hi n ph n g pháp m b o ch t l ng d ch v RoIP s d ng c ch u khi n tham s ngu n thích ng v i tình tr n g m ng nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u thu và áp d ng v i h th n g RoIP. 2.2 Ph m vi nghiên c u Lu n án t p trung nghiên c u xu t và xây d ng mô hình h th n g RoIP trên hai ph ng di n k t h p truy n thông n h ng (unicast) v i truy n thông a h n g và k t p môi tr n g truy n t i h u tuy n v i truy nh p vô tuy n theo chu n IEEE 802.11. Nghiên c u áp d ng các thu t toán u khi n l ch trình b m tái t o thích ng và xu t ph ng pháp m b o ch t l ng tín hi u p hát thanh truy n t i qua m n g IP t i u thu.
-2- 2. Ph ng pháp nghiên c u Lu n án s d ng ph ng pháp mô hình hóa h th n g thông qua công c toán h c và mô hình c u trúc giao th c . K t h p p h n g pháp ph ng t o tham s m ng IP và ph ng pháp o c thông s qua mô hình th c nghi m c xây d n g trên n n h u hành mã ngu n m Linux. 3. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án Lu n án ã x u t và xây d n g m t mô hình m i có c s khoa h c nh m s n g m ng IP làm môi tr ng truy n t i tín hi u phát thanh. Cùng v i ph ng pháp m o ch t l n g tín hi u t i u thu, mô hình h th n g RoIP có th c tri n khai áp n g vào th c t nh m a d n g hóa các lo i hình truy n t i tín hi u phát thanh c ng nh ch v gia t ng qua Internet. 4. K t c u c a lu n án Lu n án g m ph n m u , 03 ch ng và k t lu n. Ch n g 1: Th o lu n nh ng v n c b n c a truy n thông a h ng qua m n g IP và môi tr ng truy nh p vô tuy n WLAN theo chu n IEEE 802.11. xu t mô hình th n g truy n t i tín hi u phát thanh th i gian th c qua m ng IP trên ph n g di n mô hình lý thuy t, c u trúc giao th c và mô hình tri n khai th c nghi m. Ch n g 2: Xem xét ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát thanh th i gian th c qua m ng IP theo thông s ngu n và thông s m ng n h h ng n ch t l ng tín hi u phát thanh t i u thu. Lu n án xu t mô hình và công c ph ng t o tham s QoS a m ng IP. Công c ph n g t o c xây d ng tích h p trong thành ph n c ng chuy n i giao th c iVoVGateway c a h th n g RoIP nh m th c hi n nh h ng c a môi tr ng truy n t i t i tín hi u t i u thu. Ch n g 3: Nghiên c u v n m b o ch t l ng tín hi u t i u thu theo hai khía c nh: th nh t, các c ch tái t o tín hi u thu nh n t i u c u i thông qua b m tái o c nghiên c u và tích h p vào h th ng RoIP. Th hai, thông qua mô hình ánh giá ch t l ng tín hi u t i u thu s d ng t s tín hi u trên t p â m phân n, lu n án xu t và th c hi n c ch m b o ch t l ng d c h v truy n t i tín hi u phát thanh qua m ng IP thông qua c ch thích ng tham s ngu n v i tình tr ng m ng theo th i gian th c. Cu i c ùng là k t lu n, h ng nghiên c u ti p theo và các ph l c c a lu n án.
-3- CH NG 1: T NG QUAN V TRUY N THÔNG A H NG VÀ MÔ HÌNH H TH NG RoIP 1.1 Truy n thông a h ng qua m ng IP t ng quát, truy n thông qua Internet c chia thành 3 ph ng th c sau [51]: - Ph n g th c truy n thông n h ng - unicast : Các gói tin c truy n t i t t ngu n g i n m t ích thu xác nh ( m- n- m). ây là mô hình truy n thông n gi n nh ng khó m b o ch t l ng d ch v khi s ng i dùng t ng lên. Khi s n g ng i dùng l n, s l ng k t n i n h ng c ng t ng lên t ng ng, kéo theo t i u l ng m ng t n g do yêu c u b n g thông ng truy n t ng v i cùng m t n i dung thông tin trên cùng tuy n liên k t, d n n tình tr n g t c ngh n m ng. Bên c nh ó, t i lý c a máy ch c ng t ng lên do ph i x lý nhi u yêu c u k t n i và có th d n n quá t i máy ch . Tuy có nhi u h n ch nh ng do tính l ch s , ph ng th c truy n thông n h n g hi n v n ang c s d n g ph bi n trên m n g IP trong ó bao hàm c d ch truy n t i tín hi u phát thanh qua Internet. - Ph ng th c truy n thông qu ng bá - broadcast: Các gói tin c truy n t i t t ngu n g i n t t c các máy tr m trong m ng ( m- n-t t c ). Các gói tin qu n g bá c x lý b i t t c các máy tr m trong m n g, th m chí c trong tr ng h p máy tr m không quan tâm n d li u ó. u này d n n t i l u l ng vô ích v i m t s máy tr m và khó kh n trong v n b o m t thông tin. - Ph n g th c truy n thông a h ng - multicast: Các gói tin c truy n t i t t n gu n g i n m t nhóm các máy tr m xác nh ( m- n -nhóm). Ph ng th c này ph thu c vào h t ng m n g chuy n ti p gói tin. i kh n n g tri n kh i trên di n r ng và qua m ng Internet, t n d ng c các u m và h n ch các nh c m c a unicast và broadcast nh giúp gi m l u l n g ng và t i x lý c a ngu n phát, ph ng th c truy n thông a h n g ang c quan tâm nghiên c u và áp d n g v i các h th ng truy n t i d ch v th i gian th c. Trên s s ó, lu n án t p trung nghiên c u và n g d n g m ng truy nh p s d n g ph ng th c truy n thông a h ng trong h th ng RoIP. 1.2 Nguyên lý truy n thông a h ng qua m ng IP Các m ng truy n thông a h n g có th c xây d ng thành các c o multicast và liên k t v i nhau thông qua c ch n g h m. ng h m là c ch cho phép chuy n các gói d li u multicast t các b nh tuy n h tr truy n thông a h n g MRouter (Multicast Router) ngu n n MRouter ích thông qua các b nh tuy n n ng URouter (Unicast Router). Vi c óng gói theo c ch ng h m th c h i n b sung thêm ph n tiêu IP m i v i a ch ích là a ch IP n h ng c a MRouter
-4- u bên kia c a n g h m và a ch ngu n là a ch IP n h ng c a MRrouter ang i gói tin ó. Nh th hi n trên hình 1.1, MRouter R2 mu n g i m t gói tin IP a ng t i MRouter R5. Tr c h t, R2 s óng v gói tin (chuy n t gói IP a h n g thành gói IP n h ng) r i chuy n ti p t i URouter R3. Gói a h ng này s i theo tuy n R3-R7-R8-R5. Nh v y, theo c ch n g h m, v i MRouter R5 thì gói tin này c x lý v i a ch ngu n n t R2. Hình 1.1: C ch ng h m liên k t các MRouter 1.3 Các c u hình m ng truy nh p vô tuy n theo chu n WLAN 802.11 u hình truy nh p c b n c a m t m ng WLAN theo chu n IEEE 802.11 bao m m t nhóm các tr m c k t n i v i nhau trong vùng d ch v c b n, c xác nh i c tính truy n d n c a môi tr ng vô tuy n. M t tr m trong mi n d ch v c b n có th k t n i v i các tr m khác trong cùng BSS (Basic Service Set) ho c BSS khác. C u hình m ng WLAN c chia thành 2 lo i nh th hi n trong hình 1.2. u hình m ng WLAN c l p - IBSS (Independent BSS) t m ng BSS c l p (IBSS) c th hi n hình 1.2a. Các tr m trong IBSS t n i tr c ti p v i nhau và do ó c n ph i n m trong ph m vi k t n i tr c ti p. M n g 802.11 t i thi u là m n g IBSS ch bao g m 2 tr m. u hình m ng WLAN ph thu c - BSS (Infrastructure BSS) u hình m ng WLAN 802.11 ph thu c s d ng m truy nh p AP (Access Point) nh th hi n h ình 1.2b. C u hình này có hai u m chính là: M t BSS c xác nh b i kho ng cách t i AP và các máy tr m. c ó th ti n hành liên l c, t t c các tr m di ng ph i th a mãn yêu c u n m trong ph m vi liên l c
-5- i m truy nh p AP, nh n g không có s h n ch nào v kho ng cách gi a b n thân các tr m di ng. - Các AP trong m ng BSS có kh n ng tr giúp các máy tr m trong vi c b o v ngu n. AP s ti n hành m các khung d li u khi máy tr m yêu c u ch bov ngu n và các máy tr m ho t ng b ng pin có th n g ng vi c thu và c p ngu n cho n khi các khung d li u m t AP c truy n i. a . C u hình m ng c l p - BSS b. C u hình m ng ph thu c - IBSS Hình 1.2: Các c u hình m ng WLAN theo chu n IEEE 802.11 i các u m trên, m ng truy nh p WLAN theo chu n IEEE 802.11 có c u hình ph thu c c s d ng làm môi tr ng các máy tr m truy nh p vào h th ng RoIP. 1.4 Mô hình h th ng RoIP 1.4.1 Khái ni m th ng RoIP (Radio over IP networks ) là h th n g s d n g m n g IP làm ph ng ti n truy n t i tín hi u mang tin t c p hát thanh theo th i gian th c. Thu t n g “Radio” s d ng trong lu n án v i ý ngh a “tín hi u phát thanh” c hi u là tín hi u mang tin t c phát thanh qua m n g IP và c x lý nh m t d ng s li u t ruy n t i qua ng IP ch u ràng bu c v tính áp ng th i gian th c - y u t quan tr ng liên quan n ch t l ng tín hi u tái t o t i u thu. 1.4.2 Mô hình h th ng RoIP xu t th ng RoIP c xu t và xây d ng t quan m áp d ng mô hình truy n t i ti n g nói/âm thanh [8][19][20] và mô hình truy n thông a h ng qua m n g IP [12][13][51]. H th ng truy n t i tín hi u phát thanh t ngu n Tx n ích Rx qua m n g IP c n th c hi n các ch c n ng sau:
-6- Mã hóa / gi i mã và t o / m gói truy n t i tín hi u phát thanh t n g t qua m ng IP, tr c h t ph i s hóa và mã hóa tín hi u. Quá trình chuy n i c th c hi n b i các b mã hóa và gi i mã trong ti n trình ng c l i. Kh i t o gói là c c u c thi t k sau kh i mã hóa th c hi n ch c ng óng gói s li u âm thanh ã mã hóa theo chu n giao th c RTP/UDP/IP và tách gói trong quá trình ng c l i. m d li u phát và m d li u tái t o Trong h th ng RoIP, các gói tin mang tín hi u phát thanh phía phát cl u gi t i b m phát tr c khi truy n vào m n g IP. B m này có tác d ng m b o t c ngu n phát n nh d i s u khi n c a b t o l ch trình phát d li u . Tín hi u c tái t o t i phía thu áp ng tính th i gian th c theo th t t o ra bên phát. Ch c n ng c b n c a b m tái t o là thu các gói tin t m ng, l u gi và chuy n ti p gói tin theo l ch trình tái t o do c c u u khi n a ra. L c h trình tái t o có th th c hi n theo ph n g th c c nh ho c thích v i s thay i c a tình tr ng m n g. Ph ng th c t o l ch trình c nh n gi n nh n g có tr gói tin t i b m tái t o không i và không cho phép áp ng s thay i c a tr m ng. Ph ng th c t o l ch trình thích ng c a ra gi i quy t các h n ch trên và c u khi n b i các thu t toán u khi n b m tái t o t n g ng t n d n g kho n g l n g (silence time) gi a các kho ng tín hi u phát thanh tích c c (talkspurt) nh m thay i th i gian tái t o trong i kho ng tín hi u phát thanh tích c c. Phát hi n k ho ng tín hi u tích c c / kho ng l ng Tín hi u phát thanh bao g m kho n g tín hi u tích c c và kho ng l ng c phân bi t b i ng ng n ng l ng c a tín hi u ngu n. Ch c n n g phát hi n kho ng tín hi u tích c c và kho n g l ng c th c h i n t i khâu x lý ngu n bên phát nh m cho phép u ch nh l ch trình tái t o theo kho ng tín hi u tích c c và ti t ki m b ng thông ng truy n. Bù t n th t gói tin c u bù t n th t gói tin PLC (Packet Loss Colcealment) c s d ng m o ch t l ng tín hi u phát thanh tái t o do các gói tin t n th t. C c u PLC c th c hi n t i u thu nh m thay th các gói tin ã b t n th t thông qua vi c chèn nhi u n n, kho n g l ng ho c các gói tin tr c ó. Trên c s các ch c n ng trên, lu n án mô hình lý thuy t (hình 1.3), xu t mô hình c u trúc giao th c (hình 1.4) và mô hình tri n khai th c nghi m (hình 1.5) c a h th ng RoIP. Tín hi u phát thanh ngu n t bên phát (iVoVStation) theo k t n i n
-7- ng t i c ng chuy n i giao th c (iVoVGateway) c truy n t i qua m ng truy nh p a h ng t i u thu (iVoVReceiver). Các thành ph n trong mô hình lý thuy t c th c hi n t i máy ch RoIP, các máy tr m và c ng chuy n i giao th c . Thành ph n iVoVGateway th c hi n ch c n ng chuy n i giao th c n h ng sang giao th c a h ng và giao ti p gi a m n g h u tuy n và m ng truy nh p W LAN IEEE 802.11. Bên c nh ó, ph c v vi c ánh giá nh h n g c a m n g khi không có u ki n tri n khai h th ng trên môi tr ng th c t (hình 1.5), ch c n n g ph ng t o tham s QoS c a ng IP có th c tích h p i VoVGateway và c c p trong ch ng 2. H th n g RoIP xu t c ki m ch ng b ng th c nghi m t i ch ng 3. Hình 1.3: Mô hình lý thuy t h th ng RoIP xu t Hình 1.4: C u trúc giao th c h th ng RoIP xu t.
-8- Hình 1.5: Mô hình tri n khai th c nghi m h th ng RoIP xu t 1.5 K t lu n ch ng 1 Vi c k t h p truy n thông a h n g v i môi tr ng m n g truy nh p W LAN hình thành m t ph n g th c truy nh p ngu n tín hi u phát thanh m i v a t n d n g b n g thông ng truy n, d dàng qu n lý thông qua a ch nhóm multicast c n g nh t n n g h t ng m ng Internet s n có và các m truy nh p Wi-Fi ang ngày cm ng. H th ng RoIP có th mang l i các u m n i b t nh h i u su t s d ng h th n g cao nh vi c t n d ng h t ng m ng IP hi n có, ti t ki m b n g thông và h tr các n g ng a m. Tuy nhiên, do c tính c a các m ng IP, vi c tri n khai h th ng RoIP ph i i m t v i m t s thách th c , c bi t v khía c n h ch t l ng d ch v QoS. Vi c nghiên c u các c c u và ph ng th c u khi n thích ng v i tình tr n g m ng có ý ngh a quan tr n g trong vi c m b o ch t l n g c a h th ng RoIP. CH NG 2: PH NG T O THAM S CH T L NG C A TÍN HI U PHÁT THANH KHI TRUY N T I QUA M NG IP 2.1 Các tham s c h t l ng m ng 2.1.1 Gi i thi u Ch t l ng tín hi u phát thanh truy n t i qua m n g IP s b nh h ng và suy gi m do tác n g c a các y u t m ng. Các y u t m ng bao g m t l t n th t gói tin, tr m ng và bi n ng tr m ng là các tham s chính tác ng n ch t l ng d ch v a tín hi u t i u thu PQoS (Perceived Quality of Service). M i quan h gi a các y u này c th hi n trên hình 2.1
-9- Hình 2. 1: M i quan h gi a các y u t nh h ng n QoS [36] 2.1.2 T n th t gói tin n th t gói tin là m t trong nh n g nguyên nhân chính gây nh h ng n ch t n g ti ng nói truy n t i qua m ng IP. T n th t gói tin có th x y ra do h y gói tin trong ng IP ( t n th t m ng ) ho c lo i b gói tin do b giao ti p m n g ho c b m tái t o i u thu nh th hi n trong hình 2.1. 2.1.2.1 Mô hình t n th t Bernoulli Trong mô hình t n th t Bernoulli [39][45], t n th t c a m i gói tin là c l p v i nhau c tính không nh ) cho dù gói tin k tr c b t n th t ho c không t n th t. Trong tr ng h p này, ch t n t i m t tham s là t l t n th t gói tin trung bình t ng ng v i gói tin b t n th t chia cho t ng s gói tin c truy n t i trong lu ng d li u. 2.1.2.2 Mô hình Gilbert 2 tr ng thái u h t các nghiên c u g n â y v truy n i ti ng nói qua m n g IP u s d ng mô hình Gilbert th hi n c tính t n th t gói tin [39][45][46]. Trong mô hình Gilbert 2 tr ng thái, n t i tr n g thái 0 (gói tin không b t n th t) và Hình 2. 2: Mô hình Gilbert 2 tr ng thái tr n g thái 1 (gói tin b t n th t) nh th h i n t rên hình 2.2. Trong ó p là xác xu t gói tin b t n th t khi nh n c gói tin k tr c và q là xác xu t gói tin nh n b t n th t khi gói tin k tr c ã b t n th t. Bên c nh ó, mô hình Bernoulli c ng th ng c s d ng và chính là m t tr n g h p c th c a mô hình Gilbert 2 tr n g thái khi p = q.
- 10 - 2.1.3 Tr m ng Tr và bi n ng tr (jitter) là hai trong s các y u t c a m n g nh h ng chính n ch t l n g truy n t i d ch v th i gian th c nói chung và truy n t i tín hi u phát thanh th i gian th c qua m ng IP nói riêng. 2.1.3.1 Tr truy n t i gói tin m t chi u Tr hành trình m t chi u gói tin cho n ch ng ph thu c vào kích th c gói tin c th hi n theo bi u th c sau:  di s  n  di s  n n ∆tOTT (n, s) = ∑  + + fi  = ∑  +  + ∑ f i ( 2. 1 ) i =1  c  i =1  c bi  i =1 bi Trong ó : - di kho ng cách v t lý gi a b nh tuy n ( i -1 ) và ( i ) -ct c t ruy n tín hi u ; b i b ng thông c a tuy n k t n i i - s kích th c gói tin ; fi tr chuy n ti p t i b nh tuy n. Hình 2. 3: Tr truy n t i gói tin m t chi u 2.1.3.2 Tr truy n t i gói tin hai chi u Tr hành trình hai chi u c a gói tin c xác nh nh sau:  s + sres  n d ∆t RTT (n, s, sres ) = ∑  + 2. i + f i + f 'i −1  i =1   bi c  s + sres di  n ( 2. 2 ) n = ∑ + 2.  + ∑ ( f i + f 'i −1 ) i =1  c  i =1 bi
- 11 - Trong ó : - di : kho n g cách v t lý gi a b nh tuy n ( i -1 ) và ( i ) -c:t c truy n tín hi u , bi : b ng thông c a tuy n k t n i i - s, sres : kích th c gói tin theo h ng thu n và h ng ng c. - fi, f'i-1 : tr chuy n ti p theo h ng thu n và h ng ng c Hình 2. 4: Tr truy n t i gói tin hai chi u chính xác c a giá tr tr hành trình hai chi u ∆t RTT ph thu c vào tính i i x n g, ∆t RTT n g c a tuy n truy n d n . Trong tr ng h p n g truy n không c xác nh là t ng c ng c a tr hành trình m t chi u theo h ng thu n và h ng ng c . Tuy nhiên thu n l i và tránh sai s ng b ng h gi a bên thu và bên phát, ph n g pháp xác nh tr hành trình hai chi u th ng c s d ng, tuy nhiên trong tr ng h p này s không xác nh c t c ngh n x y ra theo h n g thu n hay h ng ng c c a ng truy n t i gói tin. 2.3 xu t mô hình ph ng t o tham s QoS qua m ng IP 2.3.1 Ki n trúc mô hình Các tham s m ng QoS c a m ng IP có th c ph ng t o thông qua x lý các gói tin m c v t lý [62][63]. Tuy nhiên ph ng th c này ph thu c vào h u hành, c th c hi n theo ph n g th c truy n thông n h ng và ch a h tr tái t o nh ng c a m ng t d li u th c t c o c t tr c. kh c ph c các h n ch trên, các thông s QoS c a m ng Internet th c t bi n thiên m t cách ng u nhiên c lu n án mô hình hóa và th c hi n ph n g t o qua hai ph ng th c tr c tuy n - Online và không tr c tuy n - Offline h tr c hai ph ng th c truy n thông n h ng và a h n g. V i ph ng th c không tr c tuy n (hình 2.5b), các thông s c c t t p s li u th ng kê qua th c nghi m t tr c. V i ph ng th c tr c tuy n, kh i ph n g t o m ng c cung p tr c tuy n thông tin v tr m ng và tình tr ng t n th t c a gói tin t b t o thông nh th hi n trong hình 2.5a.
- 12 - a. Ph ng th c tr c tuy n b. Ph ng th c không tr c tuy n Hình 2.5: Ki n trúc mô hình ph ng t o tham s m ng QoS qua m ng IP 2.3.2 Ph ng t o tham s m ng IP a h ng Khác v i mô hình ph ng t o cho truy n n h ng [18][49], các gói tin t m t n gu n phát c truy n i qua m ng IP a h ng n các máy thu theo các tuy n k t n i khác nhau kéo theo nh h ng c a các tham s m ng khác nhau v tr , bi n ng tr và tình tr ng t n th t gói tin. Lu n án xu t mô hình ph ng t o tham s m n g IP a h ng th c hi n kh i ph ng t o tham s Hình 2. 6: Mô hình ph ng t o tham s QoS ng t i các u thu nh th hi n trên qua m ng IP a h ng hình 2.6. V nguyên lý ph ng t o, các tham s tr m n g và t n th t c ng c th c hi n t ng t nh t i gateway (hình 1.5). Kh i ph n g t o m n g N/W (hình 2.6) có th c th c hi n b ng m t ch ng trình c l p ho c m t module ch ng trình tích h p vào ch ng trình thu iVoVReceiver. Mô hình xu t cho phép th hi n nh ng c a m ng n ch t l n g tín hi u thu t i máy tr m truy nh p vào m ng IP da ng các v trí a lý khác nhau. 2.3.3 t qu p h ng t o Công c ph ng t o thông s m ng IP a h ng/ n h ng xây d ng trên n n h u hành Linux và c tri n khai th c nghi m qua m ng Intranet c a Tr ng i h c Bách khoa Hà N i. K t qu ph n g t o th hi n chính xác nh h ng c a các tham s ng n gói tin nh n c d i tác n g c a tr m ng v i sai s c vài ms ( bi n thiên
- 13 - 0 n 3 ms) và t n th t gói tin v i sai s < 0.1% c th h i n t hình 2.7 n hình 2.10. Hình 2.7: Thông s tr m ng c t file s li u - ph ng th c ph ng t o không tr c tuy n. Hình 2.8: Thông s tr m ng o c th c t - ph ng th c ph ng t o không tr c tuy n . Kho ng l ng Hình 2. 9: Tín hi u thu khi x y ra r n th t gói tin
- 14 - 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%] 25 20 l t n th t [%] 15 10 5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Ch s chu k á nh giá [x 100 gói tin] Hình 2. 10: T l t n th t gói tin theo th i gian - ph ng th c ph ng t o tr c tuy n. Thi t l p 2.00 [%] 5.00 [%] 8.00 [%] 9.50 [%] 11.70 [%] l t n th t o c 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%] gói tin Sai s 0.02 [%] 0.01 [%] 0.04 [%] 0.02 [%] 0.06 [%] 2.4 K t lu n ch ng 2 Ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát thanh qua m ng IP ph thu c ch t ch vào các thông s ngu n và các tham s m n g. Các tham s m ng nh h n g tr c ti p n ch t l ng tín hi u t i u thu bao g m tr m ng, bi n n g tr m n g và t l t n th t gói tin. c tính ng u nhiên c a thông s m n g ò i h i ph n g pháp thích h p m o QoS c a tín hi u phát thanh t i u thu. có th ánh giá và so sánh ch t l ng tín hi u thu trong cùng m t tình tr ng m ng, công c ph n g t o m ng xu t c tích h p trong c ng chuy n ti p d li u iVoVGateway c a h th ng RoIP và xây d n g trên n n h u hành mã ngu n m Linux. So v i m t s công c ph ng t o m ng hi n t i nh Nistnet ho c Dumynet, m m i c a mô hình xu t cho phép th c hi n ph ng t o không nh n g v i s li u t o ra tr c tuy n mà còn v i s li u th ng kê th c t , ng th i tr c ch truy n thông n h ng và a h n g. Ngoài ra, thay vì th c hi n t i bên phát trong các mô hình truy n thông n h ng, mô hình xu t th c hi n kh i ph n g o tham s m ng t i phía thu phù h p v i truy n thông a h n g. V i kh n ng h tr ng th i ch quan sát tham s m n g qua hi n th h a tr c tuy n và truy xu t t qu ra các file s li u th n g kê, mô hình và công c ph ng t o tác gi xu t và xây n g có tác d ng h tr h u ích cho vi c theo dõi và o c ph c v nghiên c u ch t n g c a d ch v th i gian th c qua m ng IP.
- 15 - CH NG 3: M B O CH T L NG TÍN HI U T I U THU TRUY N I QUA M NG IP THEO TH I GIAN TH C 3.1 V n tái t o tín hi u phát thanh t i u thu i u thu tín hi u phát thanh qua m ng IP, b m tái t o có th th c hi n theo hai ph ng th c t o l ch trình c nh ho c thích ng. Tuy nhiên, b m tái t o theo ch trình c nh không có kh n ng áp ng s thay i tr m n g do ó không m o ch t l ng tín hi u tái t o t i u thu. Các nghiên c u g n ây t p trung ch y u vào các thu t toán u khi n b m thích ng và c bi t quan tâm n các ph n g th c phát hi n t bi n tr m ng (delay spike). Vi c u ch nh các tham s b m c thi t p t i th i m b t u c a kho ng tín hi u phát thanh tích c c c c p n trong [5] [5] [7]. vi c phân tích các thu t toán c rõ ràng, các thông s th i gian c a gói tin th i c qui c nh th hi n trên hình 3.1. ti th i m ti : th i m phát c a gói tin th i phát ri : th i m n u thu c a gói tin th pi ri i th i m pi : th i m tái t o gói tin th i thu ni : tr m ng c a gói tin th i Dprop vi vi : bi n ng tr m ng c a gói tin th i bi : th i gian tr c a gói tin th i l u ni bi trong b m tái t o th i gian di : tr t ng quát c a gói tin th i Dpop : tr truy n d n gói tin Hình 3.1 : Các thông s th i g ian c a gói tin th i 3.2 Thu t toán c oán tr tái t o 3.2.1 Thu t toán trung bình hàm m Exp-Avg [6] Thu t toán trung bình hàm m Exp-Avg (Exponential-Average) s d ng thông s tr m n g và bi n ng tr trung bình c oán th i tr tái t o c a gói tin th i : )) ) pi = di + 4vi (3.1) ) ) di : tr pi : Th i Trong ó : m tái t o gói tin th i; m n g trung bình gói tin th i ) vi : bi n n g tr trung bình c a gói tin th i ) ) d i và v i i c xác nh nh sau:
- 16 - ) ) di = α di −1 + (1 − α )ni (3.2) ) ) ) vi = α vi −1 + (1 − α ) | di − ni | (3.3) Trong ó: - ni : Tr m n g m t chi u c a gói tin th i. α = 0,998002 [6]. - Giá tr h s 3.2.2 Thu t toán trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg [6] Thu t toán trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg (Fast Exponential - Average) ) di −1 , n g t nh thu t toán Exp-Avg, m khác bi t gây nên do tr m ng ni l n h n ) α c thay th b ng β d n di khi ó h s n công th c tính nh sau: ) ) di = β di −1 + (1 − β )ni (3.4) Trong ó giá tr β = 0.750000 theo [6]. 3.2.3 Thu t toán tr t i thi u Min-D [6] Thu t toán tr t i thi u Min-D (Min-Delay) t i thi u hóa thông s tr . Thu t toán ) di này c n c vào tr t i thi u c a các gói tin nh n c trong cùng m t kho ng tín hi u phát thanh tích c c c oán tr tái t o c a kho ng tín hi u phát thanh tích c c k ) Si ti p . Gi i s là t p t t c các gói tin nh n c trong cùng m t kho ng tín hi u phát ) di thanh tích c c , khi ó tr trung bình c xác nh: ) d i = min j∈Si {n i } (3.5) 3.2.4 Thu t toán phát hi n t bi n Spike-Det [6] Thu t toán phát hi n t bi n Spike-Det (Spike Detection) th c hi n c c u phát hi n t bi n tr gây nên do m ng IP. Khi t b i n tr c phát hi n, thu t toán chuy n sang ch “ t bi n - SPIKE” nh m c oán tr sát h n v i th c t tình tr ng m n g. Khi tình tr ng m n g tr l i tr ng thái bình th ng bi n n g tr không có t b i n l n, các tham s s c c oán t ng t nh thu t toán hàm m trung bình Exp-Avg, nh ng khi ó theo [6] giá tr h s α s là 0.875 3.2.5 Thu t toán c a s [7] Thu t toán c a s tính toán phân b tr c a w gói tin nh n c cu i cùng c oán tr tái t o. t bi n tr gi a hai kho ng tín hi u phát thanh tích c c c th hi n và phân tích trong [7] v i giá tr w c thi t l p là 10000. N u t bi n tr x y ra gi a
- 17 - hai kho ng tích c c tín hi u liên ti p, thu t toán s t ng th i gian tr tái t o mb o t c các gói tin trong kho ng tích c c tín hi u cu i cùng s không b h y b do các gói trong hai kho n g tích c c tín hi u liên ti p có cùng th i m tái t o. Th c t bi n thiên ng u nhiên c a các tham s m ng, trong ó tham s bi n ng tr m n g và c bi t là s t bi n tr m ng (delay spike) có th gây lên các kho ng ng t t n g t c a tín hi u làm suy gi m ch t l n g tín hi u t i u thu [6][7][9]. Trên c s các thu t toán ã c c p, thu t toán tái t o thích ng có phát hi n bi n tr (spike- det) c áp d ng trong h th ng RoIP nh m m b o ch t l n g tín hi u t i u thu thông qua b m tái t o. 3.3 á nh giá ch t l ng tín hi u t i u thu. 3.3.1 Ph ng pháp ánh giá ch t l ng ch quan i v i ph n g pháp ánh giá ch quan, tín hi u tái t o t i u cu i c ánh giá b i m t t p h p ng i nghe và cho ý ki n theo thang m xác nh. tin c y c a t qu ánh giá khách quan ph thu c vào nhi u y u t và khó ki m soát, ph thu c vào l ng ng i ánh giá, ch t l ng thi t b tái t o và mang tính n nh không cao. ng th i ánh giá khách quan ò i h i nhi u th i gian c ng nh chi phí ti n hành ánh giá. Tuy nhiên, ph ng pháp này l i cho k t qu ánh giá g n v i c m nh n th c t c a con ng i. Do ó vi c k t h p ánh giá gi a các ph ng pháp ch quan và các mô hình ánh giá khách quan c n c c áp d ng ánh giá ch t l n g tín hi u t i u thu. 3.3.2 x u t ph ng pháp ánh giá ch t l ng theo t s SSNR á nh giá ch t l ng theo t s tín hi u trên t p âm SNR truy n th ng t c th hi n là xn [ m] trong ó m là ch Gi s tín hi u ngu n bi n theo th i gian m u tín hi u trong khung ang xét và x là l nmut ng ng v i giá tr c a tín hi u có ích phát t ngu n. Gi thi t tín hi u thu nh n b thay i so v i tín hi u ngu n do r c th hi n là xn [ m] .N n g l ch u nh h n g c a h th n g truy n d n ng tín hi u ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh nh sau: M Es (n) = ∑ xn [ m]2 t (3. 6) m =1 ng ng n ng l ng nhi u t ng c n g EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh theo bi u th c sau: M E N ( n) = ∑ ( xn [ m] − xn [ m]) 2 r t ( 3. 7 ) m =1 Khi ó, t s SNR c xác n h nh sau:
- 18 - N    NM ∑ ∑∑1 xnt [m]2  ES (n)   SNR (dB ) = 10.log10  nN 1  = 10.log10  N M n =1 m=  = (3. 8)  E ( n)   2 ∑ N  ∑∑ ( xn [ m] − xn [ m])  r t   n =1   n =1 m=1  i ch s m bi n i trong ph m vi s m u c a m t khung và ch s n b i n i theo tham s chu k o c t n g n g v i N khung tín hi u. á nh giá ch t l ng theo t s tín hi u trên t p âm phân n - SSNR (Segmentation Signal to Noise Ratio) t ng chính xác c a thông s o c SNR truy n th ng, và t ng c ng kh n ng ánh giá ch t l ng tín hi u có c tính bi n i ng nh tín hi u ti ng nói. Gi thi t n n g l ng tín hi u ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh theo (3.6) ng l ng nhi u t n g h p EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh theo bi u th c sau: M M E N (n ) = ∑ ( xn [ m]) 2 − ∑ ( xn [ m]) 2 r t (3. 9) m =1 m =1 Lu n án xu t xác nh t s tín hi u trên t p âm phân n SSNR theo (3.10)   M ∑1 xnt [m]2 N   E ( n)  N SSNR (dB) = 10.log10  ∑ S = 10.log10  ∑ M  (3. 10) m=  m =M  n =1 ( x r [m]) 2 − 2  n =1 E N ( n )   ∑n ∑1 ( xn[m])  t  m=1  m= Nh v y, khác v i SNR tính toán trên c s toàn b s m u c a chu k ánh giá, SSNR tính toán d trên c s khung tín hi u. u này cho phép ánh giá sai l ch tín hi u ích so v i tín hi u ngu n m t cách chính xác n g th i cho phép kh n ng tính toán và u khi n tr c tuy n theo th i gian th c. 3.4 xu t ph ng pháp m b o ch t l ng truy n i tín hi u phát thanh qua ng IP. Hình 3.2: Mô hình thi t l p thông s ngu n
- 19 - 3.4.1 tv n . u h t các nghiên c u g n â y nh m m b o ch t l n g tín hi u ti ng nói/âm thanh truy n t i qua m ng IP theo th i gian th c u t p trung vào gi i quy t theo hai ng: Th nh t là trên c s dành s n tài nguyên m n g theo giao th c RSVP (Resource Reservation Protocol) [34]. Th hai là theo h n g x lý t i u l ch trình tái t o tín hi u d ng b m tái t o t i u thu [5][6][7][9]. Tuy nhiên, ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát thanh qua m ng IP ph thu c ch t ch vào các tham s ngu n phát và các tham s m n g. Tham s ngu n bao g m các thông s chuy n i ngu n tín hi u t ng t sang s và thông s dài gói tin. Trên c s ó , lu n án t p trung nghiên c u v n thích n g ngu n v i tình tr ng m ng nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u t hu. 3.4.2 Thi t l p thông s ngu n. p thông s ngu n c a h th n g RoIP bao g m: fs: t n s l y m u, w: s bit mã hóa cho m t m u, ch: s kênh, sz: dài gói tin, k: h s phát p gói tin. Các thông s n gu n [ fs, w, ch, sz, k ] c thi t l p giá tr kh i t o tr c khi ti n trình phát d li u c th c hi n theo mô hình th hi n trên hình 3.2. Sau khi kh i s hóa tín hi u c thi t l p thông s , ngu n tín hi u phát thanh t ng t s c chuy n i thành d ng s và l u vào b m c a thi t b chuy n i âm thanh. D a vào thông s dài t i tin, d li u ã s hóa s c ch ng trình c ra t b m c a thi t b â m thanh và chuy n n kh i mã hóa, k ti p là kh i t o gói RTP và chuy n n l u gi a t m th i t i b m phát. Các gói tin RTP c g i vào m ng Hình 3.3: Thu t toán xác nh t ng m c n ng l ng theo l ch trình phát v i h s phát l p tín hi u ngu n t i phía phát xác nh và c u khi n b i b o l ch trình phát c n c vào s li u nh n t kh i u khi n thông s ngu n.