Tài liệu LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT : MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO DỊCH VỤ TRUYỀN THÔNG ĐA HƯỚNG THỜI GIAN THỰC QUA MẠNG IP pdf

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 th
ể 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 tr
ường 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
P
NN
==
∑
%
( 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 vớ
i 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 t
ổn
thất.

Hình 2. 3: Mô hình Gilbert 2 trạng thái
Giả thiết P
0
là xác xuất xảy ra trạng thái 0 đối với gói tin và P

1
là xác xuất xảy ra
trạng thái 1 đối với gói tin. Khi đó:
P
0
= P(X = 0) và P
1
= P(X = 1)
Tại trạng thái ổn định, P
0
và P
1
được xác định như sau:
001
(1 ). (1 ).PpPqP=− +−
( 2. 2 )
01
1PP+=
( 2. 3 )
P
1
hay xác xuất tổn thất không điều kiện ulp (unconditional loss probability)
được xác định như sau:
1
1
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 p
k
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, O
i
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
p
O
−

=
∑
=
∑


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:


• Trễ đường truyền: Là khoảng thời gian đề truyền tải một bit từ phía phát đến
phía thu. Trễ đường truyền phụ thuộc vào khoảng cách vật lý của tuyến liên lạc
và phương tiện truyền dẫn. Khi truyền tải qua cáp quang, cáp đồng trục hoặc cáp
xoắn đôi, trễ một chiều khoảng 5 µs/km .
• Trễ truyền tải: Là tổng khoảng thời gian gửi gói tin ra khỏi giao diện mạng từ
hàng đợ
i. Với các đường truyền Internet của mạng diện rộng điển hình với tốc độ
622 Mb/s (STM-4), thông thường trễ truyền tải tại mỗi chặng khoảng 20 às với
gói tin có độ dài tối đa MTU bằng 1500 Bytes.
• Trễ hàng đợi: là khoảng thời gian một gói tin được lưu giữ trong hàng đợi kể
từ khi gói tin được đưa đến cổng vào cho đến khi được xử lý. Trễ hàng đợi là
nguyên nhân chính gây nên biến độ
ng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối và phụ thuộc
vào tải lưu lượng của mạng hay tình trạng tắc nghẽn của mạng.
• Trễ xử lý mã hóa/giải mã: là khoảng thời gian cần thiết để mã hóa tại phía phát
hoặc giải mã tín hiệu tại phía thu. Giá trị trễ phụ thuộc vào phương thức mã hóa
được sử dụng.
• Trễ đóng gói / mở gói tin: là khoảng thời gian cần thiết
để bổ sung tiêu đề hình
thành gói tin tại phía phát hoặc là khoảng thời gian tách tiêu đề và tải trọng tại
phía thu.

• Trễ tái tạo: là khoảng thời gian gói tin được lưu giữ tại bộ đệm tái tạo kể từ khi
thu nhận đến khi tín hiệu được tái tạo tại đầu cuối.
Theo khuyến nghị của tổ chức ITU, với thông tin tiếng nói truyền qua mạng IP,
trễ một chiều của hầu hết các ứ
ng dụng không vượt quá 150ms và giá trị giới hạn
là 400 ms để thu được tín hiệu có thể chấp nhận.
Biến động trễ là giá trị thống kê sự thay đổi về mặt thời gian giữa thời điểm đến
của các gói tin liên tiếp, nguyên nhân chủ yếu là do sự biến đổi của trễ hàng đợi.
Theo khuyến nghị RFC 3550, IETF xác định biến động trễ là sự biến đổi trung
bình của khoảng sai lệ
ch giữa thời điểm phát và thu của hai gói liên tiếp với giá
trị tuyệt đối được cân chỉnh thông qua hệ số biến đổi = 1/16 [21]. Biến động trễ
được tính toán liên tục cho mỗi gói tin thứ i nhận được. Với mỗi gói tin xác định,
biến động trễ Ji cho gói tin thứ i được tính toán như sau:


Ji = Ji−1 + (|D(i − 1, i)| − Ji−1 ) / 16 ( 2. 8 )
Với D là khoảng thời gian sai khác giữa thời điểm đến của hai gói tin liên tiếp.
2.1.3.1 Trễ hành trình gói tin một chiều

Hình 2. 4: Mô hình truyền tải gói tin một chiều
Trong đó:
- d
i
khoảng cách vật lý giữa bộ định tuyến ( i -1 ) và ( i )
- c tốc độ truyền tín hiệu
- b
i
băng thông của tuyến kết nối i
- s kích thước gói tin

- f
i
trễ chuyển tiếp tại bộ định tuyến.
Hình 2.4 thể hiện mô hình truyền tải gói tin một chiều giữa các bộ định tuyến
( i-1 ), ( i ) và ( i+1 ) với băng thông kết nối khác nhau. Giả thiết, khi một gói tin
sẵn sàng được gửi đi, gói tin đó ngay tức thời được gửi vào đường truyền của
mạng.
Khoảng thời gian để bit đầu tiên gửi từ bộ định tuyến (i-1) đến bộ
định tuyến thứ
(i) được xác định là thời gian truyền dẫn tín hiệu và phụ thuộc hoàn toàn vào
phương tiện truyền dẫn được xác định như sau:
i
prog
d
t
c
∆=
( 2. 9 )


Thông thường, với kết nối mạng LAN trễ truyền dẫn biến thiên trong khoảng vài
[às], trong khi ở các kết nối vệ tinh trễ truyền dẫn có thể lên tới hàng trăm [ms].
Trễ truyền tải gói tin là khoảng thời gian để tất cả các bit trong gói tin truyền
tải từ bộ định tuyến ( i-1 ) đến bộ định tuyến (i). Trễ truyền tải phụ thuộc vào
kích thước gói tin và băng thông của tuyến kết n
ối, được thể hiện bởi quan hệ
sau:
trans
i
s

t
b
∆=
( 2. 10 )
Trong đó: - s kích thước gói tin
- b
i
băng thông của tuyến kết nối i
Các gói tin thu nhận tại bộ đinh tuyến (i) được đưa vào hàng đợi và xếp hàng cho
đến thời điểm tạo lịch trình đưa gói tin lên tuyến truyền dẫn kế tiếp, trong một
khoảng thời gian xác định gọi là trễ chuyển tiếp f
i
.
Ba yếu tố trễ trên hình thành trễ tổng thể của một chặng truyền dẫn giữa hai bộ
định tuyến ( i-1 ) và ( i ) Trễ hành trình một chiều gói tin cho n chặng phụ thuộc
vào kích thước gói tin được thể hiện theo biểu thức sau:
111
(,)
nnn
ii
OTT i i
iii
ii
dd
ss
tns f f
cb cb
===
⎡⎤⎡⎤
∆=++=++

⎢⎥⎢⎥
⎣⎦⎣⎦
∑∑∑
( 2. 11 )
Với một môi trường mạng và độ dài gói tin xác định, tính bất định của
OTT
t
∆

phụ thuộc vào trễ chuyển tiếp tại các bộ định tuyến do thời gian truyền dẫn và
băng thông có thể được xem như không đổi đối với các kết nối xác định. Trễ
chuyển tiếp phụ thuộc vào dung lượng hàng đợi và có tương quan chặt chẽ với
tải của mạng, do đó
OTT
t∆
sẽ biến đổi thuận theo tải của mạng.
2.1.3.2 Trễ hành trình gói tin hai chiều



Hình 2. 5: Mô hình truyền tải gói tin hai chiều
Trong đó:
- d
i
: khoảng cách vật lý giữa bộ định tuyến ( i -1 ) và ( i )
- c : tốc độ truyền tín hiệu
- b
i
: băng thông của tuyến kết nối i
- s, s

res
: kích thước gói tin theo hướng thuận và hướng ngược.
- f
i
: trễ chuyển tiếp theo hướng thuận
- f'
i-1
: trễ chuyển tiếp theo hướng ngược.
Mô hình truyền tải gói tin hai chiều thể hiện trên hình 2.5 với trường hợp gói tin
được chuyển tiếp ( kích thước gói tin không đổi s
res
= s ) hoặc phản hồi ( kích
thước gói tin phản hồi thay đổi so với hướng thuận s
res
# s ) từ hướng thuận sang
hướng ngược tại nút cuối cùng.
Trễ hành trình gói tin hai chiều giữa nút ( i-1 ) và nút ( i ) là :
'
1
()
iires
iii
ii
dds
s
ts
ff
cb c b
−
∆=+++++

( 2. 12 )
Như vậy, trễ hành trình hai chiều của gói tin được xác định như sau:


'
1
1
'
1
11
(,, ) 2.
2. ( )
n
res i
RTT res i i
i
i
nn
res i
ii
ii
i
ss d
nss f f
bc
ss d
ff
bc
−
=

−
==
⎡
⎤
+
∆=+++
⎢
⎥
⎣
⎦
⎡⎤
+
=+++
⎢⎥
⎣⎦
∑
∑∑
( 2. 13 )
Độ chính xác của giá trị trễ hành trình hai chiều
RTT
∆
phụ thuộc vào tính đối
xứng của tuyến truyền dẫn. Trong trường hợp đường truyền không đối xứng,
RTT
∆
được xác định là tổng cộng của trễ hành trình một chiều theo hướng thuận
và hướng ngược. Để thuận lợi và tránh sai số đồng bộ đồng hồ giữa bên thu và
bên phát, phương pháp xác định trễ hành trình hai chiều thường được sử dụng,
tuy nhiên trong trường hợp này sẽ không xác định được tắc nghẽn xảy ra theo
hướng thuận hay hướng ngược của đường truyền tải gói tin.

2.2 Đề xuất mô hình phỏng tạo tham số QoS qua mạng IP
2.2.1 Kiến trúc mô hình
Các tham số mạng QoS của mạng IP có thể được phỏng tạo thông qua xử lý các
gói tin ở mức vật lý [62][63]. Tuy nhiên phương thức này phụ thuộc vào hệ điều
hành, được thực hiện theo phương thức truyền thông đơn hướng và chưa hỗ trợ
tái tạo ảnh hưởng của mạng từ dữ liệu thực tế được đo đạc từ trước. Để khắc
phục các h
ạn chế trên, các thông số QoS của mạng Internet thực tế biến thiên
một cách ngẫu nhiên được luận án mô hình hóa và thực hiện phỏng tạo qua hai
phương thức trực tuyến - Online và không trực tuyến - Offline hỗ trợ cả hai
phương thức truyền thông đơn hướng và đa hướng. Với phương thức không trực
tuyến (hình 2.6b), các thông số được đọc từ tệp số liệu thống kê qua thực nghiệm
từ tr
ước. Với phương thức trực tuyến, khối phỏng tạo mạng được cung cấp trực
tuyến thông tin về độ trễ mạng và tình trạng tổn thất của gói tin từ bộ tạo thông
số như thể hiện trong hình 2.6a.



Hình 2.6: Kiến trúc mô hình phỏng tạo tham số mạng

Tham số QoS của mạng IP bao
gồm trễ mạng và trạng tổn thất gói
tin truyền tải qua mạng IP thực tế
biến thiên một cách ngẫu nhiên
được mô hình hóa qua thuật toán
thể hiện trên hình 2.5. Mô hình sử
dụng các thông số thiết lập bao
gồm: xác suất xảy ra lỗi gói P, chu
kỳ đánh giá tỷ lệ tổn thất gói tin Ä,

tên tệp lưu giữ các giá trị tỷ lệ tổn
thất và chỉ s
ố gói tin tổn thất, độ
trễ mạng trung bình và khoảng
biến động trễ.


Hình 2. 6: Thuật toán xác định tham số của
gói tin
Xác định trạng thái
gói tin và độ trễ mạng
b. Phương thức không trực tuyếna. Phương thức trực tuyến


2.2.2 Phỏng tạo tham số mạng IP đa hướng
Khác với mô hình phỏng tạo cho truyền đơn hướng [18][49], các gói tin từ một
nguồn phát được truyền tải qua mạng IP đa hướng đến các máy thu theo các
tuyến kết nối khác nhau kéo theo ảnh hưởng của các tham số mạng khác nhau về
độ trễ, biến động trễ và tình trạng tổn thất gói tin.

Hình 2. 7: Mô hình lý thuyết phỏng tạo tham số mạng IP đa hướng
Luận án đề xuất mô hình phỏng tạo tham số mạng IP đa hướng thực hiện khối
phỏng tạo tham số mạng tại các đầu thu như thể hiện trên hình 2.10. Về nguyên
lý phỏng tạo, các tham số trễ mạng và tổn thất cũng được thực hiện tương tự như
tại gateway ( hình 1.26). Khối phỏng tạo mạng N/W có thể được thực hiện bằng
một chương trình
độc lập hoặc một module chương trình tích hợp vào chương
trình thu. Mô hình đề xuất cho phép thể hiện ảnh hưởng của mạng đến chất
lượng tín hiệu thu tại máy trạm truy nhập vào mạng IP da hướng ở các vị trí địa
lý khác nhau. Hình 2.8 thể hiện thuật toán xử lý gói tin thu nhận từ socket đa

hướng/đơn hướng chịu tác động của các tham số mạng thu nhận từ bộ đệm tình


trạng mạng. Các thông số của gói tin chịu ảnh hưởng của mạng thay đổi ngẫu
nhiên và được thiết lập theo mô hình tạo thông số mạng như thể hiện ở trên hình
2.5. Các gói tin bị tổn thất sẽ kích hoạt khối bù tổn thất thực hiện phương thức
chèn khoảng lặng hoặc chèn khung dữ liệu kế trước, sau đó được đưa tới bộ đệm
tái tạo.

Hình 2. 8: Xử lý gói tin tại phía thu


2.3 Kết quả triển khai thực nghiệm

Hình 2. 9: Cấu hình thực nghiệm phỏng tạo tham số mạng IP
Công cụ phỏng tạo thông số mạng IP đa hướng/đơn hướng xây dựng trên nền hệ
điều hành Linux (hình 2.12a và hình 2.12b) và được triển khai thực nghiệm qua
mạng Intranet của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả phỏng tạo thể
hiện chính xác ảnh hưởng của các tham số mạng đến gói tin nhận được dưới tác
động của trễ và tổn thất gói tin như thể hiện từ hình 2.13 đến hình 2.17. Ngoài
việc phỏng tạo số liệu theo phương thức trực tuyến, phương thức phỏng tạo
không trực tuyến được sử dụng nhằm tái tạo ảnh hưởng của mạng thông qua số
liệu đo đạc khi tiến hành thực nghiệm như mô hình triển khai hệ thống RoIP
được trình bày cụ thể trong chương 3. Bên cạnh đó, các kết quả tham chiếu đo
đạc từ chương trình phỏng t
ạo tham số mạng đề xuất và được triển khai thực
nghiệm với nguồn số liệu cung cấp bởi [71] thông qua việc thu thập dữ liệu
mạng tác động đến gói tin truyền tải qua mạng IP giữa giữ Đại học Plymouth và
Đại học Viễn thông Bắc Kinh Trung Quốc cũng được trình bày trong phần phụ
lục của luận án. Ngoài các số liệu thống kê được xử lý và hiển thị thông qua các

đồ th
ị tĩnh, chương trình còn cho phép quan sát tình trạng trễ mạng một cách trực
tuyến theo thời gian thực như thể hiện trong hình 2.11.



Hình 2. 10: Chức năng theo dõi trễ mạng trực tuyến theo thời gian thực của chương trình
phỏng tạo tham số mạng




Hình 2. 11: Giao diện chương trình phỏng tạo tham số mạng tích hợp trong iVoVGateway
ế ồ
ề

ố ễ ố
ế

Hình 2. 14 : Thông số trễ đo đạc thực tế theo phương thức phỏng tạo không trực tuyến

-
21 -


Hình 2. 16: Tỷ lệ tổn thất gói tin theo thời gian - phương thức phỏng tạo trực tuyến.
Bảng 2.1: Tỷ lệ tổn thất gói tin thiết lập và đo đạc theo phương thức
phỏng tạo trực tuyến.
Thiết lập 2.00 [%] 5.00 [%] 8.00 [%] 9.50 [%] 11.70 [%]
Đo đạc 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%]
Tỷ lệ
tổn thất
gói tin
Sai số 0.02 [%] 0.01 [%] 0.04 [%] 0.02 [%] 0.06 [%]


Hình 2. 17: Tín hiệu thu khi xảy ra tổn thất gói tin
2.4 Kết luận chương 2.
Chất lượng dịch vụ truyền tải tín hiệu phát thanh qua mạng IP phụ thuộc chặt
chẽ vào các tham số nguồn phát và các tham số mạng. Khi các tham số nguồn
phát bao gồm các thông số chuyển đổi nguồn tín hiệu tương tự sang số và độ dài
Khoảng lặng


-

22 -

gói tin thay đổi sẽ kéo theo yêu cầu băng thông đường truyền tươmg ứng ảnh
hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ tín hiệu tại đầu thu. Các tham số mạng
ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ bao gồm độ trễ mạng, biến động trễ
mạng và tỷ lệ tổn thất gói tin, trong đó sự đột biến trễ mạng là y
ếu tố ảnh hưởng
quan trọng đến tính đáp ứng thời gian thực của chất lượng dịch vụ. Đặc tính
ngẫu nhiên của thông số mạng đòi hỏi phương pháp thích hợp để đảm bảo QoS
của tín hiệu phát thanh tại đầu thu. Để có thể đánh giá và so sánh chất lượng tín
hiệu thu nhận trong cùng một tình trạng mạng, công cụ phỏng tạo tham số chất
lượng mạng lu
ận án đề xuất được xây dựng trên nền mã nguồn mở thực hiện hai
chế độ trực tuyến phỏng tạo tham số mạng phát sinh tại thời điểm chạy chương
trình và chế độ không trực tuyến thông qua số liệu tham số mạng được truy xuất
từ các file số liệu thống kê sẵn có. Theo thống kê từ kết quả thực nghiệm,
chương trình phỏng tạo tham số
mạng IP đề xuất cho kết quả chính xác với xác
xuất sai lỗi phỏng tạo độ trễ mạng cỡ vài ms (biến thiên từ 0 đến 3 ms) và sai số
tỷ lệ tổn thất nhỏ hơn 0.1%.
So với một số công cụ phỏng tạo mạng hiện tại như Nistnet hoặc Dumynet, điểm
mới của mô hình đề xuất cho phép thực hiện phỏng tạo không những với số li
ệu
tạo ra trực tuyến mà còn với số liệu thống kê thực tế, đồng thời hỗ trợ cả chế độ
truyền thông đơn hướng và đa hướng. Ngoài ra, thay vì thực hiện tại bên phát
trong các mô hình truyền thông đơn hướng, mô hình đề xuất thực hiện khối
phỏng tạo tham số mạng tại phía thu để phù hợp với truyền thông đa hướng. Với
khả năng hỗ tr
ợ đồng thời chế độ quan sát tham số mạng qua hiển thị đồ họa trực
tuyến và truy xuất kết quả ra các file số liệu thống kê, mô hình và công cụ phỏng

tạo tác giả đề xuất và xây dựng có tác dụng hỗ trợ hữu ích cho việc theo dõi và
đo đạc phục vụ nghiên cứu chất lượng của dịch vụ thời gian thực qua mạng IP.


-
23 -

CHƯƠNG 3
ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU TẠI ĐẦU THU
TRUYỀN TẢI QUA MẠNG IP THEO THỜI GIAN THỰC


3.1 Vấn đề tái tạo tín hiệu phát thanh tại đầu thu
Tại đầu thu tín hiệu phát thanh qua mạng IP, bộ đệm tái tạo có thể thực hiện theo
hai phương thức tạo lịch trình cố định hoặc thích ứng. Tuy nhiên, bộ đệm tái tạo
theo lịch trình cố định không có khả năng đáp ứng sự thay đổi độ trễ mạng do đó
làm suy giảm chất lượng tín hiệu phát thanh tái tạo tại đầu thu. Do đó, trong các
nghiên cứu gần đây tập trung chủ yếu vào các thu
ật toán điều khiển bộ đệm thích
ứng và đặc biệt quan tâm đến các phương thức phát hiện đột biến trễ mạng.
Việc điều chỉnh các tham số bộ đệm được thiết lập tại thời điểm bắt đầu của
khoảng tín hiệu phát thanh tích cực được đề cập đến trong [5] [6] [7]. Để việc
phân tích các thuật toán được rõ ràng, một số tham số được
đưa ra như thể hiện
trên hình 3.1.

Hình 3. 1: Các thông số thời gian của gói tin thứ i

thời điể
m
thu
D
prop
v
i
n
i
b
i
r
i
p
i
thời
g
ian
thời
điểm
phát

-
24 -

Trong đó: t
i
: thời điểm phát từ đầu phát của gói tin thứ i.
r
i
:

thời điểm đến đầu thu của gói tin thứ i.
p
i
: thời điểm tái tạo gói tin thứ i.
n
i
: trễ mạng của gói tin thứ i.
v
i
: biến động trễ mạng của gói tin thứ i.
b
i
: thời gian trễ của gói tin thứ i lưu giữ trong bộ đệm tái tạo.
d
i
: trễ tổng quát của gói tin thứ i (trễ từ đầu cuối đến đầu cuối).
3.2 Thuật toán ước đoán trễ tái tạo
3.2.1 Thuật toán trung bình hàm mũ Exp-Avg [6]
Thuật toán trung bình hàm mũ Exp-Avg (Exponential-Average) sử dụng thông
số trễ và biến động trễ trung bình để ước đoán thời trễ tái tạo của gói tin thứ i :

4
ii i
p
dv=+
)
)
)
( 3. 1 )
Trong đó :
i
p
)
: Thời điểm tái tạo gói tin thứ i
i
d
)
: Trễ mạng trung bình của gói tin thứ i
i
v
)
: Biến động trễ mạng trung bình của gói tin thứ i
Với
i
d
)
và
i
v
)
được xác định như sau:

1
(1 )
ii i
dd n
α
α
−
=+−
)
)
( 3. 2 )
1
(1 ) | |
ii ii
vv dn
αα
−
=+− −
)
)
)
( 3. 3 )
Trong đó: - n
i
: Trễ mạng một chiều của gói tin thứ i.
- Giá trị hệ số
α
= 0,998002 theo [6].

-
25 -



Hình 3. 2: Giải thuật thực hiện thuật toán Exp-Avg và F- Exp-Avg [6]