Tải bản đầy đủ (.pdf) (25 trang)

MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO DỊCH VỤTRUYỀN THÔNG ĐA HƯỚNG THỜI GIAN THỰC QUA MẠNG IP

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.24 MB, 25 trang )

 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
ng 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ng . . . công ngh phát thanh cng có nhng
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ng 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ng 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ng nói Vit Nam bt u h tr kh nng nghe ài phát thanh qua mng Internet. Vn
t ra vi phng thc phát thanh qua mng Internet hin ti là cha có c chm
o cht lng dch v và ang thc hin theo phng thc truyn thông n hng dn
n các hn ch v cht lng khi s lng ngi dùng tng 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ng c thù cng cn c quan tâm nghiên cu.


2. i tng, mc ích, phm vi và phng pháp nghiên cu ca lun án.
2.1 i t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ng 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ng 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ng 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ng 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ng 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ng và kt
p môi trng 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 phát thanh truyn ti qua mng 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ng thông qua công c toán hc
và mô hình cu trúc giao thc. Kt hp phng 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ng 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  xut và xây dng mt mô hình mi có c s khoa hc nhm s
ng 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ng tín hiu ti u thu, mô hình h thng RoIP có thc trin khai áp
ng vào thc t nhm a dng 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ng 1: Tho lun nhng vn  c bn ca truyn thông a hng qua mng

IP và môi trng truy nhp vô tuyn WLAN theo chun IEEE 802.11.  xut mô hình
 thng truyn ti tín hiu phát thanh thi gian thc qua mng IP trên phng din mô
hình lý thuyt, cu trúc giao thc và mô hình trin khai thc nghim.
Chng 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 nh 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ng 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ng 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ng 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 cu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 âm phân n, lun án
 xut và thc hin c chm bo cht lng dch 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 cùng 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ng 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
ng 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ng do yêu cu bng 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ng 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ng hin vn ang c s dng ph bin trên mng 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ng
bá c x lý bi tt c các máy trm trong mng, 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ng thc truyn thông a hng - multicast: Các gói tin c truyn ti t
t ngu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ng chuyn tip gói tin.
i kh nng 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ng
ng và ti x lý ca ngun phát, phng thc truyn thông a hng ang c quan
tâm nghiên cu và áp dng 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 ng dng mng truy nhp s dng 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ng có th c xây dng thành các c o
multicast và liên kt vi nhau thông qua c chng 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ng
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 hi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 ng 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ng
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ng 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ng
802.11 ti thiu là mng 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  hình 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.  có 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ng 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 bo v
ngun và các máy trm hot ng bng pin có th ngng vic thu và cp ngun cho n
khi các khung d liu m t AP c truyn i.
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ng s dng mng IP làm
phng tin truyn ti tín hiu mang tin tc phát thanh theo thi gian thc. Thut ng

“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ng IP và c x lý nh mt dng s liu truy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ng nói/âm thanh [8][19][20] và mô hình truyn thông a hng qua mng 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ng
IP cn thc hin các chc nng sau:
a . Cu hình mng c lp - BSS b. Cu hình mng ph thuc - IBSS
- 6 -
Mã hóa / gii mã và to / m gói
 truyn ti tín hiu phát thanh tng 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 c lu
gi ti bm phát trc khi truyn vào mng 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ch trình tái to có th
thc hin theo phng thc c nh hoc thích vi s thay i ca tình trng mng.
Phng thc to lch trình cnh n gin nhng 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ng ng  tn dng khong lng (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 khong tín hiu tích cc / khong lng
Tín hiu phát thanh bao gm khong 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ng phát hin khong tín hiu
tích cc và khong lng c thc hi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ng 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ng hu tuyn và mng truy nhp WLAN IEEE 802.11.
Bên cnh ó,  phc v vic ánh giá nh hng ca mng 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ng phng to tham s QoS ca
ng IP có thc tích hp iVoVGateway và c  cp trong chng 2. H thng
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ng vi môi trng mng truy nhp WLAN hình
thành mt phng thc truy nhp ngun tín hiu phát thanh mi va tn dng bng
thông ng truyn, d dàng qun lý thông qua a ch nhóm multicast cng nh tn
ng h tng mng Internet sn có và các m truy nhp Wi-Fi ang ngày c m
ng. H thng RoIP có th mang li các u m ni bt nh hiu sut s dng h thng
cao nh vic tn dng h tng mng IP hin có, tit kim bng thông và h tr các ng
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nh 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ng mng có ý
ngha quan trng trong vic m bo cht lng 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 ch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ng IP s bnh hng và suy
gim do tác ng 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ng nguyên nhân chính gây nh hng n cht
ng 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ng 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 ây v truyn
i ting nói qua mng 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ng thái 0 (gói tin không b tn tht) và
trng thái 1 (gói tin b tn tht) nh th hin trên
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ng hp c th ca mô hình
Gilbert 2 trng thái khi p = q.
Hình 2. 2: Mô hình Gilbert 2 trng thái

×