Nghiên cứu các cơ chế adaptive bitrate streaming (ABS) và scalable video coding (SVC) phục vụ các ứng dụng streaming trên mạng có băng thông thay đổi

BẢN CAM ĐOAN
Tôi là Phạm Trường Giang, học viên cao học lớp kỹ thuật điện tử 11BKTĐT khóa
2011B. Thầy giáo hướng dẫn là PGS.TS. Nguyễn Chấn Hùng.
Tôi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn này là kết quả nghiên cứu và tìm hiểu
của tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu các cơ chế Adaptive
Bitrate Streaming (ABS) và Scalable Video Coding (SVC) phục vụ các ứng dụng
Streaming trên mạng có băng thông thay đổi ”. Các kết quả nghiên cứu trình bày trong
luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng. Mọi thông tin trích dẫn đều tuân theo luật sở
hữu trí tuệ, có liệt kê rõ các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn với
nội dung được viết trong luận văn này.
Hà nội, ngày 30 tháng 12 năm 2013
Học viên

Phạm Trường Giang

1


LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Chấn Hùng, thầy giáo
hướng dẫn khoa học của tôi. Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo, đưa ra những hướng
đi, những đóng góp hết sức quý báu để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo công tác tại Viện Điện tử Viễn thông,
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi nền tảng kiến thức vững chắc trong thời
gian tôi học tập tại đây.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, đồng nghiệp tại Trung tâm Nghiên cứu
và Phát triển Tổng công ty VTC đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên
cứu, thu thập số liệu cũng như tài liệu tham khảo để tôi hoàn thành luận văn.
Trân trọng cảm ơn!
Phạm Trường Giang

2


MỤC LỤC
BẢN CAM ĐOAN .............................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... 2
MỤC LỤC ........................................................................................................................... 3
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................. 8
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 10
TÓM TẮT LUẬN VĂN .................................................................................................... 12
ABSTRACT ...................................................................................................................... 13
Chương 1:

Tổng quan ............................................................................................... 14

Chương 2:

Lý thuyết cơ sở ....................................................................................... 19

2.1.

Đặc tính mạng không dây ............................................................................. 19

2.1.1.

Băng thông mạng .................................................................................... 19

2.1.2.

Độ trễ ...................................................................................................... 19

2.1.3.

Lỗi mất gói ............................................................................................. 20

2.1.4.

Tắc nghẽn tại hàng đợi ........................................................................... 21

2.1.5.

Vấn đề thay đổi nút mạng....................................................................... 21

2.1.6.

Mất tín hiệu kết nối ................................................................................ 22

2.2.

Video Streaming ............................................................................................ 22

2.2.1.

Phương thức Video Streaming truyền thống .......................................... 23

2.2.2.

Phương thức Progressive Download Streaming..................................... 26

2.2.3.

Phương thức Adaptive Bitrate Streaming .............................................. 27
3


2.2.4.

Các giải pháp sử dụng Adaptive Bitrate Streaming ............................... 32

2.2.5.

Apple HTTP Live Streaming ................................................................. 32

2.2.6.

Microsoft Silverlight Smooth Streaming ............................................... 36

2.2.7.

Adobe HTTP Dynamic Streaming ......................................................... 38

2.2.8.

Đánh giá chất lượng các giải pháp Adaptive Bitrate Streaming ............ 40

2.3.

Hệ thống Wowza ........................................................................................... 44

2.3.1.

Giới thiệu ................................................................................................ 44

2.3.2.

Hoạt động ............................................................................................... 45

2.4.

VLC ............................................................................................................... 48

2.4.1.

Giới thiệu ................................................................................................ 48

2.4.2.

Ưu điểm .................................................................................................. 49

2.5.

Video codec ................................................................................................... 53

2.5.1.

H.263 ...................................................................................................... 53

2.5.2.

H.264/MPEG-4 AVC ............................................................................. 53

2.5.3.

Video quality level ................................................................................. 54

2.5.4.

Container ................................................................................................ 55

2.6.

Wireless Network Emulator .......................................................................... 56

2.7.

Lựa chọn thông số đo .................................................................................... 57

Chương 3:

Quá trình đo đạc tính toán ...................................................................... 58

3.1.

Mục tiêu......................................................................................................... 58

3.2.

Yêu cầu hệ thống ........................................................................................... 58

3.3.

Mô hình đo .................................................................................................... 58

3.3.1.

Server ...................................................................................................... 58

3.3.2.

Client ...................................................................................................... 60
4


3.3.3.

Wireless Network Emulator ................................................................... 60

3.3.4.

Hệ thống đo ............................................................................................ 62

3.3.5.

Kịch bản đo............................................................................................. 62

Chương 4:

Kết quả.................................................................................................... 64

Chương 5:

Tổng kết .................................................................................................. 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 70

5


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Thuật ngữ tiếng Anh

1.

IPTV

Internet Protocol Television

2.

ABS

Adaptive Bitrate Streaming

3.

ASS

Adaptive Streaming Server

3.

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

5.

HLS

Apple HTTP Live streaming

6.

HDS

Adobe HTTP Dynamic Streaming

7.

DASH

MPEG Dynamic Adaptive Streaming over HTTP

8.

RTP

Real-time Transport Protocol

9.

PLR

Packet Loss Rate

10.

MSS

Microsoft Smooth Streaming

11.

STB

Set-Top-Box

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1: Các mẫu video trong file SMIL ........................................................................ 47
Bảng 2-2: Các lệnh client gửi đến Streaming Server ........................................................ 48
Bảng 2-3: Khả năng tương thích với các loại định dạng của VLC Media Player ............. 50

Bảng 2-4: Bảng giới thiệu các loại Codec ......................................................................... 54
Bảng 2-5: CODEC video và âm thanh được vài định dạng được hỗ trợ........................... 56
Bảng 3-1: Bảng thông số của các kịch bản đo................................................................... 63
Bảng 4-1: Kết quả đo độ trễ video đối với HTTP. Ở đây đơn vị đo độ trễ là s. ............... 64
Bảng 4-2: Kết quả đo độ trễ video đối với RTP. Ở đây đơn vị đo độ trễ là s. .................. 66

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1: Biểu đồ phân phối lưu lượng dữ liệu mạng theo loại hình dịch vụ .................. 15
Hình 1-2: Sự tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu đối với các loại hình dịch vụ mạng ...... 15
Hình 1-3: Mức tăng trưởng của thiết bị di động trong những năm gần đây ..................... 16
Hình 1-4: Một hệ thống Adaptive Bitrate Streaming đơn giản ......................................... 17
Hình 2-1: RTSP client and server communication sequence ............................................ 24
Hình 2-2: RTP packet format ............................................................................................ 25
Hình 2-3: HTTP Session.................................................................................................... 25
Hình 2-4: Sơ đồ khối hệ thống Adaptive Bitrate Streaming ............................................. 28
Hình 2-5: Đồ thị Apdative Bitrate Streaming.................................................................... 29
Hình 2-6: Streaming cho nhiều Client với nhiều độ phân giải .......................................... 31
Hình 2-7: Một tập tin danh sách thay đổi HLS minh họa 8 profile đầu ra với tốc độ bit
khác nhau ........................................................................................................................... 34
Hình 2-8: Một tập tin danh sách HLS từ một dòng trực tuyến mô tả ba đoạn TS hiện có
gần nhất.............................................................................................................................. 34
Hình 2-9: Phát liên tục dòng dữ liệu theo thông lượng phân mảnh, thông lượng TCP trung
bình và tốc độ bit yêu cầu cho phát video dưới các điều kiện băng thông không hạn chế.
Việc phát lại bắt đầu ở khoảng t = 5s, sau khi người dùng ấn Play khoảng 2s ............... 41
Hình 2-10: Phát liên tục dòng dữ liệu: Khoảng thời gian nối tiếp và thời gian tải xuống
của video, khoảng thời gian nối tiếp và thời gian tải xuống của các đoạn video trong điều
kiện băng thông không hạn chế. Mỗi đoạn dài 2 giây ....................................................... 42

Hình 2-11: Thông lượng theo từng đoạn, thông lượng TCP trung bình và tốc độ bit yêu
cầu cho việc truyền video trong điều kiện băng thông thay đổi liên tục. Việc phát lại bắt
đầu ở khoảng t = 10s, sau khi người dùng ấn Play khoảng 3s .......................................... 43
Hình 2-12: Khả năng tích hợp DRM của hệ thống Wowza Media ................................... 45
Hình 2-13: Biểu đồ trình tự thời gian các bản tin HTTP ................................................... 46
Hình 2-14: Cấu trúc một file SMIL ................................................................................... 47
8


Hình 2-15: Giao diện VLC Media Player.......................................................................... 49
Hình 2-16: Mô hình đơn giản của DummyNet.................................................................. 57
Hình 3-1: So sánh giữa các phương thức đo ..................................................................... 62
Hình 4-1: Đồ thị phân bố độ trễ đối với HTTP ................................................................. 65
Hình 4-2: Đồ thị phân bố độ trễ đối với RTP .................................................................... 67
Hình 4-3: So sánh kết quả của 2 hệ thống. Ở đây Series 1 là RTP, Series 2 là HTTP. .... 67

9


MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu đề tài
Video Streaming là một trong những công nghệ được sử dụng phổ biến hiện nay. Kết hợp
với sự phát triển không ngừng của các thiết bị di động, công nghệ này cung cấp cho
người xem những trải nghiệm tuyệt vời mọi lúc mọi nơi. Tuy nhiên, do nhu cầu xem
video tăng quá nhanh, hạ tầng mạng không dây không đáp ứng đủ băng thông cho Video
Streaming. Điều đó dẫn đến những vấn đề về chất lượng video như trễ hình, mất khung,
vỡ hình đối với những mạng không dây như 3G.
Bên cạnh việc không ngừng đầu tư nâng cao chất lượng mạng, các công nghệ Video
Streaming mới liên tục được nghiên cứu và triển khai nhằm tối ưu hóa hệ thống sẵn có.
Đề tài “Nghiên cứu các cơ chế Adaptive Bitrate Streaming (ABS) và Scalable Video

Coding (SVC) phục vụ các ứng dụng Streaming trên mạng có băng thông thay đổi”
được hình thành trong điều kiện như vậy.

2. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu là tìm hiểu và đánh giá chất lượng các công nghệ Video
Streaming như ABS và SVC. Từ những đánh giá đó, nghiên cứu đưa ra tập thông số tối
ưu dành cho hệ thống Video Streaming.

3. Kết cấu luận văn
Luận văn được trình bày theo 5 chương:
Chương 1: Tổng quan - Đưa ra cái nhìn tổng quan về các điều kiện hiện tại ảnh hưởng
đến hướng nghiên cứu của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Trình bày các khái niệm lý thuyết về ABS và SVC.

10


Chương 3: Mô hình đo đạc hệ thống ABS - Trình bày về một testbed để đo chất lượng
hệ thống ABS.
Chương 4: Kết quả - Trình bày kết quả đo và những nhận xét đánh giá.
Chương 5: Tổng kết - Đưa ra những kết luận đánh giá và các ứng dụng thực tiễn của hệ
thống này. Đồng thời cũng đề xuất những hướng nghiên cứu trong tương lai.

11


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Theo “2012 Sourcebook article on the state of mobile video” của tác giả James Careless,
hơn một nửa lượng dữ liệu trên các thiết bị di động là nội dung video. Một báo cáo khác
trong năm 2012 của Chris Osika làm việc cho Cisco chỉ ra rằng, người dùng đang thay

đổi hoàn toàn thói quen xem truyền hình bằng việc dành gấp 3 lần thời gian xem video
trực tuyến so với video truyền thống. Công nghệ Video Streaming ngày càng trở nên
quan trọng đối với nhu cầu giải trí của người xem.
Tại Việt Nam, số liệu thực tế cho thấy trong năm 2012, sự gia tăng số lượng thuê bao 3G
đạt đến 25%, một con số gây ngạc nhiên trong điều kiện kinh tế khó khăn. Tuy nhiên,
việc đầu tư hạ tầng rất tốn kém, nên chất lượng Video Streaming trên mạng 3G còn khá
thấp. Đối với các phương thức Video Streaming truyền thống, các vấn đề như giật hình,
vỡ hình, rớt gói xuất hiện thường xuyên. Một giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ là áp
dụng những công nghệ mới như Adaptive Video Streaming và Scalable Video Coding.
Những nghiên cứu đánh giá gần đây cho thấy hệ thống ABS tăng đáng kể chất lượng của
video so với Video Streaming truyền thống. Những điều kiện trên chính là động lực để
thực hiện đề tài nghiên cứu về ABS và SVC.
Đề tài nghiên cứu này tập trung giải quyết một số vấn đề sau: 1). Tìm hiểu về các công
nghệ ABS và SVC, cùng với những ứng dụng thực tế của các công nghệ này. Bên cạnh
những khả năng mà các công nghệ này đem lại, đề tài cũng tìm ra những vấn đề còn tồn
tại của các hệ thống. 2). Thiết lập một hệ thống mô phỏng của hệ thống và đưa ra những
phương thức đo đạc đánh giá chất lượng. 3). Giải quyết một số vấn đề của các công nghệ
này bằng cách đưa ra tập tham số cấu hình hệ thống nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ.

12


ABSTRACT
According to “2012 Sourcebook article on the state of mobile video” of James Careless,
more than half of data consumption on mobile devices is video content. Another report of
Chris Osika in 2012 shows that subscribers are completely changing their habit of
entertainment by spending time watching online videos three times more than watching
traditional videos. Video Streaming is playing an important part in human life.
In Vietnam, the statistic shows that in 2012 the improvement of 3G subscribers is about
25 percent, making sense in the bad condition of economy. However, as the invesment of

the infrastructure is very expensive, the wireless network is not met the requirement of
Video Streaming.With basic Streaming methods, the performance of video is poor
because of the frequency of latency, freezing, or packet loss. One solution for this
problem is using the new technology of Streaming such as ABS and SVC. The recent
researches show that the ABS system significantly improve the quality of video
comparing to normal Video Streaming. That is the motivation for implemanting this
thesis.
This thesis focuses on solving the following problems: 1). Studying about ABS and SVC
technology, and the applying of them. Besides, this thesis also finds the issues of these
systems. 2) Setting up a new testbed to measure the ABS system. 3). Solving issues of
them by finding a set of parameters that are optimal for the systems.

13


Chương 1:

Tổng quan

Streaming là một trong những sản phẩm công nghệ ngày càng được sử dụng rộng rãi thời
gian gần đây. Dịch vụ này cung cấp cho người xem những nội dung số, nổi bật là Video,
được truyền liên tục từ server đến đầu cuối.
Do nhu cầu của người xem ngày càng cao, chất lượng video cũng ngày càng tăng lên,
trong khi chất lượng đường truyền, tuy có tăng, không kịp đáp ứng, nên các phương thức
Streaming liên tục được nghiên cứu và ứng dụng nhằm tối ưu hóa khả năng truyền.
Adaptive Streaming là một trong số những phương thức như vậy.
Theo báo cáo của Allot Mobile năm 2011, dữ liệu truyền đến di dộng ngày càng tăng cao
trong những năm gần đây, đặc biệt là dành cho Streaming. Dưới đây là một số thống kê
có được:
 Dữ liệu băng thông rộng trên toàn bộ mạng di động tăng đến 83% trong chỉ nửa

cuối năm 2011
 Dữ liệu Video Streaming không ngừng chiếm lượng lớn băng thông rộng của
mạng di động, ước tính vào khoảng 42% của toàn mạng trên
 Youtube chiếm đến 24% băng thông toàn thế giới; 14% trong đó là dữ liệu video
chất lượng cao
 Lưu lượng dữ liệu của người dùng Android tăng đến 232%, gấp đến 4 lần so với
người dùng Iphone, biến các hệ sinh thái này thành một cuộc chiến thật sự, không
chỉ trong nội dung số mà còn cả lưu lượng dữ liệu truyền tải

14


Hình 1-1: Biểu đồ phân phối lưu lượng dữ liệu mạng theo loại hình dịch vụ

Hình 1-2: Sự tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu đối với các loại hình dịch vụ mạng
Phần này giới thiệu chung về xu hướng và điều kiện hiện nay đối với công nghệ chung,
cũng như mảng công nghệ đồ án này hướng đến. Góc nhìn chung nhất đó sẽ dẫn đến mục
tiêu, định hướng và giải pháp cho đề tài đặt ra.

15


Với sự tăng trưởng không ngừng của di động, dịch vụ Video Streaming trên nền di động
ngày càng trở nên thiết yếu. Tuy nhiên, do những vấn đề về công nghệ không theo kịp
với nhu cầu của người dùng, dịch vụ này phải đối mặt với những vấn đề lớn:
 Thứ nhất, di động được thiết kế và sản xuất bởi rất nhiều nhà sản xuất khác nhau,
với cấu hình và hệ điều hành phong phú và hoàn toàn khác biệt nhau.
 Thứ hai, mạng dữ liệu dành cho di động có những đặc tính không ổn định, băng
thông còn khá thấp cùng những vấn đề về không dây khác đang cản trở chất lượng
xem Video của người dùng.

Một trong những hướng giải quyết các vấn đề trên, đặc biệt là vấn đề về băng thông
mạng di động, đã được nghiên cứu và triển khai là Adaptive Bitrate Streaming.

Hình 1-3: Mức tăng trưởng của thiết bị di động trong những năm gần đây
Hình 4 giới thiệu một hệ thống Adaptive Bitrate Streaming. Ở đây, Streaming Server lưu
trữ các luồng Stream của cùng một nội dung với nhiều bitrate khác nhau, và tùy thuộc
16


vào băng thông của mỗi đầu cuối, sẽ có một luồng bitrate phù hợp nhất. Các luồng
Stream này được phân nhỏ thành các segment để gửi đến các đầu cuối. Khi băng thông có
thay đổi, đầu cuối yêu cầu thay đổi luồng Stream và hệ thống sẽ nhanh chóng gửi lại một
luồng khác phù hợp với băng thông mới hơn.

Hình 1-4: Một hệ thống Adaptive Bitrate Streaming đơn giản
Do những vấn đề của mạng không dây như wifi hay 3G ảnh hưởng rất nhiều đến chất
lượng Video Streaming, nên có rất nhiều giải pháp được nghiên cứu và ứng dụng của
Adaptive Bitrate Streaming dành cho những mạng này. Một trong những hệ thống như
vậy có tên là Archies dành cho Adaptive live MPEG-4 Video Streaming trên mạng không
dây. Qua mạng wifi 802.11b, những thông số đánh giá chất lượng video bao gồm Frame
Rate, Packet Loss được so sánh giữa Adaptive Bitrate Streaming và Video Streaming
truyền thống. Kết quả cho thấy hệ thống dùng Adaptive Bitrate Streaming có chất lượng
tăng lên đáng kể khi xem video MPEG-4 thời gian thực.
Một ví dụ khác của việc nghiên cứu các hệ thống Adaptive Streaming này là test-bed sử
dụng chuẩn nén H264/AVC cho hình ảnh và MPEG-4 AAC cho audio dành cho hệ thống
trên mạng 3GPP. Bằng cách chọn lựa luồng Stream có tốc độ thấp hơn băng thông, hệ
thống dùng Adaptive Streaming có chất lượng tăng rõ rệt trong điều kiện không ổn định
của mạng 3GPP.
17

Một hệ thống khác có tên là MARC được phá triển bởi nhóm của Koo. Hệ thống này có
điểm khác biệt là điều chỉnh linh động băng thông truyền dựa trên tình trạng mạng và cả
buffer của phía đầu cuối. Kết quả đánh giá cho thấy hệ thống này không chỉ tăng giá trị
QoE, độ ổn định và sự chấp nhận được về chất lượng trên mạng không dây, mà còn giảm
bớt sự đứt quãng của quá trình xem video.

18


Chương 2:

Lý thuyết cơ sở

2.1. Đặc tính mạng không dây
Phần này sẽ trình bày tóm tắt các thuộc tính của kết nối không dây, vốn vẫn tồn tại những
thách thức trong việc truyền dữ liệu một cách hiệu quả. Các kết nối không dây thường có
băng thông tương đối thấp, độ trễ và tỷ lệ lỗi cao. Từ đó, có thể đưa ra một số nhận xét
xem các thuộc tính này liên quan đến các yêu cầu cho người giả lập mạng như thế nào.

2.1.1. Băng thông mạng
Tốc độ đường truyền của kết nối WAN không dây không thường vượt quá vài chục
kilobit trên giây. Những đường truyền tốc độ như vậy chủ yếu dành cho người dùng
modem quay số. Với một số kết nối không dây, tốc độ đường truyền có thể thay đổi theo
thời gian, do sự thay đổi số lượng nguồn sóng dành cho người dùng hoặc sự thay đổi hệ
thống mã hóa kênh. Tốc độ đường truyền có thể bất đối xứng, như khi sử dụng một vài
loại kết nối vệ tinh hoặc GPRS. Như vậy, thiết bị giả lập cần tạo ra tốc độ đường truyền
mong muốn bằng cách làm trễ các gói dữ liệu và tạo ra các cách để giả lập sự thay đổi
trong tốc độ đường truyền, độc lập trên cả 2 hướng. Đối với phần lớn các đường truyền
WAN không dây, tốc độ lên tới 100 kbps là đủ. Tuy nhiên việc mô hình hóa các mạng

không dây băng thông rộng trong tương lai sẽ yêu cầu tốc độ đường truyền tối thiểu là 2
Mbps.

2.1.2. Độ trễ
Sự trễ khi lan truyền của các kết nối không dây thường cao. Trễ thường xuất phát từ các
hệ thống truyền đặc biệt trong kết nối không dây và từ việc xử lý trễ của các thành phần
19


phần cứng trong kết nối. Ví dụ, Hệ thống thông tin di động toàn cầu (GSM) sử dụng kỹ
thuật chèn dữ liệu vào kết nối sóng vô tuyến để giảm ảnh hưởng của khối lỗi và việc này
tạo ra một khoảng trễ 90 ms độc lâp với kích thước gói tin. Độ trễ còn bị tăng thêm khi sử
dụng dịch vụ dữ liệu GSM còn do kết nối với nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và thời
gian xử lý trong hệ thống GSM. Tổng độ trễ một chiều lên tới 200 - 300 ms. Thiết bị giả
lập cần chuẩn hóa một cách chính xác độ trễ này bằng cách thêm vào một khoảng trễ lan
truyền cho mỗi gói tin. Độ trễ thay đổi có thể xuất hiện trên kết nối không dây do rất
nhiều lý do, ví dụ như khôi phục ARQ ở lớp liên kết, nguồn sóng vô tuyến (phân bổ và
chuyển vùng chỉ là một vài. Đó có thể là một khả năng để tăng độ trễ ngẫu nhiên cho
dòng gói tin).

2.1.3. Lỗi mất gói
Một số kết nối không dây buộc phải thay đổi một lượng dữ liệu đáng kể do lỗi khi truyền.
Tỷ lệ lỗi phụ thuộc vào điều kiện sóng vô tuyến hiện tại và độ mạnh của hệ thống mã hóa
kênh. Ví dụ, ở dịch vụ dữ liệu GSM trong suốt, tỷ lệ lỗi bit (BER) chấp nhận được của
kết nối có thể cao hơn Phương pháp sửa lỗi chuyển tiếp (FEC). Các điều kiện sóng vô
tuyến có thể thay đổi đáng kể. Trong điều kiện lý tưởng, mọi đơn vị dữ liệu giao thức
được truyền một cách chính xác, và trong trường hợp xấu nhất không một đơn vị nào có
thể truyền chính xác qua kết nối. Để thuận tiện hơn và tăng độ chính xác của các quá
trình giả lập, thiết bị giả lập có thể làm rớt gói trên cơ sở từng gói tin hoặc sử dụng xác
suất lỗi. Lỗi khi truyền qua kết nối có thể thấy ở các lớp trên như trễ khi truyền dữ liệu

(lớp liên kết tin cậy), mất PDU (phát hiện lỗi ở lớp liên kết) hoặc gói dữ liệu bị thay đổi
(lớp liên kết trong suốt). Thiết bị giả lập cần đưa ra cả 3 trường hợp.

20


2.1.4. Tắc nghẽn tại hàng đợi
Kết nối không dây thường là cổ chai trên đường truyền dòng dữ liệu, do các mạng cố
định nhanh và tin cậy hơn nhiều so với khả năng của kết nối không dây. Các thiết bị định
tuyến đóng một vai trò đáng kể vì mất gói dữ liệu do tắc nghẽn thường xảy ra tại hàng
đợi nút cổ chai. Số lượng giới hạn bộ đệm có thể được phân bổ trong thiết bị định tuyến
tại điểm cuối cùng theo người sử dụng. Thiết bị giả lập cần chứa một hàng đợi tại kết nối
cổ chai được giả lập và tạo ra các phương pháp để giới hạn kích thước của hàng theo byte
và số lượng gói tin. Ngoài ra có thể sử dụng một bộ đếm để giới hạn thời gian một gói tin
nằm trong bộ đệm. Các thuật toán quản lý hàng đợi và chính sách về gói nên được đưa
vào.

2.1.5. Vấn đề thay đổi nút mạng
Trong một mạng di động tế bào, tính di dộng được hiện thực hóa bằng cách thay đổi các
điểm truy cập mà người dùng kết nối vào, theo vị trí hiện tại của người dùng. Tiến trình
chuyển giao có thể gây ra mất gói dữ liệu và gây ra sự thay đổi lớn về dịch vụ được cung
cấp, khi người dùng di chuyển từ một vùng dịch vụ ít bận sang một vùng đông người
dùng hơn. Việc chuẩn hóa sự chuyển giao có thể gây ra sự thay đổi cùng lúc về số lượng
các tham số mô phỏng. Ví dụ, trong một mạng tín hiệu vô tuyến, vùng dịch vụ mới có thể
có nhiều người dùng sử dụng cùng một trạm hơn là khu vực trước đó; người dùng sẽ thấy
điều này do băng thông có sẵn thấp hơn sau khi chuyển vùng. Thêm vào đó, bản thân tiến
trình chuyển giao có thể gây ra trễ hoặc mất gói khi truyền dữ liệu. Thiết bị giả lập cần có
khả năng cho phép thay đổi một tập hợp các tham số tại cùng một thời điểm để giả lập sự
thay đổi dịch vụ mạng.

21


2.1.6. Mất tín hiệu kết nối
Các kết nối không dây dễ bị gián đoạn dịch vụ tạm thời. Một ví dụ điển hình là mất vùng
phủ sóng; điều này có thể xảy ra do lái xe trong đường hầm hoặc di chuyển ra xa điểm
truy cập đang phục vụ. Mất tín hiệu có gây ra tình huống như trong một khoảng thời gian,
không có dữ liệu người dùng nào được truyền đi thành công qua kết nối. Nếu việc hỗ trợ
QoS được thực hiện trong mạng không dây, lưu lượng các gói tin có độ ưu tiên cao hơn
cũng có thể gây ra tắc nghẽn với các gói tin có độ ưu tiên thấp hơn. Thiết bị giả lập cần
tạo ra các phương pháp để xác định khoảng thời gian mất kết nối và xử lý các PDU trong
thời gian đó, như loại bỏ hoặc lưu các PDU trong khoảng thời gian mất kết nối.

2.2. Video Streaming
Streaming là một phương thức truyền dữ liệu trên Internet. Công nghệ streaming cho
phép các multimedia server truyền đi qua mạng Internet (IP) các dòng dữ liệu liên tiếp có
thể giải nén và hiển thị ngay lập tức khi tới phía người dùng. Để download về một đoạn
phim ngắn cũng có thể mất tới vài phút trong khi các dữ liệu video sử dụng công nghệ
streaming chỉ mất vài giây để có thể hiển thị. Tính năng này khiến các công nghệ
streaming tiết kiệm được thời gian cho người sử dụng.
Với các định dạng file video truyên thống, dữ liệu chỉ có thể hiển thị khi đã được
download toàn bộ, vì vậy đối với các file video chất lượng cao có dung lượng lớn thì
công việc này sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian. Streaming video thì khác: nó tiết kiệm thời
gian cho người dùng bằng cách sử dụng các công nghệ giải nén kết hợp với player hiển
thị dữ liệu đồng thời trong lúc vẫn tiếp tục download. Quá trình này được gọi là buffering
và có thể được diễn giải như sau : thay vì được gửi một lần duy nhất, dữ liệu streaming
video sẽ được truyền đi thành các gói nhỏ.

22

Ngày nay, công nghệ streaming video phát triển rất nhanh, các nhà nghiên cứu và phát
triển dường như rất hứng thú trong lĩnh vực này. Có thể hoàn toàn hy vọng chất lượng
của video streaming đạt được mức chất lượng TV truyền thống, thậm chí bằng cả chất
lượng DVD.
Video Stream sử dụng các giao thức RTP, MMS hay HTTP vv.. để truyền dữ liệu theo
dạng streaming qua mạng Internet, đồng thời sử dụng các chuẩn nén để giảm dung lượng
dữ liệu, cung cấp khả năng nén dữ liệu tại nhiều mức nén, nhiều kích thước hiển thị để có
thể phù hợp với độ rông băng thông của nhiều mạng truyền dẫn để tối ưu hoá việc truyền
dữ liệu qua mạng. Cũng chính vì vậy việc Streaming Video qua mạng sẽ phụ thuộc rất
nhiều vào các sản phẩm phần mềm Video Streaming Server.

2.2.1. Phương thức Video Streaming truyền thống
RTSP (Giao thức dòng thời gian thực) là một ví dụ của giao thức dòng truyền thống.
Người ta định nghĩa RTSP là giao thức có trạng thái (stateful protocol), nghĩa là máy chủ
luôn lưu giữ thông tin và trạng thái của máy khách từ khi máy khách kết nối đến máy chủ
lần đầu tiên đến khi ngắt kết nối. Máy khách trao đổi tình trạng của nó với máy chủ bằng
cách khởi tạo các lệnh như PLAY, PAUSE hoặc TEARDOWN (bắt buộc phải có 2 lệnh
đầu tiên, lệnh cuối cùng được dùng để ngắt kết nối từ máy chủ và đóng phiên trao đổi
dòng dữ liệu).

23


Hình 2-1: RTSP client and server communication sequence
Sau khi 1 phiên trao đổi thông tin giữa máy khách và máy chủ được thiết lập, máy chủ
bắt đầu truyền dữ liệu và một dòng ổn định các gói tin nhỏ (các gói tin này được truyền
dưới dạng RTP). Kích thước chuẩn của gói tin RTP là 1452 bytes, nghĩa là nếu dòng
video được mã hóa với tốc độ 1 Megabit 1 giây (Mbps) thì mỗi gói tin truyền đi 11 mili
giây video. Trong RTSP gói tin có thể được truyền qua cả 2 giao thức UDP hoặc TCP.

TCP thường được chọn khi tường lửa hoặc proxy chặn các gói tin UDP nhưng có thể làm
tăng độ trễ (gói tin TCP sẽ được truyền lại đến khi bên kia nhận được).

24


Hình 2-2: RTP packet format
Ngược lại, HTTP là giao thức phi trạng thái. Nếu một máy khách HTTP yêu cầu dữ liệu,
máy chủ sẽ trả lời bằng cách gửi lại dữ liệu, nhưng nó sẽ không ghi nhớ máy khách hoặc
thông tin của máy khách. Mỗi yêu cầu HTTP được xử lý hoàn toàn trong một phiên độc
lập.

Hình 2-3: HTTP Session
Các dịch vụ của Windows Media (Windows Media Services) hỗ trợ truyền dữ liệu theo
dòng qua cả RTSP và HTTP. Nhưng HTTP là giao thức phi trạng thái, vậy nó sẽ được sử
dụng để truyền dòng dữ liệu như thế nào? Các dịch vụ của Windows Media sử dụng một
phiên bản sửa đổi của HTTP, có tên là MS-WMSP (còn được gọi là Windows Media
HTTP Streaming Protocol trong các giao thức của Windows media, hoặc được gọi tắt là
Windows Media HTTP). MS-WMSP sử dụng giao thức HTTP chuẩn để truyền dữ liệu và
thông điệp nhưng cũng dùng để duy trì trạng thái của phiên, chuyển dữ liệu thành dòng
một cách hiệu quả như giao thức RTSP. Các dịch vụ của Windows media cũng hỗ trợ
dòng dữ liệu RTSP từ năm 2003 (trong Windows Media Services) trên cả UDP và TCP.
25