ĐẢM bảo CHẤT LƯỢNG PHỤC vụ CHO TRUYỀN VIDEO STREAMING TRONG MẠNG KHÔNG dây 802 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đình Hịa ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO VIỆC TRUYỀN VIDEO STREAMING TRONG MẠNG KHÔNG DÂY 802.11 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ Nguyễn Đình Hịa ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO VIỆC TRUYỀN VIDEO STREAMING TRONG MẠNG KHƠNG DÂY 802.11 KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Cơng nghệ thơng tin Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI - 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội tận tình giúp đỡ truyền đạt kiến thức cho em suốt năm học qua ñể em có đủ kiến thức hồn thành khóa luận Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Hồi Sơn Người nhiện tình động viên hướng dẫn giúp ñỡ em suốt trình thực khóa luận Em xin cảm ơn nhiệt tình chia sẻ kinh nghiệm, đóng góp ý kiến nhóm nghiên cứu thầy Nguyễn Hồi Sơn hướng dẫn Xin gửi lời cảm ơn tha thiết tới bố mẹ người thân khác gia ñình ñã ñộng viên giúp ñỡ con/cháu nhiều suốt q trình học tập hồn thành khóa luận Mặc dù cố gắng hồn thành khóa luận với tất nỗ lực thân, xong khóa luận khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong q thầy tận tình bảo cho em sai lầm cần khắc phục Một lần em xin gửi tới tất người lời cảm ơn chân thành Hà nội, tháng 05 năm 2010 Sinh viên : Nguyễn Đình Hịa LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tóm tắt Ngày nay, với phát triển Internet dịch vụ truyền thơng đa phương tiện ngày phát triển đóng vai trị quan trọng nhiều mặt đời sống Video streaming số dịch vụ Trong video streaming, liệu ñược truyền trực tiếp từ nguồn phát hiển thị trực tiếp bên nhận truyền mà khơng cần phải đợi cho việc truyền liệu kết thúc Với ñặc ñiểm dịch vụ video streaming có ràng buộc cao băng thơng cao, độ trễ thấp, tỷ lệ gói tin thấp Video streaming ngày ñược sử dung nhiều mạng không dây mạng LAN không dây theo quy chuẩn IEEE 802.11 Bằng chứng ñời phát triển ứng dụng mobile tv, video call… Những ứng dụng ñã ñang ñược nghiên cứu cải tiến với mục tiêu cứu chủ yếu ñể khắc phục nhược điểm cố hữu mạng khơng dây ñáp ứng tốt ràng buộc video streaming Tuy nhiên, vấn ñề ñảm bảo chất lượng dịch vụ dịch vụ video streaming cần có hỗ trợ mạng khơng dây IEEE 802.11e nhằm đáp ứng u cầu IEEE 802.11e biến thể chuẩn IEEE 802.11 Nó định nghĩa tập cải tiến ñảm bảo chất lượng dịch vụ dành cho mạng WLAN thơng qua sửa đổi tầng MAC Trong việc truyền video streaming chuẩn IEEE 802.11e có nhiều cải tiến mang tính tích cực IEEE 802.11e cho phép phân cấp dịch vụ cách gán cho luồng liệu chúng tương ứng với ñộ ưu tiên khác Các gói tin dịch vụ có độ ưu tiên cao dành hội truyền tốt gói tin dịch vụ có độ ưu tiên thấp Tuy nhiên việc ñảm bảo chất lượng truyền video streaming mạng không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.11e tồn ñiểm bất cập Ví dụ, việc phân tầng video streaming cho kết video ñược truyền dạng luồng khác ñể ñáp ứng nhu cầu tình trạng mạng khác Nhưng với IEEE 802.11e luồng ñược xếp vào ñộ ưu tiên việc làm cho chất lượng dịch vụ tình trạng mạng tắc nghẽn Khóa luận trình bày giải pháp để hỗ trợ tốt hợn việc ñảm bảo chất lượng việc truyền video streaming mạng khơng dây Đó giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng liệu tương ứng với tầng video streaming Việc truyền video streaming đạt linh động luồng liệu có khả LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thay ñổi ñược ñộ ưu tiên trình truyền Giải pháp đảm bảo trì dịch vụ ñảm bảo chất lượng dịch vụ video streaming cách tốt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mục lục Chương Tổng quan video streaming 1.1 Giới thiệu video streaming .1 1.1.1 Nén liệu 1.1.2 Điều khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng 1.1.2.1 Điều khiển tắc nghẽn 1.1.2.2 Điều khiển lỗi 1.1.2.3 Che dấu lỗi 1.1.3 Dịch vụ phân phối phương tiện truyền thông liên tục .9 1.1.4 Máy chủ (streaming server) .12 1.1.5 Các giao thức video streaming 12 1.1.6 Cơ chế ñồng video streaming 13 1.2 Kỹ thuật phân tầng video streaming 13 1.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền video streaming 15 Chương Chuẩn IEEE 802.11e ñảm bảo chất lượng dịch vụ mạng không dây 17 2.1 Tổng quan IEEE 802.11 MAC .17 2.1.1 Các khoảng liên khung (Inter-frame space) .17 2.1.2 Chức phối hợp phân tán (Distributed Coordination Function - DCF) 19 2.1.2.1 Thủ tục quay lui ngẫu nhiên (random backoff) 19 2.1.2.2 Thủ tục xác nhận ACK 20 2.1.3 2.1.3.1 Chức phối hợp ñiểm (Point Coordination Function - PCF) 21 Chu kỳ không tranh chấp 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.3.2 2.2 Thủ tục truy cập PCF 22 Chuẩn IEEE 802.11e 23 2.2.1 Chức phối hợp lai (Hybrid Coordination Function - HCF) 23 2.2.1.1 EDCF (Enhanced Distributed Coordinated Function) 24 2.2.1.2 HCCA(HCF controlled channel access) 27 2.3 Truyền video streaming mạng không dây IEEE 802.11e 28 Chương Giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming mạng IEEE 802.11e 30 3.1 Vấn ñề nghiên cứu .30 3.2 Giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming 37 3.2.1 Các tham số đánh giá mơi trường truyền 38 3.2.2 Mô tả giải pháp 39 3.3 Phân tích đánh giá .41 Chương Đánh giá giải pháp ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming mạng IEEE 802.11e .43 4.1 Môi trường mô 43 4.1.1 Xây dựng chương trình mơ 43 4.1.2 Kịch mô 45 4.1.2.1 Các tham số môi trường .45 4.1.2.2 Thông số trạm 46 4.2 Kết mô .47 4.2.1 Đánh giá thông lượng 47 4.2.2 Đánh giá ñộ trễ 49 Chương Kết luận .52 5.1 Kết luận .52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.2 Hướng phát triển 52 Tài liệu tham khảo 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Mở ñầu Trong năm gần với phát triển mạnh cơng nghệ mạng nói chung cơng nghệ mạng khơng dây nói riêng Ngày có nhiều ứng dụng đời, số ứng dụng video streaming với ñiển video call, mobile tv… Những ứng dụng này, ngày phát triển hồn thiện dần Tuy nhiên, để trì đảm bảo chất lượng cho ứng dụng việc đơn giản Các ứng dụng video streaming ln ln gắn liền với ràng buộc độ trễ, thơng lượng tỷ lệ gói tin định Mạng khơng dây lại mơi trường khơng ổn định mạng có dây Trong mạng khơng dây việc kiểm sốt băng thơng độ trễ tỷ lệ gói tin khó Mặc dù, việc hỗ trợ ñảm bảo chất lượng dịch vụ ñã ñược hỗ trợ mạng không dây với việc áp dụng chuẩn IEEE 802.11e, nhiên chuẩn dừng lại mức cung cấp việc cho phép ứng dụng ñược gán ñộ ưu tiên khác từ ñó hội truyền liệu luồng liệu tương ứng với dịch vụ khác Tuy nhiên, thân dịch vụ video streaming lại việc truyền tập hợp luồng liệu tương ứng với tầng chế phân tầng Theo chuẩn 802.11e luồng có độ ưu tiên có hội truyền ngang Mặt khác, tầng video streaming không tương ñương nhau, tầng lại có mức ñộ quan trọng khác Nếu ñể ñảm bảo chất lượng dịch vụ cho video streaming cách hiệu luồng phải ñược phân biệt với tầng MAC ñể có chế phân phối hội truyền phù hợp Chuẩn 802.11e khơng làm việc Vậy phải có giải pháp để hỗ trợ việc ñảm bảo chất lượng dịch vụ phù hợp với chế phân tầng video streaming cho hiệu suất việc truyền video streaming ñạt hiệu cao Khóa luận đề xuất giải pháp gán độ ưu tiên ñộng cho luồng liệu tương ứng với tầng video streaming Trong video streaming tầng video ñược phân cấp ñộ quan trọng theo thứ tự giảm dần sau : tầng bản, tầng mở rộng 1, tầng mở rộng 2… Với trường hợp mạng rảnh rỗi, việc luồng liệu tầng ñều nhận giá trị ñộ ưu tiên cao chuẩn IEEE 802.11e mô tả hợp lý, ñể tận dụng băng thông môi trường truyền giảm thiểu độ trễ gói tin Nhưng, với trường hợp mạng bận việc phân bổ ñộ ưu tiên không hợp lý LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com làm hiệu truyền tất luồng giảm xuống Do tùy theo mức độ bận mơi trường truyền, luồng liệu ñược gán lại ñộ ưu tiên cách hợp lý, cho ñảm bảo việc truyền luồng liệu quan trọng phải có hiệu cao, cố gắng truyền liệu luồng có độ quan trọng nhỏ mức Khóa luận chia thành năm chương Chương Giới thiệu tổng quan dịch vụ video streaming, chế phân tầng video streaming ñảm bảo chất lượng dịch vụ truyền video streaming Chương Mô tả tổng quan 802.11 MAC chuẩn 802.11e ñồng thời giới thiệu nhận xét việc truyền video streaming 802.11e Chương Đi sâu phân tích chứng minh cần thiết việc gán ñộ ưu tiên động cho luồng video streaming Sau trình bày giải pháp ñưa nhận xét giải pháp Chương Tiến hành ñánh giá giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming với chuẩn ieee 802.11e cách xây dựng thí nghiệm mơ công cụ mô ns2 Chương Kế luận nêu hướng nghiên cứu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các thông số khác độ trễ gói tin thơng lượng phản ảnh tình trạng mơi trường truyền chúng khơng xác ñịnh ñược bên gửi tham số khơng đề cập phương pháp Vậy ta đánh giá mơi trường truyền thơng qua hai tham số tổng thời gian backoff khung liệu tỉ lệ gói tin Dựa vào nhận ñược thay đổi mơi trường truyền, từ điều chỉnh việc truyền hợp lý 3.2.2 Mô tả giải pháp Định nghĩa số tham số : - ∆t : khoảng thời gian sử dụng ñể xem xét ñường truyền Ta tính thơng số thời gian backoff trung bình, tỉ lệ gói tin bị hủy khoảng thời gian để đánh giá mơi trường - backoffTime[ AC ] : Là giá trị trung bình backoff time khung tính khoảng thời gian ∆t AC - dropRatio[AC] : Là tỷ lệ khung bị hủy AC khoảng thời gian ∆t - backoffThresholdDown[AC] : ngưỡng backoff time AC Nếu giá trị backoffTime[ AC ] tăng vượt ngưỡng ta phải thực chế chuyển luồng liệu video streaming xuống AC có độ ưu tiên thấp AC thời - backoffThresholdUp[AC] : Cũng ngưỡng backoff time AC Nếu giá trị backoffTime[ AC ] giảm xuống ngưỡng này, ta thực chế chuyển luồng liệu video streaming từ AC có độ ưu tiên nhỏ lên AC thời - dropThresholdDown[AC] : Là ngưỡng tỷ lệ hủy gói tin AC Nếu giá trị ratioDrop tăng vượt ngưỡng này, ta phải thực chế chuyển luồng liệu video streaming xuống AC có độ ưu tiên thấp AC thời - dropThresholdUp[AC] : Cũng ngưỡng tỷ lệ hủy gói tin AC Nếu giá trị ratioDrop giảm xuống ngưỡng này, ta thực chế chuyển luồng liệu video streaming từ AC có độ ưu tiên nhỏ lên AC thời - numberFlow[AC] : số lượng luồng liệu video streaming có độ ưu tiên tương ứng với AC Trong phương pháp Ban ñầu giữ nguyên chuẩn IEEE 802.11e, ứng dụng video streaming gán ñộ ưu tiên tất luồng ứng với 39 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tầng giá trị (vì video streaming nên ñộ ưu tiên là mức cao prio=1) Mỗi AC trạm, luôn theo dõi giá trị backoff time trung bình khung liệu tỷ lệ gói tin bị hủy khoảng ∆t xem xét xem giá trị backoff time trung bình vượt ngưỡng backoff time cho phép, tỷ lệ hủy gói tin vượt q ngưỡng cho phép AC đó, thực chế chuyển ñộ ưu tiên luồng liệu Cơ chế mơ tả giải thuật sau for (int i = 1; i < 3; i++){ if( backoffTime[i ] > backoffThresholdDown[i] || dropRatio[i] < dropThresholdDown[i]) { if( numberFlow[i] >1 || (numberFlow[i] == && i != 1)){ Chuyển luồng ứng với tầng có mức độ quan trọng nhỏ cịn tồn AC[i] xuống AC[i+1] } } } Tức sau thời gian ∆t, kiểm tra tất AC xem AC có nhiều luồng liệu dịch vụ video streaming chạy, giá trị backoff time trung bình AC vượt ngưỡng backoffThresholdDown[AC] nó, tỷ lệ hủy khung liệu vượt q giá trị dropThresholdDown[AC], luồng ñược chọn ñể ñẩy xuống AC có ñộ ưu tiên thấp Tiêu chí để chọn luồng có độ quan trọng thấp với dịch vụ video streaming Độ quan trọng theo thứ tự giảm dần theo thứ tự: luồng bản, luồng mở rộng 1, luồng mở rộng 2… Nhưng AC AC có độ ưu tiên nhận giá trị (prio = 1) có luồng liệu cịn lại khơng đẩy luồng xuống luồng bản(tình trạng gặp mạng bận, dịch vụ video streaming khơng thể trì ñược với cách thức nào) Nhưng có chế chuyển luồng xuống AC có ñộ ưu tiên thấp mạng ñược xác ñịnh bận chưa đủ Bởi kết luận phần 3.1 ta có: với trường hợp mạng rỗi nên gán ñộ ưu tiên luồng mức cao để đảm bảo cung cấp ñược dịch vụ video streaming với chất lượng tốt Như song song với chế ñẩy luồng xuống AC có độ ưu tiên thấp mạng 40 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bận phải có chế kéo luồng lên AC có độ ưu tiên cao tình trạng mạng rảnh rỗi Do giải thuật cần viết lại sau : for (int i = ; i < 3; i++){ if( backoffTime[i ] > backoffThresholdDown[i] || dropRatio[i] < dropThresholdDown[i]) { if( numberFlow[i] >1 || (numberFlow[i] == && i != 1)){ Chuyển luồng ứng với tầng có mức độ quan trọng nhỏ cịn tồn AC[i] xuống AC[i+1] } } if( backoffTime[i ] < backoffThresholdUp[i] || dropRatio[i] < dropThresholdUp[i] ){ Chuyển luồng ứng với tầng có mức độ quan trọng cao cịn tồn AC[i+1] lên AC[i] } } Việc chọn ngưỡng ñể chuyển luồng lên hay xuống AC có độ ưu tiên cao hay thấp AC khác thay gán chung ngưỡng để quy định luồng liệu tụt xuống hay kéo lên AC Bởi điều làm giảm thiểu khả luồng bị chuyển chuyển lại liên tục AC thông thông số ñánh giá tăng giảm quanh ngưỡng chung Mặt khác có thay đổi thể thơng qua tham số đánh giá ta khơng chuyển cách đột ngột ạt luồng liệu xuống tầng thấp mà chuyển cách từ từ luồng ñể hợp lý dần phân bố luồng AC cho phù hợp với ñộ thay ñổi mơi trường truyền 3.3 Phân tích đánh giá Giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video thực có tác dụng mơi trường mạng khơng ổn ñịnh mạng không dây Sự biến ñổi của môi trường truyền thường xuyên diễn Do ñó việc thay ñổi linh ñộng ñộ ưu tiên luồng với mục đích đảm bảo trì dịch vụ chất lượng dịch vụ cần thiết có hữu ích 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nếu mơi trường mạng ban đầu rỗi luồng liệu video ñều ñược truyền AC có độ ưu tiên cao, điều làm cho dịch vụ video streaming đạt chất lượng tốt có kết hợp luồng mở rộng luồng Tuy nhiên tình trạng mạng chuyển sang bận, lúc luồng giữ ngun độ ưu tiên Thì tình trạng tranh chấp xảy thường xun đồng thời việc tranh chấp trạm với Điều làm cho tất luồng kể luồng luồng mở rộng ñều bị giảm tốc ñộ truyền tăng ñộ trễ cách mạnh mẽ Điều gây việc dịch vụ video streaming khơng trì với chất lượng thấp Việc áp dụng giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng giải ñược trường hợp tình trạng mạng bận, luồng mở rộng bị chuyển dần xuống AC có độ ưu tiên thấp Do luồng thêm số luồng mở rộng thấp (các luồng mở rộng ứng với tầng gần tầng nhất) chịu tranh chấp với luồng mở rộng cao (các luồng mở rộng ứng với tầng xa so với tầng bản) Do chúng có điều kiện truyền tốt Từ dịch vụ đảm bảo 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Đánh giá giải pháp ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming mạng IEEE 802.11e 4.1 Môi trường mơ 4.1.1 Xây dựng chương trình mơ Mô thực mô NS-2 NS-2 phần mềm mơ mạng điều khiển kiện riêng rẽ hướng ñối tượng, ñược phát triển UC Berkely, viết ngôn ngữ C++ OTcl NS hữu ích cho việc mơ mạng diện rộng (WAN) mạng local (LAN) Bốn lợi ích lớn NS-2 phải kể đến là: • Khả kiểm tra tính ổn định giao thức mạng ñang tồn • Khả ñánh giá giao thức mạng trước đưa vào sử dụng • Khả thực thi mơ hình mạng lớn mà gần ta khơng thể thực thi thực tế • Khả mơ nhiều loại mạng khác NS-2 (Network Simulator version 2.xx) mơ mạng mã nguồn mở, tự do, sử dụng rộng rãi trường ñại học (có giảng dạy mạng) giới NS-2 đặc biệt mạnh việc mơ để nghiên cứu giao thức mạng, từ tầng MAC cho ñến tầng Transport Sử dụng NS-2 mơ mạng có dây (Wired Networks), khơng dây (Wireless Networks), mạng di ñộng không dây ñặc biệt - MANET (Mobile Adhoc Networks), hỗn hợp, v.v Các kiện xảy mạng mô số tham số cần nghiên cứu thường ñược kết xuất “tệp vết” (Trace file) số tệp dạng văn Để nhận ñược kết mong muốn cần phải xử lý tệp kết biểu diễn kết thu ñược, thường dạng ñồ thị NS thực thi giao thức mạng Giao thức ñiều khiển truyền tải (TCP) Giao thức gói người dùng (UDP); dịch vụ nguồn lưu lượng Giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet, Web, Tốc ñộ bit cố ñịnh (CBR) Tốc ñộ bit thay ñổi (VBR) ; kỹ thuật quản lý hàng ñợi Vào trước Ra trước (Drop Tail), Dò sớm ngẫu nhiễn (RED) CBQ; thuật tốn định tuyến Dijkstra… NS thực thi multicasting vài giao thức lớp Điều khiển truy cập ñường truyền (MAC) mơ LAN 43 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4.1 Tổng quan NS góc độ người dùng OTcl Script Kịch OTcl Simulation Program Chương trình Mơ phịng OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng ñối tượng NS Simulation Library Thư viện Mô NS Event Scheduler Objects Các ñối tượng Bộ lập lịch Sự kiện Network Component Objects Các ñối tượng Thành phần Mạng Network Setup Helping Modules Các mơ đun Trợ giúp Thiết lập Mạng Plumbling Modules Các mơ đun Plumbling Simulation Results Các kết Mơ Analysis Phân tích NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM Trong hình trên, NS Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng ñối tượng; bao gồm ñối tượng Bộ lập lịch Sự kiện, ñối tượng Thành phần Mạng mơ đun Trợ giúp Thiết lập Mạng (hay mơ đun Plumbing) Để sử dụng NS-2, người dùng lập trình ngơn ngữ kịch OTcl User thêm mã nguồn Otcl vào NS-2 cách viết lớp ñối tượng OTcl Những lớp biên dịch với mã nguồn gốc Bộ mô NS-2 sử dụng khóa luận phiên ns2-2.28 cài thêm hỗ trợ chuẩn ieee 802.11e Dựa mô ns2 ta ñánh giá ñộ 44 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hiệu giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming so với chuẩn 802.11e Để làm việc ta cần phải xây dựng kịch rõ ràng phù hợp cho việc đánh giá cơng cho kết chuẩn xác 4.1.2 Kịch mơ Mơ hình mơ bao gồm máy trạm access point sử dụng mạng khơng dây theo chuẩn ieee 802.11e hình Hình 4.2 Mơ hình thí nghiệm Với mơ hình mơ ta xét thí nghiệm để so sánh ñộ hiệu giải pháp ñộ ưu tiên ñộng cho luồng so với chuẩn cũ 802.11e Đầu tiên ta quy ñịnh số tham số chung để thực mơ 4.1.2.1 Các tham số mơi trường Dựa mơ hình 802.11 MAC, tham số PHY mơ hình mơ EDCF thiết lập sau: - SlotTime: 16µs - SIFS: 8µs - PIFS: 12µs - DIFS: 16µs Băng thơng chung mạng 2Mb/s kích cỡ gói tin tầng ứng dụng 1kB Tham số CW, PF, AIFS IEEE 802.11e chuẩn dùng để mơ tn theo giá trị bảng sau 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bảng 4.1 Các tham số mô AC PF AIFS CW_MIN CW_MAX TXOPLimit 2 15 0.003264s 2 15 31 0.006016s 2 31 1023 31 1023 4.1.2.2 Thông số trạm Trạm thứ (station 1) trạm sử dụng ñể thực việc streaming video trạm ñể ta quan sát ñánh giá Ở trạm này, tầng ứng dụng sử dụng luồng liệu cbr ñể gửi liệu cho AP luồng tương ứng luồng bản, luồng mở rộng luồng mở rộng ñược tạo chế phân tầng dịch vụ video streaming Các luồng liệu tương ứng có tốc độ 128kbps, 256kbps 512kbps Trạm thứ hai (station 2) trạm thứ (station 3) hai trạm sử dụng ñể làm môi trường Hai trạm gây cho mạng tình trạng nghẽn hay rảnh rỗi cách thay ñổi tốc ñộ truyền liệu luồng cbr Mỗi trạm có luồng liệu cbr gửi cho AP luồng ban ñầu có tốc độ truyền nhận giá trị 100kbps, luồng liệu ñược xếp vào AC có độ ưu tiên khác với giá trị 1,2 Trạm trạm truyền liệu suốt thời gian chạy mơ sau 10 giây (giây thứ 10 khoảng thời gian mô phỏng) trạm bắt ñầu truyền liệu Đến giây thứ 250 trạm dừng việc truyền liệu mô kết thúc giây thứ 300 Để gây ổn đinh cho mạng, q trình truyền tốc độ luồng liệu trạm trạm ñược thay ñổi ñồng loạt số thời ñiểm Cụ thể : - giây thứ 40 : Tăng tốc ñộ truyền từ 100kbps lên 200kbps - Giây thứ 70 : Tăng tốc ñộ truyền từ 200kbps lên 400kbps - Giây thứ 100 : Tăng tốc ñộ truyền từ 400kbps lên 600kbps - Giây thứ 130 : Tăng tốc ñộ truyền từ 600kbps lên 700kbps 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Giây thứ 160 : Giảm tốc ñộ truyền từ 700kbps xuống 150kbps - Giây thứ 190 : Giảm tốc ñộ truyền từ 150kbps xuống 50kbps - Giây thứ 210 : Tăng tốc ñộ truyền từ 50kbps lên 650kbps Bây giờ, dựa mơ hình ta thực hai thí nghiệm Tương ứng với hai trường hợp : sử dụng chế IEEE 802.11e chuẩn chế áp dụng giải pháp gán ñộ ưu tiên ñộng cho luồng liệu Kết so sánh phân tích hai phương diện băng thơng ñộ trễ 4.2 Kết mô 4.2.1 Đánh giá thơng lượng Sau thực hai thí nghiệm với mơ mơ tả phần 4.1.2 tương ứng với hai trường hợp sử dụng chế chuẩn 802.11e chế áp dụng giải thuật gán ñộ ưu tiên động cho luồng liệu Ta có ñồ thị mô tả thông lượng luồng liệu station sau : (a) 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (b) Hình 4.3 Thông lượng luồng liệu video streaming (a) Sử dụng chế 802.11e chuẩn ; (b) Sử dụng chế gán ñộ ưu tiên ñộng Dựa vào hai ñồ thị ta dàng thấy Với phương pháp gán ñộ ưu tiên ñộng luồng liệu ứng với tầng (luồng bản) luôn trì mức thơng lượng cố định 128kbps để đảm bảo bên nhận ln ln trì dịch vụ với thay đổi mơi trường truyền Trong với trường hợp sử dụng chế 802.11e chuẩn thơng lượng tất luồng luồng khơng ổn ñịnh tăng, giảm phụ thuộc vào ñộ rỗi, bận bận môi trường Việc gây tình trạng dịch vụ video streaming khơng ổn định Do gán ñộ ưu tiên cố ñịnh chúng suốt thời gian truyền kể lúc mạng bận lưu lượng luồng mở rộng lớn luồng (trường hợp chế 802.11e chuẩn) điều lãng phí luồng có thơng lượng nhỏ, việc giải mã luồng mở rộng lại phụ thuộc vào luồng Do thơng lượng luồng mở rộng trở nên hoang phí khơng có ích Trong hai đồ ta nhận thấy ñiều kiện mạng rảnh rỗi (từ giây thứ 10 ñến giây thứ 40 từ giây thứ 190 ñến giây thứ 210) hai phương pháp ñều cho kết luồng liệu video có thơng lượng đạt mức cao chất lượng video bên nhận có có chất lượng tốt Song mạng bắt ñầu trở nên 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bận ví dụ khoảng thời gian từ giây thứ 40 ñến giây thứ 70 trường hợp sử dụng chế 802.11e chuẩn ba luồng liệu ñồng loạt giảm thơng lượng, trường hợp sử dụng chế ñộ ưu tiên ñộng luồng mở rộng giảm nhanh thơng lượng luồng mở rộng luồng trì ñược thông lượng mức cao Tức chất lượng video bên nhận nhận tín hiệu tốt kết hợp luồng luồng mở rộng Ta có biểu đồ cột so sánh tổng số gói tin nhận luồng liệu sau Hình 4.4 Biểu đồ so sánh tổng số gói tin Biểu đồ so sánh tổng số gói tin cho ta thấy với phương thức gán ñộ ưu tiên ñộng luồng mở rộng bên nhận thu số lượng gói tin so với trường hợp sử dụng chế 802.11e chuẩn Tuy nhiên bù vào hai luồng cịn lại (luồng luồng mở rộng 1) thí nghiệm trường hợp sử dụng ñộ ưu tiên ñộng lại có kết số lượng gói tin truyền tới ñích lớn so với trường hợp sử dụng chế 802.11e chuẩn Mà video streming hai luồng quan trọng luồng mở rộng ñó nhận thấy việc phương pháp ñộ ưu tiên động hướng tới việc trì dịch vụ phương pháp 802.11e chuẩn (tỷ lệ gói tin truyền ñược tỷ lệ với tốc ñộ truyền luồng liệu mà khơng quan tâm tới việc đảm bảo chất lượng cho luồng quan trọng) 4.2.2 Đánh giá ñộ trễ Ta ñi so sánh ñộ trễ gói tin hai trường hợp; sử dụng chế 802.11e chuẩn chế ñộ ưu tiên ñộng cho luồng Để ñánh giá xem phương pháp độ ưu tiên động có đem lại hiệu độ trễ hay khơng 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Độ trễ luồng liệu video tương ứng với hai trường hợp ñược thể hai ñồ thị ñây (a) (b) Hình 4.5 Độ trễ luồng liệu video streaming (a) Sử dụng chế 802.11e chuẩn ; (b) Sử dụng chế gán ñộ ưu tiên ñộng 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Dựa vào hai biểu ñồ ñộ trễ luồng liệu ta nhận thấy, với phương pháp sử dụng độ ưu tiên chuẩn, độ trễ gói tin tương ứng với luồng liệu video streaming ñồng ñều trường hợp khác mơi trường mạng Phần lớn số gói tin nhận bên nhận có độ trễ lớn 0.6s nửa có độ trễ lớn 0.8s Một số dịch vụ video streaming có yêu cầu ñộ trễ thấp, với ñộ trễ tầm 0.6s 0.8s trở lên khơng thể đáp ứng u cầu dịch vụ bị gián đoạn khó trì tình trạng sử dụng chế Trong trường hợp sử dụng chế gán ñộ ưu tiên ñộng Giá trị độ trễ gói tin luồng ln trì mức 0.015s cho dù có thay đổi mơi trường Luồng mở rộng có độ trễ cao thường gói tin có độ trễ vào khoảng 2s đến 3s Luồng mở rộng có độ trễ thay đổi nhiều mức cao Tuy hai luồng mở rộng có độ trễ cao bù vào độ trễ luồng luôn mức thấp, dịch vụ video cho dù dịch vụ yêu cầu ñộ trễ video mức thấp ñi Cơ chế đảm bảo trì dịch vụ Trong trường hợp mạng rảnh rỗi, tức khoảng từ gói tin thứ đến gói tin thứ 6000 khoảng từ gói tin thứ 69000 tới gói tin thứ 73000 hai trường hợp trì độ trễ luồng mức thấp tức lúc dịch vụ video streaming cho chất lượng tốt với độ trễ ba luồng khơng đáng kể Do khoảng dịch vụ video cung cấp có chất lượng tốt video cuối kết hợp ba luồng liệu Nhưng khoảng thời gian mạng rảnh rỗi hình (b) ta thấy khoảng từ gói tin thứ 6000 đến gói tin thứ 13000 khoảng từ gói tin thứ 62500 tới gói tin thứ 69000 luồng mở rộng có độ trễ nhỏ ñó khoảng thời gian dịch vụ video streaming có kết video đầu cuối kết hợp luồng luồng mở rộng Qua kết hai thí nghiệm ta thấy Phương pháp phân phối ñộ ưu tiên ñộng cho luồng linh động thích hợp với tình trạng mạng khơng ổn định thuộc tính cố hữu mạng không dây 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương Kết luận 5.1 Kết luận Khóa luận đưa giải pháp gán độ ưu tiên ñộng cho luồng video streaming nhằm tăng cường việc ñảm bảo chất lượng dịch vụ video streaming mạng khơng dây 802.11 Với việc gán độ ưu tiên cho luồng tương ứng với tầng video streaming cách linh động dựa theo tình trạng mơi trường Dựa vào chuẩn 802.11e giải pháp có sửa ñổi ñể tăng thêm khả chống chịu với thay đổi mơi trường truyền Giải pháp có nhiều ưu điểm Tận dụng băng thơng lúc mạng rảnh rỗi ñể truyền liệu việc gán ñộ ưu tiên luồng mức cao Nhưng có điều chỉnh phù hợp độ ưu tiên luồng tình trạng tắc nghẽn xảy cho trung hòa việc ñảm bảo luồng liệu quan video streaming đảm bảo tốt băng thơng, độ trễ tỷ lệ gói tin mạng có tình trạng tắc nghẽn cố gắng cung cấp chất lượng tốt video ñầu cuối 5.2 Hướng phát triển Kết mơ làm rõ đặc điểm tốt giải pháp nhiên việc chọn giá trị ngưỡng backoff time tỷ lệ hủy gói tin dựa thí nghiệm mơ ñơn ñưa Vậy hướng ñể phát triển giải pháp tìm cách để chọn giá trị ngưỡng cách phù hợp để có bước chuyển độ ưu tiên cho luồng cách hợp lý Một mặt giải pháp đánh giá cách mơ mơ ns-2 chưa có kết thí nghiệm thực tế Nên việc nên xây dựng thí nghiệm thực tế ñể ñánh giá cách trực quan từ ñó thu kết luận xác mà mơ khơng có 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo [1] Allen Miu, John G.Apostolopouslos, Wai-tian Tan and Mitchell Trott : “Lowlatency wireless video over 802.11 networks using path diversity” [2] D J Leith, P Clifford, D Malone, and A Ng “TCP fairness in 802.11e WLANs” [3] Gilles Berger-Sabbatel, Andrzej Duda, Olivier Gaudoin, Martin Heusse, Franck Rousseau “Fairness and its impact on delay in 802.11 network” [4] IEEE Std 802.11e (2007), Part 11: “Wireless LAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications” [5] Pierre Ansel, Qiang Ni and Thierry Turletti “FHCF : A simple and eficient scheduling scheme for IEEE 802.11e wireless LAN” [6] Stefan Mangold, Sunghyun Choi, Peter May, Ole Klein, Guido Hiertz, Lothar Stibor : “IEEE 802.11e wireless LAN for quality of service” [7] Sunghyun Choi, Javier del Prado, Sai Shankar, Stefan Mangold : “IEEE 802.11e contention-base channel access (EDCF) performance evaluation” [8] Wu Dapeng, Hou Yiwei Thomas, Zhu Wenwu, Zhang Ya-Qin, Peha Jon M (2001); “Streaming Video over the Internet: Approaches and Directions” [9] Yang Xiao, Haizhon Li, Sunghyun Choi “Protection and guarantee for voice and video traffic in IEEE 802.11e wireless LANs” Website: http://www.isi.edu/nsnam/ns/ http://www.google.com.vn/ 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Kỹ thuật phân tầng video streaming 13 1.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ truyền video streaming 15 Chương Chuẩn IEEE 802. 11e ñảm bảo chất lượng dịch vụ mạng không dây 17... vụ video streaming, chế phân tầng video streaming ñảm bảo chất lượng dịch vụ truyền video streaming Chương Mô tả tổng quan 802. 11 MAC chuẩn 802. 11e ñồng thời giới thiệu nhận xét việc truyền video. .. việc đảm bảo chất lượng dịch vụ video streaming Dịch vụ video streaming có tồn hoạt ñộng cách chất lượng hay khơng tất phụ thuộc vào việc đảm bảo chất lượng dịch vụ Tuy nhiên, với môi trường mạng