Phương pháp đảm bảo chất lượng cho dịch vụ truyền thông đa hướng thời gian thực qua mạng IP

GIÁO D C VÀ ÀO T O TR NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I ˜™–— µ –—˜™ TR NG TU N T PH NG PHÁP M B O CH T L CHO D CH V TRUY N THÔNG A H NG NG TH I GIAN TH C QUA M NG IP Chuyên ngành: Thông tin vô n, phát vơ 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -1- U 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 s gia ng nhanh chóng c a Internet c v h t ng m ng nhu c u phát tri n d ch v m i nh mua s m tr c n, gi i trí qua m ng công ngh phát 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 cơng c qu ng bá tín hi u phát 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 mơ hình truy n t i d ch v th i gian th c 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 khơng 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 qua m ng Internet V n t v i ph ng th c phát qua m ng Internet hi n t i ch a có c ch m o ch t l ng d ch v ang th c hi n theo ph ng th c truy n thông n h ng d n n h n ch v ch t l ng s l ng ng i dùng t ng cao, c ng nh khó kh n tr ng h p m r ng d ch v Bên c nh ó, v n làm ch cơng ngh có th tùy bi n thành ng d ng c thù c ng c n c quan tâm nghiên c u 2.1 it it ng, m c ích, ph m vi ph ng pháp nghiên c u c a lu n án ng m c ích nghiên c u i t ng nghiên c u c a lu n án mơ hình h th ng truy n t i tín hi u phát th i gian th c qua m ng IP - RoIP (Radio over IP networks) 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 th c hi n ph ng pháp m b o ch t l ng d ch v RoIP s d ng c ch u 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 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 xây d ng mơ hình h th ng RoIP hai ph ng di n k t h p truy n thông n h ng (unicast) v i truy n thông a h ng k t p môi tr ng truy n t i h u n v i truy nh p vô n theo chu n IEEE 802.11 Nghiên c u áp d ng thu t tốn u n l ch trình b m tái t o thích ng xu t ph ng pháp m b o ch t l ng tín hi u phát truy n t i qua m ng IP t i u thu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -22 Ph ng pháp nghiên c u Lu n án s d ng ph ng pháp mơ hình hóa h th ng thơng qua cơng c tốn h c mơ hình c u trúc giao th c K t h p ph ng pháp ph ng t o tham s m ng IP ph ng pháp o c thơng s qua mơ hình th c nghi m c xây d ng n n h u hành mã ngu n m Linux Ý ngh a khoa h c th c ti n c a lu n án Lu n án ã xu t xây d ng m t mơ 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 Cùng v i ph ng pháp m o ch t l ng tín hi u t i u thu, mơ hình h th ng RoIP có th c tri n khai áp ng vào th c t nh m a d ng hóa lo i hình truy n t i tín hi u phát c ng nh ch v gia t ng qua Internet K t c u c a lu n án Lu n án g m ph n m u, 03 ch ng 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 môi tr ng truy nh p vô n WLAN theo chu n IEEE 802.11 xu t mơ hình th ng truy n t i tín hi u phát th i gian th c qua m ng IP ph ng di n mơ hình lý thuy t, c u trúc giao th c mơ 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 th i gian th c qua m ng IP theo thông s ngu n thông s m ng nh h ng n ch t l ng tín hi u phát t i u thu Lu n án xu t mơ hình cơng 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 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, 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 tích h p vào h th ng RoIP Th hai, thông qua mơ hình ánh giá ch t l ng tín hi u t i u thu s d ng t s tín hi u t p âm phân n, lu n án xu t th c hi n c ch m b o ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát qua m ng IP thơng qua c ch thích ng tham s ngu n v i tình tr ng m ng theo th i gian th c Cu i k t lu n, h ng nghiên c u ti p theo ph l c c a lu n án LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -3CH NG 1: T NG QUAN V TRUY N THƠNG A H NG VÀ MƠ 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 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 mơ hình truy n thơng n gi n nh ng khó m b o ch t l ng d ch v 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 yêu c u b ng thông ng truy n t ng v i m t n i dung thông tin 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 ph i x lý nhi u yêu c u k t n i có th d n n t i máy ch Tuy có nhi u h n ch nh ng 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 m ng IP ó bao hàm c d ch truy n t i tín hi u phát 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 máy tr m m ng ( m- n-t t c ) Các gói tin qu ng bá c x lý b i t t c máy tr m m ng, th m chí c tr ng h p máy tr m không quan tâm n d li u ó u d n n t i l u l ng vơ ích v i m t s máy tr m khó kh n 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 máy tr m xác nh ( m- n-nhóm) Ph ng th c ph thu c vào h t ng m ng chuy n ti p gói tin i kh n ng tri n kh i di n r ng qua m ng Internet, t n d ng c u m h n ch nh c m c a unicast broadcast nh giúp gi m l u l ng ng 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 áp d ng v i 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 ng d ng m ng truy nh p s d ng ph ng th c truy n thông a h ng h th ng RoIP 1.2 Nguyên lý truy n thông a h ng qua m ng IP Các m ng truy n thơng a h ng có th c xây d ng thành c o multicast liên k t v i thông qua c ch ng h m ng h m c ch cho phép chuy n gói d li u multicast t b nh n h tr truy n thông a h ng MRouter (Multicast Router) ngu n n MRouter ích thông qua b nh 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 a ch IP n h ng c a MRouter LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -4u bên c a ng h m a ch ngu n a ch IP n h ng c a MRrouter ang i gói tin ó Nh th hi n 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 s i theo n R3-R7-R8-R5 Nh v y, theo c ch ng h m, v i MRouter R5 gói tin c x lý v i a ch ngu n n t R2 Hình 1.1: C ch ng h m liên k t MRouter 1.3 Các c u hình m ng truy nh p vơ 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 tr m c k t n i v i vùng d ch v c b n, c xác nh i c tính truy n d n c a môi tr ng vô n M t tr m mi n d ch v c b n có th k t n i v i tr m khác BSS (Basic Service Set) ho c BSS khác C u hình m ng WLAN c chia thành lo i nh th hi n 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 IBSS t n i tr c ti p v i ó c n ph i n m ph m vi k t n i tr c ti p M ng 802.11 t i thi u m ng IBSS ch bao g m 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 có hai u m là: M t BSS c xác nh b i kho ng cách t i AP máy tr m có th ti n hành liên l c, t t c tr m di ng ph i th a mãn yêu c u n m ph m vi liên l c LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -5i m truy nh p AP, nh ng khơng có s h n ch v kho ng cách gi a b n thân tr m di ng - Các AP m ng BSS có kh n ng tr giúp máy tr m vi c b o v ngu n AP s ti n hành m khung d li u máy tr m yêu c u ch b ov ngu n máy tr m ho t ng b ng pin có th ng ng vi c thu c p ngu n cho n khung d li u m t AP c truy n i a C u hình m ng c l p - BSS b C u hình m ng ph thu c - IBSS Hình 1.2: Các c u hình m ng WLAN theo chu n IEEE 802.11 i 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 máy tr m truy nh p vào h th ng RoIP 1.4 Mơ hình h th ng RoIP 1.4.1 Khái ni m th ng RoIP (Radio over IP networks ) 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 theo th i gian th c Thu t ng “Radio” s d ng lu n án v i ý ngh a “tín hi u phát thanh” c hi u tín hi u mang tin t c phát qua m ng IP 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 Mơ hình h th ng RoIP xu t th ng RoIP c xu t xây d ng t quan m áp d ng mơ hình truy n t i ti ng nói/âm [8][19][20] mơ 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 t ngu n Tx n ích Rx qua m ng IP c n th c hi n ch c n ng sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -6- Mã hóa / gi i mã t o / m gói truy n t i tín hi u phát t ng t qua m ng IP, tr c h t ph i s hóa mã hóa tín hi u Q trình chuy n i c th c hi n b i b mã hóa gi i mã ti n trình ng c l i Kh i t o gói 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 ã mã hóa theo chu n giao th c RTP/UDP/IP tách gói trình ng c l i m d li u phát m d li u tái t o Trong h th ng RoIP, gói tin mang tín hi u phát phía phát cl u gi t i b m phát tr c truy n vào m ng IP B m có tác d ng m b o t c ngu n phát n nh d i s u 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 bên phát Ch c n ng c b n c a b m tái t o thu gói tin t m ng, l u gi chuy n ti p gói tin theo l ch trình tái t o c c u u n a 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 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 gi i quy t h n ch c u n b i thu t toán u n b m tái t o t ng ng t n d ng kho ng l ng (silence time) gi a kho ng tín hi u phát tích c c (talkspurt) nh m thay i th i gian tái t o i kho ng tín hi u phát tích c c Phát hi n kho ng tín hi u tích c c / kho ng l ng Tín hi u phát bao g m kho ng tín hi u tích c c 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 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 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 tái t o gói tin t n th t C c u PLC c th c hi n t i u thu nh m thay th gói tin ã b t n th t thông qua vi c chèn nhi u n n, kho ng l ng ho c gói tin tr c ó Trên c s ch c n ng trên, lu n án mơ hình lý thuy t (hình 1.3), xu t mơ hình c u trúc giao th c (hình 1.4) mơ hình tri n khai th c nghi m (hình 1.5) c a h th ng RoIP Tín hi u phát ngu n t bên phát (iVoVStation) theo k t n i n LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -7ng 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 mơ hình lý thuy t c th c hi n t i máy ch RoIP, máy tr m 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 giao ti p gi a m ng h u n 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 khơng có u ki n tri n khai h th ng 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 c c p ch ng H th ng RoIP xu t c ki m ch ng b ng th c nghi m t i ch ng Hình 1.3: Mơ 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -8- Hình 1.5: Mơ hình tri n khai th c nghi m h th ng RoIP 1.5 K t lu n ch xu t ng 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 m i v a t n d ng b ng thông ng truy n, d dàng qu n lý thơng qua a ch nhóm multicast c ng nh t n ng h t ng m ng Internet s n có m truy nh p Wi-Fi ang ngày cm ng H th ng RoIP có th mang l i 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 thơng h tr ng ng a m Tuy nhiên, c tính c a 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 c c u ph ng th c u n thích ng v i tình tr ng m ng có ý ngh a quan tr ng 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 truy n t i qua m ng IP s b nh h ng suy gi m tác ng c a 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 bi n ng tr m ng tham s 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 y u c th hi n hình 2.1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -9- Hình 1: M i quan h gi a y u t nh h ng n QoS [36] 2.1.2 T n th t gói tin n th t gói tin m t nh ng nguyên nhân 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 h y gói tin ng IP ( t n th t m ng ) ho c lo i b gói tin b giao ti p m ng ho c b m tái t o i u thu nh th hi n hình 2.1 2.1.2.1 Mơ hình t n th t Bernoulli Trong mơ hình t n th t Bernoulli [39][45], t n th t c a m i gói tin c l p v i c tính khơng 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 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 lu ng d li u 2.1.2.2 Mơ hình Gilbert tr ng thái u h t nghiên c u g n ây v truy n i ti ng nói qua m ng IP u s d ng mơ hình Gilbert th hi n c tính t n th t gói tin [39][45][46] Trong mơ hình Gilbert tr ng thái, n t i tr ng thái (gói tin khơng b t n th t) Hình 2: Mơ hình Gilbert tr ng thái tr ng thái (gói tin b t n th t) nh th hi n hình 2.2 Trong ó p xác xu t gói tin b t n th t nh n c gói tin k tr c q xác xu t gói tin nh n b t n th t gói tin k tr c ã b t n th t Bên c nh ó, mơ hình Bernoulli c ng th ng c s d ng m t tr ng h p c th c a mơ hình Gilbert tr ng thái p = q LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 10 2.1.3 Tr m ng Tr bi n ng tr (jitter) hai s y u t c a m ng nh h ng n ch t l ng truy n t i d ch v th i gian th c nói chung truy n t i tín hi u phát th i gian th c qua m ng IP nói riêng 2.1.3.1 Tr truy n t i gói tin m t chi u Tr hành trình m t chi u gói tin cho n ch ng ph thu c vào kích th c th hi n theo bi u th c sau:  di s  n  di s  n ∆tOTT (n, s) = ∑  + + fi  = ∑  +  + ∑ f i bi i =1  c  i =1  c bi  i =1 c gói tin n ( ) Trong ó: - di kho ng cách v t lý gi a b nh n ( i -1 ) ( i ) -ct c truy n tín hi u ; b i b ng thông c a n k t n i i - s kích th ti p t i b c gói tin ; fi tr chuy n nh n Hình 3: Tr truy n t i gói tin m t chi u 2.1.3.2 Tr truy n t i gói tin hai chi u Tr hành trình hai chi u c a gói tin c xác nh nh sau:  s + sres  d ∆t RTT (n, s, sres ) = ∑  + i + f i + f 'i −1  bi c i =1   n  s + sres di  n = ∑ +  + ∑ ( f i + f 'i −1 ) bi c  i =1 i =1  n ( 2 ) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 11 - Trong ó: - di : kho ng cách v t lý gi a b nh n ( i -1 ) ( i ) -c:t c truy n tín hi u , bi : b ng thông c a n k t n i i - s, sres : kích th c gói tin theo h ng thu n h ng ng c - fi, f'i-1 : tr chuy n ti p theo h h ng ng ng thu n c Hình 4: Tr truy n t i gói tin hai chi u xác c a giá tr tr hành trình hai chi u ∆t RTT ph thu c vào tính ng c a n truy n d n Trong tr ng h p ng truy n không i x ng, ∆t RTT i c xác nh t ng c ng c a tr hành trình m t chi u theo h ng thu n h ng ng c Tuy nhiên thu n l i tránh sai s ng b ng h gi a bên thu bên phát, ph ng pháp xác nh tr hành trình hai chi u th ng c s d ng, nhiên tr ng h p s không xác nh c t c ngh n x y theo h ng thu n hay h ng ng c c a ng truy n t i gói tin 2.3 xu t mơ hình ph ng t o tham s QoS qua m ng IP 2.3.1 Ki n trúc mơ hình Các tham s m ng QoS c a m ng IP có th c ph ng t o thơng qua x lý gói tin m c v t lý [62][63] Tuy nhiên ph ng th c ph thu c vào h u hành, c th c hi n theo ph ng th c truy n thông n h ng ch a h tr tái t o nh ng c a m ng t d li u th c t c o c t tr c kh c ph c h n ch trên, thông s QoS c a m ng Internet th c t bi n thiên m t cách ng u nhiên c lu n án mơ hình hóa th c hi n ph ng t o qua hai ph ng th c tr c n - Online không tr c n - Offline h tr c hai ph ng th c truy n thông n h ng a h ng V i ph ng th c khơng tr c n (hình 2.5b), thông s c c t t p s li u th ng kê qua th c nghi m t tr c V i ph ng th c tr c n, kh i ph ng t o m ng c cung p tr c n thông tin v tr m ng tình tr ng t n th t c a gói tin t b t o thơng nh th hi n hình 2.5a LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 12 - a Ph ng th c tr c n b Ph ng th c khơng tr c n Hình 2.5: Ki n trúc mơ hình ph ng t o tham s m ng QoS qua m ng IP 2.3.2 Ph ng t o tham s m ng IP a h ng Khác v i mơ hình ph ng t o cho truy n n h ng [18][49], gói tin t m t ngu n phát c truy n i qua m ng IP a h ng n máy thu theo n k t n i khác kéo theo nh h ng c a tham s m ng khác v tr , bi n ng tr tình tr ng t n th t gói tin Lu n án xu t mơ hình ph ng t o tham s m ng IP a h ng th c hi n kh i ph ng t o tham s Hình 6: Mơ hình ph ng t o tham s QoS ng t i u thu nh th hi n qua m ng IP a h ng hình 2.6 V nguyên lý ph ng t o, tham s tr m ng t n th t c ng c th c hi n t ng t nh t i gateway (hình 1.5) Kh i ph ng t o m ng N/W (hình 2.6) có th c th c hi n b ng m t ch ng trình c l p ho c m t module ch ng trình tích h p vào ch ng trình thu iVoVReceiver Mơ hình xu t cho phép th hi n nh ng c a m ng n ch t l ng tín hi u thu t i máy tr m truy nh p vào m ng IP da ng v trí a lý khác 2.3.3 t qu ph ng t o Công c ph ng t o thông s m ng IP a h ng/ n h ng xây d ng n n h u hành Linux c tri n khai th c nghi m qua m ng Intranet c a Tr ng i h c Bách khoa Hà N i K t qu ph ng t o th hi n xác nh h ng c a tham s ng n gói tin nh n c d i tác ng c a tr m ng v i sai s c vài ms ( bi n thiên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 13 n ms) t n th t gói tin v i sai s < 0.1% hình 2.10 Hình 2.7: Thơng s tr m ng c t file s li u - ph Hình 2.8: Thông s tr m ng o c th c t - ph c th hi n t hình 2.7 n ng th c ph ng t o không tr c n ng th c ph ng t o khơng tr c n Kho ng l ng Hình 9: Tín hi u thu x y r n th t gói tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 14 - 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%] l t n th t [%] 25 20 15 10 5 11 13 15 17 19 21 23 Ch s chu k 25 27 29 Hình 10: T l t n th t gói tin theo th i gian - ph Thi t l p l t n th t gói tin o Sai s 2.4 K t lu n ch c 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 ánh giá [x 100 gói tin] ng th c ph ng t o tr c n 2.00 [%] 5.00 [%] 8.00 [%] 9.50 [%] 11.70 [%] 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%] 0.02 [%] 0.01 [%] 0.04 [%] 0.02 [%] 0.06 [%] ng Ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát qua m ng IP ph thu c ch t ch vào thông s ngu n tham s m ng Các tham s m ng nh h ng tr c ti p n ch t l ng tín hi u t i u thu bao g m tr m ng, bi n ng tr m ng t l t n th t gói tin c tính ng u nhiên c a thơng s m ng ịi h i ph ng pháp thích h p m o QoS c a tín hi u phát t i u thu có th ánh giá so sánh ch t l ng tín hi u thu m t tình tr ng m ng, cơng c ph ng t o m ng xu t c tích h p c ng chuy n ti p d li u iVoVGateway c a h th ng RoIP xây d ng n n h u hành mã ngu n m Linux So v i m t s công c ph ng t o m ng hi n t i nh Nistnet ho c Dumynet, m m i c a mơ hình xu t cho phép th c hi n ph ng t o không nh ng v i s li u t o tr c n mà v i s li u th ng kê th c t , ng th i tr c ch truy n thơng n h ng a h ng Ngồi ra, thay th c hi n t i bên phát mơ hình truy n thơng n h ng, mơ hình xu t th c hi n kh i ph ng o tham s m ng t i phía thu phù h p v i truy n thơng a h ng V i kh n ng h tr ng th i ch quan sát tham s m ng qua hi n th h a tr c n truy xu t t qu file s li u th ng kê, mơ hình cơng c ph ng t o tác gi xu t xây ng có tác d ng h tr h u ích cho vi c theo dõi o c ph c v nghiên c u ch t ng c a d ch v th i gian th c qua m ng IP LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 15 CH NG 3: M B O CH T L NG TÍN HI U T I U THU TRUY N I QUA M NG IP THEO TH I GIAN TH C 3.1 V n tái t o tín hi u phát t i u thu i u thu tín hi u phát qua m ng IP, b m tái t o có th th c hi n theo hai ph ng th c t o l ch trình c nh ho c thích ng Tuy nhiên, b m tái t o theo ch trình c nh khơng có kh n ng áp ng s thay i tr m ng ó khơng m o ch t l ng tín hi u tái t o t i u thu Các nghiên c u g n ây t p trung ch y u vào thu t toán u n b m thích ng c bi t quan tâm n ph ng th c phát hi n t bi n tr m ng (delay spike) Vi c u ch nh tham s b m c thi t p t i th i m b t u c a kho ng tín hi u phát tích c c c c p n [5] [5] [7] vi c phân tích thu t tốn c rõ ràng, thơng s th i gian c a gói tin th i c qui c nh th hi n hình 3.1 th i m phát ti ti : th i ri : th i i pi : th i pi ri th i m thu Dprop m phát c a gói tin th i m n u thu c a gói tin th m tái t o gói tin th i ni : tr m ng c a gói tin th i vi : bi n ng tr m ng c a gói tin th i vi ni bi : th i gian tr c a gói tin th i l u b m tái t o bi th i gian di : tr t ng quát c a gói tin th i Dpop : tr truy n d n gói tin Hình 3.1: Các thơng s th i gian c a gói tin th i 3.2 Thu t toán c oán tr tái t o 3.2.1 Thu t tốn trung bình hàm m Exp-Avg [6] Thu t tốn trung bình hàm m Exp-Avg (Exponential-Average) s d ng thông s tr m ng bi n ng tr trung bình c ốn th i tr tái t o c a gói tin th i : ) ) ) pi = di + 4vi Trong ó : i ) pi : Th i ) vi : bi n ) ) d i v i m tái t o gói tin th i; ) di : tr (3.1) m ng trung bình gói tin th i ng tr trung bình c a gói tin th i c xác nh nh sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 16 - ) ) di = α di −1 + (1 − α )ni ) ) ) vi = α vi −1 + (1 − α ) | di − ni | Trong ó: (3.2) (3.3) - ni : Tr m ng m t chi u c a gói tin th i α = 0,998002 [6] - Giá tr h s 3.2.2 Thu t tốn trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg [6] Thu t tốn trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg (Fast Exponential - Average) ng t nh thu t tốn Exp-Avg, ó h s α m khác bi t gây nên tr m ng ni l n h n c thay th b ng β d n n cơng th c tính ) ) di = β di −1 + (1 − β )ni ) di ) di −1 , nh sau: (3.4) Trong ó giá tr β = 0.750000 theo [6] 3.2.3 Thu t toán tr t i thi u Min-D [6] Thu t toán tr t i thi u Min-D (Min-Delay) t i thi u hóa thơng s tr Thu t tốn c n c vào tr t i thi u phát tích c c ti p Gi i s ) Si ) di c a gói tin nh n c m t kho ng tín hi u c oán tr tái t o c a kho ng tín hi u phát tích c c k t p t t c gói tin nh n tích c c, ó tr trung bình ) di c xác c m t kho ng tín hi u phát nh: ) d i = j∈Si {n i } 3.2.4 Thu t toán phát hi n (3.5) t bi n Spike-Det [6] Thu t toán phát hi n t bi n Spike-Det (Spike Detection) th c hi n c c u phát hi n t bi n tr gây nên m ng IP Khi t bi n tr c phát hi n, thu t toán chuy n sang ch “ t bi n - SPIKE” nh m c oán tr sát h n v i th c t tình tr ng m ng Khi tình tr ng m ng tr l i tr ng thái bình th ng bi n ng tr khơng có t bi n l n, tham s s c c oán t ng t nh thu t toán hàm m trung bình Exp-Avg, nh ng ó theo [6] giá tr h s α s 0.875 3.2.5 Thu t toán c a s [7] Thu t toán c a s tính tốn phân b tr c a w gói tin nh n c cu i c oán tr tái t o t bi n tr gi a hai kho ng tín hi u phát tích c c c th hi n phân tích [7] v i giá tr w c thi t l p 10000 N u t bi n tr x y gi a LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 17 hai kho ng tích c c tín hi u liên ti p, thu t tốn s t ng th i gian tr tái t o mb o t c gói tin kho ng tích c c tín hi u cu i s khơng b h y b gói hai kho ng tích c c tín hi u liên ti p có th i m tái t o Th c t bi n thiên ng u nhiên c a tham s m ng, ó tham s bi n ng tr m ng c bi t s t bi n tr m ng (delay spike) có th gây lên kho ng ng t t ng t c a tín hi u làm suy gi m ch t l ng tín hi u t i u thu [6][7][9] Trên c s thu t toán ã c c p, thu t tốn tái t o thích ng có phát hi n bi n tr (spikedet) c áp d ng h th ng RoIP nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u thu thông qua b m tái t o 3.3 ánh giá ch t l 3.3.1 Ph ng tín hi u t i ng pháp ánh giá ch t l u thu ng ch quan i v i ph ng pháp ánh giá ch quan, tín hi u tái t o t i u cu i c ánh giá b i m t t p h p ng i nghe cho ý ki n theo thang m xác nh tin c y c a t qu ánh giá khách quan ph thu c vào nhi u y u t khó ki m sốt, ph thu c vào l ng ng i ánh giá, ch t l ng thi t b tái t o mang tính n nh không cao ng th i ánh giá khách quan òi h i nhi u th i gian c ng nh chi phí ti n hành ánh giá Tuy nhiên, ph ng pháp l i cho k t qu ánh giá g n v i c m nh n th c t c a ng i Do ó vi c k t h p ánh giá gi a ph ng pháp ch quan mơ hình ánh giá khách quan c n c c áp d ng ánh giá ch t l ng tín hi u t i u thu 3.3.2 xu t ph ánh giá ch t l ng pháp ánh giá ch t l ng theo t s SSNR ng theo t s tín hi u t p âm SNR truy n th ng t c th hi n xn [ m] ó m ch Gi s tín hi u ngu n bi n theo th i gian m u tín hi u khung ang xét x l nm ut hi u có ích phát t ngu n Gi thi t tín hi u thu nh n b thay ch u nh h ng c a h th ng truy n d n ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u ng ng v i giá tr c a tín i so v i tín hi u ngu n r c th hi n xn [ m] N ng l c xác ng tín hi u nh nh sau: M Es (n) = ∑ xnt [ m]2 m =1 (3 6) ng ng n ng l ng nhi u t ng c ng EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u xác nh theo bi u th c sau: c M E N ( n) = ∑ ( xnr [ m] − xnt [ m]) m =1 Khi ó, t s SNR c xác ( ) nh nh sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 18 N M  N    E n xnt [m]2 ( ) ∑∑ ∑ S    n =1 n =1 m=1  = 10.log10  N M  SNR (dB ) = 10.log10  N (3 8) r t  E ( n)    x m x m ( [ ] − [ ]) n ∑ N   ∑∑ n   n =1   n =1 m=1  i ch s m bi n i ph m vi s m u c a m t khung ch s n bi n theo tham s chu k o c t ng ng v i N khung tín hi u ánh giá ch t l ng theo t s tín hi u t p âm phân Signal to Noise Ratio) t ng xác c a thông s o ánh giá ch t l ng tín hi u có c tính bi n Gi thi t n ng l nh theo (3.6) n - SSNR (Segmentation c SNR truy n th ng, t ng c i ng nh tín hi u ti ng nói ng l ng nhi u t ng h p EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u bi u th c sau: Lu n án xu t xác ng kh n ng ng tín hi u ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u M M m =1 m =1 E N (n ) = ∑ ( xnr [ m]) − ∑ ( xnt [ m]) nh t s tín hi u t p âm phân i c xác c xác nh theo (3 9) n SSNR theo (3.10) M   xnt [m]2 ∑   N N  E ( n)  m =1   (3 10) SSNR (dB) = 10.log10  ∑ S = 10.log  10 ∑ M m =M E n ( ) r t 2   = = n n  N   ∑ ( xn [m]) − ∑ ( xn [ m])  m =1  m=1  Nh v y, khác v i SNR tính tốn c s tồn b s m u c a chu k ánh giá, SSNR tính tốn d c s khung tín hi u u cho phép ánh giá sai l ch tín hi u ích so v i tín hi u ngu n m t cách xác ng th i cho phép kh n ng tính tốn u n tr c n theo th i gian th c 3.4 xu t ph ng pháp m b o ch t l ng truy n i tín hi u phát qua ng IP Hình 3.2: Mơ hình thi t l p thông s ngu n LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 19 3.4.1 tv n u h t nghiên c u g n ây nh m m b o ch t l ng tín hi u ti ng nói/âm truy n t i qua m ng IP theo th i gian th c u t p trung vào gi i quy t theo hai ng: Th nh t c s dành s n tài nguyên m ng theo giao th c RSVP (Resource Reservation Protocol) [34] Th hai theo h ng x lý t i u l ch trình tái t o tín hi u d ng b m tái t o t i u thu [5][6][7][9] Tuy nhiên, ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát qua m ng IP ph thu c ch t ch vào tham s ngu n phát tham s m ng Tham s ngu n bao g m thông s chuy n i ngu n tín hi u t ng t sang s thơng s dài gói tin Trên c s ó, lu n án t p trung nghiên c u v n thích ng ngu n v i tình tr ng m ng nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u thu 3.4.2 Thi t l p thông s ngu n p thông s ngu n c a h th ng RoIP bao g m: fs: t n s l y m u, w: s bit mã hóa cho m t m u, ch: s kênh, sz: dài gói tin, k: h s phát p gói tin Các thơng s ngu n [ fs, w, ch, sz, k ] c thi t l p giá tr kh i t o tr c ti n trình phát d li u c th c hi n theo mơ hình th hi n hình 3.2 Sau kh i s hóa tín hi u c thi t l p thông s , ngu n tín hi u phát t ng t s c chuy n i thành d ng s l u vào b m c a thi t b chuy n i âm D a vào thông s dài t i tin, d li u ã s hóa s c ch ng trình c t b m c a thi t b âm chuy n n kh i mã hóa, k ti p kh i t o gói RTP chuy n n l u gi a t m th i t i b m phát Các gói tin RTP c g i vào m ng Hình 3.3: Thu t tốn xác nh t ng m c n ng l theo l ch trình phát v i h s phát l p tín hi u ngu n t i phía phát xác nh c u n b i b o l ch trình phát c n c vào s li u nh n t kh i u n thông s ngu n ng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 20 3.4.2 m b o ch t l tr ng m ng IP ng t i u thu thông qua c ch thích ng ngu n v i tình Xét v ph ng di n d ch v th i gian th c, ph liên quan n tín hi u tham chi u s khơng thích h p áp d ng cho ánh giá u n tr c n Vi c ánh giá theo t s SNR truy n th ng không ch b ràng bu c vào tín hi u tham chi u mà cịn u u xác nh tồn b s m u tín hi u o c ó khơng thích h p ánh giá h th ng yêu c u th i gian th c Trên c s ó, lu n án xu t thu t toán ánh giá ch t l ng a t s SSNR th hi n hình 3.3 hình 3.4 ng pháp o c ánh giá 3.3 K t qu th c nghi m Trên c s mơ hình lý thuy t mơ hình c u trúc giao th c trình bày t i ch ng 1, thành ph n a h th ng RoIP c xây d ng theo c u trúc th hi n hình 3.5 nh m th c hi n thu t toán m b o ch t l ng xu t Hình 3.4: Thu t tốn xác nh t ng n ng l phân o n t i phía thu ng tín hi u LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.5: Mơ hình tri n khai th c nghi m h th ng RoIP xu t - 21 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 22 - Hình 3.6: C u hình th c nghi m tri n khai h th ng RoIP gi a i h c Bách Khoa Hà N i i h c Ryukyu, Okinawa Nh t B n Ch ng trình c xây d ng n n h u hành Linux tri n khai th c nghi m theo c u hình th hi n hình 3.6 Tín hi u phát c truy n t i t máy phát iVoVStation t m ng LAN- COMNET, i h c Bách Khoa Hà N i theo ng truy n n h ng qua m ng Internet n m ng máy tính c a i h c Ryukyu có cài t cơng chuy n ti p iVoVGateway làm vi c ch EchoServer th c hi n ph n h i gói tin quay tr l i m ng LAN- COMNET theo ng truy n n h ng Sau nh n gói tin ph n h i, c ng chuy n ti p iVoVGateway làm vi c ch RELAY s chuy n ti p gói tin qua m ng truy nh p mang LAN h u n ho c m ng WLAN theo chu n 802.11 n máy tr m thu tín hi u phát qua ch ng trình iVoVReceiver Hình 3.7: t bi n tr m ng có chu k Hình 3.8: t bi n tr m ng khơng có chu k LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 23 ng 3.1: K t qu o c tham s ch t l ng t i u thu thay i h s phát l p gói tin v i s li u thu th p qua k t n i gi a HBK Hà N i H Ruykyus, Nh t B n s phát l p gói tin S gói tin phát S gói tin thu c S gói tin n th t l n th t gói tin [%] Tr ng nh nh t [ms] Tr ng l n nh t [ms] Tr ng trung bình 601 585 16 2,66 200 299 228,04 601 594 1,16 200 296 221,00 601 599 0,33 201 300 219,79 t qu thông s tr m ng th c t cho th y tr m ng bi n thiên ng u nhiên theo th i gian kèm theo t bi n tr có chu k (hình 3.7) ho c khơng có chu k (hình 3.8) Trong c hai tr ng h p trên, h th ng RoIP u cho tín hi u t t t i u thu Khi thông s chuy n i ngu n tín hi u m c t i thi u t n s l y m u 8000Hz mã hóa bits/m u s d ng kênh v i dài gói tin bi n i t 160 Bytes n 512 Bytes, u thu s d ng b m tái t o ch c nh hồn tồn có th mb o c ch t l ng tín hi u thu nh h ng c a y u t m ng h u nh không k Khi thông s chuy n i ngu n tín hi u t ng lên s d ng kênh v i t n s l y m u 44100Hz mã hóa 16 bits/m u, u thu s d ng b m tái t o thích ng c ch ph n h i tình tr ng ng c áp d ng cho k t qu k t qu c i thi n rõ r t Trong tr ng h p ó, dài t i tin bi n thiên t n 10 khung d li u mã hóa ng v i d li u ngu n 1600 n 3200 Bytes Bên c nh ó, c ch u n h s phát l p gói tin t i ngu n phát theo tình tr ng m ng (b ng 3.1) v i h s t n th t gi m i t ng h s phát l p gói tin c ng cho k t qu tín hi u t i u thu c c i thi n v i tình tr ng m ng c ph ng t o qua ch ng trình c p ch ng c a lu n án 3.4 K t lu n ch ng Vi c k t h p ph ng pháp ch quan mơ hình ánh giá khách quan c n c áp d ng ánh giá ch t l ng tín hi u t i u thu Trong ch ng này, thu t tốn mơ hình th c hi n ánh giá ch t l ng theo th i gian th c thông qua t s tín hi u t p âm phân n SSNR c xu t C n c vào thu t toán ánh giá ch t l ng theo th i gian th c, gi i pháp m b o ch t l ng d ch v s d ng c ch u n tham s ngu n thích ng v i tình tr ng m ng c xu t áp d ng cho h th ng RoIP K t qu th c nghi m cho tín hi u thu t t theo c u hình k t n i gi a i h c Bách Khoa Hà N i i h c Ryukyu - Okinawa, Nh t B n LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - 24 T LU N C A LU N ÁN h n ch v ch t l ng d ch v c a m ng IP hi n thách th c ch y u cho ng d ng thông tin a ph ng ti n th i gian th c Tr m ng, t n th t gói bi n ng tr m ng y u t gây nh h ng n ch t l ng truy n thông Các v n nh h ng n ch t l ng có th xem xét theo h ng ó x lý tín hi u ngu n, truy n t i x lý tín hi u t i u thu Các óng góp c a lu n án bao g m: xu t s d ng t s tín hi u t p âm phân n SSNR ánh giá ch t ng tín hi u t i u thu theo th i gian th c qua m ng IP K t lu n ã c ki m nghi m qua th c t xu t th c hi n ph ng pháp u ch nh thơng s ngu n thích ng v i tình tr ng m ng c s thu t toán ánh giá ch t l ng tín hi u t i u thu qua t s SSNR m b o ch t l ng tín hi u phát truy n t i qua m ng IP theo th i gian th c xu t ã xây d ng công c ph ng t o tham s m ng IP h tr truy n thông a h ng/ n h ng l p ng d ng Công c cho k t qu ph ng t o xác tham s QoS bao g m tr m ng t n th t gói tin truy n t i qua m ng IP ã xây d ng tri n khai thành cơng mơ hình h th ng RoIP th c hi n c ch m b o ch t l ng thơng qua thích ng thơng s ngu n v i tình tr ng m ng IP gi a i c Bách Khoa Hà N i i h c Ruykyu - Okinawa, Nh t B n H th ng có tính kh thi có kh n ng tùy bi n tri n khai phù h p ng d ng c thù v i chi phí th p NG PHÁT TRI N C A TÀI Nghiên c u ph ng th c ph i ghép h th ng xu t v i h th ng s n có c a ng phát ài ti ng nói Vi t Nam t ng hóa trình c p nh t th c hi n ch ng trình phát r ng mơ hình h th ng c ch m b o ch t l ng d ch v xu t v i ngu n tín hi u truy n hình ti n t i xây d ng h th ng tích h p a ph ng ti n qua môi tr ng IP ng di r ng kh n ng truy nh p vào h th ng RoIP ng xu t t thi t b u cu i c a LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... gian th c qua m ng IP - RoIP (Radio over IP networks) 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 th c hi n ph ng pháp m b o ch t l ng d ch v RoIP s d... 1: T NG QUAN V TRUY N THƠNG A H NG VÀ MƠ 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 ph ng th c sau [51]: - Ph ng th c truy n thông n... hi u tín hi u mang tin t c phát qua m ng IP 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