(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I BÁO CÁO TIỂU LUẬN “KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH” Đề tài: “ QoS mạng IPTV” Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp Nhóm mơn học : TRƯƠNG VĂN AN : B17DCVT002 : D17CQVT02-B : 03 Hà Nợi, tháng 6/2021 LỜI NĨI ĐẦU Nếu xuất cơng nghệ truyền hình (TV) bước ngoặt lịch sử truyền thông nhân loại xuất IPTV (truyền hình giao thức Internet) ngoặc phát triển công nghệ truyền hình Với ưu điểm vượt trội: tính tương tác hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động thời gian khả triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng , IPTV thật xứng đáng công nghệ truyền hình dẫn đầu IPTV khơng đơn dịch vụ giá trị gia tăng mạng IP, bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông – xu hướng chung truyền thông tồn cầu Để khách hàng tiếp cận chấp nhận công nghệ IPTV, bối cảnh thị trường truyền thông diễn trình cạnh tranh khốc liệt nay, đảm bảo chất lượng dịch vụ yêu cầu vô quan trọng mà nhà cung cấp dịch vụ cần phải quan tâm Trong q trình học tập nhóm em tìm hiểu nguyên cứu đề tài: “ QoS mạng IPTV” Nội dung đề tài bao gồm: I: Tổng quan IPTV II: QoS mạng IPTV III: Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng IPTV Mặc dù cố gắng, song thời gian thực hạn chế nên đề tài nghiên cứu khơng thể tránh khỏi sơ suất Vì vậy, nhóm em mong nhận đóng góp thầy cho đề tài nghiên cứu hoàn thiện Mục lục LỜI NÓI ĐẦU I Tổng quan IPTV 1.Giới thiệu truyền hình số theo giao thức IP 2.Cấu trúc mạng IPTV II QoS TRONG IPTV 1.Khái niệm chất lượng dịch vụ - QoS (Quanlity Of Service) 2.Các quan điểm QoS 3.Các tham số QoS 3.1 Băng t 3.2 Trễ (D 3.3 Biến đ 3.4 Mất gó 3.5 Tính s 3.6 Bảo m III Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng IPTV 1.Băng thông (Bandwidth) Trễ 3.Độ biến thiên trễ - Delay variation Jitter 4.Mất gói - Packet loss Kết luận I Tổng quan IPTV Giới thiệu truyền hình số theo giao thức IP − Định nghĩa: IPTV dịch vụ đa phương tiện truyền hình ảnh, tiếng nói, văn liệu phân phối qua mạng dựa IP mà quản lý để cung cấp mức yêu cầu chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu Có thể thấy, IPTV dịch vụ số mà có khả cung cấp tính vượt trội khả có chế phân phối truyền hình khác IPTV sử dụng IP chế phân phối mà theo sử dụng internet, đại diện cho mạng công cộng dựa IP, hay sử dụng mạng riêng dựa IP Một số đặc tính IPTV: • Hỗ trợ truyền hình tương tác Khả hai chiều hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối toàn ứng dụng TV tương tác Các loại dịch vụ truyền tải thông qua dịch vụ IPTV bao gồm TV trực tiếp chuẩn, TV chất lượng cao, trò chơi tương tác khả duyệt internet tốc độ cao • Sự dịch thời gian IPTV kết hợp với máy ghi video kĩ thuật số cho phép dịch thời gian nội dung chương trình – chế cho việc ghi lưu trữ nội dung IPTV để xem sau • Cá nhân hóa Một hệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều vào phép người dùng kết cuối cá nhân hóa thói quen xem tivi họ cách cho phép họ định họ muốn xem họ muốn xem • u cầu băng thơng thấp Thay phải phân phối kênh để tới người dùng, công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ truyền kênh mà người dùng yêu cầu Đặc điểm hấp dẫn cho phép nhà điều hành mạng tiết kiệm băng thơng mạng • Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị mạng Việc xem nội dung IPTV không giới hạn việc sử dụng tivi Người dùng sử dụng máy tính hay thiết bị di động để truy xuất vào dịch vụ IPTV Cấu trúc mạng IPTV Cơ sở hạ tầng mạng IPTV bao gồm phần sau: • Trung tâm liệu IPTV Trung tâm liệu hay đầu cuối headend nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất, qua cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh Ngay nhận nội dung, số thành phần phần cứng khác từ thiết bị mã hóa, máy chủ video tới định tuyến IP thiết bị bảo mật sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa IP Thêm vào đó, hệ thống quản lý thuê bao yêu cầu để quản lý thuê bao phí thuê bao người sử dụng Chú ý rằng, vị trí vật lý trung tâm liệu IPTV xác định nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng • Mạng truyền dẫn băng thơng rộng Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm - điểm Trong trường hợp triển khai IPTV diện rộng, số lượng kết nối điểm- điểm tăng đáng kể yêu cầu độ rộng băng thông sở hạ tầng rộng Sự tiến công nghệ mạng năm gần cho phép nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn lượng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng Hạ tầng truyền hình cáp dựa cáp đồng trục lai cáp quang mạng viễn thông dựa cáp quang phù hợp để truyền tải nội dung IPTV Hình1 : sơ đồ khối đơn giản mợt hệ thống IPTV • Thiết bị người dùng IPTV Thiết bị người dùng IPTV(IPTVCD- IPTV Consumer Device) thành phần quan trọng việc cho phép người truy xuất vào dịch vụ IPTV Thiết bị kết nối vào mạng băng rộng có nhiệm vụ giải mã xử lý liệu video dựa IP gửi tới Thiết bị người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng lỗi, cố mạng xử lý nội dung IPTV • Mạng gia đình Mạng gia đình liên kết thiết bị kỹ thuật số bên khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện truyền thơng cho phép chia sẻ tài nguyên kĩ thuật số đắt tiền thành viên gia đình Mục đích mạng gia đình cung cấp việc truy cập thơng tin tiếng nói, âm thanh, liệu, giải trí thiết bị khác gia đình Với mạng gia đình, người dùng tiết kiệm tiền thời gian thiết bị ngoại vi máy in,máy scan, kết nối băng rộng chia sẻ cách dễ dàng AI QoS TRONG IPTV Hiện nay, QoS (chất lượng dịch vụ) trở thành vấn đề quan tâm viễn thơng, đặc biệt mạng IP Để IPTV có khả cạnh tranh với hệ thống truyền hình khác đảm bảo QoS yêu cầu đặc biệt quan trọng Khái niệm chất lượng dịch vụ - QoS (Quanlity Of Service) QoS lĩnh vực phức tạp, có nhiều định nghĩa đưa ra, nhiên, thực tế khơng có định nghĩa xem chung thức.QoS mạng viễn thông định nghĩa cụ thể qua tham số kỹ thuật lượng hóa rõ ràng Theo khuyến nghị E.800 tiêu chuẩn ngành viễn thông thuộc Tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) “QoS tập hợp yếu tố tác động đến hài lòng khách hàng dịch vụ viễn thơng đó” IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) định nghĩa QoS là: “tập hợp đặc trưng định tính định lượng hệ thống truyền dẫn đa phương tiện nhằm đạt chức yêu cầu dịch vụ cụ thể” Nhà sản xuất thiết bị mạng hàng đầu Cisco đưa khái niệm: “QoS thuật ngữ dùng để xác định khả đảm bảo cung cấp cấp độ dịch vụ khác với hình thức lưu lượng khác mạng” QoS cho phép định mức độ ưu tiên lưu lượng khác cho phép xác định cấp độ chất lượng dựa vào độ rộng băng thông thời gian trễ… QoS định nghĩa “là tập hợp cơng cụ cho phép người quản trị mạng đảm bảo cấp độ tối thiểu dịch vụ cung cấp lưu lượng xác định” ” Một cách đơn giản, QoS hiểu “khả phân biệt đối xử gói tin (packet) truyền qua mạng vào nội dung gói tin đó” Mục tiêu QoS chất lượng xử lý tuỳ thuộc vào gói truyền qua mạng QoS khơng thể tạo thêm băng thơng, vài gói nhận xử lý tốt gói khác nhận xử lý xấu Một kiến trúc QoS phù hợp phải cung cấp phương tiện để rõ mục tiêu thực loại gói khác Các quan điểm QoS QoS nhìn từ góc độ khác nhau, khuyến nghị ITU-T G.1000 đưa quan điểm cho QoS bao gồm: − − − − Yêu cầu QoS khách hàng QoS nhà cung cấp đưa QoS nhà cung cấp đạt Cảm nhận QoS khách hàng Các quan điểm có quan hệ nhân với sở yêu cầu khách hàng điểm khởi đầu (starting point) Các tham số QoS Có thông số chất lượng dịch vụ: − − − − − − Băng thông Trễ Jitter (biến động trễ) Mất thơng tin Tính sẵn sàng Bảo mật 3.1 Băng thông (Bandwidth) Băng thông thách thức nhà cung cấp dịch vụ IPTV Nếu băng thơng sử dụng thoải mái, khơng giới hạn, nhà vận hành khơng phải lo đến yếu tố nghẽn, trễ, nhiên điều xảy 3.2 Trễ (Delay) Trễ liên quan chặt chẽ với băng thơng thông số QoS Với ứng dụng giới hạn băng thơng băng thơng lớn trễ nhỏ Trễ định nghĩa khoảng thời gian chênh lệch hai thời điểm bít vào mạng (thời điểm bắt vào với bít ra) Với băng thơng có nhiều cách tính, giá trị thơng thường xun thay đổi Nhưng thông thường giá trị băng thông định nghĩa số bit khung chia cho thời gian trôi qua kể từ bit rời khỏi mạng bit cuối rời mạng 3.3 Biến động trễ (Jitter) Biến động trễ khác biệt độ trễ gói khác dịng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao gọi jitter với tần số thấp gọi Wander Nguyên nhân chủ yếu gây tương jitter sai khác thời gian xếp hàng gói liên tiếp hàng gây Trong mạng IP jitter ảnh hưởng lớn tới chất lượng dịch vụ tất dịch vụ Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi trễ mà ứng dụng gặp mạng Jitter khơng đặt giới hạn cho giá trị tuyệt đối trễ, tương đối thấp cao phụ thuộc vào giá trị thơng số trễ 3.4 Mất gói hay thông tin Internet coi mạng mạng khơng có chế giám sát đầy đủ mào đăm bảo chất lượng thông tin truyền Hiện tượng mũi gói tin kết nhiều nguyên nhân: Quá tải lượng người truy nhập lúc mà tài nguyên mang hạn chế − Hiện tương xung đột mạng LAN − Lỗi thiết bị vật lý liên kết truy nhập mạng 3.5 Tính sẵn sàng (đợ tin cậy) − Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu tố nhà cung cấp dịch vụ tối thiểu phải có Tổn thất mạng bị ngưng trệ lớn Tuy nhiên, để đảm bảo tính sẵn sàng cần phải có chiến lược đắn, ví dụ định kỳ tạm thời tách thiết bị khỏi mạng để thực công việc bảo dưỡng, trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán khoảng thời gian ngắn để giảm thời gian ngừng hoạt động mạng Tất nhiên, chí với biện pháp bảo dưỡng hồn hảo khơng thể tránh lỗi khơng thể tiên đốn 3.6 Bảo mật Bảo mật tham số danh sách QoS, lại tham số quan trọng Thực tế, số trường hợp độ bảo mật xét sau thơng Gần đây, đe doạ rộng rãi hacker lan tràn virus mạng Internet toàn cầu làm cho bảo mật trở thành vấn để hàng đầu Bảo mật liên quan tới vấn đề tính riêng tư, tin cần xác nhận khách chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường gắn với vài hình thức phương pháp mã, mã hóa giải mã Các phương pháp mà sử dụng mạng cho việc xác thực Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng IPTV Băng thông (Bandwidth) BI Băng thơng giá trị trung bình số lượng gói tin truyền qua mạng thành cơng giây Kí hiệu kbps Mbps Băng thơng khả dụng lớn đường liên kết giá trị băng thông nhỏ đường liên kết mà gói tin qua Băng thơng nhỏ đường liên kết thường đường liên kết mạng WAN Một số tuyến kết nối khác đường liên kết uplink switch router Ảnh hưởng thiếu hụt băng thơng gì? Sự thiếu hụt băng thông nhiều nguyên nhân làm giảm hiệu ứng dụng mạng; đặc biệt ứng dụng dễ bị ảnh hưởng thời gian voice ứng dụng yêu cầu băng thông cao video Một số giải pháp ngăn chặn thiếu hụt cải thiện hiệu băng thơng: • Tăng băng thơng: Cách tốt để ngăn chặn thiếu hụt băng thông nâng cao tốc độ kết nối tất dịch vụ nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng Tuy nhiên-nó gặp phải số điều kiện khách quan khiến cho phương pháp phương pháp sử dụng nhiều chi phí cao, thời gian thực thi giới hạn cơng nghệ q trình nâng cấp thực thi Chuyển tiếp gói tin theo độ ưu tiên: Đây giải pháp thường sử dụng nay, liên quan đến việc sử dụng kĩ thuật QoS Sử dụng phân loại lưu lượng thành lớp QoS, xếp thứ tự ưu tiên luồng lưu lượng quan trọng chuyển luồng lưu lượng có độ ưu tiên quan trọng trước Đây kĩ thuật bàn QoS hàng đợi • Nén: Tối ưu đường liên kết cách nén nội dụng frame nhằm tăng băng thông khả dụng liên kết Nén liệu thực phần cứng phần mềm qua thuật toán nén Ngồi ra, nén tiêu đề (Header) gói tin phương pháp đặc biệt hiệu đường truyền có gói tin có tỉ số header/gói tin lớn Ví dụ nén tiêu đề giao thức truyền tải tin cậy TCP giao thức thời gian thực RTP Theo ý kiến chuyên gia nén nội dung (Payload compression) phương pháp nén hiệu mạng đầu cuối – đầu cuối (end to - end) Trong đó, nén header phương pháp hiệu quà sử dụng liên kết bước - bước (hop-by-hop) Trễ • Độ trễ khoảng thời gian trung bình mà gói tin truyền từ nơi gửi đến nơi nhận Thời gian gọi “Độ trễ đầu cuối đến đầu cuối" Mỗi thành phần, thiết bị chuyển mạch định tuyến gây trễ Nhìn từ góc độ tổng qt có ba thành phần gây trễ: trễ lan truyền, trẽ xử lý, trễ hàng đợi - Trễ lan truyền tham số có giá trị cố định phụ thuộc vào phương tiện truyền, tham số trễ xử lý trễ hàng đợi thiết bị định tuyến tham số có giá trị thay đổi điều kiện thực tế mạng - Trễ xử lý khoảng thời gian cần thiết thiết bị định tuyến để chuyển gói tin từ giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Tốc độ xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP kiến trúc định tuyến đặc tính cấu hình giao diện đầu vào đầu - Trễ hàng đợi khoảng thời gian gói tin nằm chờ hàng đợi thiết bị định tuyến Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng kích thước gói tin hàng đợi băng thông khả dụng liên kết đầu thiết bị định tuyến Trễ hàng đợi phụ thuộc vào kỹ thuật xếp hàng gói tin - Trễ lan truyền thời gian truyền gói tin qua liên kết, trễ lan truyền thường phụ thuộc vào băng thông khả dụng liên kết Các kỹ thuật truy cấp CSMA/CD gây thêm trễ xác suất tranh chấp tài nguyên trường hợp giao diện tiến gần tới trạng thái tắc nghẽn * Một số giải pháp nhắm cải thiện độ trễ: + Tăng băng thông liên kết, băng thông đủ làm cho hàng đợi ngắn lại gói tin khơng phải đợi trước truyền Tăng băng thông đồng nghĩa làm giảm trễ nối tiếp mặt khác, giải pháp làm tăng giá thành hệ thống cần nâng cấp + Sử dụng kỹ thuật quản lý hàng đợi Đây phương pháp tiếp cận hiệu quả, tốn chi phí Các hàng đợi ưu tiên thành phần chủ yếu cách tiếp cận Độ biến thiên trễ - Delay variation Jitter Là khác biệt độ trễ gói tin khác luồng lưu lượng Các gói tin luồng lưu lượng khơng đến đích tốc độ mà chúng phát Những gói tin xử lý, đưa vào hàng đợi, khỏi hàng đợi, riêng rẽ độc lập với Do đó, thứ tự gói tin này, độ trễ chúng bị thay đổi Kết tác động độ biến thiên trễ ứng dụng thời gian thực thoại IP dội tín hiệu – echo singal, nhiễu tín hiệu * Một số giải pháp làm giảm độ biến thiên trễ lưu lượng mạng: + Tăng băng thông liên kết: cách tốt để hạn chế khắc phục tượng jitter, nhiên giải pháp gặp phải số điểm hạn chế thực tế thời gian, chi phí đơi cịn hạn chế công nghệ thiết bị truyền dẫn để nâng cấp hệ thống + Ưu tiên gói tin có độ trễ nhạy cảm chuyển gói tin quan trọng trước để thực điều gói tin phải qua giai đoạn phân loại đánh dấu gói tin trước chúng đưa vào hàng đợi tương ứng cho loại gói tin ví dụ hàng đợi cân trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing), hãng đợi cân trọng số theo lớp CBWFQ (Class-base weighted fair queuing) Đây phương pháp khơng tốn chi phí lại nâng cao băng thông + Thay đổi độ ưu tiên gói tin: Đây trường hợp chắn xảy ra, độ ưu tiên gói tin thiết lập gói tin vào thiết bị định tuyến Khi gói tin di chuyển từ miền sang miền khác, độ ưu tiên gói tin thay đổi Ví dụ, gói tin từ mạng doanh nghiệp đánh dấu vào mạng nhà cung cấp dịch vụ giá trị độ ưu tiên gói tin phải thay đổi lại để bảo đảm chất lượng dịch vụ cam kết nhà cung cấp dịch vụ với mạng doanh nghiệp + Nén nội dung gói tin tầng hearder giao thức RTP: Nén tầng làm giảm kích thước gói tin IP, làm giảm số lượng bit truyền qua mạng làm tăng băng thơng khả dụng lên Nên hearder giao thức RTP phương pháp hiệu cho gói tin VoIP, vị làm giảm kích thước phần tiêu đề cố định giao thức RTP Việc nén header giao thức RTP để xuất dành cho kết nối có băng thơng nhỏ Mbps Nén Header làm giảm thời gian chiếm dụng CPU hơn so với nén nội dung tầng hai có tác dụng làm giảm delay hàng đợi Tuy nhiên, việc nén header hay nén nội dung tầng tạo thời gian trễ cho việc xử lý Mất gói - Packet loss Tỉ lệ gọi tỉ lệ phần trăm số gói tin IP bị tổng số tồn số gói IP phía đầu gửi chuyển vào mạng cho phía đầu nhận Mất gói xảy định tuyến tràn khơng gian đệm giao diện đầu vào để tiếp nhận thêm gói tin vào Một định tuyến bỏ qua số gói tin để dành khơng gian cho gói tin khác có độ ưu tiên cao Các định tuyến IP thơng thường loại bỏ gói tin số lý khác như: + Loại bỏ gói tin hàng đợi đầu vào hàng đợi đầu vào đầy, loại bỏ gói đầu đêm đầu đầy, định tuyến tải không định không gian đệm cho gói vào số tượng gói tin bị lỗi khung Các biện pháp khắc phục việc gói định tuyến (Ngồi việc tăng băng thông liên kết): + Tăng không gian đệm để tương thích với ứng dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao Các kỹ thuật hàng đợi thường sử dụng thực tế như: hàng đợi ưu tiên PQ, hàng đợi cân trọng số WFQ, hàng đợi cân trọng số theo lớp CBWFQ Các phương pháp chống tắc nghẽn: nhằm loại bỏ gói tin sớm trước có tượng tắc nghẽn xảy ra, hàng đợi RED, WRED đánh giá phương pháp chống tắc nghẽn hiệu mạng TCP tốc độ cao Thiết lập sách lưu lượng để giới hạn gói tin quan trọng, ưu tiên gói tin quan trọng 10 Kết luận Theo xu hướng phát triển ngày nay, IPTV thực hứa hẹn ngành công nghiệp dịch vụ bùng nổ internet IPTV chun gia nhìn nhận cơng nghệ có khả mang tới lợi nhuận lớn cho nhà cung cấp viễn thông tương lai gần Với phát triển công nghệ truy cập băng rộng thiết bị sản xuất chương trình truyền hình, chuyên gia tin tưởng IPTV thực có khả cạnh tranh với chương trình truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp hay loại truyền hình thơng thường Mặc dù có nhiều ưu điểm để cạnh tranh với truyền hình truyền thống nay, truyền hình IPTV có nhược điểm lớn chất lượng phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền internet Vì để triển khai thác dịch vụ IPTV cần phải có tảng mạng băng rộng chất lượng an tồn Bên cạnh đó, việc quản lý mạng IPTV vào hoạt động vấn đề cần phải đặc biệt ý, hiệu mạng cao hay thấp phụ thuộc vào yếu tố Trên đây, em đánh giá Qó mạng IPTV, thông số xuncgs ảnh hưởng tới chất lượng sử dụng mạng Nếu vấn đề đươc giải thời gian tới dịch vụ IPTV cịn phát triển bùng nổ Tuy nhiên thời gian lượng kiến thức thân hạn chế nên đánh giá chưa đầy đủ Vì mong quan tâm đóng góp ý kiến thầy bạn để nội dung luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 11 ... NĨI ĐẦU Nếu xuất cơng nghệ truyền hình (TV) bước ngoặt lịch sử truyền thơng nhân loại xuất IPTV (truyền hình giao thức Internet) ngoặc phát triển cơng nghệ truyền hình Với ưu điểm vượt trội:... cáp hay loại truyền hình thơng thường Mặc dù có nhiều ưu điểm để cạnh tranh với truyền hình truyền thống nay, truyền hình IPTV có nhược điểm lớn chất lượng phụ thuộc hồn tồn vào đường truyền internet... gần Với phát triển công nghệ truy cập băng rộng thiết bị sản xuất chương trình truyền hình, chuyên gia tin tưởng IPTV thực có khả cạnh tranh với chương trình truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp