Nghiên ứu á giải pháp nâng ao hất lượng truyền video streaming trên sdn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM ANH TUẤN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN VIDEO STREAMING TRÊN SDN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ Thuật Viễn Thông Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM NGỌC NAM HÀ NỘI - 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132019271000000 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông LỜI CAM ĐOAN Tên là: PHẠM ANH TUẤN Sinh ngày 01 tháng 10 năm 1988 Học viên lớp cao học Kỹ thuật Viễn thông 2017A - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Xin cam đoan nội dung đề tài “NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN VIDEO STREAMING TRÊN SDN” tơi tự tìm hiểu, nghiên cứu thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Phạm Ngọc Nam Mọi trích dẫn tài liệu tham khảo mà tơi sử dụng có ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, tháng năm 2020 Học viên thực Phạm Anh Tuấn Phạm Anh Tuấn – CA1702752 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM (SDN) 10 1.1 Giới thiệu chương 10 1.2 Đặt vấn đề 10 1.3 Khái niệm cấu trúc mạng SDN 14 1.3.1 Khái niệm 14 1.3.2 Kiến trúc mạng SDN 16 1.3.3 Các thành phần mạng SDN sở giao thức OpenFlow 19 1.3.3.1 OpenFlow Switch 20 1.3.3.2 OpenFlow Controller 22 1.3.3.3 OpenFlow Protocol 24 1.3.4 Các mơ hình triển khai SDN 26 1.4 Tổng kết chương 28 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN PHÁT VIDEO QUA SDN 29 2.1 Giới thiệu chương 29 2.2 Áp dụng QoScho truyền phát video SDN 29 2.3 Streaming Multicast Video over Software-Defined Networks 39 2.3.1 Đặt vấn đề 39 2.3.2 Multicasting over SDN 41 2.3.2.1 Ứng dụng điều khiển phát video multicast (Streaming Video Multicast Control Application) 43 2.3.2.2 Dịch vụ phát video multicast (Streaming Video Multicast Service) 43 Phạm Anh Tuấn – CA1702753 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông 2.3.2.3 Các thuê bao (Subcribers) 44 2.3.3 Kết thực nghiệm 44 2.4 Tổng kết chương 47 CHƯƠNG MÔ PHỎNG PHÁT TRỰC TUYẾN VIDEO QUA SDN SỬ DỤNG MININET 48 3.1 Giới thiệu 48 3.2 Mơ hình mạng mô 48 3.3 Công cụ phần mềm sử dụng: 49 3.3.1 Mininet 49 3.3.2 iPerf 50 3.4 Thiết lập môi trường 50 3.4.1 Cài đặt python openjdk 50 3.4.2 Cài đặt mininet: 50 3.4.3 Cài đặt ffmpeg vlc 50 3.5 Mô 51 3.5.1 Thực mô 51 3.5.2 Cài đặt 52 3.5.3 Tổng kết chương 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Phạm Anh Tuấn – CA1702754 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt SDN CDN CLI Tiếng anh Tiếng việt Mạng định nghĩa phần Software-Definded Networks mềm Content Distribution Networks Mạng phân phối nội dung Giao diện dòng lệnh ACL Command-line interface Simple Network Management Protocol Access Control List VLANs Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo QoS Quality of Service Application Programming Giao diện lập trình ứng dụng Interface Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức Internet Control Message Protocol Network Operation System Thiết bị tới thiết bị SNMP API MPLS ICMP NOS VM Máy ảo DiffServ Virtual Machine The Hypertext Transfer Protocol Differentiated services IntServ Integrated Services Các dịch vụ tích hợp RSVP UDP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên Constrained Shortest Path First Lagrangian Relaxation Based Aggregated Cost User Datagram Protocol AML Application-Layer Multicast DP Description Provider MDC Multiple description coding Mã hóa đa mơ tả PSNR Peak Signal-to-Noise Ratio Stream Control Transmission Protocol Open Virtual Switch Tỉ số tín hiệu cực đại nhiễu Giao thức truyền vận điều khiển dòng HTTP CSPF LARAC SCTP OVS Phạm Anh Tuấn – CA1702755 Các dịch vụ khác biệt Multicast tầng ứng dụng Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 – Các đầu vào trường Match 21 Bảng 2.2 – Các loại tin trao đổi controller switch 25 Phạm Anh Tuấn – CA1702756 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1– Kiến trúc mạng truyền thống [8] 10 Hình 1.2 – Kiến trúc switch/router mạng truyền thống [7] 11 Hình 1.3 – Sơ đồ mạng truyền thống mạng SDN [2] 15 Hình 1.4 – Kiến trúc mạng SDN [2] 17 Hình 1.5 – Sơ đồ tương tác switch controller theo giao thức OpenFlow [3] 19 Hình 1.6 – Mơ hình dựa Switch 27 Hình 1.7– Mơ hình Overlay Network 28 Hình 2.1 – Mơ hình mạng đơn giản với truyền nhận 31 Hình 2.2 – Mạng SDN với truyền gửi 32 Hình 2.3 – Thiết kế OpenQoS Controller [10] 33 Hình 2.4 – Mạng thực thi OpenQoS Controller [10] 36 Hình 2.5 – Kết streaming UDP [10] 38 Hình 2.6 – Kết streaming UDP2 [10] 39 Hình 2.7 – Cơng nghệ truyền tin Multicast 40 Hình 2.8 – Streaming Video Multicast Over SDN Framework [9] 41 Hình 2.9 – Streaming Video Multicast Over SDN [9] 42 Hình 2.10 – Hướng tiếp cận cho cấu trúc SDN-based IP Multicast [9] 45 Hình 2.11 – Tỷ lệ gói sử dụng SDN-based IP Multicast [9] 46 Hình 2.12 – Chỉ số PNSR sử dụng SDN-based IP Multicast [9] 47 Hình 3.1 – Mơ hình mạng cho thử nghiệm 48 Hình 3.2 – Truyền video sử dụng POX Controller 49 Hình 3.3 – Chạy QoS pox controller 53 Hình 3.4 – Khởi tạo mơ hình mạng stream video 54 Hình 3.5 – Mở terminal node 1, chạy vlc 54 Hình 3.6 – Kết mơ 55 Phạm Anh Tuấn – CA1702757 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Qua nhiều thập kỷ phát triển, ngày cơng nghệ mạng có nhiều thay đổi lớn,tuy nhiên kiến trúc mạng truyền thống thay đổi không đáng kể ngày trở nên không phù hợp với nhu cầu kinh doanh doanh nghiệp, nhà khai thác mạng người dùng cuối Sự phát triển mạnh mẽ sở hạ tầng mạngtrên“mặt số lượng”đã làm gia tăng tính phức tạp hệ thống dẫn đến việc gia tăng chi phí yêu cầu số lượng lớn cấu hình nodecó khả tính tốn cao để vận hành vàquản lý Bên cạnh việc tăng nhanh lưu lượng phát trực tuyến video tạo khủng hoảng băng thông cho nhà cung cấp dịch vụ nhà khai thác mạng Sự mong đợi người dùng ngày tăng video chất lượngcao không đồng nghĩa với việc họ sẵn sàng trả phí lớn Mặc dù nhà cung cấp dịch vụ video hàng đầu tận dụng mạng phân phối nội dung (Content Distribution Networks (CDN)) áp dụng kỹ thuật streaming để tăng chất lượng cho phép trình phát video điều chỉnh độ phân giải dựa điều kiện mạng đầu cuối kỹ thuật không giải nguyên nhân gốc rễ vấn đề tắc nghẽn Do việc có sơ đồ quản lý băng thơng hiệu cần thiết để thu hẹp khoảng cách nhu cầu ngày tăng từ lưu lượng video sở hạ tầng mạng có Mạng điều khiển phần mềm (SoftwareDefinded Networks (SDN)) cách tiếp cận việc thiết kế, xây dựng quản lý hệ thống mạng đời để giải vấn đề Để nghiên cứu sâu công nghệ em định chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng truyền video streaming SDN” cho luận văn tốt nghiệp Đề tài tập trung nghiên cứu số phương pháp nâng cao chất lượng truyền video thời gian thực xây dựng mạng SDN sử dụng công cụ Mininet để mô truyền video qua mạng SDN Nội dung luận văn gồm phần: Chương 1: Tổng quan mạng định nghĩa phần mềm (SDN) Chương 2: Phương pháp nâng cao chất lượng phát trực tuyến video qua SDN Chương 3: Mô phát trực tuyến video qua SDN sử dụng Mininet Phạm Anh Tuấn – CA1702758 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thơng Trong q trình thực luận văn khơng tránh khỏi mắc phải thiếu sót, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy để luận văn hồn thiện Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn tới tất cán bộ, giảng viên Viện Điện tử - Viễn thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức cho chúng em suốt khóa học Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Ngọc Nam tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Phạm Anh Tuấn – CA1702759 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM (SDN) 1.1 Giới thiệu chương Nội dung Chương trình bày hạn chế mà mạng truyền thống gặp phải giới thiệu cách tổng quan cấu trúc, chức mạng SDN 1.2 Đặt vấn đề Trong kiến trúc mạng truyền thống phần liệu (data plane) phần điều khiển (control plane) nằm thiết bị vật lý, chế chuyển tiếp lưu lượng nằm riêng thiết bị thiết bị độc lập với nhau, khơng có khả hiển thị tồn mạng (Hình 1.1) Khi số lượng thiết bị nhiều, gây nên phức tạp mạng làm khó khăn cho người quản trị mạng trình vận hành, điều khiển Việc cấu hình hệ thống mạng máy tính sách định nghĩa trước để hiệu chỉnh lỗi, đáp ứng với thay đổi cân tải trở thành nhiệm vụ khó khăn Chức điều khiển truyền tải liệu kết hợp, liền với làm cho việc quản lý vận hành phức tạp.Thay cần thay đổi phần điều khiển ta bắt buộc phải cấu hình lại hồn tồn thiết bị (cả phần liệu lẫn phần điều khiển phải làm thiết bị cách thủ công mà thay đổi đồng loạt toàn lúc Hình 1.1-Kiến trúc mạng truyền thống [8] Phạm Anh Tuấn – CA17027510