Đánh giá yêu cầu tài nguyên mạng của ứng dụng Video Conference

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VƢƠNG THÙY LINH ĐÁNH GIÁ YÊU CẦU TÀI NGUYÊN MẠNG CỦA ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VƢƠNG THÙY LINH ĐÁNH GIÁ YÊU CẦU TÀI NGUYÊN MẠNG CỦA ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Nguyễn Đình Việt Hà Nội – Năm 2014 1 LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Đình Việt – Giảng viên khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội, người đã định hướng đề tài và tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn cao học. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, học tập tại trường Đại học Công nghệ Đại học Quốc gia Hà Nội. Các thầy cô đã luôn quan tâm tới lớp, giúp tôi và các bạn có được kết quả như ngày hôm nay. Sau cùng, tôi xin dành tình cảm đặc biệt và biết ơn tới gia đình, người thân của tôi, những người đã ủng hộ, khuyến khích tôi rất nhiều trong quá trình học tập cũng như quá trình thực hiện luận văn này. Do điều kiện nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn không tránh khỏi sơ suất, kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để bản luận văn hoàn thiện hơn. Hà Nội, tháng 08 năm 2014 Vương Thùy Linh 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là hoàn toàn trung thực, là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác, không vi phạm bất cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Vương Thùy Linh 3 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE 1. Các khái niệm cơ bản 3 1.1.1. Khái niệm về Phương tiện 3 1.1.2. Khái niệm về Truyền thông đa phương tiện 3 1.1.3. Khái niệm về Hệ truyền thông đa phương tiện 4 1.2. Một số ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện 4 1.2.1. Ứng dụng thư điện tử và truyền file 4 1.2.2. Ứng dụng truyền âm thanh, hình ảnh lưu trước. 5 1.2.3. Ứng dụng truyền âm thanh, hình ảnh trực tiếp 6 1.2.4. Ứng dụng hình ảnh, âm thanh tương tác thời gian thực 7 1.2.5. Ứng dụng về điện thoại VoIP 7 1.3. Yêu cầu chất lƣợng dịch vụ cho truyền thông đa phƣơng tiện 10 1.3.1. Khái niệm Chất lượng dịch vụ (QoS) 10 1.3.2. Yêu cầu QoS cho truyền thông đa phương tiện 11 1.4. Các tham số mạng quan trọng nhất ảnh hƣởng đến việc đảm bảo QoS 12 1.4.1. Băng thông (bandwidth) 12 1.4.2. Độ trễ và biến thiên độ trễ 12 1.5. Ứng dụng Video Conference 14 1.5.1. Meeting (họp) 14 1.5.2. Classroom (giảng dạy) 16 1.5.3. Các cơ chế sử dụng trong Video Conference 17 1.6. Kết luận 18 4 Chƣơng 2. CÁC CƠ CHẾ ĐỂ LÀM TĂNG CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 2.1. Những nhƣợc điểm của mạng IP với dịch vụ cố gắng tối đa 19 2.2. Sử dụng giao thức UDP ở tầng giao vận 20 2.3. Loại bỏ jitter ở phía nhận 20 2.3.1. Làm trễ việc chạy với thời gian cố định 21 2.3.2. Làm trễ việc chạy với thời gian thích nghi 22 2.4. Khôi phục các gói tin bị mất tại phía nhận 23 2.4.1. Lược đồ FEC 23 2.4.2. Lược đồ xen kẽ 25 2.4.3. Cơ chế khôi phục gói tin bị mất chỉ dựa trên phía nhận 26 2.5. Nén dữ liệu audio/video 27 2.5.1. Một số kĩ thuật nén audio 27 2.5.2. Nén video 29 2.6. Giao thức RTP (Real-Time Trasport Protocol) 30 2.6.1. Giới thiệu về RTP 30 2.6.2. Các trường trong header của gói RTP 32 2.7. RTCP-Giao thức điều khiển RTP (RTP Control Protocol) 33 2.8. Kết luận 36 Chƣơng 3. CÁC MÔ HÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CHO TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 3.1. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services) 37 3.1.1. Tổng quan 37 3.1.2. Kiến trúc IntServ 39 3.1.3. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 40 3.2. Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Service) 42 3.2.1. Tổng quan 42 3.2.2. Kiến trúc DiffServ 44 3.2.3. Đánh dấu gói DiffServ 46 3.2.4. Các phương pháp xử lý gói trong DiffServ 50 3.2.5. Ví dụ về Differentiated Services 52 5 3.3. Tích hợp mô hình IntServ với mô hình DiffServ - Mô hình đề xuất 53 3.3.1. Ánh xạ giữa mô hình IntServ và mô hình DiffServ 54 3.3.2. Hàm ánh xạ 55 3.4. Kết luận 56 Chƣơng 4. ĐÁNH GIÁ YÊU CẦU TÀI NGUYÊN MẠNG CỦA ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE BẰNG MÔ PHỎNG 4.1. Bộ mô phỏng mạng NS-2 57 4.1.1. Khái quát về NS-2 57 4.1.2. Kiến trúc của NS-2 57 4.1.3. Cấu trúc của tệp bám vết 60 4.1.4. Nguồn phát sinh lưu lượng 61 4.2. Xây dựng các mô hình đảm bảo QoS bằng phần mềm NS-2 62 4.2.1. Thực nghiệm 1: mô phỏng mạng IP thông thường 62 4.2.2. Thực nghiệm 2 mô phỏng mô hình IntServ 67 4.2.3. Đánh giá yêu cầu tài nguyên mạng theo mô hình DifServ 69 KẾT LUẬN 74 CÁC HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 6 BẢNG KÝ HIỆU, VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Ý nghĩa ADPCM AdaptiveDigital Pulse Code Modulation Điều chế mã xung số tương hợp ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ CIR Commited Information Rate Tốc độ thông tin cam kết CL Control Load Service Tải được điều khiển DiffServ Differentiated Services Dịch vụ khác biệt DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DPCM Differential Pulse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai DS Diffierentiated Service Dịch vụ khác biệt DSCP Difserv Code-Point Điểm mã dịch vụ khác biệt FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GS Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu IntServ Integrated Services Dịch vụ tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet LPC Linear Predictive Coding Mã hóa với dự đoán tuyến tính NS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng OSI Open Systems Interconection Mô hình liên kết các hệ thống mở PBX Private Branch Exchange Tổng đài nội bộ PCM Pulse Code Modulation Điều và giải điều chế mã xung PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng 7 QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RED Random Early Detection; Random Early Drop Phát hiện sớm ngẫu nhiên Loại bỏ sớm ngẫu nhiên RFC Request For Comment Đề nghị duyệt thảo và bình luận RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên RTP Real-Time Transport Protocol Giao thức vận chuyển thời gian thực SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền tải thư tín đơn giản TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận TOS Type Of Service Loại dịch vụ UDP User Datagram Protocol Giao thưc gói dữ liệu người dùng VoIP Voice over Internet Protocol Truyền giọng nói trên giao thức IP 8 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình. 1.1. FTP truyền file giữa các hệ thống 5 Hình 1.2. Giao tiếp một - một qua cuộc gọi điểm - điểm 15 Hình 1.3. Giao tiếp một-nhiều qua cuộc gọi điểm-điểm 15 Hình 1.4. Giao tiếp nhiều - nhiều qua cuộc gọi điểm - điểm 15 Hình 1.5. Video Conferene có nhiều bên tham gia qua cuộc gọi đa điểm 16 Hình 1.6. Nhiều giáo viên cùng giảng một lớp học sử dụng Video Conference 17 Hình 1.7. Một giáo viên giảng cho nhiều lớp học sử dụng Video Conference 17 Hình 2.1. Sự phụ thuộc giữa tỉ lệ mất gói tin với thời gian làm trễ việc chạy q . 22 Hình 2.2. Sửa đổi dữ liệu sử dụng FEC 24 Hình 2.3. Chèn thêm thông tin bổ sung là các gói tin tốc độ bít thấp vào gói tin bình thường 25 Hình 2.4. Lược đồ khôi phục gói tin bị mất theo kiểu xen kẽ 26 Hình 2.5. Phân loại các kỹ thuật che dấu lỗi 26 Hình 2.6. RTP có thể được xem như là một thành phần của tầng giao vận 31 Hình 2.7. RTP cũng có thể được xem như là một phần của tầng ứng dụng 31 Hình 2.8. Các trường trong header của gói tin RTP 32 Hình 2.9. Sử dụng RTCP cùng RTP 34 Hình 3.1. Mô hình hoạt động dịch vụ tích hợp IntServ 39 Hình 3.2. Hoạt động của RSVP 41 Hình 3.3. Tổng quan mô hình DiffServ 43 Hình 3.4. Miền IP 44 Hình 3.5. Miền DS 44 Hình 3.6. Vùng DS 45 Hình 3.7. Xử lý chuyển tiếp nhanh EF PHB 50 Hình 3.8. Các phân lớp AF PHB 51 Hình 3.9. Ví dụ về DiffServ 53 [...]... bị truyền hình Với phạm vi của luận văn, chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào nghiên cứu giải pháp về đường truyền thông qua các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ (mô hình IntServ và DiffServ) Từ thực tế trên tôi đã chọn đề tài: Đánh giá yêu cầu tài nguyên mạng của ứng dụng Video Conference Mục tiêu của luận văn: Xác định được giới hạn yêu cầu tài nguyên mạng cho ứng dụng Video Conference thông qua tham... gian lận 1.5 Ứng dụng Video Conference Video Conference là ứng dụng truyền thông đa phương tiện thuộc nhóm ứng dụng tương tác thời gian thực Đây là nhóm ứng dụng đòi hỏi chất lượng dịch vụ mạng (độ trễ, jitter, sự mất mát gói tin) cao nhất trong các nhóm ứng dụng khác để thỏa mãn nhu cầu của người dùng Video Conference hiện nay được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực: Trong cuộc họp của các công... đánh giá kết quả thu được để xác định giới hạn yêu cầu tài nguyên mạng cho ứng dụng Video Conference Cấu trúc của luận văn được chia thành 4 chương cụ thể như sau: 2 Chƣơng 1: Tổng quan về truyền thông đa phƣơng tiện và ứng dụng Video Conference Trình bày những khái niệm cơ bản như Phương tiện, Truyền thông đa phương tiện,… và một số ứng dụng truyền thông đa phương tiện Đồng thời, trình bày những yêu. .. hàm ánh xạ Chƣơng 4: Đánh giá yêu cầu tài nguyên mạng của ứng dụng Video Conference bằng mô phỏng Trình bày khái quát về phần mềm NS-2 Tiến hành mô phỏng bằng phần mềm NS-2 từng mô hình đảm bảo Chất lượng dịch vụ (mô hình IntServ, DiffServ) Từ đó tiến hành thử nghiệm và đưa ra kết quả, đánh giá cho từng mô hình 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE Trong chương... đi vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta Đối với các ứng dụng này, yêu cầu về chất lượng dịch vụ là rất cao, âm thanh không bị trễ, hình ảnh không bị giật, Điều này dẫn đến mạng truyền dẫn phải tốt thì mới đảm bảo được các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện hiện nay Video Conference là một ứng dụng truyền thông đa phương tiện đang được sử dụng khá phổ biến trong các... sẵn sàng – độ tin cậy Để xác định độ ổn định của hệ thống người ta thường xác định độ khả dụng của hệ thống, nhìn từ khía cạnh mạng thì nó chính là độ tin cậy của hệ thống Độ khả dụng của mạng càng cao nghĩa là độ tin cậy của mạng càng lớn Độ khả dụng của mạng thường được tính trên cơ sở thời gian ngừng hoạt động và tổng thời gian hoạt động Ví dụ, độ khả dụng của các hệ thống chuyển mạch gói hiện nay... nghiệp, là lớp ứng dụng yêu cầu rất cao về chất lượng dịch vụ, đặc biệt là âm thanh phải đảm bảo thời gian thực Chính vì vậy việc tìm hiểu yêu cầu chất lượng dịch vụ, các cơ chế cải thiện chất lượng dịch vụ, các mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng video conference là rất có ý nghĩa và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Để đảm bảo cho chất lượng dịch vụ của ứng dụng Video Conference được... được triển khai trong một mạng phải xem xét đến sự xung đột các yêu cầu về hiệu năng và cân bằng các yếu tố khác nhau để đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa chúng 1.3.2 Yêu cầu QoS cho truyền thông đa phương tiện Ban đầu khi xây dựng mạng Internet, yêu cầu chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng chưa được chú trọng Vì vậy toàn bộ hệ thống mạng Internet bấy giờ hoạt động dựa trên nguyên tắc “cố gắng tối đa”... độ chính xác và nhanh chóng của các thông tin, giảm thiểu rủi ro về người và vật chất trong những cuộc hội họp, đông phải di chuyển bằng phương tiện giao thông, giảm thiểu chi phí tài chính, nguồn lực cho việc đi lại, ăn ở, thông tin liên lạc bằng điện thoại, máy fax Để cho ứng dụng Video Conference phát huy được hiệu quả trong khai thác sử dụng thì yêu cầu về tài nguyên mạng cũng cần phải tốt để đảm... các công ty, các tổ chức; trong giáo dục: Đào tạo từ xa; trong y tế: Khám chữa bệnh, phẫu thuật từ xa… Sau đây là một số ứng dụng tiêu biểu của Video Conference 1.5.1 Meeting (họp) Những người tham dự cuộc họp là trường hợp đơn giản nhất minh họa cho việc sử dụng Video Conference Với những cuộc họp diễn ra thường xuyên và cần các bên tham gia giao tiếp với nhau, Video Conference là sự thay thế hoàn . tôi đã chọn đề tài: Đánh giá yêu cầu tài nguyên mạng của ứng dụng Video Conference Mục tiêu của luận văn: Xác định được giới hạn yêu cầu tài nguyên mạng cho ứng dụng Video Conference thông. 4. ĐÁNH GIÁ YÊU CẦU TÀI NGUYÊN MẠNG CỦA ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE BẰNG MÔ PHỎNG 4.1. Bộ mô phỏng mạng NS-2 57 4.1.1. Khái quát về NS-2 57 4.1.2. Kiến trúc của NS-2 57 4.1.3. Cấu trúc của. VƢƠNG THÙY LINH ĐÁNH GIÁ YÊU CẦU TÀI NGUYÊN MẠNG CỦA ỨNG DỤNG VIDEO CONFERENCE Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số: LUẬN