Sử dụng kỹ thuật diffserv MPLS để đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV

Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên iii LỜI CM N Trớc hết, tôi xin gửi li cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS Phm Hng Liên - Giảng viên trng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh, ngi đư hết lòng chỉ bảo và dẫn dắt tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cảm ơn quý thầy cô, những ngi đư tận tình dạy dỗ và truyền đạt cho tôi những kiến thc và kinh nghiệm quý báu. Cảm ơn gia đình và bạn bè những ngi đư giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Xin cảm ơn các anh chị đồng nghiệp đư tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành các chơng trình trong suốt khóa học. Lâm Đạo Tng Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên iv TÓM TT Đề tài “Sử dụng kỹ thuật DiffServ–MPLS để đánh giá chất lợng dịch vụ IPTV” đư đợc thực hiện từ tháng 02 năm 2012 đến tháng 08 năm 2012 tại trng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. IPTV-Truyền hình qua giao thc Internet, là dịch vụ truyền hình tơng tác, trong đó các tín hiệu truyền hình đợc phân phối trên nền mạng băng rộng. Do nhu cầu khách hàng ngày càng cao nên yếu tố chất lợng dịch vụ QoS đóng vai trò quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Xu hớng hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ muốn nâng cao chất lợng, tiết giảm đầu t nhng vẫn duy trì ổn định hạ tầng mạng IP. Kỹ thuật DiffServ–MPLS là một trong những kỹ thuật đáp ng tốt yêu cầu đảm bảo chất lợng dịch vụ - QoS và đó là lý do chọn lựa thực hiện đề tài “Sử dụng kỹ thuật DiffServ - MPLS để đánh giá chất lợng dịch vụ IPTV”. Trên nền tảng các bài báo[6][7][8][9][10] [11][12] đư triển khai mở rộng để thực hiện đề tài. Cụ thể trong thực nghiệm đư truyền cùng lúc 6 luồng lu lợng Video, Voice, Ftp, Http có mc u tiên khác nhau qua 3 cấu trúc mạng Baseline, DiffServ, DiffServ–MPLS với 9 nút mạng, tải lu lợng Video đầu vào tăng từ thấp đến cao, tải lu lợng nền tăng từ 85% đến 95%. Trong điều kiện mạng tắc nghẽn cao đư áp dụng thuật toán CBWFQ và WRED để xử lý nghẽn và đạt chất lợng tốt trong hệ thống mạng IPTV. Cùng với sự chọn lựa công cụ OPNET 14.5 đư thực hiện mô phỏng 9 kịch bản. Trên cơ sở các kết quả đạt đợc đư so sánh và đánh giá năng lực truyền tải ca các cấu trúc mạng, chất luợng truyền tải nh thông lợng, độ trễ, độ trợt, tỉ lệ mất gói đư đạt theo tiêu chuẩn IETF RFC 3357 và ITU-TG.114. Từ cơ sở lý thuyết và kết quả thực nghiệm, đề tài đư thể hiện những u điểm vợt trội ca kỹ thuật DiffServ-MPLS. Kết hơp DiffServ và MPLS đư cải thiện đợc chất lợng truyền gói tin trong điều kiện mạng nghẽn cao, đảm bảo tốt việc khai thác, quản lý nguồn tài nguyên mạng và đó cũng là kỹ thuật đảm bảo tốt chất lợng dịch vụ IPTV. Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên v ABSTRACT My thesis “Using the DiffServ - MPLS technique to assess the quality of IPTV services” has been studied from February to August 2012 at University of Technical Eductation Ho Chi Minh City. IPTV (Internet protocol television) is the interactive TV service, in which the television signals are distributed on the broadband network. Due to the demand of customers is increasing day by day. Therefore the quality of service become important for the service providers. They want to improve the quality of service and reduce investment but they still maintain stability the infrastructure of IP network. DiffServ - MPLS technique is one of the techniques to ensure the quality of service – QoS. That is the reason I choose the thesis “Using the DiffServ - MPLS technique to assess the quality of IPTV services”. On the basis of the papers [6][7][8][9][10][11][12] I extend to implement my thesis. Specifically, there are 6 traffic flows (Video, Voice, Ftp, Http) which are sent to 3 network structures (Baseline, DiffServ, DiffServ – MPLS) and 9 network nodes by the experiments, the Video traffic flows are increasing from low level to high level and the background traffic load is increasing from 85% to 95%. When the network is been congestion, I use CBWFQ and WRED to reduce congestion and have good results. I choose OPNET 14.5 to simulate 9 scenarios, I compare and evaluate transmission capacity of the network structures on basis results of the experiments. The quality of packets is evaluated by throughput, delay, jitter and packet loss on standard of IETF RFC 3357 and ITU-TG.114 . B asis theory and the results of the experiments, my thesis show the advantages of DiffServ - MPLS technique. Combining DiffServ and MPLS improve the quality of packets and have good at exploitation and management the network resources, and DiffServ - MPLS is the technique to ensure the quality of IPTV services. Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên vi MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Li cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt xiii Danh sách các hình xvi Danh sách các bảng xx Chng 1. TNG QUAN 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cu 1 1.2 Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn ca đề tài 5 1.3 Mục đích ca đề tài 5 1.4 Nhiệm vụ và giới hạn ca đề tài 5 1.4.1 Nhiệm vụ 5 1.4.2 Giới hạn đề tài 6 1.5 Phơng pháp nghiên cu 6 1.6 Kế hoạch thực hiện đề tài 7 Chng 2. C SỞ Lụ THUYT 8 2.1 Kiến trúc hệ thống mạng IPTV 8 2.1.1 Sơ đồ kiến trúc hệ thống 8 2.1.2 ng dụng dịch vụ IPTV 9 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên vii 2.1.3 u và nhợc điểm ca dịch vụ IPTV 9 2.2 Chất lợng dịch vụ - QoS 9 2.2.1 Các vấn đề khi mạng không đợc hỗ trợ QoS 10 2.2.2 Tầm quan trọng ca QoS 11 2.2.3 Đánh giá chất lợng dịch vụ - QoS 12 2.2.4 Các loại chất lợng dịch vụ - QoS 14 2.2.4.1 Dịch vụ Best – Effort 14 2.2.4.2 Dịch vụ tích hợp IntServ 15 2.2.4.3 Dịch vụ phân biệt – DiffServ 15 2.2.4.3.1 Điểm mư dịch vụ phân biệt – DSCP 16 2.2.4.3.2 Đối xử từng chặng – PHB 17 2.2.4.3.2.1 PHB mặc định – Chuyển tiếp BE 17 2.2.4.3.2.2 EF PHB - Chuyển tiếp nhanh EF 17 2.2.4.3.2.3 AF PHB - Chuyển tiếp đảm bảo AF 18 2.2.4.4 Phân lớp lu lợng và điều hòa 19 2.3 Chuyển mạch nhưn đa giao thc MPLS 20 2.3.1 Khái niệm 20 2.3.2 Kiến trúc MPLS 20 2.3.3 Kiến trúc miền MPLS 20 2.3.4 MPLS Header (Tiêu đề nhãn MPLS) 21 2.3.5 Đng chuyển mạch nhưn – LSP 22 2.3.6 Lớp chuyển tiếp tơng đơng – FEC 23 2.3.7 Kỹ thuật lu lợng MPLS (MPLS - TE) 23 2.4 Kết hợp DiffServ – MPLS 23 2.4.1 Đng chuyển mạch nhưn E – LSP 24 2.4.2 Đng chuyển mạch nhưn L – LSP 25 2.5 Các thuật toán 25 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên viii 2.5.1 Loại bỏ gói tin ngẫu nhiên sớm RED 25 2.5.2 Loại bỏ gói tin ngẫu nhiên sớm theo trọng số WRED 27 2.5.3 Hàng đợi cân bằng theo trọng số WFQ 27 2.5.4 Hàng đợi cân bằng theo trọng số dựa trên cơ sở lớp CB WFQ 27 Chng 3. MÔ PHNG IPTV TRÊN OPNET 29 3.1 Vấn đề về mô phỏng 29 3.2 Công cụ mô phỏng – OPNET 14.5 29 3.2.1 Giới thiệu 29 3.2.2 Cài đặt OPNET 14.5 29 3.3 Mô phỏng IPTV trên OPNET 30 3.3.1 Cấu hình mạng mô phỏng 30 3.3.2 Các kịch bản mô phỏng 31 3.3.2.1 Kịch bản 1: Low_Video_Baseline 31 3.3.2.2 Kịch bản 2: Low_Video_DiffServ 32 3.3.2.2.1 Phân lớp và đánh dấu lu lợng 33 3.3.2.2.2 Lập lịch WFQ 33 3.3.2.2.3 Cấu hình RED 34 3.3.2.2.4 Cấu hình chính sách lu lợng 34 3.3.2.3 Kịch bản 3: Low_Video_DiffServ_MPLS 34 3.3.2.4 Cấu hình MPLS –TE 35 3.3.2.5 Kịch bản 4: Mid_Video_Baseline 36 3.3.2.6 Kịch bản 5: Mid_Video_DiffServ 37 3.3.2.7 Kịch bản 6: Mid_Video_DiffServ_MPLS 37 3.3.2.8 Kịch bản 7: High_Video_Baseline 38 3.3.2.9 Kịch bản 8: High_Video_DiffServ 38 3.3.2.10 Kịch bản 9: High_Video_DiffServ_MPLS 39 3.3.2.11 Lu đồ mô phỏng mạng Baseline, DiffServ, DiffServ_MPLS 40 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên ix 3.3.2.12 Thi gian chạy mô phỏng 41 Chng 4. KT QU MÔ PHNG VÀ ĐÁNH GIÁ 42 4.1 Thông lợng 42 4.1.1 Thông lợng kịch bản 1, 2, 3 42 4.1.1.1 Thông lợng Video_AF11 42 4.1.1.2 Thông lợng Video_AF12 43 4.1.1.3 Thông lợng Video_AF13 44 4.1.1.4 Thông lợng Voice_EF 45 4.1.1.5 Thông lợng Ftp_AF21 45 4.1.1.6 Thông lợng Http_AF41 46 4.1.2 Thông lợng kịch bản 4, 5, 6 47 4.1.2.1 Thông lợng Video_AF11 47 4.1.2.2 Thông lợng Video_AF12 48 4.1.2.3 Thông lợng Video_AF13 49 4.1.2.4 Thông lợng Voice_EF 50 4.1.2.5 Thông lợng Ftp_AF21 51 4.1.2.6 Thông lợng Http_AF41 52 4.1.3 Thông lợng kịch bản 7, 8, 9 53 4.1.3.1 Thông lợng Video_AF11 53 4.1.3.2 Thông lợng Video_AF12 54 4.1.3.3 Thông lợng Video_AF13 54 4.1.3.4 Thông lợng Voice_ EF 55 4.1.3.5 Thông lợng Ftp_AF21 56 4.1.3.6 Thông lợng Http_AF41 57 4.2 Độ trễ đầu cuối 58 4.2.1 Độ trễ đầu cuối kịch bản 1, 2, 3 58 4.2.1.1 Trễ đầu cuối Video_AF11 58 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên x 4.2.1.2 Trễ đầu cuối Video_AF12 59 4.2.1.3 Trễ đầu cuối Video_AF13 60 4.2.1.4 Trễ đầu cuối Voice_EF 60 4.2.2 Độ trễ đầu cuối kịch bản 4, 5, 6 61 4.2.2.1 Trễ đầu cuối Video_AF11 61 4.2.2.2 Trễ đầu cuối Video_AF12 62 4.2.2.3 Trễ đầu cuối Video_AF13 63 4.2.2.4 Trễ đầu cuối Voice_EF 64 4.2.3 Độ trễ đầu cuối kịch bản 7, 8, 9 64 4.2.3.1 Trễ đầu cuối Video_AF11 64 4.2.3.2 Trễ đầu cuối Video_AF12 65 4.2.3.3 Trễ đầu cuối Video_AF13 66 4.2.3.4 Trễ đầu cuối Voice_EF 67 4.3 Biến động trễ 68 4.3.1 Biến động trễ kịch bản 1, 2, 3 68 4.3.1.1 Biến động trễ Video_AF11 68 4.3.1.2 Biến động trễ Video_AF12 69 4.3.1.3 Biến động trễ Video_AF13 69 4.3.1.4 Biến động trễ Voice_EF 70 4.3.2 Biến động trễ kịch bản 4, 5, 6 71 4.3.2.1 Biến động trễ Video_AF11 71 4.3.2.2 Biến động trễ Video_AF12 72 4.3.2.3 Biến động trễ Video_AF13 73 4.3.2.4 Biến động trễ Voice_EF 73 4.3.3 Biến động trễ kịch bản 7, 8, 9 74 4.3.3.1 Biến động trễ Video_AF11 73 4.3.3.2 Biến động trễ Video_AF12 75 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên xi 4.3.3.3 Biến động trễ Video_ AF13 76 4.3.3.4 Biến động trễ Voice_EF 77 4.4 Mất gói tin 77 4.4.1 Mất gói tin kịch bản 1, 2, 3 78 4.4.1.1 Mất gói tin Video_AF11 78 4.4.1.2 Mất gói tin Video_ AF12 79 4.4.1.3 Mất gói tin Video_ AF13 80 4.4.1.4 Mất gói tin Voice_EF 81 4.4.1.5 Mất gói tin Ftp_AF21 82 4.4.1.6 Mất gói tin Http_AF41 83 4.4.2 Mất gói tin kịch bản 4, 5, 6 84 4.4.2.1 Mất gói tin Video_AF11 85 4.4.2.2 Mất gói tin Video_AF12 86 4.4.2.3 Mất gói tin Video_AF13 87 4.4.2.4 Mất gói tin Voice_EF 88 4.4.2.5 Mất gói tin Ftp_AF21 89 4.4.2.6 Mất gói tin Http_AF41 90 4.4.3 Mất gói tin kịch bản 7, 8, 9 91 4.4.3.1 Mất gói tin Video_AF11 91 4.4.3.2 Mất gói tin Video_AF12 92 4.4.3.3 Mất gói tin Video_AF13 93 4.4.3.4 Mất gói tin Voice_EF 94 4.4.3.5 Mất gói tin Ftp_AF21 95 4.4.3.6 Mất gói tin Http_AF41 96 4.5 Biểu đồ đánh giá các kết quả mô phỏng… ………………………………… ….97 4.5.1 Thông luợng kịch bản 1,2,3……….………………………………………… …97 4.5.2 Thông luợng kịch bản 4,5,6………………………………………………….…98 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS. Phạm Hồng Liên xii 4.5.3 Thông luợng kịch bản 7,8,9…………………………………………………….99 4.5.4 Trễ đầu cuối kịch bản 1,2,3…………………………………………………….100 4.5.5 Trễ đầu cuối kịch bản 4,5,6…………………………………………………….101 4.5.6 Trễ đầu cuối kịch bản 7,8,9…………………………………………………….102 4.5.7 Biến động trễ kịch bản 1,2,3………………………………………………… 102 4.5.8 Biến động trễ kịch bản 4,5,6………………………………………………… 104 4.5.9 Biến động trễ kịch bản 7,8,9………………………………………………… 105 4.5.10 Mất gói kịch bản 1,2,3…………………………………………………… …106 4.5.11 Mất gói kịch bản 4,5,6…………………………………………………… …107 4.5.12 Mất gói kịch bản 7,8,9…………………………………………………… …108 Chng 5. KT LUẬN VÀ HỚNG PHÁT TRIỂN 109 5.1 Kết luận 109 5.2 Hớng phát triển 111 TÀI LIU THAM KHO 112 PHỤ LỤC . THỰC THI VÀ MÔ PHNG MNG 115 P.1 Tổng hợp các lu lợng Video, Voice, Ftp, Http 115 P.2 Các tham số cấu hình DiffServ 117 P.3 Các tham số cấu hình DiffServ - MPLS 120 P.4 Chi tiết các đng dẫn LSP 122 [...]... kết nối xảy ra Do vậy kết hợp DiffServ - MPLS là kỹ thuật khai thác, quản lý nguồn tài nguyên mạng đạt hiệu quả, đảm bảo tốt việc nâng cao chất l ợng dịch vụ IPTV[ 20] Trong th i gian qua có nhiều bài báo đư phân tích, đánh giá chất l ợng dịch vụ thông qua kỹ thuật truyền các gói tin trên mạng cụ thể là: Kỹ thuật Baseline, DiffServ, MPLS, DiffServ MPLS đồng th i cũng đư đánh giá chỉ tiêu các thông số nh... phân tích, đánh giá trên từng cục diện riêng cụ thể: - Bài báo[6], phân tích chất l ợng dịch vụ IPTV L u l ợng Video, Ftp đ ợc truyền qua miền mạng DiffServ, chuẩn Video MPEG_4[18] đ ợc áp dụng cùng với thuật toán RED[2][4][22] đ ợc sử dụng để xử lý nghẽn cho mạng IPTV - Bài báo 2007[7], phân tích QoS, mạng áp dụng kỹ thuật DiffServ- MPLS Các lớp dịch vụ EF, AF11, AF13, và AF21 u tiên áp dụng cho Video,... quí giá, nên vấn đề khai thác, chia sẽ băng thông và đảm bảo chất l ợng dịch vụ là yêu cầu cấp thiết đ ợc thực tế đặt ra đối với các nhà cung cấp dịch vụ IPTV DiffServ – MPLS là một trong những kỹ thuật quản lý và khai thác nguồn tài nguyên mạng đạt hiệu quả và cũng là đề tài đ ợc lựa chọn thực hiện để đánh giá chất l ợng dịch vụ IPTV [20] 1.3 M c đích c a đ tƠi - Xem xét, đánh giá khả năng đảm bảo chất. .. thực tế và bằng mô phỏng N i dung - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về: Kỹ thuật IPTV, các giao th c mạng, các loại dịch vụ Best - Effort, dịch vụ Intserv, dịch vụ Diffserv, chuyển mạch gói IP, chuyển mạch nhưn đa giao th c MPLS, các thuật toán ng dụng cho dịch vụ, các bài toán mô phỏng về chất l ợng dịch vụ IPTV[ 20] - Tìm hiểu việc cài đặt và sử dụng phần mềm mô phỏng OPNET 14.5 và các phần 6 Luận văn tốt nghiệp... cung cấp dịch vụ Vì thế yêu cầu về QoS là thiết thực và rất cần thiết trong việc nâng cao chất l ợng dịch vụ IPTV nhất là trong tình hình hội tụ công nghiệp mạng nh hiện nay 2.2.3 Đánh giá chất l ng dịch v - QoS Chất l ợng dịch vụ IPTV- QoS th ng đ ợc đánh giá theo tiêu chuẩn các thông số nh : Băng thông, độ trễ, độ tr ợt và tỉ lệ mất gói tin Đánh giá các tiêu chí về QoS [20] chính là xem xét chất l ợng... các ng dụng Voice, Video, Ftp, Http tại th i điểm mạng xảy ra xác suất nghẽn cao - Với các kết quả đạt đ ợc từ thực nghiệm sẽ lựa chọn mô hình kỹ thuật dịch vụ nào để đảm bảo đ ợc chất l ợng dịch vụ QoS cho mạng IPTV[ 20] 1.4.2 Gi i h n đ tƠi Đề tài không tập trung đi nghiên c u sâu vào kiến trúc mạng DiffServ MPLS[ 15] mà tập trung vào chất l ợng chuyển tiếp gói tin: Áp dụng kỹ thuật DiffServ để phân... dịch vụ_ QoS c a mạng IPTV thông qua các cấu trúc mạng Baseline, DiffServ và DiffServ – MPLS - So sánh năng lực truyền tải c a mạng Baseline, DiffServ, DiffServ – MPLS trong tình trạng mạng xảy ra tắc nghẽn cao và khả năng xử lý nghẽn c a từng cấu trúc mạng - Áp dụng các thuật toán CBWFQ, WRED[2][4][22] vào kiến trúc mạng để nâng cao hiệu quả hoạt động c a chúng - Đánh giá khả năng sử dụng kết hợp kỹ. .. phục vụ ng 2.1.2 i xem[24] ng d ng dịch v IPTV - Dịch vụ truyền hình quảng bá: Live TV, Time-Shifted TV, NvoD… - Dịch vụ theo yêu cầu: VoD, TvoD, Music on Demand… - Dịch vụ thông tin và truyền thông: Information, Video Conference… - Dịch vụ gia tăng khác: TV Mail, Photo Album, Video Blog, Game Online… 2.1.3 u vƠ nh c đi m c a dịch v IPTV - Khả năng triển khai rộng khắp các dịch vụ đến khách hàng: Sử dụng. .. thông qua kỹ thuật DiffServ - MPLS Phân lớp dịch vụ EF, AF11, AF21; dùng các thuật toán WFQ, RED, CAR[2][4][22][19] để xử lý nghẽn; tăng độ phân giải l u l ợng Video nhằm xem xét năng lực truyền tải c a mạng Qua đó đư so sánh chất l ợng gói tin khi truyền qua cấu trúc mạng Baseline, DiffServ, MPLS, DiffServ - MPLS - Bài báo 2010[10], kết hợp dịch vụ DiffServ trên mạng Internet thế hệ sau Chất l ợng... cầu dịch vụ QoS cung cấp đảm bảo chất l ợng dịch vụ đối với các ng dụng nh : Voice, Video Data Chất l ợng dịch vụ đ ợc đánh giá thông qua các tiêu chuẩn về: Thông l ợng, độ trễ, độ tr ợt và tỉ lệ mất gói tin QoS thực thi tốt đối với các nguồn tài nguyên mạng khác nhau, mục đích chính c a QoS là đảm bảo chất l ợng dịch vụ đồng th i hỗ trợ cho các cấu trúc mạng Tổ ch c IETF đư đ a ra các mô hình dịch vụ, . thuật đáp ng tốt yêu cầu đảm bảo chất lợng dịch vụ - QoS và đó là lý do chọn lựa thực hiện đề tài Sử dụng kỹ thuật DiffServ - MPLS để đánh giá chất lợng dịch vụ IPTV . Trên nền tảng các bài. dụng kỹ thuật DiffServ MPLS để đánh giá chất lợng dịch vụ IPTV đư đợc thực hiện từ tháng 02 năm 2012 đến tháng 08 năm 2012 tại trng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. IPTV- Truyền. lợng dịch vụ - QoS 9 2.2.1 Các vấn đề khi mạng không đợc hỗ trợ QoS 10 2.2.2 Tầm quan trọng ca QoS 11 2.2.3 Đánh giá chất lợng dịch vụ - QoS 12 2.2.4 Các loại chất lợng dịch vụ - QoS 14