Tổng quan về mạng Heterogeneous Wireless ad hoc Network

Vấn đề được đặt ra là trong một môi trường MANET với nhiều loại node khác nhau Laptop, PDA, v.v được gọi là mạng Heterogeneous Wireless Ad-hoc Network HWAN thì vấn đề truyền video multi

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên: NGUYỄN HỮU TRUNG

Ngày, tháng, năm sinh: 22 – 08 – 1983

Nơi sinh: Đồng Nai

Địa chỉ thường trú: 93 Ngô Quyền, TP Kon Tum, Tỉnh Kon Tum

Địa chỉ liên lạc: 130 Ngô Quyền, TP Kon Tum, Tỉnh Kon Tum

Điện thoại: +84.91.955.3446

Email: trunghuunguyenkt@gmail.com

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

2001-2006: Sinh viên ngành Điện Tử - Viễn Thông, Trường Đại học

Bách Khoa TPHCM, tốt nghiệp loại khá

2006-2008: Học viên cao học ngành Kỹ Thuật Điện Tử, Trường Đại học

Bách Khoa TPHCM

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

Từ 3-2006 đến 9-2006: Kỹ sư tại Công ty Truyền Hình Cáp SCTV

Từ 9-2006 đến nay: Kỹ sư tại Công ty Tư Vấn Khoa Học Máy Tính (CSCV)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy TS Nguyễn Minh Hoàng, Thầy đã luôn tận tình chỉ bảo và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này Thầy đã cho tôi những lời khuyên ý nghĩa, và quan trọng trong việc nghiên cứu.Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô trong trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đặc biệt là các Thầy, Cô thuộc bộ môn Viễn Thông, những người đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho tôi những kiến thức trong suốt thời gian thời gian học Cao học cũng như học Đại học tại trường

Xin được gửi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình đã luôn có những lời động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè, đồng nghiệp Các bạn trong dự án invivodata, chị Ngọc Đặng, bạn Thiện Trần Đặc biệt là bạn Trang Nguyễn, và các thành viên trong lớp cao học kỹ thuật điện tử 2007; các bạn Vinh Nguyễn, Thế Anh

Họ đã luôn nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi vượt qua các khó khăn trong học tập cũng như chia sẻ trong công việc

TPHCM, tháng 07 năm 2009 Nguyễn Hữu Trung

TÓM TẮT

Cùng với sự phát triển rất nhanh của kỹ thuật công nghệ, mạng Mobile Ad-hoc

Network (MANET) ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi Trong thời

gian gần đây các ứng dụng multicast ngày càng được chú ý với các ứng dụng như chia sẻ hình ảnh, video, các ứng dụng trong audio/video conference Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các thiết bị đầu cuối (Laptop, PDA, điện thoại di động, v.v) ngày càng được tích hợp nhiều chức năng, capacity của thiết bị được cải thiện đáng kể Vấn đề được đặt ra là trong một môi trường MANET với

nhiều loại node khác nhau (Laptop, PDA, v.v) được gọi là mạng Heterogeneous

Wireless Ad-hoc Network (HWAN) thì vấn đề truyền video multicast sẽ gặp một số

trở ngại về giới hạn băng thông, dung lượng khác nhau của các node trong mạng, và tính chất biến đổi của đồ hình mạng

Luận văn này tập trung nghiên cứu vấn đề truyền video multicast trong môi trường mạng HWAN Dựa vào một số nghi thức định tuyến multicast đáp ứng cho truyền thông video multicast trong môi trường MANET [2][4], ứng dụng trong môi trường

HWAN Luận văn này đề xuất một nghi thức định tuyến được gọi là QoS Multicast

Routing Protocol (QMRP), mục đích là đáp ứng cho chất lượng dịch vụ khác nhau

của các user đầu cuối, và kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group nhằm phục vụ một số ứng dụng như là tạo Blacklist để cấm một số node không mong muốn gia nhập multicast group Các kết quả mô phỏng cho thấy nghi thức

định tuyến này cho kết quả tốt hơn các nghi thức định tuyến Multicast Ad-hoc

On-Demand Distance Vector Protocol (MAODV) và On-demand Multicast Routing Protocol (ODMRP) về việc phân phát dữ liệu với yêu cầu chất lượng khác khau của

các node đích, đáp ứng tốt hơn cho mobility, kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group Nhưng bù lại là việc đánh đổi về routing overhead cũng như

là băng thông hao phí trong mạng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

RDVMR Robust Demand-driven Video Multicast Routing

Serial MDTMR Serial multiple disjoint trees multicast routing protocol Parallel MNTMR Parallel multiple nearly-disjoint trees multicast

MT-MAODV Multiple Trees Multicast Ad Hoc On-demand Distance

Vector

SPTM Shortest path tree based multiple paths

LCTM Least cost tree based multiple paths

MD video multicast Multiple description video multicast

MSPT Multiple Trees Based on Shortest Path Tree

MAODV Multicast Ad-hoc On-Demand Distance Vector ProtocolODMRP On-demand Multicast Routing Protocol

Chương 1 Giới thiệu

Chương này sẽ giới thiệu về mạng Heterogeneous Wireless ad hoc Network (HWAN), những hạn chế của mạng HWAN trong truyền thông video Chương này cũng

đề cập đến các công trình nghiên cứu liên quan đến việc truyền video multicast trong mạng, mục tiêu của luận văn

và bố cục của luận văn

1.1 Tổng quan về mạng Heterogeneous Wireless ad hoc Network

1.1.1 Giới thiệu về mạng Moblile Wireless Ad hoc Network

Mạng máy tính, mạng viễn thông ngày càng phát triển Yêu cầu truy nhập của các user ngày càng nhiều ở mọi lúc, mọi nơi Đặc biệt với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị di động như laptop, điện thoại di động, PDA…dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin tăng nhanh Do đó cần có một mạng thực hiện kết nối giữa các thiết bị vô tuyến với nhau và giữa các thiết bị vô tuyến với mạng hữu tuyến Tuy nhiên, những thiết bị này đòi hỏi phải có một cơ sở hạ tầng thì mới có thể kết nối mạng với nhau được Đối với điện thoại di động chúng ta cần có sự hoạt động của một mạng cell, các máy tính xách tay thì cần các Access Point (AP) để kết nối thành mạng cục bộ không dây (WLAN)

Nhưng không phải lúc nào chúng ta cũng có thể lắp đặt các thiết bị hạ tầng này Đó

có thể là những nơi mà điều kiện không cho phép như chiến trường hay những nơi đang bị thiên tai núi lửa, động đất hay lụt lội Vậy chúng ta phải làm sao để có thể tiếp tục sử dụng được sự tiện lợi của mạng không dây? Vì thế Mobile Wireless Ad hoc Network (MANET) [1] đã ra đời trong hoàn cảnh đó

Hình 1.1 Mobile Wireless Ad hoc Network

Tương lai của công nghệ thông tin sẽ dựa chủ yếu vào công nghệ không dây Những mạng di động tế bào và mạng truyền thống vẫn sẽ còn tồn tại Tuy nhiên ở một khía

cạnh nào đó các mạng này sẽ bị hạn chế bởi các kiến trúc hạ tầng mà các mạng này đòi hỏi (chẳng hạn như các trạm thu phát gốc, các bộ định tuyến) Đối với mạng MANET thì những hạn chế này đã được loại bỏ.

MANET là chìa khóa cho sự phát triển của các mạng không dây Mạng MANET thường được tạo nên bởi các node ngang hàng, giao tiếp nhau thông qua kênh truyền vô tuyến mà không cần bất kì bộ điều khiển trung tâm nào Mặc dù vẫn được dùng chủ yếu trong quân sự, nhưng các ứng dụng về thương mại đã ngày càng được phát triển Những ứng dụng như nhiệm vụ giải cứu trong các thảm họa thiên nhiên, các mục đích thương mại và giáo dục, mạng cảm biến không dây… ngày càng phát triển

1.1.2 Giới thiệu về Heterogeneous Wireless ad hoc Network

Heterogeneous Wireless ad hoc Network (HWAN) đơn giản là mạng MANET với các node là các thiết bị đầu cuối với dung lượng khác nhau Có một vài thông số có thể là giới hạn dung lượng của một node, như là năng lượng còn lại, số session tham gia, kích thước buffer và loại node (laptop, PDA, …)

Hình 1.2 Heterogeneous wireless ad hoc network

Heterogeneous Wireless Ad Hoc Network khá khó khăn trong việc multicast vì sự khác biệt về dung lượng các thiết bị đầu cuối và các yêu cầu QoS khác nhau, truyền

thông video cho mạng Heterogeneous Wireless Ad Hoc Network được áp dụng cho các mục đích dân sự và quân sự ngày càng được quan tâm trong thời gian gần đây, các ứng dụng cụ thể như truyền video theo yêu cầu (video-on-demand) và group

video conferencing Bài tóan đặt ra là vấn đề hạn chế của mạng Heterogeneous

Wireless Ad Hoc Network về băng thông và dung lượng mà truyền thông video lại đòi hỏi khá cao về điều này nên giải pháp được đưa ra để giải quyết bài tóan này là việc áp dụng các nghi thức định tuyến multicast riêng cho mạng Heterogeneous Wireless Ad Hoc Network và giải pháp cung cấp chất lượng dịch vụ video khác nhau tùy thuộc dung lượng và băng thông hiện diện của từng tuyến trong cùng một multicast group.

1.2 Các công trình nghiên cứu và mục tiêu của luận văn

1.2.1 Các công trình nghiên cứu

Multicasting là việc truyền dữ liệu dạng datagram đến một nhóm các host được xác đinh bởi một địa chỉ duy nhất [3] Có rất nhiều ứng dụng trong đó cơ chế truyền multicast từ một nguồn đến nhiều đích được sử dụng như: ứng dụng chia sẻ văn bảng và hình ảnh, ứng dụng audio và video conferencing … Đối với các ứng dụng như vậy thì việc sử dụng multicasting trong mạng sẽ tạo ra nhiều lợi thế Multicasting giảm chi phí thông tin cho các ứng dụng gửi dữ liệu giống nhau đến nhiều người nhận Thay vì việc gửi nhiều lần đến nhiều người nhận thông qua nghi thức định tuyến unicast, thì nghi thức định tuyến mulicast có thể giảm thiểu băng thông tiêu thụ trên mạng, giảm quá trình sử lý cho node nguồn, và delay [5]

Nhiều nghi thức định tuyến multicast được đề suất cho mạng MANET [6], trong đó tiêu biểu là Multicast Ad-hoc On-Demand Distance Vector (MAODV) [46] và On-demand Multicast Routing Protocol (ODMRP) [47] MAODV là nghi thức định tuyến cải tiến của nghi thức unicast AODV được ứng dụng cho multicast, trong đó việc khám phá tuyến là on demand nghĩa là khi một node có nhu cầu multicast thì

nó sẽ khởi tạo việc khám và xây dựng tuyến, nghi thức này xây dựng multicast tree cho tuyến dựa vào thuật toán Shortest Path Tree (SPT), nghĩa là chỉ có một tuyến

giữa nguồn và đích Nghi thức ODMRP cũng là nghi thức định tuyến dạng on demand nhưng nó xây dựng multcast mesh cho tuyến nghĩa là có thể tồn tại nhiều tuyến giữa nguồn và đích Ưu điểm chính của MAODV là số forwarding node và routing overhead thấp, shortest path luôn được chọn giữa node nguồn và đích, nhưng nhược điểm chính là tỉ lệ rớt gói cao do chỉ có một tuyến từ nguồn đến đích, điều này có thể được khắc phục bằng cách xây dựng nhiểu multicast tree Ngược lại, ODMRP khắc phục được nhược điểm của MAODV do tính chất đa đường của

nó, nhưng bù lại số node forwarding và routing overhead lại cao

Trong thời gian gần đây có khá nhiều công trình nghiên cứ về multicast video trên mạng MANET Nghi thức Multiple tree được gọi là nghi thức Robust Demand-driven Video Multicast Routing (RDVMR) đươc đề suất bởi [2] RDVMR lợi dụng tính đa đường và biến đổi đa dạng lỗi của Multiple Description Coding (MDC) RDVMR Cấu trúc multiple trees (K-tree) song song với việc giảm số node chia sẻ giữa chúng để cung cấp robustness chống lại các tuyến hư Một tuyến đường mới dựa vào việc khám phá Steiner tree được đề suất để giảm số node forwarding và như một hệ quả để giảm overhead

Multiple description (MD) video multicast trong mạng MANET được đề suất bởi [4] Trong nghiên cứu này một số multicast trees được sử dụng, với mỗi multicast tree đáp ứng cho một video description Hơn nữa, mỗi description được chia thành các lớp như là base layer và một số lớp enhancement Các gói phụ thuộc vào description giống nhau từ cả base layer và enhancement layer được truyền đi ở cây giống nhau Tác giả đã chỉ ra rằng MD video multicast tương đương này có thể có hiệu quả đối với những đường liên kết hay bị hỏng và chất lượng các đường liên khác nhau kết trong wireless ad hoc networks

1.2.2 Mục tiêu của luận văn

Các định tuyến Multicast như là MAODV và ODMRP có thể ứng dụng trong việc truyền video multicast tận dụng các ưu điểm của MDC, nhưng hiệu quả không cao Mục tiêu chính của các nghiên cứu gần đây là tăng chất lượng của các tín hiệu

video nhận được bằng cách khai thác tính đa đường và tính chất co giãn lỗi của

MDC Ta thấy các nghiên cứu trước đây không xem xét đến tính chất hỗn tạp của

các node trong mạng (như là loại node, capacity của node, v.v), cũng như không chú trọng đến việc kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group.

Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu và cải tiến nghi thức định tuyến multicast cho việc truyền video đáp ứng cho chất lượng dịch vụ khác nhau trong đó có xem xét tính hỗn tạp của các node trong mạng (HWAN), available links bandwidth và capacity của node, đồng thời đề xuất một số thay đổi trong nghi thức định tuyến multicast để kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group nhằm phục vụ cho một số ứng dụng như là tạo Blacklist để cấm một số node không mong muốn gia nhập multicast group

1.3 Bố cục của luận văn

Luận văn được chia làm sáu chương, chương đầu là chương giới thiệu tổng quan về mạng HWAN, về định tuyến video multicast, các công trình nghiên cứu liên quan

và hướng phát triển của đề tài Chương hai là chương đề cập đến các kiến thức nền tảng như kiến thức về multicast, về truyền video trên mạng wireless ad hoc, cũng như giới thiệu về định tuyến multicast trên mạng wireless ad hoc Chương ba và chương bốn là hai chương chính của luận văn Chương ba đề cập đến nghi thức định tuyến multicast, cũng như việc thay đổi một số bước trong quy trình định tuyến nhằm phục vụ cho việc kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group Sự thay đổi này chủ yếu nằm ở mục 3.1 và 3.2 Chương bốn nói lên thuật tóan xây dựng multicast tree với việc xem xét tính hỗn tạp của các node trong mạng Các mô phỏng để đánh giá hiệu quả của phương pháp nằm ở chương năm và cuối cùng chương sáu nêu lên các vấn đề còn tồn đọng, kết luận cũng như hướng phát triển của luận văn

Chương 2 Các kiến thức nền tảng

Các kiến thức nền tảng cho việc xây dựng định tuyến video multicast sẽ được đề cập trong chương này Khái niệm về định tuyến multicast, và các thách thức trong việc truyền video trong mạng Khái niệm về Multiple Description Coding (MDC), và ưu điểm của nó trong việc ứng dụng vào truyền thông video Cũng như kiến thức về multicast trong mạng HWAN

2.1 Các loại định tuyến và ứng dụng trong việc truyền video

2.1.1 Unicast

Các gói tin được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một địa chỉ đích Một router hoặc một thiết bị lớp 3 sẽ chuyển các gói tin bằng cách tìm địa chỉ đích trong bảng định tuyến Nếu một thiết bị là lớp 2, nó chỉ cần dựa vào địa chỉ MAC

Phương thức unicast yêu cầu rằng các ứng dụng video gửi một bản copy của từng gói tin đến mọi địa chỉ unicast của các thành viên của nhóm Để hỗ trợ hình ảnh đẹp, mỗi dòng video yêu cầu 1.5 Mbps cho mỗi máy nhận Nếu chỉ có một vài máy nhận, phương thức này làm việc được nhưng yêu cầu băng thông là n*1.5Mbps trong đó n là số host nhận

Khi số máy tham gia vào tăng lên hàng trăm hoặc hàng ngàn, tải trên server để tạo

ra các phiên bản của dữ liệu cũng tăng lên Đối với 100 người dùng, phần băng thông yêu cầu để gửi unicast là 150Mbps Đối với 1000 người dùng, phần băng thông yêu cầu là 1.5Gbps

Phương thức dùng unicast không có khả năng mở rộng Nếu chuyển sang dùng broadcast, ta chỉ cần truyền dữ liệu một lần, tuy nhiên lúc này sẽ gặp vài vấn đề nghiêm trọng Đầu tiên, nếu bên máy nhận nằm trong vùng broadcast domain khác máy gửi, router cần phải truyền dữ liệu broadcast Tuy nhiên, truyền gói tin dạng broadcast có thể là giải pháp tồi nhất vì sẽ tốn rất nhiều băng thông và tăng tải trên tất cả các thiết bị mạng nếu chỉ có một nhóm nhỏ các máy trong mạng thực sự cần nhận gói tin

2.1.2 Broadcast

Các gói tin được gừi từ một máy nguồn đến một địa chỉ đích broadcast Địa chỉ đích

có thể là địa chỉ tất cả các hosts (255.255.255.255) hoặc là một phần của địa chỉ subnet Một router hoặc một switch lớp 3 sẽ không cho phép chuyển các dữ liệu broadcast này Một thiết bị lớp 2 sẽ cho phép phát tán broadcast traffic ra tất cả các cổng của nó

2.1.3 Multicast

Các gói được gửi từ một địa chỉ nguồn đến một nhóm các máy tính Địa chỉ đích tượng trưng bằng các host muốn nhận traffic này Mặc định, một router hoặc một switch lớp 3 sẽ không chuyển các gói tin này trừ khi phải cấu hình multicast routing Một thiết bị switch lớp 2 không thể nhận biết được vị trí của địa chỉ multicast đích Tất cả các gói sẽ được phát tán ra tất cả các port ở chế độ mặc định.Với cơ chế dùng unicast thì dữ liệu sẽ đi từ host đến host; broadcast thì traffic sẽ đi đến tất cả các host trên phân đoạn mạng đó Cơ chế multicast sẽ nằm giữa hai thái cực này, trong đó máy nguồn chỉ gửi những gói tin từ một host đến các người dùng muốn nhận loại traffic đó Nhóm này gọi là nhóm multicast Các máy nhận multicast traffic có thể nằm ở bất cứ nơi nào chứ không chỉ trên phân đoạn mạng cục bộ

Các traffic dạng multicast thường là một chiều (unidirectional) Do có nhiều host nhận cùng một dữ liệu, nên thông thường các gói tin không được phép gửi ngược về máy nguồn trên cơ chế multicast Một host đích sẽ trả traffic ngược về nguồn theo

cơ chế unicast Cơ chế multicast cũng sẽ được truyền theo kiểu connectionless tức Multicast dùng UDP chứ không dùng TCP

Các host muốn nhận dữ liệu từ một nguồn multicast có thể tham gia hoặc rời khỏi một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào Hơn nữa, một host sẽ quyến định có trở thành thành viên của một hay nhiều nhóm multicast hay không Nguyên tắc cần quan tâm là sẽ hoạch định làm thế nào để phân phối các lưu lượng multicast đến các thành viên của nhóm mà không ảnh hưởng đến các thành viên ngoài nhóm

2.2 Các thách thức trong việc truyền tín hiệu Video trên mạng không dây Ad Hoc.

Các ứng dụng truyền thông video trên mạng có dây được xem là rất quan trọng, cụ thể là truyền video trên mạng Internet thì khá phổ biến Tuy nhiên, với sự phát triển của mạng không dây băng rộng, sự chú ý gần đây tập trung nhiều vào vấn đề truyền

video qua mạng không dây mà đặc biệt là qua mạng MANET Bằng cách tăng băng thông của các kênh vô tuyến và tính toán công suất của các thiết bị di động, các ứng dụng video được chờ đợi sẽ có thể sử dụng trên mạng MANET trong tương lai gần Nhiều ứng dụng truyền video trên mạng MANET như là các hội nghị truyền hình được tổ chức tại nơi chưa có hạ tầng không dây, truyền video trên khu vực chiến trường, và các hoạt động tìm kiếm và cứu nạn sau thảm họa

Truyền thông video về cơ bản khác với truyền dữ liệu, vì các ứng dụng video thường bị trễ và dễ suy hao Mặc dù có thể cho phép một số gói bị mất, chất lượng của video và âm thanh được phục hồi cũng sẽ bị suy giảm, bị lỗi và truyền đi theo các frame liên tiếp do tính chất độc lập giữa các frame trong một nhóm các h́nh ảnh gây ra tại bộ mã hóa [7] Không giống như hình thức truyền dữ liệu là, các gói video ðến trễ thì không thể sử dụng tại bộ giải mã Như vậy, các kỹ thuật truyền phát mà đảm bảo việc việc truyền các gói dữ liệu thành công thì không thể áp dụng đối với các ứng dụng truyền video

Có thêm những thách thức tác động đến việc truyền tín hiệu video trên mạng MANET Thứ nhất, là các nút trong mạng MANET được phép di chuyển tự do, khả năng di động của các node như vậy tạo thành một mạng có tính chất động cao dẫn đến khả năng thay đổi cấu hình nhanh chóng Do việc thiết lập kết nối như thế giữa bên gửi và bên nhận có thể bị phá vỡ trong khi truyền tín hiệu video, gây ra sự gián đoạn, treo hoặc sự cố đối với các tín hiệu video nhận được Thứ hai, kênh truyền không dây bên dưới cung cấp băng thông thấp hơn và thay đổi nhiều hơn mạng có dây Một kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối trong mạng MANET thường gồm nhiều đường liên kết không dây, tạo nên băng thông tương ứng cho từng nút mạng mặc dù dung lượng thấp hơn Thứ ba, một liên kết không dây luôn luôn gặp tỉ lệ lỗi truyền cao do ảnh hưởng của sự che khuất, fading, suy hao đường truyền, và nhiễu từ các nguồn phát khác Một liên kết đầu cuối đến đầu cuối trong mạng MANET có tỉ lệ lỗi cao hơn so với các kết nối không dây đơn hop trong mạng không dây có một hạ tầng, bởi vì nó là sự trùng lặp của liên kết không dây Thứ tư, các thiết bị di động

hoạt động bằng pin đều có năng lượng giới hạn, việc mã hóa tín hiệu video và truyền tín hiệu đi thường tiêu thụ nhiều công suất Các ràng buộc và những thách thức này cùng với độ trễ và bản chất dễ suy hao của các ứng dụng video khiến cho việc truyền thông video trên nền mạng MANET gặp phải những thách thức khó khăn

2.3 Nghiên cứu liên quan đến việc tạo luồng video dùng kỹ thuật phân tập đường truyền

Phân tập đường truyền đã được chứng minh tạo ra sự tăng cường trong các ứng dụng truyền video [8-10] Sự tồn tại đa đường giữa từng cặp đường truyền có thể đúng do cấu hình dạng mắt lưới của mạng MANET Sự đa đường khiến cho các luồng video được chia thành nhiều luồng con khác nhau mà có thể được truyền qua nhiều đường truyền khác nhau một cách đồng thời Nếu sự đa đường là rời nhau, mỗi luồng con đều xảy ra mất gói độc lập về quan hệ Điều này dẫn đến chất lượng tín hiệu video có thể được cải thiện thông qua việc mã hóa video phù hợp và các kỹ thuật phân tán gói dữ liệu Kết nối đa đường có thể dẫn đến ít bị phá hỏng với hơn nhiều so với kết nối đơn đường trong mạng MANET Sự phân tập đường truyền cũng có thể được khai thác để làm giảm mức độ tắc nghẽn của mạng MANET [11] Trong phần này, trình bày lại các lược đồ truyền tín hiệu video có kể đến sự phân tập đường truyền

2.3.1 Luồng Video đa đường trên mạng có dây

Tác giả Nguyen và Zakhor [12] đề xuất một cơ cấu dùng các luồng video đồng thời đến từ nhiều vị trí phản chiếu đến một bộ thu riêng lẻ để làm tăng băng thông đáp ứng và làm giảm mất gói và trì hoãn Bộ thu phối hợp việc truyền đồng thời từ nhiều bộ gửi thông qua gói tin điều khiển được gửi đến tất cả các bộ gửi Giao thức

đề xuất sử dụng một lược đồ phân bố tỉ lệ để xác định tỉ lệ gửi của từng tuyến và giải thuật phân chia gói nhằm đảm bảo mỗi gói được gửi chỉ một lần Trong [13], tác giả Nguyen và Zakhor phát triển thêm giải thuật phân bố tỉ lệ có kết hợp với sửa lỗi rổi chuyển tiếp (FEC) để tránh sự mất gói chùm

Họ chứng tỏ rằng việc kết hợp FEC và truyền đa đường thì có hiệu quả hơn sử dụng FEC kết hợp với truyền đơn đường trong mạng Internet có dây Họ cũng đề xuất giải pháp tối ưu trong việc sử dụng FEC cho các điều kiện môi trường khác nhau Trong [14] tác giả Nguyen và Zakhor đề xuất một hệ thống phân tập cho phép một

bộ gửi riêng lẻ gửi các gói dữ liệu đồng thời trên cả đường truyền mặc định và đường truyền dự phòng đến bộ thu sử dụng kỹ thuật mạng phủ chồng

Trong [8], tác giả Apostolopoulos đề xuất kỹ thuật giải mã video đa trạng thái để mã hóa tín hiệu video thành nhiều luồng độc lập có thể giải mã được và phát các luồng khác nhau một cách tường minh thông qua các đường truyền mạng khác nhau trong mạng có dây Tác giả cũng đề xuất hai hướng để tạo sự đa đường trong mạng Internet có dây Đầu tiên là thông qua định tuyến địa chỉ IP nguồn và một hướng khác là thông qua các nút chuyển tiếp Trong [15], các tác giả đã thiết kế hệ thống truyền thông video (MDC) mang lại hiệu qủa về mặt cân bằng và không cân bằng Các luồng video Multiple Description Coding (MDC) không cân bằng được tạo ra bằng cách điều chỉnh tốc độ khung của từng description Trong [16], các tác giả đã phát triển các mô hình để dự đoán và so sánh sự méo dạng của tín hiệu video MDC

và sự phân tập đường truyền đối với tín hiệu video SDC (Single Description Coding) trên một đường truyền riêng lẻ Trong CDN (Content Delivery Network), các tác giả trong [17] đề xuất phân tán các luồng video MDC từ các máy chủ khác nhau mà điều này cũng tương đương với việc phát các tín hiệu video MDC qua các đường mạng khác nhau

Trong [18], Chakareski, at al đã so sánh chất lượng của việc truyền video MDC và việc mã hóa theo lớp trên cả đường truyền đơn lẻ và đa đường trong mạng Internet

có dây Họ kết luận rằng khi liệt kê gói tối ưu theo tỉ lệ méo dạng được áp dụng thì việc mã hóa theo lớp sẽ tốt hơn MDC Nói cách khác, khi không sử dụng liệt kê gói như vậy, thì MDC làm tốt hơn mã hóa theo lớp

Begen, et al trong bài báo [19] đã nghiên cứu làm thế nào để chọn lựa nhiều đường

mà vẫn cực đại giá trị trung bình về chất lượng của video tại các máy client trong

mạng Internet chuyển tiếp Vấn đề tối ưu của bài báo [19] là NP-hard, nhưng khó áp dụng trong cấu hình mạng lớn Mao et al [20] đề xuất thêm một phương pháp biến đổi thực nghiệm dựa trên giải thuật Genetic để giải quyết bài toán lựa chọn đường truyền ở trên Tuy nhiên các phương pháp này quá phức tạp để thực hiện trong thời gian thực Cũng với các mô hình xem xét hoặc không có sự giao thoa của luồng video trên các đường truyền lân cận hoặc không có sự ảnh hưởng của luồng video nhập đối với đặc tính của đường truyền; Điều này không phù hợp trong mạng Ah Hoc không dây hiện hành bởi vì, một luồng video mới nhìn chung cần tỉ lệ lớn tài nguyên của mạng không dây, như vậy sẽ làm thay đổi đặc tính của các đường truyền không dây một cách đáng kể

Trong [21], các tác giả chọn ra hai đường truyền với sự tương quan tối thiểu của các luồng video MDC trên mạng Internet Trong [22], Chen et al giới thiệu một phương pháp thực nghiêm đa đường mà thu được băng thông yêu cầu cho ứng dụng video

từ đầu cuối đến đầu cuối Các tác giả cũng đề xuất một giải thuật liệt kê dữ liệu được thực hiện tại máy chủ và gặt hái được sự trì hoãn đầu cuối đến đầu cuối là tối thiểu theo lý thuyết Các tác giả trong [23] đã đề xuất giải thuật phân bố tỉ lệ cho video MDC kết hợp với phân tập đường truyền để tối thiểu hóa méo dạng tổng quát dựa trên băng thông có sẵn ước lượng được và tỉ lệ mất gói Trong [24], Lian đã đề xuất việc truyền video qua Internet sử dụng phân tập đường và tối ưu tỉ lệ méo ảnh hưởng đến việc chọn hình

Kỹ thuật multicast truyền video MDC thông qua một cấu trúc nhiều cây đầu tiên được thảo luận trong CoopNet [25] trong bối cảnh truyền video multicast trên mạng ngang hàng để tránh cho các máy chủ web không bị quá tải do số lượng lớn các yêu cầu truy xuất CoopNet sử dụng một lược độ quản lý cây tập trung, trong đó mỗi cây liên kết chỉ là một liên kết logic, bao gồm một vài liên kết vật lý và như vậy thì không hiệu quả trong mạng MANET Phương pháp này sử dụng trong CoopNet không phù hợp cho viêc phát video multicast trên mạng MANET Basal và Zakhor [26] đề xuất truyền các luồng video multicast trên mạng Internet thông qua giải thuật K-DAGs (Directed Acyclic Graphs) trong đó mỗi bộ thu có k cấp trên Tương

tự như cây unicast, bởi các luồng video từ nhiều cấp trên, suy hao giữa các đường khác nhau không tương quan, giảm lỗi mất gói chùm, do đó cải thiện tính hiệu quả của FEC Các tác giả cũng nêu ra một tỉ lệ phân bố và giải thuật phân chia gói để điều chỉnh tốc độ gửi từ mỗi cấp trên dựa trên đặc tính suy hao của mỗi đường truyền để làm giảm tối thiểu tổng tổn hao tại máy thu

2.3.2 Luồng video đa đường trên mạng không dây

Trong [27], các tác giả đề xuất việc truyền video được phân lớp mã hóa trên nhiều đường trong mạng MANET Trong sơ đồ của họ, dựa trên lớp và cải tiến các gói theo lớp được truyền đi trên các đường khác nhau Dựa vào các gói phân lớp được bảo vệ bởi nghi thức ARQ (Automatic Repeat Request) Một gói phân lớp gốc bị mất thì được truyền lại thông qua đương truyền nơi việc gói phân lớp cải tiến được phát đi Các tác giả trong [28] đề xuất truyền các luồng con MDC khác nhau trên nhiều đường khác nhau trong mạng MANET Trong [29], các tác giả so sánh hiệu qủa của việc truyền video MDC và video mã hóa theo lớp trên nhiều đường Họ kết luận rằng khi việc truyền lại không được phép, MDC thực hiện tốt hơn mã hóa theo lớp Khi việc truyền lại được phép, nếu tỉ lệ suy hao trên hai đường là tương tự thì hiệu quả của MDC cũng tương tự như hiệu quả của việc truyền video có mã hóa theo lớp kết hợp với ARQ và khi tỉ lệ suy hao của hai đường là khác nhau, hiệu quả của MDC thấp hơn truyền video có mã hóa theo lớp kết hợp ARQ

Trong [11][30], Setton, et al đã phát triển giải thuật định tuyến đa đường tối ưu tắc nghẽn trong đó tìm ra nhiều tuyến đường và thực hiện tối ưu sự phân chia lưu lượng

để tối thiểu hóa giá trị tắc nghẽn toàn cục Trong [31] Zhu và Girod đề xuất giải thuật phân bố để đạt được định tuyến đa đường tối thiểu hóa sự tắc nghẽn Trong [32], Zhu, et al đề xuất giải thuật lược đồ phân bố tỉ lệ để tối ưu chất lượng video nhận được dựa vào mô hình đặc tính tỉ lệ méo dạng của bộ mã hóa và tỉ lệ nghẽn phải trả giá của mạng Tuy nhiên mô hình lưu lượng sử dụng trong bài báo trên giả thiết rằng tất cả các nút truyền đồng thời và dung lượng của mỗi đường liên kết được quyết định bằng tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SINR) Mô hình này khác với mô

hình theo luồng được quyết định bởi giao thức lớp MAC 802.11 mà thường được sử dụng trong mạng MANET

Trong bài [33], Man và Li đề xuất phân tán mă hóa theo lớp trên nhiều đường trong mạng MANET Các tác giả đưa ra các gói phân theo lớp với độ ưu tiên cao hơn trên các gói phân theo lớp cải tiến để cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống Trong 34], Miu at al cố gắng cải tiến độ trễ thấp truyền video trong qua mạng LAN không dây bằng cách gửi tín hiệu video qua Access Point (AP) Họ đã phát triển sơ đồ sử dụng

đa đường đồng thời hoặc chuyển mạch giữa nhiều đường dựa vào các điều kiện kênh truyền

Trong [35], các tác giả đề xuất một thuật toán phát sinh (genetic algorithm) dựa vào giải pháp sử dụng nhiều cây multicast trên mạng các MANET, giả sử rằng (a) các mạng có được tính chất của các liên kết, và (b) tốc độ rớt gói của các liên kết là độc lập nhau

2.4 Multicast trong mạng Heterogeneous Wireless ad hoc

Network

Multicasting đóng một vai trò cốt yếu trong nhiều ứng dụng của wireless ad hoc networks Vì băng thông và năng lượng giới hạn nên multicasting có thể gia tăng đặt biệt hiệu suất mạng Trong một vài năm gần đây một vài multicast routing protocols đã được đề xuất, các loại nghi thức định tuyến này có thể được phân loại[36][37]

Trong nghi thức định tuyến multicast truyền thống, tất cả các node đích nhận được

số lượng multicast data giống nhau Ngược với multicast truyền thống, không phải tất cả các node đích trong multilayered multicast nhận số lượng data giống nhau Mỗi node đích có các giá trị ưu tiên (preference) cho mỗi lớp của các stream(QoS level) liên quan đến BW hiện diện của nó

Hierarchical encoding technique[38] đã đề suất cho việc sử dụng hiệu quả tài nguyên của mạng heterogeneous network Có hai loại phân cấp của các kỹ thuật mã

hóa (encoding techniques), tên là layered coding (LC) và multiple description code (MDC) LC cung cấp nhiều sub-stream phụ thuộc, lớp cơ bản (base layer) và một số lớp cải tiến (enhancement layer) Base Layer bao gồm các thông tin rất quan trọng

mà không có nó video không thể giải mã được, và nó có thể cung cấp mức chất lượng thấp (cơ bản), enhancement layer phục vụ cho việc cải tiến chất lượng base layer MDC tạo ra nhiều sub-stream độc lập (mỗi sub-stream được gọi là description), nghĩa là không có description đặc biệt nào đóng vai trò quan trong nhất Việc nhận một description có thể có thể bảo đảm một mức chất lượng cơ bản,

và việc nhận thêm một trong các description khác có thể gia tăng thêm chất lượng.Description

Ta định nghĩa độ hài lòng của user: là thông số được đo bằng tổng số video layer nhận được chia chi bởi tất cả các đích chia cho tổng số capacity của tất cả các node đích.

D R

Chương 3 Nghi thức định tuyến multicast đáp ứng chất lượng

dịch vụ đa tầng

Chương này trình bày các nghi thức định tuyến multicast trong mạng HWAN Cấu trúc của chương gồm bốn phần Phần đầu tiên trình bày về Path Discovery và Reply Phases, đây là pha đầu tiên trong yêu cầu khám phá tuyến, sau Reply Phases thì node nguồn sẽ

có được thông tin về tất cả các tuyến đi đến các node nguồn, cũng như available BW, capacity của các node trong tuyến, yêu cầu về QoS của các node đích Sau Path Discovery và Reply Phases, thì node nguồn sẽ tiến hành việc xây dựng multicast tree dựa vào thông tin của từng tuyến như available BW, capacity của các node trong tuyến, yêu cầu về QoS của các node đích (phần này sẽ được trình bày trong chương 4) Kế đó chương này sẽ trình bày quy trình gia nhập một multicast group, việc rời một multicast group

và sửa chữa tuyến hư.

Việc thay đổi một số quy trình định tuyến nhằm phục vụ cho việc kiểm sóat các node đích nằm ở phần 3.1 và 3.2 của chương

QoS Multicast Routing Protocol (QMRP) là một nghi thức định tuyến on-demand multicast Các node multicast nguồn cấu trúc multiple multicast trees bất cứ khi nào

nó có multicast data video sẵn sàng truyền Mục đích chính của QMRP là xây dựng multiple multicast trees dựa vào độ hài lòng của user được định nghĩa trong (2.1) là lớn nhất Xây dựng multiple multicast trees được thực hiện sử dụng một thuật toán

ở chương 4 Sự tương phản với nghi thức định tuyến multicast truyền thống trong QMRP, là không phải tất cả các node đích của QMRP nhận số lượng thông tin multicast giống nhau; mỗi đích có một giá trị tham khảo cho mỗi lớp của stream (QoS level) phụ thuộc vào dung lượng của nó

Như phần trước đã đề cập, MDC tạo ra nhiều description độc lập với ưu tiên giống nhau; nếu bất cứ lớp nào bị mất thì dữ liệu có thể được giải điều chế bằng cách sử dụng các lớp khác Ngược lại, layered coding tạo ra nhiều lớp phụ thuộc với độ ưu tiên khác nhau, basic layer là lớp quan trọng nhất; nếu không có lớp này thì dữ liệu không thể giải điều chế được Do đó, chúng ta khai thác MDC như là một kỹ thuật

mã hóa video

Trong các định tuyến multicast trước đây, một node bất kỳ có thể gia nhập multicast group mà không gặp phải bất kỳ một sự hạn chế nào Với QMRP tác giả đề xuất một khái niệm là blacklist trong định tuyến, về nguyên tắc một node nằm trong blacklist thì không thể là một phần của multicast tree (nghĩa là node đó sẽ không thể đóng vai trò là node đích hoặc forwarding node) Quá trình blacklist này được thực hiện trong hai phần, phần đầu tiên là việc kiểm sóat trong Reply phase(được đề cập trong mục 3.1) và phần sau là việc kiểm sóat trong giai đọan một node muốn gia nhập multicast group(tham khảo mục 3.2)

3.1 Path Discovery và Reply Phases

Luận văn đề xuất một số bước cải tiến ở pha này nhằm phục vụ cho mục đích kiểm soát các node đích khi nó gia nhậm multicast group, việc cải tiến này được thực hiện ở Reply Phases, tức là sau khi node nguồn nhận được thông điệp Quality Route REPply (QRREP) của các node đích.

Với QMRP, các đường được khám phá on-demand bởi việc truyền các gói thông điệp Quality Route REQuest (QRREQ) và các gói Quality Route REPply (QRREP) giữa các node nguồn và đích Khi một nguồn multicast nhận được thông điệp request từ lớp ứng dụng, nó khới tạo và broadcasts QRREQ cho các lân cận Mỗi

gói bao gồm các trường sau (source, destinations, request_id, type, route,

free-timeslots, QoS_level, TTL, num_hops), trong đó (source, request_id) được dùng để

chứng thực gói Một nhóm của các đích được ghi lại trong trường destinations Trường type là loại packet, trường hợp này nó tương ứng với thông điệp QRREQ được la truyền Trường route ghi tuyền đường từ nguồn đến các node hiện tại đã đi qua (current traversed node) Trương free-timeslots là danh sách của free timeslots giữa các node hiện tại đã đi qua và node cuối cùng trong tuyến Trương TTL được dùng để giới hạn hop-count của tuyến (end-to-end delay) Trường num_hops lưu số

hop từ nguồn đến các node hiện tại đã đi qua Số video description có thể được phân

phối bởi nguồn được lưu trong trường the QoS_level.

Khi một node lân cận nhận được QRREQ nó kiểm tra xem gói đó đã được nhận trong quá khứ chưa bằng cách kiểm tra bảng định tuyến của nó tham chiếu bởi source address, multicast group address và sequence number Nếu nó nhận thông điệp lần đầu tiên, tiếp theo nó sẽ kiểm tra trường “TTL” có bằng 0 không và ít nhất một common free timeslots giữa nó và node gửi QRREQ Nếu thõa mãn, nó update gói QRREQ bằng cách thêm vào địa chỉ của nó, capacity, common free timeslots tăng hop-count lên 1, và giảm TTL xuống 1 Ở thời điểm này, không có bandwidth admission được tạo ra ở mỗi node Sau đó nó rebroadcasts QRREQ tới các node lân

cận Khi một node lân cận nhận được gói QRREQ, nó thực hiện các bước trước Quá trình này sẽ tiếp tục cho ðến khi tìm được node đích

Trong nghi thức định tuyến multicast, một node đích có thể là forwarding node trong multicast tree Một node đích có thể tiếp tục flood QRREQ nếu giá trị TTL không bằng không Một node đích sẽ đợi trong thời gian pre-specified timeout hoặc nhận số lượng chắc chắn các gói QRREQ Sau đó, việc chứng thực đích được khởi tạo và gửi lại QRREP bao gồm tất cả các thông tin về multiple path đi qua Gói

QRREP bao gồm các trường sau: (source, destination, request-id, type, route,

cand_timeslots, req-QoS_level, node_cap), trong đó trường type là loại thông điệp

QRREP, trường route bao gồm các forwarding node từ nguồn đến đích, trường

node_cap bao gồm dung lượng của các node được ghi trong trường route.

Ở thời điểm này, không có timeslot được đặt trước Việc đặt trước timeslot được thực hiện sau khi nguồn multicast xây dựng multiple multicast trees Không cần thiết rằng tất cả timeslots được ghi lại trong cand_timeslots sẽ được đặt chỗ Với ý nghĩa này, chúng ta có thể gọi đó là candidate timeslots Trường req-QoS_level ghi lại yêu cầu số lớp video cho node đích, node đích này được ghi trong trường

destination Khi một node nhận được QRREP, nó kiểm tra địa chỉ của một trong các

node kế trong QRREP có phải là địa chỉ nó hay không Nếu phải, node biết rằng nó

là một node candidate trong tuyến đường đến đích Khi đó nó gửi QRREP cho upstream node của nó Quá trình này tiếp diễn cho đến khi QRREP đến được node nguồn

Để tăng số đường khám phá cho mỗi node đích và giảm broadcast overhead trong cùng một thời điểm, chúng ta chấp nhận nguyên tắc sau cho việc sao chép với duplicate QRREQ Nếu một node nhận đuợc duplicate QRREQ, nó kiểm tra địa chỉ của nó, nếu địa chỉ đó chứa trong gói QRREQ Nếu điều đó xảy ra nghĩa là node này đã rebroadcast gói QRREQ Do đó, nó drop gói QRREQ, Nếu không, nó tính toán số hop từ node nguồn đến nó và so sánh nó với số hop của gói QRREQ trước

đó mà nó đã lưu trong bảng định tuyến Nếu số hop nhỏ hơn hoặc bằng số hop của gói trước đó, node sẽ update QRREQ và rebroadcast nó cho các node lân cận.

Khi một node nguồn nhận được QRREP sau pre-specified timeout, đầu tiên nó kiểm

tra xem trong trường route có node nào nằm trong blacklist hay không, nếu có thì gói QRREP này sẽ tự động bị drop, nếu không có nó cấu trúc partial topology bao

gồm các forwarding node, các node đích với capacities của chúng và liên kết với available bandwidth của chúng trong khoảng timeslots Như chúng ta thấy, node multicast nguồn học partial topology thông qua path discovery và reply phase Khi

đó nó xây dựng multiple multicast trees sẽ được trình bày ở phần tiếp theo Sau khi node nguồn xây dựng multiple multicast trees, nó gửi tất cả các thông tin này cho các forwarding node và node đích Khi node đích và forwarding node nhận được thông tin gửi bởi node nguồn, nó ghi trong multicast routing table, địa chỉ multicast group, parent (upstream) node của nó, children nodes (downstream) của nó, reserved timeslots và số lớp video được phép nhận (MDC1, MDC2 và MDC3) Cuối cùng kết nối multicast được thiết lập và nguồn có thể bắt đầu truyền video trên multiple multicast trees

3.2 Gia nhập một Multicast Group

Việc cải tiến phần này nhằm kiểm soát các node đích khi nó gia nhập multicast group nằm ở giai đoạn Join REPly (JREP) Trong các định tuyến trước khi một node bất kỳ trên multicast tree (forwarding node, node đích, node nguồn) nhận được thông điệp JREP thì chúng đều có khả năng cho phép node đích gia nhập multicast tree bằng cách gửi thông điệp ACTivation (JACT) cho node đích muốn gia nhập nhóm Luận văn đề xuất việc gửi thông điệp ACTivation (JACT) phải do node nguồn quyết định nhằm giải quyết vấn đề kiểm sóat node đích gia nhập multicast group

Khi một node muốn gia nhập multicast group, nó truyền một gói Join REQuest (JREQ) bao gồm địa chỉ của nó và free timeslots Mỗi lân cận nhận được JREQ sẽ kiểm tra xem dung lượng của nó đủ đáp ứng tối thiểu một video layer và ít nhất có

một common free timeslot giữa nó và node forward gói JREQ Nếu hai điều kiện trên không thõa; thì node đó sẽ đơn giản drop gói JREQ Nếu thõa, nó forward gói sau khi thêm vào địa chỉ của nó, common free timeslots và capacity cho gói JREQTrong các loại định tuyến multicast trước đây Khi một node trên tree (source, forwarding hoặc destination node) nhận được JREQ, nó tính toán số hop count từ đích mới đến nguồn và xóa những tuyến ở ngoài delay bound (số lượng hop) Sau

đó, node đó gửi REPly (JREP) cho downstream node (reverse path) của nó và thêm vào address, timeslots của nó với số video layer nó có thể đáp ứng Nhược điểm của việc này là node nguồn không thể biết được một node đích khi node này gia nhập multicast group, vì vậy node nguồn không thể kiểm soát được việc gia nhập multicast group của một node đích Để khắc phục hiện tượng này tác giả đề xuất

một cải tiến trong việc truyền thông điệp JREQ Thông điệp JREQ được broadcast

về nguồn, và chỉ có node nguồn mới được quyền gửi REPly (JREP) cho node đích Khi đó node nguồn có thể có được thông tin của các node đích muốn gia nhập multicast group, vì vậy nó có thể có khả năng cung cấp thông tin cho lớp ứng dụng trong việc thành lập bảng blacklist nhằm ngăn chặn một số node đích không mong muốn trong việc nhận thông tin multicast Thông điệp JREQ có thể được forwarding

theo nguyên tắc broadcast hoặc unicast, nếu một node thuộc multicast group(forwarding hoặc destination node khác) nhận được thông điệp JREQ thì nó

sẽ tính toán số hop count từ nguồn đến đích mới, nếu số hop count này nhỏ hơn hop count giới hạn thì nó sẽ unicast thông điệp JREQ theo upstream node về node nguồn, ngược lại nó drop gói JREQ Nếu node nhận được thông điệp JREQ không thuộc multicast group thì nó sẽ tiếp tục forwarding thông điệp JREQ Sau khi node nguồn nhận được tất cả các thông điệp JREQ đựa vào thời gian pre-specified timeout thiết lập kể từ khi nhận được gói JREQ đầu tiên Đầu tiên Nó sẽ kiểm tra xem node đích có thuộc blacklist nếu thuộc thì nó đơn giản drop gói JREQ Nếu node đích không thuộc blacklist thì nó sẽ tiến hành quá trình gửi JREP, node nguồn

sẽ ưu tiên cho các tuyến được unícast bởi các node thuộc multicast group, kế đến là

các node không thuộc multicast group và có số hop count nhỏ nhất từ nguồn đến đích

Khi một node đích nhận được tất cả các gói JREP sau pre-specified timeout nó thành lập những tuyến đường phù hợp và chỉ định số video layer được yêu cầu và timeslot đến mỗi node trên tuyến được chọn Sau đó node đích gửi Join ACTivation (JACT) theo tuyến được lựa chọn Mỗi node trên tuyến được lựa chọn nhận được Join ACTivation (JACT) ghi downstream node của chúng, reserved timeslots và số video layer được chỉ định vào trong bảng định tuyến của nó Kết thúc quá trình gia nhập, một node đích sẵn sàng để nhận video

3.3 Rời một Multicast Group

Khi một node đích là node lá muốn rời multicast group nó khởi tạo một gói prune

và gửi nó cho các upstream node của nó và prune chính nó bằng cách xóa thông tin liên quan đến multicast group, ví dụ, source address, multicast group address, cắt reserved timeslot và đánh dấu chúng như là free Nếu node đích không phải là node

lá, nó không thể bỏ multicast group nhưng nó có thể đánh dấu nó như là forwarding node Khi một node nhận được gói prune, nó kiểm tra trong bảng định tuyến của nó một downstream node ngoài node đã gửi prune Nếu nó còn có downstream node khác thì nó không thể prune chính nó và do đó nó vẫn kết nối với tree và drop gói prune Ngược lại, nó sẽ prune chính nó và gửi gói prune cho upstream node của nó Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi gói prune đến nguồn Nếu node nguồn nhận được gói prune từ downstream node của nó, nó xóa node đích ra khỏi bảng định tuyến Sau đó, node nguồn kiểm tra common timeslots giữa nó và downstream node

bị xóa có được đặt trước với downstream node khác của nó hay không Nếu có, nó xóa chúng và đánh dấu chúng là free Ngược lại, chúng sẽ được đặt trước Quá trình giải phóng timeslots được đặt trước tạo ra cơ hội cho những lưu thông khác sử dụng free timeslots Node nguồn sẽ kiểm tra QoS level của pruned path/paths (QoS level của node đích được prune), nếu nó có QoS level mức cao nhất và không có node đích khác có cùng mức QoS level, khi đó node nguồn giảm số video layers cho mức

QoS level kế tiếp Để tăng số available bandwidth trong mạng và giảm số video layers được truyền, chúng ta đề nghị kỹ thuật mới như sau Giả sử, hai node X và Y, hình 3.1, mang 2 descriptions, D1 nhận một description và D2 nhận 2 descriptions

Ta giả sử hai kịch bản Kịch bản đầu tiên, chỉ có đích D1 gửi prune packet cho các upstream của nó node X và prune chính nó Khi node X nhận được gói prune nó không thể prune chính nó và khi đó gói prune bị drop Nhưng khi node X có thể release common timeslot của nó với đích D1 bởi vì nó không còn cần thiết Nhưng nếu chúng là dùng chung với đích D2, node X không thể release chúng

Ở kịch bản thứ hai, chỉ có đích D2 gửi prune packet cho Upstream node X của nó

và prune chính nó Khi node X nhận được prune packet nó không thể prune chính

nó và gói prune bị drop Khi đó nó sẽ giải phóng common timeslots với D2, nhưng nếu timeslots là chung với đích D1, node X không thể giải phóng chúng Chú ý rằng node X vẫn nhận hai descriptions và, bởi vì nó bây giờ cần chỉ một description nó gửi Clear packet (CLR) cho node Y Do đó node X và Y giả phóng timeslots của nó được đặt trước cho description không cần thiết Phương pháp này tăng available

BW trong mạng và trong thời gian giống nhau tối thiểu hóa BW trong cây Điều quan trọng là mỗi node trên multicast tree sẽ duy trì một bảng multicast routing table được ghi trong downstream node với common timeslots và với các video layer (MCD1, MDC2 and MDC3) được hỗ trợ trong thời điểm hiện tại

Hình 3.1 ví dụ về CLR

3.4 Sửa chữa tuyến hư

Chúng ta chấp nhận trạng thái bền vững gần đúng cho việc duy trì và sửa liên kết

hư Trong trạng thái bền vững gần đúng, upstream node hoặc downstream node đáp ứng cho việc phát hiện và sửa liên kết lỗi Nếu upstream node đáp ứng cho việc phát hiện và sửa liên kết lỗi, khi đó nó có thể phát hiện liên kết lỗi khi không có thông điệp HELLO ( Thông điệp HELLO được sử dụng để trao đổi thông tin giữa các node lân cận, cho ví dụ, free timeslots) nhận được từ lân cận của nó Nói cách khác, nếu downstream node đáp ứng cho việc phát hiện và sửa liên kết hỏng, khi đó nó có thể kiểm tra liên kết hỏng khi không có thông diệp HELLO nhận được từ lân cận và cũng có thể phát hiện liên kết hỏng nếu không có data nhận được từ upstream node.Trong luận văn này, chúng ta chấp nhận trạng thái bền vững với upstream node tương đương cho việc phát hiện và sửa liên kết hỏng

Khi một downstream node phát hiện ra một liên kết hỏng, nó flood thông điệp Quality REpair (QRE) cho các upstream node của nó Gói đó bao gồm địa chỉ node, địa chỉ upstream node của nó Upstream node có thể nhận được nhiều gói QRE, vì thế nó chọn tuyến đường có thể đáp ứng số video layers cho downstream node của

nó (node đầu tiên khởi tạo gói QRE) và khi đó nó gán video layer và timeslots cho