HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - VŨ MINH KHÁNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QoE DỰA TRÊN CÁC THAM SỐ QoS CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI – 2013 Luận văn hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Tập đoàn Bưu Viễn thông Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS Đặng Thế Ngọc …………………………………………………… Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN NỀN MẠNG IP 1.1 Mô hình kiến trúc Mạng TCP/IP 1.2 Các dịch vụ đa phương tiện mạng 1.2.1 Dịch vụ VoIP 1.2.2 Dịch vụ IPTV 1.2.4 Dịch vụ truyền hình tương tác: 1.3 Các công nghệ nén tín hiệu đa phương tiện 1.3.1 MPEG-2 1.3.2 H.263 1.3.3 MPEG-4 1.3.4 H.264 1.4 Chất lượng dịch vụ mạng IP 1.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ 1.4.2 Tầm quan trọng việc kiểm tra chất lượng dịch vụ IPTV 1.4.3 Các tham số QoS 1.4.4 Một số mô hình đánh giá QoS cho dịch vụ IPTV CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QOE 2.1 Chất lượng trải nghiệm khách hàng (QoE) 2.1.1 Khái niệm QoE 2.1.2 Mối quan hệ QoS QoE 2.1.3 Mô hình chất lượng IPTV 2.2 Mô hình MDI (Media Delivery Index) 10 2.2.1 Giới thiệu MDI 10 2.2.3 Kiểm tra QoE qua việc phân tích MDI 11 2.2.4 Đo kiểm MDI 12 2.3 MPQM (Moving Pictures Quality Metric) 12 2.3.1 Giới thiệu MPQM 12 2.3.2 Hệ thống thị giác người 12 2.3 So sánh MDI MPQM 13 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QoE DỰA TRÊN QoS 13 3.1 Ảnh hưởng tham số QoS lên QoE 13 3.1.1 Ảnh hưởng dung lượng đệm: 13 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ gói 14 3.1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ xếp lại gói tin 14 3.1.5 Ảnh hưởng băng thông: 14 3.1.6 Ảnh hưởng trễ đường truyền 14 3.2 Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS 15 3.2.1 Phân tích tham số QoS liên quan đến QoE 15 3.2.2 Mô hình tương quan QoS/QoE cho việc đánh giá QoE IPTV 15 KẾT LUẬN 16 MỞ ĐẦU Hiện với phát triển vượt bậc công nghê thông tin toàn giới với bùng nổ dịch vụ tiện ích mạng làm đa dạng hoá mô hình kinh doanh dựa Internet Một lĩnh vực lớn mạnh theo xu hướng dịch vụ IPTV (truyền hình giao thức Internet) bước ngoặt phát triển công nghệ truyền hình Với ưu điểm vượt trội sử dụng dịch vụ mạng IP: Tính tương tác hệ thống với người sử dụng dịch vụ, nhà cung cấp dịch vụ triển khai hệ thống thuận tiện dễ dàng nâng cấp, nên dịch vụ mạng IP thực thay đổi hoàn toàn so với dịch vụ truyền thống trước sử dụng công nghệ analog Đây bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông – xu hướng chung truyền thông toàn cầu ngày tương lai Trên sở nhìn nhận tầm quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) chất lượng đánh giá cảm nhận người (QoE) cho dịch vụ IPTV, luận văn xây dựng với nội dung sau: Chương I: Truyền thông đa phương tiện mạng IP Nghiên cứu truyền thông đa phương tiện vấn đề chất lượng dịch vụ mạng IP Chương II: Các phương pháp đánh giá QoE Nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng trải nghiệm khách hàng Chương III: Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS Nghiên cứu ảnh hưởng tham số QoS lên QoE đưa phương pháp đánh giá QoE dựa QoS CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN NỀN MẠNG IP 1.1 Mô hình kiến trúc Mạng TCP/IP Giao thức TCP/IP phát triển từ mạng ARPANET Internet dùng giao thức mạng giao vận mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) giao thức thuộc tầng giao vận IP (Internet Protocol) giao thức thuộc tầng mạng mô hình OSI Họ giao thức TCP/IP giao thức sử dụng rộng rãi để liên kết máy tính mạng với Hiện máy tính hầu hết mạng sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác Giao thức TCP/IP thực chất họ giao thức cho phép hệ thống mạng làm việc với thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng Các tầng mô hình tham chiếu TCP/IP Bộ quốc phòng Mỹ gọi tắt DoD (Department of Defense) tạo mô hình tham chiếu TCP/IP muốn mạng tồn điều kiện nào, có chiến tranh hạt nhân DoD muốn gói liệu xuyên suốt mạng vào lúc, điều kiện nào, từ điểm đến điểm khác Đây toán thiết kế khó khăn mà từ làm nảy sinh mô hình TCP/IP, trở thành chuẩn Internet để phát triển Bộ giao thức IP dùng đóng gói liệu hòng trừu tượng hóa (thu nhỏ lại quan niệm cho dễ hiểu) giao thức dịch vụ Nói cách chung chung, giao thức tầng cao dùng giao thức tầng thấp để đạt mục đích Chồng 1.2 Các dịch vụ đa phương tiện mạng 1.2.1 Dịch vụ VoIP Dịch vụ VoiIP dịch vụ điện thoại đường dài nước quốc tế sử dụng giao thức IP Đây dịch vụ viễn thông (bao gồm điện thoại fax) băng tần thoại sử dụng công nghệ nén chất dịch vụ đa phương tiện mạng Các lợi ích sử dụng dịch vụ VoIP − Thuận tiện, đơn giản sử dụng, yêu cầu hỗ trợ dịch vụ − Tiết kiệm chi phí thực gọi − Chủ động quản lý ngân sách − Không phải đăng ký sử dụng dịch vụ − Chất lượng dịch vụ cao, ổn định − Hỗ trợ dịch vụ 24/24 1.2.2 Dịch vụ IPTV Dịch vụ IPTV dịch vụ truyền hình Internet qua giao thức IP cung cấp tới khách hàng dựa công nghệ IPTV (Internet Protocol Television) Tín hiệu truyền hình chuyển hóa thành tín hiệu IP, truyền qua hạ tầng mạng băng thông rộng đến thiết bị đầu cuối giải mã Set top box, phát hình tới TV khách hàng 1.2.4 Dịch vụ truyền hình tương tác: Trên đường kết nối Internet người dùng IPTV sử dụng lúc nhiều dịch vụ khác truy cập Internet, truyền hình, điện thoại cố định di động, VoIP (Voice over Internet Protocol) mang lại cho người dùng tiện lợi trình sử dụng 1.3 Các công nghệ nén tín hiệu đa phương tiện 1.3.1 MPEG-2 MPEG-2 sử dụng DVD hầu hết hoạt động quảng bá video số hệ thống phân phối cáp MPEG-2 codec dựa khái niệm liệu video bao gồm nhiều phần dư thừa Bằng cách loại bớt dư thừa không gian thời gian, tổng băng thông yêu cầu Dư thừa thời gian sử dụng để mô tả đặc điểm liệu video có tương tự cho ảnh Nền giữ nguyên dọc theo số ảnh tuần tự, có thay đổi Dư thừa không gian đặc điểm liệu video số vùng ảnh chép khung video 1.3.2 H.263 Codec công bố đơn vị viễn thông quốc tế ITU-T chuỗi H khuyến nghị cho hệ thống nghe nhìn đa phương tiện Khuyến nghị bao trùm nén ảnh động tốc độ bit thấp hỗ trợ khuyến nghị ITU khác có H.261 Đầu tốc độ bit thấp cho phép sử dụng cho hội nghị truyền hình video Internet Codec cung cấp cải tiến khả nén video sử dụng rộng rãi trang Internet cho video phát 1.3.3 MPEG-4 Sau thành công MPEG-2, nhóm chuyên gia ảnh động tiếp tục phát triển chuẩn mới, linh động, có xu hướng mang đến khả bổ sung cho việc quảng bá video để hỗ trợ phát triển video số Được chấp nhận tiêu chuẩn ISO năm 1999, chỉnh sửa để bao gồm số mở rộng MPEG-4 sử dụng cho video Internet, quảng bá IPTV phương tiện lưu trữ, với nhiều chức khác Nó bao gồm tính mã hoá hướng đối tượng, gia tăng khả nén chế an ninh Qua thời gian, hộp STB ứng dụng phần mềm IPTV chuẩn bị để hỗ trợ chuẩn nén này, làm cho nén hiệu 1.3.4 H.264 Chuẩn nén H.264 (còn gọi MPEG-4 part 10/AVC cho mã hoá video tiên tiến) chuẩn mở, có đăng kí, hỗ trợ kĩ thuật nén video hiệu Bộ mã hoá H.264 làm giảm kích cỡ tệp tin video số đến 50% so với chuẩn MPEG-4 part Điều bày có nghĩa băng thông mạng yêu cầu đi, không gian lưu trữ tệp tin video Nói cách khác, chất lượng video cao đạt tốc độ bit cho trước 1.4 Chất lượng dịch vụ mạng IP 1.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ Thuật ngữ “Chất lượng dịch vụ” (QoS) sử dụng rộng rãi, không lĩnh vực viễn thông mà lĩnh vực có liên quan, chủ yếu dịch vụ IP băng rộng, không dây đa phương tiện Các mạng hệ thống thiết kế có xem xét đến hiệu đầu cuối, hiệu yêu cầu ứng dụng người dùng Tuy nhiên, thuật ngữ QoS thường định nghĩa cách kĩ lưỡng Theo ISO 8402, “chất lượng” thuật ngữ toàn đặc tính thực thể có khả thỏa mãn nhu cầu cho trước ISO 9000 định nghĩa “chất lượng” mức độ mà đặc tính vốn có thoả mãn yêu cầu Định nghĩa ISO 8402 dường tốt từ nhìn nhận khách hàng ITU-T Rec E.800 định nghĩa QoS tác động tổng thể hiệu dịch vụ, chất lượng dịch vụ xác định mức độ hài lòng khách hàng dịch vụ 1.4.1.1 Mối quan hệ QoS hiệu mạng Hiệu mạng góp phần hướng đến QoS trải nghiệm người dùng/khách hàng Hiệu mạng không dựa sở đầu cuối Ví dụ, hiệu truy cập thường chia từ hiệu mạng lõi toán tử mạng IP đơn, hiệu Internet thường phản ảnh hiệu phối hợp vài mạng tự trị 1.4.1.2 Bốn quan điểm QoS Ma trận định nghĩa QoS bảng 1.1 đưa tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng chức truyền thông dịch vụ Tuy nhiên, ma trận định nghĩa nhìn nhận từ nhiều quan điểm khác - Các yêu cầu QoS khách hàng - Sự cung cấp QoS nhà cung cấp dịch vụ (hay QoS hoạch định) - QoS nhận phân phối đến - Xếp hạng QoS qua điều tra từ khách hàng 1.4.1.3 Mối quan hệ bốn quan điểm QoS Các yêu cầu QoS khách hàng coi điểm bắt đầu logic Một tập hợp yêu cầu QoS khách hàng xử lý riêng có mối liên quan Yêu cầu đầu vào cho nhà cung cấp dịch vụ để xác định QoS dự định cung cấp Nhà cung cấp dịch vụ không luôn cung cấp cho khách hàng mức