Công nghệ cân bằng tải và ứng dụng trong truyền hình lưu động độ nét cao

50 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CÂN BẰNG TẢI 3G BONDING TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH LƯU ĐỘNG ĐỘ NÉT CAO ..... Nội dung của luận văn chủ yếu xin được giới thiệu về công nghệ cân bằng tải Bo

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn này là do tôi tự nghiên cứu

và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS TS Phạm Văn Bình

Học viên

Vũ Huy Hoàng

MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

DANH SÁCH VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU 1

1 Truyền hình lưu động 2

1.1 Giới thiệu chung về truyền hình lưu động: 2

1.2 Truyền hình số độ nét (độ phân giải) cao – HDTV 2

1.2.1 Số hóa xu hướng tất yếu của nghành truyền hình 2

1.2.2 C c ưu đi m của HDTV 3

1.2.3 C c tiêu chu n của HDTV 4

1.3 Các phương ph p truyền thống của truyền hình lưu động: 11

1.3.1 Sử dụng xe màu 11

1.3.2 Sử dụng xe vệ tinh: 16

Kết luận chương : 22

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ CÂN BẰNG TẢI DẠNG BONDING 24

2.1 Giới thiệu cấu trúc mạng OSI 24

2.1.1 Mô hình OSI 24

2.1.2 Mô hình OSI với hệ thống cân bằng tải 25

2.2 Công nghệ cân bằng tải (Server Load Balancing – SLB) 26

2.2.1 Hoạt động của hệ thống cân bằng tải server 26

2.2.2 Kiến trúc hệ thống cân bằng tải Load Balancing 28

2.2.4 Hạn chế của công nghệ cân bằng tải Load Balancing: 31

2.3 Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding 31

2.3.1 Thế nào là Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding 31

2.3.2 So s nh giữa Công nghệ cân bằng tải Load Balancing và Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding (7) 32

2.3.3 C c trường hợp của công nghệ cân bằng tải Bonding: 33

2.4 Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding 35

2.4.1 Giới thiệu chung 35

2.4.2 Nguyên lý 35

2.4.3 Giao thức TCP/IP: 36

2.4.4 Socket 42

2.4.5 Tiêu chu n nén hình ảnh được p dụng cho Công nghệ cân bằng tải ghép kênh 3G: Tiêu chu n nén ảnh H264/MPEG-4 AVC 50

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ CÂN BẰNG TẢI 3G BONDING TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH LƯU ĐỘNG ĐỘ NÉT CAO 57

3.1 Sự cần thiết của việc p dụng Công nghệ cân bằng tải ghép kênh 3G: 57

3.1.1 Đặt vấn đề 57

3.1.2 Ưu đi m của công nghệ cân bằng tải ghép kênh 3G Bonding khi p dụng cho truyền hình lưu động: 59

3.2 Hệ thống truyền hình lưu động sử dụng mạng 3G của hãng LiveU (Israel) 61

3.2.1 Giới thiệu về hệ thống: 61

3.2.2Thiết bị ph t: 61

3.2.3 Hệ thống server thu: 73

3.4 Hạn chế của hệ thống: 77

3.5 Hướng ph t tri n mở rộng của hệ thống: 78

3.6 C c hình ảnh thực tiễn p dụng công nghệ 3G Bonding tại Việt Nam 78

KẾT LUẬN 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: So s nh độ phân giải của HDTV và SDTV 3

Hình 1.2: Chế độ quét xen k 4

Hình 1.3 : Hệ thống âm thanh số Dolby Digital 6

Hình 1.4 Âm thanh hình ảnh được kết hợp lại từ c c AVO 8

Hình 1.5: Phân phối c c dòng dữ liệu từ phía ph t đến phía thu 9

Hình 1.6: So s nh chu n nén sử dụng trong SDTV và HDTV 11

Hình 1.7 Một mẫu xe truyền hình lưu động 12

Hình 1.8 Không gian làm việc trong xe TH lưu động 13

Hình 1.9 Bàn Mix trộn hình 13

Hình 1.10 Bàn Mix trộn Âm thanh 14

Hình 1.11 Camera 15

Hình 1.12 Màn hình Monitor Control 15

Hình 1.13 Đầu ph t tín hiệu 16

Hình 1.14 : Sơ đồ khối m y ph t vệ tinh băng C xe lưu động 18

Hình 1.15 Bộ mã hóa tín hiệu HD 19

Hình 1.16 Bộ điều chế tín hiệu DVB-S2 19

Hình 1.17 Vị trí của bộ đổi tần lên trong hệ thống 20

Hình 1.18 Nguyên lý chung của bộ Upconverter (đổi tần kép) 20

Hình 2.1: Mô hình 7 tầng OSI 26

Hình 2.2: Hệ thống SLB đơn giản 27

Hình 2.3: Hành trình của một gói dữ liệu 29

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng tải dạng Bonding 36

Hình 2.5 Mô hình Socket 43

Hình 2.6 - Cổng trong Socket 44

Hình 2.7-Clients gửi yêu cầu đến server 49

Hình 2.8- Server chấp nhận yêu cầu và tạo một socket đ phục vụ clients 49

Hình 2.9: Mối tương quan giữa nén MPEG2, MPEG4 và MPEG4/AVC 55

Bảng 2.1: So s nh tốc độ bít của chu n MPEG2 và MPEG4/AVC 56

Hình 3.1 Cấu trúc giải ph p 61

Hình 3.2: Thiết bị ph t trong hệ thống Ghép kênh 3G Bonding 61

Hình 3.3 Kết nối camera và thiết bị ph t 67

Hình 3.4 Kết nối thiết bị ph t với m y chủ (server) 67

Hình 3.5 C c thông số profile 68

Hình 3.7 Giao diện phần mềm 75

Hình 3.8 Cài đặt IP, port 75

Hình 3.9 Qu trình thu nhận tín hiệu 76

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: So s nh tốc độ bít của chu n MPEG2 và MPEG4/AVC 56

DANH SÁCH VIẾT TẮT

LFE Low-Frequency Effects Một kênh âm thanh trầm

AVO Audio Visual Object Đối tượng nghe nhìn

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

SLB Server Load Balancing Cân bằng tải server

NAT Network Address Translation Qu trình chuy n đổi địa chỉ mạng JMB Joint Multi-user Beamforming

VRRP Virtual Router Redundancy

Protocol

Giao thức dư thừa Router ảo

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khi n truyền vận UDP User Datagram Protocol

MTU Max Tranmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa

RTT Round-Trip Time thời gian trễ trọn vòng

ISN Initial Sequence Number Số thứ tự gói ban đầu

MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ nhắn tin đa phương tiện

NAL Network Abstraction Layer lớp mạng trừu tượng

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay truyền hình đã trở thành món ăn không th thiếu trong đời sống giải trí của mỗi gia đình Sóng truyền hình có mặt ở khắp nơi và tần xuất của nó không còn

bị giới hạn bởi không gian và thời gian nữa, cùng với sự ph t tri n của công nghệ nghe nhìn, truyền hình cũng có những bước tiến vĩ đại, từ kỹ thuật Analog đã vươn tới kỹ thuật Digital, Cable và hệ thống truyền hình vệ tinh cũng bắt đầu xuất hiện ngày càng nhiều Ngoài việc cải thiện đ ng k về chất lượng âm thanh và hình ảnh,

tư duy sản xuất c c chương trình cũng có những bước thay đổi đ ng k Từ việc

ph t sóng những chương trình được ghi hình từ trước (offline) dần dần truyền hình

đã xuất hiện những nội dung được ph t sóng trực tiếp, ý nghĩa của việc ph t sóng trực tiếp là truy n tải đến kh n giả nội dung của một sự kiện đang diễn ra tại một nơi nào đó, nhằm giúp cho kh n giả có cơ hội tiếp cận thông tin đầy đủ nhất từ sự kiện đó nhanh chóng và chính x c

Chính từ ý tưởng, nhu cầu trên nên việc xây dựng một hệ thống, giải ph p truyền hình lưu động độ nét cao, tri n khai dễ dàng thuận tiện, có th thực hiện c c bản tin tại bất cứ nơi đâu, bất cứ thời gian nào là thực sự cấp thiết

Nội dung của luận văn chủ yếu xin được giới thiệu về công nghệ cân bằng tải Bonding được p dụng trong hệ thống truyền hình lưu động hiện nay của Trung tâm Phát thanh – Điện ảnh – Truyền hình Công An Nhân Dân Hệ thống có th đ p ứng thực hiện c c bản „tin nóng‟ (Breaking News) tại bất cứ đâu, có th là c c vùng sâu vùng xa ; hay bất cứ khi nào, trong c c điều kiện thời tiết bất lợi (bão gió, lũ lụt…)

Từ đó sản xuất c c chương trình đa dạng về nội dung, phục vụ kh n giả cả nước c c bản tin trực tiếp nóng hổi, nhanh chóng và chân thực nhất

2

CHƯƠNG 1: TRUYỀN HÌNH LƯU ĐỘNG ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

1 Truyền hình lưu động

1.1 Giới thiệu chung về truyền hình lưu động:

Các đài truyền hình hiện nay cùng với sự ph t tri n của công nghệ đều cố gắng mang tới kh n giả c c chương trình đặc sắc, hấp dẫn nhẫn Trong đó tỷ lệ c c bản tin, chương trình trực tiếp đang ngày càng nhiều hơn Những chương trình truyền hình trực tiếp này đòi hỏi sự đầu tư công phu, kĩ lưỡng hơn c c chương trình ghi hình trước rất nhiều

Chính ý tưởng tăng cao tỷ lệ c c chương trình trực tiếp đã mang đến cho kh n giả một cảm gi c tươi mới, giàu tính tương t c Nhưng đ có được những hình ảnh ghi hình trực tiếp đó, những người làm truyền hình phải nỗ lực rất nhiều, trong đó điều

đ ng k nhất chính là sự đầu tư về hạ tầng kỹ thuật, thiết bị và đào tạo nhân lực Truyền hình lưu động tại c c đài truyền hình tại Việt Nam đa phần đều sử dụng

xe màu hay xe vệ tinh đ truyền hình ảnh, tín hiệu từ hiện trường về trường quay, từ

đó đưa lên sóng ph t trên kênh Đây là c c giải ph p cơ bản, truyền thống của một

hệ thống truyền hình lưu động Ở phần dưới của chương 1, t c giả s trình bày kĩ càng hơn về hai hệ thống truyền thống này

1.2 Truyền hình số độ nét (độ phân giải) cao – HDTV

1.2.1 Số hóa xu hướng tất yếu của nghành truyền hình

Trong tương lai, việc chuy n đổi hoàn toàn sang truyền hình kỹ thuật số là xu hướng tất yếu của truyền hình Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung Tính đến thời đi m hiện tại, đã có trên 30 quốc gia hoàn tất qu trình chuy n đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số (Úc, Bỉ, Đan Mạch, Đức, Thụy Đi n, Anh, Nhật Bản…) Còn lại đa phần c c nước kh c đều đang trong qu trình chuy n đổi

Quá trình chuy n đổi sang truyền hình số được đ nh gi là rất phức tạp bởi nó yêu cầu phải thay đổi toàn bộ nền tảng cơ sở hạ tầng và thiết bị truyền hình Đối với người dùng, sự chuy n đổi là phải đầu tư một chiếc TV số hay một bộ giải mã tín hiệu truyền hình số Đài truyền hình thì phải thay thế công nghệ ph t sóng, thiết bị truyền dẫn tín hiệu, sản xuất nội dung chương trình …

Quy mô chuy n đổi có sự kh c nhau giữa c c quốc gia Có những quốc gia chỉ

Luxembourg là quốc gia đầu tiên trên thế giới hoàn tất thành công qu trình chuy n đổi thành công từ truyền hình analog sang truyền hình số Ngày 01/09/2006

là ngày đ nh dấu kỷ nguyên truyền hình số ở quốc gia Tiếp theo đó là Hà Lan, Phần Lan, Thuỵ Đi n, Thuỵ Sỹ, Đức

Số nước đã chuy n đổi thành công sang truyền hình kỹ thuật số còn ít nhưng danh s ch c c nước công bố lộ trình chuy n đổi trong thời gian tới ngày càng nhiều Việt Nam đặt mục tiêu s chuy n đồng bộ sang truyền hình kỹ thuật số vào năm

4

Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải hình ảnh là CIF(352 x 288), 480p(720 x480) trong khi đó, truyền hình HDTV có độ phân giải hơn h n tương đương 9CIF, 720p(1280 x 720), 1080i/p(1920 x 1080) Tỷ lệ khung hình SDTV là 4:3 trong khi HDTV là 16:9 Xử lý hình động của SDTV là 15 frames (khung hình)/giây trong khi HDTV là 25-30 frames/giây Audio(tiếng) của tín hiệu SDTV chỉ là stereo(2.1) trong khi tiếng của HDTV ít nhất phải là 5.1 trở lên Chính

vì những ưu đi m như vậy mà tín hiệu HDTV có chất lượng hình ảnh thật hơn, sắc nét hơn và đỡ mỏi mắt hơn cho người xem, chất lượng âm thanh tuyệt hảo với hệ thống âm thanh vòng đa kênh

1.2.3 c ti u chu n của

1.2.3.1 Tiêu chuẩn video:

Có ba kh i niệm chủ yếu được hi u khi so s nh c c tiêu chu n video kh c nhau :

- Độ phân giải : Số thành phần ảnh riêng biệt tạo nên hình ảnh của tivi Độ phân giải cao, thêm c c chi tiết ảnh làm cho hình ảnh s sắc nét khi xuất hiện Độ phân giải được cấu thành bởi hai yếu tố :

• Dòng quét (lines) : số đuờng quét dòng từ tr i qua phải màn hình hiện thị

• Đi m ảnh (Pixels): số đi m ảnh hiện thị trên màn hình

- Hình thức quét dòng: Có hai hình thức quét dòng được sử dụng :

• Quét xen k (Interlaced scan) : Hình ảnh hoàn chỉnh được tạo ra bởi hai mành (Field): mành chẵn và mành lẻ Mành ch n bao gồm phần hình ảnh được quét bởi

c c dòng chẵn Mành lẻ là phần hình ảnh được quét bởi c c dòng lẻ

• Quét liên tục (Progressive scan) : Đó là hệ thống tạo hình ảnh bằng c c dòng quét liên tục từ trên xuống dưới

Hình 1.2: Chế độ quét xen

1.2.3.2 Tiêu chuẩn audio:

Trong hệ thống HDTV có sự cải tiến lớn về âm thanh Bởi vì HDTV sử dụng hệ thống âm thanh vòng Dolby Digital AC-3 C c hệ thống truyền hình quảng b truyền thống như PAL, SECAM, NTSC chỉ hỗ trợ hệ thống âm thanh stereo với hai kênh âm thanh

Dolby Digital, là hệ thống hỗ trợ (được gọi là 5.1) s u kênh âm thanh kh c nhau cho nguời nghe cảm gi c được không gian về hình ảnh S u kênh âm thanh bao gồm :

- Một kênh âm thanh trung tâm mang c c đối thoại của nhân vật trên màn hình của bạn

- Hai kênh âm thanh stereo chính nằm phía trước

- Hai kênh âm thành vòm (surround) cung cấp một cảm gi c về không gian 3D

- Một kênh âm thanh trầm LEF (A Low-Frequency Effects) hỗ trợ c c âm thanh

ở tần số thấp (deep bass sounds)

6

Hình 1.3: Hệ thống âm thanh số Dolby Digital (5.1)

Hình 1.3 : Hệ thống âm thanh số Dolby Digital

1.2.3.3 Nén MPEG4

1.2.3.3.1 Tổng quan về MPEG4

MPEG 2 có khả năng nén SDTV ở tốc độ từ 3-15Mbps, nhưng hiện nay gần như không có c ch nào đ cải thiện hơn nữa hiệu quả nén của MPEG 2 Với nguồn tín hiệu có dung lượng lớn như HDTV, khả năng nén của MPEG 2 không cho kết quả như mong muốn

MPEG 4 được bắt đầu nghiên cứu từ năm 1993, đến năm 1998 thì hoàn thành và được ISO công nhận là chu n quốc tế vài th ng sau đó

MPEG 4 version 1 được hoàn thành vào năm 1998, version 2 ra đời vào năm

1999 sau 2 version chính đó, rất nhiều công cụ được thêm vào cho c c bản sửa đổi tiếp theo, đến mức không th phân biệt được c c version Tuy nhiên việc phân biệt

c c version không quan trọng, điều cần thiết là phải phân biệt được c c profile C c công cụ và profile hiện tại trong tất cả c c version không được thay thế trong

7

version tiếp theo Tất cả c c công nghệ mới luôn luôn được thêm vào MPEG 4 dưới dạng một profile mới

MPEG 4 có 6 đặc chưng cơ bản :

 Mã hoá các đối tƣợng nghe nhìn

Nếu như MPEG 2 mã ho thực hiện với dòng video bao gồm cả âm thanh, hình ảnh, c c dữ liệu phụ như Text, văn bản đồ hoạ…thì MPEG 4 lại phân t ch từng thành phần trong luồng dữ liệu số Việc mã ho của MPEG 4 được thực hiện trên cơ

sở c c cảnh âm thanh hình ảnh (audiovisual scenes) được kết hợp từ c c đối tượng nghe nhìn (media objects hay audiovisual object - AVO) MPEG 4 cho phép mỗi loại đối tượng này được mã ho theo c ch riêng đ tối ưu ho đặc đi m tự nhiên của chúng, và cho phép chúng được truyền đi đến người dùng như c c dòng căn bản

MPEG 4 cũng cung cấp một c ch chu n ho đ mô tả 1 cảnh âm thanh hình ảnh: Đặt c c AVO tại bất cứ chỗ nào trong hệ toạ độ đã cho

Thực hiện phép biến đổi đ chuy n định dạng hình học hoặc âm thanh của AVO Nhóm c c AVO nguyên bản đ hình thành Avo tổng hợp

Gắn c c dòng số liệu vào c c AVO đ thay đổi c c thuộc tính của chúng (ví dụ như âm thanh, chuy n động của một đối tượng, c c thông số làm sinh động 1 hình ảnh mặt người)

Thay đổi một c ch tương t c đi m nghe nhìn của người xem tại bất cứ nơi đâu trong cảnh

8

Hình 1.4 Âm thanh hình ảnh đƣợc ết hợp lại từ các AVO

 Mô tả và đồng bộ dòng dữ liệu cho các AVO

C c AVO có th cần tới c c dòng dữ liệu được chia thành c c dòng cơ bản (Elemetary Stream) Một bộ mô tả đối tượng s nhận dạng tất cả c c dòng dữ liệu được ghép với 1 AVO Điều này cho phép kết hợp c c dữ liệu được mã ho phân cấp như là một liên kết siêu thông tin về nội dung (được gọi là “ Thông tin nội dung đối tượng”)

Phân phối dòng dữ liệu

Việc phân phối c c dòng dữ liệu thông tin từ phía ph t đến phía thu, khai th c

c c chất lượng dịch vụ (Quality of Service – QoS) sẵn có của mạng, được mô tả theo c c lớp đồng bộ và phân phối bao gồm ghép kênh 2 lớp như hình v :

9

Hình 1.5: Phân phối các dòng dữ liệu từ phía phát đến phía thu

 Tương tác với các AVO

Nói chung người sử dụng phải đối diện với mức độ cho phép của bản quyền t c giả Tuy nhiên người sử dụng hoàn toàn có th tương t c với c c cảnh âm thanh hình ảnh:

- Thay đổi đi m nghe nhìn của cảnh, ví dụ có th chuy n bỏ qua cảnh đó

- Kéo c c đối tượng của cảnh đó sang vị trí kh c

- Khởi sự một chuỗi sự kiện bằng c ch kích vào 1 đối tượng lựa chọn, ví dụ như bắt đầu hay kết thúc một dòng video

- Lựa chọn ngôn ngữ theo ý muốn

 Quản lý và nhận dạng sở hữu trí tuệ

Với MPEG 4, mã ho theo c c đối tượng, một điều rất quan trọng là có khả năng nhận dạng c c quyền sở hữu trí tuệ MPEG 4 đã phải làm việc với c c đối t c về sở hữu trí tuệ đ định nghĩa c c cú ph p và công cụ thực hiện điều này Hiện nay, bộ đầy đủ c c điều kiện cho việc nhận dạng quyền sở hữu trí tuệ có th tìm thấy trong phần „Management and Protection of Intellectual Property „ của MPEG 4

 MPEG 4 Profile

MPEG 4 cung cấp bộ profile rất rộng cho việc mã ho c c AVO Nhằm tăng hiệu

Object Descritor Profile

Áp dụng MPEG4 cho truyền hình HDTV

Hiện nay, ngoại trừ một số kênh truyền hình đang sử dụng nén MPEG 2, đa phần

c c nước đều đã sử dụng nén MPEG 4 cho HDTV, và c c nhà cung cấp dịch vụ đều

đã lên kế hoạch chuy n sang MPEG 4

Như đã trình bầy ở trên, nén MPEG 4 Visual có cấu trúc tương thích với MPEG

2, tuy nhiên MPEG 4/H.264 có một số đi m kh c biệt không tương thích với 2 chu n trên, vì vậy khi tri n khai MPEG 4, s phải thiết lập bộ mã ho và giải mã mới

C c hình sau đây s cho c i nhìn cụ th về sự ph t tri n của phương ph p nén:

1.3 Các phương pháp truyền thống của truyền hình lưu động:

1.3.1 Sử dụng xe màu

Xe màu là một loại xe được thiết kế đặc biệt, trông bề ngoài của nó giống như một chiếc xe tải, trong thùng xe được gắn c c thiết bị kỹ thuật, như thiết bị ph t sóng, ghi hình Nó đóng vài trò như một trường quay di động, chuyên dùng đ xử lý tín hiệu âm thanh và hình ảnh cho một buổi ghi hình và ph t sóng trực tiếp đến kh n giả.Tín hiệu từ xe màu s được truyền về phòng Tổng khống chế ph t sóng của c c đài truyền hình, và từ đó s được lên sóng truyền hình, chuy n tải hình ảnh, nội dung chương trình tới khắp kh n giả toàn quốc

Hiện nay có c c đơn vị có cho thuê c c đường truyền quang, kết nối khắp c c tỉnh thành trên toàn quốc nên việc truyền hình ảnh từ xe màu về tổng khống chế cũng không qu phức tạp Tuy nhiên gi thành đ thuê một tuyến quang như vậy

12

phục vụ cho một chương trình cũng không phải là rẻ

Hình 1.7 Một mẫu xe truyền hình lưu động

Xe màu được xử dụng trong trường hợp nào?

Trước đây xe màu chỉ được sử dụng trong những sự kiện quan trọng của quốc gia, hoặc c c chương trình văn hóa lớn Nhưng với sự ph t tri n như vũ bão của công nghệ, ngày nay xe màu xuất hiện rất nhiều trong c c chương trình ghi hình

kh c nhau, có th đó là một chương trình Games Show, một chương trình văn hóa giải trí hay một Show truyền hình thực tế Xe màu thường được sử dụng trong c c

sự kiện diễn ra qu xa c c trung tâm sản xuất của đài truyền hình

Cấu tạo của xe màu bao gồm những gì?

Thùng xe được thiết kế rất khoa học, tạo điều kiện thuận lợi cho ekip ghi hình làm việc, như đạo diễn c c kỹ thuật viên xử lý hình ảnh Xe màu còn được trang bị

c c thiết bị kỹ thuật hiện đại, như thiết bị ki m so t Âm thanh, Hình ảnh, thiết bị

ph t điện dự phòng… Bây giờ chúng ta cùng nhau đi tìm hi u về những thiết bị đặc biệt này

13

Hình 1.8 Không gian làm việc trong xe TH lưu động Mix Control

Đây là tr i tim của xe màu, thiệt bị này được gọi là bản Mix trộn hình, nơi xử

lý tất c c tín hiệu Camera được truyền tải từ hiện trường, người đạo diễn s dựa trên kinh nghiệp của mình, đ đưa ra những quyết định trong việc lựa chọn góc m y đẹp nhất đ đưa hình ảnh đó lên sóng

Hình 1.9 Bàn Mix trộn hình Sound Control

14

Trong xe màu còn có một thiết bị ki m so t âm thanh, với lĩnh vực nghe nhìn, âm thanh đóng một vai trò rất quan trọng, nó quyết định phần lớn sự thành công của một chương trình C c đường tín hiệu âm thanh được lấy từ những âm thanh được chọn lọc trong hiện trường, có th từ m y quay hoặc từ c c thiết bị quản lý âm thanh của sự kiện đó

Hình 1.10 Bàn Mix trộn Âm thanh Camera

Một chiếc xe màu tiêu chu n thường s bao gốm 6 thiết bị ghi hình, hay nói

c ch kh c là được trang bị 6 Camera chuyên dụng, những thiết bị này được tri n khai ghi hình và kết nối trực tiếp với bàn Mix gắn trên xe màu

15

Hình 1.11 Camera Monitor Control

Đây là những màn hình Tivi chuyên dụng, nó cho phép đạo diễn quan s t hình ảnh đang diễn ra tại hiện trường thông qua c p nối với c c m y quay, những màn hình chuyên dụng này cung cấp những hình ảnh có sắc tố màu rất trung thực

Hình 1.12 Màn hình Monitor Control Đầu phát

Đây cũng là một nhân tố quan trọng, nó là nơi truyền tải hình ảnh cuối cùng, hay còn gọi là nơi truyền tải những hình ảnh sau khi được xử lý đến với khản giả đang theo d i trên sóng truyền hình

hệ thống này s được sử dụng đ cung cấp nguồn điện riêng cho xe màu

Nhằm nâng cao chất lượng chương trình, xe màu được thiết kế đặc biệt và được

c ch âm tối đa vì thế mọi liên lạc và chỉ đạo giữa c c thành viên trong ekip đều thông qua hệ thống bộ đàm chuyên dụng

Thông thường một ekip xe màu được biên chế từ 12-15 người, bao gồm đạo diễn,

c c biên tập viên, kỹ thuật viên dựng hình và c c Cameraman Đ có được một chương trình ph t sóng trực tiếp hoàn hảo, đòi hỏi những người làm truyền hình phải có một sự phối hợp rất nhịp nhàng với nhau, bởi chỉ một sơ xuất nhỏ cũng dẫn đến những sự cố khôn lường, ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng âm thanh, hình ảnh cũng như nội dung chương trình

1.3.2 Sử dụng xe vệ tinh:

Truyền dẫn ph t sóng lưu động bằng xe vệ tinh rất tiện lợi, rất cơ động và hiệu quả cao cho c c cầu truyền hình trực tiếp có nhiều đi m cầu và c c chương trình trực tiếp Hệ thống truyền dẫn ph t sóng lưu động bằng xe vệ tinh lưu động của trung

Xe ph t vệ tinh lưu động băng C được thiết kế, lắp đặt nhập từ USA trang thiết bị hiện đại với m y ph t lên vệ tinh có công suất ph t tối đa được 200W , tín hiệu có

th được nén bằng MPEG 2 hoặc MPEG 4, điều chế được bằng cả 2 chu n DVB S

và DVB-S2 hệ thống được làm việc theo dự phòng 1:1 Ăng ten 2,4 m được đặt trên nóc xe tự động mở , gấp chảo và tự động dò tìm quả vệ tinh bằng GPS

1.3.2.1 Mô tả hệ thống máy phát xe vệ tinh băng C:

Tín hiệu SDI-HD từ xe màu tại hiện trường đưa sang xe ph t vệ tinh băng C được đưa tới 2 Encoder harmonic, tín hiệu s được mã hóa và nén MPEG4 /AVC H.264 Tín hiệu đầu ra Encoder là dòng tín hiệu ASI (Asynchronous serial interface) Tín hiệu ASI sau đó được đưa tới bộ modulator SM 6620 điều chế tín hiệu theo tiêu chu n DVB-S2 tín hiệu IF 140 M từ bộ modulator được đưa tới bộ DEV lựa chọn dây chuyền 1 hoặc 2 rồi đưa tới bộ chuy n mạch IF cung cấp tín hiệu IF đã điều chế đến 2 bộ Upconverter đổi tần lên tần số kênh ph t sau đó đưa tới chuy n mạch cung cấp tín hiệu RF kênh ph t tới 2 bộ SSPA SPCM 6200 R khuyếch đại công suất đưa qua chuy n mạch chọn đường ra Anten ph t lên vệ tinh Tại đi m thu s thu tín hiệu

từ vệ tinh ph t xuống

18

1.3.2.2 Sơ đồ khối và nguyên lý làm việc:

Antenna 2.4 m

Local motor controller

2 Port FEED S1

HPA2

LNB HPA1

Encoder 1

Mod 1 Upconverter 1

Mod 2 Upconverter 2Encoder 2

Đầu ra tín hiệu ASI được đưa đến bộ điều chế SM 6620 (Tandberg) điều chế tín hiệu theo tiêu chu n DVB- S2 ở tần số trung tần IF 140 MHz

Tín hiệu IF 140 M từ bộ modulator được đưa tới bộ DEV lựa chọn dây chuyền 1 hoặc 2 rồi đưa tới bộ chuy n mạch IF cung cấp tín hiệu IF đã điều chế đến 2 bộ Upconverter SCR600BU (Vertex) đ đổi tần lên tần số RF băng C Sau đó đưa tới chuy n mạch cung cấp tín hiệu RF kênh ph t tới 2 bộ HPA SSPA (Solid States Power Amplifier) PCM 6200 (Vertex),có công suất danh định là 200W khuếch đại lên mức công suất ph t, sau đó đưa qua chuy n mạch chọn đường ra ăng ten đưa ra anten ph t đường kính 2,4m ph t lên vệ tinh Tín hiệu thu về ki m tra qua LNB đ chuy n xuống băng L sau đó đưa đến đầu thu chuyên dụng Harmonic đ đưa ra màn hình ki m tra

Cấu hình hệ thống là 1+1, dự phòng nóng (hot standby)

19

1.3.2.3 Bộ mã hóa tín hiệu HD Harmonic:

Hình 1.15 Bộ mã hóa tín hiệu HD

Thiết bị này p dụng công nghệ mã hóa mới nhất hiện nay: Mã hóa MPEG4 với

tỉ lệ nén cao và chất lượng không suy giảm nhiều đã được hiệp hội Motion Picture

Expert Group đề xuất và được nhiều nhà sản xuất thiết bị trên thế giới công nhận và

ủng hộ, tín hiệu sau khi qua bộ mã hóa này có th đạt đến tốc độ 8-10Mbps.Nguồn

tín hiệu đã chu n hóa SDI HD s được đưa vào 2 bộ Encoder HD Tín hiệu HDTV

có tốc độ từ 5,7 - 8Mbps, sau khi qua bộ encoder HD s được nén thành 1 luồng tín

hiệu IP có tốc độ 30Mbit/s và được truyền trong dải tần 8 MHz Độ nén của mỗi

kênh trong bộ encoder có th tăng giảm được tùy thuộc vào việc cài đặt của người

vận hành(đây gọi là nén động) Bộ encoder dùng chu n MPEG-4 AVC/High

20

Tín hiệu sau điều chế: IF out: 140Mhz

1.3.2.5 Bộ đổi tần lên Up Converter

 Vị trí, chức năng và nguyên lý chung của bộ đổi tần lên:

Sau khi được điều chế,tín hiệu trung tần 140/70 MHz được đưa tới bộ đổi tần lên (Upconverter).Bộ đổi tần lên này s chuy n đổi tín hiệu trung tần tới tần số ph t lên của kênh vệ tinh băng C: 5.8†6.65 GHz Đầu ra của Upconverter được đưa tới bộ khuếch đại công suất HPA phục vụ cho việc khuếch đại tín hiệu cao tần ph t trên đường truyền vệ tinh

Bộ điều

công suất

Hình 1.17 Vị trí của bộ đổi tần lên trong hệ thống

- Nguyên lý chung của bộ đổi tần lên (đổi tần kép):

IF 140 MHz

Band C 6.5 GHz

5.8-Bộ khuếch đại trộn 1Bộ trộn 2Bộ

Bộ lọc thông dải

Bộ lọc

đại

Hình 1.18 Nguyên lý chung của bộ Upconverter (đổi tần ép)

Tín hiệu trung tần đi qua bộ khuếch đại (công suất đầu ra của bộ khuếch đại được điều chỉnh sao cho phù hợp với miền phi tuyến của diode của bộ trộn), sau đó đi đến bộ trộn 1 (Mixer 1), tần số cung cấp cho nó sử dụng bộ dao động nội LO1 thường có tần số cố định bằng thạch anh dao động ở miền tần số thấp, tín hiệu sau khi trộn được lọc thông dải ở miền tần số cao hơn được đưa đến bộ trộn 2 (Mixer 2), dao động nội LO2 cung cấp một dao động có tần số thay đổi được ở miền tần số cao cho Mixer 2, sau đó tín hiệu được lọc băng lần 2 và tiếp tục được khuếch đại

21

sao cho công suất đầu ra của nó phù hợp với yêu cầu của bộ khuếch đại công suất HPA, tần số đầu ra thu được nằm trong dải band C: 5.8-6.65 GHz

 Các Modul của Upconverter:

Khối đổi tần chuy n tín hiệu đầu vào IF 70/140 MHz thành tín hiệu đầu ra ở băng SHF (ở đây là tín hiệu Band C)

Khối sử dụng đổi tần 2 lần với tần số trung gian là 1200 MHz C c thành phần chính bao gồm:

- Bo đổi tần lên PCB

- Module đổi tần lên SHF

- Bộ dao động tổng hợp đa năng tần số SHF

SHF converter có bộ dao động nội là bộ dao động tổng hợp hoạt động ở tần số

1200 MHz dưới tần số đầu ra SHF Bộ dao động tổng hợp này b m theo pha chu n

10 MHz trên Upconverter PCB

Tần số được điều khi n với bước là 125 KHz bởi bo điều khi n và gi m s t và có

th được thiết lập bởi người vận hành từ panel phía trước Khối này có một đầu ra

gi m s t dao động nội ở phía trước

Sự vận hành của Upconverter được điều khi n bởi “Monitor and Control PCB”

Bộ này cho phép người dùng điều khi n Upconverter qua hệ thống màn hi n thị và bàn phím

Tính năng điều khi n và gi m s t bao gồm:

- Điều khi n tần số ở đầu ra

Tín hiệu IF sau điều chế 140 Mhz được đưa tới bộ up converter SCR 6000 Bu

s được đổi tần từ IF 140MHz lên tần số cao tần kênh ph t RF ( từ 5850 đến 6725MHz) rồi đưa tới bộ SSPA SPCM 6200R khuếch đại công suất

1.3.2.6 Bộ huếch đại công suất HPA SPCM 6200R

Tín hiệu RF kênh ph t đưa vào bộ HPA SPCM 6200R được khuếch đại công suất lên mức công suất ph t (công suất ph t tối đa của m y là 200W) rồi đưa tới antenna

ph t lên vệ tinh

Kết luận chương :

Tóm lại, với sự ph t tri n không ngừng của truyền hình hiện nay, nhu cầu của

kh n giả đối với c c chương trình truyền hình cũng không ngừng tăng lên C c chương trình truyền hình phải “nóng”, cập nhật chính x c, đầy đủ thông tin và chất lượng hình ảnh cũng phải cao

Với c c giải ph p truyền hình lưu động truyền thống (xe vệ tinh, xe màu kết hợp đường tín hiệu quang từ thực địa về tới tổng khống chế c c đài) cũng phần nào đ p

23

ứng được với yêu cầu hiện nay của kh n giả Tuy nhiên với gi thành thực hiện cao; một số trường hợp tri n khai gặp nhiều khó khăn (như việc di chuy n xe màu, xe vệ tinh vào c c vùng sâu vùng xa, huyện đảo, hay c c vũng lũ lụt, bão gió…) gặp không ít trở ngại đòi hỏi một giải ph p, hệ thống hay thiết bị nào có khả năng thực hiện c c chương trình phóng sự, cập nhất tin tức, làm c c bản tin Breaking News…

là cấp thiết

24

CHƯƠNG II CÔNG NGHỆ CÂN BẰNG TẢI DẠNG BONDING

2.1 Giới thiệu cấu trúc mạng OSI

Sự kết hợp của m y tính với c c hệ thống truyền thông, đặc biệt là c c hệ thống viễn thông đã tạo ra một sự chuy n biến có tính c ch mạng trong vấn đề khai

th c và sử dụng c c hệ thống m y tính Mô hình tập trung dựa trên c c m y tính lớn với phương thức khai th c theo lô đã được thay thế bằng mô hình tổ chức mới, trong đó c c m y tính đơn lẻ được kết hợp lại đ cùng thực hiện một công việc Một môi trường làm việc đA người dùng sử dụng tài nguyên phân t n đã hình thành và cho phép nâng cao hiệu quả khai th c tài nguyên chung từ những vị trí địa lý kh c nhau

Trong những năm 70 của thế kỉ 20, khi bắt đầu xuất hiện kh i niệm Mạng truyền thông, trong đó c c thành phần chính của nó là c c nút mạng, được gọi là c c

bộ chuy n mạch dùng đ chuy n thông tin đến đích của nó C c nút mạng được nối với nhau bằng c c đường truyền vật lý còn c c m y tính xủ lý thông tin qua trạm Host hoặc c c trạm cuối được kết nối trực tiếp vào c c nút mạng đ khi cần thì sẵn sàng trao đổi thông tin qua mạng

2.1.1 Mô hình OSI

Sự ph t tri n c c mạng thời kỳ đầu không được tổ chức và diễn ra theo nhiều

c ch Những năm đầu thập niên 80 đã chứng kiến sự gia tăng mạnh m về số lượng

và kích thước của c c mạng Khi c c công ty bắt đầu nhận thức được ưu đi m của việc sử dụng công nghệ mạng, c c mạng được thêm vào và mở rộng nhanh chóng

Do sự ph t tri n qu nhanh khiến c c công ty gặp phải những khó khăn, cũng giống như con người bất đồng ngôn ngữ khi tiếp xúc với người kh c ngôn ngữ, c c mạng của c c công ty và c c hãng cũng gặp phải tình trạng tương tự do những đặc tả và những quy định kh c nhau trong việc thiết kế hệ thống mạng của mình

Đ giải quyết vấn đề bất tương thích mạng, tổ chức tiêu chu n hóa quốc tế (ISO) đã nghiên cứu c c mô hình mạng thiết lập như DECnet, SNA và TCP/IP đ tìm ra một số luật định có th p dụng một c ch tổng qu t cho tất cả c c mạng Sử dụng nghiên cứu này ISO đã đưa ra một mô hình mạng, qua đó giúp c c nhà cung cấp thiết bị mạng tạo ra c c mạng có th tương thích tốt với c c mạng kh c

25

Mô hình tham chiếu c c hệ thống mở OSI đã được công bố vào năm 1984, và

là mô hình có tính chất mô tả được tạo ra bởi ISO Nó cung cấp cho c c nhà sản xuất một tập c c tiêu chu n đảm bảo khả năng tương thích và khả năng liên kết hoạt động tốt hơn giữa c c công nghệ mạng kh c nhau được giới thiệu bởi c c công ty trên khắp thế giới

Môt hình tham chiếu OSI đã trở thành mô hình chính thức cho hoạt động truyền thông mạng Mặc dù tồn tại một số mô hình kh c nhưng hầu hết c c nhà chế tạo đều đựa vào mô hình OSI đ chế tạo c c sản ph n của họ

2.1.2 Mô hình OSI với hệ thống cân bằng tải

Khi nói về thiết bị cân bằng tải, c c lớp của mô hình OSI thường được đề cập đến OSI đã được ph t tri n và được coi như một framework cho việc ph t tri n c c giao thức và c c ứng dụng Mô hình OSI có một sự tương đồng với c c chu n của

mô hình mạng Internet (Mô hình TCP/IP) c i mà hệ thống cân bằng tải đang được ứng dụng ngày nay

Tầng ứng dụng (Application layer): tầng ứng dụng quy định giao diện giữa người

sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp c c phương tiện cho người sử dụng truy cập vả sử dụng c c dịch vụ của mô hình OSI

Tầng trình bày (Presentation layer): tầng trình bày chuy n đổi c c thông tin từ cú

ph p người sử dụng sang cú ph p đ truyền dữ liệu, ngoài ra nó có th nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền đễ bảo mật

Tầng giao dịch (Session layer): tầng giao dịch quy định một giao diện ứng dụng

cho tầng vận chuy n sử dụng Nó x c lập nh xa giữa c c tên đặt địa chỉ, tạo ra c c tiếp xúc ban đầu giữa c c m y tính kh c nhau trên cơ sở c c giao dịch truyền thông

Nó đặt tên nhất qu n cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau

C c tầng từ 5 tới 7 thực hiện chức năng cân bằng tải qua việc sử dụng URL hoặc

c c thông tin trong gới dữ liệu như cookie DNS round robin là một ứng dụng đi n hình

Tầng giao vận (Transport layer): tầng vận chuy n x c định địa chỉ trên mạng,

c ch thức chuy n giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút (end-to-end) Đ bảo đảm được việc truyền ổn định trên mạng tầng vận chuy n thường đ nh số c c

26

gói tin và đảm bảo chúng chuy n theo thứ tự SLB sử dụng c c thông tin về cổng và địa chỉ đ thực hiện c c chức năng cân bằng tải

Tầng mạng (Networ layer): tầng mạng có nhiệm vụ x c định việc chuy n hướng,

vạch đường c c gói tin trong mạng, c c gói tin này có th phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng Thường chức năng cân bảng tải cũng được thực hiện trên c c router tại lớp mạng

Tầng liên ết dữ liệu (Data lin layer): tầng liên kết dữ liệu có nhiệm vụ x c định

cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, c c dạng thức chung trong c c gói tin, đóng

c c gói tin Tại lớp liên kết dữ liệu c c thiết bị như switch thường được nối với nhau bởi nhiều đường, và cũng thực hiện c c chức năng phân phối tải theo c c thuật

to n đã được cài đặt sẵn trong thiết bị

Tầng vật lý (Phisical layer): tầng vật lý cung cấp phương thức truy cập vào đường

truyền vật lý đ truyền c c dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp c c chu n

về điện, dây c p, đầu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện p, tốc độ c p truyền dẫn, giao diện nối kết và c c mức nối kết Chức năng cân bằng tải ở lớp vật lý thường đề cập đến việc kết nối c c thiết bị qua c c c p vật lý như cat 5, fiber…

Hình 2.1: Mô hình 7 tầng OSI

2.2 Công nghệ cân bằng tải (Server Load Balancing – SLB)

2.2.1 oạt ộng của hệ thống cân bằng tải server

Mô hình SLB đơn giản được mô tả như ở hình dưới đây

27

Hình 2.2: Hệ thống SLB đơn giản

SLB mở rộng hiệu nǎng của c c server ứng dụng, ch ng hạn như Web server, nhờ phân phối c c yêu cầu của client cho c c server trong nhóm (cluster) C c server (hay còn gọi là host) đều nhận gói IP đến, nhưng gói chỉ được xử lý bởi một server nhất định C c host trong nhóm s đồng thời đ p ứng c c yêu cầu kh c nhau của c c client, cho dù một client có th đưa ra nhiều yêu cầu Ví dụ, một trình duyệt Web cần rất nhiều hình ảnh trên một trang Web được lưu trữ tại nhiều host kh c nhau trong một nhóm server Với kỹ thuật cân bằng tải, qu trình xử lý và thời gian

đ p ứng client s nhanh hơn nhiều

Mỗi host trong nhóm có th định ra mức tải mà nó s xử lý hoặc tải có th phân phối một c ch đồng đều giữa c c host Nhờ sử dụng việc phân phối tải này, mỗi server s lựa chọn và xử lý một phần tải của host Tải do c c client gửi đến được phân phối sao cho mỗi server nhận được số lượng c c yêu cầu theo đúng phần tải đã định của nó Sự cân bằng tải này có th điều chỉnh động khi c c host tham gia vào hoặc rời khỏi nhóm Đối với c c ứng dụng như Web server, có rất nhiều client

và thời gian mà c c yêu cầu của client tồn tại tương đối ngắn, khả nǎng của kỹ thuật này nhằm phân phối tải thông qua nh xạ thống kê s giúp cân bằng một c ch hiệu quả c c tải và cung cấp khả nǎng đ p ứng nhanh khi nhóm server có thay đổi

C c server trong nhóm cân bằng tải ph t đi một bản tin đặc biệt thông b o

28

trạng th i hoạt động của nó (gọi là heartbeat message) tới c c host kh c trong nhóm đồng thời nghe bản tin này từ c c kh c host kh c Nếu một server trong nhóm gặp trục trặc, c c host kh c s điều chỉnh và t i phân phối lại tải đ duy trì liên tục c c dịch vụ cho c c client Trong phần lớn c c trường hợp, phần mềm client thường tự động kết nối lại và người sử dụng chỉ cảm thấy trễ một vài giây khi nhận được đ p ứng trả lời

2.2.2 Kiến trúc hệ thống cân bằng tải Load Balancing

Đ tối đa ho thông lượng và độ khả dụng, công nghệ cân bằng tải sử dụng kiến trúc phần mềm phân t n hoàn toàn, trình điều khi n cân bằng tải được cài đặt

và chạy song song trên tất cả c c host trong nhóm Trình điều khi n này sắp xếp tất

cả c c host trong nhóm vào một mạng con đ ph t hiện đồng thời lưu lượng mạng đến địa chỉ IP chính của nhóm (và c c địa chỉ bổ sung của c c host ở nhiều vị trí

kh c nhau) Trên mỗi host, trình điều khi n hoạt động như một bộ lọc giữa trình điều khi n card mạng và chồng giao thức TCP/IP, cho phép một phần lưu lượng mạng đến được nhận bởi host đó Nhờ đó, c c yêu cầu của client s được phân vùng

và cân bằng tải giữa c c host trong nhóm

Kiến trúc này tối đa ho dung lượng nhờ việc sử dụng mạng quảng b đ phân phối lưu lượng mạng đến tất cả c c host trong nhóm và loại bỏ sự cần thiết phải định tuyến c c gói đến từng host riêng lẻ Do thời gian lọc c c gói không mong muốn diễn ra nhanh hơn thời gian định tuyến c c gói (định tuyến bao gồm c c qu trình nhận gói, ki m tra, đóng gói lại và gửi đi), kiến trúc này cung cấp thông lượng cao hơn c c giải ph p dựa trên bộ điều phối Khi tốc độ của mạng và server tǎng lên, thông lượng cũng tǎng theo tỉ lệ thuận, do đó loại bỏ được bất cứ sự lệ thuộc nào vào việc định tuyến dựa trên c c phần cứng đặc biệt

Phân phối lưu lượng trong SLB

Luồng dữ liệu từ người dùng cuối tới thiết bị cân bằng tải, tới m y chủ thực

sự phía sau và sau đó quay ngược trở lại người dùng cuối Phần này s phân chia

qu trình đi của gói tin trên từng đoạn mạng đ giúp cho việc hi u r SLB hoạt động như thế nào

SLB hoạt động bởi việc điều khi n gói tin trước và sau khi nó tới server thực

29

sự phía sau Việc này thực hiện một c ch đơn giản bởi việc sử dụng địa chỉ IP đích

và nguồn tại lớp 3 trong hoạt động sử lý được biết đến như là NAT (Network Address Translation)

Hình 2.3: Hành trình của một gói dữ liệu

Trong Hình 2.3, ta có th thấy một gói dữ liệu có địa chỉ nguồn là 208.185.43.202 địa chỉ đích là 192.168.0.200 Bộ định tuyến sử dụng c c thông tin này đ chuy n tiếp dữ liệu trên mạng qua c c trạm trung gian tới đích Một vấn đề

có tính chất quan trọng sống còn với SLB nói riêng và mạng TCP/IP nói chung là, khi gửi một gói dữ liệu tới một địa chỉ đích, gói dữ liệu đó cần phải có b o nhận lại với cùng địa chỉ nguồn và đích hay nói một c ch kh c, khi gửi một gói tin tới một

m y đích, m y đích phải gửi ngược trở lại m y gửi với địa chỉ đích là m y gửi và địa chỉ nguồn là địa chỉ của chính m y nhận, nếu từ một địa chỉ kh c gói dữ liệu s

bị loại bỏ Nguyên tắc này không có ý nghĩa quan trọng với gói tin UDP do UDP sử dụng giao thức không hướng nối (Connectionless) Mặc dù vậy, phổ biến c c SLB dựa trên giao thức hướng nối TCP

Thuật toán cân bằng tải

NLB sử dụng thuật to n lọc phân t n hoàn toàn đ nh xạ c c client đến c c host trong nhóm Thuật to n này cho phép c c host trong nhóm đưa ra c c quyết định cân bằng tải một c ch độc lập và nhanh chóng cho từng gói đến Nó được tối

ưu ho đ cung cấp khả nǎng cân bằng tải một c ch thống kê đối với một số lượng lớn c c yêu cầu nhỏ do vô số client tạo ra, đi n hình là đối với c c Web server Nếu

30

số client và/hoặc c c kết nối client tạo ra c c tải qu chênh lệch nhau trên server, thuật to n cân bàng tải s ít hiệu quả Tuy nhiên, tính đơn giản và tốc độ của thuật

to n cho phép cung cấp hiệu nǎng rất cao bao gồm cả thông lượng cao và thời gian

đ p ứng ngắn trong một dải rộng c c ứng dụng client/server thông dụng

NLB xử lý c c yêu cầu của client bằng c ch dẫn đường cho một tỉ lệ phần trǎm đã chọn những yêu cầu mới cho từng host trong nhóm Thuật to n không đ p ứng những thay đổi về tải trên mỗi host (ch ng hạn như tải CPU hay vấn đề sử dụng

bộ nhớ) Tuy nhiên, qu trình nh xạ s được thay đổi khi quan hệ thành viên trong nhóm thay đổi và tỉ lệ phần trǎm tải phân bố s được t i cân bằng

Khi xem xét một gói đến, tất cả c c host thực hiện đồng thời việc nh xạ thống kê đ x c định nhanh chóng host nào s xử lý gói đó Qu trình nh xạ sử dụng một hàm ngẫu nhiên đ tính mức ưu tiên của host dựa trên địa chỉ IP và cổng đến của client cùng c c thông tin trạng th i kh c đ tối ưu ho việc cân bằng tải Host tương ứng s chuy n gói đó từ c c tầng dưới lên tầng TCP/IP còn c c host

kh c s loại bỏ gói này Qu trình nh xạ không thay đổi trừ phi quan hệ giữa c c host trong nhóm thay đổi, đ đảm bảo rằng địa chỉ IP và cổng đến của client cho trước s luôn được nh xạ đến cùng một host trong nhóm Tuy nhiên, host cụ th trong nhóm mà địa chỉ IP và cổng đến của client nh xạ tới không th được x c định trước do hàm ngẫu nhiên có tính đến quan hệ thành viên trong nhóm hiện tại

và qu khứ đ tối thi u ho khả nǎng nh xạ lại

Nhìn chung, chất lượng cân bằng tải được x c định một c ch thống kê bởi số lượng client tạo ra yêu cầu Như kết cấu tǎng giảm về số lượng client theo thống kê,

sự đều đặn về chất lượng của thuật to n cân bằng tải s thay đổi nhẹ Đ hoạt động cân bằng tải có độ chính x c cao trên mỗi host trong nhóm, một phần tài nguyên hệ thống s được sử dụng đ đo và phản ứng trước những thay đổi của tải Sự trả gi

về hiệu nǎng này phải được cân nhắc so với lợi ích của việc tối đa ho khả nǎng sử dụng c c tài nguyên trong nhóm (về cơ bản là CPU và bộ nhớ) Trong bất cứ trường hợp nào, việc sử dụng hợp lý c c nguồn tài nguyên server phải được duy trì đ có

th phục vụ cho c c tải client kh c trong trường hợp xảy ra lỗi

Khi một host mới tham gia vào nhóm, nó s kích hoạt qu trình hội tụ và một

31

quan hệ thành viên mới trong nhóm s được tính to n Khi qu trình hội tụ hoàn thành, một phần tối thi u client s được nh xạ tới host mới NLB dò c c kết nối TCP trên mỗi host và sau khi kết nối TCP hiện tại của chúng hoàn thành, kết nối tiếp theo từ c c client bị ảnh hưởng s được xử lý bởi host mới Do đó, c c host nên được bổ sung vào nhóm tại những thời đi m tải tǎng qu mạnh nhằm tối thi u ho hiện tượng ngắt quãng c c phiên Đ tr nh vấn đề này, trạng th i phiên phải được quản lý bởi ứng dụng server sao cho nó có th được t i cấu trúc hay được trả lại từ bất kỳ một host nào trong nhóm Ví dụ, trạng th i phiên có th được đ y đến server

cơ sở dữ liệu và lưu trong c c cookies của client

2.2.4 ạn chế của công nghệ cân bằng tải Load Balancing:

Hạn chế lớn nhất của công nghệ cân bằng tải Load Balancing thông thường đó

là việc không sử dụng được c c đường truyền tải dùng cho 1 ứng dụng tại cùng một thời đi m

Công nghệ cân bằng tải Load Balancing chỉ tối ưu nhất trong trường hợp người dùng muốn có một đường truyền có tính dự phòng (back-up) cao vì khi đó khả năng đ nhiều đường truyền bị lỗi cùng một thời đi m là thấp

2.3 Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding

Kh c với công nghệ cân bằng tải Load Balancing không th sử dụng đồng thời tại cùng 1 thời đi m c c đường truyền kh c nhau cho cùng 1 ứng dụng, công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có khả năng làm được điều này Như vậy tức là, p dụng công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, người dùng có th sử dụng đồng thời nhiều đường truyền tại 1 thời đi m cho 1 ứng dụng nhất định, điều này giúp tăng khả năng của đường truyền lên nhiều lần so với riêng lẻ từng đường một

2.3.1 hế nào là ông nghệ cân bằng tải dạng Bonding

Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding là một ki u kết hợp nhiều đường truy cập thành một kết nối băng thông rộng cho bất cứ một ứng dụng nào yêu cầu kết nối internet

Ví dụ như, khi bạn ở một nơi nào có đồng thời một lúc c c đường truyền internet như: c p quang, wifi, kết nối 3G/4G….Theo truyền thống, bạn chỉ có th sử dụng một trong những kênh truyền trên tại một thời đi m duy nhất, và chưa có c ch

32

nào đ kết hợp tất cả c c kênh có sẵn đ có được băng thông tổng hợp (k cả với công nghệ cân bằng tải Load Balancing) Nhưng với công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, điều đó là có th

2.3.2 So s nh giữa ông nghệ cân bằng tải Load Balancing và ông nghệ cân bằng tải dạng Bonding (7)

Kh thường xuyên khi có sự nhầm lẫn đ nh đồng giữa 2 công nghệ cân bằng tải Load Balancing và công nghệ cân bằng tải dạng Bonding Sự thật có kh nhiều

sự kh c nhau giữa 2 công nghệ này Và hiện nay nhiều sản ph m công nghệ p dụng công nghệ cân bằng tải dạng ghép kênh bonding nhờ vào c c ưu thế vượt trội của nó so với công nghệ cân bằng tải thông thường như một xu hướng mới trong lĩnh vực công nghệ Multi-Wan

Cả hai công nghệ đều có mục đích tối ưu hóa khả năng truyền tải dữ liệu trên

c c liên kết đ truy cập vào Internet và đảm bảo dữ liệu được định tuyến tới c c kết nối tối ưu một c ch chính x c Sự kh c biệt chủ yếu là giữa hai công nghệ trên thì

qu trình cân bằng tải xảy ra tại lớp nào trong mô hình OSI

 Cân bằng tải thông thường Load Balacing phân chia lưu lượng giữa c c giao diện mạng (interfaces) ở lớp 4 trong mô hình OSI ( network socket) Công nghệ Load Balacing thông thường hoạt động bằng c ch chọn c c đường đi/ kết nối kh c nhau đ định tuyến cho một phiên giao thức TCP hoặc UDP Điều này có nghĩa mỗi phiên được nh xạ tới một kết nối cụ th với một tốc

độ tối đa mà kết nối đó cho phép Trong trường hợp một kết nối bị lỗi, phiên

đó s kết thúc và một phiên làm việc mới được thiết lập và được định tuyến tới một kết nối kh c khả dụng

 Cân bằng tải dạng Bonding phân chia lưu lượng ở c c lớp thấp hơn: lớp 2 hoặc lớp 3 (C c trường hợp cụ th ở từng lớp s được trình bày ở mục tiếp theo) Như vậy công nghệ Bonding làm việc với những gói tin TCP/UDP, điều đó có nghĩa một phiên s được định tuyến qua tất cả c c kết nối khả dụng (available connection), về cơ bản bằng c ch phân phối tất cả c c gói dữ liệu cho tất cả c c kết nối Điều này dẫn đến việc sử dụng băng thông của tất

cả c c kết nối riêng lẻ một c ch đồng thời, đạt được tốc độ cao, cả đường

33

lên và đường xuống, ngay cả đối với một phiên duy nhất Trong trường hợp

có một vài kết nối bị lỗi trong qu trình truyền dữ liệu, phiên làm việc s không bị gi n đoạn mà chỉ bị giới hạn băng thông tổng do giảm băng thông của c c kết nối bị lỗi

Một khía cạnh kh c nữa giữa hai công nghệ là việc quản lý chất lượng dịch vụ QoS Việc đ nh gi , tính to n QoS đối với công nghệ cân bằng tải Load Balancing

là kh phức tạp, do phải đ nh gi với từng đường truyền thành phần riêng lẻ Như vậy một c ch đ nh gi tổng qu t, duy nhất khó có th x c định r rang và p dụng Ngoài ra, khi sử dụng c c kết nối DSL – loại kết nối có hiệu suất biến động, c c quy tắc ưu tiên QoS có th không được p dụng một c ch chính x c do hoạt động không ổn định của mỗi kết nối

Còn đối với công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, quy tắc ưu tiên được x c định cho 1 kênh giao tiếp duy nhất, công suất đươc tính theo thời gian thực cho phép đ nh gi QoS dễ dàng

Vì vậy, khi so s nh hai công nghệ, đi m kh c biệt quan trọng là việc sử dụng nhiều kết nối đồng thời tại một thời đi m đ nâng cao băng thông toàn đường truyền

và độ tin cậy Ngoài ra, công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có nhiều đi m chung, tính năng với đường dây thuê bao vì nó tạo ra một kết nối duy nhất với tốc

độ tổng hợp và độ tin cậy

2.3.3 c trường hợp của công nghệ cân bằng tải Bonding:

Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có th được sử dụng tại c c lớp kh c nhau trong mô hình OSI

 Bonding trên lớp vật lý ( Physical Layer) có th được thực hiện bằng c ch sử dụng JMB (Joint Multi-user Beamforming) , một hệ thống cho phép cộng thêm c c

đi m ph t Access Points (APs) trong cùng 1 kênh đ tăng băng thông trong mạng

Sử dụng JMB, một mạng LAN không dây có th mở rộng thông lượng (throughput) hiệu quả bằng c ch liên tục them vào c c Access Point (APs) trên cùng một kênh

 Bonding trên lớp data link – lớp 2: Công nghệ này sử dụng 2 hoặc nhiều cổng mạng (network interfaces) trên một thiết bị đ tạo ra một đường truyền có băng thông lớn hơn Nó có th thực hiện với Wifi và 3G