Giải pháp kỹ thuật thích ứng chất lượng thiết bị đầu cuối cho hệ thống hội nghị từ xa

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG DƢƠNG THẾ ÁNH GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THÍCH ỨNG CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI CHO HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TỪ XA LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thái Nguyên - 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự thân tơi tìm hiểu, nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Tam Các liệu, thông tin đƣợc thu thập từ nguồn hợp pháp, nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực Các tài liệu tham khảo đƣợc trích dẫn thích đầy đủ Tác giả luận văn Dƣơng Thế Ánh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CÁM ƠN Trƣớc hết em xin gửi lời cám ơn chân thành đến toàn thể thầy cô giáo Viện Công nghệ thông tin Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên dạy dỗ chúng em suốt trình học tập chƣơng trình cao học trƣờng Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tam quan tâm, định hƣớng đƣa góp ý, gợi ý, chỉnh sửa vơ q báu cho em trình làm luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em xin chân thành cám ơn bạn đồng nghiệp, gia đình ngƣời thân quan tâm, giúp đỡ chia sẻ với em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2012 Học viên Dƣơng Thế Ánh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv MỤC LỤC MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG x MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ VỀ HỘI NGHỊ TỪ XA QUA INTERNET 1.1.Thế hội nghị truyền hình? 1.2.Các dạng hội nghị truyền hình 1.2.1 One – to – One (Điểm - Điểm) 1.2.2 One – To – Group (Điểm -Nhóm) 1.2.3 Group – To – Group (Nhóm - Nhóm) 1.2.3 Group – To – Group (Nhóm - Nhóm) 1.2.4 Hội nghị nhiều bên sử dụng MCU 1.3 Một số chuẩn công nghệ mạng cho hệ thống hội nghị từ xa 1.3.1 Chuẩn H.320 1.3.2 Chuẩn H.324 1.3.3 Chuẩn H.323 1.3.4 Giao thức khởi tạo phiên SIP: 11 1.4 Một số thiết bị đầu cuối đƣợc sử dụng 21 1.4.1 Tổng quan thiết bị đầu cuối 21 1.4.2 CTS MSE 8000 21 1.4.3 CTS MCU 4500 22 1.4.4 CTS MCU 4200 22 1.4.5 CTS content server 23 1.4.6 CTS IP VCR 2200 Series 23 1.4.7 CTS IP Gateway 24 1.4.8 CTS ISDN Gateway 24 1.4.9 Vega X3 25 1.4.10 Vega X5 25 1.4.11 AVC 8500 CODEC 26 1.5 Bài toán cần giải quyết: 27 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v CHƢƠNG II: GIẢI PHÁP KỸ THUẬT THÍCH ỨNG CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI CHO HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TỪ XA 28 2.1 Chất lƣợng dịch vụ (QoS) Internet 28 2.1.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ (QoS) 28 2.1.2 Dịch vụ tích hợp IntServ 29 2.1.3 Dịch vụ phân biệt DiffServ 32 2.1.4 Modular QoS CLI 39 2.2 Một giải pháp kỹ thuật thích nghi QoS thiết bị đầu cuối cho hệ thống hội nghị từ xa 40 2.2.1 Kiến trúc hệ thống thích nghi QoS 40 2.2.2 Các thông số QoS thiết bị cuối hội nghị từ xa 43 2.2.3 Đánh giá hiệu hệ thống thích nghi QoS thiết bị cuối hội nghị từ xa 46 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TỪ XA THỰC NGHIỆM 50 3.1 Mô tả hệ thống 50 3.2 Kiến trúc tổng thể hệ thống 51 3.3 Một số kịch thử nghiệm kết 52 3.1.1 Giao diện cửa sổ 52 3.1.2 Giao diện cửa sổ thị 53 3.1.3 Giao diện cửa sổ điều khiển 53 3.3.4 Thiết đặt hệ thống 53 3.3.4 Thiết đặt hệ thống 54 KẾT LUẬN 59 NHỮNG KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN 62 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Stt Chữ viết tắt Diễn giải Ý nghĩa Class of Service Lớp dịch vụ DiffServ Differentiated Services Dịch vụ phân biệt DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DSCP ETSI HTTP Hypertext Transfer Protocol IETF Internet Engineering Task Force IP ISDN 10 ITU CoS 11 ITU-T Diferentiated Service Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt European Telecommunications Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu Standards Institute Giao thức truyền siêu văn Tổ chức làm nhiệm vụ kỹ thuật Internet Internet Protocol Giao thức Liên mạng Integrated Service Digital Dịch vụ tích hợp mạng kỹ thuật số Network International Liên minh Viễn thông quốc tế Telecommunication Union International Tiêu chuẩn viễn thông - thuộc Tổ Telecommunication Union - chức Viễn thông quốc tế Telecommunication Standardization Sector Integrated Services Dịch vụ tích hợp Media Access Control Kiểm sốt truy cập phƣơng tiện thơng Media Gateway Control Giao thức điều khiển cổng đa Protocol phƣơng tiện Multipurpose Internet Mail Chuẩn Internet định dạng cho thƣ Extensions điện tử MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MCU Multi-point Conferencing Unit Đơn vị Hội nghị truyền hình đa điểm 12 IntServ 13 MAC 14 MGCP 15 MIME 16 17 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Dịch địa mạng 18 NAT Network address translation 19 POTS Plain Old Telephone Service 20 PSTN 21 QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ 22 RAS Remote Access Services Dịch vụ truy cập từ xa 23 RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức chiếm trƣớc tài nguyên 24 RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực 25 RTP Real Time Transport Protocol Giao thức thời gian thực 26 SAP Service Advertising Protocol Giao thức dịch vụ quảng bá 27 SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên 28 SIP Session Initiation Protocol Giao thức phiên khởi đầu 29 TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận 30 ToS The type-of-service field Trƣờng dịch vụ 31 TDM 32 UA 33 Public Switched Telephone Thiết lập giao thức kiểm soát dồn kênh giải thông thấp Mạng điện thoại chuyển mạch kênh Network Time division multiplexing Kỹ thuật truyền liệu phân chia theo khe thời gian User Agents Đại diện ngƣời dùng UAC User Agent Client Đại diện ngƣời dùng khách 34 UAS User Agent Server Đại diện ngƣời dùng chủ 35 UDP User Datagram Protocol Giao thức gói liệu ngƣời dùng 36 URL Uniform Resource Locator Bộ định vị tài nguyên chung 37 VCS Video Conferencing System Hệ thống hội thảo trực tuyến 38 VoIP Voice over Internet Protocol Truyền tiếng nói qua giao thức Internet 39 XML Extensible Markup Language Ngơn ngữ đánh dấu mở rộng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Hội nghị truyền hình hai điểm riêng biệt Hình 1.2 Hội nghị truyền hình từ người dùng đơn đến hệ thống nhóm Hình 1.3 Hội nghị truyền hai nhóm Hình 1.4 Hội nghị nhiều bên sử dụng MCU Hình 1.5 Cấu trúc H.323 Hình 1.6 Chồng giao thức H.323 10 Hình 1.7 Các giai đoạn H.323 10 Hình 1.8 Mơ hình H.323 thông qua Internet 11 Hình 1.9 Redirect Server 14 Hình 1.10 Hoạt động Proxy server 18 Hình 1.11 Hoạt động Redirect server 19 Hình 1.12 Kết hợp SIP H.323 sử dụng TDM 19 Hình 1.13 Kết hợp SIP H.323 sử dụng Proxy đa giao thức 20 Hình 1.14 Kết hợp SIP H.323 không dùng kết nối 20 Hình 2.1 Luồng thơng điệp PATH RESV 31 Hình 2.2 Luồng thơng điệp PATH RESV theo hai chiều 31 Hình 2.3 Giá trị trường DSCP PHB 33 Hình 2.4 Kiến trúc dịch vụ DiffServ 36 Hình 2.5 Cơ chế thành phần QoS CLI 39 Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ thống thích nghi QoS 42 Hình 2.7 Sơ đồ kiến trúc hệ thống thích nghi QoS 43 Hinh 2.8 BW nhu cầu cho chế độ QoS 46 Hình 2.9 CPU nhu cầu cho chế độ QoS 47 Hình 2.10 Tuyến tính phân phối băng thơng cách sử dụng ứng dụng mặc định, thích ứng không sử dụng 48 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ix Hình 2.11 Tăng số lượng thành viên nhóm hoạt động cách sử dụng thích ứng để phân phối lại nguồn mạng 48 Hình 2.12 Hình thức QoS thơng qua hệ thống phải đối mặt với điều kiện nguồn tài nguyên có sẵn 48 Hình 3.1 Sơ đồ kiến trúc tổng thể hệ thống 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng mã chuyển tiếp tin cậy mơ hình DiffServ 35 Bảng 2.2 Một số tham số QoS sử dụng để điều chỉnh hồ sơ ứng dụng 45 Bảng 2.3 Thiết lập thơng số cho thích ứng chế độ QoS 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 49 Khi nguồn tài nguyên có sẵn giảm, hệ thống cấp phát thơng số quan trọng Ví dụ, tỷ lệ khung hình khơng đƣợc dƣới 10 hình / giây, chất lƣợng hình ảnh xấu đơn sắc nội dung đƣợc nhận thức cách xác Hạn chế băng thơng cho ứng dụng, không với tham số rõ ràng mà cịn chọn lựa quyền định dạng mã hóa cho phiên hội thảo, cho phép sử dụng tài nguyên hiệu khả sử dụng chủ động, tránh tải mạng tắc nghẽn Kết luận Phần trình bày hệ thống ứng dụng sử dụng quảng bá nhóm, phạm vi cơng cộng mạng Internet với việc thích ứng thơng số QoS để đảm bảo chất lƣợng phiên hội thảo Giải pháp sử dụng phần mềm Middleware đƣợc đề xuất phù hợp với trạng thái Internet yêu cầu ứng dụng đa phƣơng tiện phân tán Luận văn sử dụng lớp phần mềm Middleware để quản lý, theo dõi, đánh giá việc thích ứng QoS cho ứng dụng âm video tƣơng tác Kết đáng kể thu đƣợc khả mở rộng số thành viên tham gia hội thảo với QoS chấp nhận đƣợc sử dụng tài nguyên cách chủ động Phần mềm Middleware để quản lý, theo dõi, đánh giá việc thích ứng QoS đƣợc phát triển tƣơng lai để thông suốt với giao thức dự trữ tài nguyên RSVP hành vi thích nghi nhận thức đƣợc chất lƣợng ứng dụng thực đồng thời đƣa khung làm việc cho phiên multicast an tồn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 50 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TỪ XA THỰC NGHIỆM 3.1 Mô tả hệ thống Thiết kế, thực hoạt động hệ thống dựa công nghệ multicast IP, truy cập thông qua trình duyệt web Các tập hợp liệu cấu thành đầu vào để tính tốn số thích ứng Tất q trình tích hợp minh bạch, nhiên tính chất thử nghiệm hệ thống này, giai đoạn cho phép tƣơng tác với ngƣời sử dụng, cung cấp thông tin kỹ thuật, chí chấp nhận sở thích ngƣời dùng Để đạt đƣợc mục tiêu này, phần hình thức trao đổi liệu HTML cách sử dụng công nghệ Sun Liveconnect Hệ thống sử dụng tên miền công cộng multicast đa phƣơng tiện để xây dựng hệ thống thích nghi thuận tiện cho tài nguyên mạng có sẵn khả phần cứng hệ thống nhƣ: + Giảm tải băng thông máy chủ, máy chủ chịu tải nhiều số lƣợng ngƣời sử dụng tăng lên + Giảm dung lƣợng đƣờng truyền mạng + Xây dựng phƣơng thức truyền liệu video qua giao thức IP multicast * Với yêu cầu trên, mục tiêu luận văn đặt là: + Lập giải pháp thiết kế giao thức truyền video + Xây dựng hệ thống thử nghiệm dựa giải pháp thiết kế lập + Hệ thống đƣợc sử dụng nhiều hệ máy nhiều hệ điều hành phổ biến nhƣ Windows, Linux Unix + Đánh giá, kiểm tra hệ thống có đạt đƣợc yêu cầu đặt ban đầu khơng? Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 51 3.2 Kiến trúc tổng thể hệ thống Kiến trúc hệ thống bao gồm hệ thống mơ-đun thích ứng dựa Java applet nhúng Javascript, chịu trách nhiệm đánh giá điều kiện hoạt động, cách thu thập hiệu suất hệ thống khách hàng nhóm có đặc điểm liên quan Các liệu thu thập đƣợc thơng số tính tốn, chẳng hạn nhƣ có sẵn băng thơng phía khách hàng, thời gian trễ tồn phần máy khách máy chủ từ xa, tải CPU nhớ trống khách hàng Kết đƣợc thu đƣợc sử dụng để thích ứng chế độ cho ứng dụng hội nghị từ xa Hình 3.1 Sơ đồ kiến trúc tổng thể hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 52 3.3 Một số kịch thử nghiệm kết Vì điều kiện thời gian sở vật chất nên tác giả chƣa xây dựng đƣợc hệ thống thử nghiệm Dƣới tác giả dựa vào phần mềm Yawcam 0.3.8 có sẵn để mô ý tƣởng Đây phần thiết lập hệ thống camera quan sát động webcam Logitech gửi tín hiệu cảnh báo thơng qua tin nhắn Những yêu cầu, đòi hỏi an ninh bảo mật ngày trở nên cấp thiết quan trọng hết Ngoài lực lƣợng an ninh, bảo vệ ngƣời quản lý hồn tồn tận dụng đƣợc tài nguyên sẵn có hệ thống máy tính Hơn nữa, có tình địa điểm mà ngƣời trực tiếp canh gác, bảo vệ phải nhờ đến hỗ trợ hệ thống giám sát từ xa 3.1.1 Giao diện cửa sổ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 53 3.1.2 Giao diện cửa sổ thị 3.1.3 Giao diện cửa sổ điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 54 3.3.4 Thiết đặt hệ thống Ta tăng giảm chất lƣợng hình ảnh thƣớc điều chỉnh Image quality hiển thị địa truy cập ví dụ địa là: http://192.168.0.132:8888/ http://192.168.0.132:8888/update.html + Mã nguồn hiển thị hình ảnh: Applet Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 55 Hình ảnh