2.1.1 Khái niệm QoS, QoE
2.1.1.1 Khái niệm QoS
Chất lƣợng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là một khái niệm rộng và có thể tiếp cận theo nhiều hƣớng khác nhau. Theo khuyến nghị của Liên minh viễn thông
quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union) chất lƣợng dịch vụ là tập hợp
các khía cạch của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với dịch vụ. Theo IETF [ETSI – TR102] [12] nhìn nhận chất lƣợng dịch vụ là
khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao gồm cả việc phân loại các dịch vụ và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ. Chất lƣợng dịch vụ đƣợc nhìn nhận từ hai khía cạnh: phía ngƣời sử dụng dịch vụ và phía nhà cung cấp dịch vụ mạng.
Nhìn từ khía cạnh ngƣời sử dụng dịch vụ mạng, QoS là mức độ chấp nhận chất lƣợng dịch vụ mà ngƣời sử dụng dịch vụ nhận đƣợc từ nhà cung cấp dịch vụ mạng đối với các dịch vụ riêng của họ hoặc các ứng dụng mà các nhà cung cấp dịch vụ cam kết với khách hàng của mình nhƣ: voice, video và dữ liệu.
Nhìn từ khía cạnh nhà cung cấp dịch vụ mạng, QoS liên quan tới khả năng cung cấp các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ cho ngƣời sử dụng. Có hai kiểu khả năng mạng cần thiết để cung cấp chất lƣợng dịch vụ trong mạng chuyển mạch gói.
Thứ nhất, mạng chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp lƣu lƣợng
mà ngƣời sử dụng đầu cuối có thể xem xét để lựu chọn một hoặc nhiều lớp lƣu lƣợng trong số các lớp lƣu lƣợng khác nhau đó.
Thứ hai, một khi mạng đã phân biệt đƣợc các lớp lƣu lƣợng, nó phải có cơ chế xử
lý khác nhau đối với các lớp khác nhau bằng cách bảo đảm việc cung cấp tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng.
Mức độ chấp nhận dịch vụ của ngƣời sử dụng đầu cuối đƣợc xác định thông qua việc kiểm tra các thông số mạng nhƣ khả năng mất gói, độ trễ, jitter và xác suất tắc nghẽn. Số lƣợng và các đặc tính của các tham số trên phụ thuộc vào các kỹ thuật thực thi QoS khác nhau trên mạng.
2.1.1.2 Khái niệm QoE
Trong bối cảnh hiện nay, khi các dịch vụ viễn thông trên nền mạng IP, đặc biệt là VoIP (Voice over IP), IPTV (Internet Protocol Television) ngày càng trở nên phổ biến và thông dụng hơn, QoS không còn là yếu tố duy nhất mang tính quyết định trong
cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh thị trƣờng giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Theo xu hƣớng chung, yếu tố dần trở nên quan trọng hơn để phân biệt mức độ và đánh giá các nhà cung cấp dịch vụ là những gói dịch vụ đƣợc thiết lập tốt đến mức nào theo nhu cầu cá nhân của ngƣời dùng, có thể đƣợc tùy chỉnh theo yêu cầu cá nhân khách hàng đến đâu để thỏa mãn tối đa yêu cầu của họ. Đây chính là tiền đề dẫn đến khái niệm chất lƣợng trải nghiệm QoE (Quality of Experience), một khái niệm đƣợc đƣa vào bức tranh cung
cấp dịch vụ trong ngành công nghệ viễn thông. So với khái niệm QoS, QoE là khái niệm
mới hơn và mới chỉ đƣợc đẩy mạnh trong những năm gần đây. Một cách đơn giản nhất, chất lƣợng trải nghiệm QoE là nhận xét chủ quan của ngƣời dùng đánh giá về dịch vụ họ đang sử dụng.
QoE đƣợc định nghĩa trong [ITU-T P.10/G.100] [21] nhƣ là sự chấp nhận tổng thể đối với một ứng dụng hoặc dịch vụ dựa trên những đánh giá, quan sát chủ quan của
ngƣời sử dụng. Các nhân tố ảnh hƣởng tới QoE trong [23] đƣa ra bao gồm toàn bộ các
thành phần của hệ thống nhƣ: khách hàng, thiết bị đầu cuối phía khách hàng, mạng truyền dẫn, cơ sở hạ tầng, … Thậm chí QoE cũng bị chi phối bởi sự mong đợi về chất lƣợng dịch vụ của khách hàng và bối cảnh khách hàng trải nghiệm dịch vụ. Chính vì thế QoE đƣợc đánh giá một cách chủ quan bởi ngƣời sử dụng và có thể cho kết quá khác nhau với những ngƣời sử dụng khác nhau. Tuy nhiên QoE lại thƣờng đƣợc đánh giá dựa trên các phƣơng pháp khách quan.
2.1.2 Quan hệ giữa QoS và QoE [1]
QoS mang đến cho ngƣời dùng những khái niệm kỹ thuật khá khô cứng về chất lƣợng dịch vụ. QoS chủ yếu tập trung vào mô tả các tiêu chí khách quan, mang tính kỹ thuật mà hạ tầng mạng hay ứng dụng cần phải đạt đƣợc để chất lƣợng dịch vụ đƣợc đảm bảo. QoS có thể coi là ngôn ngữ kỹ thuật chung của chất lƣợng mà các ứng dụng và hạ tầng mạng sử dụng.
Những khái niệm QoS nhƣ độ trễ, tỷ lệ mất của các gói IP không truyền tải
những thông tin thiết thực cho đại đa số ngƣời dùng đầu cuối. Điều mà ngƣời dùng thật sự quan tâm là cảm nhận đánh giá cá nhân theo một cách diễn giải thông thƣờng khi sử dụng dịch vụ, nhƣ chất lƣợng hình ảnh của đoạn phim có tốt không, hình ảnh và tiếng nói của trong phim có khớp nhau không… Xét từ góc độ thƣơng mại cung cấp dịch vụ, mục tiêu cuối cùng của nhà cung cấp dịch vụ phải là sự hài lòng của khách hàng. Đây là yếu tố để thu hút ngƣời dùng và mở rộng mạng lƣới phục vụ của nhà cung cấp. Để đánh giá chất lƣợng của dịch vụ, cần thiết phải quan tâm đến mức độ hài lòng, yếu tố chủ quan mang tính chất con ngƣời của ngƣời dùng đầu cuối. Chỉ có nhƣ vậy thì dịch vụ mới bám sát nhu cầu thị trƣờng và có cơ hội phát triển.
Thực tế đó đòi hỏi phải thiết lập một cách diễn tả chung, dễ hiểu cho ngƣời
dùng đầu cuối về chất lƣợng dịch vụ. Đó chính là lý do đƣa ra khái niệm QoE. QoE là ngôn ngữ chung để các ứng dụng và ngƣời dùng đầu cuối sử dụng khi tiếp cận vấn đề chất lƣợng của dịch vụ. Nói cách khác, QoE là thƣớc đo sự hài lòng của ngƣời dùng
với dịch vụ họ đang sử dụng, dựa trên những đánh giá chủ quan. Nhƣ vậy, cũng có thể nhìn nhận QoE đƣợc tổng hợp từ các tham số thuần túy mang tính kỹ thuật QoS và các yếu tố khác không mang tính kỹ thuật nhƣ các đặc tính của hệ thống thị giác và thính giác con ngƣời, sự đơn giản khi đăng ký sử dụng dịch vụ, giá cả dịch vụ, nội dung dịch vụ, tính sẵn sàng hỗ trợ từ nhà cung cấp. QoE thƣờng đƣợc biểu hiện bằng những đánh giá mang tính cảm nhận cá nhân nhƣ ―xuất sắc‖, ―tốt‖, ―trung bình‖, ―tạm chấp nhận‖, ―kém‖.
Hình 2.1 Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của ngƣời dùng
Xét một ví dụ điển hình về vai trò của những yếu tố con ngƣời trong sự đánh giá chất lƣợng. Trên Hình 2.1 có hai bức tranh về cùng một phong cảnh. Tham số QoS đo tỷ lệ giữa tín hiệu và nhiễu (PSNR: Peak-Signal-to-Noise-Ratio) của hai bức tranh đƣợc giữ ở mức nhƣ nhau. Nhƣ vậy, nếu chỉ thuần túy dựa trên tham số kỹ thuật PSNR thì hai bức tranh sẽ đƣợc đánh giá có chất lƣợng nhƣ nhau. Nhƣng với hệ giác quan của ngƣời dùng đầu cuối, tức là ngƣời trực tiếp xem hai bức tranh, rõ ràng là chất lƣợng của bức tranh bên trái tốt hơn nhiều so với bức tranh bên phải. ngƣời dùng có thể xếp bức tranh bên trái vào mức ―tạm chấp nhận‖, thậm chí ―trung bình‖, nhƣng bức tranh bên phải chỉ ở mức ―kém‖.
Cả hai bức tranh đều bị nhiễu. Tuy nhiên, bức tranh bên trái có nhiễu tần số cao, bức tranh bên phải có nhiễu ở tần số thấp. Hệ giác quan con ngƣời không cảm nhận đƣợc tốt hay không nhìn thấy các nhiễu ở tần số cao nhƣ đối với nhiễu ở tần số thấp, do đó ngƣời dùng hài lòng với bức tranh bên trái hơn so với bức tranh bên phải. Bên cạnh đó là nội dung của bức tranh. Nhiễu của bức tranh bên trái chỉ nằm ở phần dƣới bức tranh (nơi có các khối đá, nƣớc biển, với nhiều góc cạnh trên hình ảnh). Trên nền nội dung nhƣ vậy mắt thƣờng của ngƣời dùng rất khó nhận ra lỗi. Ngƣợc lại, trong bức tranh bên phải, nhiễu có ở phần trên của bức tranh, nơi chi có thuần cảnh bầu trời mây xanh. Trên nền nội dung nhƣ vậy, tác động của nhiễu dễ dàng đƣợc mắt thƣờng quan sát thấy. Nhƣ vậy nội dung của bức tranh, địa điểm có nhiễu xuất hiện, cũng rất quan trọng và có ảnh hƣởng đến đánh giá của ngƣời dùng.
QoS có thể đƣợc thực hiện bằng các giải pháp, cơ chế áp dụng trong mạng nhƣ phân loại chất lƣợng dịch vụ, quản lý tài nguyên (resource management)... Các giải pháp QoS về bản chất là công cụ mà các nhà quản trị và khai thác mạng áp dụng để đem lại QoE. Tuy vậy, nếu chỉ đảm bảo đáp ứng tốt các tham số QoS chƣa chắc chắn đã đem lại sự hài lòng về dịch vụ cho ngƣời dùng vì nhƣ đã thảo luận ở trên, QoE còn bao hàm các nhân tố khác ngoài các tham số QoS. Vì thế, đối với các nhà cung cấp dịch vụ, việc đo kiểm đƣợc QoE của ngƣời dùng và sau đó sửa đổi phù hợp dịch vụ để đáp ứng nhu cầu của ngƣời dùng là rất quan trọng.
Để phân biệt mối quan hệ giữa QoE và QoS có thể đƣợc thể hiện theo 2 cách nhƣ sau [9]:
a. Với một giá trị QoS đo lƣờng đƣợc, ngƣời ta có thể đoán đƣợc chất lƣợng mà
khách hàng chờ đợi ở mức QoE nào đó.
b. Với một mức độ kỳ vọng QoE, có thể suy luận ra các tham số QoS yêu cầu về
chất lƣợng mạng để đáp ứng chất lƣợng QoE.
Bảng 2.1 cho ta so sánh QoS và QoE tổng hợp nhƣ sau [9]:
Bảng 2.1 So sánh QoS và QoE
Loại Mục tiêu đo
lƣờng ISO layer
Các thuộc tính Thời gian
đánh giá QoE Định tính, mang tính chủ quan của ngƣời đánh giá Đo lƣờng chất lƣợng thực tế của dịch vụ. Đo chất lƣợng end-to-end. Layer 7 (hoặc Layer 8 – cảm nhận của ngƣời dùng) Khó khăn, tốn kém chi phí, thời gian hơn trong việc đo lƣờng, quản lý. Một lần hoặc rất hiếm xảy ra. QoS Định lƣợng, mang tính khách quan Đánh giá chất lƣợng thông qua các tham số của mạng, mô tả chất lƣợng mạng đảm bảo cung cấp dịch vụ. Đo các tham số chất lƣợng link-by-link hay end-to- end. Layer 1 – 3 (có thể ở cả Layer 4) Dễ dàng, ít tốn kém chi phí, thời gian hơn trong việc đo lƣờng, quản lý.
Thƣờng xuyên hoặc liên tục.
2.1.3 Sự cần thiết của QoS, QoE trong mạng IPTV
Ngày nay Internet và Intranet phát triển rất nhanh kèm theo đó là sự phát triển nhiều loại dịch vụ khác nhau. Ngƣời dùng sử dụng Internet có thể với nhiều mục đích khác nhau, có thể là mục đích riêng hoặc có thể là mục đích kinh doanh. Dữ liệu đƣợc truyền đi qua mạng Internet và số lƣợng ngƣời sử dụng mạng Internet tăng theo hàm mũ. Các ứng dụng đa phƣơng tiện – các ứng dụng thời gian thực, nhƣ thoại IP (IP Telephony) và hệ thống hội nghị video (Video conferencing system), IPTV, là các ứng dụng mới cần nhiều băng thông hơn rất nhiều so với các ứng dụng đã đƣợc sử dụng rất sớm trên Internet, mặt khác các ứng dụng này yêu cầu việc truyền dữ liệu đi qua mạng phải liên tục, độ trễ thấp. Trong khi đó, các ứng dụng truyền thống trên Internet nhƣ WWW, FTP, hoặc Telnet, không chấp nhận việc mất gói xẩy ra, không yêu cầu độ trễ cao miễn sao dữ liệu khi bên nhận nhận đƣợc là đầy đủ và chính xác nội dung.
QoS là một kỹ thuật đƣợc sử dụng để bảo đảm các ứng dụng thời gian thực chạy đƣợc trên Internet và các ứng dụng truyền thống đƣợc bảo đảm chất lƣợng tốt hơn.
IPTV là một bƣớc phát triển tiến lên hội tụ mạng viễn thông trên nền mạng IP, hội tụ đồng nghĩa với trong mạng sẽ có nhiều loại dữ liệu khác nhau của các dịch vụ có đặc điểm khác nhau.
Hình 2.2 Mạng trƣớc và sau hội tụ
Trƣớc khi diễn ra hội tụ, truyền hình và điện thoại có mạng truyền dẫn dành riêng, với chi phí đầu tƣ lớn, giá thành cao, bù lại có thể đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cung cấp cho khách hàng. Sau khi hội tụ, IPTV và VoIP là những dịch vụ có yêu cầu chất lƣợng mạng đặc biệt cao (về thời gian trễ, băng thông…) và các dữ liệu khác đƣợc truyền qua chung trên một mạng, nếu tất cả dữ liệu trong mạng này đều đƣợc phục vụ
theo ―best effort‖ thì chất lƣợng của IPTV và VoIP sẽ không đƣợc đảm bảo. Vì vậy, các các cơ chế QoS là yêu cầu không thể thiếu để có thể việc triển khai dịch vụ.
Bảng 2.2 dƣới đây cho thấy các dấu hiệu của mạng khi không có cơ chế và các kỹ thuật để bảo đảm chất lƣợng dịch vụ:
Bảng 2.2 Kiểu lƣu lƣợng và các vấn đề khi không thực thi QoS Kiểu lƣu lƣợng Các vấn đề khi không có QoS
Voice Voice nghe khó hiểu
Voice không liên tục, tiếng nói bị méo
Video Hình ảnh hiện thị chập chờn
Âm thanh không đồng bộ với video Sự di chuyển của hình ảnh chậm lại
2.1.4 Các yêu cầu đối với chất lƣợng của các dịch vụ IPTV
IPTV sẽ bổ sung nhiều ứng dụng mới trong thị trƣờng dịch vụ Multimedia với độ linh hoạt và độ đa dạng ngày càng tăng. Vì nội dung multimedia đƣợc truyền qua mạng IP nên dữ liệu multimedia có thể bị trễ hoặc mất, dẫn đến làm suy giảm chất lƣợng của tín hiệu audio, video. Hơn nữa mức độ suy giảm phụ thuộc vào trạng thái và tình trạng nghẽn mạng. Ngoài ra một số dịch vụ IPTV thƣơng mại yêu cầu chất lƣợng audio/video phải chấp nhận đƣợc. Vì vậy IPTV phải giải quyết các vấn đề về chất lƣợng sau [3]:
Phƣơng pháp để giám sát chất lƣợng video của bộ nhận mà sử dụng băng thông bổ sung ít nhất.
Phƣơng pháp giám sát thời gian thực chất lƣợng video ở bộ nhận.
Phƣơng pháp giám sát chất lƣợng audio ở bộ nhận sử dụng băng thông bổ sung ít nhất.
Phƣơng pháp giám sát thời gian thực chất lƣợng audio ở bộ nhận.
2.2 Các tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS và chất lƣợng trải nghiệm QoE 2.2.1 Tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS [3] 2.2.1 Tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS [3]
Mã hóa và giải mã video là một trong những khâu quan trọng trong các ứng dụng đa phƣơng tiện. Hiện tại có hai hệ thống tiêu chuẩn chính trong việc thiết lập các tiêu chuẩn nén video. Đó chính là ITU (International Telecommunications Union) và MPEG (Motion Picture Experts Group). Trong những năm qua cả hai hệ thống tiêu chuẩn này đều đƣa ra các tiêu chuẩn cho việc mã hóa và giải mã video.
Nội dung hình ảnh Video thƣờng đƣợc mã hóa và nén dƣới dạng MPEG-2, MPEG-4 Part10/H.264, Microsoft WMV9/VC1 và một số dạng khác. Các dạng mã hóa video thƣờng hỗ trợ nhiều tốc độ nén khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu thỏa hiệp giữa chất lƣợng video và băng thông. Phần lớn các dạng nén xuất phát từ việc sử dụng mã hóa sự khác nhau giữa các khung hơn là bằng cách gửi đi từng khung video chỉ những khác nhau giữa một khung và khung trƣớc đó. Cơ chế này làm việc nếu có ít sự thay đổi về hình ảnh đƣợc truyền đi nhƣng nếu có sự chuyển động đáng kể của hình ảnh thì hoặc băng thông sẽ phải tăng thêm hoặc chất lƣợng video bị suy giảm. Cũng có nhiều cơ chế mã hóa cho phép mã hóa hoặc với tốc độ bít không đổi (trong trƣờng hợp chất lƣợng video có thể thay đổi) hoặc với tốc độ bít thay đổi (trong trƣờng hợp chất lƣợng video ít thay đổi). Các cơ chế mã hóa hình ảnh nói chung thƣờng sử dụng tổ hợp cách mã hóa Intra-frame và Inter-frame. Với cách mã hóa Intra-frame (I frame) khung hình ảnh đƣợc chia thành các khối block sau đó sử dụng thuật toán chuyển đổi Cosin rời rạc để chuyển đổi từng block thành tập các hệ số rồi áp dụng mã hóa với chiều dài thay đổi. Nhóm các block đƣợc tổ hợp vào trong một thực thể đơn gọi là slice, đôi khi slice này đƣợc mang đi trong một gói đơn. Nếu có lỗi truyền dẫn xảy ra thì toàn bộ