Tỏc động của mõy, mưa, sương mự và tuyết. Súng điện từ đi trong mưa bị
suy hao rất lớn là do cỏc hạt mưa trong khụng trung hấp thụ và tỏn xạ năng lượng súng rất mạnh. Cũng vỡ mưa hấp thụ năng lượng súng, cho nờn nú trở thành ngưỡng tạp õm làm tăng nhiệt độ tạp õm tổng cộng ở tuyến xuống. Giỏ tri suy hao mưa phụ thuộc vào hệ số suy hao αR [dB/km]
ARain=αRLE[dB]
Trong đú LE là quóng đường đi trong mưa của súng điện từ suy hao mưa của tuyến thường được đỏnh giỏ tại cường độ mưa R. Nếu R cú giỏ trị từ 30mm/h đến 50mm/h thỡ suy hao mưa khoảng 0.1dB tại tần số 4GHz, 5 đến 10dB tại tần số 12GHz, 10 đến 20dB tại tần số 20GHz và 25 đến 40dB tại tần số 30GHz.
Suy hao do cỏc đỏm mõy mưa và sương mự cũng cú thể được tớnh bằng cụng thức trờn với hệ số suy hao αC=1.1x10-3F1.8M. Trong đú F là tần số súng mang và M là mật độ hơi nước của đỏm mõy hay của sương mự {g/m3} với một giỏ trị vượt quỏ p% nào đú. Núi chung suy hao này là nhỏ khi M khụng quỏ lớn, chỉ khoảng 0.5 đến 1dB tại tần số 15GHz và 2 đến 4.5dB tại tần số 30GHz.
Như vậy, thời tiết cú thể gõy ảnh hưởng đến chất lượng kờnh truyền vệ tinh và một trong những nguyờn nhõn gõy ra lỗi bit đường truyền.
3.3.3 Băng thụng đường truyền
truyền vệ tinh rất hạn chế. Nếu băng thụng dành sẵn khụng đủ để truyền một stream video thỡ sẽ xảy ra mất gúi tại cỏc bộ đệm của bộ định tuyến, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video. Một vấn đề khỏc cũng xảy ra khi mó húa video với tốc độ bớt thay đổi. Trong trường hợp này, sự thay đổi hỡnh ảnh hay sự thay đổi cỏc khung hỡnh là đỏng kể sẽ làm tăng yờu cầu về băng thụng trong một khoảng thời gian ngắn, điều này cú thể gõy lờn hiện tượng mất gúi và do đú làm suy giảm chất lượng hỡnh ảnh.
3.3.4 Độ trễ gúi tin
Một đặc điểm của kờnh truyền của vệ tinh đú là độ trễ lớn. Do vậy, dữ liệu
Video thu được qua kờnh vệ tinh sẽ trễ hơn rất nhiều so với dữ liệu Video ở đầu phỏt.
Người ta gọi RTT (Round Trip Time - Thời gian truyền toàn trỡnh) là khoảng thời gin tớnh từ lỳc phỏt một gúi tin cho đến khi nhận được tớn hiệu xỏc nhận ACK. Trong điều kiện khụng nghẽn, mạng truyền dẫn mặt đất cú độ trễ truyền dẫn tổng cộng ∑RTTT cỡ 30ms; RTTS ký hiệu là thời gian truyền súng trờn đoạn S thỡ thời gian truyền toàn trỡnh sẽ là:
RTT∑min = ∑RTTT + 2 x RTTS
Thời gian truyền súng (trễ đường truyền):
τ = R/c (c=3x108 m/s)
Trong mạng thụng tin vệ tinh địa tĩnh, khoảng cỏch từ trạm mặt đất trờn đường xớch đạo tới vệ tinh khoảng 36.000km, nghĩa là R~72.000km. Khi truyền tớn hiệu từ trạm mặt đất phỏt tới trạm mặt đất thu, thời gian truyền súng sẽ là:
τ = 72X106/3x108 = 240 ms
Đối với cỏc trạm mặt đất ở biờn vựng nhỡn thấy của vệ tinh, R ~ 2x41.756km
thỡ trễ lớn nhất: τ ~ 279 ms.
Như vậy RTTS = 2τ ~ 2x279ms = 558 ms.
Trong thực tế, phải tớnh cả thời gian trễ do thiết bị chuyển mạch trờn vệ tinh và trờn mặt đất gõy ra, nờn giỏ trị RTTS ~ 0,6s.
Như vậy, tớnh cả trễ do hệ thống truyền dẫn gõy ra, thời gian trễ toàn trỡnh sẽ cú giỏ trị xấp xỉ là RTT∑min ~ 0,8s.
Như vậy đối với cỏc phương thức truyền cú xỏc nhận gúi tin đó gửi thành cụng, cỏc gúi dữ liệu truyền liờn tiếp nhau sẽ phải cỏch nhau tối thiểu là khoảng thời gian RTT∑min này, điều này dẫn đến thụng lượng truyền sẽ bị giảm. Nú cũng tương
đương với việc giảm tốc độ truyền với tổng dữ liệu đang quỏ giang qua mạng là
RTT * Băng thụng đường truyền.
Hỡnh 23.Kết quả trả về sau khi ping đến một địa chỉ qua mạng vệ tinh
Thời gian trễ lớn này cú tỏc động đối với tham số TTL (Time to Live) của khối dữ liệu. Tuy nhiờn, độ trễ này xỏc định được và khụng thay đổi nờn cú thể lựa chọn giỏ trị TTL để thich ứng với nú. Trong trường hợp cú trễ xếp hàng trờn mạng mặt đất T thỡ tổng độ trễ trở thành khỏ lớn và là một giỏ trị ngẫu nhiờn. RTT∑ càng gần tới giỏ trị TTL càng khiến cỏc gúi trở nờn dễ bị mất ngay cả khi nghẽn mạng chưa xảy ra hoặc bờn phỏt cú thể phỏt lại khối dữ liệu khi mà thực tế nú đó được phớa thu nhận tốt nhưng ACK chưa về tới nơi gửi. Như vậy, hiện tượng nghẽn mạng cú thể xảy ra sớm hơn. Ảnh hưởng của thời gian trễ cú thể giảm được bằng cỏch sử dụng kờnh khụng đối xứng với đường vũng lại cho ACK trờn mặt đất.
Trường hợp xảy ra mất gúi trờn đường truyền vỡ bất cứ lý do nào, nếu cỏc phương thức truyền dữ liệu cú gúi tin xỏc nhận ACK như TCP, thỡ mạng coi như bị nghẽn. Lỳc này phản ứng xảy ra là, bờn gửi sẽ sử dụng phương thức “Khởi đầu chậm” hoặc thuật toỏn trỏnh nghẽn, đồng thời truyền lại những gúi bị mất. Thời gian đỏp ứng của những thuật toỏn này nhạy cảm tới RTT và việc khụi phục đầy đủ dữ liệu do mất gúi trờn một kết nối vệ tinh cú thể mất tới hàng phỳt. Điều này càng
giới hạn thờm kớch thước cửa sổ và lưu lượng đi qua. Đối với truyền dữ liệu dạng media như Video hoặc Audio, tại nơi nhận dữ liệu sẽ playback luụn (Video streaming) thỡ hiện tượng đứng hỡnh tiếng, vỡ hỡnh tiếng sẽ xảy ra và khú cú thể chấp nhận được.
3.3.5 Lệch bộđịnh thời gian và Jitter
Trong quỏ trỡnh truyền hỡnh qua vệ tinh, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng Video cũn phải kể đến một yếu tố đú là Lệch định thời và Jitter.
Hiện tượng Lệch định thời xảy ra khi đồng hồ tại đầu gửi và đầu nhận cú sự sai khỏc nhau về tốc độ, gõy ra sự tràn vựng đệm tại đầu nhận. Để hạn chế sự ảnh hưởng của hiện tượng này, yờu cầu phớa đầu nhận phải hiệu chỉnh lại tốc độ của đồng hồ cho phự hợp để trỏnh hiện tượng tràn bộ đệm
Video thu được qua kờnh vệ tinh chứa cỏc khung hỡnh đũi hỏi phải được phỏt với tốc độ là hằng số. Một khung hỡnh được phỏt trước hoặc sau khoảng thời gian cho phộp sẽ gõy nờn hiện tượng giật hỡnh hoặc đứng hỡnh. Jitter là khỏi niệm dựng để mụ tả sự khỏc nhau của khoảng thời gian đi từ nguồn đến đớch của cỏc gúi tin. Jitter xảy ra càng nhiều khi đường truyền liờn tục xảy ra tắc nghẽn hoặc khi hệ thống xảy ra hiện tượng Lệch định thời. Jitter gõy nờn hiện tượng dừng hỡnh, giật hỡnh thậm chớ vỡ hỡnh tại đầu cuối.
Jitter chớnh là sự sai khỏc của cỏc inter-packet và của cỏc inter-frame. Thời gian đến của khung hỡnh được xỏc định bởi thời gian đến của gúi tin cuối cựng của khung hỡnh đú. Inter-packet và inter-frame được xỏc định bởi cỏc cụng thức sau:
- inter-packet:
itP0 = 0; itPn = tPn - tPn-1
itPn : nhón thời gian của gúi tin thứ n. - inter-frame:
itF0 = 0; itFm = tFm - tFm-1
itPm : nhón thời gian của khung hỡnh thứ m. Khi đú Jitter được tớnh bằng cụng thức:
J = 1 ∑M=1( − )2
i iti itM M
Trong đú,
M là tổng số khung hỡnh/gúi tin;
M
it là giỏ trị trung bỡnh của inter-frame/inter-packet.
Biờn độ Jitter là thời gian mà tớn hiệu bị sai lệch đối với tớn hiệu lý tưởng. Nhiều khi người cũn đỏnh giỏ nú bằng đại lượng chu kỳ bit (UI - Unit Interval). Vớ dụ ở tốc độ 2.048Mbps chu kỳ bit là 488ns, nếu cú chỗ tớn hiệu đến sớm hơn hoặc muộn hơn với chu kỳ 244ns, ta sẽ núi biờn độ của Jitter tại chỗ đú là 244/288=0.5UI.
3.3.6 Mất mỏt gúi tin
Sự mất gúi tin khi truyền qua vệ tinh cú thể gõy ra bởi nhiều nguyờn nhõn: sự nghẽn mạng, mất liờn kết, khụng đủ băng thụng hay lỗi trờn đường truyền, v.v… Sự mất gúi thường xảy ra bựng phỏt, mức độ tắc nghẽn mạng cao gõy nờn độ mất gúi cao. Tỷ lệ mất gúi được xỏc định bằng cụng thức:
LPT = 100
sent recv
nT nT
Trong đú, LPT là độ mất gúi, T là kiểu dữ liệu trong gúi tin (I, P, B, S) nTrecv là số gúi kiểu T được truyền, nTsent là số gúi kiểu T thu được
3.3.7 Mất khung hỡnh
Cấu tạo Video dựa trờn cỏc khung hỡnh. Tỷ lệ mất khung hỡnh lớn, đặc biệt là cỏc khung hỡnh quan trọng như khung hỡnh kiểu I (I-Frame), sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng Video. Cũng như mất gúi tin, nguyờn nhõn gõy mất khung hỡnh cũng chủ yếu là do nghẽn mạng, lỗi đường truyền vệ tinh, mất kết nối, khụng đủ băng thụng, …
Tỷ lệ mất khung hỡnh tớnh cho mỗi kiểu khung hỡnh (I, P, B, S) được xỏc định bởi cụng thức:
LFT = 100 sent recv nT nT Trong đú, FLT là độ mất khung hỡnh, T là kiểu khung hỡnh nTrecv là số khung hỡnh kiểu T được truyền, nTsent là số khung hỡnh kiểu T thu được
3.4 MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM HẠN CHẾ CÁC YẾU TỐẢNH HƯỞNG
ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DềNG VIDEO
3.4.1 Phương thức mó húa và giải mó Video
Với băng thụng kờnh truyền hạn chế, cần phải lựa chọn phương thức mó húa Video sao cho tớn hiệu Video được nộn tối đa nhất, dẫn đến cỏc dũng Video khi truyền trờn mạng sẽ chiếm ớt băng thụng nhất. Với hệ thống truyền dũng Video qua kờnh vệ tinh như mụ tả trong mụ hỡnh hệ thống tổng thể, đương nhiờn phương thức mó húa Video được lựa chọn ở đõy tối thiểu là MPEG-4.
3.4.2 Truyền khụng đối xứng
Cấu hỡnh mạng Vệ tinh theo giả định truyền thụng là những mạng và router đấu nối thụng qua những tuyến khụng đồng nhất, đa hướng và hai chiều. Để hạn chế cỏc yếu tố ảnh hưởng đến kờnh truyền vệ tinh, những đường qua vệ tinh địa tĩnh cần phải điều chỉnh cho lưu lượng khụng đối xứng, băng thụng của nú đủ cho tất cả lưu lượng bờn trong bỳp súng, độc lập với những nguồn lưu lượng điều khiển.
3.4.2.1 Truyền khụng đối xứng và theo một phớa
Việc truyền cỏc gúi tin phụ thuộc vào vũng kớn gửi dữ liệu và nhận lại cỏc ACK. Số lượng gúi tin truyền qua bị giới hạn bởi băng thụng của đường gửi dữ liệu
và đường ACK. Cỏc ACK khụng mang dữ liệu, kớch thước của nú nhỏ hơn kớch
thước gúi dữ liệu (Vớ dụ đối với gúi tin TCP: kớch thước một gúi dữ liệu cực đại là 576 byte bao gồm TCP + Phần mào đầu IPs). Điều này cú nghĩa là cú thể sử dụng
băng thụng khụng đối xứng cho đường gửi dữ liệu và đường vũng lại cho ACK để tiết kiệm băng thụng. Cú hai giải phỏp cú thể tiết kiệm băng thụng đường vũng lại:
• Nộn lớp kết nối: Nộn phần mào đầu tiờu chuẩn.
• Giảm số lượng ACKs: Một ACK cú thể bỏo cỏo nhận được cho nhiều khối dữ liệu
Cú hai phương phỏp cấu hỡnh kờnh khụng đối xứng:
• Cỏc yờu cầu kết nối sẽ được gửi toàn bộ lưu lượng đi qua mặt đất tốc
độ chậm (như Dial-up Modem) để thiết lập đường truyền vệ tinh và
thu lưu lượng đến qua vệ tinh tốc độ cao (kết nối theo một hướng).
• Cú thể sử dụng cả hai chiều là kờnh vệ tinh nhưng đường lờn sử dụng băng tần nhỏ hơn đường xuống.
Việc sử dụng đường mặt đất cho cỏc yờu cầu kết nối và gửi ACK rừ ràng vừa giảm được thời gian truyền dẫn toàn trỡnh xuống gần một nửa, vừa tiết kiệm được băng thụng vệ tinh. Giải phỏp dựng cả hai chiều là kờnh vệ tinh với băng thụng khỏc nhau tiết kiệm được băng thụng.
3.4.3 Khởi đầu chậm, trỏnh nghẽn trước
3.4.3.1 Khởi đầu chậm
Thời gian khởi đõu chậm trong mạng vệ tinh địa tĩnh cũng lớn vỡ RTT lớn. Khởi đầu chậm điều khiển số đoạn được phỏt chứ khụng điều khiển kớch cỡ cỏc đoạn
Ta hóy khảo sỏt 1 đường 128 Kbps truyền qua vệ tinh. Khi bắt đầu truyền tốc độ truyền sẽ thay đổi trong khoảng thời gian gửi một số đoạn dữ liệu và chờ ACK quay lại. Đơn vị thời gian đũi hỏi trước khi chuyển từ trạng thỏi Khởi đầu chậm tới trỏnh nghẽn là từ (7ữ10) RTT và cú thể phải cần thờm (20ữ30) RTT để trở lại gần với tốc độ dung lượng tuyến. Quỏ trỡnh này để rỗi một lượng băng thụng đỏng kể như mụ tả trờn hỡnh 3.4, sau 16 RTT (8s) tốc độ gửi chỉ cũn khoảng 80Kbps (giả thiết rằng ~ 1Kbps/segment)
3.4.3.2 Trỏnh nghẽn trước
Vỡ sự điều khiển nghẽn trờn đường vệ tinh chỉ đỏp ứng chậm do trễ nờn nếu trỏnh được nghẽn sẽ là thành cụng lớn.
Trong TCP, một trong những kỹ thuật mới được sử dụng trong để trỏnh nghẽn trước khi xảy ra là Random Early Detection (RED) gateways. Phương phỏp này đũi hỏi mỗi gateway phải giỏm sỏt độ dài hàng quản lý của mỡnh và thụng bỏo cho người gửi TCP khi xỏc định nghẽn sắp sảy ra. Việc gửi thụng bỏo này được thực hiện bằng cỏch lấy ra một gúi sớm hơn so với bỡnh thường. Người gửi nhận được thụng bỏo qua thời gian chết của gúi này. Thực chất nguyờn lý RED là ở chỗ việc lấy bớt ra một gúi sớm hơn so với bỡnh thường cú thể giỳp trỏnh được khả năng sẽ mất nhiều gúi hơn sau đú. Nhờ nhận được thụng bỏo nghẽn, người gửi TCP cú thể giảm cửa sổ của họ trước khi cú một chuỗi nghẽn xuất hiện. Một giải phỏp khỏc giỳp cho người gửi TCP dự bỏo trước khả năng nghẽn xuất hiện và giảm cửa sổ truyền của nú trước khi cỏc routers trung gian bị mất gúi. TCP cú thể giữ đường đi của RTT quan sỏt được gần nhất để tớnh toỏn hàng dữ liệu trong mạng. TCP cũng cú thể lưu số lượng dữ liệu đi qua trước và sau khi cửa sổ nghẽn thay đổi để đỏnh giỏ mức nghẽn mạng. Nếu giả định rằng số lượng cỏc gúi xếp hàng trong mạng đang tăng, nú sẽ giảm cửa sổ nghẽn và ngược lại.
3.4.4 Tối ưu húa theo đặc tớnh TCP
Trong nhiều trường hợp, cú thể thực hiện những cải tiến chất lượng lớn ở mức cơ sở hạ tầng mạng thụng tin vệ tinh mà khụng cần sửa đổi TCP. Trong khi những cải tiến ở lớp truyền dẫn yờu cầu thay đổi tới hệ điều hành của mỗi mỏy chủ
đầu cuối, thỡ những cải tiến ở lớp truyền thụng thường yờu cầu rất chi tiết hoặc
khụng yờu cầu cú sự cải tiến nào như vậy
3.4.4.1 Cửa sổ lớn TCP
Cơ chế cửa sổ lớn TCP (TCP - LW) là một mở rộng của TCP đú được ứng dụng để tăng kớch thước của cửa sổ cực đại bằng cỏch đưa vào phần mở rộng phạm vi cửa sổ, tăng trường địa chỉ lờn 32 bit. Trừ cỏc thụng tin cần bổ sung cú thể thụng bỏo kớch thước cửa sổ cực đại băng 2x32 = 1GB, cho phộp sử dụng tốt hơn cỏc kết nối với những RTT*B lớn. Trong trường hợp này, cả phớa gửi và phớa nhận sử dụng cựng một version TCP theo kiểu TCP –LW. Cỏc ứng dụng cũng phải thiết lập kớch thước cỏc bộ đệm gửi và nhận để bằng với tớch RTT*B
3.4.4.2 TCP với bỏo nhận lựa chọn SACK
Trong TCP tiờu chuẩn, nếu cú một đoạn dữ liệu bị mất người gửi sẽ truyền lại toàn bộ dữ liệu đú gửi kể từ đoạn mất mà khụng quan tõm tới việc đú truyền tốt cỏc đoạn tiếp theo hay khụng. TCP coi mất đoạn này giống như nghẽn và sẽ điều chỉnh kớch thước cửa sổ để chống nghẽn. Gần đõy TCP-SACK tiờu chuẩn được định nghĩa để cho phộp người nhận thụng bỏo rừ ràng cho người gửi về sự mất riờng đoạn này. Bởi vậy, người gửi cso thể truyền lại đoạn bị mất ngay lập tức mà khụng cần một thời gian chờ đợi, đỏp ứng với đoạn bị mất ngay lập tức mà khụng cần một thời gian chờ đợi, đỏp ứng với nghẽ giả định và giảm cửa sổ của nú đi nhiều lần.