Lập chính sách (policy) và định hình lưu lượng:

2. Bố cục luận văn:

2.2.2.5. Lập chính sách (policy) và định hình lưu lượng:

Cơ chế lập chính sách và định hình lưu lượng thường được dùng để thay đổi điều kiện của lưu lượng trước khi truyền hoặc sau khi đã nhận được.

a. Policy: khống chế lưu lượng mạng để đảm bảo rằng một loại lưu lượng nào đó nhận đúng băng thông của nó. Công cụ để thực hiện policy bao gồm policing phân lớp và cam kết tốc độ truy nhập CAR( Committed Access Rate).

Hình 2.14: Cơ chế lập chính sách cho lưu lượng

b. Định hình: là cơ chế dùng để giới hạn tốc độ của luồng dữ liệu bằng cách sử dụng các hàng đợi, thường được sử dụng khi dữ liệu đi từ đường truyền có tốc độ cao đến đường truyền có tốc độ thấp.

Hình 2.15: Cơ chế định hình cho lưu lượng 2.2.2.6. Nâng cao hiệu quả đường truyền:

Các cơ chế nén header, đặc biệt hiệu quả đối với header RTP, do đó, rất thích hợp với IPTV.

2.2.3. Các bước thực hiện QoS:

Quá trình thực hiện kỹ thuật QoS gồm 3 giai đoạn:

+ Xác định lưu lượng và yêu cầu ứng với lưu lượng đó: việc xác định có thể được xét trên mạng, mục đích kinh doanh và dựa vào SLA (Service Levels Agreement).

+ Chia lưu lượng thành các lớp QoS: ứng với các yêu cầu của từng loại lưu lượng.

+ Xác định chính sách QoS cho các lớp lưu lượng: đặt chế độ bảo vệ băng thông nhỏ nhất, thiết lập giá trị băng thông lớn nhất, xác định ưu tiên cho mỗi lớp, sử dụng các cơ chế QoS (ví dụ: cơ chế xếp hàng) để kiểm soát nghẽn.

2.2.4. QoS trong mạng IP:

Hình 2.16: Mô hình tham chiếu QoS NI – NI (ITU-T Y.1514)

Có hai thành phần quan trọng ảnh hưởng đến QoS mạng IP: phương tiện truyền dẫn và thiết bị chuyển mạch. Đối với mỗi phần, có các yêu cầu về QoS tương ứng.

QoS mạng IP được hiểu là QoS chuyển vận dịch vụ, chỉ được xét từ NI đến NI, thiết bị khách hàng (Customer Installation) chỉ mang tính chất tham khảo đối với mô hình này. Mạng IP có thể bao gồm nhiều phân đoạn mạng NS (Network Section), mỗi NS có những đặc tính riêng về giao thức, cấu hình và chính sách QoS. Mỗi NS tham gia có thể gây ra trễ, tổn thất hoặc lỗi. QoS NI-NI là tổng hợp các thông số QoS của tất cả NS trong mạng.

2.2.4.2. Tham số QoS trong mạng IP:

IP được sử dụng rộng rãi vì tính đơn giản của nó, dữ liệu được đóng gói và truyền đi trong mạng với nỗ lực tối đa (Best Effort). Theo khuyến nghị I.380 ITU-T, các tham số đánh giá hiệu năng truyền gói tin IP bao gồm:

- Trễ truyền gói tin IP IPTD (IP Packet Transfer Delay): còn được gọi là trễ đầu cuối tới đầu cuối (end to end) hoặc trễ mạng, là thời gian 1 gói tin truyền từ đầu phát đến đầu thu. IPTD thường được hiểu là trễ trung bình (mean delay) của các gói tin truyền qua mạng IP.

- Biến động trễ gói tin IP IPDV (IP packet Delay Variation): biến động trễ của các gói tin, được định nghĩa là khoảng chênh lệch về độ trễ của các gói tin. Có nhiều phương pháp để tính IPDV, đơn giản nhất là lấy chênh lệch giữa độ trễ lớn nhất và độ trễ nhỏ nhất (được dùng để tính IPDV trong khoảng thời gian

ngắn):

IPDV = IPTDmax – IPTDmin (2.1)

- Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP Packet Error Ratio): là tham số tính theo tỷ lệ các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được:

(2.2) Nerr: số lượng gói tin lỗi

Nsuc: Số lượng gói tin nhận được thành công (successful).

- Tỷ lệ tổn thất gói IP IPLR (IP Packet Loss Ratio): Tỷ số các gói tin bị mất trên tổng các gói tin đã truyền đi.

(2.3) Nloss: số gói tin bị mất (tổn thất)

Ntran: số gói tin truyền đi.

Tỷ lệ tổn thất gói ảnh hưởng bởi chất lượng kết nối, các ứng dụng trên IP thường tính trên 3 khía cạnh ảnh hưởng của tỉ lệ mất gói: giá trị ngưỡng, dung sai và ảnh hưởng của tỉ lệ mất gói đối với hiệu năng ứng dụng. Gói tin mất thực tế còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như FEC hoặc giao thức sửa lỗi lớp trên.

- Tỷ lệ sắp xếp lại các gói tin IP IPRR (IP Packet Reordering Ratio): việc sắp xếp lại xảy ra khi có sự tổn thất gói tin TCP, IPRR được đưa ra để đánh giá tổng số gói bị mất đối với TCP.

Ngoài ra còn có một số thông số khác: Thông lượng gói tin IP (IP Packet Throughput), Tỉ lệ tổn thất block IPSLBR (IP Packet Severely Loss Block Ratio)…

2.2.4.3. Phân lớp QoS cho mạng IP:

Tất cả các ứng dụng đều yêu cầu một mức NP nào đó, mỗi ứng dụng đều có một vài đặc tính cơ bản khác nhau. Để nhận biết yêu cầu chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ. Các tổ chức chuẩn hóa đưa ra các đề xuất phân lớp dịch vụ khác nhau. ETSI chia các dịch vụ thành 4 lớp.

Lớp QoS Thành phần Các đăc tính QoS

Hội thoại thời gian thực

Thoại, audio, video, đa phương tiện

Nhạy cảm với trễ và biến động trễ, có giới hạn lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi hoặc cố định.

Luồng thời gian thực

Audio, video, đa phương tiện

Trễ và biến động trễ có dung sai nhất định, dung sai nhỏ đối với lỗi và tổn thất, tốc độ bit thay đổi.

Tương tác cận thời gian thực

Dữ liệu Nhạy cảm với trễ, biến động trễ và tổ thất, tốc độ bit thay đổi

Phi thời gian thực

Dữ liệu Không nhạy cảm với trễ và biến động trễ, nhạy cảm với lỗi

Bảng 2.1: Lớp dịch vụ theo đề xuất của ETSI Lớp

QoS

Các đặc tính QoS

0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao 1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác 2 Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao

3 Dữ liệu chuyển giao, tương tác

4 Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, video) 5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP

6 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gói, nhạy cảm với jitter, thời gian thực, tương tác cao.

7 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gói, nhạy cảm với jitter, thời gian thực, tương tác.

Bảng 2.2: Phân lớp dịch vụ theo ITU-T Y.1541

Từ các lớp dịch vụ này, ITU-T đưa ra phân lớp QoS cho mạng IP với các yêu cầu cụ thể về QoS IP cho từng lớp dịch vụ.

Tham số NP

QoS Classes Class 0 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4

Class 5 Unspecifie d Class 6 Class 7 IPTD 100 ms 400 ms 100 ms 400 ms 1 s U 100ms 400ms IPDV 50 ms 50 ms U U U U 50ms 50ms IPLR 1 × 10– 1 × 10– 1 × 10–3 1 × 10– 1 × 10– U 1x10-6 1x10-6

3 3 3 3

IPER 1 × 10–4 U 1 × 10–4 1 × 10–4

IPRR U U 1x10-6 1x10-6

Bảng 2.3: Lớp QoS và các giá trị NP mạng IP (ITU-T Y.1541)

U: Unspecial, không được chỉ định, các dịch vụ thuộc lớp này không có yêu cầu đặc biệt đối với tham số NP tương ứng.

Class 6 và class 7 được xem là các lớp tạm thời, vì các yêu cầu của nó không thể xác định được nếu chưa đặt vào trường hợp thực tế.

2.2.5. Yêu cầu QoS đối với dịch vụ IPTV:

Mục đích cuối cùng của QoS là nhằm đạt được sự hài lòng của khách hàng đối với dịch vụ viễn thông. Khách hàng có những yêu cầu khác nhau tùy vào loại dịch vụ, để đưa ra các tham số cũng như cơ chế QoS thích hợp cho một dịch vụ, trước hết cần tìm hiểu các yêu cầu chất lượng của dịch vụ đó.

2.2.5.1. Các yêu cầu chung:

 Yêu cầu của khách hàng đối với IPTV được đưa ra trong REQ_Arch_10 gồm:

+ IPTV cung cấp cho người dùng những trải nghiệm tương tác chất lượng cao về nội dung video/audio.

+ IPTV phải có chất lượng ổn định

+ Các hoạt động tương tác với người dùng phải dễ dàng và thuận tiện + Hệ thống IPTV phải hỗ trợ bảo mật và riêng tư của người dùng.

Việc các yêu cầu này có được đáp ứng hay không sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến QoE của người dùng và dĩ nhiên,cùng một yêu cầu, mỗi người sẽ có cách đánh giá chủ quan khác nhau.

 Yêu cầu đối với dịch vụ IPTV do nhóm nghiên cứu IPTV của ITU-T (ITU-T FG IPTV) đưa ra:

(1) Yêu cầu định hướng người dùng (ví dụ: chức năng EPG): IPTV thực chất là một loại hình đa dịch vụ, hướng tới hội tụ, do đó, chức năng hướng dẫn là vô cùng cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho khách hàng khi sử dụng các dịch vụ của IPTV.

(2) Yêu cầu phân phối nội dung đến khách hàng: cùng một thời điểm, sẽ có hàng loạt user yêu cầu truy cập đến một lượng rất lớn nội dung media, nội dung phải được đảm bảo cung cấp cho khách hàng theo đúng yêu cầu.

nội dung IPTV là hết sức cần thiết

(4) Yêu cầu quản lý dịch vụ: IPTV thường được tích hợp với nhiều dịch vụ khác, do đó, chức năng quản lý dịch vụ là yêu cầu quan trọng.

(5) Yêu cầu về các khía cạnh an toàn dịch vụ: cho phép thực hiện xác thực và xác nhận quyền truy cập.

 Yêu cầu đối với nhà cung cấp dịch vụ IPTV và nhà cung cấp hạ tầng mạng:

• Đối với nhà cung cấp dịch vụ:

+ Hệ thống phải có khả năng quản lý các dịch vụ khác nhau nhằm đảm bảo tất cả các dịch vụ có thể hoạt động ổn định.

+ Hệ thống phải cung cấp hoàn chỉnh các chức năng quản lý thuê bao (ví dụ có khả năng mở hoặc khóa một tài khoản người dùng).

+ Phải cung cấp các chức năng tiện dụng và ngăn chặn các hành vi sử dụng trái phép dịch vụ.

• Đối với nhà cung cấp hạ tầng mạng:

+ Mạng phải có khả dụng và có độ tin cậy cao

+ Mạng phải cung cấp khả năng quản trị và điều khiển

+ Mạng phải cung cấp đủ chất lượng mạng (Network QoS) cho các dịch vụ.

2.2.5.2. Yêu cầu chất lượng mạng IP cho dịch vụ IPTV:

Yêu cầu về chất lượng mạng IP đôi khi còn được xem là yêu cầu QoS cho IPTV, vì QoS thông thường được hiểu là ở lớp mạng, và các cơ chế QoS cũng tập trung ở lớp này.

QoS cho mạng IP được chia thành 8 lớp (theo ITU-T Y.1541 – đã nêu ở mục 2.2), FG IPTV C-0127 là tài liệu liên kết các thành phần dịch vụ của IPTV với các lớp QoS IP.

Các dịch vụ IPTV được chia thành nhóm (categories): nỗ lực tốt nhất BE (Best Effort), ít mất thông tin LL (Low Loss), Tương tác I (Interactive), tương tác thời gian thực RTI (Real-Time Interactive) và thời gian thực multicast & unicast RTMU (Real-Time Multicast & Unicast).

+ BE bao gồm các dịch vụ truyền thống của mạng IP, những dịch vụ này không yêu cầu thời gian thực, gói tin lỗi có thể được truyền lại sử dụng giao thức RTP. BE có yêu cầu tương đương với class 5 của Y.1514

+LL là nhóm các dịch vụ giao dịch ngắn (short transaction) và dữ liệu khối (bulk data), yêu cầu của nhóm này tương đương với class 4.

IPTV service category IP QoS class IPTV service examples

Dịch vụ download nội dung Các dịch vụ thông tin truyền thống

Thông tin truyền hình e-mail

Low Loss (LL) Dịch vụ ít mất dữ liệu

QoS class 4 VOD, MOD (media on demand) Hội nghị truyền hình

Học từ xa VOD Interactive (I) QoS class 2/3 Messenger

Học từ xa tương tác Real-Time Interactive (RTI) QoS class 0/1 VoIP, video phone

Game Real-Time Multicast &

Unicast (RTMU)

QoS class 6/7 Truyền hình tuyến tính/quảng bá Truyền hình đa chiều

pay per view PVR

Bảng 2.4: Mối liên hệ giữa các dịch vụ IPTV và QoS class ITU-T Y.1541

Ngoài ra, FG IPTV C-0127 cũng đưa ra các lớp QoS ứng với một số dịch vụ điển hình của IPTV.

IPTV services Nhóm dịch vụ IPTV /QoS class

BE LL I RTI RTMU

5 4 3 2 1 0 7 6

Linear/broadcast TV (audio, video and data)  Dịch vụ đa chiều  PVR  PPV  VoD  Dịch vụ download video 

Dịch vụ download nội dung  Nội dung có nguồn gốc khách hàng  Nội dung quảng bá có nguồn gốc khách

hàng



Phát thanh 

Nhạc theo yêu cầu và sách audio 

Hình ảnh 

Học từ xa VoD 

Học từ xa tương tác 

Game theo yêu cầu 

Game nhiều người chơi 

Thông tin từ xa

(tin tức, thời tiết, giao thông…)

 Hội nghị từ xa (ngân hàng, chứng

khoán, mua sắm, bán vé, bán đấu giá, sự kiện…)



Truyền thông dữ liệu từ xa (SMS, email…)

 Truyền thông dữ liệu tương tác

(messenger, chat)



Đàm thoài từ xa (VoIP, video phone...) 

Dữ liệu giải trí từ xa

(album hình ảnh, xổ số, blog,...)



Giải trí từ xa VOD (karaoke) 

Bảng 2.5: Các dịch vụ IPTV điển hình và các lớp QoS tương ứng

Mỗi dịch vụ của IPTV có những yêu cầu QoS khác nhau, vì vậy việc đối xử với dữ liệu của các dịch vụ này cũng phải khác nhau nhằm cung cấp chất lượng tốt nhất và tận dụng tốt tài nguyên mạng.

2.2.6. Đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV:

Đối với IPTV giai đoạn hiện tại, các dịch vụ chủ yếu đước triển khai là dịch vụ liên quan đến video, do đó, chất lượng dịch vụ IPTV có thể được đánh giá qua việc đo lường chất lượng các dịch vụ này.

Việc đo lường QoS ngoài việc đánh giá chất lượng dịch vụ còn có ý nghĩa quan trọng hơn là giúp theo dõi, phát hiện, định vị và xử lý khi có sự cố xảy ra làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ.

2.2.6.1. Mô hình đo lường QoS ITU-T:

Một mô hình IPTV đơn giản bao gồm 3 phần: Head-end, mạng truyền dẫn và thiết bị đầu cuối khách hàng CPE (Customer Premise Equipment).

+ Head-end: bao gồm tất cả các thiết bị và ứng dụng cần thiết để tạo ra tín hiệu video và đưa chúng vào mạng truyền dẫn.

+ Mạng truyền dẫn: truyền tín hiệu video đến các CPE.

+ CPE: Là kết thúc của mạng IP (thường là STB), giải mã tín hiệu video và hiển thị video trên màn hình TV thông thường.

Mô hình đo lường chất lượng được xây dựng dựa trên ba thành phần này.

Hình 2.17: Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV

Mô hình này có 4 điểm tham chiếu: + A: mã hóa video

+ B: Lớp IP ở head-end + C: Lớp IP ở CPE + D: giải mã video

2.2.6.2. Đo lường chất lượng Head-end:

Giả định rằng chất lượng tín hiệu video đầu vào là thuộc trách nhiệm của head-end. Chất lượng video đầu vào trước hết phụ thuộc vào chất lượng nguồn video (độ phân giải, kích thước ảnh, tốc độ frame… đã được đưa ra trong các chuẩn video). Dữ liệu được nén, mã hóa và đưa vào mạng IP phải đảm bảo tuân theo các quy tắc thích hợp. Những quy tắc này gồm có: số lượng gói tối đa cho

mỗi dòng video, số lượng luồng video tối đa, băng thông tối đa cho mỗi dòng video, giao thức được sử dụng ở lớp transport, kích thước khung, kích thước gói. Việc đo lường các thông số của head-end giúp khoanh vùng các vấn đề QoS. Mạng IP chịu trách nhiệm đảm bảo cấp độ chất lượng thích hợp của luồng video được truyền tới khách hàng.

2.2.6.3. Đo lường chất lượng end-to-end:

Thực hiện ở bộ giải mã của STB. Việc xác định chất lượng video ở STB sẽ cho phép đánh giá gần đúng nhất chất lượng mà user thật sự nhận được. Ngoài ra, end-to-end còn cho phép ước tính khả năng, chất lượng của mạng truyền dẫn IP, cung cấp khả năng tính toán hiệu suất mạng bất kỳ mức nào, ở điểm tập trung… dựa vào phân tích và sao sánh tương quan các số liệu thu được.

Tham số Giá trị Thiết

bị Mục đích Phương pháp đo lường. Vị trí đo lường Tốc độ frame của video Được yêu cầu trong các chuẩn video STB Chất lượng hình ảnh + Bằng các biện pháp mã hóa và giải mã đặc

biệt trong khi dịch vụ đang hoạt động. + Lấy mẫu From A to D Buffer underflo ws N/A STB Chất lượng hình ảnh, chơi mượt

+Khi dịch vụ đang hoạt động

+ Lấy mẫu

+ Đo lường các sự kiện underflow và tỉ lệ thời gian STB trong trạng thái underflow. D Tràn bộ đệm N/A STB Chất lượng hình ảnh, chơi mượt

+Khi dịch vụ đang hoạt động

+ Lấy mẫu

+ Đo lường các sự kiện overflow và tỉ lệ thời gian STB trong trạng

thái overflow.

Các tham số mã hóa N/A STB Chất lượng hình ảnh/ chất lượng dịch vụ