4.2.1. Các yếu tố của QoE cho IPTV
Muốn đo đạc IPTV QoE thì trước hết ta cần phải biết các yếu tố của nó. IPTV QoE bao gồm nhiều yếu tố, chúng mô tả trải nghiệm khách hàng về công nghệ, giá trị dịch vụ và khả năng sử dụng dịch vụ.
Các yếu tố kỹ thuật của IPTV QoE có mối quan hệ chặt chẽ với các công nghệ và thiết bị đang được áp dụng để cung cấp dịch vụ IPTV. Các yếu tố kỹ thuật của IPTV QoE bao gồm:
Hình 4.3. Các yếu tố kỹ thuật của IPTV QoE
- Chất lượng Media (Video and Audio) : Khách hàng cảm nhận về chất lượng video và audio của dịch vụ IPTV tốt như thế nào?
Phan Đình Mạnh 66
- Tính tin cậy: Dịch vụ IPTV có đáng tin và ổn định không?
- Tính bảo mật: Dịch vụ IPTV có được bảo mật trong mạng IP hay không? Liệu các thuê bao có phải chịu sự gián đoạn gây ra bởi các hacker hoặc những user độc hại khác không?
QoE của mỗi một thuê bao cá nhân là không đủ để đánh giá dịch vụ. Trải nghiệm của người dùng phải được đánh giá trong dự kiến tải tối đa. Khả năng mở rộng số lượng tối đa các thuê bao có thể được hỗ trợ là những vấn đề quan trọng cần được xem xét đầy đủ ( hiệu suất hệ thống dưới tải và lưu lượng).
Các yếu tố thương mại của IPTV QoE bao gồm giá cả và nội dung. Chúng không thể được đo lường bởi các thiết bị kiểm tra. Các thuê bao sẽ so sánh dịch vụ IPTV với dịch vụ truyền hình cáp và vệ tinh, và họ sẽ trông chờ vào dịch vụ phù hợp với khả năng chi trả của họ. Giá cả hợp lý và cùng với nội dung được yêu thích sẽ giúp IPTV trở thành một thị trường giải trí có tính cạnh tranh cao.
Các yếu tố về tính khả dụng, được mô tả như vấn đề dễ sử dụng, cũng không thể đo đạc bởi các thiết bị kiểm tra. Tốc độ cài đặt STB, bản hướng dẫn điện tử dễ dàng sử dụng, điều khiển từ xa dễ dàng cũng ảnh hưởng đến trải nghiệm của NSD về IPTV.
Sự mong đợi của NSD là sự kết hợp của tất cả các yếu tố IPTV QoE. Sự thiếu hiểu biết về bất kỳ yếu tố nào cũng có thể dẫn tới sự thất bại của dịch vụ. Tuy nhiên, dưới góc nhìn của nhà kỹ thuật, trong phạm vi đồ án này chúng ta sẽ chỉ rập trung vào các yếu tố kỹ thuật.
4.2.2. Làm thế nào đểđảm bảo IPTV QoE [11]
Đảm bảo IPTV QoE là một thách thức rất lớn với các nhà cung cấp dịch vụ. Và để có thể đảm bảo được IPTV QoE, ta có thể thực hiện theo các bước sau đây[11]:
• Bước 1: Hiểu được các thách thức chủ yếu đối với mỗi yếu tố IPTV QoE. Xác định thiết bị và công nghệ nào có thể ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng dịch vụ.
• Bước 2: Đưa các yếu tố QoE chủ quan vào các phép đo khách quan, xây dựng kịch bản thử nghiệm và số liệu để mô tả hiệu suất và khả năng mở rộng.
Phan Đình Mạnh 67
IPTV QoE.
• Bước 4: Phân tích kết quả thử nghiệm, sửa chữa và tối ưu các thiết bị mạng và hệ thống.
4.2.3. Thách thức chính của các yếu tố IPTV QoE
4.2.3.1. Chất lượng Media(Video và Audio)
Chất lượng Media là thách thức to lớn đối với IPTV QoE. TV về cơ bản là thiết bị media cung cấp các dịch vụ giải trí nghe nhìn cho các thuê bao. Cảm nhận vê chất lượng media của dịch vụ IPTV rất nhạy cảm với các tổn hao mạng như packet loss, delay, jitter và lỗi trình tự gói. Các vấn đề video gây ra bởi các tổn hao này như blocking, blurring, edge distortion, sự rung và nhiễu sẽ làm giảm QoE. Audio cũng rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng video. Nhiễu âm thanh hoặc âm thanh không đồng bộ đều không thể chấp nhận được.
IPTV được truyền trên nền mạng IP, một môi trường truyền dẫn truyền thống “best effort” lý tưởng cho các dịch vụ dữ liệu không nhạy cảm với tổn hao mạng. Một vài thách thức chính cần được giải quyết trước khi triển khai thực tế dịch vụ IPTV bao gồm:
• Sẵn có băng thông: Một kênh IPTV tiêu chuẩn sử dụng mã hóa MPEG-2 đòi hỏi 1,5-4Mbps. Nếu nhà cung cấp dịch vụ cho phép mỗi hộ gia đình có từ 2-3 TV, ngoài ra còn có các dịch vụ mạng khác hoạt động trên cùng một kết nối vật lý thì yêu cầu tối thiểu cho băng thông truy nhập sẽ là 10Mbps hoặc là hơn. Hơn nữa, các dịch vụ TV cũng được NSD sử dụng đồng thời nhiều hơn các dịch vụ dữ liệu khác, do vậy mạng biên và mạng lõi cũng cần nâng cấp băng thông đáng kể.
• Hiệu suất chuyển tiếp: IPTV quảng bá sử dụng multicast để truyền tải nội dung nhằm làm giảm thiểu băng thông tiêu thụ. Tuy nhiên, hầu hết việc cài đặt thiết bị mạng không hiệu quả cho chuyển tiếp lưu lượng multicast. Routers, switches, B- RASs và DSLAMs đều cần nâng cấp lớn nhằm nâng cao dung lượng và hiệu suất multicast. Bởi vì các ứng dụng unicast phải chia sẻ băng thông với IPTV quảng bá, nên các thiết bị mạng phải chuyển tiếp hỗn hợp cả lưu lượng unicast và multicast trên đường truyền.
Phan Đình Mạnh 68
• Quản lý băng thông: Đơn giản chỉ tăng băng thông sẵn có là không đủ để đảm bảo rằng IPTV có thể đáp ứng yêu cầu về băng thông. Riêng các ứng dụng chia sẻ tập tin Peer-to-Peer (P2P), đã chiếm tới 50-80% băng thông toàn cầu. Nhiều trong số các ứng dụng P2P đã được khéo léo ngụy trang bằng cách mang trên một số cổng dịch vụ nổi tiếng ( trong đó bao gồm cả cổng 80), đóng gói trong các giao thức ứng dụng khác (như HTTP) và bằng cách sử dụng tải mã hóa dữ liệu. Nhằm bảo vệ các luồng lưu lượng IPTV nhạy cảm với tồn hao, các chính sách về QoS phải được thực hiện từ đầu đến cuối mạng. Một mẹo khác để quản lý băng thông trên mạng là hạn chế lưu lượng có hại trên mạng, như là P2P hay email virus hay spam. Thiết bị kiểm tra băng thông thông minh thực hiện kiểm tra gói tin kỹ càng cũng cần được xem xét.
4.2.3.2. Channel Zapping
Các thuê bao có thể chuyển kênh nhanh và chính xác như thế nào cũng là một phần quan trọng của IPTV QoE. Trễ chuyển kênh chấp nhận được thường được cho vào khoảng 1.5s. Thời gian chuyển kênh vào khoảng 100-200ms thường được coi là xem được ngay lập tức. Nguyên nhân trễ chuyển kênh bao gồm các thiết bị mạng (như B-RASs, DSLAMs và switch tổng hợp) và STBs. STBs, thiết bị giải mã IPTV tại nhà của thuê bao cũng làm tăng thêm vài trăm ms trễ khi chuyển kênh do xử lý lệnh, trễ bộ đệm, trễ bộ giải mã MPEG và trễ bộ đệm video. May mắn thay, mỗi STB chỉ phục vụ 1 hộ gia đình (vì vậy không cần quan tâm đến khả năng mở rộng) và các chức năng chính của STB là được xử lý trong phần cứng. Do vậy, hiệu suất của STB là tương đối ổn định.
Các giao thức Multicast được sử dụng như là kỹ thuật kích hoạt channel zapping của cơ sở hạ tầng mạng. IGMP (Internet Group Management Protocol) hay MLD (Multicast Listener Discovery) rời/gia nhập trễ chính là nguồn chính gây trễ chuyển kênh. Để giữ cho trễ chuyển kênh tổng thể vào khoảng 1s, thì mục tiêu trễ rời/gia nhập muticast của mỗi thành phần mạng cần vào khoảng 10-200ms.
Việc thử nghiệm channel zapping có những thách thức chính sau đây:
Phan Đình Mạnh 69
mà bình thường vẫn được điều khiển bởi CPU. Tuy nhiên việc thực hiện đo lường dựa trên CPU thường có độ chính xác chỉ 10s, do đó không đủ chính xác. Do vậy, đòi hỏi phần cứng dựa trên đo đạc rời/gia nhập IGMP.
- Môi trường mô phỏng hệ thống thực: Trong môi trường sử dụng thực tế “Multiplay”, các giao thức tại lớp multiple như PPPoE (Point to Point Protocol over Ethernet), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) và TCP cũng như lưu lượng multicast và unicast là chạy cùng một lúc. Do đó, giải pháp thử nghiệm phải mô phỏng được thực tế trong những điều kiện phức tạp. Điều này cũng chính là một thách thức không nhỏ cần được giải quyết.
- Khả năng mở rộng: Testbed kiểm tra IPTV channel zapping phải mô phỏng được hàng ngàn thuê bao và hàng trăm kênh chỉ trong một kịch bản duy nhất. Chỉ có quy mô mô phỏng lớn mới giúp ta đánh giá hiệu suất thực tế dưới tải, từ đó xác định ngưỡng khả năng mở rộng.
4.2.3.3. Tính tin cậy
Các thuê bao luôn mong đợi các nhà cung cấp dịch vụ đảm bảo cung cấp dịch vụ IPTV đáng tin cậy. Trước khi thảo luận về tính tin cậy mà NSD mong chờ ở dịch vụ IPTV, ta cần xem xét lại tính tin cậy đối với dịch vụ truyền hình cáp và vệ tinh. Các thống kê công nghiệp chỉ ra rằng truyền hình cáp outages trung bình 3-5% một năm trong khi với truyền hình vệ tinh là 1%. Trong những năm vừa qua, truyền hình vệ tinh đã làm thỏa mãn tính tin cậy cao hơn truyền hình cáp. Các nhà khai thác dịch vụ đang cố gắng giữ hình ảnh đáng tin cậy cho dịch vụ IPTV mà mục tiêu là chỉ 5 phút outage trong một năm. Sau đây là một số kỹ thuật nhằm cải thiện tính tin cậy của cơ sở hạ tầng mạng IPTV:
• Thêm phần cứng: được nhiều hãng viễn thông sử dụng nhằm tăng tính tin cậy của dịch vụ. Mặc dù hầu hết các phần cứng thêm vào không theo một chuẩn nào và có sự khác nhau giữa các nhà cung cấp nhưng về phương pháp chung thì giống nhau- đó là sử dụng phần cứng thêm vào đó để đảm nhận công việc khi phần cứng chạy dịch vụ gặp trục trặc.
Phan Đình Mạnh 70
sẵn sàng của mạng IP. Theo giao thức HA thì một sự đáng tin cậy theo tiêu chuẩn “five-nines” (99.999%) sẽ được duy trì cho dịch vụ. Các giao thức này sẽ loại bỏ hoặc giảm thiểu sự gián đoạn chuyển tiếp dữ liệu trong trường hợp rối loạn hoặc mạng hay node bị thất bại.
• Sử dụng Hot-Swappable Hardware cho phép bổ sung, loại bỏ, thay thế các module phần cứng mà không cần dừng cung cấp dịch vụ.
• Độ tin cậy của các thiết bị nguồn video cũng cần được xem xét. Câu hỏi cần được đặt ra là liệu VOD server có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn đề ra hay không?
4.2.3.4. Tính bảo mật
Các vấn đề về bảo mật có thể không khiến người sử dụng truyền hình cáp bận tâm nhưng nó là một rào cản lớn đối với các ứng dụng và dịch vụ triển khai trên nền mạng IP. Hàng ngàn các hacker đang bận rộn tìm cách bẻ khóa mọi thứ trên mạng Internet. IPTV cũng không phải là ngoại lệ, động lực chính của các hacker là có thể sử dung dịch vụ miễn phí hoặc là phá vỡ các thiệt bị và mạng IPTV nhằm từ chối dịch vụ cho các thuê bao trả tiền.
Bảo mật của IPTV là một chủ đề khá rộng, bao gồm cả bảo vệ và mã hóa nội dung, tấn công DoS, traffic độc hại và xác thực người dùng….Do đó tạo ra một danh sách dài các công việc cần làm cho các nhà quản lý mạng.
Trải nghiệm của khách hàng về bảo mật không phức tạp như theo quan điểm của các nhà cung cấp dịch vụ. Ví dụ chống sao chép nội dung là mối quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ khách hàng chứ không phải là của NSD. NSD chỉ mong muốn hệ thống xác thực họ một các chính xác, kích hoạt các dịch vụ của họ và cung cấp cho họ nội dung mà họ mong muốn. Do đó, xác thực người dùng và bảo vệ nguồn video là những thách thức bảo mật chính từ quan điểm QoE.
• Xác thực người dùng: DSL là một mạng truy cập point-to point và sử dụng PPP hoặc DHCP để thiết lập kết nối người dùng. Tuy nhiên, NSD lại không muốn phải nhập tên và mật khẩu trước khi xem TV. Bởi vậy, DHCP đã trở thành kỹ thuật được ưa thích để truy cập kết nối. DHCP không có cơ chế xác thực giống như PPP. Tùy
Phan Đình Mạnh 71
chọn DHCP 82 là một tính năng mới của DHCP, cho phép xác thực thuê bao theo vị trí- thường bằng cách sử dụng một số hiệu cổng router hoặc định danh một mạch ảo. • Bảo vệ nguồn video: Nguồn video, đặc biệt là VOD server cũng chịu tấn công DoS (Denial of Service) như các dịch vụ khác (Web, Email, FTP servers). Nhằm bảo vệ nguồn video, ứng dụng tường lửa hoặc cổng lớp ứng dụng ( Application Layer Gateways-ALGs) được sử dụng để traffic video có thể vượt qua tốt nhưng lọc các tấn cồn DoS và các mối đe dọa khac bằng cách kiểm tra sâu vào lớp ứng dụng của các gói tin. Tuy nhiên, lớp ứng dụng lọc và phòng chông xâm nhập được tính toán chuyên sâu có thể làm giảm hiệu suất của tường lửa 10-40% hoặc hơn thế nữa.
Tóm lại, có thể nói QoE, điều tối quan trọng cho sự thành công của dịch vụ IPTV bao gồm nhiều yếu tố. Thất bại của bất kỳ yếu tố nào trong các yếu tố đó cũng làm giảm sự hài lòng khách hàng vào dịch vụ. Tuy nhiên các yếu tố QoE chủ quan là không dễ đo đạc. Các nhà cung cấp dịch vụ và thiết bị cần một phương pháp đánh giá chính xác để từ đó đảm bảo và cải thiện IPTV QoE.
4.2.4. Đo đạc IPTV QoE
4.2.4.1. Các mô hình đánh giá QoE khách quan
Đối với IPTV, QoE không đơn thuần chỉ là chất lượng video và audio. Ta có thể chia các tham số ảnh hưởng đến IPTV QoE làm 3 nhóm [4]:
- Chất lượng nội dung Video/audio tại nguồn phát.
- Quality of Service (QoS), trong đó đề cập đến việc phân phát các nội dung trên mạng.
- Cảm nhận con người về dịch vụ, bao gồm cả những kỳ vọng, môi trường.
Chất lượng của nội dung liên quan đến loại codec sử dụng (ví dụ như MPEG-2 hoặc MPEG-4), tốc độ bit…Các thông số ảnh hưởng nhiều nhất đến các dịch vụ streaming như là bandwith, delay, jitter và packet loss. Hai nhóm thông số đầu tiên khá là dễ dàng định lượng trong khi nhóm thứ 3 thì không. Cảm nhận của con người thường được định lượng bởi điểm số quan điểm trung bình- Mean Opinion Score (MOS). MOS được thể hiện trên 5 thang điểm: 5 = excellent, 4= good, 3=fair, 2= poor,1= bad. Ngưỡng tối thiểu chấp nhận được tương ứng với MOS=3,5.
Phan Đình Mạnh 72
Như những phân tích ở phần trên, có nhiều yếu tố làm suy giảm chất lượng hình ảnh khi truyền tải qua mạng IP, bao gồm các ảnh hưởng của việc mã hóa/giải mã và các tác động của mạng truyền tải. Việc mô hình hóa các tác động này là một vấn đề khá phức tạp vì những ảnh hưởng này phụ thuộc nhiều vào kiểu mã hóa, các thuộc tính và cấu hình của hệ thống cụ thể. Hiện tại có khá nhiều thuật toán đánh giá chất lượng video, nhưng đều chưa thống nhất. Một cách tổng quát có thể phân loại thành ba mô hình giải thuật đánh giá chất lượng video chính:
- Mô hình tham chiếu đầy đủ (Full-reference - FF): Mô hình FF cung cấp giải thuật cho phép so sánh trực tiếp video nguồn và video thu được tại đích
- Mô hình không tham chiếu (Non-reference/Zero-reference - ZF): Giải thuật mô hình này chỉ phân tích chất lượng video thu được tại đích.
- Mô hình tham chiếu rút gọn (Reduced-Reference/Partial-reference - RR): Giải thuật mô hình này cho phép trích một vài tham số từ đầu vào đem so sánh với các tham số tương đương tại đầu ra.
Mô hình tham chiếu đầy đủ:
Những giải thuật trong mô hình tham chiếu đầy đủ thực hiện so sánh chi tiết giữa hình ảnh đầu vào và đầu ra của hệ thống. Việc so sánh này là một quá trình