II, QoS
4. Các giải pháp đảm bảo QoS trong IPTV
Nhƣ đã trình bày trong chƣơng IV, IPTV over IMS gồm các thành phần: mạng cung cấp nội dung, mạng quản lý, mạng truyền tải, mạng gia đình (Home netwok). Để đảm bảo đƣợc QoS cho IPTV, ta cần đảm bảo đƣợc QoS trong các thành phần đó của IPTV.
4.1 Đảm bảo QoS IPTV ở mạng cung cấp nội dung
Sử dụng các kỹ thuật nén là phƣơng pháp quan trọng đƣợc sử dụng ở mạng cung cấp nội dung, vừa đảm bảo chất lƣợng video, vừa đảm bảo lƣu lƣợng luồng video/audio không quá lớn.
Nhà cung cấp dịch vụ cần lựa chọn kỹ thuật nén và cấu hình phù hợp với yêu cầu dịch vụ cũng nhƣ khả năng của mạng truyền dẫn. Kỹ thuật nén thƣờng đƣợc sử dụng đối với video là MPEG 4 part 2 và H.264. Với ƣu thế có tỉ lệ nén cao, nhiều cấu hình lựa chọn, H.264 đang là giải pháp đƣợc sử dụng rộng rãi. Về nén audio, các kỹ thuật có thể đƣợc sử dụng bao gồm: Dolby Digital (AC-3) cho HDTV và AAC cho SDTV.
101
4.2 Đảm bảo QoS IPTV ở mạng quản lý
Middle ware là một phần vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ của khách hàng. IPTV middleway là một gói các phần mềm phục vụ cho việc thực hiện các dịch vụ IPTV.Middleware phải cung cấp các tính năng bảo mật, xác nhận, tính cƣớc, giám sát hệ thống, đồng thời phải cung cấp một EPG (Electronic Program Guide) đầy đủ tiện ích và thân thiện với ngƣời dùng. Cũng nhƣ phần cứng của IPTV, mỗi nhà sản xuất đều đƣa ra giải pháp riêng của họ, các nhà cung cấp dịch vụ phải lựa chọn middleware thích hợp nhất với cấu trúc của mình.
Mạng quản lý còn phải đảm bảo cung cấp đa dịch vụ và khả năng mở rộng. Sử dụng các software thích hợp để là biện pháp hữu hiệu nhất để đạt đƣợc các yêu cầu này.
4.3 Đảm bảo QoS ở Home network
Yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến chất lƣợng IPTV trong mạng gia đình là STB. Chất lƣợng STB sẽ quyết định cái mà khách hàng đƣợc xem.
Một STB có chất lƣợng tốt phải có khả năng xử lý nhanh, chạy mƣợt, lƣớt lỗi, có thể giải mã đƣợc các chuẩn video khác nhau, hỗ trợ giải các kỹ thuật giải nén, cung cấp khả năng sửa lỗi, hoạt động ổn định, ngoài ra, còn phải có khả năng đáp ứng EPG, dễ sử dụng, dễ điều khiển…
Khả năng của STB cũng tỉ lệ với giá thành, do đó, nhà cung cấp dịch vụ cần phải lựa chọn STB sao cho đáp ứng đƣợc yêu cầu của hệ thống mà vẫn có tính kinh tế. Tuy nhiên, đôi khi, STB là do khách hàng tự lựa chọn, trong trƣờng hợp này, nhà cung cấp dịch vụ cần tiến hành tƣ vấn để khách hàng có sự lựa chọn tốt nhất.
4.4 Đảm bảo QoS ở mạng truyền dẫn
a, Cải thiện các tham số hiệu năng mạng NP Băng thông
Các biện pháp nhằm tăng băng thông có thể dùng cho một dịch vụ:
- Nâng cấp đƣờng truyền: đây đƣợc xem là phƣơng pháp hiệu quả nhất nhƣng cũng là phƣơng pháp tốn kém nhất.
- Sử dụng phân lớp QoS để phân luồng ƣu tiên lƣu lƣợng. Đây đƣợc xem là biện pháp hữu hiệu nhất, nhiều cơ chế khác nhau đã đƣợc đƣa ra để thực hiện phƣơng pháp này
- Nén frame dữ liệu ở layer 2: biện pháp này có hiệu quả tuy nhiên làm tăng thời gian trễ do tính phức tạp của các giải thuật nén.
102
- Nén Header, đây cũng là một phƣơng pháp rất hiệu quả nhất là trong trƣờng hợp các gói tin có tỉ số dữ liệu/header nhỏ (RTP).
Trễđầu cuối đến đầu cuối (end-to-end delay):
Trễ bao gồm trễ mạng cố định và trễ mạng biến đổi. Để giảm trễ thì ngƣời ta cũng dùng các biện pháp:
- Nâng cấp đƣờng truyền, phân lớp lƣu lƣợng, nén frame và nén header.
- Nâng cấp đƣờng truyền, nâng cao băng thông giúp giảm thời gian trễ tuần tự do gói tin không phải chờ đợi để đƣợc đƣa vào đƣờng truyền.
- Phân lớp lƣu lƣợng: các ứng dụng nhạy cảm hơn với trễ sẽ đƣợc ƣu tiên truyền trƣớc.
- Nén frame và nén header: giảm kích thƣớc file, kích thƣớc gói do đó thời gian truyền sẽ giảm xuống.
Mất gói
Nghẽn là nguyên nhân chính gây mất gói, các biện pháp giảm mất gói chủ yếu tập trung ngăn chặn nghẽn:
- Nâng cấp đƣờng truyền: băng thông đƣờng truyền càng tăng thì nghẽn càng ít xảy ra, mất gói giảm.
- Sử dụng các pháp phân lớp lƣu lƣợng đảm bảo băng thông cho các dịch vụ nhạy cảm với mất gói.
- Tăng kích thƣớc bộ đệm hàng đợi: giảm mất gói nhƣng lại làm tăng trễ. - Sử dụng phƣơng pháp quản lý hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management):bao gồm kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) và kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weight Random Early Detection).
- Định hình lƣu lƣợng (Traffic Shaping): tƣơng tự nhƣ WRED nhƣng gói tin không bị loại bỏ mà đƣợc gây trễ.
- Chính sách lƣu lƣợng: giới hạn tốc độ của các dịch vụ ít quan trọng nhằm phục vụ tốt nhất cho các dịch vụ nhạy cảm với mất gói.
Jitter
Phƣơng pháp tốt nhất để giảm jitter là dùng bộ đệm giảm jitter, nơi mà các gói tin trễ ít hơn sẽ bị giữ lại để “chờ” các gói tin bị trễ nhiều hơn. Kết quả của việc này là làm tăng thời gian trễ. Với biện pháp này, jitter hầu nhƣ không còn ảnh hƣởng đối với các dịch vụ không tƣơng tác, tuy nhiên, đối với một dịch vụ mang tính tƣơng tác, thời gian thực và cận thời gian thực nhƣ IPTV thì khi áp dụng phƣơng
103
pháp này cần phải có sự cân nhắc giữa jitter và delay. Phải lựa chọn kích thƣớc bộ đệm sao cho cân bằng giữa hai giá trị này.
b, Các biện pháp đảm bảo QoS liên quan đến xử lý lƣu lƣợng
Các biện pháp đảm bảo QoS liên quan đến xử lý lƣu lƣợng là các biện pháp đƣợc xem là hiệu quả nhất và đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Đôi khi, khái niệm QoS còn đƣợc định nghĩa là: “Khả năng phân biệt đối xử với các lƣu lƣợng khách nhau” (theo Cisco). Các biện pháp này còn đƣợc gọi là cơ chế QoS hay kỹ thuậtQoS.
Sự cần thiết của kỹ thuật QoS đối với dịch vụ IPTV
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 đặt 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.
Các bƣớc thực hiện QoS
Quá trình thực hiện kỹ thuật QoS gồm 3 giai đoạn:
1. Xác định lƣu lƣợng và yêu cầu ứng với lƣu lƣợng đó: việc xác định có thể đƣợc xét trên mạng, mục đích kinh doanh và dựa vào SLA (Service Levels Agreement).
2. Chia lƣu lƣợng thành các lớp QoS: ứng với các yêu cầu của từng loại lƣu lƣợng.
3. Xác định chính sách QoS cho các lớp lƣu lƣợng: đặt chế độ bảo vệ băng thông nhỏ nhất, thiết lập giá trị băng thông lớn nhất, xác định ƣu tiên cho mỗi lớp, sử dụng các cơ chế QoS (ví dụ: cơ chế xếp hàng) để kiểm soát nghẽn
Các cơ chế QoS - Chia lớp
Xác định và chia lƣu lƣợng thành các lớp khác nhau, việc chia lớp dựa trên rất nhiều yếu tố, các công cụ chia lớp thông thƣờng là công nhận ứng dụng cơ sở mạng NBAR (Network-Based Application Recognition), định tuyến theo chính sách lƣu lƣợng PBR (Policy-based routing), hoặc chia lớp dịch vụ dựa vào giao diện lệnh CLI (Command-line Interface).
104
Đánh dấu còn đƣợc gọi là “tô màu” cho gói tin, đánh dấu mỗi gói tin nhƣ một thành phần của lớpQoS nhờ đó gói tin có thể nhanh chóng đƣợc nhận ra và truyền qua phần còn lại của mạng. Việc đánh dấuđƣợc thực hiện bằng cách thay đổi các bit trong DSCP, các bit trong trƣờng tham chiếu IP hoặc các bit CoS.
- Quản lý nghẽn
Phƣơng pháp đƣợc sử dụng chủ yếu là dùng hàng đợi, dựa vào đánh dấu lớp QoS của gói tin mà xác định hàng đợi phù hợp.
- Tránh lỗi
Cơ chế tránh lỗi có thể đƣợc thực hiện bằng cách loại bỏ một số gói tin từ một hàng đợi chọn trƣớc khi lƣu lƣợng tăng cao theo sắp gây ra nghẽn.
Có hai cơ chế tránh lỗi phổ biến là loại bỏ gói ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) và loại bỏ gói ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Detection) và cảnh báo lỗi ECN (Explicit Congestion Notification).
- Lập chính sách (policy) và định hình lƣu lƣợng
Cơ chế lập chính sách và định hình lƣu lƣợng thƣờng đƣợc dùng để thay đổi điều kiện của lƣu lƣợng trƣớc khi truyền hoặc sau khi đã nhận đƣợc.
Policy: khống chế lƣu lƣợng mạng để đảm bảo rằng một loại lƣu lƣợng 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).
Định hình: là cơ chế dùng để giới hạn tốc độ của luồng dữ liệu bằng cách sử dụng các hàng đợi, thƣờng đƣợc sử dụng khi dữ liệu đi từ đƣờng truyền có tốc độ cao đến đƣờng truyền có tốc độ thấp.
- Nâng cao hiệu quả đƣờng truyền
Các cơ chế nén header, đặc biệt hiệu quả đối với header RTP, do đó, rất thích hợp với IPTV. Các mô hình ứng dụng đảm bảo QoS mạng IP:
+ Mô hình nỗ lực tốt nhất (Best Effort): là mô hình không có cơ chế QoS nào đƣợc áp dụng, chất lƣợng hoàn toàn phụ thuộc vào khả năng truyền dẫn của mạng.
+ Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ (Intergrated Services): ứng dụng thông báo với mạng về yêu cầu QoS của mình.
+ Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ (Difference Services): mạng nhận dạng dữ liệu và yêu cầu QoS ứng với dữ liệu đó.
+ Mô hình kết hợp: Thực tế, ngƣời ta có thể dùng kết hợp Intserv và Diffserv: Mô hình này vừa tận dụng đƣợc khả năng bảo đảm QoS end-to-end của IntServ vừa cho phép mở rộng và giảm chi phí.
105