Trong vũng hai thập kỷ vừa qua, khỏi niệm chất lượng dịch vụ (QoS: Quality of Service) trờn nền mạng IP đó được đưa vào nhận thức của đụng đảo
người sử dụng (NSD) cũng như cỏc nhà cung cấp và khai thỏc dịch vụ mạng. QoS cũng chớnh là động lực thỳc đẩy mạnh mẽ sự đầu tư của cỏc nhà khai thỏc dịch vụ viễn thụng và sự tập trung cao độ của cộng đồng nghiờn cứu lĩnh vực mạng, hướng tới cỏc giải phỏp cú tớnh ổn định và hiệu quả cao nhằm đảm bảo chất lượng cho cỏc dịch vụ qua mạng.
Trong nhận thức chung của cộng đồng chuyờn ngành mạng, cũng như đó được chuẩn húa bởi cỏc tổ chức quốc tế cú uy tớn như Liờn minh Viễn thụng quốc tế (ITU), QoS trong mạng viễn thụng được định nghĩa cụ thể qua cỏc tham số kỹ thuật được lượng húa rừ ràng. Trờn nền mạng IP, QoS được định nghĩa theo mức gúi IP hoặc theo mức kết nối. Ở mức gúi IP, cỏc tham số QoS điển hỡnh bao gồm độ trễ của cỏc gúi IP, độ biến thiờn trễ của cỏc gúi IP, tỷ lệ mất gúi IP. Ở mức kết nối/cuộc gọi, QoS cú thể được đỏnh giỏ qua cỏc tham số như tỷ lệ cuộc gọi/kết nối bị chặn, tỷ lệ cỏc cuộc gọi/kết nối bị rớt giữa chừng.
(Cỏc tham số QoS trong IPTV được đỏnh giỏ ở bảng 4.1 phần phụ lục Và bảng tham số cho QoS cụ thể ở bảng 4.2 phần phụ lục)
Tuy nhiờn, trong bối cảnh hiện nay, khi cỏc dịch vụ viễn thụng trờn nền mạng IP, đặc biệt là VoIP (Voice over IP), IPTV (Internet Protocol Television) ngày càng trở nờn phổ biến và thụng dụng hơn, QoS khụng cũn là yếu tố duy nhất mang tớnh quyết định trong cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh thị trường giữa cỏc nhà cung cấp dịch vụ. Theo xu hướng chung, yếu tố dần trở nờn quan trọng hơn để phõn biệt mức độ và đỏnh giỏ cỏc nhà cung cấp dịch vụ là những gúi dịch vụ được thiết lập tốt đến mức nào theo nhu cầu cỏ nhõn của NSD, cú thể được tựy chỉnh theo yờu cầu cỏ nhõn khỏch hàng đến đõu để thỏa món tối đa yờu cầu của họ. Đõy chớnh là tiền đề dẫn đến khỏi niệm chất lượng trải nghiệm QoE (Quality of Experience), một khỏi niệm được đưa vào bức tranh cung cấp dịch vụ trong ngành cụng nghệ viễn thụng. Một cỏch đơn giản nhất, chất lượng trải nghiệm QoE là nhận xột chủ quan của NSD đỏnh giỏ về dịch vụ họ đang sử dụng.
Hỡnh 4.1. Quan hệ giữa QoS và QoE
QoS đơn thuần đưa đến NSD những khỏi niệm kỹ thuật khỏ khụ cứng về chất lượng dịch vụ. QoS chủ yếu tập trung vào mụ tả cỏc tiờu chớ khỏch quan, mang tớnh kỹ thuật mà hạ tầng mạng hay ứng dụng cần phải đạt được để chất lượng dịch vụ được đảm bảo. Núi một cỏch khỏc QoS cú thể coi là ngụn ngữ kỹ thuật chung của chất lượng mà cỏc ứng dụng và hạ tầng mạng sử dụng.
Vấn đề nằm ở chỗ những khỏi niệm QoS như độ trễ, tỷ lệ mất của cỏc gúi IP khụng truyền tải những thụng tin thiết thực cho đại đa số NSD đầu cuối. Điều mà NSD thật sự quan tõm là cảm nhận đỏnh giỏ cỏ nhõn theo một cỏch diễn giải thụng thường khi sử dụng dịch vụ, như chất lượng hỡnh ảnh của đoạn phim cú tốt khụng, hỡnh ảnh và tiếng núi của trong phim cú khớp nhau khụng v.v…. Xột từ gúc độ thương mại cung cấp dịch vụ, mục tiờu cuối cựng của nhà cung cấp dịch vụ phải là sự hài lũng của khỏch hàng. Đõy là yếu tố để thu hỳt NSD và mở rộng mạng lưới phục vụ của nhà cung cấp. Để đỏnh giỏ chất lượng của dịch vụ, rất cần thiết phải đặt tõm điểm vào mức độ hài lũng, yếu tố chủ quan mang tớnh chất con người của NSD đầu cuối. Chỉ cú như vậy thỡ dịch vụ mới bỏm sỏt nhu cầu thị trường và cú cơ hội phỏt triển, mở rộng.
Thực tế đú đũi hỏi phải thiết lập một cỏch diễn tả chung, dễ hiểu cho người dựng đầu cuối về chất lượng dịch vụ. Đú chớnh là lý do đưa ra khỏi niệm QoE. QoE là ngụn ngữ chung để cỏc ứng dụng và NSD đầu cuối sử dụng khi tiếp cận vấn đề chất lượng của dịch vụ. Núi cỏch khỏc, QoE là thước đo sự hài lũng
IPTV Service
QoE QoS
Y.1541 (ITU-T)
Dự bỏo (Prediction )
Thiết lập tham số cho QoS (Setting up of QoS parameters)
- QoE Req for IPTV (FG IPTV)
- Framework for QoS Metrics (ATIS)
của NSD với dịch vụ họ đang sử dụng, dựa trờn những đỏnh giỏ chủ quan. Như vậy, cũng cú thể nhỡn nhận QoE được tổng hợp từ cỏc tham số thuần tỳy mang tớnh kỹ thuật QoS và cỏc yếu tố khỏc khụng mang tớnh kỹ thuật như cỏc đặc tớnh của hệ thống thị giỏc và thớnh giỏc con người, sự đơn giản khi đăng ký sử dụng dịch vụ, giỏ cả dịch vụ, nội dung dịch vụ, tớnh sẵn sàng hỗ trợ từ nhà cung cấp. QoE thường được biểu hiện bằng những đỏnh giỏ mang tớnh cảm nhận cỏ nhõn như “xuất sắc”, “tốt”, “trung bỡnh”, “tạm chấp nhận”, “kộm”.
Chỳng ta cựng xem xột một vớ dụ điển hỡnh về vai trũ của những yếu tố con người trong sự đỏnh giỏ chất lượng. Trờn Hỡnh 1 cú hai bức tranh về cựng một phong cảnh. Tham số QoS đo tỷ lệ giữa tớn hiệu và nhiễu (PSNR: Peak- Signal-to-Noise-Ratio) của hai bức tranh được giữ ở mức như nhau. Như vậy, nếu chỉ thuần tỳy dựa trờn tham số kỹ thuật PSNR thỡ hai bức tranh sẽ được đỏnh giỏ cú chất lượng như nhau. Nhưng với hệ giỏc quan của NSD đầu cuối, tức là người trực tiếp xem hai bức tranh, rừ ràng là chất lượng của bức tranh bờn trỏi tốt hơn nhiều so với bức tranh bờn phải. NSD cú thể xếp bức tranh bờn trỏi vào mức “tạm chấp nhận”, thậm chớ “trung bỡnh”, nhưng bức tranh bờn phải chỉ ở mức “kộm”. Tại sao lại như vậy?
Cả hai bức tranh đều bị nhiễu. Tuy nhiờn, bức tranh bờn trỏi cú nhiễu tần số cao, bức tranh bờn phải cú nhiễu ở tần số thấp. Hệ giỏc quan con người khụng cảm nhận được tốt (núi cỏch khỏc là “khụng nhỡn thấy”) cỏc nhiễu ở tần số cao như đối với nhiễu ở tần số thấp, do đú NSD hài lũng với bức tranh bờn trỏi hơn so với bức tranh bờn phải. Bờn cạnh đú là nội dung của bức tranh. Nhiễu của bức tranh bờn trỏi chỉ nằm ở phần dưới bức tranh (nơi cú cỏc khối đỏ xỏm, nước biển, với nhiều gúc cạnh trờn hỡnh ảnh). Trờn nền nội dung như vậy mắt thường của NSD rất khú nhận ra lỗi. Ngược lại, trong bức tranh bờn phải, nhiễu cú ở phần trờn của bức tranh, nơi chi cú thuần cảnh bầu trời mõy xanh. Trờn nền nội dung như vậy, tỏc động của nhiễu dễ dàng được mắt thường quan sỏt thấy. Như vậy nội dung của bức tranh, địa điểm cú nhiễu xuất hiện, cũng rất quan trọng và cú ảnh hưởng đến đỏnh giỏ của NSD.
Hỡnh 4.1. Đỏnh giỏ theo hệ thị giỏc chủ quan của NSD
QoS như chỳng ta đều biết cú thể được thực hiện bằng cỏc giải phỏp, cơ chế ỏp dụng trong mạng, vớ dụ như như điều khiển đầu vào (CAC Call Admisson Control), phõn loại chất lượng dịch vụ, quản lý tài nguyờn (resource management) hay cung ứng thừa tài nguyờn (over-provisioning)... Cỏc giải phỏp QoS về bản chất là cụng cụ mà cỏc nhà quản trị và khai thỏc mạng ỏp dụng để đem lại QoE. Tuy vậy, nếu chỉ đảm bảo đỏp ứng tốt cỏc tham số QoS chưa chắc chắn đó đem lại sự hài lũng về dịch vụ cho NSD vỡ như đó thảo luận ở trờn, QoE cũn bao hàm cỏc nhõn tố khỏc ngoài cỏc tham số QoS. Cũng vỡ thế, đối với cỏc nhà cung cấp dịch vụ, việc đo kiểm được QoE của người dựng và sau đú sửa đổi phự hợp dịch vụ để đỏp ứng nhu cầu của NSD là rất quan trọng.
Mặc dự mang tớnh chủ quan của người đỏnh giỏ, QoE cũng nờn được lượng húa đến một mức độ nhất định để cú thể được sử dụng hữu ớch cho cỏc mục đớch khỏc nhau như đưa vào hợp đồng thống nhất mức dịch vụ (Service Level Agreement - SLA) ký kết giữa nhà cung cấp và khỏch hàng, NSD. Phương phỏp để đỏnh giỏ mức độ hài lũng QoE một mặt cần bao hàm những yếu tố mang tớnh tõm lý chủ quan của NSD, mặt khỏc cần phải đưa ra những kết quả sỏt thực tiễn và cú thể tỏi dựng lại khi cú nhu cầu. Điều này trước tiờn đũi hỏi sự thấu hiểu về nhu cầu mà NSD đang cú, nắm được yếu tố nào là nhõn tố ảnh hưởng đến sự đỏnh giỏ chủ quan của NSD cho loại hỡnh dịch vụ mà họ sử dụng.
Phỏt triển cỏc phương phỏp để cú thể đo đạc, lượng húa QoE khụng phải là vấn đề đơn giản vỡ ngoài cỏc yếu tố thuần tỳy kỹ thuật (như trong trường hợp
QoS) cũn cần phải xem xột những yếu tố mang tớnh con người. Để đỏnh giỏ QoE cú thể đi theo phương thức là tạo ra ỏnh xạ từ cỏc thụng số kỹ thuật thuần tỳy QoS sang thụng số mang tớnh chủ quan QoE. Sau đú chỉ cần đo đạc và kiểm soỏt cỏc thụng số QoS để qua đú kiểm soỏt và điều chỉnh QoE. Khú khăn lớn nhất của phương thức này là tạo ra cỏch ỏnh xạ phản ỏnh được chõn thực nhất những yếu tố mang tớnh chủ quan của NSD, vớ dụ như những tớnh chất của hệ thị giỏc con người. Hơn thế nữa, phải tổng hợp nhiều tham số QoS mới cú thể ỏnh xạ sang QoE một cỏch hợp lý. Sự ỏnh xạ đũi hỏi phải cú sự đỳc kết từ nhiều thử nghiệm thực tế.
Như đó đề cập, QoE được quan tõm nhiều nhất trong lĩnh vực VoIP và IPTV. Đõy là hai mảng dịch vụ cú thể núi là đầu tàu của cỏc nhà khai thỏc viễn thụng trờn nền mạng IP hiện nay. Khỏi niệm QoE cho VoIP cú thể được đỏnh giỏ bằng cỏch thực hiện thu thập đỏnh giỏ trải nghiệm về dịch vụ VoIP của số lượng lớn NSD và sau đú lượng húa kết quả qua khỏi niệm MOS (Mean Opinion Score). MOS là thang điểm từ 1 đến 5. MOS càng cao thỡ QoE càng tốt, tức là NSD càng hài lũng với chất lượng dịch vụ VoIP. Từ khớa cạnh kỹ thuật, để đỏnh giỏ QoE cho VoIP cũn cú thể sử dụng phương phỏp “3SQM” được chuẩn húa trong tài liệu ITU-T Rec. P. 563 (ITU-T Rec. P. 563: Single ended method for objective speech quality asessment in narrow-band telephony applications), hoặc phương phỏp “E-model” chuẩn húa trong tài liệu ITU-T Rec. G.107 (ITU-T Rec. G.107: The E-model, a computational model for use in transmission planning). Cỏc phương phỏp này ỏnh xạ cỏc tham số kỹ thuật QoS của kết nối VoIP sang thang điểm MOS, tham số đỏnh giỏ của QoE. Cả hai phương phỏp này đều khụng yờu cầu thực hiện so sỏnh giữa tớn hiệu õm thanh gốc với tớn hiệu õm thanh nhận được.
QoE cho IPTV cũng cú thể được đỏnh giỏ bằng phương phỏp mang tớnh chủ quan qua tham số MOS, định nghĩa trong tài liệu ITU-R BT 500 (ITU-R, “Recommendation BT. 500: Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures”). Một nhúm NSD sẽ được chọn lựa để cựng xem đoạn video và cho điểm chất lượng từ 1 đến 5 (5 tương ứng với chất lượng tốt nhất). Tham số MOS của đoạn video sẽ được lấy trung bỡnh từ cỏc kết quả cho
điểm của NSD. Tuy nhiờn, cũng giống như trường hợp xỏc định MOS của VoIP qua ý kiến NSD, phương phỏp này chỉ khả thi trong mụi trường phũng thớ nghiệm, khụng ỏp dụng được trong mụi trường ứng dụng thời gian thực.
Cỏc phương phỏp khỏc để đỏnh giỏ QoE cho IPTV dựa vào nguyờn lý hoạt động truyền tải của IPTV núi riờng và của hỡnh ảnh qua mạng IP núi chung. Cỏc gúi của luồng video được chuyển từ bộ mó húa/nộn của nguồn ảnh (compression), thành luồng dữ liệu (streaming) đi qua mạng (network) đến bộ đệm của bộ giải mó (de-compression) với tốc độ khỏc nhau. Bộ đệm cú nhiệm vụ cung cấp cỏc gúi với tốc độ đều đặn cho bộ giải mó để tỏi hiện hỡnh ảnh cho người xem. Tỏc động của mạng (network impairments) gõy ra những biến đổi cho cỏc gúi trong luồng dữ liệu hỡnh ảnh, làm cho cỏc gúi cú thể đến bộ đệm với tốc độ nhanh chậm khỏc nhau, làm ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hài lũng (QoE) của NSD đầu cuối. Nếu cỏc gúi IP đến quỏ nhanh sẽ làm tràn bộ đệm, dẫn đến hiện tượng cỏc gúi bị mất do bộ đệm chỉ cú dung lượng giới hạn. Với người xem, ảnh sẽ bị biến dạng và những chi tiết trong ảnh bị nhũe, hoặc bị mất. Ngược lại, nếu cỏc gúi IP đến quỏ chậm thỡ bộ đệm khụng cú gỡ để đưa vào bộ giải mó, dẫn đến hiện tượng ngừng hỡnh, giật hỡnh khi xem.
QoE cho IPTV cú thể được đỏnh giỏ một cỏch lượng húa qua tham số MDI (Media Delivery Index). Về bản chất, MDI cũng là một tham số được ỏnh xạ từ cỏc nhõn tố QoS lớp mạng, cụ thể là độ trễ (Delay Factor - DF) và tỷ lệ mất nội dung (Media Loss Rate - MLR). MDI được hiển thị dưới dạng chuẩn DF:MLR. Ưu điểm của MDI là đại lượng này cú thể được đo kiểm tại bất cứ điểm nào trờn đường truyền từ nguồn ảnh đến người xem (NSD) và từ giỏ trị MDI cú thể ỏnh xạ đến QoE để cú được những hành động, biện phỏp xử lý kịp thời. MDI đỏp ứng được yờu cầu QoE về ảnh là DF vào khoảng 9-50ms, MLR tối đa là 0.004 cho SDTV (Standard Definition Television: truyền hỡnh độ phõn giải thụng thường), VOD (Video on Demand: video theo yờu cầu) và 0.0005 cho HDTV (high-definition television: truyền hỡnh phõn giải cao).
Hỡnh 4.2. Mụ hỡnh đỏnh giỏ QoE cần sự so sỏnh giữa hỡnh ảnh gốc và hỡnh ảnh đầu MPQM (Moving Picture Quality Metrics) và V-factor là hai mụ hỡnh khỏc để đỏnh giỏ QoE của dịch vụ IPTV. MPQM là mụ hỡnh đặt nền tảng trờn những tớnh chất của hệ thống thị giỏc của con người và đỏnh giỏ sự suy giảm chất lượng qua vũng đời điển hỡnh của ảnh video (nộn, truyền, giải nộn) cú ảnh hưởng thế nào đến chất lượng hỡnh ảnh qua cảm nhận của NSD đầu cuối. Về mặt cấu trỳc hệ thống, vị trớ đỏnh giỏ MPQM trờn đường truyền luồng video được hiển thị trong Hỡnh4.3. Cú thể thấy là khỏc với cỏc giải phỏp đỏnh giỏ chất lượng video thụng thường được phỏt triển trong mụi trường phũng thớ nghiệm (xem Hỡnh 4.2), MPQM khụng cần đến sự so sỏnh giữa hỡnh ảnh gốc và hỡnh ảnh nhõn được. Điểm cơ bản này mang lại tớnh khả thi và độ mở rộng cao cho MPQM trong thực tế. Trong mụi trường IPTV, địa điểm của hỡnh ảnh nhận được nơi NSD đầu cuối cú thể cỏch xa nhiều cõy số so với địa điểm hỡnh ảnh gốc. Hơn thế nữa cú rất nhiều kờnh IPTV được truyền tải đến NSD sẽ làm cho những phương phỏp đỏnh giỏ chất lượng hỡnh ảnh cần cú so sỏnh giữa hỡnh ảnh gốc với hỡnh ảnh cuối khú cú thể thực hiện được trong thời gian thực (realtime operation).
Từ đầu vào là xỏc suất mất gúi (Packet Loss Probability), phõn tớch lượng thụng tin được hỡnh ảnh truyền tải (entropy analysis), độ biến thiờn trễ (jitter), độ xung gốc (Program Clock Reference), loại mó húa (MPEG2, H264), MPQM đưa ra thang điểm 5 cho chất lượng IPTV, “Excellent” tương ứng thang điểm 5, “Good” tương ứng thang điểm 4, “Fair” tương ứng thang điểm 3, “Poor” tương ứng thang điểm 2, “Bad” tương ứng thang điểm 1. Hỡnh 4 mụ tả mụ hỡnh MPQM ở mức tổng quan.
Hỡnh 4.4. Mụ hỡnh MPQM 1
V-factor cũng là một sự triển khai dựa trờn mụ hỡnh gốc MPQM. Tuy nhiờn, ngoài việc “cho điểm” đỏnh giỏ chất lượng của hỡnh ảnh, V-factor cũn cung cấp thờm những thụng tin cần thiết cho việc theo dừi và phõn tớch cỏc nguyờn nhõn gõy ra vấn đề chất lượng, vớ dụ như cỏc tham số ở lớp mạng được định nghĩa trong tài liệu ITU Y. 1540/1541 (ITU Y. 1540/1541:Network performance objectives for IP-based services) hoặc IETF RFC2330 (RFC 2330: Framework for IP Performance Metrics). Hỡnh 4.5 mụ tả mụ hỡnh V-Factor ở mức tổng quan.