5. Kết cấu của luận án
3.4.2Cấu hình thực nghiệm và kết quả
Các thành phần của hệ thống RoIP thể hiện trên hình 3.14 được xây dựng trên nền hệ điều hành Linux sử dụng công cụ lập trình Qt gồm 03 module chính:
- Chương trình iVoVStation ( hình 3.15 a) : thực hiện nhận chuyển đổi tín hiệu
phát thanh, mã hóa, đóng gói RTP và phát các gói tin từ bộ đệm phát theo lịch trình xác định.
- Chương trình iVoVReceiver (hình 3.15 b): thực hiện nhận các gói tin mang tín
hiệu phát thanh từ mạng theo chế độ đa hướng hoặc đơn hướng. Thực hiện đo
đạc tín thông số mạng thông qua xử lý thông tin tiêu đề, tái tái tín phát thanh thích ứnh với tình trạng mạng và tạo thông tin phản hồi về bên phát.
- Chương trình iVovGateway (hình 2.11 & hình 2.12): thực hiện việc phản hồi
gói tin về địa chỉ nguồn ( Echo mode ) hoặc chuyển tiếp gói tin tới địa chỉ đa
hướng hoặc đơn hướng xác định. Ngoài ra iVoVGateway còn được tích hợp
- 45 -
- 46 -
Quá trình thực nghiệm được tiến hành theo 2 cấu hình thể hiện trên hình 3.16 và hình 3.17 sử dụng kết nối ánh xạ địa chỉ cổng hoặc thông qua mạng riêng ảo như trình bày trong phần phụ lục của luận án.
- Cấu hình 1: Truyền tin 1 chiều giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học
Ryukyu - Okinawa, Nhật Bản (hình 3.16)
+ Với cấu hình 1 chiều : chương trình phát iVoVStation cài đặt trên máy galileo kết nối vào mạng COMNET-LAN -> đường truy nhập ADSL -> Internet - > Ryukyu Uni. Network -> iVoVReceiver::plato.iip.ie.ac.jp
- Cấu hình 2: Truyền tin 2 chiều giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học
Ryukyu - Okinawa, Nhật Bản (hình 3.17)
+ Với cấu hình 2 chiều: chương trình phát iVoVStation::galileo -> đường truy nhập ADSL -> Internet - > Ryukyu Uni. Network -> iVoVGateway :: Echo Mode cài đặt trên máy plato.iip.ie.ac.jp -> Ryukyu Uni. Network -> Internet -
>đường truy nhập ADSL -> được iVoVGateway chuyển đổi giao thức và
chuyển tiếp tín hiệu đến các máy trạm iVoVReceiver ( ::ptolemy, ::apollo, ::
vaio75 ) kết nối vào mạng COMNET-LAN theo chuẩn WLAN IEEE 802.11 kết hợp với Ethernet truyền thổng theo chuẩn 803.3.
Kết quả thực nghiệm cho thấy trong cả hai trường hợp thông số trễ mạng biến thiên ngẫu nhiên theo thời gian kèm theo các đột biến trễ có chu kỳ (hình 3.18) hoặc không có chu kỳ (hình 3.20), hệ thống RoIP đều cho tín hiệu tốt tại đầu thu.
Khi các thông số chuyển đổi nguồn tín hiệu để ở mức tối thiểu tần số lấy mẫu
8000Hz mã hóa 8 bits/mẫu và sử dụng 1 kênh với độ dài gói tin biến đổi từ 160
Bytes đến 512 Bytes, đầu thu sử dụng bộ đệm tái tạo cố định, ảnh hưởng của
các yếu tố mạng đến chất lượng tín hiệu thu không đáng kể. Khi các thông số
chuyển đổi nguồn tín hiệu tăng lên tần số lấy mẫu 44.1 KHz, 2 kênh và mã hóa
16 bits/mẫu, đầu thu sử dụng bộ đệm tái tạo thích ứng và cơ chế đảm bảo chất
lượng đề xuất được áp dụng cho kết quả kết quả cải thiện rõ rệt với độ dài tải tin
biến thiên từ đến 10 khung dữ liệu mã hóa ứng với dữ liệu nguồn là 1600 Bytes đến 3200 Bytes.
- 47 -
Hình 3. 15: Chương trình phát (a)-thu (b) tín hiệu phát thanh qua mạng IP
b a
- 48 -
- 49 -
- 50 -
Hình 3. 18: Tham số trễ mạng đo thực tế phân bố theo thời gian - đột biến trễ có chu kỳ [ thời điểm đo: 21:37:46 giờ ngày 14-12-2005 ]
- 51 -
Hình 3. 19: Tham số trễ mạng đo thực tế phân bố theo trị số - đột biến trễ có chu kỳ [ thời điểm đo: 21:37:46 giờ ngày 14-12-2005 ]
- 52 -
Hình 3. 20: Tham số trễ mạng đo thực tế phân bố theo thời gian - đột biến trễ không có chu kỳ [ thời điểm đo: 20:57:29 giờ ngày 16-12-2005 ]
- 53 -
Hình 3. 21: Tham số trễ mạng đo thực tế phân bố theo trị số - đột biến trễ không có chu kỳ [ thời điểm đo: 20:57:29 giờ ngày 16-12-2005 ]
- 54 -
Bên cạnh đó, kết quả thay đổi hệ số phát lặp gói tin cũng cho kết quả cải thiện chất lượng tín hiệu tại đầu thu, đặc biệt trong trường hợp tỷ lệ tổn thất gói tin lớn như thể hiện qua kết quả thực nghiệm trên các bảng 3.4 và trong phần phụ lục với các kết nối thực hiện qua khâu phỏng tạo sử dụng số liệu thu thập từ trước.
Bảng 3.4: Kết quảđo đạc tham số chất lượng tại đầu thu khi thay đổi hệ số phát lặp gói tin tại đầu phát qua kết nối giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và ĐH Ruykyus.
Hệ số phát lặp gói tin Số gói tin phát ra Số gói tin thu
được Số gói tin tổn thất Tỷ lệ tổn thất gói tin [%] Trễ mạng nhỏ nhất [ms] Trễ mạng lớn nhất [ms] Trễ mạng trung bình [ms] 1 601 585 16 2,66 200 299 228,04 2 601 594 7 1,16 200 296 221,00 3 601 599 2 0,33 201 300 219,79 3.5 Kết luận chương 3
Đánh giá chất lượng tín hiệu phát thanh theo phương pháp chủ quan có thể thu nhận
trực tiếp mức độ chất lượng từ các ý kiến cá nhân tham giá đánh giá chất lượng tín
hiệu tại đầu thu. Tuy nhiên, phương thức này không hiệu quả để đánh giá theo dõi và
tiên đoán lưu lượng qua mạng IP thực tế. So với các hạn chế của đánh giá chủ quan,
phương pháp đo đạc khách quan có thể khắc phục và đạt được độ chính xác cao trong đánh giá chất lượng RoIP. Thuật toán và mô hình thực hiện đánh giá chất lượng theo
thời gian thực được đề xuất trên cơ sở tham số tỷ số tín hiệu trên tạp âm phân đoạn.
Căn cứ vào thuật toán đánh giá chất lượng theo thời gian thực, phương pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ sử dụng cơ chế điều khiển tham số nguồn thích ứng với tình trạng hệ thống được đề xuất và áp dụng cho hệ thống RoIP. Hệ thống RoIP được tiến hành thực nghiệm thành công theo cấu hình kết nối giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Ryukyu - Okinawa, Nhật Bản.
- 55 -
KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN
Sự hạn chế về chất lượng dịch vụ của các mạng IP hiện nay là thách thức chủ yếu cho các ứng dụng thông tin đa phương tiện thời gian thực. Trễ mạng, tổn thất gói và biến động trễ mạng là các yếu tố chính gây ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông. Các vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng có thể xem xét theo 3 hướng đó là xử lý tín hiệu nguồn, truyền tải và xử lý tín hiệu tại đầu thu.
Các đóng góp của luận án bao gồm:
1. Đề xuất sử dụng tỷ số tín hiệu trên tạp âm phân đoạn SSNR để đánh giá chất lượng tín hiệu tại đầu thu theo thời gian thực qua mạng IP và đã được kiểm nghiệm qua thực tế.
2. Đề xuất và thực hiện phương pháp điều chỉnh thông số nguồn thích ứng với tình
trạng mạng trên cơ sở thuật toán đánh giá chất lượng tín hiệu tại đầu thu qua tỷ số
SSNR để đảm bảo chất lượng tín hiệu phát thanh truyền tải qua mạng IP theo thời
gian thực.
3. Đề xuất và đã xây dựng công cụ phỏng tạo tham số mạng IP hỗ trợ truyền thông đa hướng/đơn hướng ở lớp ứng dụng. Công cụ cho kết quả phỏng tạo chính xác tham số QoS bao gồm trễ mạng và tổn thất gói tin truyền tải qua mạng IP.
4. Đã xây dựng và triển khai thành công mô hình hệ thống RoIP thực hiện cơ chế
đảm bảo chất lượng thông qua thích ứng thông số nguồn với tình trạng mạng IP giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Đại học Ruykyu - Okinawa, Nhật Bản. Hệ thống có tính khả thi và có khả năng tùy biến để triển khai phù hợp các ứng dụng đặc thù và với chi phí thấp.
- 56 -
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu phương thức phối ghép hệ thống đề xuất với hệ thống sẵn có của mạng
phát thanh Đài tiếng nói Việt Nam và tự động hóa quá trình cập nhật và thực hiện
chương trình phát thanh.
Mở rộng mô hình hệ thống và cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ đề xuất với nguồn
tín hiệu truyền hình tiến tới xây dựng hệ thống tích hợp đa phương tiện qua môi
trường IP.
Mở rộng khả năng truy nhập vào hệ thống RoIP đề xuất từ thiết bị đầu cuối của mạng di động.
- XVI -
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
[1]. Phạm Minh Hà, Đỗ Trọng Tuấn, Ứng dụng giao thức RTP trong truyền thông
đa hướng tiếng nói thời gian thực qua mạng IP, tạp chí Khoa học & Công nghệ các Trường Đại học Kỹ thuật, số 50, trang 102-105, năm 2005.
[2]. Đỗ Trọng Tuấn, Nguyễn Hữu Thanh, Ứng dụng công cụ NS trong mô phỏng
mạng viễn thông, tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin, số 253, trang 42- 43, năm 2005.
[3]. Đỗ Trọng Tuấn, Phạm Minh Hà, Mô hình phỏng tạo tổn thất gói tin trong
truyền thông đa hướng tín hiệu phát thanh thời gian thực qua mạng IP, nội san Khoa học Kỹ thuật Truyền hình, số 2-2005, trang 37- 40, năm 2005.
[4]. Đỗ Trọng Tuấn, Nguyễn Hữu Thanh, Mạng WLAN theo chuẩn IEEE 802.11,
tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin, số 263, trang 42- 43, năm 2005.
[5]. Phạm Minh Hà, Đỗ Trọng Tuấn, Một phương pháp đảm bảo chất lượng tín hiệu
phát thanh truyền tải qua mạng IP theo thời gian thực, tạp chí Khoa học & Công nghệ các Trường Đại học Kỹ thuật, số 57, trang 76-79, năm 2006.
- XVII -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] ITU-T Recommendation G.114. Technical report, International
Telecommunication Union , 1993.
[2] ITU-T Recommendation G.113, Transmission impairments due to speech
processing, 2001.
[3] ITU-T Recommendation G.107. The E-model, A Computational Model for Use in
Transmission Planning, 2000.
[4] ITU-T Recommendation P.862. Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ),
An Objective Method for End-to-end Speech Quality Assessment of Narrowband Telephone Networks and Speech Codecs.
[5] Grenville Armitage, Quality of Service in IP Networks: Foundations for a Multi- Service Internet, Lucent Technology, 2000
[6] Ramjee, R., Kurose, J., Towsley, D. & Schulzrinne, H. (1994) Adaptive Playout
Mechanism for Packetised Audio Application in Wide-area Networks. IEEE, Toronto, Canada
[7] Moon, S. B., Kurose, J. & Towsley, D. (1998) Packet Audio Playout Delay
Adjustment: Performance Bounds and Algorithms. Acm Multimedia Systems.
[8] Markopoulou, A. P., Tobagi, F. A. & Karam, M. J. (2002) Assessment of VoIP
Quality over Internet Backbones. Proc. Of IEEE Infocom
[9] Liang, Y. J., Farber, N. & Girod, B. (2001) Adaptive Playout Scheduling Using
Time-Scale Modification in Packet Voice Communications. Stanford University, Stanford, CA 94305
[10] Y.J. Liang, N. Farber, and B. Girod, Adaptive playout scheduling and loss
concealment for voice communication over IP networks, IEEE Transactions on Multimedia, 2003.
[11] Jiang, W. & Schulzrinne, H. QoS Measurement of Internet Real-Time Multimedia
Services. Technical Report, CUCS-015-99, Columbia University.
[12] Macedonia, M. R., Brutzman, D. P., "MBone Provides Audio and Video Across
the Internet," IEEE Computer, ftp://taurus.cs.nps.navy.mil/pub/mbmg/mbone.html.
[13] Kevin C. Almeroth, The Evolution of Multicast: From the MBone to Inter-
DomainMulticast to Internet2 Deployment, http://www.stardust.com
[14] Cole, R. G. & Rosenbluth, J. H. (2001) Voice over IP Performance Monitoring.
Journal on Computer Communications Review.
[15] Fujimoto, K., Ata, S. & Murata, M. Adaptive Playout Buffer Algorithm for
Enhancing Perceived Quality of Streaming Application. IEEE Globecom, 2002.
- XVIII -
[17] Mills, D. Internet Delay Experiments. ARPANET Working Group Requests for
Comment, RFC 889, 1983.
[18] F. Liu, J. W. Kim, and C. C. J. Kuo, Adaptive delay concealment for Internet
voice applications with packet-based time-scale modification, Proc. IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech, Signal Processing (Utah, USA), 2001.
[19] Marco Roccetti, Vittorio Ghini, Designed and Experimental Evaluation of an
Adaptive Playout Delay Control Mechanism for Packetized Audio for Use over the Internet, Multimedia Tools and Application, 14, 23-53, 2001
[20] Athina P. Markopoulou, Fouad A. Tobagi, and Mansour J. Karam, Assessing the
Quality of Voice Communications OverInternet Backbones, IEEE/ACM Transactions on netwoiking, 2003.
[21] RFC3550: RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications
[22] RFC3551: RTP Profile for Audio and Video Conferences
[23] Rosenboerg, J., Qiu, L. & Schulzrinne, H. Integrating Packet FEC into Adaptive Voice Playout Buffer Algorithms on the Internet. IEEE Infocom 2000.
[24] Jiang, W. & Schulzrinne, H. QoS Measurement of Internet Real-Time Multimedia
Services. Technical Report, CUCS-015-99, Columbia University.
[25] Jiang, W. & Schulzrinne, H. Analysis of on-off Patterns in RoIP and their Effect
on Voice Traffic Aggregation. Proc, of ICCCN 2000.
[26] Behrouz A Forouzan,Sophia Fegan, TCP/IP Protocol Suite, GrawHill 2000 [27] W.Richchard Stevent, Gary R.Wright , TCP/IP Illustrated, volume 1,2,3
[28] Perkins, C., Hodson, O. & Hardman, V. A Survey of Packet Loss Recovery
Techniques for Streaming Audio. IEEE Network, Sept./Oct. 1998.
[29] Y.J. Liang, N. F¨arber, and B. Girod, Adaptive playout scheduling using
timescale modification in packet voice communications, in Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP-01), Salt Lake City, UT, May 2001, vol. 3, pp. 1445–8.
[30] Douglas E.Comer, Internetworking with TCP/IP, vol 1, Prentice Hall, 2000 [31] Brian "Beej" Hall , Beej's Guide to Network Programming. Using Interet Sockets
-2001; http://www.ecst.csuchico.edu/~beej/guide/net/
[32] Neill Wilkison, John Wiley & Sons, Next Generation Network Services: Technology and Strategies, 2002.
[33] Christophe Diot. Brian Neil Levine. Bryan Lyles. Hassan Kassem, Doug
Balensiefen, Deployment Issues for the IP Multicast Service and Architecture,
- XIX -
[34] L. Zhang, RSVP: A new resource reservation protocol, IEEE Network Magazine,
Vol.7, pp. 8-18, 1993
[35] Fujimoto, K., Ata, S. & Murata, M. Adaptive Playout Buffer Algorithm for
Enhancing Perceived Quality of Streaming Application. IEEE Globecom, 2002.
[36] Sun, L. F. & Ifeachor E. C. Prediction of perceived Convestional Speech Quality
and Effects of Playout Buffer Algorithms. IEEE, ICC 03, Anchorage, USA, May 2003
[37] Markopoulou, A. P., Tobagi, F. A. & Karam, M. J. Assessment of VoIP Quality
over Internet Backbones. Proc. Of IEEE Infocom, 2002
[38] Liang, Y. J., Farber, N. & Girod, B. Adaptive Playout Scheduling Using Time-
Scale Modification in Packet Voice Communications. Stanford University, Stanford, CA 94305 , 2001.
[39] Ram Jadageesan, Packet Loss Model, Cisco System Inc, TR-41.3.3/99
[40] Jean-Chrisostome Bolot, Characterizing The End-To-End Behavior Of The
Internet: Measurements, Analysis, And Applications, http://citeseer.ist.psu.edu
[41] Cole, R. G. & Rosenbluth, J. H. (2001) Voice over IP Performance Monitoring.
Journal on Computer Communications Review, vol. 31, no.2.
[42] S. Deering, Host Extensions for IP Multicasting - RFC 1112, http://rfc.net
[43] Jean-Chrisostome Bolot & Andres Vega Garcia, Control mechanisms for packet
audio in the Internet, http://citeseer.ist.psu.edu/bolot96control.html
[44] Mills, D. Internet Delay Experiments. RFC 889, 1983.
[45 ] Bob Melander, Mats Bjorkman, Trace-Driven Network Path Emulation,
SITI/Ericson Project, http://ww.it.uu.se
[46] Maya Yajnik, Sue Moon, Jim Kurose and Don Towsley , Measurement and
Modelling of the Temporal Dependence in Packet Loss, 0-7803-5420-6/99/ IEEE
[47] Rosenboerg, J., Qiu, L. & Schulzrinne, H. Integrating Packet FEC into Adaptive
Voice Playout Buffer Algorithms on the Internet. IEEE Infocom 2000.
[48] Bolot, J. C. (1993) End-to-end Packet Delay and Loss Behaviour in the Internet.
Proc. 1993 ACM SIGCOMM Conf. pp.289-298.
[49] Jean-Chrisostome Bolot, End-to-End Packet Delay and Loss Behavior in the
Internet , http://nms.lcs.mit.edu/6.899/bolot.pdf
[50] Jiang, W. & Schulzrinne, H. Analysis of on-off Patterns in VoIP and their Effect
on Voice Traffic Aggregation. Proc, of ICCCN 2000.
[51] Cisco, Multicast Deployment Made Easy,
ftp.uth.gr/Mbone/guides/Multicast_Deployment_Made_Easy.pdf
[52] Perkins, Hodson and Hardman, A Survey of Packet Loss Recovery
- XX -
[53] Y.J. Liang, N. Farber, and B. Girod, Adaptive playout scheduling using timescale
modification in packet voice communications, Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP-01), Salt Lake City, UT, May 2001, vol. 3, pp. 1445–8.
[54] Y.J. Liang, N. Farber, and B. Girod, Adaptive playout scheduling and loss
concealment for voice communication over IP networks, IEEE Transactions on Multimedia, 2003.
[55] D.J. Goodman, G.B. Lockhart, O.J. Wasem, and W.-C. Wong, Waveform
substitution techniques for recovering missing speech segments in packet voice communications, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 34, no. 6, pp. 1440–1448, Dec. 1986.
[56] P.A. Chou and Z. Miao, Rate-distortion optimized streaming of packetized
media, IEEE Transactions on Multimedia, 2001. http://research.microsoft.com/˜pachou.
[57] Wai C. Chu, Speech Coding Algorithms -- Foundation and Evolution of
Standardized Coders, Mobile Media Laboratory, California, 2003 [58] Internet 2005 Summary Final.pdf, http://www.edisonresearch.com
[59] Thomas Williams & Colin Kelley, gnuplot, http://www.gnuplot.info