3.3 Một số giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD trên mạng truyền hình
3.3.1.4 Các biện pháp đảm bảo Qo Sở mạng truyền dẫn
(i) Biện pháp cải thiện các tham số QoS
Các tham số QoS đƣợc quan tâm bao gồm: băng thông, trễ, biến động trễ (jitter) và mất gói.
Băng thông: IPTV đƣợc xem là một ứng dụng ―ngốn băng thông‖. Băng thông lớn nhất của tuyến đƣợc xác định bằng băng thông của đƣờng truyền có băng thông nhỏ nhất.
Hình 3.20 Băng thông của mạng truyền dẫn
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 các QoS class 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: Hàng đợi ƣu tiên PQ (Priority Queuing), Hàng đợi tự chọn CQ (Custom Queuing), phân phối ToS trên cơ sở nhóm QoS hoặc trên cơ sở hàng đợi cân bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing), hàng đợi dựa theo lớp cân bằng trọng số CBWFQ (Class Base Weighted Fair Queuing), hàng đợi trễ thấp LLQ (Low Latency Queuing).
+ 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.
+ 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).
Trễ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end delay):
Trễ bao gồm trễ mạng cố định và trễ mạng biến đổi. Trễ có thể chia làm 4 loại: trễ xử lý (phụ thuộc vào tốc độ CPU, chế độ chuyển mạch IP, cấu trúc router, cấu hình của các giao diện vào và ra), trễ hàng đợi (phụ thuộc vào số lƣợng và kích thƣớc của các gói tin, băng thông của giao diện và cơ chế xếp hàng), trễ tuần tự (thời gian để frame có thể đƣợc đƣa vào đƣờng truyền vật lý), trễ lan truyền (thời gian để truyền gói tin qua môi trƣờng vật lý).
Hình 3.21 Các loại trễ
Các ứng dụng thời gian thực rất nhạy cảm với trễ, các dịch vụ nhƣ TV, VoD không quá nhạy cảm với trễ, tuy nhiên, trễ có ảnh hƣởng rất lớn đến thời gian chuyển kênh của TV và các các lệnh play/pause/stop của VoD.
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 (Packet Loss):
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến mất gói, trong đó nguyên nhân chủ yếu là tràn bộ đệm của hàng đợi, ngoài ra, những nguyên nhân khác gồm có: bỏ gói ở hàng đợi đầu vào, router không nhận gói, overrun và lỗi frame.
Hình 3.22 Mất gói do tràn bộ đệm hàng đợi
Các dịch vụ của IPTV vô cùng nhạy cảm với mất gói. Mất gói sẽ dẫn đến suy giảm chất lƣợng video/audio nghiêm trọng.
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.
Biến động trễ (Jitter):
Jitter gây ra do các gói tin đi trên mạng theo những đƣờng khác nhau và đƣợc đối xử khác nhau, vì vậy mà thời gian trễ của chúng khi đến đầu thu cũng khác nhau.
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 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.
(ii) Biện pháp đảm bảo QoS liên quan đến xử lý lưu lượng
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 khác nhau‖ (theo Cisco). Các biện pháp này còn đƣợc gọi là cơ chế QoS hay kỹ thuật QoS.
Quá trình thực hiện kỹ thuật QoS gồm 3 giai đoạn:
+ 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). + Chia lƣu lƣợng thành các lớp QoS: tƣơng ứng với các yêu cầu của từng loại lƣu lƣợng.
+ 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 thƣờng đƣợc dùng là phân luồng (giới hạn băng thông) và đặt chế độ ƣu tiên. Ví dụ: Trên cùng 01 đƣờng truyền có các dịch vụ gồm IPTV, VoIP, Mail, Data. Trong nhiều trƣờng hợp có thể gây tắc nghẽn, để ƣu tiên cho dịch vụ IPTV có thể tiến hành phân luồng cho dịch vụ IPTV đi 01 đƣờng riêng hoặc ƣu tiên trong giờ cao điểm dịch vụ IPTV đƣợc phép ƣu tiên cao hơn.