1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
3.3. Giám Sát Các Tham Số Chất Lượng Cho IPTV
Tài liệu mô tả giám sát hiệu năng cho IPTV. Việc giám sát các tham số, các
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 39 hay nhà cung cấp dịch vụ giám sát được hiệu năng của việc phân phối dịch vụ
tới người dùng.
Việc triển khai thành công các dịch vụ IPTV yêu cầu hiệu năng dịch vụ cần
được giám sát ngay tại miền mạng thuê bao (ví dụ như tại Set-Top-Box), tại
điểm tập kết lưu lượng như DSLAM hoặc tại CMTS (Cable Modem Termination System) và tại các điểm liên kết giữa các miền mạng rời rạc lại với nhau.
Giám sát hiệu năng có thể giúp:
• Tìm ra các lỗi trong một hệ thống đầu cuối tới đầu cuối (system debugging)
• Kiểm tra việc tận dụng tài nguyên và hoạt động của các thành phần hệ
thống
• So sánh các giá trị đo cụ thể hiệu năng của các triển khai hệ thống khác nhau
• Cung cấp cơ sở cho việc mơ hình hóa hệ thống
• Tìm ra các nút thắt cổ chai vềdung lượng trong hệ thống
• Tối ưu hóa việc triển khai mạng IPTV
• Để chắc chắn rằng hiệu năng hệ thống không bị xuống cấp theo thời gian. Mục tiêu của giám sát hiệu năng IPTV là để cung cấp mức chất lượng dịch vụ
QoS và chất lượng trải nghiệm QoE cao hơn tới khách hàng bằng cách nhận biết
(identifying), khoanh vùng (localizing) và định lượng (quantifying) dịch vụ và các vấn đề của mạng. Giám sát hiệu năng IPTV có thể dựa trên phần mềm, phần cứng, hoặc phương pháp kết hợp giữa nền tảng phần cứng và phần mềm kết hợp.
3.3.1. Thiết kếcác điểm giám sát
Chuỗi phân phối nội dung dịch vụ IPTV có thể được chia thành các miền như hình dưới đây. Việc giám sát cái gì và khi nào được thực hiện tại biên của các miền. Có thể chỉ giám sát một vài miền mạng cũng như có thể giám sát tồn bộ
topo mạng từđầu cuối tới đầu cuối. Việc giám sát các đặc tính hiệu năng có thể được tích hợp vào OSS (Operations Support Systems) cũng như cùng với hệ
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 40 Hình 15 - Các miền mạng IPTV
Topo mạng phân phối dịch vụ IPTV có thểđược tổng quát hóa thành các miền để phục vụ cho việc thiết kế các điểm giám sát như sau:
Hình 16 - Hệ thống giám sát với các điểm giám sát IPTV
Một hệ thống giám sát hiệu năng toàn vẹn được khuyến nghị là một platform quản lý giám sát.
Thành phần của platform này thực hiện quản lý riêng rẽ một hay vài miền mạng, và thu thập các tham số từcác điểm giám sát, thực hiện phân tích hiệu năng, và
xuất ra báo cáo. Phạm vi của một platform quản lý có thể chịu trách nhiệm với tất cả các miền mạng từđầu cuối đến đầu cuối như hình trên.
Hồng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 41 Bảng 14 - Các điểm giám sát QoS IPTV theo khuyến nghị của ITU-T
STT Vị trí Miêu tả
Điểm số 1 Là điểm phân ranh giới biên miền cung cấp nội dung (content provision) và miền điều khiển IPTV (IPTV control).
Gám sát chất lượng nguồn video, audio và xác thực dữ liệu metadata.
Điểm số 2 Là điểm phân ranh giới giữa miền Cung cấp dịch vụ (Service Provider) và miền Cung cấp mạng lưới (Network Provider).
Giám sát chất lượng luồng streaming nguyên bản (orginal streaming) như chất lượng âm thanh (audio-visual). Giám sát phân phối dịch vụ IPTV (IPTV Service Attribute Monitoring). Và xác thực metadata.
Điểm số 3 Là điểm phân ranh giới giữa miền lõi IP (IP Core) và các miền mạng biên IP (IP Edge Networks).
Giám sát các tham số hiệu năng liên quan tới lớp mạng IP. Việc giám sát mạng lưới (Network Monitoring), giám sát hiệu năng mạng lưới (Network Performance Monitoring).
Điểm số 4 Là điểm giữa mạng biên IP với miền mạng của khách hàng.
Đây là điểm gần nhất với người dùng, là nơi thực hiện giám sát chất lượng luồng streaming, chất lượng audio-visual, và giám sát thuộc tính dịch vụ IPTV.
Điểm số 5 Là điểm nằm giữa STB với màn hình hiển thị của khách hàng.
Đây là điểm end-point và liên quan trực tiếp tới chất lượng trải nghiệm QoE người dùng cuối. Rất quan trọng trong việc giám sát chất lượng audiovisual và giám sát thuộc tính dịch vụ IPTV.
3.3.2. Các tham số cần giám sát
Phần sau đây mô tả các tham số cần thiết cho giám sát tại các giai đoạn khác nhau của chuỗi phân phối dịch vụ IPTV từđầu cuối tới đầu cuối.
Có sự phân cấp thứ bậc trong các mối quan hệ trong một dịch vụIPTV, nơi một giao diện vật lý (ví dụ Ethernet) có thể mang một hoặc nhiều luồng IP. Những luồng IP có thể mang một kênh chương trình đơn hay nhiều kênh chương trình
Hồng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 42 Hình 17 - Phân cấp lưu lượng IPTV
Từ bảng thiết kế các điểm giám sát với các tham số cần giám sát, ITU-T
đưa ra bảng tổng hợp sau: [1] Bảng 15 - Các tham số và các điểm giám sát
Monitoring Parameters Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5 Physical Layer Parameters
RF Integrity IP Layer/Network Parameters Packet Loss Packet Jitter IGMP Join/Leave IP Flow List
Link IP Layer Used Bandwidth
Link IP Layer Avail Bandwidth
End-to-End IP Layer Bandwidth
End-to-End IP Layer Avail Bandwidth
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 43 Monitoring Parameters Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5
Loss Run Length Distribution
Error Free Interval Distribution
Other Packet Loss Metrics & Models
Streaming Jitter
Packet Loss Rate
Out of Order Packet Rate
Burst Loss Rate
Gap Loss Rate
Mean Gap Length
Mean RTP Burst Length
Loss Period Count
IP Maximum Loss Period
Retransmissions
Transport Layer Parameters
ETSI TR 101 290 P1
ETSI TR 101 290 P2
ETSI TR 101 290 P3
Service Line-Up Parameters
Channel Line-Up
Service Metadata
Channel Zap Time
Correctness Rate
Connection Success Rate
Connection Time
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 44 Monitoring Parameters Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Điểm 5
Channel Attributes
Video Quality
Audio Quality
Video Blackout
Video Freeze Frame
Audio Tone/Silence
Ancillary Channel Associated
Attributes
VOD Parameters
VOD Request Performance
Other Parameters
AAA Success Rate
STB Booting Time
3.3.3. Các phương pháp giám sát
Giám sát hiệu năng mạng có thể thực hiện bởi một thiết bị thành phần mạng hoặc một thiết bị dành riêng để đo lường. Các phương pháp giám sát hiệu năng
mạng được phân chia thành 3 nhóm lớn: giám sát chủđộng, giám sát bị động và
phương pháp lai chủđộng bịđộng kết hợp.
Phương pháp giám sát chủ động: thiết bịđo tiêm những gói tin vào mạng, và tại một điểm khác trong mạng thực hiện đo lường những gói tin kiểm tra đó. Ưu điểm của phương pháp trên là kiểm tra được năng lực mạng trong điều kiện lưu lượng tăng cao đột xuất và thực hiện kiểm tra được với nhiều kịch bản khác nhau.
Phương pháp giám sát bị động: thiết bị đo chỉ theo dõi các đặc điểm của các gói
tin trên đường liên kết mạng. Các đặc điểm của gói tin có thể được sử dụng để
phân tích luồng IP. Vì khơng tiêm lưu lượng vào mạng nên thiết bị có thể được sử dụng để kiểm tra trạng thái thực tại của mạng.
Phương pháp giám sát lai: kết hợp ưu điểm của hai phương pháp trên, phương pháp lai có ưu điểm chính là giảm thiểu sốlượng trạm đo kiểm hoạt động trong mạng quản lý.
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 45 ITU-T IPTV Focus Group có đưa ra một vài các phương pháp giám sát sau:
Generalized monitoring method for multi-media data based on transmission packet loss
Trong phương pháp này, các điểm giám sát là kết hợp vài điểm lấy mẫu và một
điểm tham chiếu. Tại điểm tham chiếu, toàn bộ dữ liệu được gửi đi được sao chép toàn bộ, và tại các điểm lấy mẫu có thể được đặt bất kỳ đâu mà giám sát
dịch vụ được yêu cầu. Một kênh song hướng giữa điểm tham chiếu và các điểm lấy mẫu là thiết yếu, xem hình dưới đây để hiểu rõ hơn phương pháp này.
Sender Network Node 1 Network Node 2 Receiver Sampling Point Sampling Point Reference Point T1 T2 T3
Packet loss Packet loss
Hình 18 - Triển khai các điểm giám sát hiệu năng
RF Integrity Monitoring
Nguồn phát truyền hình số có thểđược tiếp sóng từ một đài truyền hình sử dụng phát vơ tuyến. Do đó việc thực hiện thu sóng, điều tần, giải điều chế, biến đổi
tương tự sang số có thểảnh hưởng tới chất lượng nội dung.
Mức tín hiệu sóng vơ tuyến RF có thểđược chiết ra từkhung điều chỉnh. Đơn vị đo lường của các mức tín hiệu sóng vơ tuyến được tính bằng dBm.
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR (Signal to Noise Ratio) và chỉ số MER (Modulation Error Ratio) có thể được suy ra từ phương pháp chịm sao (constellation) đối với tín hiệu sóng vơ tuyến RF, hoặc bằng các cách khác. Đơn
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 46 Tùy thuộc vào bộ điều chế sóng vơ tuyến RF, các lược đồ sửa lỗi chuyển tiếp
(forward error correction) khác nhau được sử dụng.
Network performance monitoring
Giám sát tài nguyên và trạng thái vận hành của mạng sẽ được điều khiển trong suốt quá trình vận hành mạng và sẽ bao gồm cảcác đặc tính của đường liên kết
và băng thông, định hướng flow, thời gian trễ liên node, jitter, và tỉ lệ mất gói. Khi một thơng số giám mạng được giám sát vượt quá một ngưỡng giá trị đã được định nghĩa bởi nhà vận hành mạng thì nhà vận hành mạng sẽ được cảnh báo.
Giám sát thuộc tính dịch vụ
Một hướng khảo sát hướng tới việc giám sát thông qua việc sử dụng một thiết bị đo dành riêng hoặc chức năng được built thẳng vào một thiết bị triển khai tại các
điểm giám sát trong mạng phân phối dịch vụ IPTV cho phép hiển thị một giá trị đo lường chính xác hiệu năng dịch vụ.
Hình dưới đây chỉ ra một kịch bản triển khai cho phép giám sát trực tiếp trải nghiệm người dùng tại 2 điểm ngay trước và sau STB.
Multicast Point
Monitoring
Device Set Top Box
Remote Control Monitoring Device Điểm giám sát số 4 Điểm giám sát số 5 Hồng ngoại Tín hiệu âm thanh Tín hiệu hình ảnh
Domain D Domain E
IP Traffic IP Traffic
Hình 19 - Mơ hình giám sát miền E Các thuộc tính dịch vụ thường dùng giám sát :
• Channel line up validation
• Service metadata validation
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 47
Giám sát chất lượng video
Đánh giá chất lượng video có thểđược thực hiện theo 2 cách :
• Đánh giá theo chủ quan
• Đánh giá theo khách quan
Đánh giá theo khách quan có thể chia nhỏhơn thành 2 hướng sau đây :
• Methods based on perceptual models of the human visual system, và
• Methods based on parametric models
Giám sát chất lượng audio
Đánh giá chất lượng audio có thểđược thực hiện theo 2 cách :
• Đánh giá theo chủ quan
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 48
CHƯƠNG 4 - XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN GIÁM SÁT
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MYTV TRONG THỰC TẾ
TRIỂN KHAI
Chương 4 trình bày phương án giám sát chất lượng dịch vụ MyTV nhằm đáp ứng được các yêu cầu trong thực tế triển khai dịch vụ. Phương án được xây dựng dựa trên việc khảo sát kết quả đảm bảo QoE, QoS cho IPTV trong phịng thí nghiệm, khảo sát các tài liệu tiêu chuẩn của ITU-T và dịch vụ MyTV.
4.1. Mơ hình và kết quả khảo sát QoE trong phịng thí nghiệm
Nhóm nghiên cứu trong phịng thí nghiệm của Viện Điện tử - Viễn thông của
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tiến hành thiết lập hệ thống IPTV giả lập và đã đo kiểm một số kết quả QoE, như 1 hàm của các tham số QoS: PLR, Delay, Jitter. Dưới đây là mơ hình mơ phỏng và kết quả đạt được trong phịng thí nghiệm. [24]
4.1.1. Mơ hình mơ phỏng
Mơ hình mơ phỏng sẽ là mơ hình triển khai dịch vụ VoD (Video on Demand). Mô phỏng hệ thống như sau:
Hình 20 - Mơ hình mơ phỏng hệ thống cung cấp dịch vụ VoD
MyTV Client (VLC Client) MyTV Server (VLC Server) Hạ tầng mạng lưới (WANem Server) Router 1 Router 2 Phần mềm đánh giá chất
lượng lưu lượng trước và sau khi đi qua hạ tầng
mạng lưới
(Elecard Video Quality Estimator Tool) 10.0.0.20 10. 0. 0 .1 172.16.0.1 172.16.0.20
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 49 4.1.2. Kết quả mô phỏng đánh giá QoE thông qua việc thay đổi các
thông sốQoS cơ bản: Delay, Packet loss, Jitter qua hạ tầng truyền tải
Chúng ta thực hiện khảo sát MOS với lần lượt các thông số Packet Loss Rate (PLR), Delay, Jitter.
MOS và PLR
Để khảo sát mối quan hệ giữa MOS và PLR ta cho Delay = 0, Jitter = 0 sau đó ta
thực hiện thay đổi PLR tăng dần và tính điểm MOS tương ứng với các giá trị PLR đó
Kết quảthu được được chỉ ra trong bảng dưới đây:
Bảng 16 - Bảng kết quả khảo sát mối liên hệ giữa điểm MOS và PLR PLR
(%)
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,3 1,5 2 2,5 3,5 4 5 MOS
(điểm) 5 4,75 4,5 4 4 3,25 3 2,75 2,5 2,25 2,25 2 2 2 1,5 1,5 1 1
Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa điểm MOS và PLR:
Hình 21 – Đồ thị mối liên hệ giữa điểm MOS và PLR
Đánh giá:
• Tăng tỉ lệ mất gói làm giảm chất lượng trải nghiệm QoE.
• PLR ≤ 𝟎𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎, chất lượng dịch vụđược đảm bảo.
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 50 Để khảo sát mối quan hệ giữa MOS và PLR ta cho Delay = 0, PLR = 0 sau đó ta
thực hiện thay đổi Jitter tăng dần và tính điểm MOS tương ứng với các giá trị Jitter đó.
Kết quảthu được được trình bày trong bảng dưới đây: Bảng 17 - Bảng kết quả khảo sát mối liên hệ giữa điểm MOS và Jitter Jitter (ms) MOS (Delay
50ms) MOS (Delay 100ms) MOS (Delay 150ms) MOS (Delay 200ms) MOS (Delay 300ms) 0 5 5 5 5 5 100 5 5 5 5 5 110 5 5 4.5 4.5 4.5 120 5 4.25 3.75 4 3.75 130 5 3.5 3.25 3.25 3 140 4.75 3 2.5 3 2.5 150 4.5 2.75 1.75 2 2 160 3.75 2.25 1.75 2 2 170 3.25 2 1.75 1.75 1.5 180 2 1.75 1.5 1.25 1 190 2 1.5 1.25 1 1 200 1.75 1.5 1.25 1 1 210 1.75 1.25 1 1 1 220 1.5 1 1 1 1 240 1.25 1 1 1 1 260 1 1 1 1 1 300 1 1 1 1 1 Đồ thị mơ tả
Hình 22 - Đồ thị mối liên hệ giữa điểm MOS và Jitter Đánh giá: Jitter ≤ 110ms, chất lượng dịch vụđược đảm bảo
Hoàng Mạnh Quang – CB120217 – 2012BKTTT2 – KT13 Trang 51
MOS và Delay
Tại thí nghiệm này ta khảo sát với jitter= 100ms (với Jitter=100 mà delay=0, PLR=0 thì chất lượng dịch vụđược đảm bảo) và PLR=0, thay đổi Delay.
Kết quảthu được: (Delay đơn vị là s)
Bảng 18 - Bảng kết quả khảo sát mối liên hệ giữa điểm MOS và Delay
Delay 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8
MOS 5 5 5 4.75 4.5 4.5 4.5 4.25 4 3.75 3 2.5 2 1.5 1 1 1
Đồ thị mô tả mối liên hệ giữa điểm MOS và Delay
Hình 23 - Đồ thị mối liên hệ giữa điểm MOS và Delay
Đánh giá : Delay ≤1s, chất lượng dịch vụđược đảm bảo.
4.1.3. Nhận Xét Phương Án Triển Khai Trong Phịng Thí Nghiệm
Qua việc phân tích ở mục trên chúng ta thấy rằng việc áp dụng phương pháp đánh giá khảo sát ảnh hưởng của các thông số QoS cơ bản tới chất lượng cảm nhận của người xem là thiết thực, cần thiết và đáp ứng đúng nhu cầu thực tế
mong muốn đảm bảo chất lượng dịch vụ của người sử dụng dịch vụ.