Tham số Giải Thuật D el ay tr ung bỡ nh Phươ ng sa i m ấu var (A D el ay ) T ỷ lệ t gú i t in (% ) V ar (Pc kLossR at e) T ỷ lệ m ất gú i t in v ideo (% ) V ar (PL oss V id eo) M ức đ ộ sử d ụng đ ườ ng tr uy ền t ruy ền V ar (U ti li zat ionL ink) PS N R (dB ) Trung b ỡnh VBLUE 0,025922 0,0000374 0,1924 0,007148 0,18978 0,0070 0,93977 0,000180 33,317 BLUE-U 0,026667 0,0000340 0,1630 0,004135 0,15323 0,0039 0,94320 0,000193 33,610 BLUE 0,025723 0,0000372 0,1992 0,007335 0,19732 0,0070 0,93848 0,000189 33,127 EBLUE 0,026444 0,0000351 0,1870 0,007132 0,18446 0,0071 0,94197 0,000195 33,152 BLUE-VPT 0,026778 0,0000354 0,1525 0,003119 0,13525 0,0027 0,94407 0,000196 35,484
Đối sỏnh BLUE và BLUE-VPT trờn cỏc file mẫu video khỏc
Để đảm bảo tớnh khỏch quan và chớnh xỏc của cỏc kết luận trờn, chỳng tụi đó tiếp tục tiến hành đối sỏnh giữa giải thuật cải tiến BLUE-VPT và giải thuật BLUE bằng phương phỏp thực nghiệm mụ phỏng theo kịch bản hỡnh 3.5 với 2 mẫu video định dạng mpeg-4 khỏc là foreman.yuv (400 khung hỡnh) lấy từ thư viện file mẫu video [7, 8] và một video bachkhoa.yuv. Trong đú file bachkhoa.yuv là video tự quay trong thực tế, sau đú sử dụng cỏc cụng cụ của khung làm việc Evalvid và phần mềm ffmpeg để đưa về định dạng mpeg4 (file .yuv). Cỏc thụng số cụ thể về file video foreman.yuv và bachkhoa.yuv cú thể xem trong phụ lục 2 bảng b7, b8 của luận ỏn. Để khụng mất tớnh tổng quỏt cỏc thực nghiệm được so sỏnh trờn thang đo chất lượng video PSNR(dB) và thống kờ số liệu mất khung hỡnh I, P, B.
Trờn hỡnh 4.46 là kết quả đối sỏnh giỏ trị PSNR khi truyền file video foreman.yuv giữa BLUE và BLUE-VPT.Giỏ trị PSNR(dB) trung bỡnh khi sử dụng giải thuật cải tiến BLUE-VPT tăng xấp xỉ 5,97% so với BLUE gốc ban đầu.
113
Thống kờ kết quả mất khung hỡnh I, P, B
Khi mụ phỏng truyền video formance.yuv qua cấu hỡnh mạng tương tự như khi truyền file video akio.yuv chỳng ta cú kết quả thể hiện trong bảng 4.29 và đồ thị hỡnh 4.47.
Bảng 4.30 Thống kờ khung hỡnh I, P, B khi mụ phỏng truyền video foremance.yuv Kiểu Kiểu
khung hỡnh
Số khung hỡnh ban đầu, video foreman.yuv
Số khung hỡnh I, P, B của video tại bờn nhận sau khi mụ phỏng truyền với cỏc giải thuật BLUE, BLUE-VPT
BLUE BLUE-VPT
I 45 45 45
P 83 77 80
B 272 250 261
Hỡnh 4.47 Đối sỏnh tỷ lệ mất khung hỡnh của giải thuật cải tiến BLUE-VPT so với BLUE
Kết quả thực nghiệm mụ phỏng với file video bachkhoa.yuv
Trờn hỡnh 4.47 là kết quả đối sỏnh giỏ trị PSNR khi truyền file video bachkhoa.yuv giữa BLUE và BLUE-VPT.Giỏ trị PSNR(dB) trung bỡnh khi sử dụng giải thuật cải tiến BLUE-VPT tăng xấp xỉ 38,4% so với BLUE gốc ban đầu.
Hỡnh 4.48 Đối sỏnh giỏ trị PSNR(dB) giữa BLUE và BLUE-VPT khi truyền video bachkhoa.yuv
0 50 100 150 200 250 300 I
P B
Thống kờ khung hỡnh I, P, B
114
Kết quả được cải thiện rừ rệt cao hơn hẳn khi sử dụng file video bachkhoa.yuv quay trong thực tế, cho thấy khi lượng tải cao hơn, số khung hỡnh trong file video bachkhoa.yuv là 1126 khung hỡnh, trong đú cú 141 khung I, 280 khung P và 605 khung B. Khi mụ phỏng truyền trờn cựng cấu hỡnh mạngphụ lục 2, lần lượt sử dụng giải thuật quản lý hàng đợi BLUE và BLUE-VPT tại router R1, trờn bảng 4.31. và thể hiện trờn hỡnh 4.49 cho thấy tỷ lệ mất cỏc khung hinh I, P, B khi sử dụng giải thuật cải tiến BLUE-VPT đó giảm được tương ứng là 8,1% khung I, 16,6% khung P và 3,31% khung B từ đú dẫn đến chất lượng trung bỡnh theo thang đo PSNR(dB) tăng rất rừ rệt đạt xấp xỉ 38,4 %. Điều này cho thấy hiệu quả thực tế của giải thuật cải tiến BLUE- VPT khi truyền cỏc luồng video cú tải lớn trờn mạng phức tạp.
Bảng 4.31 Thống kờ khung hỡnh I, P, B khi mụ phỏng truyền video bachkhoa.yuv Kiểu Kiểu
khung hỡnh
Số khung hỡnh ban đầu, video backkhoa.yuv
Số khung hỡnh I, P, B của video tại bờn nhận sau khi mụ phỏng truyền với cỏc giải thuật BLUE, BLUE-VPT
BLUE BLUE-VPT
I 141 111 120
P 280 210 245
B 605 513 530
Hỡnh 4.49 Đối sỏnh tỷ lệ mất khung hỡnh của giải thuật cải tiến BLUE-VPT so với BLUE
(a) Khung hỡnh #511, BLUE (b) Khung hỡnh #511, BLUE-VPT
Hỡnh 4.50 Đối sỏnh ngẫu nhiờn cỏc khung hỡnh video nhận được khi truyền file bachkhoa.yuv
0 100 200 300 400 500 600 I
P B
Thống kờ khung hỡnh I, P, B
115
4.6 Kết luận chương 4
Trong chương này chỳng tụi đó đề xuất hai giải phỏp cải tiến giải thuật BLUE để nõng cao chất lượng dịch vụ mạng và chất lượng dịch vụ truyền video trờn mạng.
Với mỗi giải phỏp chỳng tụi đề xuất 1 nhúm giải thuật cải tiến và đối sỏnh từng cặp giải thuật trờn cỏctham số chất lượng dịch vụ mạng và chất lượng dịch vụ truyền video. Ở bước này chỳng tụi đó đi đến kết quả là cỏc giải thuật cải tiến tiền xử lý đõy đủ BLUE-VPT và hậu xử lý đầy đủ BLUE-U tỏ ra vượt trội hơn cỏc giải thuật tiền xử lý khụng đầy đủ EBLUE và giải thuật hậu xử lý VBLUE. Cuối cựng tiến hành đối sỏnh giải thuật tiền xử lý đầy đủ BLUE-VPT và giải thuật hậu xử lý đầy đủ BLUE-U chỳng tụi đó rỳt ra kết luận cuối cựng là giải thuật cải tiến tiền xử lý đõy đủ BLUE-VPT đó tỏ ra vượt trội. Kiểm định giả thuyết bằng cụng cụ lý thuyết thống kờ khi mụ phỏng truyền file video akio.yuv trờn thang đo khỏch quan PSNR(dB) với hai mức ý nghĩa 0,05 và 0,01 đều cho thấy giải thuật BLUE-VPT thực sự là lựa chọn tốt hơn trong truyền video trờn mạng.Chỳng tụi đó rỳt ra một số kết luận cụ thể sau:
Ưu điểm:
(1): Cỏc giải thuật cải tiến đều cung cấp một mức độ sử dụng đường truyền cao hơn giải thuật BLUE ban đầu.Và do được cải tiến từ giải thuật BLUE gốc nờn nú được kế thừa cỏc ưu điểm của BLUE so với RED, chẳng hạn đặc tớnh sử dụng ớt bộ đệm của BLUE.
(2): Cỏc giải thuật cải tiến đều giảm tỷ lệ mất gúi tin chung trờn toàn mạng và đặc biệt cỏc giải thuật cải tiến làm giảm tỷ lệ mất gúi tin video một cỏch rừ rệt.
(3): Thụng lượng của cỏc giải thuật cải tiến là xấp xỉ với thụng lượng của giải thuật BLUE ban đầu, nhưng do cỏc giải thuật cải tiến tớch hợp cơ chế ưu tiờn gúi tin video ở mức độ khỏc nhau nờn kết quả là thụng lượng cho luồng video được cải thiện, do đú làm tăng chất lượng truyền video.
(4): Khi tiến hành đỏnh giỏ theo thang đo khỏch quan PSNR(dB) cỏc giải thuật cải tiến cũng đều cú cỏc giỏ trị PSNR(dB) lớn hơn so với giải thuật BLUE và BLUE-VPT đạt giỏ trị PSNR(dB) trung bỡnh cao nhất.
(5): Sử dụng lý thuyết thống kờ để kiểm định giả thuyết trờn cỏc thụng số QoS (độ trễ trung bỡnh, tỷ lệ mất gúi tin) và cỏc thụng số ảnh hưởng đến chất lượng truyền video (tỷ lệ mất gúi tin video, mức độ sử dụng đường truyền và thang đo chất lượng video khỏch quan PSNR(dB)), trờn mẫu file video akio.yuv đó cho thấy cỏc giải thuật cải tiến đó cải thiện được chất lượng truyền video và giải thuật tiền xử lý BLUE-VPT đạt kết quả ổn định tốt nhất.
Hạn chế:
Do cỏc giải thuật cải tiến EBLUE, BLUE-U, BLUE-VPT tớch hợp cơ chế phõn loại ưu tiờn cỏc gúi tin bằng cỏch sử dụng cỏc hàm tuyến tớnh để điều chỉnh xỏc suất đỏnh dấu (loại bỏ) cỏc gúi tin nờn kết quả phõn tớch thực nghiệm mụ phỏng cũng cho thấy cỏc giải thuật cải tiến này gõy ra một giỏ trị gia tăng độ trễ, tuy nhiờn giỏ trị này là rất nhỏ cú thể chấp nhận, và trong cỏc thực nghiệm ta thấy khi băng thụng trờn đường truyền cổ chai R1-R2 được thiết lập ở một ngưỡng thớch hợp thỡ giỏ trị này cú xu hướng hội tụ về độ trễ của BLUE ban đầu.
Trong cỏc trường hợp đũi hỏi tớnh cụng bằng giữa cỏc luồng thỡ cỏc giải thuật cải tiến do mục đớch là ưu tiờn cho cỏc ứng dụng video thời gian thực sẽ trở nờn khụng thớch hợp.
116
KẾT LUẬN
Nghiờn cứu cải tiến phương phỏp quản lý hàng đợi để nõng cao chất lượng dịch vụ cho cỏc ứng dụng truyền video trờn mạng mỏy tớnh là một lĩnh vực nghiờn cứu cấp thiết hiện nay.Với những nghiờn cứu, đỏnh giỏ phõn tớch, trỡnh bày trong luận ỏn, chỳng ta thấy đề tài: “Nghiờn
cứu cải tiến phương phỏp quản lý hàng đợi cho truyền video trờn mạng IP”, là khả thi và phự
hợp với hướng nghiờn cứu của thế giới hiện nay.
Luận ỏn đó nghiờn cứu đỏnh giỏ chất lượng dịch vụ truyền video trờn mạng IP trờn ba phương phỏp khỏc nhau: Xõy dựng hàm giải tớch, mụ phỏng và kiểm định kết quả. Đặc biệt, nghiờn cứu sinh sử dụng phương phỏp mụ phỏng, làm phương phỏp chớnh để nghiờn cứu cỏc cơ chế quản lý điều khiển lưu thụng trờn mạng cú sự tham gia của cỏc luồng video. Trờn cơ sở nghiờn cứu cỏc ưu khuyết điểm của cỏc giải thuật quản lý hàng đợi bị động, hàng đợi tớch cực RED, BLUE và cỏc giải phỏp điều khiển luồng, tớch hợp cơ chế ưu tiờn cải tiến nõng cao chất lượng dịch vụ truyền video trờn mạng IP.
Luận ỏn đó đạt những kết quả như sau:
Đề xuất mới cỏch tớnh cỏc xỏc suất loại bỏ gúi tin khỏc nhau trong hàng đợi tớch cực đối với cỏc gúi tin video và cỏc gúi tin khụng phải video. Bằng việc xõy dựng được cỏc hàm tuyến tớnh đơn biến và đa biến điều chỉnh xỏc suất theo cỏc trạng thỏi mạng và giỏ trị trung bỡnh của kớch thước hàng đợi trong cỏc bộ định tuyến. Qua đú cú thể tổng quỏt húa ỏp dụng hàm tuyến tớnh đơn biến điều chỉnh xỏc suất đỏnh dấu loại bỏ gúi tin cho lớp cỏc giải thuật quản lý hàng đợi tớch cực AQM.
Luận ỏn đó thử nghiệm mụ phỏng với luồng video thực trờn cụng cụ NS-2 mở rộng và khung làm việc Evalvid.
Đề xuất giải thuật cải tiến ViRED so sỏnh cỏc kết quả cải tiến về tỏc động của giải thuật cải tiến trờn cỏc tham số và độ đo đỏnh giỏ chất lượng truyền video với giải thuật RED. Nghiờn cứu phõn tớch giải thuật quản lý hàng đợi, đề xuất hai nhúm giải phỏp cải tiến tiền xử lý và hậu xử lý từ đú đưa ra hai hướng cải tiến mới với hai nhúm giải thuật mới EBLUE, BLUE-VPT (tiền xử lý) và hậu xử lý VBULE, BLUE-U. Đối sỏnh phõn tớch ưu nhược điểm của cỏc giải thuật cải tiến và đi đến kết luận sử dụng giải thuật cải tiến mới BLUE-VPT để nõng cao chất lượng dịch vụ truyền video trờn mạng. Cỏc giải thuật này cú ý nghĩa khoa học cụng nghệ và cú khả năng ỏp dụng vào thực tiễn.
Hướng phỏt triển tiếp theo của luận ỏn là mở rộng và phỏt triển cỏc giải thuật cải tiến quản lý hàng đợi tớch cực AQM để ỏp dụng trờn cỏc mụ hỡnh mạng phức hợp và mạng cú tổn hao như cỏc mạng khụng dõy, di động và ứng dụng cài đặt trờn mụi trường mạng thực tế.
117
DANH MỤC CễNG TRèNH CỦA TÁC GIẢ
1. Cao Diệp Thắng, Nguyễn Thỳc Hải, Nguyễn Linh Giang, “Một cơ chế quản lý hàng đợi tớch
cực cải tiến VBLUE trờn mụi trường truyền video”,Tạp chớ Tin học & Điều khiển học, số 1-
2014, pp.3-14
2. Diep Thang Cao, Thuc Hai Nguyen, Linh Giang Nguyen, Improving the video transmission
quality over ip network, Proceedings of the fifth International Conference on Ubiquitous and
Future Network, ICUFN 2013, Da Nang, Vietnam, July. 2013, pp 570-575.
3. Cao Diệp Thắng, Nguyễn Thỳc Hải, Nguyễn Linh Giang, “Một phương phỏp tớch hợp cơ
chế ưu tiờn gúi tin video trong quản lý hàng đợi tớch cực BLUE”, Tạp chớ khoa học và Cụng
nghệ, số 98, 4-2014, pp.23-28
4. Cao Diệp Thắng, Nguyễn Thỳc Hải, Nguyễn Linh Giang, “Enhance quality of video
transmission based on improving the RED algorithm”, IJCSNS International Journal of
Computer Science and Network Security, VOL.13 No.10, October 2013.
5. Cao Diệp Thắng, Nguyễn Thỳc Hải, Nguyễn Linh Giang, “Giải thuật quản lý hàng đợi tớch
cực BLUE-VPT nõng cao chất lượng truyền video”, Chuyờn san Cụng nghệ thụng tin truyền
thụng, số 30 thỏng 12/2013, tr.52-60.
6. Cao Diệp Thắng - Chủ nhiệm đề tài và cộng sự (2011), Nghiờn cứu và ứng dụng kỹ thuật
mụ phỏng NS (Network Simulator) phục vụ cụng tỏc đào tạo đại học tại trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Cụng Nghiệp. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp bộ, Mó số: 038.11 RD. Bộ Cụng
Thương.
7. Cao Diệp Thắng – Chủ nhiệm đề tài và cộng sự (2013), Nghiờn cứu, thiết kế và xõy dựng hệ
thống hỗ trợ cụng tỏc giảng dạy trờn cơ sở ứng dụng mạng truyền tin dạng Video trong mụi trường khụng dõy. Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp bộ, Mó số 103.13 RD. Bộ Cụng Thương.
118
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] Cao Diệp Thắng, Nguyễn Hoàng Chiến, Đỗ Tuấn Hạnh (2013) Đỏnh giỏ chất lượng
truyền video trờn mụi trường wireless LAN. Tạp chớ khoa học & cụng nghệ trường Đại
học Kinh tế - Kỹ thuật cụng nghiệp, No.1-2013, tr.19-24
[2] Đặng Trung Thành, Trần Phan Huy Hiển, Tạ Hải Tựng, Đặng Văn Chuyết, (2007)
Đỏnh giỏ chất lượng dịch vụ đa phương tiện trong elearning bằng bộ cụng cụ BKME.
Chuyờn san cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu triển khai Viễn thụng và CNTT, Kỳ 3, 2-2007, tr.66-75
[3] Nguyễn Đỡnh Việt (2003) Đỏnh giỏ hiệu suất của mạng thụng tin mỏy tớnh, Luận ỏn tiến sĩ toỏn học
[4] (2004) Tớch hợp cơ chế điều khiển gúi bỏo nhận và quản lý hàng đợi trong điều khiển
lưu thụng mạng. Chuyờn san "Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứ triển khai Viễn thụng và Cụng
nghệ thụng tin", Tạp chớ Bưu chớnh Viễn thụng, số 11, tr.41-48.
[5] Vừ Thanh Tỳ (2005) Nghiờn cứu phỏt triển cỏc kỹ thuật đỏnh giỏ và nõng cao hiệu
năng mạng Internet, Luận ỏn tiến sĩ toỏn học.
[6] Vừ Thanh Tỳ (2012) Mạng và truyền dữ liệu nõng cao. Giỏo trỡnh sau đại học, Nhà xuất bản Đại học Huế.
B. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH
[7] (2012), YUV video sequences (CIF), [Online]. Available: http://trac-e.eas.asu.edu/yuv/
[8] A video sequences (CIF), [Online].
http://www.tkn.tuberlin.de/research/evalvid/cif.html.
[9] A. Tamhankar, K.R. Rao (2003) Overview of H.264 / M PEG-4 Part 10. Video/Image Processing and Multimedia Communications, 2003. 4th EURASIP Conference focused on (Volume:1 ), 2003, pp. 1-51
[10] Abdeljaber H., Thabtah F., Woodward M., Hadi W., (2007) Linear analysis for a
BLUE congestion control algorithm using a discrete-time queue, Proceedings of the
3rd International Conference on Information Technology ICIT, Amman, Jordan, 2007. http://www.zuj.edu.jo/conferences/ICIT07/
[11] Alex MacAulay, Boris Felts, Yuval Fisher (2005) Whitepaper – IP Streaming of MPEG-4: Native RTP vs MPEG-2 Transport Stream, October 2005.
[12] Andrew S. Tanenbaum (2011) Computer Networks, Fifth edition. Prentice-Hall, 2011
[13] Anshul Kantawala , Efficient Queue Management for TCP Flows , August 3, 2001, pp.
1-17
[14] B. SUTER ET AL., (1998) Efficient Active Queue Management for Internet
Routers. Proc. Eng. Conf. at Interop 98, Las Vegas, NV, May 1998, pp. 10-21
[15] B. Braden, J. Crowcroft, B. Davie, S. Deering, D. Estrin, S. Floyd, V. Jacobson, G.
Minshall, C. Partridge, L. Peterson, K. Ramakrishnan, S. Shenker, J. Wroclawski and L. Zhang (1998) Recommendations on queue management and congestion avoidance
119
[16] B. Zheng, M. Atiquzzaman (2006) DSRED: A New Queue Management Scheme for
the Next Generation Networks. IEICE Trans. on Communications, Vol. E89-B, No.
3, 2006, pp. 764-774
[17] Bahri Okuroglu and Sema Oktug, Active Queue Management Algorithms: BLUE vs.
RED, http://www.oocities.org/bahrio/thesis/446-3888209348.pdf.gz
[18] Bor-Jiunn Hwang,1 I-Shyan Hwang,2 and Pen-MingChang2 (2011) QoS-Aware Active
Queue Management for Multimedia Services over the Internet. EURASIP Journal on
Wireless Communications and Networking, pp.1-12
[19] Boyce, J.M. and R. D. Gaglianello (1998) Packet Loss Effects on MPEG Video Sent
Over the Public Internet. InChi: Proc. of the ACM Multimedia 98. 1998, pp. 181-190
[20] C.-H.Ke (2011) An advanced simulation tool-set for video transmiss-ion performance
evaluation. http://hpds.ee.nc-ku.edu.tw/smallko/ns2/
[21] Chengyu Zhu, Oliver W.W.Yang, James Aweya, Michel Ouellette, Delfin Y. Montuno
(2002) A Comparison of Active Queue Management Algorithms Using OPNET Modeler. Communications Magazine, IEEE (Volume:40, Issue: 6 ), 2002, pp. 158-
167
[22] Chikkerur, S., Sundaram (2011) V.: Objective Video Quality Assessment Methods: A
Classification, Review, and Performance Comparison. IEEE transactions on
broadcasting, Vol. 57, No. 2. (2011), pp. 165-182
[23] Chitra K., Padamavathi Dr. G. (2010) Classification and Performance of AQM-Based
Schemes for Congestion Avoidance. International Journal of Computer Science and
Information Security (IJCSIS), Vol.8, No.1.2010, pp. 331-340
[24] Chung Jae and Claypool Mark (2003) Analysis of Active Queue Management. Network
Computing and Applications – NCA, 2003, pp. 359-366
[25] Comer, D.E.: Internetworking with TCP/IP. Vol I: Priziples, Protocols, and
Architecture, Third Edition, Prentice Hall. (1995)