CHƯƠNG 2 QoS VÀ QoE TRONG IPTV
2.1.4. QoS cho dịch vụ IPTV
2.1.4.4. Qos trong mạng IP ứng dụng cho IPTV
Như đã nói ở trên, đảm bảo chất lượng truyền dẫn cho IPTV là việc dùng các biện pháp để đối xử các loại gói tin khác nhau của IPTV. Đây là biện pháp chính và dựa vào các kỹ thuật QoS trên IP.
QoS trong mạng IP
QoS mạng IP được hiểu là QoS chuyển vận dịch vụ. Mạng IP có thể bao gồm nhiều phân đoạn mạng NS (Network Section), mỗi NS có những đặc tính riêng về giao thức, cấu hình và chính sách QoS. Mỗi NS tham gia có thể gây ra trễ, tổn thất hoặc lỗi. QoS trên mạng IP là tổng hợp các thông số QoS của tất cả NS trong mạng.
Các tham số đánh giá hiệu năng truyền gói tin IP bao gồm:
- IPTD (IP Packet Tranfer Delay) - Trễ truyền gói IP
- IPDV (IP Packet Delay Variation) - Độ biến thiên trễ gói IP, hay còn gọi là Jitter: IPDV = IPTDmax – IPTDmin
- IPER (IP Packet Error Ratio) - Tỷ lệ lỗi gói tin IP: Đây là tham số tính theo tỉ lệ các gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được.
- IPLR (IP Packet Loss Ratio) - Tỷ lệ tổn thất gói IP : Tỷ số các gói tổn thất trên tổng số các gói tin IP truyền.
- IPRR (IP Packet Reordering Ratio) - Tỷ lệ sắp xếp lại các gói tin IP:
Các bước thực hiện QoS trong IP
Quá trình thực hiện kỹ thuật QoS gồm 3 giai đoạn:
- Xác định lưu lượng và yêu cầu ứng với lưu lượng đó: Việc xác định có thể được xét trên mạng, mục đích kinh doanh và dựa vào SLA .
54
- Chia lưu lượng thành các lớp QoS ứng với các yêu cầu của từng loại.
- Xác định chính sách QoS cho các lớp lưu lượng: đặt chế độ bảo vệ băng thông nhỏ nhất, giá trị băng thông lớn nhất, xác định ưu tiên cho mỗi lớp, sử dụng các cơ chế QoS (ví dụ: cơ chế xếp hàng) để kiểm soát nghẽn.
Phân lớp QoS cho mạng IP:
Mỗi một ứng dụng đều có một vài đặc tính cơ bản khác nhau và yêu cầu một mức NP nào đó. Để nhận biết yêu cầu chất lượng dịch vụ, hệ thống thường nhận biết qua các lớp dịch vụ. ITU phân lớp QoS cho các dịch vụ như bảng 2.2 sau:
Lớp QoS Các đặc tính QoS
0 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác cao 1 Thời gian thực, nhạy cảm với jitter, tương tác 2 Dữ liệu chuyển giao, tương tác cao
3 Dữ liệu chuyển giao, tương tác
4 Tổn hao thấp (chuyển giao ngắn, video) 5 Các ứng dụng nguyên thủy của mạng IP
6 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gói và jitter, thời gian thực, tương tác cao.
7 Tốc độ cao, nhạy cảm với mất gói và jitter, thời gian thực, tương tác.
Bảng 2.2: Phân lớp dịch vụ theo ITU-T Y.1541
Từ các lớp dịch vụ này, ITU-T đưa ra phân lớp QoS cho mạng IP với các yêu cầu cụ thể về NP cho từng lớp dịch vụ như bảng 2.3.
QoS class IPTD IPDV IPLR IPER IPRR
0 100 ms 50 ms 1 x 10-3 1 x 10-4 - 1 400 ms 50 ms 1 x 10-3 1 x 10-4 -
2 100 ms U 1 x 10-3 1 x 10-4 -
3 400 ms U 1 x 10-3 1 x 10-4 -
4 1 s U 1 x 10-3 1 x 10-4 -
5 U U U U -
6 100 ms 50 ms 1 x 10-6 1 x 10-5 1 x 10-6 7 400 ms 50 ms 1 x 10-6 1 x 10-5 1 x 10-6
Bảng 2.3 : Lớp QoS và các giá trị NP mạng IP (ITU-T Y.1541)
Các cơ chế QoS:
Là các kỹ thuật để đối xử với xử lý gói tin trong mạng IP gồm:
- Chia lớp (classification):
- U: Unspecial, các dịch vụ thuộc lớp này không có yêu cầu đặc biệt đối với tham số NP tương ứng.
- Class 6 và class 7 được xem là các lớp tạm thời, được xác định nếu khi đặt vào trường hợp thực tế.
55
Xác định và phân các gói tin vào các lớp khác nhau, việc chia lớp thường được thực hiện tại biên vào của một thiết bị. Việc phân chia lớp dựa vào thông tin chứa trong gói tin đến gồm cổng vật lý, VLAN, CoS, địa chỉ nguồn, đích, DSCP, cổng (Port) hay các giao thức.
- Đánh dấu (Marking):
Thực hiện đánh dấu mỗi gói tin như một thành phần của lớp QoS nhờ đó gói tin có thể nhanh chóng được nhận ra và truyền qua phần còn lại của mạng. Việc đánh dấu được thực hiện bằng cách thay đổi các bit trong DSCP, các bit trong trường tham chiếu IP (IP Precedence) hoặc các bit trong CoS.
- Quản lý nghẽn(Congestion Management):
Phương pháp được sử dụng chủ yếu là dùng hàng đợi, dựa vào đánh dấu lớp QoS của gói tin mà xác định hàng đợi phù hợp.
Dựa vào các thuật toán xếp hàng mà người ta đưa ra cấu trúc hàng đợi cho phép các gói tin nhạy cảm với thời gian như IPTV, VoIP được truyền trước.
- Tránh nghẽn: (Congestion Avoidance)
Cơ chế tránh nghẽn có thể được thực hiện bằng cách loại bỏ một số gói tin từ một hàng đợi chọn trước khi lưu lượng tăng cao sắp gây ra nghẽn. Có hai cơ chế tránh nghẽn phổ biến là loại bỏ gói ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) và loại bỏ gói ngẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early Detection).
- Lập chính sách và định hình lưu lượng: Policing and Shaping
Cơ chế lập chính sách và định hình lưu lượng thường được dùng để thay đổi điều kiện của lưu lượng trước khi truyền hoặc sau khi đã nhận được.
Policy: Quy định lưu lượng truy cập cho từng dịch vụ, nếu lưu lượng truy cập của một kết nối vượt quá phạm vi, các bộ định tuyến bỏ bớt các gói hoặc thiết lập lại các ưu tiên của gói tin.
Shaping: Có cơ chế giống với policy nhưng có sử dụng thêm hàng đợi để giữ các gói tin bị rớt khi lưu lượng vượt quá giới hạn.
Mô hình đảm bảo QoS
- Best – Effort delivery (Mô hình nỗ lực tối đa)
56 Hình 2.3 : Mô hình Best - Effort
- IntServ (Integrated Services Model) -Mô hình tích hợp dịch vụ.
Mô hình IntServ thực hiện sắp xếp một đường đi trước từ nguồn đến đích cho các dịch vụ theo thứ tự ưu tiên.
IntServ dùng giao thức báo hiệu RSVP - giao thức dành trước tài nguyên – để yêu cầu trước và giữ băng thông đối với các phần tử mạng liên quan dịch vụ. Các node mạng sau khi kiểm tra nếu yêu cầu tối thiểu được đáp ứng thì ứng dụng nguồn sẽ được thông báo xác nhận và có thể sử dụng đường truyền.
Hình 2.4: Mô hình IntServ
Mô hình IntServ đáp ứng rất tốt cho mạng đa dịch vụ, đảm bảo QoS cho các ứng dụng từ đầu đến cuối nhất là các ứng dụng thời gian thực. Tuy nhiên hoạt động của RSVP làm tăng lưu lượng mạng, các router trên mạng có cấu hình hoạt động phức tạp, phải hỗ trợ RSVP làm khó khả năng mở rộng, điều này dẫn đến đến chi phí đầu tư cao, không tận dụng được hạ tầng mạng có sẵn.
- DiffServ (Differentiated Services Model) - Mô hình phân biệt dịch vụ
Trong mô hình này tại mỗi Router mạng sẽ kiểm tra gói tin đến và quyết định gói tin đó sẽ được truyền đi như thế nào.
Lưu lượng 1 Lưu lượng 2 Lưu lượng 3 Lưu lượng 4 Lưu lượng 5
Luồng lưu lượng
IP Lưu lượng 1
Lưu lượng 2 Lưu lượng 3 Lưu lượng 4 Lưu lượng 5
Luồng lưu lượng
IP Tất cả các luồng lưu lượng
57 Hình 2.5: Mô hình DiffServ
Các gói tin chỉ cần gắn các header các thông số phân lọai (như phân lớp, đánh dấu..), và mỗi router được cấu hình hiểu các phân loại này, tùy theo đặc điểm của các lớp QoS đã được cấu hình mà router sẽ đẩy gói tin vào các lớp phù hợp.
DiffServ dùng một trường trong khung IP để chứa điểm mã phân biệt dịch vụ (DSCP - DiffServ Code Point) có tác dụng đánh dấu mức ưu tiên cho các gói IP.
Thực hiện QoS IP cho IPTV
Đảm bảo QoS cho các gói tin của IPTV là việc xác định các gói tin đó cần được đối xử như thế nào trong cơ chế QoS của mạng IP. FG IPTV C-0127 là tài liệu liên kết các thành phần dịch vụ của IPTV với các lớp QoS IP.
IPTV service category IP QoS class IPTV service examples Dịch vụ download nội dung Các dịch vụ thông tin truyền thống Thông tin truyền hình
Best Effort (BE) Dịch vụ nỗ lực tối đa
QoS class 5
VOD, MOD (media on demand) Hội nghị truyền hình
Low Loss (LL) Dịch vụ ít mất dữ liệu
QoS class 4
Học từ xa VOD Messenger Interactive (I)
Dịch vụ tương tác
QoS class 2/3
Học từ xa tương tác VoIP, video phone Real-Time Interactive (RTI)
Dịch vụ thời gian thực tương tác
QoS class 0/1
Game
Truyền hình tuyến tính/quảng bá Truyền hình đa chiều
pay per view Real-Time Multicast & Unicast
(RTMU)
Dịch vụ thời gian thực Multicast và Unicast
QoS class 6/7
PVR
Bảng 2.4: Mối liên hệ giữa các dịch vụ IPTV và QoS class ITU-T Y.1541
Lưu lượng 1 Lưu lượng 2 Lưu lượng 3 Lưu lượng 4 Lưu lượng 5
Luồng lưu lượng
Class 1
Class 3 Class 2
IP
58
Các dịch vụ IPTV được chia thành nhóm (categories), và được ánh xạ lên QoS IP như bảng 2.4. Ngoài ra, FG IPTV C-0127 cũng đưa ra các lớp QoS ứng với một số dịch vụ điển hình của IPTV theo bảng 2.5.
Nhóm dịch vụ IPTV /QoS class
BE LL I RTI RTMU
IPTV services
5 4 3 2 1 0 7 6
Linear/broadcast TV (audio, video and data)
Dịch vụ đa chiều
PVR
PPV
VoD
Dịch vụ download video
Dịch vụ download nội dung
Nội dung có nguồn gốc khách hàng
Nội dung quảng bá có nguồn gốc khách hàng
Phát thanh
Nhạc theo yêu cầu và sách audio
Hình ảnh
Học từ xa VoD
Học từ xa tương tác
Game theo yêu cầu
Game nhiều người chơi
Thông tin từ xa
(tin tức, thời tiết, giao thông…)
Hội nghị từ xa (ngân hàng, chứng khoán, mua
sắm, bán vé, bán đấu giá, sự kiện…)
Truyền thông dữ liệu từ xa (SMS, email…)
Truyền thông dữ liệu tương tác (messenger, chat)
Đàm thoài từ xa (VoIP, video phone...)
Dữ liệu giải trí từ xa
(album hình ảnh, xổ số, blog,...)
Giải trí từ xa VOD (karaoke)
Bảng 2.5: Các dịch vụ IPTV điển hình và các lớp QoS tương ứng
Như vậy, tùy từng ứng dụng trong IPTV và gói tin được đánh dấu với mức QoS phù hợp và chuyển đi trong mạng IP bằng các kỹ thuật QoS IP.