L: Cường độ sáng nhỏ nhất,
5. Quản lý chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện 1 Định nghĩa:
5.1. Định nghĩa:
Truyền thông đa phương tiện cần đảm bảo hiệu suất từ đầu này đến đầu kia. Để cung cấp một kế hoạch làm việc cho các ứng dụng để đặc tả các yêu cầu, và cho các hệ thống để cung cấp các yêu cầu. Định nghĩa QOS thường chưa được công nhận ngay. Tuy nhiên, bằng trực giác, QOS định nghĩa các đặc tính kỹ thuật và ảnh hưởng của nó đến chất lượng ứng dụng.
Vogel đưa ra định nghĩa như sau: “Chất lượng dịch vụ trình bày một tập hợp các yêu cầu đặc tính kỹ thuật cần thiết về số lượng và chất lượng các chức năng của ứng dụng trong một hệ thống đa phương tiện phân tán”. Định nghĩa này chủ yếu từ cái nhìn hệ thống.
Để cân bằng cả quan điểm của ứng dụng và hệ thống ta dùng định nghĩa sau: “QOS là yêu cầu về số lượng và chất lượng các chi tiết kỹ thuật của một ứng dụng mà một hệ
thống multimedia phải thoả mãn đểđạt được chất lượng ứng dụng mong muốn”.
Trên cơ sở định nghĩa, có hai mặt của QOS: Các ứng dụng đặc tả yêu cầu QOS và hệ thống cung cấp các đảm bảo QOS. QOS được đặc tả một cách bình thường bởi một tập hợp các tham số - nhất là: tốc độ bit, hệ số lỗi, giới hạn độ trể, và giới hạn biến thiên độ trể. QOS đặc tả một giá trị hoặc một khoảng giá trị của tham số. Các tham số QOS khác nhau được sử dụng tại các tầng hoặc hệ thống con khác nhau của hệ thống đa phương tiện.
Khái niệm của QOS đã được dùng đầu tiên trong truyền dữ liệu như sự tin cậy, độ trể và thông lượng.
Ví dụ: Trong mô hình tham khảo OSI có một số tham số QOS mô tả tốc độ và độ tin cậy truyền tin như thông lượng, độ trể quá cảnh (transit delay), hệ số lỗi, khả năng kết nối thất bại.
Các tham số này được đặc tả ở tầng vận chuyển và không phải là giá trị trung bình được quan sát trực tiếp hoặc kiểm tra bởi ứng dụng. Các thông số này không bao gồm tất cả các yêu cầu của truyền thông đa phương tiện và chỉ được sử dụng ở tầng vận chuyển. Xa hơn, không có cơ chế được đặc tả trong mô hình tham khảo OSI để đặc tả bảo đảm các yêu cầu QOS. Cho truyền thông đa phương tiện, QOS phải được đặc tả và đảm bảo từ đầu này đến đầu kia tại tất cả các tầng. Như vậy, ứng dụng đa phương tiện yêu cầu một mô hình QOS hoàn toàn mới.
5.2. Kế hoạch làm việc tổng quát của QOS:
Mô hình hoạt động đơn giản QOS trong hệ thống truyền thông đa phương tiện: − Một ứng dụng đặc tả yêu cầu QOS và gởi đến hệ thống.
− Hệ thống xác định đủ hay không các tài nguyên yêu cầu.
− Nếu đủ, nó chấp nhận và cấp các tài nguyên cần thiết để phục vụ ứng dụng, như thế các yêu cầu đã được thoả mản.
− Nếu không đủ, nó có thể hoặc là từ chối ứng dụng, hoặc là đề nghị một yêu cầu QOS thấp hơn mà nó có thể thoả mãn.
+ Trường hợp sau, nếu ứng dụng chấp nhận một tập các tham số QOS mới, ứng dụng được chấp nhận và thực thi ở mức QOS thấp hơn,
+ Nếu không chấp nhận, ứng dụng bị từ chối và nó sẽ cố gắng thử lại sau, với hy vọng một số tài nguyên có thể được giải phóng từ các ứng dụng khác.
Trên cơ sở mô hình hoạt động này, các thành phần sau đây cần để cung cấp các bảo đảm QOS:
− Một cơ chế mô tả chi tiết QOS dùng để đặc tả các yêu cầu của ứng dụng.
− Kiểm tra đầu vào để xác định một ứng dụng mới đưa vào không tác động đến QOS của các ứng dụng đang hoạt động.
− Một qui trình thương lượng QOS để nhiều ứng dụng có thể được phục vụ.
− Cấp phát và lập kế hoạch sử dụng tài nguyên theo yêu cầu QOS của các ứng dụng được chấp nhận.
− Kiểm soát lưu thông để đảm bảo rằng các ứng dụng tạo ra số lượng dữ liệu đúng mô tả kỹ thuật đã được chấp nhận.
Thêm vào các thành phần cơ bản nêu trên, các thành phần khác cần cho các yêu cầu thay đổi khác của hệ thống đa phương tiện.
− Trước tiên, cần có một cơ chế tái thương lượng để các ứng dụng có thể thay đổi yêu cầu khi nó khởi động các mô tả QOS
− Thứ hai, QOS thực sự cung cấp cho các phiên đang làm việc sẽ được quan sát, để có các tác động phù hợp trong trường hợp có vấn đề trong bảo đảm cung cấp QOS.
− Thứ ba, các kỹ thuật hạ cấp chất lượng phương tiện được dùng cùng với các cơ chế trên, để cung cấp thoả đáng các dịch vụ cho truyền thông đa phương tiện. Các hệ thống con phải được cung cấp các cơ chế trên và hợp tác để cung cấp bảo đảm chất lương giữa hai đầu cuối.
Để dễ dàng cho phát triển của các giao diện cấu hình QOS, kiểm soát điều khiển QOS, và cơ chế quản lý thông qua kiến trúc các tầng. Các kiến trúc này cung cấp một tiếp cận hệ thống cho bảo đảm QOS từ đầu này đến đầu kia..
5.3. Đặc tính kỹ thuật QOS:
Để cung cấp đặc tính kỹ thuật và bảo đẩm QOS, một phiên làm việc hướng kết nối được dùng. Trước tiên phiên làm việc được thiết lập, các tham số QOS được đặc tả và đàm phán trong tất cả các hệ thống con có liên quan.
Trong tất cả các trường hợp các bộ phận tiếp nhận cuối cùng của các hệ thống đa phương tiện là con người, kết quả của QOS là chất lượng nhận biết của người sử dụng. Người dùng cuối cũng chính là người khởi đầu của QOS.
Ở mức người dùng, chất lượng được đo lường một cách định tính như: Xuất sắc, tốt, chấp nhận được, không chấp nhận được, hay quá tệ. Chất lượng nhận biết cũng phụ thuộc giá người dùng phải trả cho dịch vụ và sự mong muốn của họ. Một cách lý tưởng, hệ thống phải đảm bảo chất lượng được trình bày cho người dùng ít nhất là ở mức chấp nhận được, đó phải là các đặc tả yêu cầu QOS của người dùng.
Các tầng khác nhau của hệ thống thao tác trên các đối tượng dữ liệu khác nhau. Ví dụ: Ở tầng ứng dụng video, dữ liệu là hình ảnh và frame. Ở tầng mạng, đối tượng dữ liệu là gói tin (packet). Ở tầng vật lý đối tượng dữ liệu là bit. Hệ quả là các tham số khác nhau được dùng ở các mức hệ thống khác nhau. Các tham số có thể khác nhau trong 7 tầng của hệ thống truyền thông nếu dùng mô hình tham khảo OSI. Các yêu cầu tầng cao hơn được ánh xạ vào các yêu cầu tầng thấp hơn.
User
specification Application parameters System parameters
Phone voice quality
Sample rate = 8 Khz Bit per second = 8
Bit rate=64 Kbit/s (without compression) Bit rate=16 Kbit/s (with compression) End-to-End delay ≤ 150 ms
Packet loss rate ≤ 1% CD audio
Sample rate = 8 Khz Bit per second = 8 2 channels
Bit rate=1.41 Mbit/s (without compression) Bit rate=128 Kbit/s (with compression) End-to-End delay ≤ 150 ms
Packet loss rate ≤ 0.1%
Skew between 2 audio channel ≤ 11 µs NTSC video 30 frames / s Resolution: 720x480 Bit rate=200 Mbit/s (without compression) Bit rate=2 Mbit/s (with compression)
HDTV 30 frames / s Resolution: 1140x1152 Bit rate=800 Mbit/s (without compression) Bit rate=10 Mbit/s (with compression) Lip
synchronization Intermedia skew ≤ 400 ms
Delay jitter
Buffer requirement
5.4. Thương lượng và tái thương lượng QOS:
Khi một kết nối với các đặc tả QOS được thiết lập, các tham số QOS được dịch và thương lượng trong các hệ thống con có liên quan. Cho đến khi tất cả các hệ thống con chấp nhận và bảo đảm các thông số đặc tả QOS có thể đạt được.
Trong quá trình thương lượng, một số bước được thực hiện: − Các tham số QOS được ánh xạ từ một tầng tầng khác.
− Mỗi tầng xác định có thể hỗ trợ dịch vụ được yêu cầu hay không, nếu như cần có một số tài nguyên được yêu cầu dành riêng cho phiên làm việc này.
− Khi tất cả các hệ thống con chấp nhận các thông số QOS, thì phiên làm việc được thiết lập. Ngoài ra nó bị từ chối.
− Một hệ thống tinh vi có thể chỉ cho người dùng, mức QOS nào có thể được hỗ trợ. Nếu người dùng chấp nhận mức chất lượng đề nghị thì phiên làm việc được thiết lập.
− Để đối phó với độ phức tạp của đặc tả kỹ thuật QOS và các thương lượng, kỹ thuật gọi là “QOS broker” được đề nghị.
Các truyền thông đa phương tiện thường là động. Trong một phiên truyền thông, QOS có thể được thay đổi bới nhiều lý do:
− Người dùng yêu cầu khởi động một phiên làm việc với một kênh video và một kênh audio chất lượng cao. Bởi vì người dùng phải trả chi phí trên cơ sở của QOS được dùng, nên họ có thể chọn chất lượng thấp hơn hoặc huỷ bỏ sau khi sử dụng một thời gian.
− Người dùng yêu cầu khởi động phiên làm việc với kênh video và kênh audio chất lượng thấp, nhưng được chất lượng một kênh video quá thấp và quyết định tăng yêu cầu chất lượng.
− Người dùng yêu cầu khởi động một phiên làm việc với kênh video và kênh audio. Trong quá trình sử dụng, một kênh thêm được yêu cầu để truy cập cơ sở dữ liệu đa phương tiện.
Như vậy, cần cung cấp các cơ chế thương lượng để thay đổi các yêu cầu QOS của truyền thông đa phương tiện
5.5. Các mức khác nhau của sựđảm bảo QOS
Một cách tổng quát, có ba mức đảm bảo chất lượng dịch vụ:
– Cứng (hard) hay đảm bảo tiền định (deterministic guarantee): QOS được người dùng đặc tả đạt được 100%. Sự đảm bảo này rất đắt trong các ngữ cảnh tài nguyên hệ thống. Các tài nguyên được dành riêng cho ứng dụng. Ngay cả khi không dùng, nó cũng không cho phép ứng dụng khác sử dụng.
– Mềm (soft)hayđảm bảo thống kê (statistical guarantee): QOS được người dùng đặc tả với một tỷ lệ phần trăm yêu cầu. Đây là kiểu thích hợp cho phương tiện liên tục, vì nó không cần tới độ chính xác 100% khi phát lại. Hơn nữa, kiểu này dùng tài nguyên hệ thống hiệu quả hơn. Các tài nguyên không sử dụng của một
ứng dụng, có thể dùng cho các ứng dụng khác. Tuy nhiên nó khó cài đặt vì sự biến động của lưu thông và cách sử dụng tài nguyên.
– Cố gắng tối đa (best effort): Không cung cấp sự đảm bảo và ứng dụng được thực hiện với mọi tài nguyên sẳn dùng.
5.6. Cung cấp đảm bảo QOS
QOS được đảm bảo chỉ khi có đầy đủ các tài nguyên sẳn dùng và một kế hoạch thích hợp của quá trình được cài đặt. Yêu cầu kiểm soát đầu vào ngăn chận quá tải, và yêu cầu các cơ chế kiểm soát ngăn chận các ứng dụng dùng nhiều các tài nguyên hơn cái mà nó được cấp.
Khi QOS từ đầu này đến đầu kia được yêu cầu, mỗi hệ thống con giữ một vai trò quan trọng. Toàn bộ hệ thống truyền thông, từ nguồn đến đích, giống như đường ống dẫn. Khi một phần của ống bị tắt, yêu cầu QOS không đạt được.
Như vậy, hệ thống con phải có chức năng quản lý QOS gồm năm thành phần: Đặc tả QOS, Kiểm soát đầu vào, thỏa thuận và thỏa thuận lại, cấp phát tài nguyên,và kiểm soát lưu thông.
Để quản lý các hệ thống con này, các kiến trúc QOS đã được phát triển. Kiến trúc QOS cung cấp một kế hoạch làm việc, và các hệ thống con phải phối hợp dưới kế hoạch này để cung cấp đảm bảo QOS từ đầu này đến đầu kia.
5.7. Một ví dụ của thao tác QOS
Giả sử một khách hàng muốn tìm kiếm và phát lại một đoạn audio chất lương điện thoại từ một máy chủ ở xa. Các bước sau đây được thiết lập cho phiên làm việc của người dùng.
1) Người dùng chọn tên file và chất lượng điện thoại, qua một giao diện.
2) Ứng dụng tìm kiếm, dịch yêu cầu người dùng theo các tham số: Tốc độ mẫu = 8 Khz, số bit mỗi mẫu = 8.
3) Ứng dụng chuyển yêu cầu đến HĐH người dùng, để xác định nó có thể xử lý môt byte trong 125 µs không, nếu không yêu cầu bị từ chối.
4) HĐH chuyển yêu cầu đến hệ thống vận chuyển để xác định xem nó có thể hỗ trợ tốc độ bit 64 Kbit/s không, nếu không yêu cầu bị từ chối.
5) Hệ thống vận chuyển đưa yêu cầu đến HĐH máy chủ để xác định xem nó có thể xử lý môt byte trong 125 µs không, nếu không yêu cầu phiên bị từ chối.
6) HĐH máy chủ chuyển yêu cầu đến bộ điều khiển đĩa để xác định xem nó có thể hỗ trợ tốc độ vận chuyển khoảng 64 Kbit/s không, nếu không yêu cầu phiên làm việc bị từ chối.