Luận án tiến sĩ kỹ thuật viễn thông: Nâng cao chất lượng truyền video thích nghi HTTP trên mạng điều khiển bằng phần mềm SDN

• Tác giả: Phạm Hồng Thịnh
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Thu Hương
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Truyền Video Thích Nghi HTTP Trên Mạng SDN
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vấn đề về HTTP streaming hiện nay
• 1.2. Kỹ thuật streaming video và các chuẩn hiện tại
• 1.3. Vấn đề thích ứng tốc độ trong HTTP streaming
• 1.4. HTTP streaming theo cảm nhận người dùng QoE
• 1.5. Truyền video qua giao thức HTTP
• 1.6. Mô hình truyền video thích ứng động trên giao thức HTTP (DASH)
• 1.7. Khái quát chung
• 1.8. Tệp Media Presentation Description (MPD)
• 1.9. Kỹ thuật mã hóa video
• 1.10. Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng trải nghiệm QoE
• 1.11. Giới thiệu mô hình QoE
• 1.12. Mạng định nghĩa bằng phần mềm SDN
• 1.13. Khái niệm chung
• 1.14. Kiến trúc SDN
• 1.15. Một số ưu điểm chính của SDN
• 1.16. So sánh SDN và mạng truyền thống
• 1.17. Giao thức OpenFlow. Các thành phần của OpenFlow/ SDN
• 1.18. Triển khai mạng SDN
• 1.19. Triển khai đồ hình mạng
• 1.20. Triển khai bộ điều khiển - Controller
• 1.21. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: TRUYỀN VIDEO CBR THÍCH NGHI GIAO THỨC HTTP DỰA TRÊN KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN CỦA SDN
• 2.1. Giới thiệu chương
• 2.2. Các công trình nghiên cứu liên quan
• 2.3. Vấn đề thích nghi tốc độ bit
• 2.4. Lựa chọn thời khoảng cho phân đoạn video
• 2.5. Các phương pháp thích ứng tốc độ bit
• 2.6. Phương pháp dựa vào thông lượng. Phương pháp dựa vào bộ đệm
• 2.7. Kỹ thuật định tuyến cho luồng video trong mạng SDN. Xây dựng kiến trúc bộ điều khiển đề xuất
• 2.8. Tính toán băng thông trong mạng SDN
• 2.9. Lưu đồ thuật toán trên bộ điều khiển SDN
• 2.10. Thuật toán thích ứng tốc độ bit với cơ chế định tuyến đề xuất
• 2.11. Thiết lập thí nghiệm và các kịch bản đánh giá
• 2.12. Thiết lập thí nghiệm
• 2.13. Các kịch bản thí nghiệm
• 2.14. Kịch bản băng thông hai mức
• 2.15. Kịch bản băng thông thực tế
• 2.16. Đánh giá kết quả và thảo luận
• 2.17. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP CẢI THIỆN QoE TRONG STREAMING VIDEO VBR QUA GIAO THỨC HTTP DỰA TRÊN SDN
• 3.1. Giới thiệu chương
• 3.2. Các công trình liên quan đến giải pháp đề xuất
• 3.3. Kiến trúc đề xuất cho streaming video VBR qua HAS và SDN
• 3.4. Truyền video VBR qua giao thức HTTP dựa trên kỹ thuật định tuyến định kỳ và thích nghi của SDN
• 3.5. Vấn đề biến đổi thông lượng và lựa chọn tốc độ bit tối ưu cho video VBR
• 3.6. Đề xuất thuật toán thích nghi VBR kết hợp với định tuyến dựa trên SDN (VASR)
• 3.7. Kỹ thuật định tuyến định kỳ và định tuyến thích nghi dựa trên SDN đề xuất
• 3.8. Định tuyến định kỳ dựa trên SDN (SPR)
• 3.9. Định tuyến thích nghi dựa trên SDN không có giám sát (SAR)
• 3.10. Định tuyến thích nghi dựa trên SDN có giám sát (SARM)
• 3.11. Thực nghiệm và đánh giá kết quả
• 3.12. Thiết lập thực nghiệm
• 3.13. Các kịch bản thí nghiệm
• 3.14. Đánh giá kết quả
• 3.15. Giải pháp cải thiện QoE cho video VBR qua giao thức HTTP dựa trên SDN
• 3.16. Ước tính thông lượng và mức đệm cho giải pháp đề xuất. Thuật toán thích nghi đề xuất MUNTH
• 3.17. Đánh giá hiệu năng
• 3.18. Thiết lập thí nghiệm và các kịch bản. Lựa chọn ngưỡng đệm tốt nhất
• 3.19. So sánh, đánh giá các phương pháp
• 3.20. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP PHÂN BỔ BĂNG THÔNG VÀ CẢI THIỆN QoE TRONG STREAMING VIDEO CHO ĐỒNG THỜI NHIỀU NGƯỜI DÙNG
• 4.1. Giới thiệu chương
• 4.2. Các vấn đề liên quan và ý tưởng xây dựng giải pháp
• 4.3. Kiến trúc phân bổ băng thông đề xuất dựa trên SDN cho nhiều người dùng đồng thời truy cập
• 4.4. Đề xuất giải pháp phân bổ băng thông công bằng trên SDN (MSMA-0)
• 4.5. Đề xuất giải pháp phân bổ băng thông thích ứng trên SDN (MSMA-1)
• 4.6. Thiết lập thí nghiệm và các kịch bản
• 4.7. Thiết lập thí nghiệm
• 4.8. Các kịch bản thí nghiệm
• 4.9. Đánh giá kết quả và thảo luận
• 4.10. Tham số công bằng (fairness), hiệu quả (efficiency) và ổn định (stability)
• 4.11. Đánh giá hiệu năng
• 4.12. Kết luận chương 4
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tính cấp thiết của luận án

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và truyền thông, việc tiêu thụ nội dung đa phương tiện, đặc biệt là video, đang gia tăng nhanh chóng. Theo dự báo của Cisco, truyền phát video sẽ chiếm khoảng 82% tổng lưu lượng truy cập Internet toàn cầu. Điều này đặt ra thách thức cho các nhà cung cấp dịch vụ trong việc đảm bảo chất lượng truyền video. Kỹ thuật streaming thích ứng qua giao thức HTTP (HAS) đã trở thành một giải pháp phổ biến. Tuy nhiên, việc nâng cao chất lượng truyền video vẫn là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn. Mạng định nghĩa bằng phần mềm (SDN) với khả năng quản lý linh hoạt và hiệu quả có thể giúp cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng. Luận án này nhằm mục tiêu phát triển các giải pháp nâng cao chất lượng truyền video thích nghi thông qua việc kết hợp giữa HAS và SDN.

II. Tổng quan về kỹ thuật truyền video qua giao thức HTTP và mạng SDN

Kỹ thuật truyền video qua giao thức HTTP đã phát triển mạnh mẽ với sự ra đời của DASH, cho phép video được chia thành các đoạn nhỏ và mã hóa ở nhiều mức chất lượng khác nhau. Điều này giúp người dùng có thể lựa chọn chất lượng video phù hợp với băng thông hiện có. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa chất lượng truyền video trong môi trường mạng SDN vẫn còn nhiều thách thức. SDN cho phép tách biệt giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu, giúp việc quản lý và điều phối lưu lượng trở nên hiệu quả hơn. Các giao thức như OpenFlow hỗ trợ việc thu thập thông tin mạng và điều chỉnh băng thông một cách linh hoạt. Việc áp dụng SDN trong truyền video có thể cải thiện đáng kể chất lượng trải nghiệm (QoE) của người dùng.

III. Giải pháp cải thiện QoE trong streaming video VBR qua giao thức HTTP dựa trên SDN

Giải pháp đề xuất cho streaming video VBR (Variable Bit Rate) thông qua SDN tập trung vào việc tối ưu hóa tốc độ bit và băng thông. Các thuật toán thích ứng tốc độ bit được phát triển nhằm cải thiện QoE bằng cách sử dụng thông tin trạng thái mạng và bộ đệm. Việc áp dụng các phương pháp định tuyến thích nghi dựa trên SDN giúp tối ưu hóa lưu lượng video, đảm bảo rằng các luồng video có mức ưu tiên cao nhất được truyền tải qua các đường dẫn có băng thông lớn nhất. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng việc sử dụng SDN không chỉ cải thiện chất lượng truyền video mà còn nâng cao sự ổn định và hiệu suất của hệ thống.

IV. Đánh giá và thảo luận

Các kết quả từ nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp giữa HAS và SDN mang lại nhiều lợi ích cho chất lượng truyền video. Các phương pháp định tuyến và phân bổ băng thông dựa trên SDN đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện QoE. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề cần được giải quyết, như việc tối ưu hóa các thuật toán thích ứng tốc độ bit và cải thiện khả năng quản lý tài nguyên mạng. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các giải pháp truyền video trong tương lai, đặc biệt là trong bối cảnh mạng 5G và IoT đang phát triển mạnh mẽ.