LỜI MỞ ĐẦU Truyền dữ liệu đa phương tiện thời gian thực (live multi media streaming) trong mạng ngang hàng hiện đã và đang được triển khai mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới với các ứng dụng nổi bật như hội thảo trực tuyến (Video conference), truyền hình trực tiếp hay xem phim trực tuyến trên mạng,…Các ứng dụng đa phương tiện (multimedia) này là loại ứng dụng nhạy cảm với độ trễ, tuy nhiên chúng lại cho phép sự mất mát gói tin ở một mức độ nào đó. Như vậy so với các ứng dụng truyền thống thì tính chất của nó hoàn toàn ngược lại: chấp nhận mất mát nhưng yêu cầu độ trễ nhỏ, trong khi các ứng dụng truyền thống thì cho phép độ trễ lớn và không chấp nhận mất mát dữ liệu. Việc nghiên cứu đánh giá chất lượng của truyền dữ liệu Muticast tầng ứng ứng giúp cho ta đánh giá được lưu lượng truyền, tỉ lệ thành công, việc mất gói tin, độ trễ của truyền dữ liệu giữa peer trong mạng không đồng nhất về băng thông từ đó đưa ra các giải thuật cũng như các thiết kế kiến trúc mạng phù hợp. Các node có băng thông lớn nhỏ cũng cần nhận/chuyển tiếp lượng data phù hợp với khả năng, cấp độ của nó tránh tình trạng thắt nút cổ trai nội dung và thắt cổ trai băng thông.
Đánh giá chất lượng truyền Multicast tầng ứng dụng là cơ sở cho việc đưa ra các giải thuật thực hiện cân bằng tải, xây dựng các kiến trúc cây phân bổ trong việc truyền dữ liệu. Kết quả mô phỏng đưa ra giúp hoạch định chính xác được sự phân bổ băng thông của việc truyền dữ liệu, những sự mất mát dữ liệu, độ trễ, biến thiên độ trễ trong quá trình multicasting. Các kỹ thuật và giải thuật của việc phân tích gói tin theo chuẩn được áp dụng tương tự cho việc đánh giá thông lượng, độ trễ… của ứng dụng truyền multicast thực tế trong cuộc sống. Nội dung chủ yếu của đề tài là nghiên cứu việc truyền Multicast trên tầng ứng dụng, mô phỏng và đánh giá chất lượng của nó, bao gồm các mục chính sau: Chƣơng 1: Tổng quan về truyền tin multicast Đánh giá chất lượng truyền tin multicat trên tầng ứng dụng Lê QuangTuấn K13T3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 Giới thiệu tổng quan về truyền tin đa phương tiện, các thành phần và yếu tố liên quan trong việc truyền thông đa phương tiên.
Giới thiệu tổng quan về multicast và các kỹ thuật truyền tin multicast tầng IP và tầng ứng dụng. Xem xét, đánh giá các ưu điểm cũng như hạn chế của từng phương pháp truyền tin Multicast. Chƣơng 2:Đảm bảo chất lƣợng dịch vụ truyền tin multicast Phần này đưa ra cái nhìn tổng quan về đánh giá chất lượng dịch vụ truyền tin bao gồm: khái niệm, các thành phần liên quan. Tiếp đó đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền tin và các giải pháp nâng cao chất lượng truyền tin multicast.
Chƣơng 3: Xây dƣng chƣơng trình - Đánh giá hiệu quả của truyền tin multicast tầng ứng dụng Xây dựng chương trình mô phỏng việc truyền Multicast tần ứng dụng. mô phỏng quá trình truyền dữ liệu trong mạng đó bằng bộ mô phỏng NS, xây dựng các kịch bản khác nhau để đánh giá chất lượng đối với từng kịch bản để đưa ra topo tối ưu về chất lượng dịch vụ truyền tin Multicast tầng ứng dụng. Chƣơng 4: Kết luận Tổng kết công việc đánh giá chất lượng dịch vụ truyền dữ liệu Multicast tầng ứng dung, đưa ra các định hướng cho việc nghiên cứu tiếp theo. Đánh giá chất lượng truyền tin multicat trên tầng ứng dụng Lê QuangTuấn K13T3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TIN MULTICAST 1.1 Giới thiệu về truyền tin đa phương tiện 1.1 Khái niệm về truyền thông đa phƣơng tiện Truyền thông đa phương tiện (video - multimedia streaming) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực giải trí của cuộc sống.
Sự phát triển với triển với tốc độ vũ bảo của các vi mạch điện tử và máy tính kéo theo việc số hóa dữ liệu và truyền thông video. Internet ra đời và phát triển giúp cho việc truyền dữ liệu video trên mạng ngày càng được quan tâm. Tuy nhiên việc truyền này yêu cầu một băng thông rấ lớn và luôn đối mặt với việc mất gói, độ trễ trên đường truyền. chia sẽ tài nguyên mạng giữa các luồng hay làm thế nào có thể triển khai hiệu quả phương thức truyền thông một- nhiều ( truyền dữ liệu từ một nguồn đến nhiều đích cùng một lúc).
Trong quá khứ đã có rất nhiều giải pháp được nghiên cứu và phát triển nhằm khác phục những vấn đề này tuy nhiên để hướng tới chất lượng dịch vụ tốt hơn, ngày càng có nhiều kỹ thuật và giải phát đưa ra nhằm tối ưu hóa cũng như giảm thiểu các yếu tố trên. Video streaming được định nghĩa là một “dòng chảy” video , nghĩa là dữ liệu video được truyền liên tục từ một nguồn đến một đích nào đó. Ý tưởng cơ bản của video streaming đó là chia video thành từng frame, sau đó liên tục truyền những phần được chia ra và bên nhận có thể hiện thị những phần video đã nhận được mà không phải đợi cho đến khi toàn bộ video được truyền xong. Trong việc truyền tin thời gian thực trên Internet, dữ liệu được truyền theo cơ chế dịch vụ best - effort (cố gắng tối đa).
Dữ liệu sẽ không được phát lại đối với các gói tin bị mất trên đường truyền cũng như không đảm bảo về độ trễ của gói tin. Các ứng dụng truyền tin hướng đến sự chia xẻ cho nhiều người dùng cùng một lúc, tức là tại một thời điểm cụ thể, một node sẽ làm nhiệm vụ phát tràn (streaming) dự liệu, các node khác trong mạng sẽ nhận được dữ liệu đó thông qua các kết nối vật lý cùng với phương thức truyền tin trong mạng. Các ứng dụng về lĩnh vực này như video conference hoạc truyền hình trực tuyến. Có 2 dạng truyền dữ liệu multimedia cơ bản là Truyền audio và video đã được lưu trữ: Đối với các ứng dụng loại này, người dùng tại các máy trạm (client) truy cập đến các files audio hoặc video đã được lưu trữ sẵn trên các máy phục vụ Đánh giá chất lượng truyền tin multicat trên tầng ứng dụng Lê QuangTuấn K13T3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Các files audio có thể là các bài hát, bài giảng, hoặc các đoạn băng được ghi âm từ trước,. Các files video có thể là những bộ phim, video clips, các đoạn video của những sự kiện thể thao, giải trí. Trong hầu hết các ứng dụng loại này, sau một thời gian trễ vài giây, các máy trạm có thể chạy được các file trong khi chúng vẫn tiếp tục nhận phần còn lại từ server. Nhiều ứng dụng còn cho phép tính năng tương tác với người dùng: cho phép người dùng pause, play, next, previous.
Từ lúc người dùng đưa ra yêu cầu đến khi nhận được đáp ứng khoảng từ 1 – 10s là có thể chấp nhận được. Yêu cầu đối với độ trễ và jitter (sự biến thiên độ trễ) không chặt chẽ bằng ở trong ứng dụng thời gian thực như điện thoại Internet, video conference thời gian thực. Các chương trình dùng để chạy các file audio/video được lưu trữ trên mạng hiện nay như: RealOne Player, Winamp, Windows Media Player… Truyền audio và video thời gian thực: Các ứng dụng loại này tương tự như phát thanh và truyền hình quảng bá, có điều nó được thực hiện trên Internet. Các ứng dụng cho phép người dùng nghe/xem được các chương trình phát thanh/truyền hình từ bất kỳ nơi nào trên thế giới.
Chẳng hạn người dùng có thể nghe đài BBC phát từ Anh, các kênh truyền hình VTV phát đi từ Hà nội từ bất kỳ máy nào kết nối Internet. Đặc trưng của lớp ứng dụng này là nhiều người có thể đồng thời nhận được cùng một chương trình audio/video. Các ứng dụng này không cho phép tương tác người dùng. Cũng như lớp ứng dụng truyền audio/video được lưu trữ, độ trễ các ứng dụng loại này cho phép tối đa là 10s.
Việc phân phối audio/video cho nhiều người dùng được thực hiện bằng kỹ thuật multicast hoặc nhiều dòng unicast riêng biệt cho mỗi người nhận.2 Cấu trúc và các thành phần của một hệ thống Cấu thành nên một hệ thống video streaming gồm có 6 yếu tố cơ bản: cơ chế nén video, cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng, dịch vụ phân phát video, máy chủ streaming, cơ chế đồng bộ dữ liệu và giao thức dành cho video streaming [10]. Hình 1 bên dưới cho ta thấy được mối liên hệ giữa các yếu tố này với nhau: Đánh giá chất lượng truyền tin multicat trên tầng ứng dụng Lê QuangTuấn K13T3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 11 Hình 1: Cấu trúc ứng dụng video streaming Cơ chế nén video: Dữ liệu video nguyên gốc cần phải được nén trước khi được truyền nhằm tiết kiệm băng thông. Cơ chế điều khiển chất lƣợng dịch vụ tầng ứng dụng: Để đối phó với sự biến thiên của tài nguyền mạng hoặc để cung cấp chất lượng hình ảnh thay đổi theo từng người dùng, nhiều kỹ thuật điều kiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng đã được đưa ra. Kỹ thuật đó bao gồm điều khiển tắc nghẽn và điều khiển lỗi.
Điều khiển tắc nghẽn được triển khai để ngăn ngừa việc mất gói tin và giảm độ trễ. Trong khi đó, điều khiển lỗi cải thiện chất lượng hình ảnh khi có gói tin bị mất. Dịch vụ phân phát video trên đƣờng truyền: Được xây dựng trên nền của Internet ( giao thức IP), dịch vụ phân phát video trên đường truyền cho phép đạt được QoS ( chất lượng dịch vụ) và hiệu quả cho việc phân phát video qua mạng Internet. Máy chủ streaming đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ streaming.
Máy chủ streaming được yêu cầu phải xử lý các dữ liệu video với sự rằng buộc về thời gian, đồng thời hỗ trợ các hành động tương tác như dừng (pause), tua (fast forward). Một server streaming gồm 3 hệ thống con: bộ truyền tin (communicator) ví dụ như giao thức tầng giao vận, hệ điều hành và hệ thống lưu trữ. Đánh giá chất lượng truyền tin multicat trên tầng ứng dụng Lê QuangTuấn K13T3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 Cơ chế đồng bộ dữ liệu: Với cơ chế đồng bộ, ứng dụng tại bên nhận có thể hiển thị video gần giống như khi nó được khởi tạo tại bên gửi. Một ví dụ của cơ chế đồng bộ là cử động môi của người nói phải phù hợp với tiếng nói họ phát ra.
Giao thức dành cho video streaming. Giao thức được thiết kế và chuẩn hóa cho truyền thông giữa máy khách và máy chủ streaming.