Luận văn Nghiên cứu phương pháp phát lại nhanh trong cây phân phối đa hướng lớn IPTV

Sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet băng rộng đã làm
thay đổi cả về nội dung và kĩ thuật truyền hình. Hiện nay, IPTV đang
là cấp độ truyền hình cao nhất và là công nghệ truyền hình thống trị
của tương lai. IPTV sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực RTP.
Giao thức này cho độ trễ thấp, phân phối thông tin ràng buộc thời
gian. Tuy nhiên, khả năng mất gói tin IPTV trong IPTV rất cao. Việc
mất gói tin ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng dịch vụ QoS và
chất lượng trải nghiệm (QoE) đối với người sử dụng. Hai kỹ thuật
chống mất gói : sửa lõi chuyển tiếp FEC và phát lại gói còn nhiều
hạn chế trong việc phân phối luồng IPTV.Cần phải có một kỹ thuật
chống mất gói phù hợp - Kỹ thuật phát lại nhanh.

1. 1
BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
------ Ạ ------




PHẠM NGỌC LINH
 
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÁT LẠI NHANH TRONG
CÂY PHÂN PHỐI ĐA HƯỚNG LỚN IPTV



Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số : 60.52.70


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT






Đà Nẵng - Năm 2011 https://lop1.edu.vn/

2. 2
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


Người hướng dẫn khoa học : TS NGÔ VĂN SỸ


Phản biện 1 : TS Nguyễn Văn Tuấn
Phản biện 2 : TS Lương Hồng Khanh

Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 25 tháng
06 năm 2011


Có thể tìm hiểu luận văn tại :
- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
https://lop1.edu.vn/

3. 3

MMỞỞ ĐĐẦẦUU
1. Lý do ch
ọn ñề tài
S
ự phát triển nhanh chóng của mạng Internet băng rộng ñã làm
thay
ñổi cả về nội dung và kĩ thuật truyền hình. Hiện nay, IPTV ñang
là c
ấp ñộ truyền hình cao nhất và là công nghệ truyền hình thống trị
c
ủa tương lai. IPTV sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực RTP.
Giao th
ức này cho ñộ trễ thấp, phân phối thông tin ràng buộc thời
gian. Tuy nhiên, kh
ả năng mất gói tin IPTV trong IPTV rất cao. Việc
m
ất gói tin ảnh hưởng nghiêm trọng ñến chất lượng dịch vụ QoS và
ch
ất lượng trải nghiệm (QoE) ñối với người sử dụng. Hai kỹ thuật
ch
ống mất gói : sửa lõi chuyển tiếp FEC và phát lại gói còn nhiều
h
ạn chế trong việc phân phối luồng IPTV.Cần phải có một kỹ thuật
ch
ống mất gói phù hợp - Kỹ thuật phát lại nhanh.
2. M
ục ñích nghiên cứu
Th
ực hiện phương pháp phát lại nhanh trong mạng phân phối cục
b
ộ của mạng phân phối ña hướng lớn IPTV.
3.
Đối tuợng và phạm vi nghiên cứu
· Công ngh
ệ IPTV.
· Các giao th
ức truyền tải IPTV.
· K
ỹ thuật mã hoá hình ảnh.
· Nguyên nhân và hậu quả của mất gói ñối với các ứng dụng IPTV.
· Kỹ thuật phục hồi và khôi phục lỗi.
· K
ỹ thuật và mô hình ño chất lượng.
· Thi
ết kế, thực hiện mô hình mẫu.
· Đánh giá hiệu quả kỹ thuật phát lại nhanh dựa trên mô hình mẫu.
4. Phương pháp nghiên cứu https://lop1.edu.vn/

4. 4
Nghiên cứu lý thuyết và thực hiện mô hình mô phỏng trên máy
tính
ñể ñánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết.
5. Ý ngh
ĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Giúp nâng cao ch
ất lượng dịch vụ QoS và chất lượng trãi nghiệm
QoE cho d
ịch vụ IPTV. Xây dựng cơ sở lý thuyết nền tảng về
ph
ương pháp phát lại
6. C
ấu trúc luận văn : luận văn bao gồm 04 chương
Ch
ương 1 : TỔNG QUAN VỀ IPTV
Ch
ương này tập trung trình bày khái quát tổng quan về công
ngh
ệ IPTV những khái niệm, tính năng và dịch vụ cơ bản của IPTV.
+ Ch
ương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP PHÁT LẠI
NHANH.
Ch
ương này giới thiệu kiến thức nền tảng về kỹ thuật phát lại
nhanh
ña hướng, các giao thức sử dụng cho truyền tải, các phương
pháp phân ph
ối, các chuẩn nén ảnh, nguyên nhân và hậu quả của mất
gói, các k
ỹ thuật khôi phục lỗi, tiêu chuẩn và phép ño chất lượng
d
ịch vụ từ ñó ñể ñưa ra ñược sự cần thiết phải sử dụng kỹ thuật phát
l
ại gói cho dịch vụ IPTV.
+ Ch
ương 3 : THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN KỸ THUẬT PHÁT LẠI
NHANH.
Ch
ương này tập trung phân tích yêu cầu ñối với kỹ thuật phát lại
nhanh cho lu
ồng IPTV trong mạng phân phối ña hướng, thiết kế và
th
ực hiện mô hình mẫu cho kỹ thuật phát lại nhanh IPTV ña hướng.
+ Chu
ơng 4 : ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KỸ
THU
ẬT PHÁT LẠI NHANH
Ch
ương này sẽ tập trung sử dụng phần mềm OPNET ñể thực hiện
mô ph
ỏng và ñánh giá kết quả ñể xác ñịnh khả năng ứng dụng của kỹ
thu
ật phát lại nhanh. Đưa ra các kết luận về các câu hỏi nghiên cứu https://lop1.edu.vn/

5. 5
ñã ñặt ra và cuối cùng là kết luận chung và hướng phát triển tiếp
theo.


1.1 Gi
ới thiệu chương
IPTV
ñang là cấp ñộ truyền hình cao nhất và là công nghệ
truy
ền hình thống trị của tương lai. Để hiểu rõ hơn về vấn ñề này,
ch
ương này tập trung trình bày khái quát tổng quan về công nghệ
IPTV nh
ững khái niệm, tính năng, sự khác biệt với các dịch vụ
truy
ền hình hiện có và cơ sở hạ tầng cơ bản của mạng IPTV.
1.2 T
ổng quan
1.3 M
ột số ñặc tính IPTV:
1.3.1 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet
1.3.2 Ưu ñiểm của truyền hình IPTV so với TV truyền thống
1.4
Ưu ñiểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV
1.5 C
ơ sở hạ tầng một mạng IPTV


Hình 1.1 : Sơ ñồ khối ñơn giản của một hệ thống IPTV
1.5.1 Các dịch vụ IPTV
1.5.2 Tính năng quản lý dịch vụ IPTV
1.6 D
ự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ IPTV
1.7 K
ết luận chương
N
ội dung chương I cho chúng ta một cái nhìn tổng quan cơ
b
ản về dịch vụ IPTV. Với sự vượt trội về công nghệ, dịch vụ và giá
thành, truy
ền hình IPTV sẽ là một dịch vụ sẽ phát triển mạnh và thay
d
ần các dịch vụ truyền hình hiện nay.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV

Trung
tâm dữ
liệu IPTV
Mạng lõi hoặc
mạng biên
Mạng
truy nhập
Mạng gia
ñình https://lop1.edu.vn/

6. 6


 

2.1 Gi
ới thiệu chương
Chương này sẽ trình bày nền tảng lý thuyết các kỹ thuật
liên quan
ñến việc phân phối dịch vụ IPTV, mô tả ngắn gọn các
k
ỹ thuật nén ảnh ñể chúng ta dễ hình dung ñược mất gói ảnh
h
ưởng như thế nào ñến dịch vụ IPTV. Trình bày về các phép
ño và các chuẩn ño ñể ñánh giá dịch vụ IPTV. Toàn bộ nội
dung ch
ương này nhằm mục ñích tạo cơ sở lý thuyết ñể xác
ñịnh QoE và QoS của dịch vụ IPTV. Các giao thức và kỹ thuật
phân ph
ối IPTV.
2.2 Các giao th ức và kỹ thuật phân phối IPTV
2.2.1 Các giao thức truyền tải IPTV
2.2.2 Các phương pháp phân phối nội dung IPTV

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP
PHÁT L
ẠI NHANH
Trung tâm
dữ liệu
Mạng
lõi
Trung tâm
dữ liệu
Mạng
Truy nhập
Mạng
gia ñình
Nút
Truy nhập
Thuê bao C
Thuê bao B
Thuê bao A Luồng IPTV
Cây ña hướng https://lop1.edu.vn/

7. 7
Hình 2.1 : Mạng phân phối IPTV ñối với TV quảng bá với hai
lu
ồng IPTV ñến các ñích khác nhau
2.2.3 Giao thức truyền tải thời gian thực
Giao th
ức truyền tải thời gian thực RTP là giao thức truyền tải
ñược thiết kế truyền dữ liệu thời gian thực trên mạng Internet. RTP
cung c
ấp dữ liệu với các ñặc trưng thời gian thực, dùng trong các
ứng dụng ñộ trễ thấp như : thoại, hội nghị truyền hình hay IPTV. Đặc
thù RTP ch
ạy ở trên UDP nhưng cũng ñược hỗ trợ bởi TCP. Bản
thân RTP không
ñảm bảo phân phát ñúng lúc và cũng không tin cậy
nh
ưng nó lại cung cấp các thuộc tính của luồng dữ liệu ña phương
ti
ện.
Giao th
ức RTP gồm hai phần :
· Truy
ền tải thông tin thời gian thực
· Giám sát và báo hi
ệu trong quá trình truyền tải
2.2.4 Giao thức ñiều khiển thời gian thực (RTCP)
Giao th
ức ñiều khiển thời gian thực cung cấp chức năng giám sát
các phiên RTP g
ồm : các kỹ thuật nhận diện người tham gia trong
m
ột phiên RTP và ñiều khiển tối thiểu phiên RTP. Để ñạt ñược mục
ñích này, RTCP cung cấp các báo cáo bộ phát và báo cáo bộ thu.
· Báo cáo b
ộ phát ñược sử dụng bởi các thành viên ñang
tham gia phiên RTP
ñể báo cáo thống kê thu phát.
· Báo cáo b
ộ thu ñược sử dụng ñể báo cáo thống kê thu ñối
v
ới thành viên tham gia phiên RTP mà không kích hoạt dữ liệu gởi.
2.2.5 Khai báo và cấu hình một phiên luồng IPTV
2.2.6 Mở rộng giao thức RTP
Giao th
ức RTP ñược thiết kế với khả năng mở rộng cho tương lai
v
ới các ñiểm ñáng chú ý : trường loại tải cho phép cung cấp các dạng
audio và video m
ới; và ñược áp dụng cho các gói RTCP. Hơn nữa, https://lop1.edu.vn/

8. 8
giao thức còn chỉ ra cách mào ñầu RTP có thể ñược mở rộng và cách
ñể luồng audio và video ñược thêm vào RTP.
Trong ph
ạm vi luận văn này sẽ trình bày ba vấn ñề mở rộng giao
th
ức mới : mở rộng chức năng RTP và RTCP liên quan ñến việc cải
thi
ện khoảng thời gian phát RTCP và phát lại các gói RTP.
2.2.7 Định dạng tải phát lại RTP
Theo chu
ẩn RFC 4588, ñịnh dạng tải phát lại RTP ñược sử dụng
k
ết hợp với kỹ thuật phản hồi ñể tạo thành kỹ thuật khôi phục mất
gói
ñối với các phiên luồng RTP. RFC ñã ñưa ra ñược dạng tải phát
l
ại và hai cơ cấu phát lại :
· Phiên- ghép
· SSRC - Ghép
2.3 Các k
ỹ thuật nén hình ảnh
2.3.1 MPEG-2
Các
ảnh trong chuẩn nén MPEG:
Intra-frame - frame
ñược mã hóa riêng biệt.
P-frame - khung d
ự ñoán ảnh tiếp theo.
B-frame - frame d
ự ñoán hướng .
3 lo
ại ảnh trên kết hợp với nhau tạo thành 1 chuỗi các frame ñược
g
ọi là nhóm ảnh (GOP ).

Hình 2.6 S
ơ ñồ nén MPEG2

Dự ñoán chuyển tiếp các khung P
Dự ñoán chuyển tiếp các khung B
Dự ñoán chuyển ngược các khung B https://lop1.edu.vn/

9. 9
2.3.2 MPEG-4:
2.3.3 H.264
2.4 Nguyên nhân và h
ậu quả của mất gói
M
ất gói xảy ra do các nguyên nhân : Suy hao tín hiệu trong môi
tr
ường mạng, các ñường liên kết mạng bị nghẽn, lỗi thiết bị và lỗi ñường
truy
ền.
2.4.1 Các hậu quả của mất gói ñối với hình ảnh IPTV.
Khi các gói c
ủa một luồng IPTV bị mất, bộ giải mã trong STB không
th
ể giải mã luồng IPTV ñúng, dẫn ñến các lỗi nhìn thấy khi tín hiệu hình
ảnh ñược hiển thị.
2.4.2 Các kỹ thuật khôi phục lỗi và sửa lỗi
Có r
ất nhiều cách ñể khôi phục lỗi chống mất gói, các kỹ thuật này
ñược chia thành hai loại : các kỹ thuật khôi phục mất gói và các kỹ thuật
làm gi
ảm hậu quả của mất gói. Hai kỹ thuật khôi phục lỗi phổ biến là sửa
l
ỗi chuyển tiếp (FEC) và phát lại gói. Hai kỹ thuật này làm giảm ñáng kể
t
ỉ lệ mất gói, hậu quả mất gói. Ngoài ra, còn các kỹ thuật khôi phục lỗi
khác :
ñan xen tải, giấu lỗi, ưu tiên hiệu chỉnh băng thông và ưu tiên tải
ứng dụng.
2.5
Đo và quản lý chất lượng
2.5.1 Các chuẩn ño chất lượng mạng
2.5.2 Yêu cầu chất lượng mạng ñối với dich vụ IPTV
2.5.3 Các chuẩn ño chất lượng video
2.5.4 Các chuẩn ño QoS/QoE IPTV
2.5.5 Các báo cáo mở rộng RTCP
2.5.6 Các kỹ thuật ño chất lượng video
2.6 K
ết luận chương
N
ội dung Chương II trình trình bày về các phương pháp phân phối
d
ịch vụ IPTV. Có nhiều giao thức mạng ñược sử dụng ñể phân phối https://lop1.edu.vn/

10. 10
luồng IPTV và sự phù hợp của từng giao thức cụ thể phụ thuộc vào các
nhân t
ố : Kịch bản ứng dụng, yêu cầu trễ và cấu hình mạng lưới.
Hai giao th
ức phù hợp cho việc phân phối luồng IPTV ña hướng là
UDP và RTP. Tuy nhiên, k
ỹ thuật này lại không phù hợp với phản hồi
ràng bu
ộc thời gian cho phiên RTP với nhiều thành viên - trường hợp của
phân ph
ối luồng IPTV ña hướng.
Ch
ương II cũng ñã trình bày về các nguyên lý nén ảnh và các ví dụ
v
ề các dạng ảnh ñược sử dụng cho dịch vụ IPTV hiện nay. Một câu trả
l
ời cho câu hỏi nghiên cứu : các hậu quả nào của mất gói ñối với dịch vụ
IPTV c
ũng ñược giải ñáp.

Ảnh hưởng của mất gói ñối với chất lượng video ñược ño bằng
nhi
ều cách : Đo khách quan, ño chủ quan và ño gián tiếp.
Trình bày các k
ỹ thuật khôi phục lỗi khác nhau, sử dụng các kỹ
thu
ật này ñể làm giảm các hậu quả dễ nhận thấy của mất gói ñối với
ng
ười sử dụng. Việc khôi phục dữ liệu mất ñược thực hiện nhờ FEC
ho
ặc phát lại gói.
M
ột giải pháp khác ñể khôi phục mất gói thực hiện ñối với các
ph
ần nhỏ hơn của cây phân phối ña hướng ñó là kỹ thuật phát lại nhanh
trong cây con c
ủa mạng phân phối ña hướng. Với kỹ thuật này, sự bùng
n
ổ phản hồi ñược giảm và việc khôi phục lỗi ñược nhanh chóng, ñảm
b
ảo ñược chất lượng video ñối với người dùng.
Tuy nhiên, gi
ải pháp này yêu cầu kỹ thuật phát lại gói ñảm bảo
phân ph
ối luồng IPTV ña huớng ràng buộc thời gian, nghĩa là kỹ thuật
này
ñáp ứng về ñộ tin cậy và tính kịp thời nhờ sử dụng kết hợp giao thức
truy
ền tải phù hợp cho việc phân phối luồng IPTV. Mặt dù bản thân giao
th
ức RTP không cung cấp chức năng phát lại, song nhờ hai mở rộng giao
th
ức cho phép RTP cung cấp chức năng phản hồi ràng buộc thời gian và https://lop1.edu.vn/

11. 11
ñịnh dạng gói phát lại. Hai mở rộng này ñược sử dụng ñể thiết kế kỹ
thu
ật phát lại gói RTP cho phân phối IPTV ña hướng.


3.1 Gi ới thiệu chương
Ch
ương này sẽ trình bày yêu cầu, thiết kế và thực hiện mô hình
m
ẫu ñối với kỹ thuật phát lại nhanh IPTV ña hướng phát quảng bá.
3.2 Phân tích yêu c
ầu
3.2.1 Mô tả viễn cảnh
Các nhà cung c
ấp dịch vụ IPTV cung cấp kênh truyền hình quảng
bá tuy
ến tính ñến khách hàng, các kênh này ñược phát thông qua
m
ạng phân phối ña hướng, mạng này ñược quản lý và ñiều khiển bởi
nhà cung c
ấp dịch vụ IPTV. Toàn bộ luồng kênh IPTV ñều ñã sẵn
sàng trên m
ạng lõi của nhà mạng và chỉ ñược gởi ñến thuê bao tương
ứng khi thuê bao có yêu cầu. Nhóm ña hướng ñược sử dụng ñể phát
lu
ồng IPTV theo nguyên tắc : các gói ñược gởi ñến ñịa chỉ ña hướng
thông qua
ñường truy nhập và ñược chuyển tiếp ñến STB của thuê
bao. STB s
ẽ giải mã gói và hiển thị lên màn hình.
Gi
ải quyết vấn ñề mất gói xảy ra trong mạng truy nhập, người
ta s
ử dụng kỹ thuật phát lại nhằm ñảm bảo ñược QoS. Phương pháp
khôi ph
ục mất gói là lưu trữ tạm thời các gói ñược chuyển tiếp ñến
các thuê bao trong nút truy nh
ập như MSAN hoặc DSLAM và sau ñó
th
ực hiện phát lại. Phương pháp này cho phép khôi phục chống mất
gói c
ục bộ xuất hiện giữa thuê bao và mạng lõi. Trong quá trình thu,
STB c
ủa thuê bao phát hiện mất gói thì lập tức yêu cầu phát lại các
gói m
ất, các gói mất sẽ ñược cung cấp từ nút truy nhập trong khoảng
th
ời gian ngắn nhất.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN K
Ỹ THUẬT
PHÁT LẠI NHANH https://lop1.edu.vn/

12. 12
3.2.2 Mô tả kỹ thuật
M
ạng truy nhập kết nối ñến thiết bị ñầu cuối có ñủ băng tần hiệu
d
ụng ñể phát một kênh quảng bá IPTV.
M
ất gói chỉ xảy ra giữa bộ nhớ phát và bộ thu.
M
ạng phân phối ña huớng như mô phỏng là mạng giả ñịnh.
3.2.3 Các yêu cầu
H
ệ thống sẽ cấp luồng IPTV ña hướng sử dụng kỹ thuật khôi
ph
ục lỗi phát lại gói. Thành phần hệ thống cung cấp phát lại gói là bộ
nh
ớ phát lại nằm ở nút truy nhập của mạng phân phối ña hướng.
Lu
ồng IPTV ña hướng sẽ ñược gởi từ trung tâm dữ liệu IPTV,
ñược giải mã tại thiết bị ñầu cuối người sử dụng.
K
ỹ thuật phát lại sẽ cung cấp chức năng phát lại gói như là một
s
ự gia tăng lưu lượng thêm vào phân phối luồng IPTV bình thường.
K
ỹ thuật phát lại gói cung cấp chức năng khôi phục lỗi chỉ ñối
v
ới mất gói xảy ra trong mạng truy nhập.
3.3 Thi
ết kế
3.3.1 Cấu thành hệ thống











Hình 3.5 : Chồng giao thức phân phối IPTV ña hướng với phát lại gói
*) Các chế ñộ phát RTCP
RTP/RTCP
UDP
IP
Ethernet
Lớp vật lý Lớp vật lý Lớp vật lý Lớp vật lý
IP
Ethernet
IP
Ethernet
IP
Ethernet
Trung tâm
dữ liệu
Bộ
ñịnh tuyến
Nút
truy nhập
Mạng
gia ñình
Thiết bị ñầu
cuối IPTV
Nội dung
MPEG-TS
RTP/RTCP
UDP
IP
Ethernet
RTP/RTCP
UDP
Nội dung
MPEG-TS https://lop1.edu.vn/

13. 13
Phát gián tiếp hoặc trực tiếp ñến bộ nhớ phát lại.
*) Các ch
ế ñộ phát lại RTP
S
ử dụng Phiên – Ghép ñể thực hiện phát lại.
3.3.2 Triển khai hệ thống







Hình 3.7 : Triển khai mô hình mẫu
3.4 Giao th
ức phát lại
Thi
ết bị ñầu cuối IPTV nhận các gói xuất phát từ trung tâm dữ
li
ệu IPTV và lưu vào bộ ñệm một số gói hữu hạn ñể giải quyết việc
bù jitter.
Khi thi
ết bị ñầu cuối IPTV phát hiện mất một hoặc nhiều gói thì
nó s
ẽ tạo một hoặc nhiều thông ñiệp yêu cầu phát lại và gởi ñến bộ
nh
ớ phát lại.
B
ộ nhớ phát lại liên tục nhận các gói xuất phát từ trung tâm dữ
li
ệu và lưu tạm vào trong bộ nhớ. Bộ nhớ phát lại cũng giám sát liên
t
ục các thông ñiệp yêu cầu phát lại ở ñầu vào. Khi thông ñiệp yêu
c
ầu phát lại ñược nhận thì bộ nhớ phát lại sẽ kiểm tra ñể so khớp với
các gói trong b
ộ nhớ, nếu giống nhau thì bộ nhớ phát lại sẽ phát gói
ñến thiết bị ñầu cuối IPTV. Tùy thuộc vào việc nhận gói phát lại,


Bộ ñệm
phát
Bộ phát
RTP
Xứ lý ña
phương

tiện
Trung tâm dữ
Bộ thu
RTP
Bộ ñệm
phát lại
Logic
phát lại
Bộ thu
RTCP
Bộ nhớ phát lại
Bộ thu
RTP
Bộ thu
RTP
Bộ phát
RTCP
Logic
phát
lại
Bộ
ñệm
Xử lý
ña
phương
tiện
Thiết bị ñầu cuối
Bộ phát
RTP
Các gói
Các
gói
phát
lại

RTP
Các gói
RTCP
: luồng ñơn hướng : luồng ñơn hướng https://lop1.edu.vn/

14. 14
thiết bị ñầu cuối IPTV sẽ ñặt gói vào ñúng vị trí trong bộ ñệm hoặc
h
ủy gói nếu nó ñược nhận quá trễ.
3.4.1 Các thông ñiệp giao thức phát lại
Để phát lại gói có hai thông ñiệp ñược sử dụng : Yêu cầu phát
l
ại và ñáp ứng phát lại.
3.4.2 Cấu hình của giao thức phát lại
Các chức năng sau ñây thực sự cần thiết ñể cung cấp kỹ
thu
ật phát lại nhanh ñối với dịch vụ IPTV ña hướng : Phát hiện
mất gói và tính khả thi của việc phát lại.
Để xác ñịnh tính khả thi khôi phục gói trước khi gói cần ñược
khôi ph
ục thì thông số sau ñóng vai trò rất quan trọng :
Th
ời gian khôi phục gói kỳ vọng :
srtt
n+1 = α* RTT + (1-α) * sRTTn (3.1)
Trong
ñó 0 ≤ α ≤ 1.
rttvar
n+1 = β* |RTT - sRTTn| + (1 - β) * rttvarn (3.2)
Trong
ñó 0 ≤ β ≤ 1.
RTO
n+1 = λ* RTT + γ* rttvarn+1 (3.3)
Trong
ñó 0 ≤ γ ≤ 1 và λ là hằng số.

Hình 3.11 : Ước lượng RTT phát lại (ñúng và sai)

Thiết bị ñầu
cuối IPTV
Bộ nhớ
phát lại
Thiết bị ñầu
cuối IPTV
Bộ nhớ
phát lại
Thại gian chạ phát lữi
Thại gian chạ phát lữi https://lop1.edu.vn/

15. 15
Thời gian ñọc gói kỳ vọng:

ratenpaketreadApplicatio
ierHeadOfBuff
iPtkExp
-
=)( (3.4)
3.4.3 Loại phát lại
3.5 Th
ực hiện mô hình mẫu
3.5.1 Trung tâm dữ liệu IPTV
3.5.2 Bộ nhớ phát lại

Hình 3.12 : Sơ ñồ họat ñộng của bộ nhớ phát lại
NhĐn gói
RTCP
KiẠm tra
Generic
Nack
Kiểm tra
yêu cầu
phát lại
Gởi gói
Rẽ gói
End
sai
ñúng
ñúng
Nhận
gói
RTP
Kiểm tra
RTP Session
Kiểm tra
khoảng

cửa sổ
Kiểm tra
ñầy bộ
nhớ
Thêm gói vào
bộ Cache
Huỷ gói cũ
nhất trong
bộ
Cache
Rẽ gói
End
sai
ñúng
sai
sai sai
sai
Gói yêu
cầu sẵn
sàng
sai
ñúng
ñúng
Kiểm tra
RTP Session
ñúng https://lop1.edu.vn/

16. 16
3.5.3 Thiết bị ñầu cuối IPTV

Hình 3.13 : Sơ ñồ hoạt ñộng của thiết bị ñầu cuối
3.5.4 Cấu hình mô hình mẫu
3.6 K
ết luận chương
Ch
ương 3 ñã trình bày về thiết kế hệ thống phù hợp với chức
n
ăng phát lại nhanh cho dịch vụ IPTV phân phối ña hướng. Hệ thống
này s
ử dụng luồng RTP và chức năng phản hồi ñược cung cấp bởi
giao th
ức ñiều khiển thời gian thực ñể phân phối luồng IPTV và phát
l
ại các gói bị mất ñược thông báo bởi thiết bị ñầu cuối IPTV. Trong
thi
ết kế, phát lại gói ñược ñưa ra bởi bộ nhớ phát lại trong nút truy
nh
ập, nó ñảm bảo khôi phục nhanh các gói bị mất.
sai
Kiểm tra
RTP Session
Nhận gói
RTP SeqN
Kiểm tra
khoảng
cửa sổ
SeqN=
SeqLast+1
1.Thêm gói vào Buffer
2. SeqLast=SeqN+1
1.Thêm gói vào Buffer
2. SeqLast=SeqN+1
3. Gởi yêu cầu phát lại
SeqN>
SeqLast
Thêm gói
vào Buffer
Rẽ gói
Kiểm tra
khoảng cửa sổ
và thông tin
mất
Rẽ gói
sai Kiểm tra
RTP Session
Nhận gói phát
lại RTP SeqN
ñúng
ñúng
ñúng
sai
sai
ñúng
sai
ñúng
sai
End
End https://lop1.edu.vn/

17. 17

4.1 Gi
ới thiệu chương
Ch
ương 4 sẽ thực hiện mô phỏng và ñánh giá ñể xác ñịnh yêu cầu
t
ối thiểu cho kỹ thuật phát lại và khả năng áp dụng vào mạng thực tế.
4.2 Th
ực hiện mô phỏng
· M
ục ñích ñầu tiên tập trung vào nghiên cứu các yêu cầu tối
thi
ểu ñể kỹ thuật phát lại gói có khả năng áp dụng.
· M
ục ñích thứ hai tập trung vào nghiên cứu hiệu quả của
các
ñiều kiện mạng khác nhau ñể thực hiện kỹ thuật phát lại gói.
4.3 Ph
ương pháp mô phỏng
4.4 K
ế hoạch thực hiện mô phỏng
4.5 Cài
ñặt mô phỏng
4.5.1 Thống kê thành phần mạng mô phỏng
Các thành ph
ần mô hình OPNET ñược cài ñặt trên máy tính
s
ử dụng hệ ñiều hành WindowsXP
4.5.2 Tô pô mạng


Hình 4.1 : Tôpô m
ạng mô phỏng
CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG
C
ỦA KỸ THUẬT PHÁT LẠI NHANH https://lop1.edu.vn/

18. 18
4.5.3 Mô phỏng mạng
4.5.4 Luồng IPTV

Hình 4.2 : Ảnh hưởng Băng thông luồng IPTV theo ñáp ứng thời gian
có phát sử dụng phát lại
4.6 Kích th ước bộ ñệm
4.6.1 Kích thước bộ ñệm của bộ nhớ phát lại

Hình 4.3 : Kích thước bộ ñệm bộ nhớ phát lại không và có phát lại
(chọn hiển thị theo As Is)
https://lop1.edu.vn/

19. 19

Hình 4.4 : Kích thước bộ ñệm bộ nhớ phát lại không và có phát lại
(chọn hiển thị theo Average)
4.6.2 Kích thước bộ ñệm của thiết bị ñầu cuối IPTV

Hình 4.5 : Kích thước bộ ñệm thiết bị ñầu cuối IPTV không và có phát lại
(chọn hiển thị theo As Is) https://lop1.edu.vn/

20. 20

Hình 4.6 : Kích thước bộ ñệm thiết bị ñầu cuối IPTV không và có phát lại
(chọn hiển thị theo Average)
4.6.3 Kết luận
Kích th
ước bộ ñệm yêu cầu tối thiểu ñối với bộ nhớ phát lại
là 40KB.
Kích th
ước bộ ñệm thiết bị ñầu cuối IPTV không phụ thuộc
th
ời gian phát lại https://lop1.edu.vn/

21. 21
4.7 Khôi ph ục mất gói trong mạng không nghẽn

Hình 4.7 : Tr
ễ hàng ñợi ñường xuống khi không và có phát lại
(ch
ọn hiển thị theo As Is)

Hình 4.9 : Tr
ễ hàng ñợi ñường lên khi không và có phát lại
(ch
ọn hiển thị theo As Is) https://lop1.edu.vn/

22. 22


Hình 4.11 : Thông l
ượng ñường xuống khi không và có phát lại
(ch
ọn hiển thị theo As Is)

Hình 4.13 : Thông l
ượng ñường lên khi không và có phát lại
(ch
ọn hiển thị theo Average) https://lop1.edu.vn/

23. 23

Thông l
ượng khi chưa áp dụng kỹ thuật phát lại không thay
ñổi nhiều so với có áp dụng kỹ thuật phát lại. Điều ñó có nghĩa là yêu
c
ầu về băng thông không phải là vấn ñề khi thực hiện kỹ thuật phát
l
ại trong môi trường mạng truy nhập trực tiếp.
4.8 Kh
ả năng áp dụng và mở rộng của kỹ thuật phát lại
4.8.1 Yêu cầu bộ ñệm của thiết bị ñầu cuối
H
ầu hết trong các STB của thiết bị IPTV hiện nay có bộ nhớ ít
nh
ất từ 64 MB ñến 128 MB.
4.8.2 Yêu cầu bộ ñệm của bộ nhớ phát lại

Để ứng dụng thành công kỹ thuật phát lại, yêu cầu bộ ñệm của bộ
nh
ớ phát lại khoảng từ 25 KB ñến 80 KB và cũng ñược xem là ñủ
cho m
ột nút truy nhập.
4.8.3 Yêu cầu mạng và năng lực xử lý
Ph
ần này không thực hiện trong luận văn.
K
ẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. K
ết quả nghiên cứu
K
ết quả của ñề tài ñã làm rõ ñược các câu hỏi nghiên cứu ñặt ra :
1.1 Các
ảnh hưởng của mất gói ñối với ứng dụng IPTV.
1.2 Các k
ỹ thuật áp dụng ñể khôi phục lỗi ñối với ứng dụng IPTV.
1.3 Lý do k
ỹ thuật phát lại nhanh ñược ứng dụng ñối với phân
ph
ối luồng IPTV ña hướng sử dụng giao thức truyền tải thời gian
th
ực.
1.4 Các thông s
ố ảnh hưởng ñến việc thực hiện kỹ thuật phát lại.
1.5 Các
ñiều kiện mạng làm cho kỹ thuật phát lại gói RTP ñược áp
d
ụng thành công như một kỹ thuật khôi phục lỗi.
https://lop1.edu.vn/

24. 24
2. Kết luận
Lu
ận văn ñã nghiên cứu ảnh hưởng của mất gói ñến dịch vụ IPTV
và cách khôi ph
ục lỗi ñối với truyền hình quảng bá IPTV ña hướng.
Lu
ận văn ñi từ nghiên cứu kiến thức nền tảng của lĩnh vực IPTV và
các k
ỹ thuật, công nghệ liên quan. Dựa trên thông tin nền tảng, cũng
nh
ư các bài báo liên quan, kỹ thuật phát lại nhanh ñối với dịch vụ
IPTV
ña hướng ñược nghiên cứu về mặt lý thuyết.
M
ột thiết kế hệ thống phù hợp với chức năng phát lại nhanh cũng
ñược ñề xuất trong luận văn. Hệ thống này sử dụng luồng RTP và
ch
ức năng phản hồi ñược cung cấp bởi giao thức ñiều khiển thời gian
th
ực ñể phân phối luồng IPTV và phát lại các gói bị mất ñược thông
báo b
ởi thiết bị ñầu cuối IPTV. Trong thiết kế này, phát lại gói ñược
ñưa ra bởi bộ nhớ phát lại trong nút truy nhập, nó ñảm bảo khôi phục
nhanh các gói b
ị mất. Phát lại gói sử dụng các phiên RTP khác nhau
ñể cho phép chức năng phát lại họat ñộng ở chế ñộ ñộng. Ngoài ra kỹ
thu
ật phát lại sử dụng bộ nhớ phát lại, thành phần này ñược chèn vào
h
ạ tầng mạng IPTV ña hướng ñang tồn tại nhưng không ảnh hưởng
ñến phân phối luồng IPTV hiện có.
Thi
ết kế ñược thực hiện bằng mô hình mẫu, mô hình ñược sử
d
ụng ñể ñánh giá chức năng phát lại thông qua các mô phỏng trong
m
ạng. Mục ñích của các mô phỏng này là ñể tính toán dưới các ñiều
ki
ện mạng nào thì áp dụng thành công kỹ thuật phát lại và xác ñịnh
các thông s
ố ảnh hưởng ñến hiệu quả kỹ thuật phát lại.
K
ết quả mô phỏng cho thấy việc ñưa ra kỹ thuật phát lại gói ñối
v
ới IPTV quảng bá ña hướng là khả thi và làm giảm ñáng kể tốc ñộ
m
ất gói dưới các ñiều kiện mất gói khác nhau trong mạng truy nhập.
K
ết quả mô phỏng cũng ñưa ra yêu cầu về bộ nhớ tối thiểu ñể cho
phép phát l
ại gói trong nút truy nhập. https://lop1.edu.vn/

25. 25
3. Hướng phát triển của ñề tài
Lu
ận văn còn hai giới hạn trong việc nghiên cứu : thứ nhất, chưa
ñề cập ñến khả năng mở rộng của kỹ thuật phát lại nhanh, ñặc biệt là
gi
ải pháp cho vấn ñề năng lực xử lý và dung lượng truyền của nút
truy nh
ập khi xảy ra nghẽn. Thứ hai, hạn chế của việc cho phép phát
l
ại trong mạng nghẽn. Hướng phát triển ñề tài : Nghiên cứu phương
pháp phát l
ại nhanh dựa vào tải ứng dụng.
DDAANNHH MMỤỤCC TTÀÀII LLIIỆỆUU TTHHAAMM KKHHẢẢOO
Ti
ếng Việt :
[1] TS. Ngô V
ăn Sỹ (2008), X ử lý ảnh số, Giáo trình bài giảng dành
cho l
ớp cao học.
Ti
ếng Anh :
[2] M.J. Prins, M. Brunner, G. Karagiannis, H. Lundqvist, and G.
Nunzi (2008), “Fast RTP Retransmission for IPTV -
Implementation and Evaluation”, IEEE Network.
[3] Gerard O’ Driscoll, Next Generation IPTV Services and
Technologies, Published by John Wiley & Sons, Inc.
[4] RFC 4588, RTP Retransmission Payload Format.
[5] Daniel Minoli, IP Multicast With Applications To IPTV And
Mobile DVB-H, Published by John Wiley & Sons, Inc.
[6] J. Postel, Internet Engineering Task Force, RFC 793 (1981),
Transmission Control Protocol, [Online].Available:
http://www.rfc-editor.org/ rfc/rfc793.txt.
[7] J. Postel, Internet Engineering Task Force, RFC 768, (1980),
User Datagram Protocol, [Online]. Available:
http://www.rfc-
editor.org/ rfc/ rfc768.txt. https://lop1.edu.vn/

26. 26
[8] B. Fenner, M. Handley, H. Holbrook, and I. Kouvelas, RFC
4601 (Proposed Standard), RFC 4601(2006), Protocol
Independent Multicast - Sparse Mode (PIM-SM), [Online].
Available: http://www.ietf.org/rfc/rfc4601.txt.
[9] B. Cain, S. Deering, I. Kouvelas, B. Fenner, and A. Thyagarajan,
RFC 3376 (Proposed Standard) (2002), updated by RFC 4604,
Internet Group Management Protocol, Version 3, [Online].
Available: http://www.ietf.org/ rfc/rfc3376.txt.
[10] Internet Engineering Task Force, RFC 3550 (2003), RTP, a
transport protocol for Real-Time applications, [Online].
Available: http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3550.txt.
[11] Open IPTV Forum, http://www.openiptvforum.org.
[12] D. Komosny and V. Novotny in networking (2007), Tree
Structure for Specific-Source Multicast with Feedback
Aggregation.
[13] J. Ott, S. Wenger, N. Sato, C. Burmeister, and J. Rey, RFC 4585
(Proposed Standard) (2006), RFC 4585, Extended RTP Profile
for Real-time Transport Control Protocol (RTCP)-Based
Feedback (RTP/AVPF) , [Online]. Available:
http://www.ietf.org/rfc/rfc4585.txt.
[14] Thomas Kernen – SP NGN IPTV Consulting Engineer, Cisco
Systems (2006), “IPTV/Video Over Broadband”, ITU-T.
[15] URL: http://www.opnet.com/products/modeler/home.html
[16] Cisco Systems (2005), Standard Models User Guide.
[17] Cisco Systems (2005), ACE User Guide for IT Guru.
[18] Tommy Svensson – Alex Popescu (2003), Development of
Laboratory Exercises Based On OPNET Modeler.
https://lop1.edu.vn/