Đề tài qos trong mạng IPTV

Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như máy in,máy scan, cũng như kết nối băng rộng có thể được chia sẻ một cách dễ dàng Hiện na

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

“KỸ THUẬT PHÁT THANH

TRUYỀN HÌNH”

Đề tài:

“ QoS trong mạng IPTV”

Sinh viên thực hiện : TRƯƠNG VĂN AN

Nhóm môn học : 03

Hà Nội, tháng 6/2021

LỜI NÓI ĐẦU

Nếu như sự xuất hiện của công nghệ truyền hình (TV) là một bước ngoặt trong lịch

sử truyền thông của nhân loại thì sự xuất hiện của IPTV (truyền hình giao thức

Internet) là một ngoặc trong sự phát triển của công nghệ truyền hình

Với những ưu điểm vượt trội: tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng , IPTV thật sự xứng đáng là công nghệ truyền hình dẫn đầu IPTV không chỉ đơn thuần là một dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng IP, nó là một bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông – xu hướng chung của truyền thông toàn cầu

Để khách hàng có thể tiếp cận và chấp nhận một công nghệ như IPTV, nhất là trong bối cảnh thị trường truyền thông đang diễn ra quá trình cạnh tranh khốc liệt như hiện nay, đảm bảo chất lượng dịch vụ là yêu cầu vô cùng quan trọng mà nhà cung cấp dịch

vụ cần phải quan tâm

Trong quá trình học tập nhóm em đã tìm hiểu và nguyên cứu đề tài: “ QoS trong mạng IPTV”

Nội dung đề tài bao gồm:

I: Tổng quan về IPTV

II: QoS trong mạng IPTV

III: Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng IPTV

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song thời gian thực hiện còn hạn chế nên đề tài nghiên cứu không thể tránh khỏi sơ suất Vì vậy, nhóm em rất mong nhận sự đóng góp của thầy cô cho đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

I Tổng quan về IPTV 3

1 Giới thiệu về truyền hình số theo giao thức IP 3

2. Cấu trúc mạng IPTV 3

II QoS TRONG IPTV 4

1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ - QoS (Quanlity Of Service) 4

2 Các quan điểm về QoS 5

3 Các tham số QoS 6

3.1 Băng thông (Bandwidth) 6

3.2 Trễ (Delay) 6

3.3 Biến động trễ (Jitter) 6

3.4 Mất gói hay mất thông tin 7

3.5 Tính sẵn sàng (độ tin cậy) 7

3.6 Bảo mật 7

III Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng IPTV 7

1 Băng thông (Bandwidth) 7

2 Trễ 8

3 Độ biến thiên trễ - Delay variation Jitter 9

4 Mất gói - Packet loss 10

Kết luận 11

I Tổng quan về IPTV

1 Giới thiệu về truyền hình số theo giao thức IP

− Định nghĩa: IPTV là các dịch vụ đa phương tiện như truyền hình ảnh, tiếng nói, văn bản dữ liệu được phân phối qua các mạng dựa trên IP mà được quản lý để cung cấp các mức yêu cầu về chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng vượt trội hơn khả năng của bất kì có chế phân phối truyền hình nào khác IPTV sử dụng IP là cơ chế phân phối mà theo đó có thể sử dụng internet, đại diện cho mạng công cộng dựa trên IP, hay có thể sử dụng mạng riêng dựa trên IP

Một số đặc tính của IPTV:

• Hỗ trợ truyền hình tương tác Khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối toàn bộ các ứng dụng TV tương tác Các loại dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thế bao gồm TV trực tiếp chuẩn, TV chất lượng cao, trò chơi tương tác và khả năng duyệt internet tốc

độ cao

• Sự dịch thời gian IPTV kết hợp với 1 máy ghi video kĩ thuật số cho phép dịch thời gian nội dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội dung IPTV để xem sau

• Cá nhân hóa Một hệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều vào phép người dùng ở kết cuối cá nhân hóa những thói quen xem tivi của họ bằng cách cho phép họ quyết định những gì họ muốn xem và khi nào

họ muốn xem

• Yêu cầu về băng thông thấp Thay vì phải phân phối trên mọi kênh để tới mọi người dùng, công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu cầu Đặc điểm hấp dẫn này cho phép nhà điều hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng

• Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị mạng Việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn ở việc sử dụng tivi Người dùng có thể sử dụng máy tính hay các thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ của IPTV

2 Cấu trúc mạng IPTV

Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV bao gồm các phần chính sau:

• Trung tâm dữ liệu IPTV

Trung tâm dữ liệu hay đầu cuối headend là nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất, qua cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh Ngay khi nhận được nội dung, một

số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa, các máy chủ video tới các bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật được sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP Thêm vào đó, hệ thống quản lý thuê bao được yêu cầu để quản lý thuê bao và phí thuê bao của những người sử dụng Chú ý rằng, vị trí vật lý của trung tâm dữ liệu IPTV sẽ được xác định bởi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng

• Mạng truyền dẫn băng thông rộng

Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm - điểm Trong trường hợp triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng các kết nối điểm- điểm tăng đáng kể và yêu cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng Sự tiến bộ trong công nghệ mạng trong những năm gần đây cho phép những nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn một lượng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục lai cáp quang và các mạng viễn thông dựa trên cáp

quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV

Hình1 : sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV

• Thiết bị người dùng IPTV

Thiết bị người dùng IPTV(IPTVCD- IPTV Consumer Device) là thành phần quan trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào dịch vụ IPTV Thiết bị này kết nối vào mạng băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên IP gửi tới Thiết bị người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để

có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung

IPTV

• Mạng gia đình

Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên trong một khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên kĩ thuật số đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình Mục đích của mạng gia đình là cung cấp việc truy cập thông tin như tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí giữa các thiết bị khác nhau trong gia đình Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như máy in,máy scan, cũng như kết nối băng rộng có thể được chia sẻ một cách dễ dàng

Hiện nay, QoS (chất lượng dịch vụ) đang trở thành một vấn đề rất được quan tâm trong viễn thông, đặc biệt là trong mạng IP Để IPTV có khả năng cạnh tranh với các hệ thống truyền hình khác thì đảm bảo QoS là yêu cầu đặc biệt quan trọng

1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ - QoS (Quanlity Of Service)

QoS là một lĩnh vực phức tạp, đã có nhiều định nghĩa được đưa ra, tuy nhiên, thực tế không có định nghĩa nào được xem là chung và chính thức.QoS trong

mạng viễn thông được định nghĩa cụ thể qua các tham số kỹ thuật được lượng hóa

rõ ràng

Theo khuyến nghị E.800 của tiêu chuẩn ngành viễn thông thuộc Tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union -

Telecommunication Standardization Sector) “QoS là tập hợp các yếu tố tác động

đến sự hài lòng của khách hàng đối với một dịch vụ viễn thông nào đó”

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) định nghĩa QoS là: “tập hợp

các đặc trưng về định tính và định lượng của một hệ thống truyền dẫn đa phương tiện nhằm đạt được các chức năng yêu cầu của một dịch vụ cụ thể”

Nhà sản xuất thiết bị mạng hàng đầu Cisco thì đưa ra khái niệm: “QoS là thuật

ngữ được dùng để xác định khả năng đảm bảo cung cấp các cấp độ dịch vụ khác nhau với những hình thức lưu lượng khác nhau của mạng” QoS cho phép chỉ

định mức độ ưu tiên đối với các lưu lượng khác nhau và cho phép xác định cấp

độ chất lượng dựa vào độ rộng băng thông hoặc thời gian trễ… QoS được định

nghĩa “là một tập hợp các công cụ cho phép người quản trị mạng có thể đảm bảo

chắc rằng cấp độ tối thiểu của các dịch vụ được cung cấp một lưu lượng xác

định” ”

Một cách đơn giản, QoS có thể hiểu là “khả năng phân biệt đối xử giữa các gói tin

(packet) truyền qua mạng căn cứ vào nội dung của gói tin đó”

Mục tiêu của QoS là chất lượng xử lý tuỳ thuộc vào mỗi gói truyền qua mạng

QoS không thể tạo ra thêm băng thông, vì vậy khi một vài gói nhận được xử lý tốt

hơn thì các gói khác sẽ nhận được xử lý xấu hơn Một kiến trúc QoS phù hợp

phải cung cấp các phương tiện để chỉ rõ các mục tiêu thực hiện đối với các loại gói

khác nhau

2 Các quan điểm về QoS

QoS có thể được nhìn từ những góc độ khác nhau, khuyến nghị ITU-T G.1000 đưa

ra 4 quan điểm cho QoS bao gồm:

− Yêu cầu QoS của khách hàng

− QoS nhà cung cấp đưa ra

− QoS nhà cung cấp đạt được

− Cảm nhận QoS của khách hàng

Các quan điểm này có quan hệ nhân quả với nhau trên cơ sở yêu cầu của khách hàng là điểm khởi đầu (starting point)

3 Các tham số QoS

Có 6 thông số cơ bản về chất lượng dịch vụ:

− Băng thông

− Trễ

− Jitter (biến động trễ)

− Mất thông tin

− Tính sẵn sàng

− Bảo mật

3.1 Băng thông (Bandwidth)

Băng thông luôn là thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ IPTV Nếu băng thông có thể sử dụng thoải mái, không giới hạn, thì các nhà vận hành

sẽ không phải lo đến các yếu tố nghẽn, trễ, tuy nhiên đây là điều không thể xảy

ra

3.2 Trễ (Delay)

Trễ liên quan chặt chẽ với băng thông khi nó là một thông số QoS Với các ứng dụng giới hạn băng thông thì băng thông càng lớn trễ sẽ cùng nhỏ Trễ được định nghĩa là khoảng thời gian chênh lệch giữa hai thời điểm của cùng một bít khi đi vào mạng (thời điểm bắt đầu tiên vào với bít đầu tiên ra)

Với băng thông có nhiều cách tính, giá trị bằng thông có thể thường xuyên thay đổi Nhưng thông thường giá trị băng thông được định nghĩa là số bit của một khung chia cho thời gian trôi qua kể từ khi bit đầu tiên rời khỏi mạng cho đến khi bit cuối cùng rời mạng

3.3 Biến động trễ (Jitter)

Biến động trễ là sự khác biệt về độ trễ của các gói khác nhau trong cùng một dòng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao được gọi là jitter với tần số thấp gọi là Wander Nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tương jitter do sự sai khác trong thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp nhau trong một hàng gây ra Trong mạng IP jitter ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng dịch vụ của tất cả các

dịch vụ Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi của trễ mà một ứng dụng có thể gặp trên mạng Jitter không đặt một giới hạn nào cho giá trị tuyệt đối của trễ, nó có thể tương đối thấp hoặc cao phụ thuộc vào giá trị của thông số trễ

3.4 Mất gói hay mất thông tin

Internet được coi là mạng của các mạng và không có cơ chế giám sát đầy đủ mào đăm bảo chất lượng thông tin truyền Hiện tượng mũi gói tin là kết quả của rất nhiều nguyên nhân:

− Quá tải lượng người truy nhập cùng lúc mà tài nguyên mang còn hạn chế

− Hiện tương xung đột trên mạng LAN

− Lỗi do các thiết bị vật lý và các liên kết truy nhập mạng

3.5 Tính sẵn sàng (độ tin cậy)

Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu tố này bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào tối thiểu cũng phải có Tổn thất khi mạng bị ngưng trệ

là rất lớn Tuy nhiên, để đảm bảo được tính sẵn sàng chúng ta cần phải có một chiến lược đúng đắn, ví dụ như định kỳ tạm thời tách các thiết bị ra khỏi mạng

để thực hiện các công việc bảo dưỡng, trong trường hợp mạng lỗi phải chuẩn đoán trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể để giảm thời gian ngừng hoạt động của mạng Tất nhiên, thậm chí với một biện pháp bảo dưỡng hoàn hảo nhất cũng không thể tránh được các lỗi không thể tiên đoán

3.6 Bảo mật

Bảo mật là một tham số mới trong danh sách QoS, nhưng lại là một tham

số quan trọng Thực tế, trong một số trường hợp độ bảo mật có thể được xét ngay sau bằng thông Gần đây, do sự đe doạ rộng rãi của các hacker và sự lan tràn của virus trên mạng Internet toàn cầu đã làm cho bảo mật trở thành vấn để hàng đầu

Bảo mật liên quan tới các vấn đề như tính riêng tư, sự tin cần và xác nhận khách và chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường được gắn với một vài hình thức của phương pháp một mã, như mã hóa và giải mã Các phương pháp một mà cũng được sử dụng trên mạng cho việc xác thực

III Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng IPTV

1 Băng thông (Bandwidth)

Băng thông là giá trị trung bình số lượng gói tin được truyền qua mạng thành công trong một giây Kí hiệu là kbps hoặc Mbps Băng thông khả dụng lớn nhất của đường liên kết bằng giá trị băng thông nhỏ nhất của các đường liên kết mà gói tin đã đi qua Băng thông nhỏ nhất của đường liên kết này thường là đường liên kết mạng WAN Một số tuyến kết nối khác như đường liên kết uplink giữa các switch hoặc router

Ảnh hưởng của sự thiếu hụt băng thông là gì? Sự thiếu hụt băng thông là một trong nhiều nguyên nhân làm giảm hiệu năng của các ứng dụng trên mạng; đặc biệt là

các ứng dụng dễ bị ảnh hưởng bởi thời gian như voice hoặc các ứng dụng yêu cầu băng thông cao như video Một số giải pháp có thể ngăn chặn sự thiếu hụt và cải thiện hiệu năng của băng thông:

• Tăng băng thông: Cách tốt nhất để ngăn chặn sự thiếu hụt của băng thông là nâng cao tốc độ kết nối của tất cả các dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ với người sử dụng Tuy nhiên-nó gặp phải một số điều kiện khách quan khiến cho phương pháp này không phải là phương pháp được sử dụng nhiều như chi phí cao, thời gian thực thi và giới hạn của công nghệ trong quá trình nâng cấp và thực thi

• Chuyển tiếp các gói tin theo độ ưu tiên: Đây là giải pháp thường được sử dụng hiện nay, nó liên quan đến việc sử dụng kĩ thuật QoS Sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS, sắp xếp thứ tự ưu tiên các luồng lưu lượng quan trọng

và chuyển các luồng lưu lượng có độ ưu tiên quan trọng trước Đây là một trong những kĩ thuật cơ bàn của QoS và hàng đợi

• Nén: Tối ưu đường liên kết bằng cách nén nội dụng của các frame nhằm tăng băng thông khả dụng của liên kết Nén dữ liệu có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm qua các thuật toán nén Ngoài ra, nén tiêu đề (Header) của gói tin cũng là một phương pháp đặc biệt hiệu quả đối với đường truyền có các gói tin có tỉ số header/gói tin là lớn Ví dụ như nén tiêu đề của giao thức truyền tải tin cậy TCP và giao thức thời gian thực RTP Theo ý kiến của các chuyên gia thì nén nội dung (Payload compression) là phương pháp nén hiệu quả trong mạng đầu cuối – đầu cuối (end to - end) Trong khi đó, nén header là phương pháp hiệu quà được sử dụng trong các liên kết bước - bước (hop-by-hop)

2 Trễ

Độ trễ là khoảng thời gian trung bình mà gói tin được truyền đi từ nơi gửi đến nơi nhận Thời gian này được gọi là “Độ trễ đầu cuối đến đầu cuối" Mỗi thành phần, thiết bị chuyển mạch và định tuyến đều có thể gây ra trễ Nhìn từ góc độ tổng quát thì

có ba thành phần gây trễ: trễ lan truyền, trẽ xử lý, và trễ hàng đợi

- Trễ lan truyền là tham số có giá trị cố định phụ thuộc vào phương tiện truyền, trong khi đó tham số trễ xử lý và trễ hàng đợi trong các thiết bị định tuyến là các tham

số có giá trị thay đổi do các điều kiện thực tế của mạng

- Trễ xử lý là khoảng thời gian cần thiết của một thiết bị định tuyến để chuyển một gói tin từ giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu ra và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tốc độ xử lý, mức độ chiếm dụng CPU, phương thức chuyển mạch IP kiến trúc bộ định tuyến và các đặc tính cấu hình giao diện đầu vào và đầu ra

- Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong một thiết bị định tuyến Trễ hàng đợi phụ thuộc vào số lượng và kích thước các gói tin trong hàng đợi và băng thông khả dụng trên liên kết đầu ra của thiết bị định tuyến Trễ hàng đợi còn phụ thuộc vào kỹ thuật xếp hàng các gói tin

- Trễ lan truyền là thời gian truyền một gói tin qua liên kết, trễ lan truyền thường chỉ phụ thuộc vào băng thông khả dụng của liên kết Các kỹ thuật truy cấp CSMA/CD cũng có thể gây thêm trễ vì xác suất tranh chấp tài nguyên trong trường hợp giao diện tiến gần tới trạng thái tắc nghẽn

* Một số giải pháp nhắm cải thiện độ trễ:

+ Tăng băng thông liên kết, băng thông đủ sẽ làm cho hàng đợi ngắn lại và các gói tin không phải đợi trước khi được truyền đi Tăng băng thông cũng đồng nghĩa là làm giảm trễ nối tiếp nhưng mặt khác, giải pháp này cũng làm tăng giá thành của hệ thống khi cần nâng cấp

+ Sử dụng các kỹ thuật quản lý hàng đợi Đây là phương pháp tiếp cận hiệu quả, tốn kém ít chi phí Các hàng đợi ưu tiên là một trong những thành phần chủ yếu trong cách tiếp cận này

3 Độ biến thiên trễ - Delay variation Jitter

Là sự khác biệt về độ trễ của các gói tin khác nhau trong cùng một luồng lưu lượng Các gói tin trên cùng một luồng lưu lượng không đến đích cùng tốc độ mà chúng

đã được phát đi Những gói tin này được xử lý, đưa vào hàng đợi, đi ra khỏi hàng đợi,

là riêng rẽ và độc lập với nhau Do đó, thứ tự đi ra của các gói tin này, và độ trễ của chúng có thể bị thay đổi Kết quả của sự tác động của độ biến thiên trễ đối với các ứng dụng thời gian thực như thoại IP là dội tín hiệu – echo singal, nhiễu tín hiệu

* Một số giải pháp làm giảm độ biến thiên trễ của lưu lượng mạng:

+ Tăng băng thông liên kết: đây là cách tốt nhất để hạn chế và khắc phục hiện tượng jitter, tuy nhiên giải pháp này gặp phải một số điểm hạn chế trên thực tế như thời gian, chi phí và đôi khi còn hạn chế bởi công nghệ của các thiết bị truyền dẫn để nâng cấp hệ thống

+ Ưu tiên các gói tin có độ trễ nhạy cảm và chuyển các gói tin quan trọng trước

để thực hiện được điều này thì các gói tin phải qua giai đoạn phân loại hoặc đánh dấu gói tin trước khi chúng được đưa vào các hàng đợi tương ứng cho các loại gói tin ví dụ như hàng đợi cân bằng trọng số WFQ (Weighted Fair Queuing), hãng đợi cân bằng trọng

số theo lớp CBWFQ (Class-base weighted fair queuing) Đây là những phương pháp không tốn kém chi phí nhưng lại nâng cao được băng thông

+ Thay đổi độ ưu tiên của gói tin: Đây là trường hợp chắc chắn xảy ra, độ ưu tiên của gói tin đã được thiết lập khi các gói tin đi vào thiết bị định tuyến Khi gói tin di chuyển từ miền này sang miền khác, độ ưu tiên của các gói tin này có thể được thay đổi

Ví dụ, gói tin đi ra từ mạng doanh nghiệp đã được đánh dấu và đi vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ thì giá trị độ ưu tiên của gói tin phải thay đổi lại để bảo đảm chất lượng dịch vụ đã cam kết giữa nhà cung cấp dịch vụ với mạng doanh nghiệp