Xem mẫu
- GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I
˜™–— µ –—˜™
TR NG TU N
T PH NG PHÁP M B O CH T L NG
CHO D CH V TRUY N THÔNG A H NG
TH I GIAN TH C QUA M NG IP
Chuyên ngành: Thông tin vô tuy n, phát thanh và
vô tuy n truy n hình
Mã s : 2.07.02
TÓM T T LU N ÁN TI N S K THU T
HÀ N I - 2006
- -1-
U
1. Tính c p thi t c a tài
Cùng v i s phát tri n c a công ngh thông tin - vi n thông, c bi t là s gia
n g nhanh chóng c a Internet c v h t ng m ng và nhu c u phát tri n các d ch v m i
nh mua s m tr c tuy n, gi i trí qua m n g . . . công ngh phát thanh c ng có nh n g
chuy n bi n theo xu h ng hình thành m t ph ng th c truy n t i m i, l y Internet làm
công c qu ng bá tín hi u phát thanh t i b n nghe ài. Hi n nay, ph n g th c truy n
thông a h ng (multicast) ang c t p trung nghiên c u k t h p v i giao th c truy n
i th i gian th c RTP / RTCP (Real-time Transport Protocol / Real-time Control
Protocol) nh m hình thành các mô hình truy n t i d ch v th i gian th c trên n n giao
th c IP, qua ó h n ch nh c m c a truy n thông n h n g c ng nh c tính
không m b o ch t l ng d ch v c a môi tr ng Internet hi n t i. T tháng 8/2005, ài
ti n g nói Vi t Nam b t u h tr kh n n g nghe ài phát thanh qua m n g Internet. V n
t ra v i ph n g th c phát thanh qua m n g Internet hi n t i là ch a có c ch m
o c h t l ng d ch v và ang th c hi n theo ph n g th c truy n thông n h ng d n
n các h n ch v ch t l n g khi s l ng ng i dùng t n g cao, c ng nh khó kh n
trong tr ng h p m r ng d ch v . Bên c nh ó , v n làm ch công ngh có th tùy
bi n thành ng d n g c thù c n g c n c quan tâm nghiên c u .
2. it ng, m c ích, ph m v i và ph ng pháp nghiên c u c a lu n á n.
2.1 it ng và m c ích nghiên c u
i t ng nghiên c u c a lu n án là mô hình h th ng truy n t i tín hi u phát
thanh th i gian th c qua m n g IP - RoIP (Radio over IP networks) và ph ng pháp m
o ch t l ng tín hi u t i u thu theo th i gian th c. Trên c s ó , lu n án xu t và
th c hi n ph n g pháp m b o ch t l ng d ch v RoIP s d ng c ch u khi n
tham s ngu n thích ng v i tình tr n g m ng nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u
thu và áp d ng v i h th n g RoIP.
2.2 Ph m vi nghiên c u
Lu n án t p trung nghiên c u xu t và xây d ng mô hình h th n g RoIP trên hai
ph ng di n k t h p truy n thông n h ng (unicast) v i truy n thông a h n g và k t
p môi tr n g truy n t i h u tuy n v i truy nh p vô tuy n theo chu n IEEE 802.11.
Nghiên c u áp d ng các thu t toán u khi n l ch trình b m tái t o thích ng và
xu t ph ng pháp m b o ch t l ng tín hi u p hát thanh truy n t i qua m n g IP t i u
thu.
- -2-
2. Ph ng pháp nghiên c u
Lu n án s d ng ph ng pháp mô hình hóa h th n g thông qua công c toán h c
và mô hình c u trúc giao th c . K t h p p h n g pháp ph ng t o tham s m ng IP và
ph ng pháp o c thông s qua mô hình th c nghi m c xây d n g trên n n h u
hành mã ngu n m Linux.
3. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án
Lu n án ã x u t và xây d n g m t mô hình m i có c s khoa h c nh m s
n g m ng IP làm môi tr ng truy n t i tín hi u phát thanh. Cùng v i ph ng pháp m
o ch t l n g tín hi u t i u thu, mô hình h th n g RoIP có th c tri n khai áp
n g vào th c t nh m a d n g hóa các lo i hình truy n t i tín hi u phát thanh c ng nh
ch v gia t ng qua Internet.
4. K t c u c a lu n án
Lu n án g m ph n m u , 03 ch ng và k t lu n.
Ch n g 1: Th o lu n nh ng v n c b n c a truy n thông a h ng qua m n g
IP và môi tr ng truy nh p vô tuy n WLAN theo chu n IEEE 802.11. xu t mô hình
th n g truy n t i tín hi u phát thanh th i gian th c qua m ng IP trên ph n g di n mô
hình lý thuy t, c u trúc giao th c và mô hình tri n khai th c nghi m.
Ch n g 2: Xem xét ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát thanh th i gian
th c qua m ng IP theo thông s ngu n và thông s m ng n h h ng n ch t l ng tín
hi u phát thanh t i u thu. Lu n án xu t mô hình và công c ph ng t o tham s QoS
a m ng IP. Công c ph n g t o c xây d ng tích h p trong thành ph n c ng chuy n
i giao th c iVoVGateway c a h th n g RoIP nh m th c hi n nh h ng c a môi
tr ng truy n t i t i tín hi u t i u thu.
Ch n g 3: Nghiên c u v n m b o ch t l ng tín hi u t i u thu theo hai
khía c nh: th nh t, các c ch tái t o tín hi u thu nh n t i u c u i thông qua b m tái
o c nghiên c u và tích h p vào h th ng RoIP. Th hai, thông qua mô hình ánh
giá ch t l ng tín hi u t i u thu s d ng t s tín hi u trên t p â m phân n, lu n án
xu t và th c hi n c ch m b o ch t l ng d c h v truy n t i tín hi u phát thanh
qua m ng IP thông qua c ch thích ng tham s ngu n v i tình tr ng m ng theo th i
gian th c.
Cu i c ùng là k t lu n, h ng nghiên c u ti p theo và các ph l c c a lu n án.
- -3-
CH NG 1: T NG QUAN V TRUY N THÔNG A H NG
VÀ MÔ HÌNH H TH NG RoIP
1.1 Truy n thông a h ng qua m ng IP
t ng quát, truy n thông qua Internet c chia thành 3 ph ng th c sau [51]:
- Ph n g th c truy n thông n h ng - unicast : Các gói tin c truy n t i t
t ngu n g i n m t ích thu xác nh ( m- n- m). ây là mô hình truy n thông
n gi n nh ng khó m b o ch t l ng d ch v khi s ng i dùng t ng lên. Khi s
n g ng i dùng l n, s l ng k t n i n h ng c ng t ng lên t ng ng, kéo theo t i
u l ng m ng t n g do yêu c u b n g thông ng truy n t ng v i cùng m t n i dung
thông tin trên cùng tuy n liên k t, d n n tình tr n g t c ngh n m ng. Bên c nh ó, t i
lý c a máy ch c ng t ng lên do ph i x lý nhi u yêu c u k t n i và có th d n n
quá t i máy ch . Tuy có nhi u h n ch nh ng do tính l ch s , ph ng th c truy n thông
n h n g hi n v n ang c s d n g ph bi n trên m n g IP trong ó bao hàm c d ch
truy n t i tín hi u phát thanh qua Internet.
- Ph ng th c truy n thông qu ng bá - broadcast: Các gói tin c truy n t i t
t ngu n g i n t t c các máy tr m trong m ng ( m- n-t t c ). Các gói tin qu n g
bá c x lý b i t t c các máy tr m trong m n g, th m chí c trong tr ng h p máy
tr m không quan tâm n d li u ó. u này d n n t i l u l ng vô ích v i m t s
máy tr m và khó kh n trong v n b o m t thông tin.
- Ph n g th c truy n thông a h ng - multicast: Các gói tin c truy n t i t
t n gu n g i n m t nhóm các máy tr m xác nh ( m- n -nhóm). Ph ng th c
này ph thu c vào h t ng m n g chuy n ti p gói tin.
i kh n n g tri n kh i trên di n r ng và qua m ng Internet, t n d ng c các
u m và h n ch các nh c m c a unicast và broadcast nh giúp gi m l u l n g
ng và t i x lý c a ngu n phát, ph ng th c truy n thông a h n g ang c quan
tâm nghiên c u và áp d n g v i các h th ng truy n t i d ch v th i gian th c. Trên s s
ó, lu n án t p trung nghiên c u và n g d n g m ng truy nh p s d n g ph ng th c
truy n thông a h ng trong h th ng RoIP.
1.2 Nguyên lý truy n thông a h ng qua m ng IP
Các m ng truy n thông a h n g có th c xây d ng thành các c o
multicast và liên k t v i nhau thông qua c ch n g h m. ng h m là c ch cho
phép chuy n các gói d li u multicast t các b nh tuy n h tr truy n thông a h n g
MRouter (Multicast Router) ngu n n MRouter ích thông qua các b nh tuy n n
ng URouter (Unicast Router). Vi c óng gói theo c ch ng h m th c h i n b
sung thêm ph n tiêu IP m i v i a ch ích là a ch IP n h ng c a MRouter
- -4-
u bên kia c a n g h m và a ch ngu n là a ch IP n h ng c a MRrouter ang
i gói tin ó. Nh th hi n trên hình 1.1, MRouter R2 mu n g i m t gói tin IP a
ng t i MRouter R5. Tr c h t, R2 s óng v gói tin (chuy n t gói IP a h n g
thành gói IP n h ng) r i chuy n ti p t i URouter R3. Gói a h ng này s i theo
tuy n R3-R7-R8-R5. Nh v y, theo c ch n g h m, v i MRouter R5 thì gói tin này
c x lý v i a ch ngu n n t R2.
Hình 1.1: C ch ng h m liên k t các MRouter
1.3 Các c u hình m ng truy nh p vô tuy n theo chu n WLAN 802.11
u hình truy nh p c b n c a m t m ng WLAN theo chu n IEEE 802.11 bao
m m t nhóm các tr m c k t n i v i nhau trong vùng d ch v c b n, c xác nh
i c tính truy n d n c a môi tr ng vô tuy n. M t tr m trong mi n d ch v c b n có
th k t n i v i các tr m khác trong cùng BSS (Basic Service Set) ho c BSS khác. C u
hình m ng WLAN c chia thành 2 lo i nh th hi n trong hình 1.2.
u hình m ng WLAN c l p - IBSS (Independent BSS)
t m ng BSS c l p (IBSS) c th hi n hình 1.2a. Các tr m trong IBSS
t n i tr c ti p v i nhau và do ó c n ph i n m trong ph m vi k t n i tr c ti p. M n g
802.11 t i thi u là m n g IBSS ch bao g m 2 tr m.
u hình m ng WLAN ph thu c - BSS (Infrastructure BSS)
u hình m ng WLAN 802.11 ph thu c s d ng m truy nh p AP (Access
Point) nh th hi n h ình 1.2b. C u hình này có hai u m chính là:
M t BSS c xác nh b i kho ng cách t i AP và các máy tr m. c ó th ti n
hành liên l c, t t c các tr m di ng ph i th a mãn yêu c u n m trong ph m vi liên l c
- -5-
i m truy nh p AP, nh n g không có s h n ch nào v kho ng cách gi a b n thân
các tr m di ng.
- Các AP trong m ng BSS có kh n ng tr giúp các máy tr m trong vi c b o v
ngu n. AP s ti n hành m các khung d li u khi máy tr m yêu c u ch bov
ngu n và các máy tr m ho t ng b ng pin có th n g ng vi c thu và c p ngu n cho n
khi các khung d li u m t AP c truy n i.
a . C u hình m ng c l p - BSS b. C u hình m ng ph thu c - IBSS
Hình 1.2: Các c u hình m ng WLAN theo chu n IEEE 802.11
i các u m trên, m ng truy nh p WLAN theo chu n IEEE 802.11 có c u hình
ph thu c c s d ng làm môi tr ng các máy tr m truy nh p vào h th ng RoIP.
1.4 Mô hình h th ng RoIP
1.4.1 Khái ni m
th ng RoIP (Radio over IP networks ) là h th n g s d n g m n g IP làm
ph ng ti n truy n t i tín hi u mang tin t c p hát thanh theo th i gian th c. Thu t n g
“Radio” s d ng trong lu n án v i ý ngh a “tín hi u phát thanh” c hi u là tín hi u
mang tin t c phát thanh qua m n g IP và c x lý nh m t d ng s li u t ruy n t i qua
ng IP ch u ràng bu c v tính áp ng th i gian th c - y u t quan tr ng liên quan n
ch t l ng tín hi u tái t o t i u thu.
1.4.2 Mô hình h th ng RoIP xu t
th ng RoIP c xu t và xây d ng t quan m áp d ng mô hình truy n t i
ti n g nói/âm thanh [8][19][20] và mô hình truy n thông a h ng qua m n g IP
[12][13][51]. H th ng truy n t i tín hi u phát thanh t ngu n Tx n ích Rx qua m n g
IP c n th c hi n các ch c n ng sau:
- -6-
Mã hóa / gi i mã và t o / m gói
truy n t i tín hi u phát thanh t n g t qua m ng IP, tr c h t ph i s hóa và
mã hóa tín hi u. Quá trình chuy n i c th c hi n b i các b mã hóa và gi i mã trong
ti n trình ng c l i. Kh i t o gói là c c u c thi t k sau kh i mã hóa th c hi n ch c
ng óng gói s li u âm thanh ã mã hóa theo chu n giao th c RTP/UDP/IP và tách gói
trong quá trình ng c l i.
m d li u phát và m d li u tái t o
Trong h th ng RoIP, các gói tin mang tín hi u phát thanh phía phát cl u
gi t i b m phát tr c khi truy n vào m n g IP. B m này có tác d ng m b o t c
ngu n phát n nh d i s u khi n c a b t o l ch trình phát d li u .
Tín hi u c tái t o t i phía thu áp ng tính th i gian th c theo th t t o ra bên
phát. Ch c n ng c b n c a b m tái t o là thu các gói tin t m ng, l u gi và chuy n
ti p gói tin theo l ch trình tái t o do c c u u khi n a ra. L c h trình tái t o có th
th c hi n theo ph n g th c c nh ho c thích v i s thay i c a tình tr ng m n g.
Ph ng th c t o l ch trình c nh n gi n nh n g có tr gói tin t i b m tái t o không
i và không cho phép áp ng s thay i c a tr m ng. Ph ng th c t o l ch trình
thích ng c a ra gi i quy t các h n ch trên và c u khi n b i các thu t
toán u khi n b m tái t o t n g ng t n d n g kho n g l n g (silence time) gi a
các kho ng tín hi u phát thanh tích c c (talkspurt) nh m thay i th i gian tái t o trong
i kho ng tín hi u phát thanh tích c c.
Phát hi n k ho ng tín hi u tích c c / kho ng l ng
Tín hi u phát thanh bao g m kho n g tín hi u tích c c và kho ng l ng c phân
bi t b i ng ng n ng l ng c a tín hi u ngu n. Ch c n n g phát hi n kho ng tín hi u
tích c c và kho n g l ng c th c h i n t i khâu x lý ngu n bên phát nh m cho phép
u ch nh l ch trình tái t o theo kho ng tín hi u tích c c và ti t ki m b ng thông ng
truy n.
Bù t n th t gói tin
c u bù t n th t gói tin PLC (Packet Loss Colcealment) c s d ng m
o ch t l ng tín hi u phát thanh tái t o do các gói tin t n th t. C c u PLC c th c
hi n t i u thu nh m thay th các gói tin ã b t n th t thông qua vi c chèn nhi u n n,
kho n g l ng ho c các gói tin tr c ó.
Trên c s các ch c n ng trên, lu n án mô hình lý thuy t (hình 1.3), xu t mô
hình c u trúc giao th c (hình 1.4) và mô hình tri n khai th c nghi m (hình 1.5) c a h
th ng RoIP. Tín hi u phát thanh ngu n t bên phát (iVoVStation) theo k t n i n
- -7-
ng t i c ng chuy n i giao th c (iVoVGateway) c truy n t i qua m ng truy
nh p a h ng t i u thu (iVoVReceiver). Các thành ph n trong mô hình lý thuy t
c th c hi n t i máy ch RoIP, các máy tr m và c ng chuy n i giao th c . Thành
ph n iVoVGateway th c hi n ch c n ng chuy n i giao th c n h ng sang giao th c
a h ng và giao ti p gi a m n g h u tuy n và m ng truy nh p W LAN IEEE 802.11.
Bên c nh ó, ph c v vi c ánh giá nh h n g c a m n g khi không có u ki n tri n
khai h th ng trên môi tr ng th c t (hình 1.5), ch c n n g ph ng t o tham s QoS c a
ng IP có th c tích h p i VoVGateway và c c p trong ch ng 2. H th n g
RoIP xu t c ki m ch ng b ng th c nghi m t i ch ng 3.
Hình 1.3: Mô hình lý thuy t h th ng RoIP xu t
Hình 1.4: C u trúc giao th c h th ng RoIP xu t.
- -8-
Hình 1.5: Mô hình tri n khai th c nghi m h th ng RoIP xu t
1.5 K t lu n ch ng 1
Vi c k t h p truy n thông a h n g v i môi tr ng m n g truy nh p W LAN hình
thành m t ph n g th c truy nh p ngu n tín hi u phát thanh m i v a t n d n g b n g
thông ng truy n, d dàng qu n lý thông qua a ch nhóm multicast c n g nh t n
n g h t ng m ng Internet s n có và các m truy nh p Wi-Fi ang ngày cm
ng. H th ng RoIP có th mang l i các u m n i b t nh h i u su t s d ng h th n g
cao nh vi c t n d ng h t ng m ng IP hi n có, ti t ki m b n g thông và h tr các n g
ng a m. Tuy nhiên, do c tính c a các m ng IP, vi c tri n khai h th ng RoIP
ph i i m t v i m t s thách th c , c bi t v khía c n h ch t l ng d ch v QoS. Vi c
nghiên c u các c c u và ph ng th c u khi n thích ng v i tình tr n g m ng có ý
ngh a quan tr n g trong vi c m b o ch t l n g c a h th ng RoIP.
CH NG 2: PH NG T O THAM S CH T L NG C A TÍN HI U PHÁT
THANH KHI TRUY N T I QUA M NG IP
2.1 Các tham s c h t l ng m ng
2.1.1 Gi i thi u
Ch t l ng tín hi u phát thanh truy n t i qua m n g IP s b nh h ng và suy
gi m do tác n g c a các y u t m ng. Các y u t m ng bao g m t l t n th t gói tin,
tr m ng và bi n ng tr m ng là các tham s chính tác ng n ch t l ng d ch v
a tín hi u t i u thu PQoS (Perceived Quality of Service). M i quan h gi a các y u
này c th hi n trên hình 2.1
- -9-
Hình 2. 1: M i quan h gi a các y u t nh h ng n QoS [36]
2.1.2 T n th t gói tin
n th t gói tin là m t trong nh n g nguyên nhân chính gây nh h ng n ch t
n g ti ng nói truy n t i qua m ng IP. T n th t gói tin có th x y ra do h y gói tin trong
ng IP ( t n th t m ng ) ho c lo i b gói tin do b giao ti p m n g ho c b m tái t o
i u thu nh th hi n trong hình 2.1.
2.1.2.1 Mô hình t n th t Bernoulli
Trong mô hình t n th t Bernoulli [39][45], t n th t c a m i gói tin là c l p v i nhau
c tính không nh ) cho dù gói tin k tr c b t n th t ho c không t n th t. Trong
tr ng h p này, ch t n t i m t tham s là t l t n th t gói tin trung bình t ng ng v i
gói tin b t n th t chia cho t ng s gói tin c truy n t i trong lu ng d li u.
2.1.2.2 Mô hình Gilbert 2 tr ng thái
u h t các nghiên c u g n â y v truy n
i ti ng nói qua m n g IP u s d ng mô hình
Gilbert th hi n c tính t n th t gói tin
[39][45][46]. Trong mô hình Gilbert 2 tr ng thái,
n t i tr n g thái 0 (gói tin không b t n th t) và Hình 2. 2: Mô hình Gilbert 2 tr ng thái
tr n g thái 1 (gói tin b t n th t) nh th h i n t rên
hình 2.2. Trong ó p là xác xu t gói tin b t n th t khi nh n c gói tin k tr c và q là
xác xu t gói tin nh n b t n th t khi gói tin k tr c ã b t n th t. Bên c nh ó, mô hình
Bernoulli c ng th ng c s d ng và chính là m t tr n g h p c th c a mô hình
Gilbert 2 tr n g thái khi p = q.
- - 10 -
2.1.3 Tr m ng
Tr và bi n ng tr (jitter) là hai trong s các y u t c a m n g nh h ng chính
n ch t l n g truy n t i d ch v th i gian th c nói chung và truy n t i tín hi u phát
thanh th i gian th c qua m ng IP nói riêng.
2.1.3.1 Tr truy n t i gói tin m t chi u
Tr hành trình m t chi u gói tin cho n ch ng ph thu c vào kích th c gói tin
c th hi n theo bi u th c sau:
di s n di s n
n
∆tOTT (n, s) = ∑ + + fi = ∑ + + ∑ f i ( 2. 1 )
i =1 c i =1 c bi i =1
bi
Trong ó :
- di kho ng cách v t lý gi a b nh
tuy n ( i -1 ) và ( i )
-ct c t ruy n tín hi u ; b i b ng
thông c a tuy n k t n i i
- s kích th c gói tin ; fi tr chuy n
ti p t i b nh tuy n.
Hình 2. 3: Tr truy n t i gói tin m t chi u
2.1.3.2 Tr truy n t i gói tin hai chi u
Tr hành trình hai chi u c a gói tin c xác nh nh sau:
s + sres
n
d
∆t RTT (n, s, sres ) = ∑ + 2. i + f i + f 'i −1
i =1
bi c
s + sres di n ( 2. 2 )
n
= ∑ + 2. + ∑ ( f i + f 'i −1 )
i =1 c i =1
bi
- - 11 -
Trong ó :
- di : kho n g cách v t lý gi a b nh tuy n
( i -1 ) và ( i )
-c:t c truy n tín hi u , bi : b ng thông
c a tuy n k t n i i
- s, sres : kích th c gói tin theo h ng thu n
và h ng ng c.
- fi, f'i-1 : tr chuy n ti p theo h ng thu n
và h ng ng c
Hình 2. 4: Tr truy n t i gói tin hai chi u
chính xác c a giá tr tr hành trình hai chi u ∆t RTT ph thu c vào tính i
i x n g, ∆t RTT
n g c a tuy n truy n d n . Trong tr ng h p n g truy n không c
xác nh là t ng c ng c a tr hành trình m t chi u theo h ng thu n và h ng ng c .
Tuy nhiên thu n l i và tránh sai s ng b ng h gi a bên thu và bên phát, ph n g
pháp xác nh tr hành trình hai chi u th ng c s d ng, tuy nhiên trong tr ng h p
này s không xác nh c t c ngh n x y ra theo h n g thu n hay h ng ng c c a
ng truy n t i gói tin.
2.3 xu t mô hình ph ng t o tham s QoS qua m ng IP
2.3.1 Ki n trúc mô hình
Các tham s m ng QoS c a m ng IP có th c ph ng t o thông qua x lý các
gói tin m c v t lý [62][63]. Tuy nhiên ph ng th c này ph thu c vào h u hành,
c th c hi n theo ph n g th c truy n thông n h ng và ch a h tr tái t o nh
ng c a m ng t d li u th c t c o c t tr c. kh c ph c các h n ch trên,
các thông s QoS c a m ng Internet th c t bi n thiên m t cách ng u nhiên c lu n án
mô hình hóa và th c hi n ph n g t o qua hai ph ng th c tr c tuy n - Online và không
tr c tuy n - Offline h tr c hai ph ng th c truy n thông n h ng và a h n g. V i
ph ng th c không tr c tuy n (hình 2.5b), các thông s c c t t p s li u th ng kê
qua th c nghi m t tr c. V i ph ng th c tr c tuy n, kh i ph n g t o m ng c cung
p tr c tuy n thông tin v tr m ng và tình tr ng t n th t c a gói tin t b t o thông
nh th hi n trong hình 2.5a.
- - 12 -
a. Ph ng th c tr c tuy n b. Ph ng th c không tr c tuy n
Hình 2.5: Ki n trúc mô hình ph ng t o tham s m ng QoS qua m ng IP
2.3.2 Ph ng t o tham s m ng IP a h ng
Khác v i mô hình ph ng t o
cho truy n n h ng [18][49], các
gói tin t m t n gu n phát c truy n
i qua m ng IP a h ng n các
máy thu theo các tuy n k t n i khác
nhau kéo theo nh h ng c a các
tham s m ng khác nhau v tr ,
bi n ng tr và tình tr ng t n th t
gói tin. Lu n án xu t mô hình
ph ng t o tham s m n g IP a h ng
th c hi n kh i ph ng t o tham s
Hình 2. 6: Mô hình ph ng t o tham s QoS
ng t i các u thu nh th hi n trên
qua m ng IP a h ng
hình 2.6. V nguyên lý ph ng t o, các
tham s tr m n g và t n th t c ng
c th c hi n t ng t nh t i gateway (hình 1.5). Kh i ph n g t o m n g N/W (hình
2.6) có th c th c hi n b ng m t ch ng trình c l p ho c m t module ch ng trình
tích h p vào ch ng trình thu iVoVReceiver. Mô hình xu t cho phép th hi n nh
ng c a m ng n ch t l n g tín hi u thu t i máy tr m truy nh p vào m ng IP da
ng các v trí a lý khác nhau.
2.3.3 t qu p h ng t o
Công c ph ng t o thông s m ng IP a h ng/ n h ng xây d ng trên n n h
u hành Linux và c tri n khai th c nghi m qua m ng Intranet c a Tr ng i h c
Bách khoa Hà N i. K t qu ph n g t o th hi n chính xác nh h ng c a các tham s
ng n gói tin nh n c d i tác n g c a tr m ng v i sai s c vài ms ( bi n thiên
- - 13 -
0 n 3 ms) và t n th t gói tin v i sai s < 0.1% c th h i n t hình 2.7 n
hình 2.10.
Hình 2.7: Thông s tr m ng c t file s li u - ph ng th c ph ng t o không tr c tuy n.
Hình 2.8: Thông s tr m ng o c th c t - ph ng th c ph ng t o không tr c tuy n .
Kho ng l ng
Hình 2. 9: Tín hi u thu khi x y ra r n th t gói tin
- - 14 -
1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%]
25
20
l t n th t [%] 15
10
5
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
Ch s chu k á nh giá [x 100 gói tin]
Hình 2. 10: T l t n th t gói tin theo th i gian - ph ng th c ph ng t o tr c tuy n.
Thi t l p 2.00 [%] 5.00 [%] 8.00 [%] 9.50 [%] 11.70 [%]
l t n th t
o c 1.98 [%] 5.01 [%] 7.96 [%] 9.48 [%] 11.64 [%]
gói tin
Sai s 0.02 [%] 0.01 [%] 0.04 [%] 0.02 [%] 0.06 [%]
2.4 K t lu n ch ng 2
Ch t l ng d ch v truy n t i tín hi u phát thanh qua m ng IP ph thu c ch t ch vào
các thông s ngu n và các tham s m n g. Các tham s m ng nh h n g tr c ti p n
ch t l ng tín hi u t i u thu bao g m tr m ng, bi n n g tr m n g và t l t n th t
gói tin. c tính ng u nhiên c a thông s m n g ò i h i ph n g pháp thích h p m
o QoS c a tín hi u phát thanh t i u thu. có th ánh giá và so sánh ch t l ng tín
hi u thu trong cùng m t tình tr ng m ng, công c ph n g t o m ng xu t c tích h p
trong c ng chuy n ti p d li u iVoVGateway c a h th ng RoIP và xây d n g trên n n h
u hành mã ngu n m Linux. So v i m t s công c ph ng t o m ng hi n t i nh
Nistnet ho c Dumynet, m m i c a mô hình xu t cho phép th c hi n ph ng t o
không nh n g v i s li u t o ra tr c tuy n mà còn v i s li u th ng kê th c t , ng th i
tr c ch truy n thông n h ng và a h n g. Ngoài ra, thay vì th c hi n t i bên
phát trong các mô hình truy n thông n h ng, mô hình xu t th c hi n kh i ph n g
o tham s m ng t i phía thu phù h p v i truy n thông a h n g. V i kh n ng h
tr ng th i ch quan sát tham s m n g qua hi n th h a tr c tuy n và truy xu t
t qu ra các file s li u th n g kê, mô hình và công c ph ng t o tác gi xu t và xây
n g có tác d ng h tr h u ích cho vi c theo dõi và o c ph c v nghiên c u ch t
n g c a d ch v th i gian th c qua m ng IP.
- - 15 -
CH NG 3: M B O CH T L NG TÍN HI U T I U THU TRUY N
I QUA M NG IP THEO TH I GIAN TH C
3.1 V n tái t o tín hi u phát thanh t i u thu
i u thu tín hi u phát thanh qua m ng IP, b m tái t o có th th c hi n theo
hai ph ng th c t o l ch trình c nh ho c thích ng. Tuy nhiên, b m tái t o theo
ch trình c nh không có kh n ng áp ng s thay i tr m n g do ó không m
o ch t l ng tín hi u tái t o t i u thu. Các nghiên c u g n ây t p trung ch y u vào
các thu t toán u khi n b m thích ng và c bi t quan tâm n các ph n g th c
phát hi n t bi n tr m ng (delay spike). Vi c u ch nh các tham s b m c thi t
p t i th i m b t u c a kho ng tín hi u phát thanh tích c c c c p n trong
[5] [5] [7]. vi c phân tích các thu t toán c rõ ràng, các thông s th i gian c a gói
tin th i c qui c nh th hi n trên hình 3.1.
ti
th i m
ti : th i m phát c a gói tin th i
phát
ri : th i m n u thu c a gói tin th
pi
ri i
th i m
pi : th i m tái t o gói tin th i
thu
ni : tr m ng c a gói tin th i
Dprop vi vi : bi n ng tr m ng c a gói tin th i
bi : th i gian tr c a gói tin th i l u
ni bi
trong b m tái t o
th i gian di : tr t ng quát c a gói tin th i
Dpop : tr truy n d n gói tin
Hình 3.1 : Các thông s th i g ian c a gói tin th i
3.2 Thu t toán c oán tr tái t o
3.2.1 Thu t toán trung bình hàm m Exp-Avg [6]
Thu t toán trung bình hàm m Exp-Avg (Exponential-Average) s d ng thông s
tr m n g và bi n ng tr trung bình c oán th i tr tái t o c a gói tin th i :
)) )
pi = di + 4vi (3.1)
)
)
di : tr
pi : Th i
Trong ó : m tái t o gói tin th i; m n g trung bình gói tin th i
)
vi : bi n n g tr trung bình c a gói tin th i
) )
d i và v i
i c xác nh nh sau:
- - 16 -
) )
di = α di −1 + (1 − α )ni (3.2)
)
) )
vi = α vi −1 + (1 − α ) | di − ni | (3.3)
Trong ó: - ni : Tr m n g m t chi u c a gói tin th i.
α = 0,998002 [6].
- Giá tr h s
3.2.2 Thu t toán trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg [6]
Thu t toán trung bình hàm m nhanh F-Exp-Avg (Fast Exponential - Average)
)
di −1 ,
n g t nh thu t toán Exp-Avg, m khác bi t gây nên do tr m ng ni l n h n
)
α c thay th b ng β d n di
khi ó h s n công th c tính nh sau:
) )
di = β di −1 + (1 − β )ni (3.4)
Trong ó giá tr β = 0.750000 theo [6].
3.2.3 Thu t toán tr t i thi u Min-D [6]
Thu t toán tr t i thi u Min-D (Min-Delay) t i thi u hóa thông s tr . Thu t toán
)
di
này c n c vào tr t i thi u c a các gói tin nh n c trong cùng m t kho ng tín hi u
phát thanh tích c c c oán tr tái t o c a kho ng tín hi u phát thanh tích c c k
)
Si
ti p . Gi i s là t p t t c các gói tin nh n c trong cùng m t kho ng tín hi u phát
)
di
thanh tích c c , khi ó tr trung bình c xác nh:
)
d i = min j∈Si {n i } (3.5)
3.2.4 Thu t toán phát hi n t bi n Spike-Det [6]
Thu t toán phát hi n t bi n Spike-Det (Spike Detection) th c hi n c c u phát
hi n t bi n tr gây nên do m ng IP. Khi t b i n tr c phát hi n, thu t toán chuy n
sang ch “ t bi n - SPIKE” nh m c oán tr sát h n v i th c t tình tr ng m n g.
Khi tình tr ng m n g tr l i tr ng thái bình th ng bi n n g tr không có t b i n l n,
các tham s s c c oán t ng t nh thu t toán hàm m trung bình Exp-Avg,
nh ng khi ó theo [6] giá tr h s α s là 0.875
3.2.5 Thu t toán c a s [7]
Thu t toán c a s tính toán phân b tr c a w gói tin nh n c cu i cùng c
oán tr tái t o. t bi n tr gi a hai kho ng tín hi u phát thanh tích c c c th hi n
và phân tích trong [7] v i giá tr w c thi t l p là 10000. N u t bi n tr x y ra gi a
- - 17 -
hai kho ng tích c c tín hi u liên ti p, thu t toán s t ng th i gian tr tái t o mb o
t c các gói tin trong kho ng tích c c tín hi u cu i cùng s không b h y b do các gói
trong hai kho n g tích c c tín hi u liên ti p có cùng th i m tái t o.
Th c t bi n thiên ng u nhiên c a các tham s m ng, trong ó tham s bi n ng
tr m n g và c bi t là s t bi n tr m ng (delay spike) có th gây lên các kho ng ng t
t n g t c a tín hi u làm suy gi m ch t l n g tín hi u t i u thu [6][7][9]. Trên c s
các thu t toán ã c c p, thu t toán tái t o thích ng có phát hi n bi n tr (spike-
det) c áp d ng trong h th ng RoIP nh m m b o ch t l n g tín hi u t i u thu
thông qua b m tái t o.
3.3 á nh giá ch t l ng tín hi u t i u thu.
3.3.1 Ph ng pháp ánh giá ch t l ng ch quan
i v i ph n g pháp ánh giá ch quan, tín hi u tái t o t i u cu i c ánh
giá b i m t t p h p ng i nghe và cho ý ki n theo thang m xác nh. tin c y c a
t qu ánh giá khách quan ph thu c vào nhi u y u t và khó ki m soát, ph thu c vào
l ng ng i ánh giá, ch t l ng thi t b tái t o và mang tính n nh không cao.
ng th i ánh giá khách quan ò i h i nhi u th i gian c ng nh chi phí ti n hành ánh
giá. Tuy nhiên, ph ng pháp này l i cho k t qu ánh giá g n v i c m nh n th c t c a
con ng i. Do ó vi c k t h p ánh giá gi a các ph ng pháp ch quan và các mô hình
ánh giá khách quan c n c c áp d ng ánh giá ch t l n g tín hi u t i u thu.
3.3.2 x u t ph ng pháp ánh giá ch t l ng theo t s SSNR
á nh giá ch t l ng theo t s tín hi u trên t p âm SNR truy n th ng
t
c th hi n là xn [ m] trong ó m là ch
Gi s tín hi u ngu n bi n theo th i gian
m u tín hi u trong khung ang xét và x là l nmut ng ng v i giá tr c a tín
hi u có ích phát t ngu n. Gi thi t tín hi u thu nh n b thay i so v i tín hi u ngu n do
r
c th hi n là xn [ m] .N n g l
ch u nh h n g c a h th n g truy n d n ng tín hi u
ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh nh sau:
M
Es (n) = ∑ xn [ m]2
t
(3. 6)
m =1
ng ng n ng l ng nhi u t ng c n g EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u c
xác nh theo bi u th c sau:
M
E N ( n) = ∑ ( xn [ m] − xn [ m]) 2
r t
( 3. 7 )
m =1
Khi ó, t s SNR c xác n h nh sau:
- - 18 -
N
NM
∑ ∑∑1 xnt [m]2
ES (n)
SNR (dB ) = 10.log10 nN 1 = 10.log10 N M n =1 m=
=
(3. 8)
E ( n) 2
∑ N ∑∑ ( xn [ m] − xn [ m])
r t
n =1 n =1 m=1
i ch s m bi n i trong ph m vi s m u c a m t khung và ch s n b i n i
theo tham s chu k o c t n g n g v i N khung tín hi u.
á nh giá ch t l ng theo t s tín hi u trên t p âm phân n - SSNR (Segmentation
Signal to Noise Ratio)
t ng chính xác c a thông s o c SNR truy n th ng, và t ng c ng kh n ng
ánh giá ch t l ng tín hi u có c tính bi n i ng nh tín hi u ti ng nói.
Gi thi t n n g l ng tín hi u ES(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác
nh theo (3.6)
ng l ng nhi u t n g h p EN(n) c a khung n g m M m u tín hi u c xác nh theo
bi u th c sau:
M M
E N (n ) = ∑ ( xn [ m]) 2 − ∑ ( xn [ m]) 2
r t
(3. 9)
m =1 m =1
Lu n án xu t xác nh t s tín hi u trên t p âm phân n SSNR theo (3.10)
M
∑1 xnt [m]2
N
E ( n)
N
SSNR (dB) = 10.log10 ∑ S = 10.log10 ∑ M (3. 10)
m=
m =M
n =1 ( x r [m]) 2 − 2
n =1 E N ( n )
∑n ∑1 ( xn[m])
t
m=1
m=
Nh v y, khác v i SNR tính toán trên c s toàn b s m u c a chu k ánh giá,
SSNR tính toán d trên c s khung tín hi u. u này cho phép ánh giá sai l ch tín
hi u ích so v i tín hi u
ngu n m t cách chính xác
n g th i cho phép kh n ng
tính toán và u khi n tr c
tuy n theo th i gian th c.
3.4 xu t ph ng pháp
m b o ch t l ng truy n
i tín hi u phát thanh qua
ng IP.
Hình 3.2: Mô hình thi t l p thông s ngu n
- - 19 -
3.4.1 tv n .
u h t các nghiên c u g n â y nh m m b o ch t l n g tín hi u ti ng nói/âm
thanh truy n t i qua m ng IP theo th i gian th c u t p trung vào gi i quy t theo hai
ng: Th nh t là trên c s dành s n tài nguyên m n g theo giao th c RSVP (Resource
Reservation Protocol) [34]. Th hai là theo h n g x lý t i u l ch trình tái t o tín hi u
d ng b m tái t o t i u thu [5][6][7][9]. Tuy nhiên, ch t l ng d ch v truy n t i
tín hi u phát thanh qua m ng IP ph thu c ch t ch vào các tham s ngu n phát và các
tham s m n g. Tham s ngu n bao g m các thông s chuy n i ngu n tín hi u t ng t
sang s và thông s dài gói tin. Trên c s ó , lu n án t p trung nghiên c u v n
thích n g ngu n v i tình tr ng m ng nh m m b o ch t l ng tín hi u t i u t hu.
3.4.2 Thi t l p thông s ngu n.
p thông s ngu n c a h th n g
RoIP bao g m: fs: t n s l y m u,
w: s bit mã hóa cho m t m u, ch: s
kênh, sz: dài gói tin, k: h s phát
p gói tin. Các thông s n gu n [ fs,
w, ch, sz, k ] c thi t l p giá tr
kh i t o tr c khi ti n trình phát d
li u c th c hi n theo mô hình th
hi n trên hình 3.2. Sau khi kh i s
hóa tín hi u c thi t l p thông s ,
ngu n tín hi u phát thanh t ng t s
c chuy n i thành d ng s và l u
vào b m c a thi t b chuy n i
âm thanh. D a vào thông s dài t i
tin, d li u ã s hóa s c ch ng
trình c ra t b m c a thi t b â m
thanh và chuy n n kh i mã hóa, k
ti p là kh i t o gói RTP và chuy n
n l u gi a t m th i t i b m phát.
Các gói tin RTP c g i vào m ng Hình 3.3: Thu t toán xác nh t ng m c n ng l ng
theo l ch trình phát v i h s phát l p tín hi u ngu n t i phía phát
xác nh và c u khi n b i b
o l ch trình phát c n c vào s li u nh n t kh i u khi n thông s ngu n.
nguon tai.lieu . vn
