BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ TRỌNG TUẤN MỘT PHƯƠNG PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CHO DỊCH VỤ TRUYỀN THÔNG ĐA HƯỚNG THỜI GIAN THỰC QUA MẠNG IP Chuyên ngành: Thông tin vơ tuyến, phát vơ tuyến truyền hình Mã số: 2.07.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM MINH HÀ Hà Nội - 2006 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Đỗ Trọng Tuấn LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới PGS.TS Phạm Minh Hà - người dìu dắt giúp đỡ tơi lĩnh vực nghiên cứu luận án công tác chuyên môn sống Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Điện tử Viễn thơng giúp đỡ tơi q trình học tập, công tác nghiên cứu từ sinh viên, thành viên khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Đào tạo & Bồi dưỡng Sau Đại học, Phòng Quản lý Khoa học & CGCN, Trung tâm Thông tin & Mạng - Trường ĐHBK Hà Nội, Trung tâm Âm thanh, Trung tâm ứng dụng cơng nghệ phát - Đài tiếng nói Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ trình nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình góp ý quý báu anh chị bạn đồng nghiệp phịng thí nghiệm kỹ thuật thơng tin: TS Nguyễn Hữu Thanh, ThS Đỗ Trọng Tú, TS Nguyễn Văn Đức, ThS Nguyễn Quốc Khương, TS Trần Thị Ngọc Lan, TS Nguyễn Hữu Trung Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Văn Tuân dẫn giới thiệu giúp liên hệ thực tế, cảm ơn anh Nguyễn Năng Khang nhiệt tình giúp tơi tìm hiểu cấu hình thực tế hệ thống kỹ thuật Đài Tiếng Nói Việt Nam Tơi xin chân thành cảm ơn giáo sư Tomio Takara thành viên phịng thí nghiệm xử lý tiếng nói, Bộ mơn Kỹ thuật Thơng tin, Đại học Ryukyus tạo điều kiện giúp đỡ tơi triển khai mơ hình thực nghiệm ĐHBK Hà Nội ĐH Ryukyus, Nhật Bản Xin cảm ơn người bạn Pin Hu nghiên cứu Đại học Plymouth-Anh quốc, nhiệt tình khoa học số liệu mà anh cung cấp Tôi đặc biệt cảm ơn Gia đình, Thầy tơi Người bạn thân thiết động viên tơi lúc khó khăn NCS Đỗ Trọng Tuấn MỤC LỤC Lời cam đoan Lời Cảm ơn Mục lục Danh mục từ khóa, từ viết tắt Danh sách hình vẽ, bảng kí hiệu toán học MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Đối tượng mục tiêu luận án 3 Tình hình nghiên cứu giới nước Hướng tiếp cận Kết cấu luận án .7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THƠNG ĐA HƯỚNG VÀ MƠ HÌNH HỆ THỐNG RoIP 1.1 Các phương thức truyền thông qua Internet 1.2 Truyền thông đa hướng qua mạng IP 10 1.2.1 Khái niệm 11 1.2.2 Đặc điểm 11 1.2.3 Nguyên lý truyền thông đa hướng qua mạng IP 12 1.2.4 IP multicast 15 1.3 Truy nhập vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.11 19 1.3.1 Phổ tần số vô tuyến 19 1.3.2 Cấu trúc giao thức IEEE 802.11 20 1.3.3 Các cấu hình mạng truy nhập vơ tuyến .23 1.3.4 Các khu vực dịch vụ mở rộng 24 1.3.5 Hệ thống phân tán 26 1.4 Mơ hình hệ thống RoIP 26 1.4.1 Khái niệm 26 1.4.2 Những lợi ích cản trở công nghệ .27 1.4.3 Mô hình hệ thống RoIP đài tiếng nói Việt Nam 28 1.4.4 Mơ hình hệ thống RoIP đề xuất 31 1.5 Kết luận chương 39 CHƯƠNG 2: PHỎNG TẠO THAM SỐ CHẤT LƯỢNG CỦA TÍN HIỆU PHÁT THANH KHI TRUYỀN TẢI QUA MẠNG IP 2.1 Các tham số chất lượng mạng .40 2.1.1 Giới thiệu .40 2.1.2 Tổn thất gói tin 41 2.1.3 Trễ biến động trễ 44 2.2 Đề xuất mô hình tạo tham số QoS qua mạng IP 48 2.2.1 Kiến trúc mơ hình 48 2.2.2 Phỏng tạo tham số mạng IP đa hướng 50 2.3 Kết triển khai thực nghiệm 51 2.4 Kết luận chương 58 CHƯƠNG 3: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU TẠI ĐẦU THU TRUYỀN TẢI QUA MẠNG IP THEO THỜI GIAN THỰC 3.1 Vấn đề tái tạo tín hiệu phát đầu thu 60 3.2 Thuật toán ước đoán trễ tái tạo 61 3.2.1 Thuật toán trung bình hàm mũ Exp-Avg .61 3.2.2 Thuật tốn trung bình hàm mũ nhanh F-Exp-Avg 63 3.2.3 Thuật toán trễ tối thiểu Min-D 63 3.2.4 Thuật toán phát đột biến Spike-Det .63 3.2.5 Thuật toán cửa sổ 64 3.3 Đánh giá chất lượng tín hiệu đầu thu .66 3.3.1 Phương pháp đánh giá chất lượng chủ quan 68 3.3.2 Phương pháp đánh giá chất lượng khách quan .69 3.4 Giải pháp đảm bảo chất lượng truyền tải tín hiệu phát qua mạng IP 74 3.4.1 Đặt vấn đề 74 3.4.2 Thiết lập thông số nguồn 74 3.4.1 Giải pháp đảm bảo chất lượng tín hiệu đầu thu .77 3.4.2 Cấu hình thực nghiệm kết 81 3.5 Kết luận chương 91 Kết luận luận án 92 Hướng phát triển đề tài .93 Danh mục cơng trình tác giả Tài liệu tham khảo Các phụ lục luận án Từ khóa: Real-time service, IP multicast, RoIP, VoIP, QoS, WLAN IEEE 802.11, Heterogeneous Networks DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt ACR Absolute Category Rating Đánh giá phân loại tuyệt đối ADPCM Adaptive Diffirential PCM Điều xung mã vi sai thích ứng AN Access Network Mạng truy nhập AP Access Point Điểm truy nhập vô tuyến ATR Audio Tape Recorder Máy ghi băng âm BSA Basic Service Area Vùng dịch vụ BSA Basic Service Area Vùng dịch vụ BSS Infrastructure Basic Service Set Cấu hình mạng phụ thuộc CODEC Coder / Decoder Bộ mã hóa / giải mã DAT Digital Audio Tape Băng âm số DAW Digital Audio WorkStation Máy trạm xử lý âm số DCR Degradation Category Rating Đánh giá phân loại theo mức suy giảm chất lượng DMOS Degradation MOS Điểm đánh giá suy giảm chất lượng DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSSS Direct Sequence Spectrum Spread Trải phổ dãy trực tiếp eRTP enhanced RTP packet Gói RTP cải tiến ESS Extended Service Set Vùng dịch vụ mở rộng FCC Frequency Commission Tổ chức quản lý tần số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước FHSS Frequency Hoping Spectrum Spread Trải phổ nhảy tần GOB Good Or Better Thông số đánh giá độ chất lượng tốt IANA Internet Address Number Asignment Tổ chức cấp phát địa Internet IBSS Indepentent Basic Service Set Cấu hình mạng độc lập IETF Internet Enginering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm mạng Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet IPv4 Internet Protocol version Giao thức IP phiên ITU International Telecommunication Union Tổ chức viễn thông quốc tế iVoVGateway internet Voice of VietNam Gateway Cổng chuyển đổi giao thức truyền tải tín hiệu phát qua mạng IP iVoVReceiver internet Voice of VietNam Receiver Máy thu tín hiệu phát qua mạng IP iVoVStation internet Voice of VietNam Station Máy chủ phát qua mạng IP LLC Logical Link Control Điều khiển liên kết liệu logic LPC Linear Predictive Encoding Mã hoá dự đoán tuyến tính LPC Linear Predictive Coding Mã hóa dự đốn tuyến tính LR Loss Rate Tỷ lệ tổn thất MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện truyền thông MBONE Multicast BackBone Mạng đường trục hỗ trợ multicast MCR Master Control Room Phòng tổng khống chế MOS Mean Opinion Score Điểm đánh giá chất lượng MRouter Multicast Router Bộ định tuyến hỗ trợ multicast OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh đa sóng mang OSI Open Systems Interconnection Mơ hình liên kết hệ thống mở PAMS Perceptual Analysis Measurement System Hệ thống đo đạc phân tích cảm nhận PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã PESQ Perceptual Evaluation of Speech Quality Đánh giá cảm nhận chất lượng tiếng nói PLC Packet Loss Concealment Bù tổn thất gói tin POW Poor or Worse Thông số đánh giá độ chất lượng tồi PQoS Perceived Quality of Service Chất lượng dịch vụ thu nhận PSQM Perceptual Speech Quality Measurement Đo đạc chất lượng tiếng nói cảm nhận QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RECAD Radio source total Eneregy Calculation and Activity Detection Tính tốn tổng lượng tín hiệu phát nguồn phát khoảng tích cực tín hiệu RFC Request For Comment Khuyến nghị RoIP Radio over IP Truyền tải tín hiệu mang tin tức phát qua mạng IP RTCP RTP Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực RTP Real Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SDH Synchronous Digital Hieracy Phân cấp số đồng SIP Session Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên SNR Signal - to - Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm SSNR Segmentation Signal - to - Noise Ratio Tỷ số tín hiệu tạp âm phân đoạn STA Station Máy trạm di động TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền thông hướng kết nối qua mạng IP TESF Total Energy of Source Frame Tổng mức lượng khung tín hiệu nguồn TTL Time To Live Thời gian sống gói tin UDP User Datagram Protocol Giao thức điều khiển truyền thông không hướng kết nối qua mạng IP UHF Untra High Frequency Tần số siêu cao URouter Unicast Router Bộ định tuyến hỗ trợ truyền thông đơn hướng VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo VoIP Voice over IP Truyền thoại sử dụng giao thức IP WLAN Wireless Local Area Network Mạng máy tính cục khơng dây mở rộng ESS ( Extend Service Set ) Một ESS tạo việc kết hợp BSS với với khung mạng Trong hình 1.18, ESS ví dụ khối gồm BSS có vùng phủ sóng chồng lấn lên Các trạm ESS kết nối với nhau, kể trạm không khu vực dịch vụ BSA ( Basic Service Area) chí di chuyển khu vực dịch vụ Để trạm ESS kết nối với nhau, mội trường vô tuyến cần phải hoạt động giống kết nối lớp đơn giản Các AP hoạt động cầu nối, kết nối trực tiếp trạm ESS yêu cầu khung mạng kết nối lớp dẫn đến kết nối lớp liên kết đáp ứng Một số AP khu vực đơn lẻ nối tới thiết bị Hub chuyển mạch thông qua định tuyến để kết nối với Internet Hình 18: Tập dịch vụ mở rộng ESS Các AP ESS hoạt động phối hợp với cho phép mạng khác sử dụng địa MAC đơn giản để giao tiếp với trạm ESS Trong hình 1.17, định tuyến sử dụng địa MAC để phát khung số liệu Khi định tuyến khơng cần xác định vị trí trạm di động mà dựa vào điểm AP để phát khung 1.3.5 Hệ thống phân tán Hệ thống phân tán cung cấp khả liên kết linh hoạt cách kết nối điểm truy nhập AP Khung liệu gửi đến hệ thống phân tán chuyển tới điểm AP thích hợp xếp điểm AP tới đích đến xác định trước Hệ thống phân tán chịu trách nhiệm xác định vị trí vật lý máy trạm gửi khung số liệu phù hợp Khi khung gửi tới trạm di động, hệ thống phân tán thực phát tới AP phục vụ trạm di động Như hình 1.19, định tuyến sử dụng địa MAC để truyền khung số liệu đến máy trạm di động đích Hệ thống phân tán ESS miêu tả hình 1.18, minh họa liên kết máy trạm hệ thống phân tán thông qua điểm truy nhập AP với cầu nối thực kết nối đến mạng đường trục Hình 19: Hệ thống phân tán AP 802.11 1.4 Mơ hình hệ thống RoIP 1.4.1 Khái niệm Hệ thống RoIP (Radio over IP networks ) hệ thống sử dụng mạng IP làm phương tiện truyền tải tín hiệu mang tin tức phát theo thời gian thực Thuật ngữ “Radio” sử dụng luận án với ý nghĩa “tín hiệu phát thanh” hiểu tín hiệu mang tin tức phát qua mạng IP xử lý dạng số liệu truyền tải qua mạng IP chịu ràng buộc tính đáp ứng thời gian thực yếu tố quan trọng liên quan đến chất lượng tín hiệu tái tạo đầu thu Dịch vụ thời gian thực truyền tải qua mạng IP đặc trưng ràng buộc mặt thời gian phân nhóm theo tính chất đặc thù có tương tác ( hai chiều) khơng có tương tác ( chiều ) [5] Do đặc thù dịch vụ phát quảng bá bao hàm tính thời gian thực chiều, khơng ương tác nên tác giả lựa chọn nguồn tín hiệu mang tin tức phát làm đối tượng nghiên cứu nguồn tín hiệu đầu vào hệ thống qua hạn chế phạm vi nghiên cứu nhằm đơn giản hóa cho vấn đề xử lý đảm bảo chất lượng đầu thu khơng u cầu tính tương tác hai chiều Đồng thời nguồn tín hiệu thời gian thực tồn liên tục thuận tiện cho việc thực nghiệm 1.4.2 Những lợi ích cản trở cơng nghệ Dịch vụ truyền tải tín hiệu phát qua mạng IP - RoIP mang lại lợi ích rõ ràng xem xét theo khía cạnh: Giảm giá thành - Giảm chi phí truyền tải tín hiệu phát đài trung ương khu vực qua hệ thống chuyển tiếp cáp quang, vi ba vệ tinh thể hình 1.20 - Chia sẻ thiết bị chi phí vận hành cho người dùng dịch vụ số liệu dịch vụ truyền tín hiệu phát kéo theo tăng hiệu sử dụng mạng IP Đơn giản hóa - Hỗ trợ khuôn dạng thông tin cho phép mở rộng chuẩn hóa - Giảm bổ sung thiết bị tổng thể hỗ trợ tối ưu băng thông Tăng tính thống - Giảm tính phức tạp tăng tính linh hoạt sử dụng tổng hợp tập giao thức IP cho tất ứng dụng - Dễ dàng chia sẻ phương tiện dịch vụ thư mục, dịch vụ bảo mật Phát triển mở rộng ứng dụng - Trong tương lai sở dịch vụ RoIP chuyển hóa thành ứng dụng đa dịch vụ đa phương tiện (multimedia and multi-service applications) Mục tiêu thông tin RoIP cung cấp dịch vụ tin cậy, chất lượng cao với giá thành thấp Tuy nhiên, mức độ chất lượng dịch vụ không đảm bảo mạng IP chủ yếu hạn chế mặt băng thông, yếu tố ảnh hưởng tổng hợp dẫn đến tổn thất gói, trễ biến động trễ Đây ba tham số xác định chất lượng dịch vụ thời gian thực truyền qua mạng IP ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu phát đầu thu trình bày chương 1.4.3 Mơ hình hệ thống RoIP đài tiếng nói Việt Nam Các phương thức chuyển tiếp tín hiệu phát truyền thống thể hình 1.20 thực qua mơi trường thơng tin vệ tinh, vi ba kết nối qua đường truyền cáp quang Khác với phương thức chuyển tiếp tín hiệu truyền thống, mơ hình truyền tải tín hiệu phát qua Internet đài tiếng nói Việt Nam thể hình 1.21 lấy mơi trường mạng máy tính làm giao thức truyền tải tín hiệu sở giao thức IP Vấn đề đặt với mơ hình chưa có chế đảm bảo chất lượng dịch vụ, thực theo phương thức truyền thông đơn hướng Như đề cập 1.1, hệ thống gặp hạn chế nói chung truyền thông đơn hướng đặc biệt hạn chế chất lượng số lượng người dùng tăng Cũng phương thức chuyển tiếp tin hiệu truyền thống, mơ hình truyền tải tín hiệu phát đài tiếng nói Việt Nam địi hỏi sử dụng hệ thống chuyên dụng thiết bị xử lý tín hiệu phần cứng nước ngồi có ưu điểm có độ ổn định tin cậy cao, địi hỏi kinh phí đầu tư lớn Để tận dụng ưu điểm trình bày mục 1.4.2, giải khó khăn triển khai hệ thống RoIP địi hỏi có nghiên cứu bản, chi tiết từ mơ hình hệ thống, đề xuất gải pháp đảm bảo chất lượng, đến việc xây dựng chương trình triển khai thực nghiệm Vấn đề đề cập phần luận án Hình 20: Các phương thức chuyển tiếp tín hiệu phát truyền thống Phương thức phát quảng bá truyền thống Hình 20: Mơ hình phát quảng bá qua Internet đài tiếng nói Việt Nam 1.4.4 Mơ hình hệ thống RoIP đề xuất 1.4.3.1 Giới thiệu Hệ thống truyền tải tín hiệu tiếng nói qua mạng IP - VoIP đề cập đến theo phương diện hệ thống thể hình 1.22 thực chức sau: o Chuyển đổi tín hiệu tải tín hiệu phát tương tự số o Mã hóa số liệu âm đóng gói số liệu theo giao thức IP o Truyền gói IP qua mạng IP đến phía thu o Tiến hành q trình ngược lại phía thu Hình 21: Hệ thống VoIP truyền thống [19] Để truyền tải gói tin RoIP qua mạng IP, mơ hình giao thức chuẩn hỗ trợ truyền tải thời gian thực thể hình 1.23 áp dụng Khuyến nghị RFC 3550 quy chuẩn giao thức truyền tải thời gian thực RTP (RealTime Protocol) giao thức điều khiển thời gian thực RTCP (Real-Time Control Protocol) để truyền tải quản lý tín hiệu tiếng nói hình ảnh RTP áp dụng chủ yếu cho ứng dụng thời gian thực thiết kế để đồng luồng lưu lượng khác nhằm xử lý biến động trễ sai nhầm thứ tự Tuy nhiên, giao thức không đảm bảo việc phân phối lưu lượng theo thời gian thực khôi phục gói tin bị tổn thất đảm bảo băng thơng sẵn có cho ứng dụng xác định (khơng giải vấn đề chất lượng dịch vụ) RTCP giao thức áp dụng giao thức RTP, dựa việc truyền dẫn định kỳ gói tin điều khiển tới thành viên phiên làm việc RTCP cung cấp chế phản hồi chất lượng dịch vụ QoS thơng tin phiên làm việc cho mục đích ghép kênh, điều khiển lỗi tiêu đề, nhận dạng ứng dụng thông qua số hiệu cổng Cả giao thức RTP RTCP chạy đỉnh giao thức UDP nhằm cung cấp khả thời gian thực tốt giảm bớt phần tiêu đề Sau số hóa mẫu tín hiệu phát tương tự mã hóa, thơng tin RTP RTCP đóng vào gói IP với phần tiêu đề UDP để tạo thành u cầu truyền gói tin tín hiệu phát Hình 22: Các giao thức chuẩn cho dịch vụ RoIP 1.4.3.2 Giao thức truyền tải thời gian thực RTP Hình 23: Tiêu đề gói RTP Hiện hầu hết ứng dụng audio, video thời gian thực sử dụng giao thức RTP để truyền tải liệu RTP nằm lớp giao thức truyền tải , điển hình UDP hỗ trợ dịch vụ thời gian thực cung cấp khả phân phối dịch vụ từ đầu cuối đến đầu cuối RTP hỗ trợ truyền tải loại tải tin khác thông tin nhãn thời gian cho phép xác định thời điểm tái tạo thơng tin bên thu Ngồi ra, RTP mang thông tin số thứ tự gói tin truyền tải, qua ứng dụng đầu cuối phát gói tin tổn thất, gói tin nhận lặp lại gói tin nhận sai thứ tự vào thông tin đó, bên thu thực giải thuật bù thất nhằm đảm bảo chất lượng tín hiệu thu nhận Theo khuyến nghị RFC 3550, cấu trúc gói RTP bao gồm phần tiêu đề phần tải tin Cấu trúc phần tiêu đề gói RTP phiên thể hình 1.24, bao gồm số trường thơng tin sử dụng luận án sau: - Phần tải tin PT (Payload Type) gồm bit xác định khuôn dạng thông tin mang gói RTP kế sau phần tiêu đề - Số thứ tự gói tin (Sequence Number): gồm 16 bit, mang thơng tin số thứ tự gói RTP gửi từ bên phát tăng có gói RTP gửi Số thứ tự gói RTP cho phép gói tin tổn thất, gói tin nhận lặp lại gói tin nhận sai thứ tự - Nhãn thời gian (Time Stamp): gồm 32 bit phản ánh thời điểm lấy mẫu mẫu liệu phần tải tin tăng lên tương ứng với mẫu liệu cho dù mẫu liệu truyền tải qua mạng bị hủy bỏ khơng có tín hiệu từ nguồn trường hợp gặp khoảng lặng truyền tiếng nói Nhãn thời gian giúp bên nhận tính tốn biến động trễ gói RTP đồng với bên phát Giao thức RTP mở rộng bổ sung giao thức điều khiển RTCP (RTP control protocol) cho phép trao đổi thông tin thành viên tham gia phiên làm việc RTCP thực giám sát việc phân phối liệu cung cấp chức thống kê cho người dùng Các đầu cuối thu nhận sử dụng RTCP cấu phản hồi thông tin trở lại bên phát chất lượng trao đổi thông tin 1.4.3.3 Hệ thống RoIP đề xuất Hệ thống RoIP đề xuất xây dựng từ quan điểm áp dụng mơ hình truyền tải tiếng nói/âm [8][19][20] mơ hình truyền thông đa hướng qua mạng IP [12][13][51] Hệ thống truyền tải tín hiệu phát từ nguồn Tx đến đích Rx qua mạng IP cần thực chức sau: Mã hóa / giải mã tạo / mở gói Để truyền tải tín hiệu phát tương tự qua mạng IP, trước hết phải số hóa mã hóa tín hiệu Q trình chuyển đổi thực mã hóa (coder) giải mã (decoder) tiến trình ngược lại Điều xung mã PCM (Pulse Code Modulation) điều xung mã vi sai ADPCM (Adaptive Differential PCM) phương thức mã hóa/ giải mã (codec) dạng sóng sử dụng phổ biến mạng điện thoại cơng cộng PSTN Mã hóa dạng sóng sử dụng kỹ thuật nén thơng qua đặc tính biên độ tín hiệu Khác với mã hóa dạng sóng, mã hóa nguồn nén tín hiệu phát thơng qua việc truyền tải thông tin tham số tín hiệu phát thanh, u cầu băng thơng nhỏ Các kỹ thuật mã hóa cho truyền thoại qua mạng IP chuẩn hóa ITU-T áp dụng chuẩn G.711, G.723.1 G.729 Bảng thể thông tin đặc trưng cho chuẩn sử dụng kỹ thuật mã hóa tín hiệu khác [28] Bảng 1: Một số thông số chuẩn mã hóa tín hiệu Tên chuẩn Tốc độ (kbps) Kích thước khung (ms) Tỷ lệ nén G.711 64 0,125 2:1 5,3 30 8:1 6,3 30 7:1 10 8:1 G723.1 G.729 Về tổng quát, việc sử dụng chuẩn G.711 nhận chất lượng tín hiệu phát đầu tốt tỷ lệ nén thấp tốc độ bit cao dẫn đến hạn chế việc triển khai ứng dụng RoIP với hạ tầng mạng đáp ứng dịch vụ băng thông nhỏ Cả hai chuẩn G.723.1 G.729 có tỷ lệ nén cao với chất lượng tín hiệu phát chấp nhận hệ số đánh giá chất lượng MOS từ 3,65, đến 3,9 Khối tạo gói cấu thiết kế sau khối mã hóa thực chức đóng gói số liệu âm mã hóa theo chuẩn giao thức RTP/UDP/IP tách gói trình ngược lại Đệm liệu phát đệm liệu tái tạo Trong hệ thống RoIP, gói tin mang tín hiệu phát phía phát lưu giữ đệm phát trước truyền vào mạng IP Bộ đệm có tác dụng đảm bảo tốc độ nguồn phát ổn định điều khiển tạo lịch trình phát liệu Tín hiệu tái tạo phía thu đáp ứng tính thời gian thực theo thứ tự tạo bên phát Chức đệm tái tạo thu nhận, lưu giữ gói tin chuyển tiếp gói tin theo lịch trình tái tạo cấu điều khiển đưa Lịch trình tái tạo thực theo phương thức cố định thích ứng hai phương thức yêu cầu đồng bên phát bên thu thay đổi tình trạng mạng Phương thức tạo lịch trình cố định đơn giản gây nên trễ không đổi không cho phép đáp ứng thay đổi trễ mạng Phương thức tạo lịch trình thích ứng đưa để giải hạn chế điều khiển thuật toán điều khiển đệm tái tạo tương ứng nhằm tận dụng khoẳng lặng (silence time) khoảng tín hiệu phát tích cực (talkspurt) nhằm thay đổi thời gian tái tạo khoảng tín hiệu phát tích cực Phát khoảng tín hiệu tích cực / khoảng lặng Tín hiệu phát bao gồm khoảng tín hiệu tích cực khoảng lặng phân biệt ngưỡng lượng tín hiệu nguồn Chức phát khoảng tín hiệu tích cực khoảng lặng thực khâu xử lý nguồn bên phát nhằm cho phép điều chỉnh lịch trình tái tạo theo khoảng tín hiệu tích cực tiết kiệm băng thơng đường truyền Bù tổn thất gói tin Cơ cấu bù tổn thất gói tin PLC (Packet Loss Colcealment) sử dụng để đảm bảo chất lượng tín hiệu phát tái tạo gói tin tổn thất Cơ cấu PLC thực đầu thu nhằm thay gói tin bị tổn thất thông qua việc chèn nhiễu nền, khoảng lặng gói tin trước Trên sở chức trên, luận án đề mơ hình lý thuyết (hình 1.25), xuất mơ hình cấu trúc giao thức (hình 1.26) mơ hình triển khai thực tế (hình 1.27) hệ thống RoIP Tín hiệu phát nguồn từ bên phát (iVoVStation) theo kết nối đơn hướng tới cổng chuyển đổi giao thức (iVoVGateway) truyền tải qua mạng truy nhập đa hướng tới đầu thu (iVoVReceiver) Các thành phần mơ hình lý thuyết thực máy chủ RoIP, máy trạm cổng chuyển đổi giao thức Thành phần iVoVGateway thực chức chuyển đổi giao thức đơn hướng sang giao thức đa hướng giao tiếp mạng hữu tuyến mạng truy nhập WLAN IEEE 802.11 Bên cạnh đó, để phục vụ việc đánh giá ảnh hưởng mạng khơng có điều kiện triển khai hệ thống môi trường thực tế (hình 1.5), chức tạo tham số QoS mạng IP tích hợp iVoVGateway đề cập chương Hệ thống RoIP đề xuất kiểm chứng thực nghiệm chương Hình 24: Mơ hình lý thuyết hệ thống truyền tín hiệu phát qua mạng IP Hình 25: Cấu trúc giao thức hệ thống RIP đề xuất Đài phát Hình 26: Mơ hình triển khai thực nghiệm hệ thống RoIP đề xuất 1.5 Kết luận chương Truyền thông đa hướng qua mạng IP hạn chế nhược điểm chiếm dụng đường truyền số người dùng tăng cao truyền thông đơn hướng truyền thơng quảng bá gói tin truyền tải đến tất người dùng mạng kể trường hợp khơng có u cầu Đặc tính truyền thơng đa hướng qua mạng IP có điểm tương đồng phát quảng bá chỗ người dùng cần gia nhập nhóm đa hướng tương ứng với việc bật máy thu lựa chọn tần số đài muốn nghe thu nhận thơng tin mà đài cung cấp Đối với truyền thơng đa hướng, địa multicast có vai trị tần số đài cần nghe máy tính có vai trị máy thu radio Khi đó, người dùng thay đổi địa nhóm multicast máy tính để tham gia vào nhóm multicast khác, tương tự việc ta thay đổi tần số máy thu để chuyển sang chương trình khác Việc kết hợp truyền thông đa hướng với môi trường mạng truy nhập vụ tuyến WLAN IEEE 802.11 hình thành phương thức truy nhập nguồn tín hiệu phát mới, vừa tận dụng băng thông đường truyền, dễ dàng quản lý thơng qua địa nhóm multicast tận dụng hạ tầng mạng Internet sẵn có điểm truy nhập Wi-Fi ngày mở rộng Một hệ thống RoIP điển hình bao gồm số thành phần cấu nhằm điều khiển q trình truyền tải số liệu tín hiệu phát lựa chọn liên quan đến khía cạnh chi phí đầu tư, hiệu hệ thống chất lượng dịch vụ Hệ thống RoIP mang lại ưu điểm bật hiệu suất sử dụng hệ thống cao nhờ việc tận dụng hạ tầng mạng IP có, tiết kiệm băng thông, hỗ trợ ứng dụng đa điểm Tuy nhiên, đặc tính mạng IP, việc triển khai hệ thống RoIP phải đối mặt với số thách thức, đặc biệt khía cạnh chất lượng dịch vụ QoS Tổn thất gói tin, trễ mạng biến động trễ mạng tham số ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu tái tạo đầu thu Việc nghiên cứu cấu phương thức điều khiển thích ứng với tình trạng mạng có ý nghĩa quan trọng việc đảm bảo chất lượng hệ thống RoIP ... chứng mơ hình phương pháp đảm bảo chất lượng theo thời gian thực Nghiên cứu phương thức đánh giá chất lượng tín hiệu truyền tải qua mạng IP Đề xuất mơ hình đo đạc đánh giá chất lượng tín hiệu... phụ lục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THƠNG ĐA HƯỚNG VÀ MƠ HÌNH HỆ THỐNG RoIP 1.1 Các phương thức truyền thông qua Internet Trong thời gian ngắn, dịch vụ truyền tải thời gian thực qua Internet... lượng thời gian thực qua mạng IP hướng nghiên cứu mới, chưa có tài liệu liên quan chuẩn đánh giá chất lượng truyền tải tín hiệu phát qua mạng IP cơng bố thức Đây hướng nghiên cứu mang tính chất