Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIDEO CONFERENCE TRONG MẠNG LTE. Trong một thế giới chuyển động, thay đổi liên tục như hiện nay, việc xử lý thông tin và cập nhật tức thời ở mọi lúc, mọi nơi sẽ giúp chúng ta làm chủ được tình hình mà không phải phụ thuộc quá nhiều ở vị trí địa lý.
1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ HOÀNG NAM NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIDEO CONFERENCE TRONG MẠNG LTE Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. Huỳnh Việt Thắng Đà Nẵng - Năm 2014 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Võ Hoàng Nam 3 MỤC LỤC 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 3 5. Bố cục đề tài 3 6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE 5 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 5 1.2 CÔNG NGHỆ LTE 5 1.2.1. Khái niệm 5 1.2.2. Các đặc điểm chính 6 1.2.3. Kiến trúc mạng LTE 11 1.2.4. Giao diện vô tuyến 12 1.2.5. Hệ thống kênh truyền trong LTE 16 1.2.6. Chất lượng dịch vụ và các kênh mang EPS Bearers 21 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 CHƯƠNG 2: VIDEO CONFERENCE VÀ CÁC KỸ THUẬT LIÊN QUAN 25 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 25 2.2 KHÁI NIỆM TRUYỀN DÒNG: 26 2.3 GIAO THỨC RTP VÀ RTCP 26 2.3.1. Giao thức RTP 26 4 2.3.2. Ghép các phiên truyền RTP 35 2.3.3. Chức năng và hoạt động của giao thức RTCP: 35 2.4. NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CHUẨN NÉN MPEG 40 2.4.1 Mục đích nén Video: 40 2.4.2 Khái niệm về nén MPEG 42 2.4.3 Các chuẩn nén MPEG. 49 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 59 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP PHÂN LỚP THUÊ BAO, KỊCH BẢN VÀ MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIDEO CONFERENCE TRONG LTE 60 3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 60 3.2. GIẢI PHÁP PHÂN LỚP THUÊ BAO 60 3.3. Các PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 61 3.4. MÔ PHỎNG BẰNG OPNET: 62 3.4.1. Giới thiệu OPNET 17.1 và bản quyền sử dụng 62 3.4.2. Xây dựng mô hình mạng lưới: 63 3.4.3. Các tham số cần thiết cho quá trình mô phỏng: 64 3.4.4. Xây dựng các kịch bản mô phỏng: 68 3.4.5. Thực hiện mô phỏng. 76 3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 78 4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG 78 4.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 78 5 4.2.1. Kịch bản 1: Mạng LTE có lưu lượng thấp. 79 4.2.2. Kịch bản 2: Lưu lượng mạng trung bình. 84 4.2.3. Kịch bản 3: Mạng lưu lượng lớn, có khả năng nghẽn cao 89 4.2.4. Tổng hợp kết quả mô phỏng và đánh giá 94 4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 95 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 3G Third Generation Mobile Communication Network Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 3GPP Third Generation Partnership Project Tổ chức chuẩn hóa các công nghệ mạng thông tin di động 4G Fourth Generation Mobile Communication Network Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 AS Access Stratum Miền truy nhập NAS Non Access Stratum Miền không truy nhập BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân CDMA Code division multiple access Đa truy nhập phân chia theo mã DCT Discrete Cosine Transform Phép biến đổi Cosin DVB-T Digital Video Broadcasting Quảng bá Video số ES Elementary Stream Dòng sơ cấp EPC Evolved Packet Core Mạng lõi chuyển mạch gói EPS Evolved Packet System Hệ thống chuyển mạch gói FDD Frequency Division Duplex Ghép kênh song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số. FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số GBR Guaranteed Bit Rate Đảm bảo tốc độ bít GSM Global System for Mobile Communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GOP Group of Picture Nhóm ảnh HSPA High Speed Packet Access Công nghệ truy nhập gói tốc độ cao LTE Long Term Evolution Tiến hóa dài hạn MPEG Moving Picture Expert Group Nhóm các chuyên gia ảnh chuyển động MU Multiuser Đa người dùng MISO Multiple Input Single Output Đa anten phát – đơn anten thu 7 Non-BGR Non Guaranteed Bit Rate Không đảm bảo tốc độ bít OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số trực giao RTP Real time Protocol Giao thức thời gian thực RTCP Real time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số đơn sóng mang SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SISO Single Input Single Output Đơn anten phát - đơn anten thu SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian UE User Equipment Thiết bị người dùng UL Uplink Đường lên UMTS Universal Mobile Telecommunications System Hệ thống viễn thông di động toàn cầu 8 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các đặc điểm chính của công nghệ LTE 15 Bảng 1.2 Băng thông và các đặc tính của RB 19 Bảng 1-3 Dung lượng hệ thống LTE sử dụng SISO 29 Bảng 1.4 Chuẩn QCI và các đặc tính của kênh mang 31 Bảng 2.1 Tham số theo tiêu chuẩn MPEG -1 59 Bảng 2.2 Bảng thông số chính Profiles và Levels của tín hiệu chuẩn MPEG-2 63 Bảng 3.1 Giá trị QCI, ARP của kênh mang EPS bearer 75 Bảng 3.2 Các giá trị tham chiếu của UE thực hiện Video Conference và FTP 83 Bảng 4.1 Thống kê độ trễ E2E của các UE 87 Bảng 4.2 Tổng hợp số liệu lưu lượng gửi và nhận của các UE trong kịch bản 1 89 Bảng 4.3 Tổng hợp số liệu chi tiết biến thiên thời gian trễ (PDV) 90 Bảng 4.4 Chi tiết các giá trị thời gian trễ E2E của các UE 92 Bảng 4.5 Chi tiết lưu lượng gửi/ nhận và tỉ lệ mất gói của các UE 94 Bảng 4.6 Tổng hợp chi tiết giá trị biến thiên trễ của các UE 95 Bảng 4.7 Số liệu chi tiết thời gian trễ E2E của các UE 97 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phổ đa sóng mang 9 Hình 1.2 Tín hiệu OFDM trên miền thời gian và tần số 9 Hình 1.3 LTE downlink physical resource based on OFDM.[4] 10 Hình 1.4 Kiến trúc mạng lõi LTE 12 Hình 1.5 Kiến trúc của giao diện vô tuyến 13 Hình 1.6. Kiến trúc mặt phẳng điều khiển trong LTE 14 Hình 1.7 Kiến trúc mặt phẳng người dùng trong LTE 14 Hình 1.8 Kênh logic 17 Hình 1.9 Kênh vận chuyển 18 Hình 1.10 Quá trình xử lý đường xuống 19 Hình 1.11 Cấu hình kênh mang và QoS trong mạng truy nhập của LTE [19] 23 Hình 2.1 Mô hình tổng quát về giao thức RTP. 27 Hình 2.2 Vị trí RTP trong các ứng dụng multimedia 29 Hình 2.3 Mô hình phiên RTP. 32 Hình 2.4 Cấu trúc phần header gói RTP. [33] 33 Hình 2.5 Hoạt động của RTCP. 36 Hình 2.6 Format of the Sender Report [19] 38 Hình 2.7 Format of the Receiver Report [19] 38 Hình 2.8 Format of the BYE packet [19] 39 Hình 2.9 Format of the application defined packet [19] 39 Hình 2.10 Cấu trúc dòng Bít MPEG Video 43 Hình 2.11 Cấu trúc ảnh MPEG 46 Hình 2.12 Nén MPEG 46 Hình 2.13 Giải nén MPEG 48 Hình 2.14 Chuẩn nén MPEG-2 51 10 Hình 2.15 Cấu trúc của bộ mã hoá và giải mã Video MPEG – 4 55 Hình 2.16 Profiles và Levels trong MPEG -4 57 Hình 3.1 Giới thiệu OPNET 17.1 và bản quyền sử dụng 63 Hình 3.2 Cấu trúc mạng LTE dùng trong mô phỏng 64 Hình 3.3 Thư viện con eNode B 65 Hình 3.4 Cài đặt tham số cần thiết cho eNode B 65 Hình 3.5 Lựa chọn và cài đặt tham số cho UE từ thư viện con 66 Hình 3.6 Các thiết lập kênh vật lý cho mạng LTE 66 Hình 3.7 Định nghĩa các phân lớp QCI và tham số của EPS bearer 67 Hình 3.8 Cài đặt tham số đích cuộc gọi Video cho UE 69 Hình 3.9 Cấu hình thời gian và tham số hoạt động cho các UE 71 Hình 3.10 Cài đặt tham số cho cuộc gọi Video chất lượng cao 72 Hình 3.11 Cài đặt tham số FTP tạo lưu lượng nền trong mạng 72 Hình 3.12 Cài đặt tham số chất lượng cao cho cuộc gọi Video 73 Hình 3.13 Cài đặt tham số truyền file FTP 73 Hình 3.14 Phân bố các UE và các FTP client/ Server 74 Hình 3.15 Cài đặt các UE thực hiện chức năng FTP Client/Server 74 Hình 3.16 Cấu hinh thời gian thực hiện mô phỏng 76 Hình 3.17 Lựa chọn các chỉ số cần lấy kết quả 76 Hình 4.1 Đồ thị minh họa độ trễ E2E 79 Hình 4.2 Đồ thị minh họa chi tiết độ trễ E2E 80 Hình 4.3 Đồ thị minh họa lưu lượng gửi đi của các UE trong kịch bản 1 81 Hình 4.4 Đồ thị minh họa lưu lượng nhận được của các UE trong kịch bản 1 82 Hình 4.5 Đồ thị minh họa chỉ số Jitter của các UE 83 Hình 4.6 Đồ thị minh họa thời gian trễ E2E của các UE 84 [...]... Conference trong mạng LTE, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm ổn định, nâng cao chất lượng dịch vụ QoS của Video call, Video Conference dựa trên nền LTE sẽ là yếu tố quan trọng để các nhà khai thác mạng ứng dụng và triển khai 2 Mục tiêu nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Xác định các yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến chất lượng Video Conference trong mạng LTE - Đề xuất các giải pháp nhằm... đảm bảo chất lượng Video Conference trong mạng LTE 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu : - Lý thuyết tổng quan về mạng LTE - Truyền hình hội nghị, giao thức truyền tải/điều khiển thời gian thực RTP/RTCP và các chuẩn nén Video - Các mô hình, kịch bản để phân tích các tham số ảnh hưởng chất lượng Video Conference trong LTE - Công cụ mô phỏng OPNET 17.1 b Phạm vi nghiên cứu: LTE Nghiên. .. rệt, bảo đảm nhiều yếu tố lợi ích khác cho xã hội Tuy thế, việc đánh giá các chỉ tiêu chất lượng cũng như đề xuất các giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng của Video Conference là một vấn đề còn bỏ ngỏ, chưa được quan tâm đúng mức, đặc biệt đối với thế hệ mạng di động 4G hay còn gọi là mạng LTE (Long Term Evolution) có xu hướng triển khai tại nước ta Vì thế, để phát huy được hiệu quả của giải pháp Video Conference. .. kịch bản đánh giá chất lượng dịch vụ Video Conference trong LTE - Chương 4: Kết quả mô phỏng và thảo luận 4 6 Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu được tham khảo là những bài báo, sách, luận văn cùng với các trang web 5 CHƯƠNG 1 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG LTE GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương này trình bày những kiến thức chung về công nghệ LTE Bao gồm các nội dung sau: Công nghệ LTE, công nghệ đa... nối mạng LTE, đáp ứng tốt nhu cầu ngày càng cao từ phía khách hàng, cần quan tâm đến các vấn đề cốt lõi: 2 + Chất lượng (Quality of Service_QoS): QoS là một tập hợp các chỉ tiêu chất lượng dịch vụ dựa trên các phép đo như độ trễ dữ liệu, các giá trị sai lệch về độ trễ, mức độ đảm bảo băng thông, tỉ lệ thất lạc gói tin Việc nghiên cứu đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến QoS của Video Call, Video Conference. .. nhiều loại hình dịch vụ như Video Streaming, FTP, duyệt Web, Gaming, và đặc biệt là các dịch vụ yêu cầu về thời gian thực như Video Conference Đồng thời kiến trúc mạng mới được thiết kế với mục tiêu hỗ trợ lưu lượng chuyển mạch gói cùng với tính di động linh hoạt, chất lượng của dịch vụ, thời gian trễ tối thiểu 6 1.2.2 Các đặc điểm chính Các đặc điểm chính của công nghệ LTE được tóm tắt trong bảng 1.1... giống như phần lớn các mạng số liệu cố định ngày nay - vì vậy cung cấp các dịch vụ giống PC như thoại, video, tin nhắn và các dịch vụ đa phương tiện VoIP sẽ dùng cho dịch vụ thoại Kiến trúc mạng sẽ đơn giản hơn so với mạng 3G hiện tại: Tuy nhiên mạng LTE vẫn có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G hiện tại Điều này hết sức quan trọng cho nhà cung cấp mạng triển khai LTE vì không cần thay... Hình 1.11 Cấu hình kênh mang và QoS trong mạng truy nhập của LTE [19] Như thế phương pháp QoS trong LTE dựa trên phân lớp dịch vụ sẽ trở nên đơn giản hơn nhiều Nó cho phép kênh mang được ánh xạ tới một số lượng giới hạn các lớp dịch vụ riêng biệt tương ứng với các thông số thiết lập kênh mang, hạn chế số lượng thông tin QoS cần phải truyền qua báo hiệu Việc đảm bảo QoS như thế này cần phải được kết... gói tin (Packet loss ratio) - Các đề xuất, kiến nghị các giải pháp liên quan đến nội dung nghiên cứu 4 Phương pháp nghiên cứu Do mạng di động LTE là một thế hệ mạng di động mới, mới chỉ đang triển khai tại một số nước có trình độ công nghệ cao như Hàn Quốc, Nhật Bản, vv vv, và đang có xu hướng phát triển tại nước ta Vì thế phương pháp nghiên cứu của đề tài là sử dụng phần mềm mô phỏng các kịch bản,... tố tác động đến chất lượng cuộc gọi truyền hình, và từ đó đề xuất các biện pháp, giải pháp nâng cao chất lượng QoS của cuộc gọi hội nghị truyền hình 5 Bố cục đề tài Ngoài các phần mở đầu, kết luận và hướng phát triển, tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm các chương: - Chương 1: Giới thiệu tổng quan về mạng LTE - Chương 2: Video Conference và các kỹ thuật liên quan - Chương 3: Giải pháp phân lớp thuê . đến QoS của Video Call, Video Conference trong mạng LTE, từ đó đề xuất các giải pháp nhằm ổn định, nâng cao chất lượng dịch vụ QoS của Video call, Video Conference dựa trên nền LTE sẽ là yếu. khả năng ảnh hưởng đến chất lượng Video Conference trong mạng LTE. - Đề xuất các giải pháp nhằm ổn định và đảm bảo chất lượng Video Conference trong mạng LTE. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên. về mạng LTE. - Chương 2: Video Conference và các kỹ thuật liên quan. - Chương 3: Giải pháp phân lớp thuê bao, mô hình và kịch bản đánh giá chất lượng dịch vụ Video Conference trong LTE. -