Sử dụng kỹ thuật DiffServ – MPLS để đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV

Nội dung text: Sử dụng kỹ thuật DiffServ – MPLS để đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV

1. SỬ DỤNG KỸ THUẬT DIFFSERV-MPLS ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV USING THE DIFFSERV-MPLS TECHNIQUE TO ASSESS THE QUALITY OF IPTV SERVICES PGS.TS. Phạm Hồng Liên Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Lâm Đạo Tường Học viên cao học Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TÓM TẮT IPTV(Internet Protocol Television) truyền hình qua giao thức Internet - Là dịch vụ truyền hình tương tác, trong đó các tín hiệu truyền hình được phân phối trên nền mạng băng rộng. Do nhu cầu khách hàng ngày càng cao nên yếu tố chất lượng dịch vụ - QoS (Quality of Services) đóng vai trò rất quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Xu hướng hiện nay của các nhà cung cấp dịch vụ là nâng cao chất lượng nhưng vẫn duy trì ổn định hạ tầng mạng IP. Trong phần trình bày của bài báo này sẽ so sánh và đánh giá năng lực truyền tải của cấu trúc mạng dùng kỹ thuật Baseline, DiffServ, DiffServ – MPLS thông qua việc truyền tải các lưu lượng Video, Voice, Ftp, Http. Chất lượng truyền tải được đánh giá qua các tiêu chuẩn về: Thông lượng, độ trễ, độ trượt và tỉ lệ mất gói tin. Thực nghiệm được mô phỏng trên OPNET 14.5, các kết quả đạt được từ thực nghiệm là cơ sở để so sánh và đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV. ABSTRACT IPTV (Internet Protocol Television) is the interactive TV service, in which the television signals are distributed over the broadband network. Due to the demand of customers is increasing day by day. Therefore the quality of service_ QoS become very important for the service providers. They want to improve the quality of service and reduce investment but maintain stability the infrastructure of IP network. This paper compare and evaluate the transmission capacity of the network structures which apply Baseline, DiffServ, DiffServ - MPLS, there are Video, Voice, Ftp, Http sent to 3 network structures. The quality of packets are evaluated by throughput, delay, jitter and packet loss. The experiments are implement by OPNET 14.5 there are the results from the experiments which are basis to compare and evaluate the quality of IPTV services. I. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG Với sự phát triển của các ứng dụng đa VoIP làm xảy ra tình trạng tắc nghẽn phương tiện như: Video trực tuyến, IPTV đối với các mạng IP. Vấn đề khai thác,
2. chia sẽ băng thông, đảm bảo chất lượng giá chất lượng dịch vụ IPTV[9]. dịch vụ là yêu cầu cấp thiết đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Có nhiều giải pháp II. DIFFSERV đưa ra nhằm mong muốn đạt được QoS. DiffServ được tiêu chuẩn hóa bởi IETF Trên thực tế việc truyền tải lưu lượng còn nhằm mở rộng cho phân lớp dịch vụ, đảm nhạy với độ trễ, độ trượt và tỉ lệ mất gói bảo chất lượng dịch vụ trên các mạng IP tin. IETF (Internet Engineering Task hiện đại. DiffServ cung cấp các gói tin Force) [5] đã giới thiệu một vài kỹ thuật yêu cầu QoS theo các mức thỏa thuận QoS, bao gồm cả dịch vụ DiffServ để SLA (Service Level Agreement)[5]. cung cấp QoS cần thiết. DiffServ [5][5][10] thực hiện phân lớp dịch vụ, đưa ra áp dụng đối xử từng chặng PHB (Per-Hop-Behavior). Tuy DiffServ có nhiều ưu điểm nhưng khi áp dụng vào mạng IP còn gặp phải vướng mắc: Do xử lý định tuyến IP của gói tin nên tạo ra tính trễ, hơn nữa bản thân của Hình 1: Kiến trúc miền DiffServ mạng IP thực hiện cơ chế định tuyến OSPF, khi mạng quá tải các lưu lượng Kiến trúc miền DiffServ thực thi lưu vẫn tập trung đi theo đường ngắn nhất lượng ngõ vào mạng bởi bộ định tuyến nên vấn đề tắc nghẽn dễ xảy ra, hạn chế biên (Edge Router) như: Phân lớp, đo, nữa là khả năng tái định tuyến của mạng đánh dấu lưu lượng, phân chia tập hợp IP còn kém (Khả năng hội tụ thông tin đối xử. Mỗi tập hợp đối xử được xác định mạng còn chậm khi có lỗi kết nối xảy ra). bởi điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP Vì thế năm 1997 IETF đã đưa ra kỹ thuật (Differentiated Service Code Point). Các chuyển mạch nhãn đa giao thức Router lõi chuyển tiếp các gói tin dựa MPLS[5]. theo đối xử từng chặng PHB. Có hai nhóm PHB: Nhóm chuyển tiếp nhanh EF MPLS (Multiprotocol Label Switching) (Expedited Forwarding), nhóm chuyển là kỹ thuật chuyển mạch gói, sử dụng các tiếp đảm bảo AF (Assured Forwarding). nhãn để chuyển tiếp gói tin nên quá trình EF hỗ trợ ưu tiên cao nhất: Mất gói thấp, xử lý truyền gói tin nhanh hơn mạng IP trễ thấp AF định nghĩa quan hệ có bốn truyền thống, MPLS còn có khả năng tái lớp, mỗi lớp hỗ trợ ba mức ưu tiên thấp, định tuyến nhanh khi có lỗi kết nối xảy trung bình và cao[4][10]. ra. Điểm vượt trội của MPLS-TE[5] là khả năng định tuyến lưu lượng đi theo III. MPLS đường đã tính toán trước nên giải quyết được vấn đề tắc nghẽn xảy ra và do đó MPLS[4][5] được IETF đưa ra nhằm đảm bảo tốt việc khai thác và quản lý mở rộng khả năng định tuyến của lớp nguồn tài nguyên mạng. Vì vậy DiffServ mạng. Ưu điểm là cung cấp định tuyến - MPLS là kỹ thuật được đề cập để đánh linh hoạt, tăng hiệu suất hoạt động của
3. các mạng. Kết nối các Router là ppp_adv 20Mbps, từ Router biên đến các Source và Destination là 10BaseT, lưu lượng nền 95%, giao thức OSPF (Open Shortest Path First )[5]. Kịch bản 1: Baseline, dịch vụ best effort, định tuyến OSPF. Hình 2: Kiến trúc miền MPLS Kịch bản 2: DiffServ, phân lớp lưu Kiến trúc miền MPLS gồm 2 phần lượng tại LER1, Video AF11, AF12, chính: Phần lõi (Core) và phần biên AF13, Voice EF, Ftp AF21, Http AF41. (Edge). Các Router biên - LER thực hiện Áp dụng WFQ (Weighted Fair Queuing), việc gán và tháo nhãn gói tin, các Router RED (Random Early Drop)[1][4][5][10]. lõi LSR thực hiện chuyển tiếp gói tin dựa Kịch bản 3: DiffServ-MPLS định tuyến vào nhãn. Đường chuyển mạch nhãn LSP lưu lượng theo các đường LSP_1, LSP_2 (Label Switched Path) nối giữa LER ngỏ và LSP_3. vào (Ingress LER) với LER ngỏ ra (Egress LER) và được thiết lập bởi các Bảng 1: Tham số cấu hình ứng dụng LSR nhằm chuyển các gói tin đi xuyên Video qua mạng. Lớp chuyển tiếp tương đương Frame FEC (Forwarding Equivalence Class) là Video Bit Rate Size một nhóm các gói IP được chuyển tiếp Confer [Bytes] [Mbps] trên cùng một LSP, được đối xử như nhau và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi AF13_30 10416 2,5 LSR[5]. Frame Kịch IV. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG AF12_30 bản 12500 3 Frame Thực nghiệm chạy trên OPNET14.5 1,2,3 [14]. Cấu hình mạng thể hiện như hình 3. AF11_30 20833 5 Frame Bảng 2: Tham số ứng dụng Http, Ftp Lưu Load Exp Constant lượng Heavy Http 60 1000 Browing Ftp Medium load 720 5000 Hình 3: Cấu hình mạng mô phỏng
4. Bảng 3: Tham số ứng dụng Voice Hình 5: Thông lượng Video_AF12 đo tại LER_2->Video_Destination_2, kịch Lưu lượng Voice Giá trị bản 1 xử lý nghẽn kém, AF12 kịch bản 1 Symbolic bị tắc nghẽn, kịch bản 3 đạt chất lượng Voice Destination Destination tốt nhất. Encoder scheme G.711 Thời gian chạy mô phỏng là 1800 giây, Laptop HP, Window XP Service Pack 3, T8300 @ 2.4GHz, RAM 2.00GHz. VI. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hình 6: Thông lượng Video_AF13 1. Thông lượng Hình 7: Thông lượng Voice_EF Hình 4: Thông lượng Video AF11 Hình 6 và 7: Thông lượng Video_AF13 Hình 4: Thông lượng Video_AF11 đo và Voice_ EF đo tại LER_2->Video_ tại LER_2->Video_Destination_1, đường Destination_3 và LER_2->Voice_ biểu diễn AF11 kịch bản 2 và 3 trùng Destination. Kịch bản 3 đạt thông lượng nhau, kịch bản 1 đạt thông lượng kém cao nhất, kịch bản 2 có thông lượng kém nhất. hơn so với kịch bản 1. Hình 5: Thông lượng Video_AF12 Hình 8: Thông lượng Ftp_AF21
5. Hình 8: Thông lượng Ftp_ AF21 đo tại Hình 11: Trễ đầu cuối Video_AF12 đo LER_2 ->Ftp_Destination. AF21 kịch tại Video_Destination_2. Đường biểu bản 2 đạt thông lượng cao hơn kịch bản diễn trễ đầu cuối kịch bản 1 không nhận 1và 3. được. Kịch bản 2 có độ trễ cao hơn so với kịch bản 3. Hình 9: Thông lượng Http_AF41 Hình 9: Thông lượng Http_ AF41 đo Hình 12: Trễ đầu cuối Video_AF13 tại LER_2 ->Http_Destination, kịch bản Hình 12: Trễ đầu cuối Video_AF13 đo 1 đạt thông lượng kém nhất. tại Video_Destination_3, kịch bản 3 đạt 2. Độ trễ trễ đầu cuối thấp nhất. Hình 10: Trễ đầu cuối Video_AF11 Hình 13: Trễ đầu cuối Voice_EF Hình 10: Trễ đầu cuối Video_AF11 đo Hình 13: Trễ đầu cuối Voice_EF đo tại tại Video_Destination_1. Đường biểu Voice_Destination, kịch bản 2 có trễ đầu diễn trễ đầu cuối kịch bản 2 và 3 đang cuối tăng cao hơn so với kịch bản 1. Kịch trùng nhau. bản 3 đạt chất lượng tốt nhất. 3. Mất gói tin Bảng 4 chỉ ra rằng: Kịch bản 1 có tỉ lệ mất gói tin cao nên không đạt chỉ tiêu truyền dẫn. Kịch bản 2 có cải thiện hơn nhưng có Video_AF12 và Video_AF13 mất gói cao. Kịch bản 3 đạt tỉ lệ mất gói Hình 11: Trễ đầu cuối Video_AF12 0%, đạt chất lượng truyền dẫn.
6. Bảng 4: Mất gói trung bình kịch bản TÀI LIỆU THAM KHẢO 1,2,3 Tiếng Việt Mất gói Kịch Kịch Kịch trung bình bản 1 bản 2 bản 3 [1]. Hồ Đức Lĩnh, Điều khiển & Tránh tắc nghẽn trong mạng IPv4, Đại học 98,69 Video_AF11 0 % 0% Đông Á, 2011. % 93,40 [2]. TCVN, dịch vụ IPTV trên mạng viễn Video_AF12 100 % 0 % % thông công cộng, Hà Nội, 2010. 97,45 93,93 Tiếng Anh Video_AF13 0 % % % [3]. J. Jaffar, H. Hashim, Zainol Abidin, Ftp_AF21 100 % 0 % 0 % M.K. Hamzah, Video Quality of Service in DiffServ - Aware Multiprotocol Label 66.67 Http_AF41 0 % 0 % Switching Network, 2009 IEEE. % [4]. Md. Tariq Aziz Mohammad Saiful 33,70 77,21 Voice_EF 0 % Islam, Performance Evaluation of Real– % % Time Applications over DiffServ / MPLS in IPv4/IPv6 Networks, School of Computing Blekinge Institute of VII. KẾT LUẬN Technology 37179 Karlskrona Sweden Bài báo đã đánh giá chất lượng dịch vụ 2011. IPTV thông qua khả năng hoạt động của [5]. Amjad Iftikhar, Aoon Muhammad các cấu trúc mạng có và không có dịch vụ Shah, Fowad Latif, Multi-Protocol Label - QoS. Trên cơ sở lý thuyết và các kết Switching To Support Quality of Service quả đạt được từ thực nghiệm là cơ sở để Needs, School of Information Science, kết luận rằng: Kỹ thuật DiffServ-MPLS Computer and Electrical Engineering đạt các yếu tố về QoS, có độ trễ và tỉ lệ Halmstad University Box 823, S-301 18 mất gói thấp, đạt chỉ tiêu truyền dẫn theo Halmstad, Sweden 2010. khuyến nghị IETF RFC 3357[2]. Kỹ thuật DiffServ-MPLS đảm bảo tốt chất [6]. Mohammad Taufiqul Islam and lượng dịch vụ IPTV, phù hợp với tình Azimul Hoque, Study of Reliable hình phát triển như ở nước ta hiện nay. Multicast for IPTV Service, School of Engineering Blekinge Institute of Hướng phát triển, tiếp tục nghiên cứu Technology SE – 371 79 Karlskrona sâu về kiến trúc DiffServ-MPLS, các Sweden, 2008. thuật toán mới về tránh sự tắc nghẽn, khắc phục hạn chế ở một số kết quả của [7]. David Ramirez, IPTV Security bài báo cụ thể như: Thông lượng AF21 ở Protecting High-Value Digital Contents, kịch bản 3 John Wiley & Sons Ltd, 2008.
7. [8]. Md Rashedul Islam, QoS evaluation of bandwidth schedulers in IPTV networks offered SRD fluid video traffic: a simulation study, Dalarna University, 2009. [9]. Rajiv Chaudhuri, End to End IPTV Design and Implementation, How to avoid Pitfalls, Ericsson, 2008. [10]. Azhar Shabbir Khan, Bilal Afzal, MPLS VPNs with DiffServ – A QoS Performance study, School of Information Science, Computer and Electrical Engineering Halmstad University, 2011. [11]. Gerard O’driscoll, Next Generation IPTV Services And Technologies, John Wiley & Sons Ltd, 2008. [12]. Shahid Ali, Bilal Zahid Rana, OPNET Analysis of VoIP over MPLS VPN with IP QoS, School of Computing Blekinge Institute of Technology SE – 37179 Karlskrona Sweden, 2011. [13]. Daniel Minoli, IP Multicast With Applications To IPTV and Mobile DVB- H, John Wiley & Sons Ltd, Inc. 2008. [14]. Introduction to Using Modeler Opnet 14.5, 2005.
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.