Đánh giá hiệu năng của một số giải pháp truyền video trên mạng cục bộ không dây

Bài báo này nhằm mục tiêu đánh giá một số giải pháp truyền video trên mạng cục bộ không dây (WLAN). Các giải pháp 802.11e EDCA, Static mapping, Adaptive mapping được thực hiện dựa trên thuật toán quản lý hàng đợi kết hợp với việc mã hóa file video theo chuẩn MPEG-4 [3], nhằm đảm bảo việc truyền file video và tận dụng không gian hàng đợi một cách hiệu quả.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá hiệu năng của một số giải pháp truyền video trên mạng cục bộ không dây ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIẢI PHÁP TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG CỤC BỘ KHÔNG DÂY LÊ TẤN Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế Tóm tắt: Bài báo này nhằm mục tiêu đánh giá một số giải pháp truyền video trên mạng cục bộ không dây (WLAN). Các giải pháp 802.11e EDCA, Static mapping, Adaptive mapping được thực hiện dựa trên thuật toán quản lý hàng đợi kết hợp với việc mã hóa file video theo chuẩn MPEG-4 [3], nhằm đảm bảo việc truyền file video và tận dụng không gian hàng đợi một cách hiệu quả. Thông qua các giải pháp truyền file video (802.11e EDCA, Static mapping, Adaptive mapping), tác giả đã phân tích, so sánh, đánh giá hiệu năng, bằng cách dựa vào file video nhận được sau khi truyền, tỉ lệ mất gói và chỉ số PSNR (Peak signal-to-noise ratio) dưới các điều kiện tải mạng khác nhau. Từ khóa: MPEG-4, 802.11e video, mạng không dây 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, WLAN đã trở nên phổ biến trong các cơ quan, doanh nghiệp, trường học. Bên cạnh đó do nhu cầu cuộc sống ngày càng cao, người dùng ngày càng sử dụng nhiều các thiết bị truy cập có hỗ trợ WLAN để trao đổi thông tin cũng như phục vụ nhu cầu giải trí, trong đó có việc sử dụng dữ liệu video. Tuy nhiên, việc truyền dữ liệu video trong WLAN thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như giới hạn băng thông, độ trễ, độ nhiễu và tỉ lệ mất gói làm cho chất lượng video ở phía nhận không cao. Do đó nhà quản lí mạng phải tìm ra các giải pháp truyền video nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng. Ngày nay, các chuẩn mã hóa video phát triển không ngừng và đã góp phần nâng cao khả năng và hiệu quả trong việc truyền dữ liệu theo dạng truyền thông đa phương tiện. Để cho việc truyền video được linh động và hiệu quả hơn người ta thường dùng kỹ thuật mã hóa phân cấp [1], [8]. Với mã hóa phân cấp, khi dữ liệu được truyền trên đường truyền có băng thông thấp, các gói tin có ưu tiên thấp có thể bị loại bỏ. Chính nhờ cơ chế này mà luồng dữ liệu kiểu video hoặc audio có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền đi trước. Ngoài việc sử dụng mã hóa file video trước khi truyền, trong WLAN sử dụng chuẩn IEEE 802.11e [5] để hỗ trợ chất lượng dịch vụ truyền gói tin. 2. CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN VIDEO TRÊN WLAN Thời gian vừa qua đã có nhiều nghiên cứu về những cơ chế nhằm cải tiến khả năng truyền video trên mạng sử dụng chuẩn 802.11e. Trong [6], [7], Takeuchi và Wang đã đề xuất một giải pháp để cải tiến giá trị kích thước cửa sổ xung đột nhằm tăng thông lượng hệ thống. Trong [2], Hasegewa đề xuất cơ chế lập lịch để truyền lại dựa vào EDF Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 03(31)/2013: tr. 65-72 66 LÊ TẤN (Early-deadline-first) đã xét đến thời gian sống của gói tin (play-out deadline). Tuy nhiên, mặc dù tất cả những giải pháp trên đều thực thi tốt hơn chuẩn 802.11e nhưng chúng không xem xét đến tầm quan trọng của dữ liệu (chẳng hạn như kiều dữ liệu video cần được đặt mức ưu tiên cao hơn) nên việc truyền dữ liệu này không đạt hiệu quả, chất lượng rất kém. Vì vậy tác giả nghiên cứu một số giải pháp truyền video hiệu quả tốt hơn. 2.1. Giải pháp của 802.11e EDCA Trong chuẩn 802.11e có sử dụng cơ chế phân tranh kênh truyền phân tán (Enhanced Distributed Channel Access (EDCA)). Cơ chế này phân loại lưu lượng mạng vào bốn cấp độ truy cập khác nhau gọi là AC (Access Categories) gồm AC_VO (voice), AC_VI (video), AC_BE (best effort), và AC _BK (background). Trong nghiên cứu này, tác giả kí hiệu AC_VO là AC3, AC_VI là AC2, AC_BE là AC1, và AC_BK là AC0. Đối với giải pháp trên các luồng dữ liệu video có ưu tiên cao nhất sẽ được chuyển vào hàng đợi AC2, các luồng dữ liệu khác sẽ được chuyển vào các AC còn lại. Sự khác biệt về độ ưu tiên được sử dụng bởi EDCA đảm bảo chất lượng dịch vụ tốt hơn trong khi vẫn đảm bảo dịch vụ tối thiểu cho các luồng dữ liệu trên mạng có độ ưu tiên thấp. Mặc dù giải pháp này đã cải tiến được chất lượng dịch vụ của luồng dữ liệu trên mạng theo thời gian thực nhưng hiệu suất truyền video đạt được vẫn chưa được tối ưu. Lý do cho việc này là trong điều kiện tải mạng cao, dung lượng các luồng dữ liệu video đến quá lớn dẫn đến sẽ bị đánh rớt ngẫu nhiên. Do đó, ở phía nhận sẽ nhận không đủ số gói tin video để giải mã, vì vậy chất lượng video rất kém. 2.2. Giải pháp Static mapping [4] Giải pháp này tận dụng thêm không gian của hai hàng đợi AC1 và AC0 để lưu trữ file video. Dữ liệu video sau khi được mã hóa theo chuẩn MPGE-4, các gói tin video sẽ được ánh xạ vào các hàng đợi theo thứ tự ưu tiên. Cụ thể là khung I sẽ được chuyển vào AC2, khung P được chuyển vào AC1 và khung B sẽ được chuyển vào AC0. Nhờ vào cơ chế này mà số gói tin sẽ bị hạn chế bị đánh rớt. Tuy nhiên, giải pháp này còn hạn chế ở chổ không tối ưu trong các tình trạng tải mạng khác nhau. Thực tế là khi tải mạng cao, giải pháp này thực hiện rất tốt vì các luồng dữ liệu video được phân bố đồng đều vào các hàng đợi, tránh xảy ra trường hợp đánh rớt gói tin. Tuy nhiên, khi tải mạng tải thấp, hàng đợi AC2 có thể rỗng, dẫn đến việc trễ gói tin cho quá trình truyền gói tin đối với các hàng đợi AC1 và AC0, và thậm chí nếu như AC1 và AC0 đều đầy tại cùng một thời điểm thì tỉ lệ mất gói sẽ rất lớn. 2.3. Giải pháp Adaptive mapping Giải pháp này dựa vào kích thước hiện thời của hàng đợi để nhận biết tình trạng tải mạng khác nhau. Nhờ vào việc quản lý từng hàng đợi cụ thể mà giải pháp đã tận dụng tối đa không gian hàng đợi. Qua đó, giải pháp đã hạn chế việc đánh rớt các gói tin, đặc biệt là gói tin có độ ưu tiên cao nhất. Trong giải pháp này, sau quá trình mã hóa file ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA MỘT SỐ GIẢI PHÁP TRUYỀN VIDEO... 67 video theo chuẩn MPEG-4. Khung video có ưu tiên cao nhất sẽ được gán Pro_Type thấp nhất (Prob_B> Prob_P > Prob_I). Giải pháp Adaptive mapping được mô tả bằng giả mã như sau: Khởi tạo: RN←Random[0,1] N←2 Khi mỗi gói tin video đến (*): Kiểm tra chiều dài hàng đợi hiện tại của AC[N] If qlen(AC[N]) < thresh ...