Tài liệu Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ streaming trên mạng umts (3g) mạng mobifone

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU 1 CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN THẾ CƯƠNG Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ streaming trên mạng UMTS (3G) mạng MobiFone CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ : 60.52.708 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 1 hoàn thành tại: Luận văn được HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Mạnh Hùng Phản biện 1:……………………………………………. Phản biện 2: …………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: ….. giờ …… ngày…. tháng…. năm…. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ 3G là tiêu chuẩn di động băng thông rộng thế hệ thứ 3, là bước phát triển tiếp theo của công nghệ di động 2G và 2,5G. Chuẩn 3G cung cấp băng thông rộng, cho phép truyền tải không dây đồng thời dữ liệu thoại và phi thoại (Email, hình ảnh, âm thanh, video...). 3G chính là xu hướng phát triển tất yếu của công nghệ thông tin di động tại Việt Nam. Bộ Thông tin Truyền thông chính thức cấp phép cho các nhà mạng triển khai cung cấp dịch vụ 3G vào năm 2009. Hiện nay, các nhà mạng đang khẩn trương triển khai và mở rộng cơ sở hạ tầng cho mạng 3G. Đi cùng với việc mở rộng cơ sở hạ tầng thì việc nghiên cứu triển khai và nâng cao chất lượng các dịch vụ trên nền mạng 3G là nhu cầu bức thiết. Sự bùng nổ của mạng Internet nói chung và mạng 3G nói riêng đã là cơ sở để hỗ trợ kinh doanh các nội dung đa phương tiện. Khi mọi dữ liệu đều có thể dễ dàng được tìm thấy trên mạng Internet thì nhu cầu download và lưu trữ của khách hàng ngày càng giảm. Khách hàng sẽ có xu 2 hướng xem các dữ liệu trực tuyến (online) trên mạng thay vì download và lưu trữ như trước đây… Như vậy, trong số các dịch vụ có nhiều tiềm năng phát triển trên nền mạng 3G thì dịch vụ multimedia mà cụ thể hơn là dịch vụ streaming sẽ là một trong các dịch vụ tiềm năng nhất. Tốc độ mạng 3G thường kém ổn định hơn so với các kết nối internet khác là ADSL, leased line. Do đó, việc đảm bảo nhu cầu về dịch vụ Streaming của khách hàng và quan trọng hơn nữa là tối ưu hóa đường truyền để đảm bảo chất lượng dịch vụ streaming là một yêu cầu đặt ra đối với mạng MobiFone. Giải quyết và khắc phục được các nhược điểm về đường truyền mạng cho dịch vụ Streaming sẽ hỗ trợ nâng cao chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng từ đó hỗ trợ tăng doanh thu kinh doanh nội dung đa phương tiện cho mạng MobiFone. Đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu về công nghệ Streaming và giải pháp công nghệ để hỗ trợ nâng cao chất lượng cho dịch vụ streaming trên mạng 3G của MobiFone. Đề tài bao gồm các nội dung chính sau: 3  Phần 1: Nghiên cứu tổng quan  Phần 2: Các giải pháp và giao thức sử dụng trong công nghệ streaming  Phần 3: Hiện trạng tính năng streaming trên mạng MobiFone  Phần 4: Giải pháp nâng cao chất lượng streaming trên mạng MobiFone  Phần 5: Kết luận,hướng phát triển đề tài Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị đồng nghiệp. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: - Khoa đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu trường Học viện Công Nghệ Bưu chính viễn thông đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. 4 - Tiến sỹ Nguyễn Mạnh Hùng đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ và hướng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện luận văn tốt nghiệp. - Sự đóng góp ý kiến của các bạn bè trong quá trình hoàn thiện đề tài 5 Phần 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Ngày nay, khi các dữ liệu đa phương tiện như audio, video ngày càng phổ biến trên mạng, đặc điểm dữ liệu đa phương tiện là có dung lượng lớn nhưng tốc độ mạng Internet hiện nay còn hạn chế, do đó phương thức và vấn đề truyền tải dữ liệu đến người dùng đóng vai trò quan trọng trong sự thành công trong việc kinh doanh các nội dung này. Có rất nhiều nghiên cứu nhằm tối ưu hóa phương thức truyền dữ liệu đa phương tiện nhưng hiện tại chỉ có hai cách thức cơ bản để xem media trên mạng Internet là downloading và streaming:  Downloading: khi download một tệp tin (file) thì toàn bộ file được lưu trên máy tính của người dùng. Những file này người dùng có thể mở và xem sau đó. Phương thức này có ưu điểm như là truy xuất nhanh đến các đoạn khác nhau trong file nhưng có một nhược điểm lớn đó là người dùng phải chờ cho toàn bộ file được download về trước khi có thể xem được. Nếu như file có dung lượng nhỏ thì điều này 6 không có quá nhiều bất tiện, nhưng với file có dung lượng lớn hoặc bài trình diễn dài thì nó có thể gây ra nhiều khó chịu. Ngoài ra, hiện nay, với sự bùng nổ của Internet thì số lượng dữ liệu trên mạng Internet là rất lớn nên việc lưu trữ các file này vào máy tính của mình cũng có những hạn chế nhất định.  Streaming: phương thức streaming làm việc có một chút khác biệt. Người sử dụng có thể bắt đầu xem file ngay khi nó bắt đầu được download. File được gửi đến người sử dụng trong các chuỗi liên tiếp và người sử dụng xem nội dung ngay khi nó đến mà không phải chờ đợi. Phương thức này cũng có ưu điểm là có thể được sử dụng để truyền tải các sự kiện trực tiếp. Với các định dạng file video, audio truyền thống, dữ liệu chỉ có thể hiển thị khi đã được download toàn bộ, vì vậy đối với các file video chất lượng cao có dung lượng lớn thì công việc này sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian. 7 Streaming video tiết kiệm thời gian cho người dùng bằng cách sử dụng các công nghệ giải nén kết hợp với “phần mềm đa phương tiện” hiển thị dữ liệu đồng thời với quá trình download (diễn ra song song). Quá trình này được gọi là buffering và có thể được diễn giải là thay vì được gửi một lần duy nhất dữ liệu streaming sẽ được truyền đi thành các gói nhỏ. Ban đầu “phần mềm đa phương tiện” sẽ lấy về một phần chia nhỏ đó của dữ liệu video trước khi hiển thị, đồng thời trong lúc hiển thị các gói dữ liệu còn lại sẽ lần lượt được lấy về để kịp cho việc hiển thị tiếp theo. Việc truyền các streaming video, audio qua mạng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào các sản phẩm phần mềm dành cho máy chủ video/audio streaming và máy người dùng streaming. Trong những năm gần đây có rất nhiều các chuẩn công nghệ Streaming được phát triển với các “phần mềm đa phương tiện”: Emblaze, Liquid Audio, Macromedia Shockwave, Microsoft Windows Media, RealNetworks RealMedia, VDOLive, Vosiac, 8 Audioactive, Apple QuickTime. Một vấn đề lớn được đặt ra cùng với sự phát triển của các công nghệ streaming là sự gia tăng của các định dạng dữ liệu riêng và sự không tương thích của chúng. Hiện tại các định dạng video/audio streaming chỉ giới hạn bởi ba công ty được coi là dẫn đầu trong công nghệ Streaming với các sản phẩm: Apple với QuickTime, RealNetworks với RealMedia, và Microsoft với Windows Media. Các hãng này đều cung cấp các bộ công cụ trọn gói gồm máy chủ streaming (lưu trữ, truyền phát dữ liệu theo các giao thức hỗ trợ ...), “phần mềm đa phương tiện” (hiển thị dữ liệu tại phía người dùng), và công cụ kiến tạo dữ liệu với các chuẩn nén. Công nghệ streaming sử dụng các giao thức RTP, MMS, HTTP…. để truyền dữ liệu qua mạng Internet, đồng thời sử dụng các chuẩn nén để giảm dung lượng dữ liệu, cung cấp khả năng nén dữ liệu tại nhiều mức nén, nhiều kích thước hiển thị để có thể phù hợp với độ rộng băng thông của nhiều mạng truyền dẫn để tối ưu hoá việc truyền dữ liệu qua mạng. 9 Phần này cũng tập trung nghiên cứu chi tiết về sơ đồ luồng streaming và nghiên cứu về xu hướng công nghệ streaming trên thế giới hiện nay. Với nhu cầu giải trí và yêu cầu video/audio ngày càng tăng cũng như khả năng xử lý ngày một tốt hơn của các thiết bị đầu cuối thì việc phát triển của dung lượng dữ liệu streaming sẽ tăng tốt trong thời gian tới. Phần 2. CÁC GIẢI PHÁP VÀ GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ STREAMING Phần hai sẽ tập trung nghiên cứu các giải pháp, giao thức sử dụng trong công nghệ streaming và các giải pháp mã hóa được sử dụng trong công nghệ streaming để từ đó đưa ra được các ưu, nhược điểm của từng giải pháp. Phần này cũng trình bày và so sánh hai phương thức phát streaming là phương thức unicast và phương thức multicast. Mỗi phương thức này cũng có những ưu, nhược điểm riêng nhưng phương thức multicast sẽ được sử dụng 10 ngày càng nhiều hơn, đặc biệt là với các trang dữ liệu lớn có nhiều người truy cập. Tiếp theo của phần này sẽ trình bày giới thiệu sơ lược về các giao thức sử dụng trong công nghệ streaming như SDP, RTP, RTCP… Mỗi dòng điện thoại khác nhau có thể hỗ trợ các giao thức khác nhau. Do các dòng điện thoại này đều xuất hiện trên thị trường Việt Nam và trên mạng của MobiFone nên để đảm bảo chất lượng dịch vụ cho khách hàng của MobiFone thì việc đảm bảo chất lượng dịch vụ Streaming cho tất cả các dòng điện thoại hay nói cách khác cho tất cả các máy đầu cuối sử dụng các giao thức streaming này là cần thiết. Phần 3. HIỆN TRẠNG TÍNH NĂNG STREAMING TRÊN MẠNG MOBIFONE Phần ba của luận văn sẽ tập trung nghiên cứu và tìm hiểu hiện trạng về tính năng streaming trên mạng lưới MobiFone để từ đó đưa ra giải pháp thực tế nâng cao chất 11 lượng dịch vụ streaming trên mạng MobiFone. Phần này sẽ gồm các nội dung chính là: - Phần này nêu sơ lược về các dịch vụ của MobiFone hiện đang cung cấp tính năng streaming. Với sự phát triển của dịch vụ 3G cũng như máy đầu cuối 3G thì nhu cầu của khách hàng trong việc sử dụng các tiện ích streaming cho các dịch vụ như Funring, thế giới nhạc… sẽ ngày càng tăng. Ngoài ra, các dịch vụ giá trị gia tăng mới trong tương lai cũng sẽ tiếp tục có nhu cầu cung cấp các ứng dụng streaming cho khách hàng. - Tiếp theo, phần này cũng trình bày khả năng hỗ trợ tính năng streaming của các hệ thống mạng lõi hiện tại của MobiFone là hệ thống MSP và hệ thống GPRS. Đây là cơ sở quan trọng để xem xét sự cần thiết của hệ thống mới sẽ được trình bày ở chương IV. 12 - Hiện trạng tính năng trên mạng MobiFone: Phần này tập trung chủ yếu tập trung phân tích chất lượng dịch vụ streaming hiện tại đặc biệt là các nhược điểm, hạn chế hiện có của dịch vụ. Phần 4. GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG STREAMING TRÊN MẠNG MOBIFONE Căn cứ vào đặc điểm tổng quan về dịch vụ, giao thức, đặc tính của dịch vụ cũng như những điểm hạn chế của dịch vụ Streaming trên mạng MobiFone được trình bày ở các phần trước, phần 4 sẽ trình bày các giải pháp kỹ thuật có thể ứng dụng trực tiếp vào mạng MobiFone để nâng cao chất lượng của dịch vụ streaming bao gồm một số giải pháp như: - Tối ưu hóa mạng GPRS/3G - QoS theo băng thông đường truyền streaming 13 - Tối ưu băng thông đường truyền streaming theo dòng máy. - Cung cấp chất lượng nội dung streaming phù hợp. - Tối ưu băng thông đường truyền streaming theo loại nội dung live (trực tiếp) - Tối ưu băng thông theo đường truyền mạng. - Giải pháp sử dụng streaming proxy - Giải pháp buffering. Phần này của luận văn sẽ tập trung phân tích các tính năng cần thiết để nâng cao chất lượng Streaming trong đó mục tiêu chủ yếu là xây dựng một hệ thống (tạm gọi là Mobile Streaming Platform) để hỗ trợ các tính năng được trên (trừ giải pháp “Tối ưu hóa mạng GPRS/3G”). Phần này đi chi tiết về yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, mô hình của hệ thống cũng như khả năng áp dụng của giải pháp trong môi trường mạng lưới của MobiFone. Ngoài ra, phần này cũng nêu các yêu cầu của hệ thống và giải 14 pháp để đảm bảo hệ thống tích hợp với các hệ thống hiện có của MobiFone như SMPPGW, charging proxy… Phần 5. KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1. Kết luận Nhiệm vụ của đề tài nhằm nghiên cứu công nghệ Streaming, hiện trạng và thực tế chất lượng dịch vụ streaming trên mạng MobiFone hiện nay để từ đó đề xuất hệ thống và giải pháp giúp nâng cao chất lượng dịch vụ Streaming trên mạng UMTS (3G) mạng MobiFone. Đề tài đã đi sâu phân tích, tìm hiểu và trình bày các nội dung sau:  Tổng quan công nghệ streaming: trình bày sơ lược về công nghệ streaming và xu hướng phát triển bùng nổ của công nghệ streaming trong thời gian tới nhờ sự hỗ trợ của internet.  Nghiên cứu các giải pháp và giao thức sử dụng trong công nghệ streaming phổ biến nhất hiện nay. 15  Trình bày hiện trạng tính năng streaming trên mạng MobiFone để từ đó chỉ ra những hạn chế cần khắc phục của dịch vụ streaming trên mạng MobiFone  Đề xuất giải pháp, hệ thống nâng cao chất lượng streaming của mạng MobiFone.  Các yêu cầu về tích hợp đối với hệ thống được đề xuất để đảm bảo hệ thống được tích hợp tốt nhất với các phần tử mạng MobiFone. 2. Hướng phát triển của đề tài Sự ra đời hệ thống Mobile Streaming Platform sẽ cung cấp một hệ thống tập trung chuyên hỗ trợ tính năng streaming cho tất các hệ thống cung cấp nội dung đa phương tiện như audio/video/live. Cụ thể như sau:  Hỗ trợ việc xây dựng cổng streaming tập trung cho các hệ thống của MobiFone, hỗ trợ các hệ thống khác có thể sử dụng tính năng streaming mà không cần đầu tư máy chủ streaming riêng. 16  Hỗ trợ tạo gói streaming cho thuê bao hỗ trợ tăng doanh thu.  Tối ưu hóa đường truyền hỗ trợ cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất cho khách hàng. Nhằm không ngừng nâng cao chất lượng dịch vụ streaming, tối ưu hóa tốt hơn đường truyền, một số hướng phát triển tiếp theo cho đề tài gồm:  Tiếp tục nghiên cứu đề xuất những giải pháp nhằm tối ưu hóa đường truyền.  Nghiên cứu khả năng triển khai thử nghiệm thực tế và tiếp tục xem xét để tích hợp tốt hơn nữa hệ thống vào hệ thống hiện có của MobiFone (xây dựng kênh đăng ký qua web, USSD…). Qua những kết luận trên, mục tiêu lớn nhất khi xây dựng hệ thống MobiFone Streaming Platform sẽ là một cổng streaming tập trung để đồng bộ toàn bộ dữ liệu streaming của các hệ thống dịch vụ giá trị gia tăng, cung cấp tính năng streaming cho các hệ thống kinh doanh 17 không có máy chủ streaming, hỗ trợ cung cấp cho khách hàng tính năng streaming tốt nhất nhờ một giải pháp toàn diện để hỗ trợ và khắc phục các nhược điểm, hạn chế của mạng 3G (UMTS) mạng MobiFone. Hệ thống được hoàn thiện sẽ giúp nâng cao chất lượng dịch vụ streaming của MobiFone nhờ đó hỗ trợ tăng doanh thu của MobiFone cũng như nâng cao hình ảnh, thương hiệu của MobiFone với khách hàng.