Luận văn Nghiên cứu giải pháp triển khai dịch vụ hội thảo trực tuyến đa điểm trên mạng băng rộng MAN-E

Tên đề tài: Học viên cao học: Kim Hồng Vi Phúc Cần Thơ, 10/2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG Giáo viên hướng dẫn: TS. Ngô Bá Hùng Nghiên cứu giải pháp triển khai dịch vụ hội thảo trực tuyến đa điểm trên mạng băng rộng MAN-E NỘI DUNG 1. Giới thiệu đề tài 2. Mục tiêu của đề tài 3. Cơ sở lý thuyết 4. Nội dung và kết quả nghiên cứu 5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài 6. Tài liệu tham khảo GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu chung: • Hội thảo trực tuyến (Video Conferencing) là một dịch vụ cho phép tổ chức hội nghị thông qua môi trường mạng Internet. • Nhiều lợi ích cho các tổ chức “Chính phủ sẽ hạn chế tổ chức hội họp tập trung toàn quốc theo cách truyền thống mà tăng cường họp, hội nghị truyền hình trực tuyến từ xa. Giải pháp này nhằm tiết kiệm chi phí đi lại, ăn ở, tiết kiệm thời gian đi lại” GIỚI THIỆU (tt) 2. Hiện trạng: • Công nghệ mạng Internet sử dụng tại VNPT Cần Thơ - Hậu Giang là công nghệ cũ. • Tốn băng thông mạng khi các điểm hội nghị tăng • Chi phí đầu tư thiết bị cao. GIỚI THIỆU (tt) 3. Bài toán đặt ra: • Nghiên cứu giải pháp triển khai dịch vụ mới “Dịch vụ hội thảo trực tuyến đa điểm trên mạng băng rộng MAN-E” đáp ứng các yêu cầu: q Khắc phục các nhược điểm công nghệ mạng truyền thống q Đáp ứng được số lượng lớn người dùng q Giảm chi phí MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI • Đề xuất một mô hình video conferencing đa điểm sử dụng giao thức IP Multicast trên nền mạng MAN-E. • Triển khai thử nghiệm dịch vụ video conferencing trên hệ thống MAN-E của VNPT Cần Thơ - Hậu Giang sử dụng phần mềm mã nguồn mở. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Gồm 5 phần chính: 1. Nghiên cứu về hội thảo trực tuyến trên mạng IP 2. Nghiên cứu về các phương thức truyền dẫn trong mạng IP 3. Nghiên cứu về công nghệ MPLS 4. Nghiên cứu về công nghệ mạng MAN-E 5. Ví dụ nêu bậc ưu điểm của giải pháp IP multicast trong việc cung cấp dịch vụ IPTV CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. HỘI THẢO TRỰC TUYẾN TRÊN MẠNG IP 1. Khái niệm: Ø Là hệ thống thông tin đa phương tiện thời gian thực Ø Trao đổi thông tin về âm thanh, hình ảnh và dữ liệu Lợi ích: - Tiết kiệm chi phí - Tiết kiệm thời gian - Dễ triển khai - Lưu lại được nội dung cuộc họp - Cơ hội tiếp xúc với nhiều chuyên gia CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. HỘI THẢO TRỰC TUYẾN TRÊN MẠNG IP (tt) 2. Sơ đồ tổng thể hệ thống: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. HỘI THẢO TRỰC TUYẾN TRÊN MẠNG IP (tt) 3. Chức năng các thành phần: q VCS (Video Conference System): thu nhận âm thanh, hình ảnh, mã hóa và chuyển tiếp qua mạng q MCU (Multipoint Control Unit): có chức năng điều khiển đa điểm, cho phép kết nối nhiều VCS vào một phiên làm việc q Mạng IP: Fiber, ADSL, SHDSL,… q Router: q Các thiết bị âm thanh, hình ảnh, phụ trợ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. HỘI THẢO TRỰC TUYẾN TRÊN MẠNG IP (tt) 4. Khảo sát các sản phẩm thực tế: q VCS: VSX8400, VSX 6000 (Polycom) hoặc PCS-G50, PCS- G70 (Sony) q MCU: MGC-25 hoặc MGC+50 (Polycom) Dòng thiết bị Hãng sản xuất Giá tham khảo VSX6000 POLYCOM 76.148.000 VND VSX8400 POLYCOM 289.575.000 VND HDX8004XLP POLYCOM 363.578.000 VND HDX9002 POLYCOM 429.000.000 VND PCS TL50P SONY 96.662.000 VND PCS-1P SONY 125.961.000 VND PCS-G50 SONY 144.963.000 VND PCS-G70 SONY 250.868.000 VND CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN 1. IP Unicast: • Dạng truyền điểm – điểm • Cấp phát tài nguyên mạng cho mỗi máy đích 2. IP Broadcast: • Dạng truyền điểm – đa điểm • Gửi 01 gói tin đến tất cả các địa chỉ Broadcast Nhược điểm: tốn nhiều tài nguyên mạng Nhược điểm: chỉ triển khai cục bộ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Unicast: 3.1 Giới thiệu: • Dạng truyền điểm – đa điểm • Kết hợp giữa phương thức Unicast và Broadcast • máy chủ chỉ gửi một gói tin đến nhóm người dùng. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Multicast (tt): 3.2 Phương pháp chuyển tiếp lưu lượng Multicast: a) Cây nguồn (Source-base tree): • Là cây đơn giản, gốc là nguồn Multicast, nhánh là đường đi theo các nút mạng đến máy thu • Là dạng cây đường ngắn nhất SPT (Short Path Tree) CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Multicast (tt): 3.2 Phương pháp chuyển tiếp lưu lượng Multicast (tt): b) Cây chia sẽ (Share Tree): • Sử dụng một Router trung tâm làm gốc của cây phân phối multicast • Máy nguồn gửi gói dữ liệu đến Router trung tâm thông qua unicast • Ưu điểm hơn so với cây nguồn khi mà nhóm multicast rải rác trên mạng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Multicast (tt): 3.3 Giao thức quản lý nhóm multicast IGMP: • Định kỳ, Router gửi thông điệp kiểm tra nhóm và thành viên của nhóm Multicast • Switch sẽ gửi thông điệp đến tất cả các máy, ghi nhận nhóm multicast và các máy cần nhận dữ liệu multicast trong bảng chuyển tiếp. • Khi một máy muốn rời khỏi nhóm, nó có thể im lặng hoặc gửi thông điệp rời khỏi nhóm CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Multicast (tt): 3.4 Giao thức định tuyến Multicast: a) Giao thức PIM Dense Mode (PIM-DM): CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DẪN (tt) 3. IP Multicast (tt): 3.4 Giao thức định tuyến Multicast (tt): b) Giao thức PIM Spare Mode (PIM-SM): CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. CÔNG NGHỆ MPLS 1. Giới thiệu: • Là công nghệ chuyển mạch IP • Hỗ trợ khả năng chuyển mạch tốc độ cao • Quản lý được lưu lượng truyền tải • Cung cấp khả năng truyền tải nhiều loại hình dịch vụ trên đường truyền CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. CÔNG NGHỆ MPLS (tt) 2. Các thành phần của MPLS: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. CÔNG NGHỆ MPLS (tt) 3. Các thành phần của MPLS (tt): • Nhãn: cố độ dài 32bit, gán vào phần MPLS header của gói tin và đại diện cho một nhóm chuyển tiếp tương đương FEC • FEC: chỉ một nhóm các gói tin có chung yêu cầu truyền tải • Tuyến chuyển mạch nhãn LSP: chính là đường đi của các FEC • Bảng chuyển tiếp nhãn LSFT: chứa thông tin nhãn đầu vào, đầu ra, địa chỉ điểm đến tiếp theo • Cơ sở dữ liệu nhãn LIB: bảng thông tin định tuyến CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. CÔNG NGHỆ MPLS (tt) 4. Nguyên lý hoạt động của MPLS: • LER vào xác định thông tin và xếp gói tin vào một lớp FEC • MPLS Header của gói tin sẽ được chèn thêm một hoặc nhiều nhãn phía • Các gói tin thuộc một lớp FEC sẽ sử dụng một kênh ảo gọi là chuyển mạch nhãn LSP CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3. CÔNG NGHỆ MPLS (tt) 5. Quản lý lưu lượng MPLS-TE: • Đảm bảo chất lượng dịch vụ • kiểm soát lưu lượng, giảm tải qua các nút chuyển tiếp • Tránh tắc nghẽn trong các tình huống đặc biệt • Tối ưu hóa các tài nguyên mạng theo yêu cầu cho các mục đích khác nhau • Ví dụ minh họa về MPLS-TE CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4. CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E 1. Giới thiệu: q Là mạng sử dụng công nghệ Ethernet băng rộng và bao phủ một đô thị q Sử dụng cáp quang, tốc độ từ 1Gbps, 10Gbps, 20Gbps, … q Hỗ trợ triển khai nhiều kiểu cấu trúc mang q Khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ tích hợp, đảm bảo chất lượng và tốc độ cao, … CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4. CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E (tt) 2. Kiến trúc mạng MAN-E: q Lớp lõi: chịu trách nhiệm vận chuyển khối lượng lớn dữ liệu, phải đảm bảo được độ tin cậy và nhanh chóng q Lớp biên: xử lý dữ liệu như định tuyến, lọc gói (filtering), truy cập mạng WAN q Lớp biên: Quản lý truy cập dịch vụ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4. CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E (tt) 2. Các dịch vụ trên MAN-E: a) Mô hình dịch vụ Ethernet: • Thuộc tính cơ bản của dịch vụ Ethernet là kết nối Ethernet ảo EVC (Ethernet Virtual Connection) • EVC là bộ chứa dịch vụ và là sự kết hợp của hai hay nhiều UNI (User Network Interface), gồm 2 loại: ● Điểm – điểm ● Đa điểm – đa điểm CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4. CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E (tt) 2. Các dịch vụ trên MAN-E (tt): b) Các dịch vụ cung cấp: • E-LINE (Ethernet LINE) • E-LAN (Ethernet LAN) • E-TREE (Ethernet TREE) CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5. VÍ DỤ NÊU BẬC ƯU ĐIỂM CỦA MULTICAST 1. Mô hình: Tổng số thuê bao: 3.000 thuê bao • SD: 2.800 thuê bao (55 kênh, mỗi kênh 05Mbps) • HD: 200 thuê bao (05 kênh, mỗi kênh 10Mbps) CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5. VÍ DỤ NÊU BẬC ƯU ĐIỂM CỦA MULTICAST (tt) 2. Băng thông yêu cầu cho máy chủ IPTV: Kênh truyền hình Unicast Multicast Loại SD 2.800tb x 5Mbps/tb = 14.000 Mbps 55 kênh x 5Mbps/kênh = 275 Mbps Loại HD 200tb x 10Mbps/tb = 2.000 Mbps 5 kênh x 10Mbps/kênh = 50 Mbps Tổng băng thông 16.000 Mbps 325 Mbps NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Đề xuất mô hình tổng thể cho ứng dụng q Mô hình họp trực tuyến của UBND q Mô hình học trực tuyến NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 2. Ứng dụng phần mềm mã nguồn mở AGT: • Phần mềm AGT hỗ trợ triển khai dịch vụ hội thảo trực tuyến sử dụng công nghệ IP multicast • Luồng dữ liệu audio và video tương ứng với mỗi địa chỉ multicast • Hỗ trợ chia dữ liệu cho hội nghị như: PDF, Power point, v.v… NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 3. Mô hình thực nghiệm: • Máy chủ và trạm cài đặt phần mềm AGT • Môi trường mạng MAN-E, các thiết bị Router, Switch hỗ trợ multicast • Yêu cầu máy tính: - CPU P4 2,4Ghz - RAM 512Mb - Card âm thanh - Micro, Webcam, loa - Màn hình NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 4. Kết quả đạt được: NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 4. Kết quả đạt được (tt): q Hệ thống thực nghiệm hoàn thiện, cho phép tổ chức hội thảo trực tuyến thông qua môi trường mạng MAN-E sử dụng công nghệ IP multiast q Hệ thống đáp ứng các yêu cầu bài toán đặt ra: • Cho phép truyền tải tín hiệu âm thanh và hình ảnh hội thảo • Chop phép trình chiếu tài liệu Power point, chia sẻ tập tin dữ liệu như PDF, hình ảnh, … • Hỗ trợ chức năng text chat • Hỗ trợ chia sẻ Browser • Hỗ trợ ghi lại nội dung của hội thảo NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 6. Đánh giá kết quả: • Chỉ tiêu 1: hệ thông hoạt động ổn định, âm thanh và hình ảnh đảm bảo (Đạt) • Chỉ tiêu 2: hệ thống đảm bảo thời gian thực (Đạt) • Chỉ tiêu 3: băng thông yêu cầu cho máy chủ hiệu quả, không tăng khi các thành viên tăng • Trường hợp 1 (máy chủ và 01 máy trạm): băng thông trung bình nhỏ hơn 384kbps NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) 6. Đánh giá kết quả (tt): • Chỉ tiêu 3: băng thông yêu cầu cho máy chủ hiệu quả, không tăng khi các thành viên tăng • Trường hợp 2 (máy chủ và 04 máy trạm): băng thông trung bình yêu cầu cho máy chủ vẫn nhỏ hơn 384kbps NỘI DUNG & KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU (tt) DEMO ỨNG DỤNG KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: q Về ý nghĩa thực tiễn: Giúp cho VNPT Cần Thơ - Hậu Giang có thêm thông tin về giải pháp triển khai cung cấp các dịch vụ mới, sử dụng phương thức truyền dẫn multicast với ưu điểm vượt trội về hiệu năng sử dụng mạng so với phương thức truyền dẫn unicast. q Về công tác nghiên cứu: Ø Mô hình hội thảo trực tuyến thực nghiệm phù hợp với thực tế, có tính khả thi cao và có thể áp dụng triển khai cho mọi tổ chức Ø Phân tích và lựa chọn phần mềm mã nguồn mở phù hợp với yêu cầu đặt ra, cho phép tiếp cận và tự xây dựng hệ thống trên nền công nghệ tiên tiến và hội tụ. Tiết kiệm chi phí Ø Là cơ sở nghiên cứu và ứng dụng các kỹ thuật mới để xây dựng bài toán khác nhau đáp ứng mọi nhu cầu của người dùng KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI HƯỚNG PHÁT TRIỂN: q Xây dựng các lớp ứng dụng nhằm đáp ứng yêu cầu cho nhiều lĩnh vực như: Ø Đào tạo từ xa, họp trực tuyến, v.v... Ø E-Learning Ø Ứng dụng IP multicast cung cấp dịch vụ IPTV và VoD cho thiết bị di động Ø Các ứng dụng phục vụ quảng cáo, quảng bá sản phẩm q Xây dựng ứng dụng trên mạng Internet sử dụng IPv6 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt 1. Ngô Bá Hùng (2005), Giáo trình mạng máy tính, Trường Đại Học Cần Thơ, Khoa Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông. 2. Phạm Thế Quế (2009), Giáo trình mạng máy tính, Nhà xuất bản thông tin và truyền thông. 3. Phạm Thế Quế (2008), Công nghệ mạng máy tính, Nhà xuất Bưu Điện. 4. Nguyễn Kim Sách (2000), Truyền hình số có nén và Multimedia, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. Tài liệu tiếng Anh 9. Alcatel Corporate Research Center (1999), IP Multicast in MPLS Networks. 10. Beau Williamson (2003), Cisco Press Developing IP Multicast Networks, Cisco System 11. Colin Perkins (2003), "RTP: Audio and Video for the Internet", Addison Wesley 12. D.Awduche, L.Berger, D.Gan, T.Li, V.Srinivasan and G.Swallow (2001), "RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels", RFC3209 TÀI LIỆU THAM KHẢO 9. Daniel Minoli (2008), “IP Multicast with Applications to IPTV and Mobile DVB-H”, Wiley 10. David Austerberry (2004), “The technology of Video and Audio Streaming, Second edition”, Wiley 11. Gerard O’DrisColl (2007), Next Generation IPTV Service and Technologies, Wiley 12. Gilbert Held (2006), “Understanding IPTV” , Wiley. 13. ITU-T Recommendation H.323 (1996), "Series H: AudioVisual and Multimedia Systems", ITU-T 14. McGraw-Hill (2004), "Gigabit Ethernet for Metro Area Networks", Digital Engineering Libray. 15. McGraw-Hill (2004), "Metro Area Network", Digital Engineering Libray, Digital Engineering Libray. 16. Scott Firesstone, Thiya Ramalingam, Steve Fry (2007), "Voice and Video Conferencing Fundamentals", Cisco System 17. Technical Specification MEF 12 (2005), “Part 2: Ehternet Service Layer”, Metro Ethernet Forum TÀI LIỆU THAM KHẢO Website 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. Xin chân thành cám ơn Quý thầy cô