Đề tài Tìm hiểu về điện toán đám mây và các ứng dụng đa phương tiện

Trải qua một thời gian nghiên cứu về đề tài em đã tích lũy cho mình những kiến thức vô cùng quý báu. Em đã biết thế nào là điện toán đám mây, biết được mô hình, cấu trúc, cách thức hoạt động và những ứng dụng, dịch vụ hữu ích sử dụng nền tảng điện toán đám mây.v.v. Có thể nói “điện toán đám mây” là một công nghệ đột phá của con người trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Điện toán đám mây hiện nay đã phát triển vượt ra ngoài công nghệ ảo hóa. Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ dựa trên đám mây mang đến cho doanh nghiệp năng lực xử lý rất lớn, các dịch vụ cho phép cách tiếp cận mới trong sản xuất và phân phối nội dung. Chỉ với máy trạm chi phí thấp được nối mạng, nhờ tận dụng năng lực xử lý từ đám mây, các tính năng mới tốt hơn, các doanh nghiệp có cơ hội cắt giảm chi phí, gia tăng sản xuất nội dung và giảm rủi ro. Chính vì những lợi ích to lớn như vậy cho nên “Điện toán đám mây” là mảnh đất để các ứng dụng đa phương tiện phát triển. Cụ thể là trong cuốn đề tài này trình bày về dịch vụ truyền hình qua giao thức internet IPTV. Dịch vụ IPTV trên nền tảng điện toán đám mây bước đầu đã cho thấy những tiềm năng để phát triển mạnh hơn trong tương lai. Nó cho thấy những lợi thế vượt trội so với cách thức cung cấp dịch vụ IPTV truyền thống. Đứng trên phương diện người dùng, bằng sự trải nghiệm thực tế với dịch vụ IPTV truyền thống em cảm nhận được những ưu điểm và nhược điểm của dịch vụ. Những ưu điểm cần phải kể đến như: IPTV có chi phí lắp đặt thấp, phí thuê bao hàng tháng rẻ và nội dung khá tốt, có nhiều lựa chọn cho gia đình, có thể xem lại những nội dung về truyền hình hay những video mình thích vào bất kì thời điểm nào Bên cạnh đó không ít những nhược điểm như: Vẫn thiếu những nội dung hấp dẫn (chậm thay đổi nội dung), âm thanh hình ảnh nhiều lúc không khớp nhau, bị dừng hình hay mất tín hiệu, trong trường hợp muốn thay đổi nhà cung cấp dịch vụ IPTV thì cũng phải thay cả đường truyền internet khác Đó là đối với cá nhân, còn đối với các doanh nghiệp muốn cung cấp dịch vụ IPTV thì sẽ thế nào? Sẽ phải đầu tư mua trang thiết bị, các ứng dụng và cả hệ thống truyền dẫn tới khách hàng. Vì vậy sẽ rất tốn kém và tiềm ẩn rủi ro trong kinh doanh. Do đó trên cả phương diện người dùng và phương diện của nhà cung cấp mới đều có những điểm cần khắc phục. Và hướng giải quyết cho các vấn đề trên chính là công nghệ “Điện toán đám mây”. Ngoài những ưu điểm của dịch vụ IPTV truyền thống, nó còn khắc phục được những nhược điểm cố hữu như cải thiện được chất lượng dịch vụ, đổi mới nội dung dễ dàng, có thể truy nhập nội dung dịch vụ từ bất kì đâu và bằng bất cứ đường truyền của nhà cung cấp nào, có thể xây dựng hay mở rộng quy mô dịch vụ một cách nhanh chóng để cung cấp cho khách hàng với chi phí thấp nhất Đó là những lợi ích to lớn mà điện toán đám mây có thể đem lại cho người sử dụng và các nhà cung cấp dịch vụ đang cố gắng nghiên cứu để ứng dụng công nghệ mới này. Đây cũng là một trong những thách thức và hướng đi mới cho dịch vụ đa phương tiện nói chung và dịch vụ IPTV nói riêng.

docx82 trang | Chia sẻ: aquilety | Ngày: 24/09/2015 | Lượt xem: 1471 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Tìm hiểu về điện toán đám mây và các ứng dụng đa phương tiện, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
n kết tới một nguồn tài nguyên, đây là nơi chứa những dữ liệu liên quan phòng trường hợp dữ liệu bị xóa hoặc di chuyển, như mô tả trong hình vẽ. Việc dịch chuyển và tác động là cùng một liên kết với các tham số hoặc theo yêu cầu miêu tả của người sử dụng. Như vậy một đám mây truyền thông nắm giữ khối lượng lớn những nội dung đa phương tiện và tần xuất sử dụng cao cho việc di chuyển và tác động vào mẫu, nó sẽ mang lại lợi ích cho sử dụng liên kết cơ sở để thực hiện file. Như vậy việc việc xử lý của tạo mới và chỉnh sửa là để chỉnh sửa trình diễn file, do đó việc tính toán tải ở đám mây biên sẽ giảm đáng kể. Chúng ta sử dụng một MEC để đáp ứng dịch vụ tạo mới và chỉnh sửa tới tất cả các máy khách khác nhau của người sử dụng điện thoại di động. Bởi việc tận dụng sự giúp đỡ của các máy chủ ở biên trong MEC với proxy tới điện thoại di động, nó cho phép điện thoại di động sửa để đạt được QoE cao nhất. Trong tương lai việc nghiên cứu công việc tạo mới và chỉnh sửa trên đám mây đa phương tiện là giải quyết được khả năng phân phối lưu trữ và xử lý dữ trong đám mây, xem trực tuyến trên máy khách, cụ thể là cho điện thoại di động. Hình 2.6: Tạo mới và chỉnh sửa trên đám mây đa phương tiện d, Thích ứng và phân phối (Adaptation and Delivery) Việc tồn tại các thiết bị đầu cuối khác nhau, như là PC, điện thoại di động, TV và sự không đồng bộ về mạng, như là mạng Ethernet, WLAN, và mạng di động, làm thế nào để có thể phân phối các nội dung đa phương tiện tới các thiết bị khác nhau một cách hiệu quả qua đám mây đang trở nên quan trọng và cấp thiết. Khả năng thích ứng của các video đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối đa phương tiện. Nó chuyển đổi tín hiệu video vào thành tín hiệu video ra theo một khuôn dạng để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Nói chung, video thích ứng cần một khối lượng tính toán lớn và nó sẽ rất khó để thực hiện cụ thể khi mà một số lượng lớn người sử dụng yêu cầu dịch vụ cùng một lúc. Mặc dù chuyển đổi mã offline từ một video thành nhiều phiên bản sẽ làm tăng hiệu quả cho các điều kiện làm việc khác nhau nhưng nó cần không gian lưu trữ lớn. Ngoài ra thì việc chuyển đổi mã offline không cho phép phục vụ các ứng dụng video thời gian thực, như Internet Protocol Television (IPTV). Bởi vì đám mây có khả năng tính toán và lưu trữ mạnh mẽ nên việc thích ứng truyền thông online để phù hợp với các loại thiết bị cuối khác nhau có thể được thực hiện ngay trong đám mây. Cloudcoder là một ví dụ của một đám mây cung cấp dịch vụ video thích ứng, được xây dựng trên nền tảng của Microsoft Azure. Cloudcoder được tập hợp lại thành một trung tâm quản lý kỹ thuật số trong khi đó việc giảm tải được thực hiện chủ yếu trong đám mây. Số lượng các trường hợp tự động chuyển đổi mã sẽ tỷ lệ với khối lượng xử lý tăng hoặc giảm. Hình 2.7 thể hiện việc phân phối các video thích ứng dựa trên đám mây Hình 2.7: Video thích ứng dựa trên đám mây Video thích ứng trong đám mây truyền thông sẽ có nhiệm vụ tập hợp các tham số tùy chọn, như là kích cỡ màn hình, băng thông, và tạo ra các phiên bản khác nhau theo các tham số đó. Khả năng thực hiện tính toán truyền thông online là đặc điểm khác biệt chính của đám mây truyền thông so với CDNs truyền thống. Chúng ta muốn chỉ ra được khả năng xử lý của các máy chủ ngoài biên để dựa vào đó nhà cung cấp dịch vụ sẽ có biện pháp nhằm nâng cao QoE. Việc thích ứng một hay nhiều lớp video sẽ được thực hiện rất khác nhau. Nếu video là của một lớp đơn, thì video thích ứng cần điều chỉnh tốc độ bit, tốc độ khung và độ phân giải để phù hợp với sự khác nhau của các thiết bị đầu cuối. Đối với việc mở rộng mã hóa video, một đám mây có thể tạo ra các dạng khác nhau của video bởi việc cắt bớt khả năng mở rộng những lớp của nó theo băng thông của mạng bên phía khách hàng. e, Trình diễn (Media Rendering) Theo truyền thống,việc trình diễn đa phương tiện là được thực hiện ở client, tuy nhiên trong nhiều trường hợp, clients không có khả năng yêu cầu để trình diễn multimedia.Ví dụ free viewpoint video, cho phép người sử dụng tương tác thay đổi vị trí quan sát ở bất kỳ vị trí nào trong không gian 3-D, hoặc trong một phạm vi nhất định, điều này thật là khó để có thể thực hiện được trên một chiếc điện thoại di động. Bởi vì băng thông của mạng không dây là giới hạn và điện thoại di động cũng bị giới hạn về khả năng tính toán, bộ nhớ và thời gian sống của nguồn, Shu et al đã cung cấp một proxy trình diễn để thực hiện trình diễn cho điện thoại di động, ví dụ duyệt Web là một cơ chế cần thiết để truy cập thông tin trên World Wide Web, tuy nhiên, để làm điêu này trên điện thoại di động thì không phải là dễ, đặc biệt là sự không đồng bộ giữa trang Web JavaScript và XML(AJAX). Lehtonen et al đã hỗ một kiến trúc proxy-based cho việc lướt Web trên điện thoại di động. Khi clients gửi một yêu cầu Web, proxy sẽ dò tìm, trình diễn nó và đáp trả lại với một gói tin miêu tả về trang đó, bao gồm một hình ảnh thu nhỏ của trang Web, nội dung , và vị trí quan trọng của các thành phần trên trang đó. Thực chất cả hai ví dụ trên đều đưa ra chiến lược phân phối tài nguyên là cần có một nơi thực hiện nhiệm vụ trình diễn giúp client loại bỏ được gánh nặng về tính toán trên đó. Việc trình diễn đa phương tiện trên điện thoại di động hoặc trên các thiết bị khả năng tính toán hạn chế đang là một thách thức lớn, do hạn chế về thời gian sử dụng của nguồn,khả năng tính toán và băng thông thấp của mạng không dây. Đám mây đã trang bị GPU để có thể cung cấp khả năng tính toán mạnh mẽ. Đây là hai loại trình diễn của cloud-based. Một là cung cấp toàn bộ khả năng trình diễn trong đám mây, hai là cung cấp một phần khả năng tính toán trình diễn trong đám mây, phần còn lại sẽ được thực hiện trên client. Như trong hình 2.8, media cloud có thể cung cấp đầy đủ hoặc một phần khả năng trình diễn, nó sẽ tạo ra một luồng trung gian cho việc trình diễn ở các client, theo khả năng trình diễn của client đó. Cụ thể hơn, một MEC với một proxy có thể phục vụ các client di động với QoE cao, như vậy việc trình diễn có thể được thực hiện trong MEC proxy. Một trong những hướng nghiên cứu trong tương lai là làm thế nào một MEC proxy có thể hỗ trợ điện thoại di động về khả năng tính toán trình diễn, vì điện thoại di động bị giới hạn về thời gian sử dụng pin, bộ nhớ v.v Hình 2.8: Trình diễn đa phương tiện trên đám mây f, Thách thức lớn của điện toán đám mây truyền thông đa phương tiện Việc xử lý đa phương tiện trong đám mây là một thử thách lớn. Dưới đây là một số khó khăn: Sự không đồng nhất giữa các dịch vụ và truyền thông đa phương tiện: Do tồn tại những loại dịch vụ khác nhau, như là VoIP, Video conferencing (truyền hình hội nghị), chia sẻ và chỉnh sửa hình ảnh, luồng đa phương tiện, tìm kiếm ảnh.Vì vậy mà đám mây phải đáp ứng được nhiều loại dịch vụ và khác nhau cho hàng triệu người sử dụng ở cùng một thời điểm. Chất lượng dịch vụ không đồng nhất: Mỗi dịch vụ đa phương tiện khác nhau có yêu cầu về Qos khác nhau, đám mây phải đáp ứng được yêu cầu Qos cho các loại dịch đó. Không đồng nhất về mạng lưới: Sự khác nhau giữa các loại mạng, như là mạng internet, mạng LAN, mạng không dây thế hệ 3 (3G), có đặc điểm khác nhau về băng thông, độ trễ và jitter, đám mây phải thích nghi với nội dung truyền cho việc tối ưu hóa việc phân phát tới các kiểu thiết bị khác nhau với các mạng và băng thông khác nhau. Không đồng nhất về thiết bị: Là các loại kiểu bị khác nhau ví dụ như PC, TV và điện thoại di động. Khả năng xử lý truyền thông đa phương tiện khác nhau nên nhiệm vụ của đám mây là phải đáp ứng được năng lực của các thiết bị, bao gồm CPU, GPU, hiển thị, bộ nhớ, lưu trữ và nguồn điện. Các máy tính đa phương tiện trong đám mây xử lý cùng lúc việc truy cập dữ liệu đa phương tiện và truyền dẫn trong đám mây có thể sẽ tạo ra một nút thắt cổ chai trong mục đích chung của những đám mây bởi vì những yêu cầu về QoS trong đa phương tiện rất nghiêm ngặt và do số lượng lớn người dùng cùng lúc truy cập vào hệ thống đám mây trên internet. Ngày nay điện toán đám mây sử dụng nhiều tiện ích để xác định rõ khối lượng tính toán và tài nguyên lưu trữ, điều này rất hiệu quả cho các dịch vụ dữ liệu nói chung. Tuy nhiên những ứng dụng đa phương tiện cũng cần CPU và bộ nhớ, một nhân tố vô cùng quan trọng đó là yêu cầu về QoS vì những giới hạn về băng thông, độ trễ và bộ đệm. Bởi vậy cho nên việc sử dụng chung một đám mây trên internet để xử lý với các dịch vụ đa phương tiện có thể giảm chất lượng truyền dẫn QoS và QoE. Các thiết bị di động giới hạn về bộ nhớ và khả năng tính toán và thời gian sử dụng nguồn điện, chính vì vậy chúng càng cần sử dụng một đám mây để tạo ra sự cần bằng giữa tính toán và truyền thông. Dự đoán rằng điện toán đám mây sẽ trở thành công nghệ đột phá cho các ứng dụng và dịch vụ di động. Cụ thể hơn là trong dịch vụ và ứng dụng không dây bởi vì yêu cầu về sức mạnh và đặc tính thay đổi thời gian của đường truyền không dây, yêu cầu về QoS trong điện toán đám mây cho ứng dụng và dịch vụ đa phương tiện di động càng nghiêm ngặt hơn so với internet thông thường. Tổng kết lại cho điện toán đa phương tiện trên đám mây ở điểm mấu chốt là cung cấp các điều khoản về QoS và hỗ trợ các dịch vụ, ứng dụng đa phương tiện thông qua Internet (có dây) và Internet di động (không dây). III. Tác động của điện toán đám mây đối với các dịch vụ đa phương tiện Trong một thế giới đa thiết bị, doanh thu phụ thuộc vào việc phân phối nội dung và chất lượng phù hợp, đến đúng đối tượng người dùng, trên nền tảng phù hợp. Điều này yêu cầu trước hết phải nắm rõ nhu cầu người dùng để phát triển và nhắm đến các dịch vụ qua các kênh phân phối thích hợp. Yếu tố còn lại chính là chi phí. Hai yêu cầu này có thể được đáp ứng ngay trong đám mây. 1. Lý do để các công ty cung cấp dịch vụ đa phương tiện đột phá với công nghệ điện toán đám mây Nhu cầu tự do trong thế giới số: Nhu cầu của người dùng là yếu tố dẫn đường cho việc ứng dụng điện toán đám mây. Các phương thức phân phối liên tục được cải tiến để theo kịp thói quen luôn thay đổi của người dùng. Và cũng từ đó hình thành các nguồn thu mới. Trong đó truyền hình truyền thống, in ấn và bán lẻ sẽ bị tác động nhiều nhất. Ngược lại, các cổng thông tin trực tuyến, streaming, social media, eCom ít bị ảnh hưởng nhất. Các đánh giá này phản ánh xu hướng khá rõ khi nhiều thiết bị di động, PC đang được sử dụng hàng ngày. Tính kết nối liên tục là yêu cầu quan trọng cho điện toán đám mây. Ngày càng có nhiều người thường xuyên truy cập vào kho nội dung trên mạng, vì thế nhu cầu sử dụng IP và phần cứng cũng tăng lên. Khi kết nối băng rộng trở nên phổ biến trong các hộ gia đình, khán giả đòi hỏi nhiều lựa chọn linh hoạt hơn cho việc xem đồng thời. Họ muốn nội dung luôn sẵn có trên nhiều nền tảng khác nhau thông qua bất kỳ thiết bị nào. Điều này chỉ có thể đạt được hiệu quả với công nghệ đám mây. Nhu cầu về nội dung: Các công ty cung cấp dịch vụ đa phương tiện đều nhận thức rằng khách hàng là người điều khiển. Với nhu cầu nội dung luôn thay đổi không thể đoán trước, nhu cầu phân phối đang vượt ngoài khả năng phần cứng thực tế. Điều này thể hiện rất rõ trong trường hợp video do người dùng tạo ra: nhu cầu lưu trữ lấn át cả nội dung được sản xuất chuyên nghiệp. Ngoài ra, thay đổi định dạng nội dung (từ analog sang digital, hay chuyển định dạng cho kênh phân phối mới) cũng là công việc tiêu tốn thời gian và cần lượng thiết bị xử lý tương ứng. Cách đáp ứng nhu cầu khách hàng đang định hình lại chuỗi giá trị. Nội dung media trước hết có mặt tại các rạp chiếu, sau đó là DVD, và bây giờ chuyển sang truy cập theo yêu cầu. Nhà cung cấp nội dung nào sử dụng phương thức với chi phí hợp lí để phân phối đến người xem nội dung chất lượng cao, trong thời gian ngắn sẽ được cộng đồng người dùng tin tưởng lựa chọn, làm đòn bẩy kiểm soát thị phần. Nhu cầu phân tích dữ liệu: Ngoài hỗ trợ phân phối và lưu trữ, điện toán đám mây còn mở ra khả năng cải tiến quy trình làm việc. Nhờ đáp ứng năng lực xử lý khi cần thiết, điện toán đám mây cho phép thu thập thông tin người dùng một cách nhanh chóng, tạo nên lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp. Sự thấu hiểu sẽ giúp thành công hơn trong việc thu hút và giữ chân khán giả; tùy biến quảng cáo và nội dung là những xử lý phức tạp, nhưng dễ dàng thực hiện trong đám mây. Các phân tích cũng đóng vai trò quan trọng và thiết thực trong tương tác với người dùng trong môi trường thời gian thực. Thói quen sử dụng và những đánh giá (rating) của người dùng giúp định hướng họ đến những nội dung thích hợp. Mô hình này hoàn toàn phụ thuộc vào việc tập hợp và phân tích các phản hồi người dùng, một công việc đòi hỏi đáng kể năng lực xử lý từ đám mây. Tìm kiếm sự đột phá: Một trong những lợi ích hấp dẫn nhất của điện toán đám mây là tính linh hoạt, nó có thể đáp ứng nhu cầu ở mọi cấp độ từ thấp đến cao. Những người dùng trước đây trước hết sẽ tập trung vào nhu cầu lưu trữ. Đối với doanh nghiệp thích tiên phong hướng đến chiến lược kinh doanh mới, đám mây sẽ cung cấp nền tảng để phát minh, thử nghiệm và đưa ra những sản phẩm đột phá cho thị trường. Cũng có thể sử dụng các đặc quyền do đám mây cung cấp để tạo ra bộ công cụ phần mềm mới mang lại lợi thế cạnh tranh riêng. Việc điều chỉnh nội dung nhằm đáp ứng nhu cầu về định dạng cần đến nhiều thao tác thủ công. Điện toán đám mây sẽ phát triển các ứng dụng mới thực hiện tự động công việc này, và có thể truy cập online từ bất kỳ đâu. Nhiều khả năng được mở ra để các doanh nghiệp tận dụng giải pháp công nghệ tốt hơn, nhanh hơn và rẻ hơn. 2. Tích hợp vào quy trình làm việc Những ứng dụng dựa trên đám mây có xu hướng phân phối các tính năng gần như phổ quát, rất lý tưởng đối với các công việc có tính lặp lại. Cũng có một số ứng dụng đặc biệt giành cho những người dùng cấp cao. Tuy nhiên, lợi ích thực sự của điện toán đám mây là cung cấp những tính năng cần thiết nhất cho lượng lớn người dùng. Thông thường, việc sử dụng các mẫu thiết lập sẵn, các tùy chọn cấu hình sẵn và các giao diện được tùy chỉnh nhằm tạo ra kết quả theo dạng định trước. Đối với các ứng dụng chuyên về dựng video, biên tập ảnh, đồ họa, hoạt cảnh hay một số thành phần khác trong quy trình làm việc, điểm then chốt chính là tính dễ sử dụng giúp tạo và phân phối nội dung theo các chuẩn chất lượng được yêu cầu. Hình 2.9: Kết hợp giữa đám mây và mặt đất Bước 1: Người biên tập nội dung tạo nội dung sử dụng công cụ do đám mây cung cấp. Hoặc cũng có thể đặt hàng từ đối tác. Bước 2: Giám đốc nghệ thuật nhận thông báo về đơn đặt hàng mới, phân công cho các nhân viên thiết kế. Bước 3: Nếu có thắc mắc, nhân viên thiết kế sẽ trực tiếp làm rõ với bên đặt hàng, thực hiện đơn hàng. Bước 4: Giám đốc nghệ thuật đồng ý với đơn hàng, xem danh sách các”ứng cử viên” thiết kế cho đơn hàng trên đám mây. Bước 5: Hoàn chỉnh các thành phần đồ họa sử dụng công nghệ điện toán đám mây, hoàn tất đơn đặt hàng. Bước 6: Sản phẩm cuối cùng được lưu trữ tại nơi xác định. Bước 7: Bộ phận phát sóng lấy nội dung để phát sóng. Đám mây cũng giúp dễ dàng phối hợp chặt chẽ trong suốt quá trình sản xuất và phân phối nội dung. Sơ đồ quy trình làm việc trong hình 2.9 minh họa các biên tập nội dung tại nhiều điểm khác nhau có thể tham gia hiệu quả, làm việc đồng thời và song song để thực hiện một dự án. Trong trường hợp này, có thể gia tăng tối đa giá trị và hiệu quả làm việc của nhân viên bằng cách áp dụng các công cụ phù hợp với từng công việc. CHƯƠNG III: Nghiên cứu ứng dụng điện toán đám mây cho dịch vụ IPTV Truyền hình kỹ thuật số là tiến bộ quan trọng nhất trong công nghệ truyền hình từ khi phương tiện này được tạo ra trong thế kỷ trước. Truyền hình kỹ thuật số đưa ra cho khách hàng nhiều sự lựa chọn và tạo ra nhiều tương tác hơn. Hệ thống truyền hình quảng bá tương tự đã được sử dụng rất tốt trong hơn 60 năm qua. Trong giai đoạn đó, người xem phải trải qua sự chuyển tiếp từ truyền hình đen trắng sang truyền hình màu đã yêu cầu người xem phải mua các Tivi màu mới, và các kênh quảng bá phải có các máy phát mới, các thiết bị sản xuất chương trình mới. Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghiệp truyền hình sẽ đưa truyền hình thông thường sang thời đại của truyền hình kỹ thuật số. Hầu hết các hoạt động của truyền hình phải được nâng cấp và triển khai dựa trên kỹ thuật số để đưa tới cho khách hàng các dịch vụ kỹ thuật số tinh vi hơn. Một kỹ thuật mới được gọi là truyền hình dựa trên giao thức Internet IPTV (Internet Protocol – based Television). Như tên gọi, IPTV được miêu tả như là một cơ chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa trên nền tảng là một mạng sử dụng giao thức IP. Lợi ích của cơ chế này là khả năng phân phối nhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng các tính năng tương tác và cải tiến để tương thích với các mạng thuê bao đang tồn tại. I. Khái niệm 1. Lịch sử phát triển của IPTV Năm 1994, World News Now của ABC đã có buổi trình chiếu truyền hình quảng bá qua mạng Internet đầu tiên, sử dụng phần mềm CU-SeeMe videoconferencing. Tổ chức liên quan đến IPTV đầu tiên xuất hiện là vào năm 1995, với sự thành lập Precept Software bởi Judith Estrin và Bill Carrico. Họ đã thiết kế và xây dựng một sản phầm internet video gọi là "IP/TV". IP/TV là một MBONE tương thích với các ứng dụng trên Windows và Unix, thực hiện truyền âm thanh, hình ảnh thông qua cả giao thức unicast và IP multicast RTP/RTCP. Phần mềm này được viết bởi Steve Casner, Karl Auerbach, và Cha Chee Kuan. Hệ thống này đã được Cisco Systems mua vào năm 1998 và Cisco đã giữ lại tên "IP/TV". AudioNet bắt đầu tiến hành nghiên cứu live webcasts với WFAA-TV trong tháng năm 1998, và KCTU-LP vào mùng 10 tháng 1 năm 1998. Kingston Communications, một nhà cung cấp dịch vụ viễn thông ở UK, triển khai KIT (Kingston Interactive Television), và IPTV qua mạng băng rộng DSL vào tháng 9 năm 1999 sau khi thử nghiệm dịch vụ TV và VoD. Nhà cung cấp này đã thêm dịch vụ VoD vào hệ thống trong tháng 10 năm 2001 với hệ thống Yes TV. Kingston là một trong những công ty đầu tiên trên thế giới triển khai IPTV và IP VoD qua mạng ADSL. Hiện nay, IPTV đã phát triển hầu khắp các nơi trên thế giớ, từ châu Mỹ, châu Âu, châu Á. Nhất là tại châu Á, với các thị trường như Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc và cả Việt Nam, một trong những nước đang đi đầu đã có nhiều công ty khai thác công nghệ IPTV, dịch vụ này ngày càng phát triển với lượng thuê bao ngày càng tăng. Hiện Việt Nam đã có bốn nhà cung cấp lớn là FPT Telecom, VNPT, VTC và Viettel tham gia thị trường IPTV. Trong đó, FPT Telecom được xem là người tiên phong khi tiến hành thương mại hóa dịch vụ IPTV với thương hiệu iTivi, nay đổi thành OneTV, ở thời điểm năm 2006 – được xem là khá sớm khi mà băng thông rộng vẫn chưa thực sự phổ biến ở Việt Nam. Không muốn chậm chân, Tập đoàn Bưu chính- Viễn thông Việt Nam (VNPT) cũng vào cuộc với lợi thế có hệ thống hạ tầng băng thông rộng phủ khắp cả nước. Công ty Phần mềm và Truyền thông (VASC), một doanh nghiệp trực thuộc VNPT, đã thử nghiệm IPTV từ năm 2008 và chính thức cung cấp dịch vụ trên toàn quốc một năm sau đó với thương hiệu MyTV. Tiếp đó là VTC Digicom chính thức đưa dịch vụ IPTV cung cấp cho một số tỉnh thành vào ngày 12/5/2009. Dịch vụ VTC IPTV bao gồm các dịch vụ truyền hình độ nét cao (HD), truyền hình theo yêu cầu (VOD) trên mạng viễn thông. Song song với xu hướng hội tụ, xu hướng HD hóa các kênh truyền hình cũng ngày càng trở nên phổ biến trên thế giới. Tiếp bước thành công trong việc đưa các kênh truyền hình độ nét cao HD phát sóng trên vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB-S2, VTC tiếp tục đưa các kênh truyền hình độ nét cao này vào phát trên hệ thống IPTV. Gương mặt mới nhất là Tập đoàn Viễn thông Quân đội (Viettel), mới chỉ thương mại hóa IPTV NetTV vào đầu năm 2011 sau khi thử nghiệm dịch vụ từ năm 2010. Số lượng thuê bao cho đến nay đã đạt khoảng 15.000 thuê bao và mục tiêu sẽ đạt 300.000 thuê bao trong một vài năm tới. Với sự bùng nổ về công nghệ thông tin và thị trường băng thông rộng như hiện nay, dịch vụ IPTV trên thế giới cũng như tại Việt Nam hứa hẹn sẽ còn phát triển rực rỡ trong vòng vài năm tới. 2. Định nghĩa Công nghệ IPTV đang giữ phần quan trọng và có hiệu quả cao trong các mô hình kinh doanh truyền hình thu phí. Nhưng thực chất nghĩa của từ viết tắt IPTV là gì và ảnh hưởng của nó đối với người xem truyền hình như thế nào? Hình 3.1: Dịch vụ IPTV Khi mới bắt đầu IPTV được gọi là Truyền hình giao thức Internet (Internet Protocol Television) hay Telco TV hoặc Truyền hình băng rộng (Broadband Television). Thực chất tất cả các tên đều được sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng. IPTV là một định nghĩa chung cho việc áp dụng để phân phối các kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, và nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng. Từ góc nhìn của người sử dụng thì IPTV chỉ hoạt động như một chuẩn dịch vụ truyền hình trả tiền. Từ góc nhìn của nhà cung cấp thì IPTV bao gồm việc thu nhận, xử lý và phân phối chính xác nội dung truyền hình tới thuê bao thông qua một hạ tầng mạng sử dụng IP. Theo định nghĩa được đưa ra bởi hiệp hội viễn thông quốc tế tập trung vào nhóm IPTV thì IPTV là các dịch vụ đa phương tiện (ví dụ như dữ liệu truyền hình, video, âm thanh, văn bản, đồ họa) được phân phối trên một mạng IP có sự quản lý để cung cấp các mức yêu cầu về chất lượng của dịch vụ, an toàn, có tính tương tác và tin cậy. IPTV có một số điểm đặc trưng sau: Hỗ trợ truyền hình tương tác: khả năng của hệ thống IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối đầy đủ các ứng dụng của truyền hình tương tác. Các dạng dịch vụ IPTV có thể được phân phối bao gồm chuẩn truyền hình trực tiếp, truyền hình hình ảnh chất lượng cao HDTV (High Definition Television), các trò chơi tương tác và truy cập Internet tốc độ cao. Dịch thời gian: IPTV kết hợp với một bộ ghi hình video số cho phép dịch chuyển thời gian để xem nội dung chương trình, đây là một kỹ thuật ghi hình và lưu trữ nội dung để có thể xem lại sau. Tính cá nhân: một hệ thống IPTV end-to-end hỗ trợ thông tin có tính hai chiều và cho phép người sử dụng xem các chương trình theo sở thích, thói quenHay cụ thể hơn là cho người dùng xem cái gì họ muốn vào bất kỳ lúc nào. Yêu cầu băng thông thấp: để thay thế cho việc phân phối mọi kênh cho người dùng, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ phân phối các kênh mà người dùng đã yêu cầu. Đây là đặc điểm hấp dẫn cho phép các nhà khai thác mạng bảo toàn được băng thông của họ. Nhiều thiết bị có thể sử dụng được: việc xem nội dung IPTV không giới hạn cho Tivi. Khách hàng có thể sử dụng PC của họ và các thiết bị di động để truy cập các dịch vụ IPTV. II. Cấu trúc truyền thống cho dịch vụ IPTV 1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống IPTV Tín hiệu âm thanh hình ảnh được chuyển đổi thành tín hiệu dạng số qua quá trình lấy mẫu, lượng tử và số hóa tại một bộ biến đổi A/D. Các tín hiệu số này sau đó được nén lại để tăng hiệu quả truyền dẫn, được đóng gói và truyền qua mạng IP. Mạng IP bao gồm các router/switch định tuyến, sẽ dựa trên địa chỉ của gói tin, các thông tin chỉ dẫn (độ ưu tiên, nhãn,..) và bảng thông tin định tuyến của mình để tìm ra con đường tốt nhất để chuyển gói tin. Trong quá trình chuyển gói tin, để hạn chế việc mất gói (gián đoạn đường truyền, méo dạng do nhiễu hay loại bỏ do nghẽn) ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ, người ta thường sử dụng các bộ đệm gói tin để nhận và thêm vào một độ trễ làm tất cả các gói tin xuất hiện với độ trễ không thay đổi. Các gói tin IP này được biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu truyền hình (PAL, NTSC hay DVB) thông qua các gateway hoặc các đầu cuối set-top Box và được hiển thị bằng TV hoặc máy tính cá nhân. Mọi hoạt động của hệ thống IPTV như khởi tạo, kết nối, quản lý các chức năng truyền hình đều thông qua middleware server của nhà cung cấp dịch vụ. Khi khởi tạo ban đầu, các đầu cuối truyền hình sẽ được cung cấp một địa chỉ IP và thông qua địa chỉ IP này middleware sẽ quản lý và tải xuống các chương trình hướng dẫn điện tử (EPG) vào STB. STB sẽ tương tác điều khiển với middleware để thực hiện các yêu cầu của người dùng. Khi có các dịch vụ theo yêu cầu, middleware sẽ chuyển phiên làm việc cho máy chủ VoD. Máy chủ VoD cũng được middleware quản lý cung cấp một địa chỉ IP, thông qua đó thiết lập một kết nối streaming giữa đầu cuối và máy chủ VoD. Đầu cuối STB phải hỗ trợ đa địa chỉ IP (mỗi địa chỉ IP chỉ có thể tham gia vào một nhóm multicast) để có thể coi cùng lúc nhiều chương trình khác nhau. 2. Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Hình 3.2: Kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Hệ thống cung cấp nội dung: Thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ các nguồn khác nhau như vệ tinh, truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang hệ thống video headend. Nguồn video đầu mối - Video Headend (DVB): Thu, điều chế và giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh từ các nguồn khác nhau và sử dụng các thiết bị mã hóa (encoder) để chuyển đổi nội dung này thành các luồng IP multicast ở khuôn dạng mã hóa mong muốn. Yêu cầu phải có thiết bị đầu cuối cho việc phát nội dung quảng bá. Thiết bị đầu cuối này có khả năng mã hoá một chuỗi các hình ảnh theo thời gian thực bằng kỹ thuật nén dùng MPEG -2, MPEG-4 hoặc H.264. Sau khi mã hoá, các chuỗi truyền MPEG sẽ được đóng gói và truyền thành những chuỗi gói IP bằng cách sử dụng giao thức UDP/IP. Đầu vào của hệ thống video headend là các chương trình truyền hình quảng bá, các kênh truyền hình mua bản quyền thu từ vệ tinh, các kênh truyền hình cáp, các phim từ các nguồn khác như tự sản xuất, từ các thiết bị VCD/DVD player, v.v... Phần mềm IPTV streaming được sử dụng trong DVB cho phép cấu hình linh hoạt và đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy tốt. Hệ thống quản lý mạng và tính cước - Billing system: Hệ thống này quản lý và tính cước dịch vụ truy cập của thuê bao IPTV. Các chức năng cơ bản của phần mềm thanh toán của IPTV là: bảo trì cơ sở dữ liệu thuê bao; đánh giá và tính phí cho dịch vụ IPTV; tạo và quản lý kế hoạch thuế; tạo ra các tài liệu kế toán (hoá đơn); thẻ truy cập quản lý và báo cáo tài chính. Phần mềm điều khiển trung tâm - Middleware: Middleware là phần mềm kết hợp các phần khác nhau của IPTV thành một hệ thống hoàn chỉnh. Nó điều khiển cung cấp dịch vụ, gồm giao diện cho phép người dùng chọn lựa các kênh, các chương trình truyền hình, lập lịch, điều khiển việc cung cấp dịch vụ tới người dùng bảo đảm an ninh và truy nhập có điều kiện. Middleware là một giao diện của hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV với người sử dụng, cung cấp chức năng client-server cho người dùng giao tiếp với các dịch vụ broadcast và on-demand. Hiển thị một danh sách các dịch vụ mà thuê bao đó có thể sử dụng và trợ giúp lựa chọn dịch vụ này sau khi đã xác thực danh tính của người dùng. Middleware lưu lại một profile cho tất cả các dịch vụ và đảm bảo các hoạt động bên trong của dịch vụ truyền hình một cách hoàn hảo. Hệ thống phân phối nội dung - Video on - Demand Server: VoD Server gồm các cụm máy chủ VoD và hệ thống quản lý VoD tương ứng, có chức năng tiếp nhận nội dung video từ nhà sản xuất, các nguồn thông tin khác và cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách phân phối nội dung một cách mềm dẻo. Hệ thống này cũng cho phép nhà khai thác mở rộng một cách kinh tế, phù hợp với tải và yêu cầu dịch vụ của các thuê bao. Máy chủ VoD sẽ lưu nội dung thực và cung cấp cho thuê bao khi nó nhận được sự xác thực danh tính từ Middleware. Nó cho phép các thuê bao đặt và xem những bộ phim chất lượng cao và chương trình theo yêu cầu (chương trình này được lưu trên máy dịch vụ và truyền tải theo yêu cầu). Hệ thống này cũng cung cấp những chức năng điều khiển VCR như fast-forward, pause, và rewind. Máy chủ CAS/DRM CAS (Hệ thống truy nhập có điều kiện - Conditional Access System): Là hệ thống quản lý các key mã hóa và giải mã cũng như phân phối các nội dung video bị mã hóa. Việc mã hóa này nhằm chống đánh cắp thông tin, nó dùng để giới hạn truy cập vào các nội dung đa phương tiện, nghĩa là mã hóa nội dung để chỉ những người sử dụng hợp pháp sẽ có thể giải mã và xem nó. DRM (Hệ thống quản lý bản quyền số - Digital Rights Managerment): Là hệ thống điều khiển quyền truy cập và bảo vệ bản quyền cho việc phát hành các thông tin, sản phẩm nghe nhìn dưới dạng số. Nó thực hiện chức năng cung cấp cho thuê bao phương pháp xác thực thuê bao, đảm bảo nội dung truyền hình cung cấp đến thuê bao là chính xác và đúng nhu cầu. III. Cấu trúc đám mây cho dịch vụ Video theo yêu cầu - VoDaaS Điện toán đám mây, thuật ngữ thông dụng mới nhất trong ngành công nghệ, miêu tả một kỉ nguyên mới của việc sử dụng Internet khi các dịch vụ được chuyển qua mạng. Công việc hiện tại đưa ra một chiến lược mới nhằm tích hợp các giải pháp đám mây để giảm các chi phí IT ngày càng tăng, tính phức tạp của việc quản lí mạng và việc sử dụng không hiệu quả các cơ sở hạ tầng dành cho IPTV. Cách tiếp cận mới này theo hai kĩ thuật ảo hóa: Ảo hóa máy chủ – các máy chủ ảo cùng trú trên một một máy chủ chuyên dụng Ảo hóa ứng dụng – khách hàng chọn để chạy một kênh hay các video từ một bảng chọn chương trình. Trong các trường hợp này, tất cả các video vận hành như thể chúng được phát bởi một máy chủ chuyên dụng. Một cơ cấu kiến trúc được đề xuất, có tên là dịch vụ Video theo yêu cầu-VoDaaS có chức năng mô hình hóa các dịch vụ đám mây theo yêu cầu dành cho IPTV, giúp khách hàng có thể nhận được các chương trình TV hay các dòng video từ bất cứ đâu. 1. Tại sao lại sử dụng điện toán đám mây Nhu cầu cung cấp dữ liệu đa phương tiện ngày càng tăng cùng với sự phụ thuộc vào mạng lưới truyền dẫn tốc độ cao đã làm tăng sự quan tâm dành cho các giải pháp vận chuyển hiệu quả đối với các luồng đa phương tiện. Đặc biệt là luồng tín hiệu video không chấp nhận việc trễ hay mất gói tin xảy ra. Không giống như việc truyền các khối dữ liệu lớn, việc truyền nội dung video đòi hỏi một băng thông đủ lớn và liên tục để đảm bảo chất lượng hình ảnh theo yêu cầu. Mặc dù đã có nhiều điều kiện để bùng nổ IPTV như thiết bị đầu cuối rẻ, quy chế truyền hình trả tiền đã ban hành nhưng dịch vụ IPTV vẫn nhận được không ít lời than phiền về nội dung nghèo nàn hay chất lượng hình ảnh vẫn chưa thực sự tốt. Theo dự đoán của nhóm nghiên cứu Multimedia Research Group, đến năm 2012 số thuê bao IPTV trên toàn thế giới sẽ đạt 92,8 triệu với tốc độ tăng trưởng hàng năm là 31%, trong khi năm 2008 con số này chỉ là 24 triệu. Trong đó, số lượng thuê bao của khu vực châu Á sẽ đạt gần 40 triệu thuê bao vào năm 2012 (bằng với số lượng của châu Âu), con số này vào cuối năm 2008 là khoảng 8 triệu thuê bao. Với tình hình như vậy, Telco đã đầu tư và nâng cấp cơ sở hạ tầng hiện có, tuy nhiên làm thế nào để hiện thực hóa dịch vụ này để khách hàng có thể chi trả một chi phí cao hơn một chút? Thay vào đó, người tiêu dùng có thể sẽ thích việc cá nhân hóa dịch vụ đa phương tiện ở bất kì lúc nào, bất kì nơi đâu và trên bất kì thiết bị nào. Nếu trường hợp này xảy ra thì các nhà cung cấp dịch vụ cố định và di động phải giải quyết việc nâng cấp các cơ sở hạ tầng mạng đang triển khai để cung cấp các khả năng này trong một phương thức có thể thích ứng cao với QoS từ thiết bị đầu tới thiết bị cuối được đảm bảo. Trong trường hợp này, việc thiết kế một cấu trúc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu cầu khả thi là cần thiết đối với một nhà cung cấp dịch vụ. Với việc chúng ta muốn một thư viện nội dung và băng thông lớn bao nhiêu là các vấn đề triển khai quan trọng mà nhà cung cấp phải đối mặt. Hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng cấu trúc tập trung cho việc cung cấp video theo yêu cầu, với một lượng lớn băng thông thừa. Nhưng đây không phải là một giải pháp khả thi đối với thư viện nội dung lớn bởi vì nó có thể gây ra nghẽn vận hành, trì hoãn trong thời gian dài và kinh nghiêm xấu cho khách hàng bởi vì họ có thể thấy rằng ứng dụng này không thú vị. Điện toán đám mây là một giải pháp nổi tiếng đối với chi phí IT ngày càng tăng, các vấn đề bảo mật và độ phức tạp ngày càng tăng của việc quản lí mạng. Vấn đề tăng hiệu năng đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng, đặc biệt là khi được nhân lên bởi hàng triệu người dùng. Vì các công ty ngày càng muốn tìm ra phương pháp sử dụng cơ sở hạ tầng hiệu quả, đặc biệt trong giai đoạn suy thoái kinh tế hiện nay, sự thay đổi về nhận thức này đã đặt ra nhiều thách thức cho các kết cấu cung cấp video theo kiểu client-server hiện nay nhằm đạt được các công nghệ mới để cung cấp cho các ứng dụng đa phương tiện đang nổi lên (thời gian thực/lưu trữ dữ liệu). Vậy công nghệ này có thể phát triển đến đâu thì chúng ta hãy theo dõi tiếp các giải pháp đề xuất sau đây. 2. Đề xuất kiến trúc dịch vụ IPTV trên điện toán đám mây Hình 3.3: Kiến trúc tổng quát dịch vụ IPTV trên đám mây Hình 3.3 thể hiện một kiến trúc đám mây cơ bản cho việc cung cấp những dịch vụ theo yêu cầu. Mỗi dịch vụ có một tổ hợp linh động các nguồn lực, bao gồm máy tính, mạng lưới, và kho lưu trữ - những thứ được phân phối bởi các nhà cung cấp. Ý tưởng cốt lõi của kiến trúc này là quảng bá tất cả các dịch vụ IPTV trong khi tối thiểu hóa tổng nguồn lực cần thiết, bằng cách thực hiện các dịch vụ cá nhân ứng với một khối lượng thực thi thời gian thực. Mẫu khối lượng công việc của mỗi dịch vụ (Service workload model): Với mỗi dịch vụ, sẽ thiết lập một mẫu khối lượng công việc (workload model), cái mà có thể đoán trước được dung lượng của các yêu cầu đến theo thời gian. Do đó nguồn lực được huy động tại thời điểm thích hợp đúng lúc để thỏa mãn những yêu cầu của dịch vụ. Việc này có thể dựa trên việc phân tích các dữ liệu trong quá khứ, những sự kiện gợi ý ngoài lề... Ngoài những mô hình thông thường được áp dụng cho tất cả các dịch vụ của IPTV, LiveTV ICC có một lượng lớn những yêu cầu tương quan đến một cách định kì. Cơ chế kiểm soát dịch vụ (Service control mechanisms): cho phép mỗi dịch vụ thiết lập một tập hợp các cơ chế kiểm soát nhằm thay đổi những yêu cầu về nguồn lực mà không phải hi sinh chất lượng dịch vụ. Ví dụ, một dịch vụ VoD có thể tăng tốc độ truyền nội dung cho những phiên liên tục, và thời gian cần thiết để duy trì băng thông đó sẽ giảm đi. Điều này giúp giải phóng tài nguyên để dùng cho các dịch vụ khác, ví dụ như để phục vụ những dự đoán về một dòng ồ ạt của yêu cầu LiveTV ICC. Ảo hóa cho phép có được nhiều cơ chế kiểm soát (control mechanisms) đó. Ví dụ, sau khi tăng tốc truyền nội dung cho VoD, chúng ta chỉ đơn giản tạm dừng VMs cho VoD, và tự động phân phối VMs để tải khối lượng công việc của LiveTV ICC. Điều hành dịch vụ (Service orchestrator): Là bộ điều hành dịch vụ có nhiệm vụ lấy các mẫu khối lượng công việc từ service workload models của tất cả các dịch vụ. Bộ điều hành sẽ hoạt động hiệu quả như một giám sát khi: Nắm bắt được các nhu cầu tài nguyên của các dịch vụ. Quyết định những giải pháp thích hợp để giảm tải tiêu thụ tài nguyên tổng thể. Đây được coi là vấn đề tối ưu hóa. Đặc biệt, bộ điều hành dịch vụ sẽ chia miền thời gian liên tục thành các dải bắt đầu từ T0, T1, Tại thời điểm bắt đầu của dải thời gian Ti, bộ điều hành đầu tiên thực thi những hoạt động đã được lên lịch cho dải thời gian đó, từ đó phân phối nguồn lực cho các dịch vụ đã được cập nhật. Dựa trên dự đoán khối lượng công việc gần đây nhất, từ đó bộ điều hành sẽ điều chỉnh lại lịch hoạt động tại Tj (j>i). Mỗi khoảng thời gian cho mỗi dịch vụ hoạt động với một tài nguyên đã sắp đặt trước đó, vì việc thay đổi tài nguyên chỉ xảy ra ở đầu mỗi dải thời gian. Một khoảng thời gian ngắn cho phép thích nghi với nhiều khối lượng công việc, nhưng lại có khả năng làm tăng sự bất ổn trong hệ thống và tăng khối lượng công việc cần tối ưu trên bộ điều hành. Để dải thời gian dài hơn để giảm bớt khối lượng công việc tối ưu, nhưng không thể tránh khỏi việc đáp ứng chậm trễ cho sự thay đổi về khối lượng công việc Việc thực hiện xử lý dịch vụ tạo ra ở đầu dải thời gian là một quá trình xử lý phức tạp. Nó có thể không thực tế lắm (do sự phức tạp về mô hình) và không cần thiết (do dự đoán thiếu chính xác) cho bộ điều hành khi phải lên nhiều kế hoạch cho khoảng thời gian tiếp theo. Nên một mô hình đơn giản nhất là tại Ti bộ điều hành chỉ quyết định xem làm gì tiếp tại Ti+1. Như vậy bộ điều hành dịch vụ sẽ làm việc một cách chính xác và sẽ giảm thiểu sự tiêu tốn về tài nguyên hệ thống. Mỗi dịch vụ phải có khả năng yêu cầu để đạt được sự chia sẻ ngang bằng về tài nguyên. Ví dụ dịch vụ VoD có thể hạn chế tỷ lệ phần trăm các phiên cần tăng tốc. Ngoài ra có thể kết hợp cơ chế thực thi dịch vụ với các điều luật cụ thể. Từ đó bộ điều hành dịch vụ sẽ giảm thiểu những yêu cầu không cần thiết trên toàn hệ thống cũng như trên chính dịch vụ đó. 3. Mây hóa dịch vụ Video theo yêu cầu-VoDaaS Khi nói đến cơ sở hạ tầng và việc vận hành điện toán đám mây, phương pháp ảo hóa sẽ là giải pháp quan trọng nhất. Gần đây, việc ảo hóa các nguồn phần cứng đã rất thành công và được nhiều công ty ứng dụng . Ví dụ, so với việc duy trì theo hướng tập trung, các trung tâm dữ liệu này sẽ linh hoạt hơn rất nhiều, bảo mật và tiết kiệm chi phí hơn, phương pháp này không cần đến một phòng máy chủ và những chi phí quản trị. Việc ảo hóa ngày càng được sử dụng rộng rãi thậm chí cả các phía khách hàng cũng thông qua ảo hóa ứng dụng và ảo hóa màn hình. Thực ra, tương lai được dự đoán là sẽ ít tập trung vào việc cài đặt phần mềm trên từng thiết bị mà tập trung hơn vào việc cung cấp các dịch vụ, phần mềm cho khách hàng được chuyển qua mạng. Trong các trường hợp cung cấp video, điều này có nghĩa là, ví dụ các kênh tổng hợp hoặc các video được chuyển tới các đám mây và khách hàng có thể chọn các kênh/video từ đó. Từ quan điểm của khách hàng, công nghệ này rất đơn giản, linh hoạt và phổ biến bởi vì giờ đây họ có thể nhận được các chương trình ti vi ở bất cứ đâu họ chọn. Đây là một vấn đề khó khăn đối với tất cả các dịch vụ trả theo lưu lượng sử dụng. Chúng ta đã được chứng kiến sự khởi đầu này với sự xuất hiện của mô hình đám mây Amazon, Google và IBM. Đặc biệt, với tình hình như hiện nay, nhiều tập đoàn lớn của Hàn Quốc như Samsung và LG đang cố gắng để mở rộng việc kinh doanh truyền hình thông qua cáp và các hệ thống TV khác bởi vì đất nước đã giảm bớt các hạn chế về quyền sở hữu chéo trên báo và các đài truyền hình khác. Đề xuất này được đưa ra nhằm mục đích điều tra phương pháp phân phối các ứng dụng thời gian thực và các ứng dụng đa phương tiện mới, chẳng hạn như truyền tải các chương trình truyền hình trực tiếp, video theo yêu cầu thông qua việc sử dụng điện toán đám mây. Kết quả dự kiến của nghiên cứu này thực sự hữu ích, đặc biệt là để truyền tải các video theo yêu cầu dựa vào địa chỉ IP đối với các mạng không đồng nhất và phức tạp trong tương lai. Cấu trúc và kịch bản thực hiện được đề xuất sẽ có thể giúp cho thuê bao duyệt danh mục video và xem video ngay lập tức nhờ các hộp set-top-box thông qua kết nối internet băng thông rộng, vì vậy sẽ làm giảm chi phí cho các nhà khai thác và chi phí thuê bao cho người sử dụng. 4. Kiến trúc đám mây theo yêu cầu cho dịch vụ IPTV Những video theo yêu cầu có thể được chuyển tới các thuê bao thông qua các cấu trúc mạng khác nhau tức là vị trí máy chủ video và mạng giữa các máy chủ video tới các thuê bao. Đối với nhiều trường hợp, proxy server được đặt gần thuê bao hơn, thường được sử dụng để làm giảm lưu lượng mạng và sự chậm trễ nhờ tốc độ cao và kết nối mạnh. Tuy nhiên proxy server có khả năng phân phối và có dung lượng xác định, và do đó cần phải có thiết lập một chương trình để hỗ trợ việc lựa chọn video trong bộ nhớ đệm. Mặt khác, các máy chủ video có một năng lực hữu hạn và chỉ có thể phục vụ hạn chế những yêu cầu trong cùng một lúc . Đối với thư viện có nội dung lớn và sự tăng đột biến số lượng thuê bao đang hoạt động, Telco đang tìm cách để duy trì từ chối dịch vụ truy nhập tới mức tối thiểu. Hình 3.4 cho thấy cấu trúc hệ thống của một đám mây theo yêu cầu cho IPTV. Video có thể được truyền từ bất kỳ máy chủ ảo nào, không kể khả năng của mình. Các máy chủ ảo được sắp xếp liên tục, đặc biệt là để giải quyết tình trạng quá tải và tránh quá tải và để đạt được mức độ sử dụng cao và liên tục của các máy chủ trong khi vẫn đáp ứng thỏa thuận mức dịch vụ (SLAs). Ba điều kiện được thể hiện trong hình 3.4: - Yêu cầu tăng số lượng video. - Số lượng yêu cầu phải phù hợp với số lượng video (số lượng hạn chế). - Yêu cầu đa dạng hóa các video. Hình 3.4: Các dịch vụ đám mây theo yêu cầu Các máy chủ ảo được sử dụng trong dịch vụ đám mây theo yêu cầu là cách phổ biến để cung cấp các nguồn tính toán chi phí thấp. Một máy chủ ảo là một máy chủ hoạt dộng và có dạng giống như một máy chủ riêng biệt, tuy nhiên trên thực tế nó có dạng giống như các máy khách khác. Hàng chục máy chủ ảo có thể trú ngụ trên một máy đơn. Trong hoàn cảnh này, phần ảo đơn giản có nghĩa là nó không phải là một máy chủ riêng. Đó là toàn bộ máy tính không được dành riêng để thực hiện một mục đích duy nhất. Hầu hết các trường hợp, hiệu suất không bị ảnh hưởng bởi mỗi máy chủ ảo hoạt động như một máy chủ chuyên dụng. Tuy nhiên, khi có quá nhiều máy chủ ảo cư trú trên một máy vật lý, dịch vụ có thể giao chậm hơn. Do đó, chương trình quản lý khối lượng công việc phải linh hoạt và đáng tin cậy để đảm bảo nguồn lực cung cấp cho mỗi dịch vụ theo yêu cầu, băng thông của máy chủ phải đủ lớn, để có thể đáp ứng được tất cả yêu cầu về thỏa thuận mức dịch vụ SLAs, trong khi vẫn duy trì chi phí của nó. Theo truyền thống, các video được lưu trữ trong các máy chủ cụ thể hoặc lưu trữ trong hệ thống con nhưng thường quá tải khi phải đối phó với khối lượng dữ liệu gia tăng và những lỗi xảy ra bất ngờ. Lưu trữ ảo cho phép xử lý tình huống nhanh, theo đó nền tảng cơ sở hạ tầng có thể dễ dàng chia sẻ tài nguyên với nhau. Lưu trữ vật lý ảo vào ổ đĩa ảo, cho phép lưu trữ thông qua các nhà cung cấp và các giao thức không đồng nhất, cho phép linh hoạt tăng hoặc giảm dung lương lưu trữ thông qua việc di dời trong khu vực mạng của doanh nghiệp bởi các ứng dụng. Các ứng dụng này có thể được cung cấp tại các hệ thống được chia tay nhiều phần nhỏ – ví dụ cấp độ khối dữ liệu hoặc cấp độ ảo hóa tập tin, trước đây đề cập đến các khối dữ liệu được ánh xạ tới 1 hoặc nhiều hệ thống phụ lưu trữ nhưng các ứng dụng được hiển thị là cố định trên một vị trí duy nhất và sau này đề cập đến các tập tin hệ thống đã được tạo ra để hiển thị như một tập tin hệ thống duy nhất với tên miền phổ biến. 5. Khung làm việc của dịch vụ video theo yêu cầu-VoDaaS Xây dựng các ứng dụng để đánh giá một cách đầy đủ về công nghệ máy chủ ảo và lưu trữ ảo, và đưa ra đề xuất tích hợp 2 công nghệ này để quản lý. Tức là cho phép chia sẻ các ứng dụng trên cả nguồn tài nguyên của máy chủ và lưu trữ (dựa trên điều kiện kinh tế) nhằm cung cấp sự kết hợp giữa các tài nguyên máy chủ và lưu trữ một cách hiệu quả cho bất kì một mạng con nào tức là dựa trên số lượng thuê bao đang hoạt động như thể hiện ở hình 3.5. Hình 3.5: Thành phần khung làm việc của VoDaaS Reservation: Người dùng yêu cầu kết nối tới máy chủ và lưu trữ. Authorization and Control (AuC): Tài nguyên dự phòng và thông báo cho người dùng các tài nguyên sẵn có và điều khiển việc cấp phát như hợp đồng về SLAs. Allocation (Al): Phân bổ các nguôn tài nguyên cho người dùng. Resource Manager (RM): Quản lý CPU, bộ nhớ, băng thông mạng và lưu trữ Server/Storage Virtualization Management: duy trì và quản lý các máy ảo hoặc ổ đĩa cứng ảo (di dời/cấp phát/yêu cầu). Optimization Manager (OM): Tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị vật lý. VoD có thể được coi như những dịch vụ đám mây khác, giữa các đám mây và khách hàng thông qua các ứng dụng của người sử dụng. Tương tác chính giữa các thành phần của kiến trúc khung làm việc được liệt kê dưới đây. Hình 3.6: Tương tác giữa các thành phần VoDaaS 1: Người dùng yêu cầu kết nối tới tài nguyên R (mạng và máy chủ công thêm việc lưu trữ). 2: AuC đáp ứng các yêu cầu nhưng phải kiểm tra sự phân bổ của tài nguyên để tránh việc lãng phí tài nguyên và các vi phạm SLA. 3: OM thương lượng với máy chủ ảo và các ổ đĩa cứng ảo tức là để phục vụ yêu cầu thông qua các đám mây riêng hoặc đám mây công cộng và tiếp tục duy trì các chi phí hiệu quả và sử dụng triệt để các nguồn tài nguyên. 4: Al phân bổ các yêu cầu về nguồn tài nguyên cho người dùng bằng cách triển khai các ứng dụng người dùng trong khi kiểm soát các vi phạm vê SLA. 6. Thí nghiệm mô phỏng Mô phỏng dịch vụ VoDaaS bằng cách sử dụng phần mềm OPNET Modeler. Mô hình mạng lưới được xây dựng như hình 3.7. Việc lựa chọn đối tượng và thiết lập được mô tả trong bảng 3.1. Kết quả mô phỏng là thời gian đáp ứng nhiệm vụ thu được từ ba thí nghiệm khác nhau để thấy được hiệu suất làm việc của ba mô hình. Một máy khách-Mạng cục bộ Một máy khách truy nhập từ xa Nhiều máy khách truy nhập từ xa Hình 3.7: Dịch vụ VoDaaS trên OPNET ACE modeler Hạng mục Giá trị Thông số lựa chọn Application Configuration DB Ethernet Server Appl. Ethernet Server Inter arrival time (s) Transaction size (bytes) Type of service Sun Ultra 10 333MHz Sun Ultra 10 333MHz Exponential (3) Constant (188) Streaming multimedia Local Switch (Model a) Technology Client Ethernet 1 100BaseT WAN Detail (Model b and Model c) Technology Access Ethernet Bandwidth Packet Latency 10/BaseT/100BaseT 10Mbps None Client Detail (Model b) Number of Clients Client Location 1 Remote Data Rate: DS0 Delay: distance-based None Client Detail (model c) Number of Clients Client Location 200 Remote Fast Ethernet LAN Switching speed: 500,000 pck/sec Switched Topology None Kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng cho thấy thời gian để đáp ứng cho một máy khách trong mạng cục bộ là khoảng 0.5 giây, như vậy là khá nhanh (hình 3.7 a) DS0 truyền tín hiệu kĩ thuật số với tốc độ 64kb/s tức là thấp hơn tốc độ của các mạng hiện tại (hình 3.7b) phát sinh thời gian đáp ứng cao hơn khách hàng với tốc độ cao 100Mb/s (hình 3.7c) Như (hình 3.7c )thời gian đáp ứng cho giờ đầu tiên tăng lên hơn 4 giây, cuối cùng thì tương đối ổn định Hình 3.8: Kết quả mô phỏng Kết quả sơ bộ khi so sánh (hình 3.7a) và (hình 3.7c) có thể nhận thấy dịch vụ Video theo yêu cầu thông qua môi trường điện toán đám mây có thể cung cấp một môi trường streaming cục bộ, tức là khách hàng ở (hình 3.7c) có độ trễ cao hơn khách hàng ở (hình 3.7a) một chút. Đối với mô hình 3.7b chúng ta có thể quan sát được độ trễ tương đương với hơn 1 giây, nhiều hơn gấp đôi sự chậm trễ cho phép của khách hàng sử dụng băng rộng, như vậy là tương đối cao. Trong trường hợp này thì độ trễ phát sinh là cao hơn tổng độ trễ cho phép thường được coi là khoảng 1 giây tính từ thiết bị đầu phía nhà cung cấp tới thiết bị cuối phía khách hàng. Hơn nữa, nó chỉ có 1 khách hàng. ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC VÀ KẾT LUẬN Trải qua một thời gian nghiên cứu về đề tài em đã tích lũy cho mình những kiến thức vô cùng quý báu. Em đã biết thế nào là điện toán đám mây, biết được mô hình, cấu trúc, cách thức hoạt động và những ứng dụng, dịch vụ hữu ích sử dụng nền tảng điện toán đám mây.v.v.. Có thể nói “điện toán đám mây” là một công nghệ đột phá của con người trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Điện toán đám mây hiện nay đã phát triển vượt ra ngoài công nghệ ảo hóa. Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ dựa trên đám mây mang đến cho doanh nghiệp năng lực xử lý rất lớn, các dịch vụ cho phép cách tiếp cận mới trong sản xuất và phân phối nội dung. Chỉ với máy trạm chi phí thấp được nối mạng, nhờ tận dụng năng lực xử lý từ đám mây, các tính năng mới tốt hơn, các doanh nghiệp có cơ hội cắt giảm chi phí, gia tăng sản xuất nội dung và giảm rủi ro. Chính vì những lợi ích to lớn như vậy cho nên “Điện toán đám mây” là mảnh đất để các ứng dụng đa phương tiện phát triển. Cụ thể là trong cuốn đề tài này trình bày về dịch vụ truyền hình qua giao thức internet IPTV. Dịch vụ IPTV trên nền tảng điện toán đám mây bước đầu đã cho thấy những tiềm năng để phát triển mạnh hơn trong tương lai. Nó cho thấy những lợi thế vượt trội so với cách thức cung cấp dịch vụ IPTV truyền thống. Đứng trên phương diện người dùng, bằng sự trải nghiệm thực tế với dịch vụ IPTV truyền thống em cảm nhận được những ưu điểm và nhược điểm của dịch vụ. Những ưu điểm cần phải kể đến như: IPTV có chi phí lắp đặt thấp, phí thuê bao hàng tháng rẻ và nội dung khá tốt, có nhiều lựa chọn cho gia đình, có thể xem lại những nội dung về truyền hình hay những video mình thích vào bất kì thời điểm nàoBên cạnh đó không ít những nhược điểm như: Vẫn thiếu những nội dung hấp dẫn (chậm thay đổi nội dung), âm thanh hình ảnh nhiều lúc không khớp nhau, bị dừng hình hay mất tín hiệu, trong trường hợp muốn thay đổi nhà cung cấp dịch vụ IPTV thì cũng phải thay cả đường truyền internet khác Đó là đối với cá nhân, còn đối với các doanh nghiệp muốn cung cấp dịch vụ IPTV thì sẽ thế nào? Sẽ phải đầu tư mua trang thiết bị, các ứng dụng và cả hệ thống truyền dẫn tới khách hàng. Vì vậy sẽ rất tốn kém và tiềm ẩn rủi ro trong kinh doanh. Do đó trên cả phương diện người dùng và phương diện của nhà cung cấp mới đều có những điểm cần khắc phục. Và hướng giải quyết cho các vấn đề trên chính là công nghệ “Điện toán đám mây”. Ngoài những ưu điểm của dịch vụ IPTV truyền thống, nó còn khắc phục được những nhược điểm cố hữu như cải thiện được chất lượng dịch vụ, đổi mới nội dung dễ dàng, có thể truy nhập nội dung dịch vụ từ bất kì đâu và bằng bất cứ đường truyền của nhà cung cấp nào, có thể xây dựng hay mở rộng quy mô dịch vụ một cách nhanh chóng để cung cấp cho khách hàng với chi phí thấp nhấtĐó là những lợi ích to lớn mà điện toán đám mây có thể đem lại cho người sử dụng và các nhà cung cấp dịch vụ đang cố gắng nghiên cứu để ứng dụng công nghệ mới này. Đây cũng là một trong những thách thức và hướng đi mới cho dịch vụ đa phương tiện nói chung và dịch vụ IPTV nói riêng. Trong khuôn khổ đề tài chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót bởi sự hạn hẹp về kiến thức của bản thân cũng như tài liệu tham khảo, bên cạnh đó là sự mới mẻ của công nghệ điện toán đám mây. Chính vì vậy, em mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn đọc để đề tài của em trọn vẹn hơn và có tính ứng dụng cao trong cuộc sống. Cuối cùng, một lần nữa tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo Nguyễn Quốc Dũng đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Tĩnh, ngày 25 tháng 2 năm 2015. Sinh viên Nguyễn Đình Bắc

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxdien_toan_dam_may_va_cac_ung_dung_da_phuong_tien_bac__538.docx
Luận văn liên quan