Tim hiểu và mô phỏng iptv sử dụng opnet

Tìm hiểu và mô phỏng hệ thống IPTV i

TÓM TẮT Ngày nay, truyền hình dựa trên giao thức Internet IPTV đang phát triển mạnh mẽ và tiến tới vị trí chủ chốt trong công nghiệp truyền hình thu phí, và đó cũng là dịch vụ thu hút được sự chú ý của rất nhiều các công ty viễn thông trên thế giới. IPTV là một hệ thống nhiều tiện ích, bạn có thể nhận cả tín hiệu truyền hình và video song song với các dịch vụ đa phương tiện khác trên cùng một kết nối Internet.

IPTV sử dụng một kết nối băng rộng và một hệ thống mạng phân phối các chương trình truyền hình sử dụng giao thức IP. IPTV là phương pháp mới để truyền tải nội dung truyền hình số trên mạng và được xem là một phần của dịch vụ triple-play thường được các nhà khai thác Viễn thông trên thế giới cung cấp. Thuật ngữ IPTV mô tả hệ thống có thể truyền tải các chương trình truyềnhình trực tiếp, phim và các loại nội dung video tương tác khác trên mạng dựa trên IP. Các thành phần cấu tạo nên mạng IPTV này gồm các hệ thống nhỏ như các quá xử lý video, bảo mật mạng truyền tải. Cấu trúc hạ tầng mạng IPTV từ đầu cuối-tới-đầu cuối có thể bao gồm tất cả hay một số các thành phần sau: Trung tâm số liệu IPTV, mạng phân phối IPTV, thiết bị settop box.

Việt Nam cũng là một trong những thị trường IPTV đầy tiềm năng và hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận trong những năm sắp tới. Tuy nhiên, là một công nghệ mới và đang dần hoàn thiện nên hiện nay trên thế giới có nhiều tổ chức tiêu chuẩn hóa tham gia vào quá trình tiêu chuẩn hóa này nhằm đưa ra được bộ tiêu chuẩn thống nhất cho dịch vụ IPTV.

Tìm hiểu về công nghệ IPTV ii

ABSTRACT Today, television-based Internet Protocol IPTV is growing strongly, and proceed to key positions in the television industry fees, and service that is also attracting the attention of many telecommunication companies information in the world. IPTV is a system more convenient, you can receive both TV and video signals in parallel with other multimedia services on the same Internet connection.

IPTV uses a broadband connection and a network that distributes television programs using the IP protocol. IPTV is a new method to transmit TV content over the network and is considered part of the triple-play services commonly Telecommunications operators worldwide to offer. The term describes IPTV system can transmit directly truyenhinh programs, movies and other video content on interactive IP-based networks. The composition IPTV network should include small systems such as the video processing, transmission network security. IPTV network infrastructure from end-to-end may include all or some of the following components: Data Center IPTV, IPTV distribution network, equipment set-top box.

Vietnam is one of the IPTV market potential and promises to bring more profit in the coming years. However, a new technology is gradually improving and should present the world with many organizations involved in standardization standardization process was to obtain the uniform set of standards for IPTV services.

Tìm hiểu về công nghệ IPTV iii

MỤC LỤC MỤC LỤC...............................................................................................................iii Chương 1..................................................................................................................1 TỔNG QUAN VỀ IPTV..........................................................................................1 Kết luận................................................................................................................................16 1.7 Khả năng triển khai.....................................................................................................17 1.7.2 Khả năng ứng dụng IPTV ở Việt Nam...................................................................19

Chương 2................................................................................................................15 ĐÓNG GÓI NỘI DUNG VIDEO.........................................................................15 Chương 4................................................................................................................52 QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI MẠNG IPTV.........................................................52 Chuơng 5................................................................................................................94 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IPTV TRÊN OPNET...............................................94 5.1 Giới thiệu Opnet...........................................................................................................94

Tìm hiểu về công nghệ IPTV iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC...............................................................................................................iii Chương 1..................................................................................................................1 TỔNG QUAN VỀ IPTV..........................................................................................1 Kết luận................................................................................................................................16 1.7 Khả năng triển khai.....................................................................................................17 1.7.2 Khả năng ứng dụng IPTV ở Việt Nam...................................................................19

Chương 2................................................................................................................15 ĐÓNG GÓI NỘI DUNG VIDEO.........................................................................15 Chương 4................................................................................................................52 QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI MẠNG IPTV.........................................................52 Chuơng 5................................................................................................................94 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IPTV TRÊN OPNET...............................................94 5.1 Giới thiệu Opnet...........................................................................................................94

Tìm hiểu về công nghệ IPTV v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Cấu trúc của một gói MPEG PES Error: Reference source not found Bảng 2.2: Cấu trúc của một TS header Error: Reference source not found Bảng 2.3: Cấu trúc của gói NAL Error: Reference source not found Bảng 2.4: Cấu trúc Ethernet Header được dùng để mang nội dung MPEG-2 Error: Reference source not found Bảng 2.5: Cấu trúc khung Ethernet được dùng để mang nội dung MPEG-2 Error: Reference source not found Bảng 4.1 So sánh các công nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON Error: Reference source not found Bảng 4.2: So sánh các công nghệ DSL Error: Reference source not found Bảng 4.3: Các chuẩn OC SONET Error: Reference source not found Bảng 4.4: Định dạng MPLS header Error: Reference source not found

Tìm hiểu về công nghệ IPTV vi

LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT A ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao kỹ thuật sốbất đối xứng

API

Application Program Interfaces Active Aptical Network Asynchronous Transfer Mode

Giao diện ứng dụng chương trình

AON ATM

Mạng quang tích cực Chế độ truyền dị bộ

C CAS CAT

Conditional Access System Control Access Table

Hệ thống truy cập có điều kiện Bảng điều kiện truy cập

CDMA CATV

Code Division Multiple Access Cable Television

Đa truy cập phân chia theo mã Truyền hình cáp

D DHCP DSLAM DRM

Dynamic Host Configuration Protocol Digital Subscriber Line Access Multiplexer

Giao thức cấu hình động máy chủ

Digital Rights Management

Quản lý quyền nội dung số

Bộ gép kênh truy cập đường dây thuê bao số

E EPG EVC

Electronic Program Guide Ethernet Virtual Connection

Hướng dẫn chương trình điện tử Kết nối ảo Ethernet

FTTC FTTH FTTN FTTRO

Fiber To The Curd Fiber To The Home Fiber To The Neighborhood Fiber to The Regional Office

F Cáp quang tới lề đường Cáp quang tới nhà khách hàng Cáp quang tới vùng lân cận Cáp quang tới khu vực văn phòng

H HDTV HTTP

High Definition Television Hyper Text Transfer Protocol

Truyền hình độ nét cao Giao thức truyền tải siêu văn bản

I IP IPTVCD IRD

Internet Protocol IPTV Consumer Device Integrated Receiver Decoder

Giao thức Internet Thiết bị khách hàng IPTV Bộ giải mã đầu thu tích hợp

L LSP LSR

Label Switched Path Label Switch Router

Tuyến chuyển mạch nhãn Router chuyển mạch nhãn

MEF MPLS

Metro Ethernet Forum Multiprotocol Label Switching

M Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Tìm hiểu về công nghệ IPTV vii

N NIT

Network Information Table

Bảng thông tin mạng

O OC ONT OSS

Optical Carrier Optical Network Termination Operations Support Systems

Sóng mang quang Thiết bị đầu cuối mạng quang Hệ thống hỗ trợ hoạt động

P PMT PTS PES

Program Map Table Presention Time Stamps Parketized Element Stream

Bảng chương trình ánh xạ Nhãn thời gian trình diễn

Q QoS

Quality of Services

Chất lượng dịch vụ

R RTP

Real-time Transport Protocol

Giao thức truyền tải thời gian thực

S SDH SDV SLA SNMP

Hệ thống phân cấp số đồng bộ Chuyển mạch video số Cam kết cấp độ dịch vụ Giao thức quản lý mạng đơn giản

SONET

Synchronous Digital Hierarchy Switched Digital Video Service-Level Agreement Simple Network Management Protocl Synchronuos Optical Network

STB

Set-top box

Hộp giả mã

TDM

Time Division Multiplexing

VCL VoD

Video Coding Layer Video on Demand

Lớp mã hóa video Video theo yêu cầu

VoIP

Voice over IP

Thoại qua giao thức Internet

Mạng quang đồng bộ

T Ghép kênh phân chia theo thời gian

V

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ IPTV 1.1.

Khái niệm về IPTV

1.1.1.

Lịch sử ra đời của IPTV

Năm 1994, World News Now của ABC đã có buổi trình chiếu truyền hình quảng bá quamạng Internet đầu tiên, sử dụng phần mềmCU-SeeMevideoconferencing.

Tổ chức liên quan đến IPTV đầu tiên xuất hiện là vào 1995, với sự thành lập Precept Software bởi Judith Estrin và Bill Carrico. Họ đã thiết kế và xây dựng một sản phẩm internet video 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 System mua năm 1998 và Cisco đã giữ lại tên “IP/TV”.

AudioNet bắt đầu tiến hành nghiên cứu live webcasts với WFAA-TV trong 5/1998, và KCTU-LP vào 10/1/1998.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 9/1999 sau khi thử nghiệm dịch vụ TV và VoD. Nhà cung cấp này đã thêm dịch vụ VoD vào hệ thống trong tháng 10/2001 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 giới, 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.

Tại thời điểm này ở Việt Nam có 3 nhà mạng cung cấp dịch vụ IPTV là: VNPT, FPT và VTC. 1.1.2. Định nghĩa về IPTV 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?

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 Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 2

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 các user xem các chương trình theo sở thích, thói quen…

Hay cụ thể hơn là cho các user 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 mọi user, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ phân phối các kênh mà user 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 cácdịch vụ IPTV. 1.2.

Cấu trúc mạng IPTV

Có rất nhiều tài liệu trình bày cấu trúc của mạng IPTV, trong phần này trình bày cấu trúc mạng IPTV theo hai vấn đề. Thứ nhất là cơ sở hạ tầng của mạng IPTV, đưa ra các thành phần của một hệ thống IPTV end-to-end. Vấn đề thứ hai là cấu trúc chức năng

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 3

cho dịch vụ IPTV, nội dung phần này nói lên chức năng của từng thành phần cụ thể tham giao vào công việc phân phối nội dung IPTV.

1.2.1. Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV

Hình 1.1: Mô hình hệ thống IPTV end-to-end 1.2.1.1.

Trung tâm dữ liệu IPTV

Trung tâm dữ liệu IPTV (IPTV Data Center) hay Headend là nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm video nội bộ, các bộ tập trung nội dung, các nhà sản xuất nội dung và các kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất, truyền hình cáp. Mỗi lần nhận như vậy, một số thành phần phần cứng khác nhau như bộ giải mã, các server video, các router IP và các phần cứng bảo an chuyên dụng đều được sử dụng để chuẩn bị nội dung sẽ được phân phối trên mạng IP. Cộng với một hệ thống quản lý thuê bao IPTV về thuộc tính (profile) và hóa đơn thanh toán. Chú ý rằng, vị trí vật lý của trung tâm dữ liệu IPTV sẽ được xác định bởi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng.

1.2.1.2.

Mạng phân phối băng rộng

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 4

Việc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối one-to-one, nếu trong trường hợp việc triển khai IPTV trên diện rộng thì số kết nối one-to-one sẽ tăng lên. Do đó, yêu cầu về băng thông trên mạng là khá lớn. Những tiến bộ về công nghệ mạng cho phép các nhà cung cấp viễn thông có được một số lượng lớn các mạng băng rộng. Riêng mạng truyền hình cáp thì sử dụng hỗn hợp cả cáp đồng trục và cáp quang để đáp ứng cho việc phân phối nội dung IPTV.

1.2.1.3.

Thiết bị khách hàng IPTVCD

Thiết bị khách hàng IPTVCD (IPTV Consumer Device) là các thành phần cho phép user truy cập dịch vụ IPTV. IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức năng giải mã, xử lý các luồng tín hiệu tới từ mạng IP. IPTVCD được hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa hoặc loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV. Có rất nhiều dạng IPTVCD như gateway cho khu dân cư, bộ giải mã set-top boxes, bảng điều khiển trò chơi…

1.2.1.4. Mạng gia đình

Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên trong một khu vực có diện tích nhỏ. Nó cải thiện thông tin và cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là cung cấp quyền truy cập thông tin giữa các thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà thuê bao. Với mạng gia đình, khách hàng có thểtiết kiệm tiền và thời gian do việc chia sẻ các thiết bị phần cứng rất tốt và dễ dàng, thông qua các kết nối Internet băng rộng.

1.2.2. Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV

Một mạng IPTV có thể bao gồm nhiều thành phần cơ bản, nó cung cấp một cấu trúc chức năng cho phép phân biệt và chuyên môn hoá các nhiệm vụ. Hình 1.2 chính bày sáu thành phần chính của cấu trúc chức năng được tạo thành bởi các chức năngsau: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển IPTV, truyền dẫn IPTV, thuê bao và bảo an.

1.2.2.1. Cung cấp nội dung

Tất cả nội dung được sử dụng bởi dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyền hình quảng bá sẽ phải thông qua chức năng cung cấp nội dung, ở đó các chức năng tiếp nhận, chuyển mã và mã hóa sẽ tạo nên các luồng video số có khả năng được phân phối qua mạng IP. 1.2.2.2. Phân phối nội dung Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 5

Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đã được mã hoá tới thuê bao. Thông tin nhận từ các chức năng vận truyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê bao một cách chính xác. Chức năng phân phối nội dung sẽ bao gồm cả việc lưu trữ các bản copy của nộidung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lưu trữ tạm thời (cache) cho VoD và các bản ghi video cá nhân. Khi chức năng thuê bao liên lạc với chức năng điều khiển IPTV để yêu cầu nội dung đặc biệt, thì nó sẽ gửi tới chức năng phân phối nội dung để có được quyền truy cập nội dung.

Hình 1.2:Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 1.2.2.3. Điều khiển IPTV

Các chức năng điều khiển IPTV là trái tim của dịch vụ. Chúng chịu trách nhiệm về việc liên kết tất cả các chức năng khác và đảm bảo dịch vụ hoạt động ở cấp độ thích hợp để thoả mãn nhu cầu của khách hàng. Chức năng điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức năng phân phối và vận chuyển nội dung để đảm bảo nội dung được phân phối tới thuê bao. Một chức năng khác của điều khiển IPTV là cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG được thuê bao sử dụng để chọn nội dung theo nhu cầu. Chức năng điều khiển IPTV cũng sẽ chịu trách nhiệm về quản lý quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) được yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nội dung.

1.2.2.4. Chức năng vận chuyển IPTV Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 6

Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao được chấp nhận, chức năng vận chuyển IPTV sẽ chịu trách nhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao, và cũng thực hiện truyền ngược lại các tương tác từ thuê bao tới chức năng điều khiển IPTV. 1.2.2.5. Chức năng thuê bao

Chức năng thuê bao bao gồm nhiều thành phần và nhiều hoạt động khác nhau, tất cả đều được sử dụng bởi thuê bao để truy cập nội dung IPTV. Một số thành phần chịu trách nhiệm liên lạc thông tin với chức năng truyền dẫn, ví dụ như truy cập getway kết nối với DSLAM, hay trình STB sử dụng trình duyệt web để kết nối với Middleware server. Trong chức năng này, STB lưu trữ một số các thành phần quan trọng như các key DRM và thông tin xác thực user. Khối chức năng thuê bao sẽ sử dụng EPG chophép khách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập và yêu cầu nó từ các chức năng điều khiển IPTV. Nó cũng nhận các giấy phép số và các key DRM để truy cập nội dung.

1.2.2.6. Bảo an Tất cả các chức năng trong mô hình IPTV đều được hỗ trợ các cơ chế bảo an tại các cấp độ khác nhau. Chức năng cung cấp nội dung sẽ có bộ phận mật mã được cung cấp bởi nhà cung cấp nội dung. Chức năng phân phối nội dung sẽ được đảm bảo thông qua việc sử dụng DRM. Các chức năng điều khiển và vận chuyển sẽ dựa vào các chuẩn bảo an để tránh các thuê bao không được xác thực có quyền sửa đổi và truy cập nội dung. Chức năng thuê bao sẽ bị giới hạn sử dụng các cơ chế bảo an được triển khai tại STB và Middleware server. Tóm lại, tất cả các ứng dụng và các hệ thống hoạt động trong môi trường IPTV sẽ có các cơ chế bảo an luôn sẵn sàng được sử dụng để trách các hoạt động trái phép.

Các thành phần trong môi trường IPTV sẽ tương ứng với các chức năng. Ví dụ, chức năng điều khiển IPTV bao gồm các thành phần Middleware và quản lý quyền nội dung số DRM. Khi phân phối các nhiệm vụ, một nhóm phụ trách các chức năng điều khiển IPTV sẽ có khả năng sắp xếp tất cả các ứng dụng tương ứng với các thành phần cho chức năng đó. Hình 1.3 mô tả các thiết bị thực hiện các chức năng trong môi trườngIPTV.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 7

Hình 1.3: Các thành phần của cấu trúc chức năng 1.3.

Vấn đề phân phối IPTV

Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền IP khác nhau như VoIP và truy cập Internet tốc độ cao. Với mỗi loại dịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thức phân phối thích hợp. Hiện nay có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP là unicast, broadcast và multicast.

1.3.1. Unicast

Trong truyền unicast, mọi luồng video IPTV đều được gửi tới một IPTVCD. Vì thế, nếu có nhiều hơn một user IPTV muốn nhận kênh video tương tự thì IPTVCD sẽ cần tới một luồng unicast riêng rẽ. Một trong các luồng đó sẽ truyền tới các điểm đích qua mạng IP tốc độ cao. Nguyên tắc thực thi của unicast trên mạng IP là dựa trên việc phân phối một luồng nội dung được định hướng tới mỗi user đầu cuối. Từ góc độ của kỹ thuật này, thì việc cấu hình thực thi khá dễ dàng; tuy nhiên nó không có hiệu quả về băng thông mạng. Hình 1.4 trình bày việc thiết lập các kết nối khi có 5 thuê bao IPTV truy cập một kênh broadcast trên mạng tốc độ cao hai chiều (two-way).

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 8

Hình 1.4: Các kết nối IP unicast cho nhiều user IPTV Như trên hình 1.4, khi nhiều user IPTV truy cập cùng một kênh IPTV tại cùng một thời điểm, thì một số các kết nối định hướng được thiết lập qua mạng. Trong ví dụ này, server cần cung cấp kết nối tới mọi thuê bao có yêu cầu truy cập Kênh 10, với tổng số là năm luồng riêng rẽ bắt đầu từ server nội dung và kết thúc tại router đích.Năm kết nối này sau đó được định tuyến tới các điểm đích của nó.

Các kết nối được kéo dài tới hai tổng đài khu vực (Regional Office), với ba kết nối tới tổng đài khu vực 1 và hai kết nối tới tổng đài khu vực 2. Sau đó các kết nối được thiết lập giữa các router tại tổng đài khu vực với các getway đặt trong năm hộ gia đình. Đây là phương thức truyền dẫn IP video tốt cho các ứng dụng theo yêu cầu như VoD, ở đó mỗi thuê bao nhận một luồng duy nhất.

1.3.2. Broadcast Các mạng IP cũng hỗ trợ chức năng truyền broadcast, về mặt nào đó giống như kênh IPTV được đưa tới mọi thiết bị truy cập được kết nối vào mạng băng rộng. Khi một server được cấu hình truyền broadcast, một kênh IPTV gửi tới tất cả các thiết bị IPTVCD được kết nối vào mạng bất chấp thuê bao có yêu cầu kênh đó hay không. Đây Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 9

sẽ là vấn đề chính do các tài nguyên IPTVCD bắt buộc phải hoạt động để xử lý các gói tin không mong muốn. Một vấn đề khác mà broadcast không phù hợp cho các ứng dụng IPTV là trong thực tế kỹ thuật truyền thông tin này không hỗ trợ việc định tuyến.Từ lâu, hầu hết các mạng đã mở rộng việc sử dụng các router, nhưng nếu truyền broadcast thì không sử dụng định tuyến. Đây là lý do làm mạng và các thiết bị IPTVCD khác bị tràn ngập khi tất cả các kênh được gửi tới tất cả mọi người.

1.3.3. Multicast Trong phạm vi triển khai IPTV, mỗi nhóm multicast được truyền broadcast các kênh truyền hình và các thành viên của nhóm tương đương với các thiết bị IPTVCD. Vì thế, mỗi kênh IPTV chỉ được đưa tới IP-STB muốn xem kênh đó. Đây là cách hạn chế được lượng tiêu thụ băng thông tương đối thấp và giảm gánh nặng xử lý trên server.

Hình 1.5 mô tả tác động của việc sử dụng kỹ thuật multicast trong ví dụ phân phối cho năm thuê bao truy cập Kênh 10 IPTV cùng một lúc.Chỉ bản copy đơn (single) được gửi từ server nội dung tới router phân phối. Router này sẽ tạo ra hai bản copy của luồng thông tin tới và gửi chúng tới các router đặt tại các tổng đài khu vực theo các kết nối IP định hướng. Sau đó, mỗi router sẽ tạo ra các bản copy khác để cung cấp cho các thuê bao muốn xem. Vai trò quan trọng của phương thức này là làm giảm số kết nối IP và dung lượng dữ liệu đi ngang qua mạng. Đây là phương thức thường được các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng để phát quảng bá các chương trình trực tiếp và là một kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP đang tồn tại. Phương thức này không có lợi trong tuyến hướng lên (upstream) luồng thông tin giữa các thiết bị IPTVCD và broadcast server.

Cần chú ý rằng, việc phát multicast nội dung IPTV thường phức tạp hơn nhiều nếu so sánh với mô hình thông tin unicast và broadcast.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 10

Hình 1.5: Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật multicast 1.4.

Các công nghệ cho IPTV

Có nhiều công nghệ khác nhau được yêu cầu để thực thi đầy đủ hệ thống IPTV trong thực tế, một số công nghệ chung đã được diễn giải trong các tài liệu khác. Trong phần này chỉ đề cập tới một số công nghệ cơ bản được sử dụng cho các ứng dụng IPTV. 1.4.1. Vấn đề xử lý nội dung

Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận các tín hiệu video thời gian thực từ rấtnhiều nguồn khác nhau, hình thức của chúng là một định dạng thích hợp đểSTB có thể giải mã và hiển thị trên màn hình. Tiến trình này bao gồm các chức năng sau: • Nén: các nguồn video tương tự, quá trình nén số được thực thi trên mỗi tín hiệu video trước khi nó được phát lên hệ thống IPTV. Tốc độ cao nhất của dữ liệu video và độ dài của gói tin được thực hiện sao cho phù hợp với tất cả các nguồn video đầu vào, và để đơn giản hóa công việc truyền dẫn và các chức năng ghép kênh.

•

Chuyển mã: các luồng video tương tự đã được định dạng số, đôi khi nó cần được chuyển đổi sang thuộc tính MPEG hoặc cấp độ luồng tới thích hợp Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 11

với các bộ STB. Chuyển mã nội dung định dạng HD cung cấp các chuẩn để chuyển mã gốc là MPEG-2 thành H.264 để có được băng thông thấp hơn cho các mạng DSL. •

Chuyển đổi tốc độ: bản chất của việc chuyển đổi tốc độ là tiến trình chuyển đổi tốc độ bit của luồng video số tới. Ví dụ như luồng chuẩn SD là 4,5 Mbps có thể cần phải giảm xuống 2,5 Mbps để sử dụng trong hệ thống IPTV. •

Nhận dạng chương trình: mỗi luồng video cần được ghi một nhãn duy nhất trong hệ thống IPTV, do đó các thiết bị ghép kênh và các bộ STB có thể xác định chính xác các luồng video. Mỗi chương trình audio hay video bên trong mỗi luồng truyền dẫn MPEG phải được xử lý để đảm bảo không có sự trùng lẫn chương trình. Việc xử lý nội dung có thể được thực thi trên một luồng video trực tiếp hoặc đã được lưu trữ bên trong video server.

1.4.2. VoD và Video server Cấu trúc của hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP trên hình 1.6 bao gồm 4 thành phần chính. Đầu tiên, nội dung phải được xử lý cho việc lưu trữ và phân phối bằng quá trình nén và mật mã tại trạm tiền xử lý nội dung. Một VoD server lưu trữ nội dung và tạo luồng gửi tới thuê bao. Mỗi thuê bao sẽ có một bộ STB để nhận và giải mã nội dung, sau đó đưa lên màn hình hiển thị. Bộ STB cũng cung cấp cho thuê bao một danh sách các dịch vụ từ thành phần quản lý thuê bao và hệ thống truy cập có điều kiện. Đây là một hệ thống con nhận các lệnh từ thuê bao, gửi những lệnh thích hợp tới VoD server và phân phối các key giải mã cho các bộ STB.

Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống VoD Các video server là yếu tố cần thiết cho mọi hệ thống VoD, do chúng tạo ra các luồng video trong thực tế và gửi chúng tới mỗi thuê bao. Các server có dung lượng bộ Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 12

nhớ lớn nhỏ khác nhau tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau. Trong phần này chỉ để cập đến một số khía cạnh của các server và cách thức chúng được sử dụng cho việc phân phối nội dung. Dung lượng lưu trữ nội dung được hỗ trợ trên một server có thể lớn hoặc nhỏ. Sẽ không phù hợp nếu server lưu trữ nhiều nhưng chỉ phục vụ một số ít thuê bao.

Khi đầu tư xây dựng một server, cần phải chú ý tới dung lượng của server để có thể đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Video server có thể là một trong các loại sau: •

Các server sản xuất được sử dụng trong công việc sản xuất các video, ví dụ như trong các mạng truyền hình. Để cho các đối tượng này, một server cần phải có được nội dung lý tưởng nhất trong các định dạng khác nhau và nhanh chóng phân phối các file chứa nội dung tới thuê bao khi họ cần, các server này dung lượng thường rất nhỏ. Thay vào đó, là các thiết bị có dung lượng lớn và hỗ trợ tốt việc tìm nội dung, bao gồm các công cụ hỗ trợ dữ liệu lớn và dữ liệu đó là các file gồm nhiều phiên bản.

•

Các server cá nhân và công ty được sử dụng trong trường hợp có số luồng video để phân phối đồng thời thấp, ví dụ như một gian hàng trưng bày của công ty có từ 5 đến 10 người xem cùng một lúc. Đây là loại server thường được xây dựng trên PC với các phần mềm được chuyên dụng hóa.

•

Các nhà cung cấp server cần các server được thiết kế đặc biệt có khả năng lưu trữ hàng nghìn giờ nội dung chương trình và khả năng phân phối tới hàng trăm hoặc hàng nghìn người xem cùng một lúc. Dung lượng của các hệ thống này thật sự rất lớn; ví dụ để cung cấp cho 1000 user cùng một lúc, với mỗi user là một luồng 2,5 Mbps. Như vậy server cần có tốc độ dữ liệu xuất ra là 2,5 Gbps.

Các nhà cung cấp sử dụng hai phương thức để phân phối server trong mạng của họ, như trên hình 1.7. Đầu tiên là phương thức tập trung hóa, các server lớn, dung lượng cao được xây dựng tại những vị trí trung tâm, chúng phân phối nội dung cho thuê bao thông qua các liên kết tốc độ cao kết nối tới mỗi nhà cung cấp dịch vụ nội hạt. Phương thức thứ hai là phân phối hóa server, ở đó các server nhỏ hơn được đặt tại các vị trí gần thuê bao và server chỉ cung cấp cho các thuê bao trong vùng đó. Trung tâm Library server sẽ download các bản copy nội dung cung cấp cho các Hub server phân phối có yêu cầu. Trong phương thức tập trung hóa thì giảm được số lượng server cần phải xây dựng, giảm giá thành trong việc truyền dẫn và lưu trữ nội dung tại các vị trí khác nhau.

Còn trong phương thức phân phối hóa thì giảm được số lượng băng thông cần thiết giữa các vị trí. Cả hai phương thức đều được sử dụng trong thực tế, dung lượng của VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và sở thích của người xem

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 13

Hình 1.7: Mô hình triển khai server 1.4.3. Các hệ thống hỗ trợ hoạt động

Việc phân phối các dịch vụ video tới khách hàng yêu cầu nhiều thiết bị phần cứng có độ tin cậy cao. Một phần mềm lớn cũng được yêu cầu để quản lý số lượng công việc khổng lồ đó, từ việc thông báo cho khách hàng về các chương trình trên các kênh broadcast khác nhau cho tới dữ liệu cần thiết cho việc lập hoá đơn các dịch vụ mà khách hàng đã đăng ký. Tập trung lại, các hệ thống phần mềm này gọi là hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS (Operations Support Systems) và nó có thể bao gồm nhiều dạng khác nhau.

Một số chức năng được cung cấp bởi các hệ thống IPTV OSS như sau: •

Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung cấp cho người xem lịch phát kênh broadcast và tên các chương trình VoD sẵn có. Hướng dẫn này có thể bao gồm cả các kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chương trình hoặc hướng dẫn chương trình tương tác cho phép user lên lịch các kênh được phát trong tương lai. Một số các nhà khai thác dịch vụ IPTV sử dụng các công ty bên ngoài để cung cấp dữ liệu hướng dẫn chương trình.

•

Hệ thống phân quyền được yêu cầu khi các thuê bao đăng ký xem nội dung thông qua hệ thống IPTV. Hệ thống này cần có khả năng kiểm tra thông tin tài khoản của khách hàng, đó là căn cứ để hệ thống phân quyền có thể đáp ứng các yêu cầu của thuê bao hay không. Hệ thống này cần kết nối với hệ thống lập hoá đơn thuê bao.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 14

•

Truy cập nội dung trực tuyến (e-mail, web) được cung cấp bởi một số hệ thống IPTV, cho phép user có thể xem nội dung trên PC tương tự như xem trên Tivi nhưng không cần bộ giải mã IP STB. •

Hệ thống lập hoá đơn và quản lý thuê bao sẽ bảo quản dữ liệu chính về mỗi thuê bao, bao gồm hợp đồng, các chi tiết hoá đơn, các trạng thái tài khoản, và các thông số nhận dạng thiết bị.

Các hệ thống OSS có thể là thành phần đầu tư chính của các nhà cung cấp dịch vụ IPTV về cả thời gian lẫn tiền bạc. Bởi vì nó đảm bảo các phần mềm cần thiết được mua từ nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ thực thi đầy đủ các chức năng đã được lựa chọn bởi nhà cung cấp. Việc tích hợp các hệ thống này có thể mất nhiều tháng, và nhiều công việc cần được hoàn thành trước khi cung cấp dịch vụ cho số lượng lớn thuê bao. Hơn nữa, các chi phí trên là yếu tố để cố định giá dù dịch vụ thu hút được 1000 hay 100000 thuê bao. Cũng như vậy, chi phí lắp đặt các hệ thống OSS cần được xem xét cẩn thận trong kế hoạch kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ, việc tính toán chi phí lắp đặt OSS nằm trong giai đoạn đầu tiên của kế hoạch triển khai, các chi phí này có thể vượt trội giá thành của phần cứng hệ thống cho số lượng thuê bao thấp hơn.

Hơn nữa, giá thành để bảo dưỡng cơ sở dữ liệu sẽ không được xem xét khi triển khai mô hình kinh doanh cho một hệ thống IPTV. 1.5.

Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV

Các ứng dụng cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng bá số cũng như dịch vụ VoD. Như vậy, nó cho phép các nhà cung cấp đưa ra dịch vụ gọi là “triple play” bao gồm truyền hình, thoại và dữ liệu. Hạ tầng mạng IPTV cũng cung cấp hầu hết các ứng dụng video cộng thêm sau khi việc lắp đặt hạ tầng mạng tại các vị trí phù hợp. Nhưng trong phần này chỉ trình bày một số dịch vụ đã được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tại Việt Nam. Đó là truyền hình quảng bá kỹ thuật số, dịch vụ VoD và quảng cáo có địa chỉ.

1.5.1. Truyền hình quảng bá kỹ thuật số

Khách hàng sẽ nhận được truyền hình số thông thường bằng IPTV. Truyền hình quảng bá số được phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp đã được nâng cấp hoặc hệ thống vệ tinh. Sự khởi đầu của các công nghệ DSL tốc độ cao hơn như ADSL2 và ADSL2+ đã mang đến một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực này. Với các công nghệ tốc độ cao này cho phép IPTV có thêm độ tin cậy và tính cạnh tranh với các dịch vụ truyền hình thu phí khác.

IPTV có đầy đủ khả năng để đưa ra các dịch vụ chất lượng cao khác nhau và nhiều dịch vụ hơn so với các nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp và vệ tinh trong quá Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 15

khứ. Một lợi ích khác của IPTV là nó có nhiều nội dung và số kênh lớn hơn để lựa chọn, ùy thuộc vào sở thích của khách hàng. Đặc biệt khách hàng có thể tự chọn lựa nguồn nội dung đa dạng này.

Chức năng của truyền hình quảng bá thông thường, truyền hình cáp và vệ tinh là cung cấp tất cả các kênh đồng thời tới nhà thuê bao. Tuy nhiên, IPTV chỉ phân phối các kênh mà khách hàng muốn xem và nó có khả năng cung cấp không giới hạn số kênh này.

Khách hàng sẽ tự do điều khiển những gì họ muốn xem và xem vào bất cứ lúc nào họ muốn. Đây là đặc tính vốn có và có thể xảy ra của IPTV vì nó có sự kết hợp của khả năng tương tác hai chiều trên nền mạng IP. 1.5.2. Video theo yêu cầu VoD

VoD là dịch vụ cung cấp các chương trình truyền hình dựa trên các yêu cầu của thuê bao. Các dịch vụ truyền hình được phát đi từ các bộ lưu trữ phim truyện, chương trình giáo dục hay tin tức thời sự thời gian thực. Ứng dụng VoD cung cấp cho từng thuê bao riêng lẻ để chọn nội dung video và họ xem nó vào lúc thích hợp nhất.

Khi hạ tầng mạng IPTV đầu tiên được thiết kế thì các ứng dụng và các dịch vụ tạo lợi nhuận như điện thoại video, hội thoại truyền hình, đào tạo từ xa và camera giám sát an ninh tại nhà đều có thể cung cấp cho khách hàng. Có thêm một số dịch vụ và đặc tính tiên tiến hơn so với hệ thống truyền hình quảng bá truyền thống.

1.5.3. Quảng cáo có địa chỉ

Thông tin tin nhắn đặc biệt hoặc nội dung đa phương tiện giữa thiết bị và khách hàng dựa trên địa chỉ của họ gọi là quảng cáo có địa chỉ. Địa chỉ được công bố của khách hàng có thể biết được thông qua việc xem xét kỹ profile của người xem. Nó được thực hiện bởi lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo phù hợp hoặc không phù hợp với người nhận. Vì thế, quảng cáo có địa chỉ cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác hiệu quả của chiến dịch quảng cáo.

Sự hợp tác của người xem là diện mạo của quảng cáo có địa chỉ. Ngay khi truyền hình IP được bắt đầu, các hệ thống truyền hình IP có thể hỏi hoặc nhắc nhở người xem khai báo tên của họ từ danh sách đã đăng ký. Đổi lại, người xem sẽ muốn chọn tên chương trình của họ. Tại đây, tên chương trình đã có một profile và các tin nhắn quảng cáo có thể được lựa chọn, cách xem tốt nhất là kết nối tới profile của người xem. Bởi vì, các đặc tính tiên tiến đã được đưa ra của truyền hình IP ví dụ như các cuộc gọi tới, email và hướng dẫn chương trình đều nhớ các kênh ưu thích, người xem có thể thực sự xem chúng.

Thu nhập được tạo ra bằng cách gửi các tin nhắn quảng cáo có địa chỉ tới người xem, với các profile đặc biệt có thể lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 16

bá thông thường. Khả năng gửi các quảng cáo thương mại tới một số người xem đặc biệt cho phép các nhà quảng cáo cố định được quỹ đầu tư chính xác cho quảng cáo có địa chỉ. Nó cũng cho phép các nhà quảng cáo thử nghiệm một số quảng cáo thương mại khác trong cùng một vùng tại cùng một thời điểm.

Kết luận 1.6.1 Thực trạng Vào cuối những năm 90, sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số, và đặc biệt là sự ra đời của truyền hình độ nét cao (High Definition Television - HDTV) đã để lại dấu ấn trong lịch sử phát triển của lĩnh vực truyền hình. Hiện nay với sự ra đời của dịch vụ IPTV- một phương thức cung cấp dịch vụ truyền hình mới sẽ làm thay đổi đáng kể thị phần của các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình truyền thống.IPTV ra đời dựa trên sự hậu thuẫn của ngành Viễn thông. IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn, tạo ra sự cạnh tranh mạnh mẽ đối với các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình.

IPTV có cơ hội lớn phát triển nhanh chóng khi mà mạng băng rộng được phát triển có mặt ở khắp mọi nơi. Hiện tại có trên 130 triệu hộ gia đình sử dụng dịch vụ băng rộng trên thế giới. Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn trên thế giới đang triển khai dịch vụ IPTV và xem đây là cơ hội mới để thu lợi nhuận từ thị trường hiện có và là giải pháp tự bảo vệ trước sự lấn sân của các dịch vụ truyền hình cáp.

Năm 2004, các nhà đầu tư trên thế giới đã chi 304 triệu USD để xây dựng cơ sở hạ tầng cho sự ra đời của dịch vụ IPTV. Theo dự đoán của Công ty nghiên cứu thị trường Infonetics (Mỹ) số người sử dụng IPTV sẽ tăng lên 53,7 triệu và đạt doanh thu 44 tỷ USD vào năm 2009.

1.6.2. Ưu điểm Truyền hình số được định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu lien tục có tốc độ bít không đổi, thường hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu được truyền đều phục vụ cho mục đích truyền hình. Trái với truyền hình , mạng IP truyền những loại dữ liệu khác nhau từ rất nhiều nguồn trên một kênh chung , bao gồm thư điện tử , trang web , tin nhắn trực tiếp , tiếng nói qua IP (VoIP) và nhiều loại dữ liệu khác. Để truyền đồng thời những dữ liệu này, mạng Internet phân thông tin thành các gói. Như vậy , rõ ràng là IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn hảo (lý tưởng) về công nghệ.Mặc dù không tương thích về căn bản nhưng IPTV vẫn bùng nổ.Vậy lý do tại sao lại chọn các mạng giữa trên IP để truyền tín hiệu truyền hình ? câu trả lời có thể tóm tắt thành 4 luận điểm sau: • Mạng băng rộng trên nên IP đã vươn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát các dịch vụ truyền hình mà không cần xây dựng hệ thống mạng riêng của họ.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 17

• Giá thành của mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị được sản xuất mỗi năm rất lớn và việc chuẩn bị thiết kế giao diện cũng như công nghệ thống nhất trên toàn thế giới.

• Mạng IP đã có mặt trên toàn thế giới và một số người dùng mạng Internet tốc độ cao tiếp tục tăng rất nhanh.

• IP là công nghệ hoàn hảo cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sự trao đổi dữ liệu , mạng cục bộ, chia sẻ tệp tin, lướt web và nhiều ứng dụng khác nữa…IP cung cấp cơ chế đỉnh đẻ định hướng truyền gói giữa các thiết bị được liên kết trong mạng. IP là một giao thức phổ biến được sử dụng khắp các mạng Internet và hang triệu các mạng khác có sử dụng IP. Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem truyền hình hiện đại sẽ rất khác so với xem truyền hình trước đây. Các tín hiệu truyền hình bây giờ không khác gì những dữ liệu khác.Nhờ đó , ngoài các kênh truyền hình quảng bá truyền thống, chúng ta sẽ có thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tương tác để thỏa mãn nhu cầu riêng của từng người.

1.6.3 Khuyết điểm Ngoài những lời ích mà dịch vụ IPTV mang lại, dịch vụ này cũng còn tồn tại một số yếu điểm như sau: Về kỹ thuật: do IPTV yêu cầu truyền nội dung theo thời gian thực và sử dụng Internet Protocol, nó sẽ rất dễ bị mất gói tin hay trễ. Nếu kết nối IPTV không đủ nhanh, việc mất hay vỡ hình có thể xảy ra.

Băng thông còn bị hạn chế, do đường truyền chưa đảm bảo, chi phí lắp đặt ban đầu là khá cao.Mặt khác do mới khai thác dịch vụ nên các ứng dụng chưa được đáp ứng được nhiều nhu cầu, các chương trình chưa được phong phú, sự tính tương tác chưa đạt được mức cao chất lượng phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền Internet. Theo lý thuyết, để hiển thị với chất lượng tốt những kênh truyền hình SD thì tốc độ đường truyền phải đạt 3Mbps và kênh HD phải là 10-12Mbps. Tuy nhiên, chất lượng đường truyền Internet tại VN hiện vẫn còn khá thấp dù thường xuyên được nâng cấp.Hơn nữa, hầu hết người dùng chỉ chọn gói cước có tốc độ đường truyền thấp nên khi xem IPTV chất lượng thường không tốt, hình ảnh dễ bị đứng.

1.7 Khả năng triển khai 1.7.1 Xu hướng phát triển dịch vụ IPTV trên thế giới Hãng nghiên cứu thị trường công nghệ cao In-Stat dự báo thị trường các dịch vụ IP video tại khu vực Châu Á- Thái Bình Dương sẽ tăng trưởng tới 80%/năm từ nay đến năm 2012. Châu Á sẽ chiếm tới một nửa tổng số thuê bao TV của các công ty điện thoại trên toàn thế giới vào năm 2009 với tổng số thuê bao tối thiểu là 32 triệu.Châu Âu, Trung Đông và châu Á là những khu vực dẫn đầu về doanh thu IPTV.Dịch vụ IPTV đã

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 18

trở thành xu hướng phát triển mới trên toàn cầu. Có thể kể đến một số quốc gia trên thế giới đã triển khai dịch vụ này với tốc độ phát triển tương đối cao như sau: Công ty PCCW (Hong Kong) đã bắt đầu cung cấp dịch vụ IPTV vào năm 2003. Đến nay, PCCW là một điển hình kinh doanh dịch vụ IPTV thành công nổi tiếng nhất thế giới. Informa Telecom & Media dự báo vào năm 2010 trên 35% hộ gia đình sử dụng dịch vụ truyền hình số ở Hồng Kông sẽ sử dụng dịch vụ IPTV. Con số dự báo này gần tương đương với số hộ gia đình dùng dịch vụ truyền hình cáp (37%).Công ty British Telecom đã triển khai dịch vụ IPTV ở Anh vào cuối năm 2006. Ở Pháp, dịch vụ IPTV được Orange TV cung cấp từ năm 2003 và tới nay đã có 2.200.000 thuê bao. Dịch vụ IPTV cũng được FastWeb TV triển khai ở Italia từ năm 2002 và hiện có 350.000 thuê bao. Ở Mỹ cũng có rất nhiều doanh nghiệp cung cấp dịch vụ IPTV.Công ty Informa Telecom & Media dự báo sẽ có đến 13% các hộ gia đình sử dụng dịch vụ truyền hình số ở Singapore nhận tín hiệu truyền hình số thông qua đường dây DSL, làm cho IPTV trở thành một nền tảng truy nhập số phổ biến hơn rất nhiều so với truyền hình số mặt đất (DDT). Informa cũng dự báo rằng DSL sẽ chiếm tới 9,2% số hộ gia đình sử dụng truyền hình số ở Úc, 6,2% ở New Zealand, 5,8% ở Đài Loan, 5,7% ở Nhật Bản và 4,2% ở Hàn Quốc.

Phụ thuộc vào từng thị trường cụ thể, các nhà khai thác dịch vụ IPTV sẽ phải bổ sung vào dịch vụ truyền hình quảng bá nhiều kênh với việc mở rộng cung cấp các dịch vụ như VoD, replay-TV (network DVR), in-home DVR, multi-room service… Một số dịch vụ này bắt đầu xuất hiện trên một số hệ thống IPTV dẫn đầu trong khu vực. PCCW ở HongKong, nhà cung cấp dịch vụ IPTV lớn nhất thế giới với trên 500.000 thuê bao đã đưa HDTV và VoD vào cung cấp trên mạng DSL của mình. SOFTBANK của Nhật Bản đang xây dựng nội dung lên đến 5.000 giờ cho các phim truyện Nhật Bản và Holywood trên dịch vụ DSL/FTTH VoD.Số liệu thống kê, khảo sát của hãng cố vấn công nghệ Accenture thực hiện tại Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Tây Ban Nha và Italy cho thấy: • Khoảng 46% trong số 6.000 người tham gia đợt khảo sát không hiểu về thuật ngữ IPTV •

30% muốn có khả năng xem càng nhiều phim càng tốt

•

26% thích tạo ra các kênh riêng để theo dõi chương trình mỗi khi rảnh rỗi

•

Hơn 50% hài lòng về việc ít phải xem quảng cáo hơn

•

54% lưỡng lự khi phải trả thêm một khoản cước phí để xem nội dung ưa thích tại bất cứ thời điểm nào. Ngoài ra họ còn tỏ ra lo ngại về nguy cơ bảo mật và vấn đề chất lượng của dịch vụ IPTV.

•

Truyền hình cáp vẫn sẽ thống trị đến năm 2010, nhưng sau đó IPTV sẽ thực sự là đối thủ cạnh tranh với truyền hình số mặt đất và vệ tinh trong việc thu hút khán giả truyền hình Châu Á.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 19

Những thông tin và con số trên cho thấy trong phần thời gian còn lại của thập kỷ này, IPTV sẽ là dịch vụ có thị trường lớn trên toàn cầu, trong đó châu Á dẫn đầu trong việc thu hút khách hàng. IPTV hứa hẹn là thị trường năng động với rất nhiều cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có mô hình kinh doanh, hình thức cung cấp dịch vụ và công nghệ hợp lý.

Tuy nhiên tại khu vực châu Á- Thái Bình Dương, nhiều nước vẫn phải đối mặt với nạn sao chép bất hợp pháp cùng với việc sử dụng băng đĩa lậu còn rất phổ biến gây cản trở cho sự phát triển dịch vụ truyền hình trả tiền mới nổi lên này. Có thể nói rào cản lớn nhất đối với doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ IPTV là vấn đề bản quyền. Ngoài ra giải pháp đường truyền cũng như cơ chế bảo mật cũng là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến kinh doanh dịch vụ này.

Với công nghệ và giải pháp hiện nay của các đài truyền hình truyền thống chỉ có khả năng cung cấp thông tin một chiều, có nghĩa là nhà cung cấp nội dung đưa chương trình truyền hình đến cho khách hàng theo lịch phát sóng cố định. Khách hàng chỉ có thể thưởng thức các chương trình truyền hình được các đài truyền hình cung cấp vào một thời điểm cụ thể. Trong khi đó dịch vụ IPTV có khả năng tạo ra tính tương tác hai chiều giữa khách hàng với nhà cung cấp dịch vụ và bản thân dịch vụ, đây chính là điểm khác biệt rõ nét nhất giữa dịch vụ IPTV so với dịch vụ truyền hình truyền thống. Tuỳ theo nhu cầu sử dụng dịch vụ của thị trường mà việc triển khai các dịch vụ IPTV được khuyến nghị cho từng giai đoạn khác nhau.

1.7.2 Khả năng ứng dụng IPTV ở Việt Nam Cho đến nay, thị trường băng rộng tại Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển bùng nổ nhu cầu và còn rất nhiều tiềm năng. Số lượng thuê bao băng rộng của Việt Nam đã hàng triệu thuê bao (trên 60% thị số thuê bao internet với sự tham gia của các nhà cung cấp dịch vụ VNPT, FPT Telecom, Viettel, SPT,EVN telecom ...Dự kiến trong những năm tới tiếp nối di động, internet băng rộng cũng sẽ phát triển dầm dộ, không chỉ tập chung ở thành thì mà còn ở cả các địa phương. Đồng thời với việc triển khai các công nghệ hữu tuyến xDSL/PON và công nghệ vô tuyến băng rộng (WiFi/WiMAX, CDMA, ...) của các nhà cung cấp dịch vụ ở Việt Nam, thì IPTV lại càng có cơ hội phát triển mạnh mẽ và bảo đảm cho sự thành công của loại hình dịch vụ mới này. Hiện nay trên thị trường đã có hai đơn vị cung cấp dịch vụ IPTV, là VNPT và FPT với chất lượng rất cao và đang dần trở thành một xu thế mới cạnh tranh về chất lượng và dịch vụ. Dịch vụ IPTV đã được FPT triển khai trên toàn bộ khu vực có mạng internet của mình, còn VNPT đã triển khai trên toàn quốc.

Việc chuyển đổi cấu trúc mạng lưới từ chuyển mạch kênh truyền thống theo thời gian sang mạng NGN với công nghệ chuyển mạch gói là một sự chuyển đổi mạnh mẽ về công nghệ, phù hợp với xu thế phát triển chung của các nước phát triển trên thế giới. Do vậy, các nhà cung cấp dịch vụ của Việt Nam đã chọn NGN làm bước phát triển tiếp theo trong việc tìm kiếm các giải pháp phát triển mạng. Mạng NGN sẽ cho phép triển khai các dịch vụ đa dạng với giá thành thấp, giảm thiểu thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường, giảm chi phí khai thác mạng và dịch vụ, đồng thời nâng cao hiệu quả đầu tư và tạo nguồn doanh thu mới ngoài doanh thu từ các dịch vụ truyền thống. NGN cho phép Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 20

tăng cường khả năng kiểm soát, bảo mật thông tin và tin cậy trong khi giảm thiểu được chi phí vận hành. NGN được xây dựng trên tiêu chí mở, các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện. NGN thống nhất mạng hữu tuyến truyền thống và chuẩn truyền tải âm thanh, hình ảnh, dữ liệu không dây.

Chương 1: Tổng Quan Về IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 15

Chương 2

ĐÓNG GÓI NỘI DUNG VIDEO 2.1

Tổng quan về mô hình truyền thông IPTV (IPTVCD)

Mô hình truyền thông trong IPTV có 7 lớp(và một lớp tùy chọn) được xếp chồng lên nhau. Hình 2.1, các dữ liệu video ở phía thiết bị gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình IPTV, và được truyền đi trong mạngv g băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí. Ở thiết bị nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trongmô hình IPTV.

Hình 2.1:Mô hình truyền thông IPTV Do đó, nếu 1 bộ mã hóa gửi chương trình video đến 1 thiết bị IPTV của khách hàng, thì phải chuyển qua các lớp trong mô hình IPTV ở cả phía thiết bị nhận và thiết bị gửi. Mỗi lớp trong mô hình IPTV độc lập với nhau và có chức năng riêng. Khi chức Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 16

năng này được thực hiện , dữ liêu j video được chuyển đến lớp tiếp theo trong mô hình IPTV. Mỗi lớp sẽ thêm vào hoặc bỏ đi phần thông tin điều khiển của các gói video trong quad trình xử lí. Thông tin điều khiển chứa các thông tin giúp thiết bị có thể sử dụng gói dữ liệu đúng chức năng của nó, và thường được định dạng như các header hoặc trailer.

Bên cạnh việc truyền thông giữa các lớp, còn có các liên kết ảo giữa các tầng cùng mức.

7 lớp và 1 lớp bổ sung trong mô hình IPTV có thể được chia làm 2 loại: các lớp cao và lớp thấp. Các tầng cao hơn thì quan tâm nhiều hơn tới các ứng dụng của IPTV và các định dạng file, trong khi các tầng thấp hơn thì quan tâm tới việc truyền tải các nội dung.

2.2.

Mô hình IPTV và truyền tải các nội dung MPEG

Hình 2.2 cho ta cái nhìn rõ hơn về việc các nội dung video đã được nén qua các lớp như thế nào khi sử dụng hệ thống MPEG khi chuyển từ lớp trên xuống lớp dưới.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 17

Hình 2.2:Đóng gói các lớp trong mô hình IPTV 2.2.1. Lớp mã hóa video Quá trình truyền thông bắt đầu ở lớp mã hóa, các tín hiệu tương tự hoặc số được nén. Tín hiệu lối ra của bộ nén là các dòng Mpeg cơ bản. các dòng MPEG cơ bản được định nghĩa là các tín hiệu số liên tục thời gian thực. Có nhiều loại dòng cơ bản. VD, âm thanh được mã hóa sư dụng MPEG được gọi là “dòng cơ bản âm thanh.“ Một dòng cơ bản thực ra chỉ là tín hiệu ra thô từ bộ mã hóa. Các dòng dữ liệu được tổ chức thành các khung tại lớp này. Các thông tin chứa trong một dòng cơ bản có thể bao gồm: •

Loại khung và tốc độ

•

Vị trí của những block dữ liệu trên màn hình

•

Tỉ số cạnh

Các dòng cơ bản là nền tảng để tạo nên các dòng MPEG. Điều quan trọng phải chú ý là lớp này được chia thành 2 lớp phụ theo đặc tính của chuẩn H.264/AVC: lớp mã hóa video(VCL) và lớp trừu tượng(NAL). Lớp phụ VCL quan tâm tới việc nén các nội dung video. TÍn hiệu đầu ra của lớp này là chuỗi các slice ảnh. Dòng bit ở lớp NAL được tổ chức thành các gói rời rạc được gọi là các khối NAL. Định dạng của các khối NAL được mô tả trong hình 2.3.

Các khối trong hình 2.3 mô tả 1 khối NAL với phần payload nội dung video.Nó có thể chứa các loại payload khác trong phần này như thông tin điều khiển. Những khối như thế được xếp vào loại không phải khối VCL (non-VCL unit). Các khối NAL được kết hợp với nhau thành chuỗi, định dạng nên khối truy cập. chú ý rằng khối NAL được tạo nên từ chuẩn H.264/AVC có thể hỗ trợ cho cả cấu trúc mạng dựa trên giao thức IP và các mạng không dựa trên giao thức IP.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 18

Hình 2.3: Cấu trúc của khối NAL 2.2.2. Lớp đóng gói Video Để truyền các dòng cơ bản âm thanh, dữ liệu và hình ảnh qua mạng số, mỗi dòng cơ bản này phải được chuyển đổi sang một dòng được chèn của gói PES đã được đánh dấu thời gian (PES- parketized Element Stream ). Một dòng PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu từ 1 nguồn. Một gói PES có thể có kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 byte header, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình. Định dạng của 1 PES header được minh họa trong hình 2.4 và giải thích trong bảng 2.1.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 19

Hình 2.4: Định dạng gói MPEG PES Bảng 2.1 Cấu trúc của một gói MPEG PES Tên trường Chức năng Tiền tố mã bắt Gói PES bắt đầu với tiền tố 0x000001 đầu gói Nhận dạng dòng Trường này nhận dạng loại payload trong gói. Một mẫu bit 111x (1 byte) xxxx cho biết đó là gói audio, còn mẫu bit 1110 xxxx cho biết rằng đó là gói video. Giá trị "X" được sử dụng để biểu thị các số của các dòng MPEG Độ dài gói PES Trường dài 2 byte để chỉ thị độ dài gói Mã đồng bộ Trường được dùng để đồng bộ nội dung video và audio Cờ header PES

Độ dài dữ liệu header của PES

Trường 14 bit chứa các bộ chỉ thị PES khác nhau hay các cờ, cung cấp phần cứng hay phần mềm bộ giải mã của set - top box IP với thông tin thêm vào. Các loại cờ gồm: Điều khiển tranh chấp PES: Cờ này báo cho bộ giải mã gói có được bảo đảm hay không thông qua xử lý tranh chấp Độ ưu tiên PES: Cờ này cung cấp cho bộ giải mã thông tin về mức độ ưu tiên của gói PES Bộ chỉ thị sắp xếp dữ liệu: Bộ chỉ thị này quyết định Payload của PES bắt đầu với bit video hay audio Thông tin bản quyền: Khi bit này được thiết đặt,nội dung video được bảo vệ bởi bản quyền Bản gốc hay bản sao: Cờ này chỉ ra nội dung này là bản gốc hay bản sao Trường này nhận chỉ ra tổng số byte bị chiếm bởi các trường header khác nhau

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 20

Trường header của PES Payload của PES

Trường này chứa một số các bít tùy chọn Payload của PES gồm các dòng audio hay dữ liệu video

Do bản chất của mạng, thứ tự hay chuỗi các khung video từ lối ra của trung tâm dữ liệu IPTV có thể khác thứ tự các khung do các thiết bị của người dùng nhận được. do đó, để giúp đỡ quá trình đồng bộ, các hệ thống dựa trên MPEG thường dán nhãn các gói PES khác nhau trong chuỗi video.

Có 2 loại nhãn thời gian được sử dụng đối với mỗi gói PES: nhãn thời gian trình diễn(PTS), và nhãn thời gian giải mã(DTS): •

PTS: nhãn thời gian trình diễn có giá trị thời gian 33 bit, được đặt trong trường PES header. Mục đích của việc sử dụng PTS cho mỗi gói là để xác định xem khi nào và theo trật tự nào thì gói đó được xem (bởi người xem).

•

DTS:nhãn giải mã để sử dụng để giúp bộ giải mã ở thiết bị của người sử dụng biết khi nào xử lí gói đó.

Khái niệm ứng dụng những nhãn thời gian khác nhau đối với mỗi gói PES trong dòng mã hóa MPEG được minh họa trong hình 2.5.

Như đã chỉ ra ở trên, thứ tự các gói được truyền đi qua mạng khác với thứ tự các gói nhận được ở thiết bị của người sư dụng. Thiết bị người sử dụng IPTV sẽ dùng các nhãn PTS và DTS để tái tạo lại nội dung video gốc. bên cạnh việc gửi đi các nội dung nén MPEG-2, PES còn có khả năng truyền tải các khối H.264/AVC qua mạng IPTV. Các chi tiết quá trình ánh xạ được mô tả ở hình 2.6.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 21

Hình 2.5: Ứng dụng nhãn thời gian với các gói MPEG PES

Hình 2.6: Ánh xạ gói truy cập AVC sang gói MPEG PES 2.2.3. Lớp cấu trúc dòng truyền tải Lớp tiếp theo trong mô hình truyền thông IPTV làm nhiệm vụ tạo nên dòng truyền tải, bao gồm 1 dòng liên tiếp các gói. Những gói này thường được gọi là các gói TS, được tạo ra bằng cách ngắt các gói PES thành các gói TS có kích thước cố định là 188 byte độc lập với thời gian. Sử dụng thời gian độc lập này làm giảm khả năng mất gói tin trong quá trình truyền và giảm ồn. Mỗi gói TS bao gồm 1 trong 3 định dạng truyền thông: dữ liêu, âm thanh, hình ảnh. Do đó, các gói TS mang cố định 1 loại hình

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 22

truyền thông. Mỗi gói TS bao gồm 184 byte payload và 4 byte header. Các thành phần của TS header được mô tả trong hình 2.7 và giải thích trong bảng 2.2.

Hình 2.7: Định dạng gói MPEG TS Bảng 2.2 Cấu trúc của một TS header Tên trường Chức năng Trường đồng bộ Phần header thường bắt đầu băng các bit đồng bộ (8 bit), thường là các bit 0. Trường này dùng để xác định điểm bắt đầu của 1gói IPTV. Trường chỉ thị lỗi Bit cờ này sẽ chỉ ra 1 lỗi (nếu có) liên quan đến dòng truyền tải Trường chỉ thị Bit cờ này sẽ chỉ ra 1 điểm bắt đầu của khối truyền tải điểm bắt đầu khối truyền tải Mức ưu tiên truyền Khi đặt cờ này sẽ chỉ ra mức ưu tiên khối payload tải ID chương trình Trương quan trọng nhất trong phần header là13 bit để xác định ID chương trình. Nó sẽ chỉ ra gói nào thuộc dòng nào.Các gói thuộc dòng nào thì sẽ có cùng ID chương trình.Bộ phân kênh trong bị của người sử dụng dùng thông tin để phân biệt các loại gói khác nhau.chú ý rằng các gói null có ID chương trình = 8191. Các gói không có ID chương trình thì sẽ bị thiết bị nhận IPTV loại bỏ Điều khiển việc 2 bit của trường này sẽ cho biết trạng thái mã hóa của phần tranh chấp các payload gói truyền tải truyền tải Trường điều khiển Trường 2 bit này sẽ cho biết liệu header của gói dữ liệu có liên Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 23

thích nghi Bộ đếm tiến Trường thích nghi

Trường thích nghi

quan tới dòng truyền tải có bao gồm trường thích nghi và payload không Bộ đếm tiến sẽ đếm tăng lên 1 khi 1 gói dòng truyển tải với cùng một ID chương trình. Nhờ đó có thể xác định được nếu có mất hoặc bị lặp gói. Điều này có thể ảnh hưởng hình ảnh.

Trường này có thể có hoặc không có trong phần header. Trương thích nghi này bao gồm nhiều thông tin khác nhau được sử dụng để định thời và điều khiển, bao gồm cả PCR. PCR được sử dụng để đồng bộ đồng hồ IPTVCD với đồng hồ bộ mã hóa. Giá trị PCR có độ dài 42 bit và được tăng theo tốc độ đồng hồ chuẩn, 27MHz. Ngay sau khi đồng bộ, việc giải mã MPEG - 2 IPTV được tiến hành Trường này có thể có hoặc không có trong phần header.

Trường thích nghi này bao gồm nhiều thông tin khác nhau được sử dụng để định thời và điều khiển, bao gồm cả PCR. PCR được sử dụng để đồng bộ đồng hồ IPTVCD với đồng hồ bộ mã hóa. Giá trị PCR có độ dài 42 bit và được tăng Theo tốc độ đồng hồ chuẩn, 27MHz. Ngay sau khi đồng bộ, việc giải mã MPEG - 2 IPTV được tiến hành.

Lớp này cũng cung cấp chức năng để tạo ra các dòng chương trình. Một dòng chương trình là một gói PES chưa 1 vài dòng cơ bản được mã hóa sử dụng cùng đồng hồ chủ, hoặc đồng hồ hệ thống. Các kiểu dòng này được phát triển cho những ứng dụng như lưu trữ nội dụng video trên các đĩa quang hoặc đĩa cứng. Bên cạnh các nội dung hình ảnh và âm thanh đã được nén, dòng truyền tải bao gồm nhiều thông tin đặc trưng của chương trình hoặc metadata mô tả các dòng bit.

Thông tin này được chứa trong 4 bảng PSI. •

Bảng chương trình kết hợp (PAT): việc truyền các bảng PAT là bắt buộc và là điểm vào các bảng PSI. Bảng chương trình kết hợp luôn có ID chương trình là 0. Bảng này đưa ra các liên kết giữa chỉ số chương trình và ID của chương trình •

Bảng ánh xạ chương trình: Bảng ánh xạ chương trình cũng là bắt buộc và mang cáo thông tin về một chương trình cụ thể. Bảng ánh xạ chương trình liệt kê các ID chương trình cho các gói mang các thành phần của 1 chương trình cụ thể (âm thanh, hình ảnh, dữ liệu, và các thông tin PCR).Hình 2.8 mô tả 1 ví dụ về mối quan hệ giữa bảng chương trình kết hợp (PAT) và bảng chương trình ánh xạ (PMT).

Vì thế khi 1 thiết bị người dùng(IPTVCD) yêu cầu 1 chương trình, bảng chương trình kết hợp sẽ được kiểm tra, sau đó sẽ kiểm tra bảng chương trình Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 24

ánh xạ để định nghĩa các IP chương trình về gói âm thanh, hình ảnh và dữ liệu liên kết với chương trình đó. Trong ví dụ này, thuê bao lựa chọn chương trình1 và thiết bị IPTV của người sử dụng định vị toàn bộ các gói truyền tải với ID chương trình là 36 đối với phần hình ảnh của chương trình và các gói với ID chương trình là 3 với các phần âm thanh của chương trình. Nếu dữ liệu là quảng bá với chương trình, thì bảng ánh xạ chương trình sẽ bao gồm các chi tiết trên đó xác định các gói dữ liệu truyền tải.

Hình 2.8: Mối liên hệ giưa PMT và PAT •

Bảng điều kiện truy cập(CAT): bảng điều kiện truy cập là 1 bảng tùy chọn PSI bao gồm các ID chương trình của EMMs (các tin quản lí quyền truy cập).

Tin quản lí quyền truy cập bao gồm các thông tin về mức cho phép đối với hệ thông truy cập. bảng điều kiện truy cập(CAT) thường được chứa trong 1 gói gọi với ID chương trình là 1.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 25

•

Bảng thông tin mạng (NIT): bảng thông tin mạng NIT là 1 bảng tùy chọn lưu trữ các thông tin như tần số kênh và số dòng truyền tải. Set top box sẽ sử dụng thông tin này để chỉnh sóng tới các chương trình cụ thể. Khi TS được cấu trúc và định dạng, nó sẽ được chuyển xuống lớp truyền tải trực tiếp hoặc tới lớp sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP).

2.2.4. Lớp giao thức truyền tải thời gian thực Lớp tùy chọn này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp này hoạt động như 1 lớp trung gian giữa các nội dung được nén MPEG-2, H.264/AVC ở lớp cao hơn và cá lớp thấp hơn trong mô hình IPTV. Giao thức RTP chính là lõi của lớp này và thường là block cơ sở hỗ trợ truyền dòng nội dung theo thời gian thực qua mạng IP. Giao thức truyền tải thời gian thực phân phát các dòng âm thanh và hình ảnh bằng cách đóng gói các nội dung này trong một định dạng riêng biệt được gọi gói.Mỗi gói bao gồm phần header và payload(dữ liệu IPTV). Để sử dụng hiệu quả băng thông, phần payload thường bao gồm nhiều hơn 1 gói MPEG-TS.Phần header bao gồm các chức năng cốt yếu để các thể truyền thành công các dữ liệu thời gian thực qua mạng. header của RTP có thể nhận biết với header của UDP có giá trị là 5004, và bao gồm rất nhiều trường.

Có 1 điều đáng chú ý, đó là giao thức thời gian thực không có trường dài trong phần header bởi vì nó phụ thuộc vào giao thức truyền tải cơ bản để cung cấp loại thông tin này. Như đã miêu tả trong bảng 2.6, lợi ích chính của việc chèn các nộ dung video đã được nén và trong các gói RTP là: • Thêm số chuỗi vào gói để giúp cả bộ giải mã ở phía nhà cung cấp và thiết bị người dùng có thể sắp xếp lại các gói nhận được từ mạng IP. •

Trường nhãn thời gian giúp khắc phục các vấn đề như jitter và mất đồng bộ giữa nguồn và đích.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 26

Hình 2.9: Định dạng RTP header Khi header truyền tải thời gian thực được thêm vào payload video, gói truyền tải thời gian thực được gửi tới giao thức TCP hoặc UDP để tiếp tục xử lí. Định dạng phần payload của RTP cho việc đóng gói dòng bit nén MPEG-2 : thay vì sử dụng UDP để mang các gói TS MPEG-2 thì một vài hệ thống IPTV sử dụng lớp RTP thêm vào lớp UDP để truyền các gói. Việc ánh xạ các gói MPEG-TS sang các góiRTP là khá đơn giản. Cấu trúc bao gồm phần héader và payload của gói MPEG-2 TS. Mỗi gói có độ dài 188 byte. Hình 2.10 mô tả cấu trúc truyền tải nội dung DVB dựa trên MPEG-2 qua mạng IP. Định dạng payload RTP cho việc đóng gói dòng bit được nén dùng chuẩn H.264/AVC: RFC 3984 cung cấp khuyến nghị về giải pháp truyền các nội dung H264/AVC và định nghĩa 3 cơ chế để chèn các khối NAL vào RTP payload: • Một gói NAL riêng biệt: kĩ thuật này định nghĩa sự ánh xạ gói NAL sang từng payload RTP. Cấu trúc của từng gói NAL được mô tả trong hình 2.11.

•

Gói NAL tập hợp: Kĩ thuật này định nghĩa sự ánh xạ nhiều gói NAL sang 1 gói RTP. Cấu trúc của gói NAL tập hợp được mô tả trong hình 2.3.

Bảng 2.3 Cấu trúc của gói NAL Tên trường Chức năng Phiên bản (V) Trường này xát định phiên bảng RTP được dùng trong gói IPTV Phần đệm (P) Trường này xác định có byte đệm trong gói RTP hay không Phần mở rộng (X) Nếu bit này được đặt bằng 1 thì phần mở rộng theo ngay sau tiêu đề cố định Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 27

Tổng số nguồn góp (CSRC)

Trường này chứa thông tin số bộ nhận diện CSRC có trong gói

Bit dấu

Chức năng của nó được xác định bởi mô tả RTP. Thường được sử dụng để xác định ranh giới khung Trường này chứ thông tin về định dạng payload của IPTV. Ví dụ, giá trị 34 chỉ ra nội dung video được mã hóa sử dụng H.263 Trường này giúp tìm ra được những gói bị mất, lỗi. Giúp cho IPTVCD sắp xếp lại các gói được gửi tới không theo thứ tự, xác định đúng kính thước gói không đúng và chỉ ra gói bị lặp. Giá trị trong trường được tăng lên một mỗi lần một gói RTP được gửi qua mạng. Khi dòng IPTV bắt đầu, một giá trị bất kì được gán cho trường này để giảm rủi ro bị hacker tấn công Trường này giữ dấu thời gian của gói, được khởi tạo từ một đồng hồ đáng tin cậy. Trường này được sd để thêm vào trong các gói âm thanh và hình ảnh đúng theo thứ tự thời gian của dòng IPTV Mục đích của trường này để chỉ ra nguồn đồng bộ trong mạng IPTV. Trường này thường được sử dụng kết hợp với trường số thứ tự gói để sửa những vấn đề xảy ra trong chuỗi IPTV Mục đích của trường 32 bit này để chỉ ra những nguồn video và audio góp vào payload IPTV

Loại Payload (PT) Số thứ tự gói

Dấu thời gian Nguồn đồng bộ (SSRC) Danh sách CSRC

Hình 2.10: Các gói MPEG TS

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 28

Hình 2.11: Ánh xạ nội dung H264/AVC ( từng khối NAL riêng biệt ) sang RTP Payload)

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 29

Hình 2.12: Ánh xạ nội dung H264/AVC sang một RTPPayload

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 30

Hình 2.13: Ánh xạ nội dung một H264/AVC NAL sang nhiều RTP payload Khối NAL tập hợp được định nghĩa để xác định dung lượng gói lớn nhất đối với mỗi mạng. VD, với mang Ethernet kích thước gói lớn nhất là 1500 byte, còn với mạng ATM kích thước gói lớn nhất là 54 byte. Dùng các gói NAL tập hợp để ánh xạ nhiều gói NAL sang 1 phần payload RTP không cần phải chuyển mã và thêm nhiều tiêu đề gói khi triển khai IPTv trên các nền.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 31

•

Gói NAL phân tách: Đây là kĩ thuật để ánh xạ 1 khối NAL riêng rẽ ra khỏi nhiều phần payload RTP. Cấu trúc của một gói Nal phân tách được mô tả như trong hình 2.13). Điểm đáng chú ý là gói phân tách NAL phải được gửi qua mạng theo 1 trật tự liên tiếp. điều này là có thể khi sử dụng các số tăng dần trong header của RTP.Kĩ thuật này đem lại 2 lợi ích cho nhà cung cấp dịch vụ. Thứ 1, điều này giúp truyền lượng lớn chương trình có độ phân giải cao dựa trên IP. Thứ 2 là giúp tăng khả năng sửa lỗi.

Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng khả năng các dòng tới đích trong trật tự đúng, nhưng không được thiết kế để đảm bảo các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ là đản bảo video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng mạng.

2.2.5.

Lớp truyền tải

Thông thường các gói RTP là dạng đầu vào của lớp truyền tải. Điều đáng chú ý là có thể ánh xạ trực tiếp các gói MPEG-TS sang payload giao thức của lớp truyền tải.

Lớp truyền tải IPTV được thiết kế để đảm bảo các kết nối đầu cuối là tin cậy. Nếu dữ liệu tới thiết bị người nhận đúng. Lớp truyền tải sẽ truyền lại. Lớp truyền tải thông báo với lớp trên để có các thông tin chính xác hơn. TCP và UDP là 2 giao thức quan trong nhất được sử dụng ở lớp này.

2.2.5.1. Sử dụng TCP để định tuyến các gói IPTV TCP là giao thức cốt lõi của bộ giao thức internet và được xếp vào loại định hướng kết nối. Điều này cơ bản có nghĩa là kết nối được thiết lập giưa đầu cuối nhà cung cấp và thiết bị IPTV cua người sử dụng để truyền các chương trình qua mạng. TCP có khả năng điều khiển lỗi xảy ra trong quá trình truyền các chương trình qua mạng. Các lỗi như mất gói, mất trật tự gói,hoặc lặp gói thường gặp trong mô trương truyên IPTV. Để xử lí các tình huống này, TCP sử dụng hệ thống các số liên tục để cho phép thiết bị gửi có thể gửi lại các dữ liệu hình ảnh bị mất hoặc hỏng. Hệ thống số liên tục này là trường có độ dài 32 bit trong cấu trúc gói. trường đầu tiên chứa chuỗi số bắt đầu của dữ liệu trong gói và trường thứ hai chứa giá trị của chuỗi số tiếp theo mà video server đang đợi (mong) nhận trở lại từ IPTVCD Bên cạnh việc sửa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình truyền nội dung video qua mạng IP băng rộng, TCP còn có điều khiển luồng dữ liệu. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng trường kích thước cửa sổ, với thuật toán được gọi là cửa sổ trượt. Giá trị trong trường này xác định số các byte có thể truyền đi qua mạng trước khi nhận được xác nhận từ phía thiêt bị nhận.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 32

Trong môi trường IPTV, giá trị trường kích thước cửa sổ chính là kích thước vùng đệm trong IPTVCD trừ đi lượng nội dung đã có trong vùng đệm tại một thời điểm.

Dữ liệu này sẽ được giữ cho tới khi bản tin thông báo đã nhận được gửi về từ IPTVCD. Khi giá trị của trường này bằng 0, IPTVCD ở phía đầu thu sẽ không đủ khả năng xử lí các dữ liệu IPTV ở tốc độ đủ lớn. khi đó, TCP sẽ chỉ thị cho video server dừng hoặc làm chậm lại tốc độ gửi các gói dữ liệu tới IPTVCD. Điều này sẽ đảm bảo rằng IPTVCD sẽ không bị tràn các gói dữ liệu tới. Khi IPTVCD đã xử lí xong các các gói dữ liệu trong vùng đệmvà video server đã biết được điều đó thì giá trị tại vùng đệmsẽ tăng lên, và video server sẽ bắt đầu truyền tiếp các nội dung. Trong môi trường IPTV lí tưởng, số của cửa số được báo về từ IPTVCD sẽ báo cho server biết không gian vùng đệm còn trống chính la tốc độ mà tại đó các nội dung video được gửi đi từ video server.

Các cổng TCP và Socket: Mỗi điểm cuối của 1 liên kết IPTV thì có 1 địa chỉ IP và 1 giá trị cổng liên quan. Vì thế mỗi liên kết có 4 thành phần khác nhau: •

Địa chỉ IP của video server

•

Số của cổng của video server

•

Địa chỉ IP của IPTVCD

•

Số của cổng của IPTVCD

Việc kết hợp địa chỉ IP và số của cổng cho phép 1 tiến trình trên IPTVCD có thể liên lạc trực tiếp với tiến trình đang chạy trên một trong các máy server được đặt ở trung tâm dữ liêu IPTV. Một cổng gồm 16 bit để định nghĩa hướng để truyền các thông báo giữa các lớp mạng. Có 2 loại cổng : • Cổng well known có giá trị từ 1 đến 1023. Loại cổng này thường được các

erver sử dụng và được quản lí bởi IANA. • Cổng Ephemeral được thiếu lập bởi IPTVCD ở trạng thái tạm thời khi liên lạc với IPTV server. Các cổng thường được nhớ trong ngăn xếp phân mềm IP. Các giá trịnày thường lớn hơn 1024 và nhỏ hơn65535. Cổng này không chịu sự quản lí của IANA. Socket cũng là một thành phần quan trọng khác trong mô hình truyền thông IP. Một socket về cơ bản là 1 giao diện ứng dụng chương trình (API), được sử dụng để làm cho làm việc liên lạc giữa các tiến trình đang chạy trên 1 thiết bị IP. Một socket được thiết đặt bằng cách kết hợp địa chỉ IP với số của cổng.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 33

Hình 2.14: Quá trình truyền thông trong mạng IPTV Để hiểu hơn về mối liên hệ giữa địa chỉ IP và socket xét các bước để thiết lập 1 kênh truyền thông giữa 1 tiền trình chạy trên IPTVCD và 1 tiền trình chạy trên trung tâmcung cấp dữ liệu IPTV. Từng bước được mô tả như sau: • Chuẩn bị dữ liệu: Tiến trình gửi chạy trên hệ thống server dong IPTV

chuẩn bị nôi dung và gọi module truyền thông TCP/IP để truyền các dữ liệu tới 1 tiến trình đang chạy trên một IPTVCD. Các tiến trình truyền thông bắt đầu và thông tin header được thêm vào nội dung khi truyền qua các lớp trong IPTVCM. • Thiết lập kết nối logic TCP: Cả 2 đầu kết nối đều được định nghĩa bởi 1

địa chỉ IP và 1 số cổng. kết hợp giữa địa chỉ IP và số cổng gọi là socket.Hệ thống địa chỉ đối với liên kết truyền thông bao gồm các thành phần sau:  Giao thức  Địa chỉ IP của máy chủ IPTV  ID của tiến trình chạy trên máy chủ IPTV  Địa chỉ IP của IPTVCD  ID của tiến trình chạy trên IPTVCD • Truyền dữ liệu: Truyền thông bắt đầu thông qua socket giữa 2 tiến trình từ

phía IPTV server đến IPTVCD

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 34

• Quản lí các dòng nội dung IPTV: giao thức TCP quản lí các dòng IPTV

trong khi kết nối được thiết lập • Hủy bỏ kết nối: Khi hoàn thành việc truyền các nội dung

PTV,IPTVCD hoặc trung tâm dữ liệu sẽ hủy bỏ socket và kết nối mạng Header: Thông tin này giúp cho segment được truyền đi từ nguồn đến đích. Header mang thông tin chính là số cổng của nguồn và đích, số chuỗi của segment và kiểm tra tổng. Các số tổng đảm bảo rằng dữ liệu có thể tới và trở về từ đúng các tiến trình đang chạy trên mỗi thiết bị IP. Số chuỗi giúp TCP có thểhiểu được bằng cách nào để đưa dữ liệu về dạng trước khi bị gắt thành cácsegment.

2.2.5.2. Sử dụng UDP để định hướng các gói IPTV UDP là giao thức thuộc về bộ giao thức Internet. UDP cho phép máy chủ kết nối với mạng băng rộng để gửi tới các IPTVCD dịch vụ truyền hình quảng bá có chất lượng hài lòng người dùng. UDP giống với TCP nhưng là phiên bản sơ lược hơn, đưa ra cho số lượng tối thiểu các dịch vụ truyền tải. UDP là giao thức không liên kết, điều đó có nghĩa là kết nối giữa video server và IPTVCD ko cần phải thiết lập trước khi dữ liệu được truyền đi. Video server dơn giản chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số cổng vào datagram và gửi tới cơ sở mạng để phân phát tới địa chỉ IP đích. Khi trên mạng, UDP sd cách tốt nhất để cố gắng thu được dữ liệu về điểm đích của nó. Chú ý rằng UDP sử dụng các khối dữ liệu được gọi là các datagram để truyền nội dung qua mạng.

UDP datagram: UDP datagram bao gồm 8 byte header và dữ liệu video. Các thành phần cơ bản của 1 UDP datagram được mô tả trong hình 3.16 và bảng 3.5

Hình 2.15: Định dạng datagram dựa trên UDP Đối với IPTV, UDP tỏ ra hữu ích khi trung tâm dữ liệu cần gửi các nội dung video IP tới nhiều IPTVCD và là giao thức mức truyền tải phổ biến nhất mà các nhà cung cấp dịch vụ IPTV. 2.2.6.

Lớp IP

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 35

Sau lớp truyền tải là lớp IP(còn được gọi là lớp liên mạng ) Nhiệm vụ chính của lớp này là đưa các dữ liệu tới các vị trí mạng riêng biệt thông qua nhiều mạng độc lập được liên kết với nhau được gọi là liên mạng. Lớp này được sử dụng để gửi các dữ liệu thông qua các đường khác nhau tới đích. IP là giao thức tốt nhất được sử dụng trong lớp liên mạng. giao thức này cung cấp dịch vụ phân phát gói cơ bản cho tất cả các dịch vụ IPTV. Các loại dịch vụ này với hệ thống truyền đơn điểm, nơi các gói được truyền từ nguồn tới 1 IPTVCD đích, khác với hệ thống truyền đa điểm nơi mà các gói được truyền từ máy chủ tới nhiều IPTVCD. IPv4 là giao thức phổ biến nhất được sử dụng trong mạng IPTV ngày nay.

Nhiệm vụ chính của IP là phân phát các bit dữ liệu trong các gói từ nguồn tới đích. IP sử dụng kĩ thuật có hiệu quả cao nhất để phân phát dữ liệu. Nói cách khác không có tiến trình nào đảm bảo quá trình phân phát thông tin qua mạng. Các khối cơ sở của giao thức IP là các đoạn bit dữ liệu được đặt trong các gói và được định địa chỉ.

Gói IP là đơn vị dữ liệu bao gồm dữ liệu video thực và các thông tin của việc nhận video từ trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV tới đích IPTVCD. Thành phần chính của một gói IPv4 được mô tả trong hình 2.16. Cách đánh địa chỉ IP: trong môi trường IPTV, địa chỉ IPv4 thường được dùng để định nghĩa IPTVCD và trung tâm cung cấp dữ liệu. Địa chỉ IPv4 là chuỗi 4 số được ngăn cách với nhau bằng các dấu chấm để định nghĩa 1 cách chính xác vị trí vật lí của 1 thiết bị, ví dụ như set-top box, trong mạng. Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit trong hệ nhị phân. Các số nhị phân này được chia thành 4 octet, mỗi octet 8 bit, mỗi octet được đại diện bởi 1 số hệ thập phân nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Mỗi octet được ngăn cách bởi 1 dấu chấm trong hệ thâp phân. Địa chỉ IP được tổ chức thành 2 phần: • Địa chỉ mạng dùng để định nghĩa mạng băng rộng mà IPTVCD kết nối tới.

• Địa chỉ host dùng để định nghĩa các thiết bị IPTV.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 36

Hình 2.16: Định dạng gói video IPv4 Một điểm đáng chú ý là một vài bit đầu tiên của địa chỉ sẽ định nghĩa các bit còn lại của trường địa chỉ sẽ được phân chia thế nào cho host và mạng. Để thuận lợi cho việc sư dụng và quản lí, địa chỉ IP được chia thành các lớp khác nhau. Bên cạnh việc chia thành các lớp, một số địa chỉ IP được dành riêng cho các mạng tư nhân. Các địa chỉ này nằm trong dải: 10.0.0.0 to 10.255.255.255 172.16.0.0 to 172.31.255.255 192.168.0.0 to 192.168.255.255 Nhược điểm chính khi sử dụng giao thức IP là không có gì đảm bảo rằng khi nào các gói tới đúng đích hay gói có đến đúng lúc không.ngay cả thứ tự các gói được chuyển đến cũng không được xác định. Do đó, lớp IP làm việc cùng với giao thức lớp truyền tải để đảm bảo rằng các gói đến IPTVCD đúng lúc và theo trật tự đúng. IP cũng làm cho quá trình phân phát nội video bị trễ.

2.2.7.

Lớp liên kết dữ liệu

Lớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành các gói phù hợp để truyền qua mạng vật lí. Chú ý, lớp liên kết dữ liệu khác với các giao thức mạng. Kĩ thuật Ethetnet là một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử dụng trong hệ

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 37

thống IPTV. Lớp liên kết dữ liệu bao gồm các chức năng dành cho các mạng dựa trên Ethernet: • Encapsulation:Lớp này thêm vào các gói IPTV 1 header. Ethernet header

là loại Encapsulation phổ biến nhất dùng trong lớp liên kết dữ liệu của IPTVCD. Các thành phần cơ bản của Ethernet header được giải thích trong bảng 2.4.

• Định địa chỉ:Lớp liên kết dữ liệu xử lí các địa chỉ vật lí của mạng người

sử dụng và các thiết bị chủ. Hệ thống địa chỉ khác nhau với các topo mạng.

Ví dụ, địa chỉ MAC được sử dụng trong mạng Ethernet. Mỗi thiết bị kết nối với mạng IPTV thì có 1 địa chỉ MAC. Độ dài của địa chỉ MAC là 48 bit và thường được biểu diễn bằng 12 số trong hệ 16. Trong 12 số hệ 16 này, 6 số đầu tiên để dành cho nhà sản xuất thiết bị IPTV và các số còn lại được dùng để định nghĩa giao diện mạng ảo.

• Kiểm tra lỗi: chức năng kiểm tra lỗi được dùng trong vài lớp của mô hình

IPTV, bao gồm cả lớp liên kết dữ liệu. Các gói bị ngắt là lỗi thường gặp trong quá trình truyền các nội dung video qua mạng dựa trên IP. Phương pháp sửa lỗi thường dung là kiểm tra dư thừa vòng (CRC) trong IPTV để tìm và loại bỏ các gói bị ngắt. Sử dụng kĩ thuật CRC thiết bị gửi IPTV thực hiện việc tính toán trên các gói và lưu trữ kết quả trong gói. Các phép tính toán tương tự cũng được thưc hiện trên thiết bị nhận khi nhận được các gói. Nếu kết quả tính toán là như nhau, thì các gói được xử lí bình thường. Tuy nhiên, nếu kết quả này là khác nhau, thì gói bị lỗi sẽ bị loại bỏ.Thiết bị gửi sẽ tạo một gói mới và gửi lại nó. Thông báo với lớp trên trong mô hình IPTV khi có lỗi xảy ra là nhiệm vụ chính của lớp liên kết dữ liệu trong kĩ thuật kiểm tra lỗi mà các hệ thống IPTV end to end.

• Điều khiển luồng:Điều khiển luồng là một trong chức năng của lớp truyền

tải.Trong mạng IPTV, điều khiển luồng cho thiết bị IPTV của người sử dụng không bị tràn bởi các nội dung. Lớp liên kết dữ liệu cùng với lớp truyền tải thực hiện bất kì yêu cầu điều khiển luồng nào.

Bảng 2.4: Cấu trúc Ethernet Header được dùng để mang nội dung MPEG-2 Tên trường trong Kích Chức năng Header thước (bit)

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 38

Địa chỉ đích mạng Ethernet

48

Chỉ ra địa chỉ của giao diện đích

Địa chỉ nguồn mạng Ethernet

48

Chỉ ra địa chỉ của giao diện nguồn

Loại mã

16

Chỉ ra giao thức được sủ dụng trong việc định dạng gói. Ví dụ kiểu gói “TCP/IP” chứa gí trị kiểu hex “0x80 0x00”

Bảng 2.5: Cấu trúc khung Ethernet được dùng để mang nội dung MPEG-2 Mô tả Kích thước Các dòng gói truyền tải MPEG bảy

Mối gói có kíh thước 188 byte (184 byte chứa nội dung video, cộng với 4 byte được dùng làm thông tin header). Gói MPEG-TS bảy này chiếm 1316 byte (10528 bit) của khung

Tiêu đè RTP

Tiêu đề này chiếm 12 byte của khung Ethernet

Tiêu đề UDP

Tiêu đề này chiếm 8 byte của khung Ethernet

Tiêu đề IP

Tiêu đề này chiếm 20 byte của khung Ethernet

Tiêu đề Ethernet

Tiêu đề này chiếm 14 byte của khung Ethernet

2.2.8.

Lớp vật lý

Lớp vật lí quy định luật lệ truyền các bit số qua mạng. Nó đề cập đến việc đưa các dữ liệu qua các mạng vật lí riêng biệt như x DSL, và không dây. Lớp này định nghĩa cấu hình mạng vật lí, thông số kĩ thuật, điện trong môi trường truyền. Khi dòng bit được truyền qua mạng, các gói được chuyênr từ lớp thấp đến lớp cao trong mô hình truyền thông IPTV. Ví dụ lớp liên kết dữ liệu sẽ kiểm tra các gói và loại bỏ đi phần header Ethernet và trường sửa lỗi CRC. Tiếp đó sẽ kiểm tra trường kiểu mã của Ethernet header và xác định gói cần được xử kí bởi giao thức IP. Do đó gói dữ liệu được chuyển lên lớp mang. Lớp mạng kiểm tra và loại bỏ đi phần IP header và chuyển gói đó lên lớp truyền tải. Phương pháp bỏ đi phần header khi qua các lớp khác nhau gọi là bóc gói. Quá trình này tiếp tục đươc thực hiện cho tới khi gói dũ liệu lên đến tưng trên cùng trong mô hình.

Hình ảnh gôc được thể hiện trên màn hình TV của người xem.

Chương 2: Đóng Gói Nội Dung Video

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 37

Chương 3

THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀCHƯƠNG TRÌNHPHẦN MỀM TRONG MẠNG IPTV Hiện nay trên thị trường có rất nhiều giải pháp để triển khai mạng IPTV, các giải pháp này được phát triển bởi các công ty khác nhau. Do đó, về sơ đồ cấu trúc, thiết bị phần cứng và chương trình phần mềm được triển khai sẽ có sự khác nhau. Tuy nhiên, cùng với một mục đích là phân phối luồng nội dung tới thuê bao một cách an toàn và có chất lượng cao, các thiết bị phần cứng và chương trình phần mềm tuy có khác nhau nhưng chúng sẽ thực hiện cùng một nhiệm vụ giống nhau trên mạng IPTV. IPTV là một dịch vụ mới, do đó sẽ có một số phần cứng và phần mềm mới trên hệ thống. Thành phần mới đặc trưng của hệ thống IPTV là trung tâm dữ liệu Headend.

Trong phần này sẽ chủ yếu tìm hiểu các thiết bị trong trung tâm dữ liệu headend và các phần mềm chuyên dụng. Ngoài ra để phục vụ cho việc tiếp nhận dữ liệu từ Headend, mạng gia đình sẽ được trang bị thêm một thiết bị mới đó là bộ giải mã IP-STB. Bên cạnh đó, phần này cũng tìm hiểu một số chương trình Media Player được sử dụng để mở nội dung trên máy tính cá nhân.

3.1.

Thiết bị phần cứng trung tâm Headend

Thành phần trung tâm hạ tầng IPTV là Headend, Headend bao gồm một số thành phần nhận nội dung, chuyển đổi và phân phối lại nội dung tới thuê bao. Headend có thể được triển khai bằng cách sử dụng một headend trung tâm và các Headend khu vực, phương thức này sẽ làm cho công việc phân phối nội dung broadcast dễ dàng hơn,các Headend khu vực gần thuê bao hơn và làm giảm các nguy cơ tiềm ẩn.

Headend hoạt động như điểm tập trung của hạ tầng. Nó nhận tất cả các yêu cầu từ thuê bao và cung cấp nội dung tới các STB phù hợp. Thêm nữa, tất cả các ứng dụng liên kết công việc được sử dụng để cung cấp, lập hóa đơn và quản trị khách hàng đều được giữ hoặc liên kết tới Headend.

Headend nhận các dữ liệu liên tiếp trong các định dạng vàphương tiện khác nhau, bao gồm trực tiếp từ studio nội bộ, nội dung từ bên cung cấp thứ ba, các truyền dẫn phát lại, nội dung từ vệ tinh và thông tin video nội bộ. Do có các nguồn khác nhau, một số nội dung là tín hiệu tương tự nên không thể truyền tới mạng IP. Sau đó nội dung được mã hóa và đóng gói để có thể truyền trên mạng dựa trên giao thức TCP/IP. Các thành phần thêm vào còn có ứng dựng DRM và các hệ thống quản lý nội dung. Tất cả thông tin liên lạc với thuê bao đều được sắp xếp bởi Middleware server

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 38

nhận các yêu cầu từ các STB khác nhau. Hình 3.1 trình bày các thành phần dịch vụ củahệ thống IPTV. 3.1.1. Thiết bị tiếp nhận dữ liệu đầu vào Nội dung được tiếp nhận tại Headend của nhà cung cấp dịch vụ bao gồm: nội dung thu từ vệ tinh, nội dung mất phí, nội dung được mã hóa trước và nội dung thu từ hệ thống vô tuyến nội bộ. Để thu được các dạng nội dung trên, Headend cần có các thiết bị chuyên dụng cho từng loại.

•

Nội dung từ vệ tinh: Nội dung được tiếp nhận bằng các thiết bị thu vệ tinh được gọi chung là bộ giải mã đầu thu tích hợp IRD (Integrated Receiver Decoder). Nội dung được phát broadcast bởi các vệ tinh dịch vụ cố định với công suất tương đối thấp và yêu cầu ăngten vệ tinh lớn cho việc tiếp nhận.

Headend nhận các tín hiệu vô tuyến và sử dụng IRD để điều chỉnh và khuếch đại tín hiệu. Một khi tín hiệu đã được khuếch đại, IRD có thể tiến lên giải mã tín hiệu. IRD có thể nhận cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Các tín hiệu tương tự sẽ được gửi tới bộ mã hóa video MPEG, và tín hiệu số có thể được gửi tới bộ chuyển đổi mã để kết hợp với thông tin quảng cáo nội bộ.

•

Nội dung mất phí: Nội dung này là các nội dung mất phí pay-per-view trong các định dạng tương tự và cần được mã hóa bởi bộ mã hóa MPEG trước khi được gửi tới bộ đóng gói IP. •

Nội dung đã được mã hóa trước: Đây là nội dung đã được mã hóa trong các loại mã có thể chấp nhận, được hỗ trợ bởi các bộ STB và các phần mềm client. Nội dung này có thể được gửi trực tiếp tới bộ đóng gói IP •

Nội dung thu từ hệ thống vô tuyến nội bộ: Đây là nội dung được phát broadcast bởi các trạm nội bộ và đã gửi tới các bộ thu PAL/NTSC trước khi nó có thể được sử dụng.

Tất cả nội dung sẽ được xử lý tuần tự bởi các thiết bị: bộ mã hóa video MPEG, bộ đóng gói IP và bộ chuyển đổi mã video.

3.1.2. Bộ mã hóa video MPEG Bộ mã hóa video MPEG (hay getway tiếp nhận) là nhiệm vụ của hệ thống ghi nhận, quản lý ghi nhận và server nhận/phân phối được sử dụng để nhận dữ liệu và tạo nội dung được định dạng chính xác. Để thu được nội dung phù hợp, tín hiệu tương tự phải đi qua các bộ mã hóa video MPEG để tạo ra nội dung trong định dạng số sẵn sàng được sửa đổi và phát broadcast.

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 39

Tiến trình này được đảm bảo bởi bộ nén/giải nén, và tiến trình này là cầu nối giữa dữ liệu và bộ điều chế cho truyền dẫn. Thông tin siêu dữ liệu (metadata) sẽ bao gồm các header, dữ liệu mật mã và dữ liệu được yêu cầu khác để đảm bảo truyền dẫn chính xác.

Các thuật toán sử dụng để thực hiện việc mã hóa sẽ quyết định việc cân bằng giữa chất lượng video, tốc độ dữ liệu cần để truyền video, tình trạng mất và lỗi dữ liệu, các yêu cầu về băng thông, các bộ nhớ đệm được sử dụng và các đặc tính khác nữa. Các nhà cung cấp dịch vụ IPTV quyết định các mã phù hợp nhất dựa trên hoàn cảnh, băng thông sẵn sàng sử dụng và các đặc điểm phần cứng của bộ STB được triển khai. Một số mã chuẩn được các nhà cung cấp dịch vụ IPTV sử dụng như sau: •

MPEG-2: mã này cũng được ITU đưa ra với tên là H.262. MPEG-2 được sử dụng cho phát broadcast video số, các hệ thống phân phối cáp và mã hóa DVD (Digital Video Disc).

•

MPEG-4: được biết tới với tên là H.264. MPEG-4 thích hợp với các tiến bộ trong kỹ thuật nén so với các mã đã có trước đây. Đầu ra của bộ mã hóa video MPEG là video số sẵn sàng để đóng gói IP, mật mã hoặc lưu trữ.

Hình 3.1: Cấu trúc trung tâm Headend IPTV 3.1.3. Bộ đóng gói IP Chức năng của bộ đóng gói IP là nhận các luồng video đã được mã hóa và chuẩn bị truyền broadcast trên mạng IP. Nó cho phép luồng IP đã mã hóa được đóng thành các Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 40

gói IP có thể vận chuyển qua mạng. Một số chuẩn hỗ trợ truyền dẫn video, ví dụ như giao thức truyền dẫn thời gian thực RTP. RTP được tạo ra để hỗ trợ các truyền dẫn ứng dụng thời gian thực như audio và video. Nó không đảm bảo chất lượng của dịch vụ hoặc việc phân chia tài nguyên mạng, nhưng nó bao gồm một số chức năng như định lại thời gian, phát hiện sự mất mát, bảo an và nhận dạng nội dung.

Bộ đóng gói IP nhận lưu lượng từ ba nguồn chính: nội dung được mã hóa trước được gửi trực tiếp, nội dung được mã hóa từ các bộ mã hóa video MPEG và từ đầu ra bộ truyền đổi mã video. Đầu ra bộ đóng gói IP gửi tới video streaming server. Các gói có thể truyền broadcast hoặc gửi tới DRM và cơ sở dữ liệu nội dung. Trong một số trường hợp, nội dung tới bộ đóng gói IP đã được mã hóa bởi DRM, và một số giải pháp có thể lưu trữ của bộ đóng gói IP trong kho lưu trữ video.

3.1.4. Bộ chuyển đổi mã video Bộ chuyển đổi mã video nhận dữ liệu từ máy thu vệ tinh và dữ liệu nội bộ được gán vào các server. Chức năng chính của bộ chuyển mã video là làm phiên dịch giữa các loại mã khác nhau. Server này có thể chuyển đổi các dạng nội dung từ một số mã được xác định trước và cho nội dung đầu ra là MPEG-2, MPEG-4 hoặc một mã riêng do các nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn. Tiến trình chuyển đổi mã sẽ nhận cácluồng nội dung đã được mã hóa và chuyển chúng thành một luồng mã khác với tốc độ bit thấp hơn hoặc loại định dạng mà chất lượng không giảm nhiều.

Với bộ chuyển đổi mã này, các luồng khác nhau từ vệ tinh hoặc thông tin quảng cáo nội bộ có thể được gửi tới bộ đóng gói IP dưới dạng các luồng mã hóa theo các chuẩn được ưu tiên hơn. Một số giải thuật được sử dụng để khôi phục lại nội dung gốc, gỡ bỏ một số dữ liệu mà không tốn quá nhiều năng lực xử lý trong tiến trình và tạo ra một luồng nội dung có chất lượng với một chuẩn mã hóa khác.

3.1.5. Server quản lý nội dung Server quản lý nội dung sẽ điều khiển luồng thông tin từ bộ đóng gói IP và video streaming server, việc lưu trữ tất cả video thích hợp vào kho video hoặc gửi dữ liệu tới hệ thống DRM. Các yêu cầu từ Middleware server có thể được phục vụ bởi server quản lý nội dung. Đây sẽ là dữ liệu yêu cầu hoặc chỉ dẫn phục vụ để giảm bớt khi đi qua video streaming server.

3.1.6. Kho video Kho video được sử dụng để lưu trữ nội dung chuẩn bị cho các ứng dụng truyền broadcast. Kho lưu trữ bao gồm một thư viện video và thư viện đa phương tiện trên các server, đảm bảo truy cập nhanh chóng và tin cậy nội dung được yêu cầu. Kho video là thành phần lưu trữ tất cả tài sản số thuộc quyền sở hữu của nhà khai thác IPTV. Hầu hết Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 41

tài sản số sẽ được lưu trữ tại đây, và những người xâm nhập sẽ cố gắng truy cập server này để ăn cắp nội dung. Nội dung thường được lưu trữ mà không có mật mã cơ sở dữ liệu hay bảo vệ DRM. Một số giải pháp DRM sẽ hỗ trợ việc mật mã nội dung trong khi được lưu trữ, và sau đó các key có thể được phân phối tới thuê bao. Có các phiên bản khác của DRM sẽ không hỗ trợ tùy chọn này, và nội dung sẽ được mật mã trước khi phát broadcast.

3.1.7. Video streaming server Video streaming server làm theo các lệnh từ Middleware server và VoD server, và nó cũng nhận thông tin từ DRM và server quản lý nội dung với các mã là MPEG-2, MPEG-4 hoặc các mã tương tự được nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn. Video streaming server cung cấp các nội dung đã được mã hóa và được phân phối tới bộ STB thông qua giao thức TCP/IP. Các thành phần này hỗ trợ TCP và UDP, và tạo luồng multicast phụ thuộc vào dạng ứng dụng và giải pháp được triển khai bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV. Các server khác nhau sẽ có khả năng tạo luồng riêng biệt. Phụ thuộc vào năng lực xử lý, một số server có thể điều khiển vài ngàn thuê bao tại cùng một thời điểm.

3.1.8. Middleware server Middleware server là mặt trước của hệ thống IPTV. Tất cả các bộ STB đều liên lạc với Middleware server để yêu cầu nội dung riêng biệt. Việc liên lạc thường sử dụng giao thức HTTP. Một chương trình trình duyệt bên trong STB sẽ liên lạc vớiMiddleware server, download hướng dẫn chương trình EPG và gửi các yêu cầu tới Middleware server. Middleware server sẽ ra lệnh cho streaming server gửi nội dung tới đích. Các thuê bao có thể liên lạc thông qua STB và yêu cầu nội dung từ Middlewareclient. Một khi Middleware server đã ra lệnh cho VoD server cung cấp nội dung cho các thuê bao riêng lẻ, thì sau đó STB và VoD server cũng có thể liên lạc với nhau.

IPTV middleware hoạt động như một cầu nối giữa một số hệ thống và các ứng dụng. Chính xác hơn, nó tương tác với DSLAM, các server nội dung, các bộ STB, VoD server, DRM và các ứng dụng kinh doanh giữa các hệ thống khác. Hình 4.2 trình bày cấu trúc middleware và cách thức tương tác của nó với các thành phần lõi mạng IPTV. Hệ thống IPTV Middleware có hai thành phần chính đó là các chức năng lõi và một số chức năng mạng dựa vào hệ điều hành chuẩn và cung cấp giao diện web để liên lạc với STB. Các chức năng lõi bao gồm quản lý, điều khiển các giao dịch và các phiên đang tồn tại, xác thực user và một số chức năng khác. Các chức năng lõi chịu trách nhiệm duy trì EPG và các chức năng cơ bản khác, cũng như sắp xếp các hoạt động với

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 42

hệ thống bên ngoài, ví dụ như quản lý nội dung, DRM, VoD và các ứng dụng kinh doanh.

Một số hệ thống bên ngoài tương tác với hệ thống Middleware như sau: •

DSLAM: một số DSLAM cho phép middleware server chia sẻ dữ liệu xác thực với nó, làm thuận tiện cho tiến trình xác thực truy cập của thuê bao mới tới các VLAN nội dung cũng như trao đổi thông tin về vị trí vật lý của bộ STB được thuê bao sử dụng. Middleware cung cấp cho bộ STB thông tin về các VLAN đang tồn tại, STB cần phải gia nhập vào danh sách để truy cập nội dung.

•

Server nội dung: Middleware server sẽ nhận thông tin từ server nội dung đối với các nội dung sẵn sàng được sử dụng và sẽ sử dụng thông tin này để chuẩn bị EPG.

Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống middleware IPTV •

STB : Có một số cấp độ tương tác khác nhau giữa Middleware server và các bộ STB. STB được cấu hình để kiểm tra VLAN tại mỗi thời điểm nó khởi động hệ điều hành của nó. VLAN này sẽ cung cấp các yêu cầu nâng cấp cho hệ điều hành. Một khi Middleware server đã được kiểm tra xong, STB có thể được chỉ dẫn để download các nâng cấp được yêu cầu. Hầu hết các bộ STB sẽ sử dụng trình duyệt web đểdownload EPG và thông tin cơ sở từ Middleware Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 43

server. Các key DRM và dữ liệu quan trọng khác có thể được cung cấp trực tiếp bởi Middleware server, hoặc STB có thể được hướng dẫn tới ứng dụng DRM để thu được key.

•

VoD và streaming: Middleware sẽ nhận các yêu cầu từ STB trên các mục EPG bao gồm nội dung VoD và pay-per-view. Đây sẽ là một tương tác giữa Middleware và VoD để khởi động streaming nội dung unicast tới thuê bao.

•

Quản lý DRM: ứng dụng Middleware sẽ lấy lại các key và các giấy phép số được sử dụng bởi STB, trong một số trường hợp STB sẽ tìm đến dữ liệu yêu cầu dữ liệu trực tiếp từ DRM server.

•

Các ứng dụng kinh doanh: middleware server sẽ tương tác với các ứng dụng kinh doanh để user được xác thực và có hiệu lực, các chức năng lập hóa đơn và thanh toán, và thông tin tài khoản được yêu cầu bởi thuê bao.

3.2.

Thiết bị mạng gia đình

3.2.1. Mạng gia đình Mạng gia đình bao gồm một thiết bị đầu cuối mạng, về cơ bản là điểm truy cập từ mạng. Thiết bị đầu cuối sẽ được kết nối tới modem, modem sẽ chuyển đổi thông tin thành các dạng IP, và trong một số trường hợp một bộ splitter sẽ được sử dụng để cung cấp các dịch vụ thoại nếu mạng điện thoại công cộng được sử dụng.

Một gateway sẽ được sử dụng để tách các dịch vụ IP (dữ liệu, video, thoại), và các gateway này thường có firewall, dịch vụ DHCP và các dịch vụ mạng khác được yêu cầu để cải thiện dịch vụ.

Khách hàng yêu cầu một bộ giải mã STB trong hầu hết các trường hợp, và nó sẽ được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ. Trong một số trường hợp, máy tính cá nhân sẽ được sử dụng để kết nối trực tiếp tới mạng mà không cần STB. Ngoài ra còn có các thiết bị khác như kết cuối thoại cho cả mạng PSTN và VoIP, các router truy cập không dây.

Mạng gia đình nằm ngoài phạm vi các cơ chế bảo an được thiết lập bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.Nhưng sữ có một số thiết bị đứng giữa DSLAM và Tivi, nó chịu trách nhiệm mang lưu lượng an toàn tới STB và giữ liên lạc với nhà cung cấp dịch vụ IPTV để đảm bảo được cấu hình để tránh các truy cập không được xác thực.

3.2.2. Bộ giải mã IP-STB Bộ giải mã STB dựa trên IP được sử dụng để kết nối IPTV Headend với Tivi.

Chức năng chính của thiết bị này là để giải thích và biên dịch các yêu cầu từ thuê bao và Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 44

gửi các bản tin (dựa trên IP) tới Headend, yêu cầu nội dung hoặc dịch vụ đặc biệt. STB sẽ nhận nội dung được mã hóa và sẽ phải giải mật mã và giải mã chúng để hiển thị trên màn hình Tivi.

Trên hình 3.3 trình bày cấu trúc thông thường của IP-STB, nó bao gồm các thành phần được tham khảo trên các STB tiên tiến hiện nay. Một số mô hình thay thế có thể được tìm thấy với các chức năng cơ bản tương tự. Các phát triển mới của công nghệ sẽ đem lại các thành phần rõ ràng hơn bên trong các bộ STB. Các thành phần trên STB bao gồm: •

CPU: IP-STB có các chipset với năng lực xử lý và bộ nhớ bị giới hạn nếu so sánh với các chuẩn PC. Các nhà sản xuất lựa chọn các CPU cơ sở để cung cấp đủ năng lực xử lý tốt các chức năng cơ bản và thời gian đáp ứng hợp lý.

Hình 3.3: Cấu trúc IP-STB •

Core System: phần cứng lõi bao gồm các thành phần điện tử khác nhau hỗ trợ hoạt động của IP-STB, thông tin trao đổi giữa các thành phần, bộ nhớ và hầu hết các tính năng quan trọng của chip chuyên dụng được dùng để lưu trữ các key DRM được yêu cầu để truy cập và cho việc xác thực. Với các chip Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 45

chuyên dụng được sử dụng để lưu các key, rủi ro của việc truy cậpkhông được xác thực giảm xuống.

•

Các thiết bị ngoại vi: có một số thiết bị ngoại vi kết nối tới STB, bao gồm cáp mạng, đầu ra video, thành phần phát tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, USB và các công nghệ lưu trữ.

•

DRM và CAS: STB yêu cầu thành phần chuyên dụng để giao tiếp với các chức năng liên kết DRM. Nó cần thiết cho việc yêu cầu và nâng cấp các key DRM, giải mật mã nội dung và cung cấp nội dung được mã hóa tới các thành phần khác. Ngoài ra, STB cần xác thực lại bản thân nó với hệ thống truy cập có điều kiện CAS để có thể truy cập nội dung. Nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các ứng dụng DRM và CAS thích hợp được tải vào STB. Yêu cầu đặc biệt này làm nó rất khó cho một thị trường mở các dịch vụ IPTV. Nó không chắc chắn rằng thuê bao có thể tới các switch của nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà không cần thay đổi bộ STB. Ngoài ra, nó không chắc chắn bộ tập hợp nội dung có thể hoạt động trong thị trường mà nội dung từ nhiều nhà sản xuất hoặc các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, mỗi nhà cung cấp có thể có hệ thống DRM khác nhau. Theo thời gian, các chuẩn sẽ được triển khai để đảmbảo việc tương thích giữa các hệ thống DRM và CAS. Trong lúc đó, thuê bao chỉ được liên kết tới nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà họ đăng ký sử dụng.

•

Driver cho MPEG-2 & MPEG-4: STB cần một số driver cho chuẩn MPEG- 2, MPEG-4 và một số mã khác để giải mã luồng nội dung tới để có thể hiển thị trên màn hình Tivi. Nhìn chung, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các mã thích hợp được tải vào STB. Các mã được sử dụng trên Headend sẽ được tải vào STB. •

Operating System & driver: Các hệ điều hành nhẹ được sử dụng cho các bộ STB. Một số hệ điều hành có bản quyền và nguồn mở được sử dụng cho chức năng này. Một trong những điểm tiên tiến của các hệ điều hành này là tính mềm dẻo, chúng hỗ trợ tìm duyệt và email, hỗ trợ nối mạng và báo tin ngay lập tức. Là một chuẩn hệ điều hành, có rủi ro về virus tác động tới hoạt động của STB. Nó là vấn đề quan trọng đối với bản copy chủ (master) hệ điều hành được cấu hình chính xác, nó cần được sửa chữa trước khi phát hành STB. Ngoài ra, tất cả các port không cần thiết phải được khóa.

•

Middleware client: một client đặc biệt liên lạc với Middleware server.

Client này có thể sử dụng trình duyệt web để thay đổi thông tin với Middleware server cũng như download hướng dẫn chương trình EPG để hiển Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 46

thị cho thuê bao. Middleware client có thể bao gồm các chức năng DRM trong một số trường hợp.

•

Video Capture - Decode: chức năng này sẽ nhận luồng nội dung từ chức năng DRM và sẽ giải mã dữ liệu MPEG-4 thành định dạng có thể sử dụng. Định dạng này có thể là NTSC/PAL để hiển thị trên màn hình Tivi.

•

Web Brower: các Middleware server có khuynh hướng hoạt động như là các web server. Một số quá trình thực thi sẽ cung cấp tất cả các truy cập sử dụng SSL (HTTPS, port 443). Web Brower được STB sử dụng để truy cập nội dung và hiển thị thông tin cho thuê bao.

Hình 3.4 miêu tả tiến trình IP-STB, tiến trình được bắt đầu với các yêu cầu IP và thu nhận nội dung, các chức năng web brower, tương tác Middleware và giải mật mã nội dung. Tiếp theo là giải mã hóa luồng nội dung và mã hóa NTSC/PAL hoặc chuẩn thích hợp và cuối cùng cấp nội dung để hiển thị trên màn hình Tivi.

3.3.

Các chương trình phần mềm

Phần mềm thực thi một số chức năng bên trong mạng IPTV. Như trong một chiếc máy tính cá nhân, hệ thống IPTV đơn giản sẽ không thực hiện chức năng nếu không có phần mềm. Trong phần này, sẽ tìm hiểu một số chức năng phần mềm thường có trong các hệ thống IPTV. 3.3.1. Hướng dẫn chương trình EPG Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) là chương trình hiển thị trên màn hình thông báo cho người xem nội dung sẵn có trên các kênh. Nó có thể bao gồm cả các kênh broadcast truyền tới tất cả người xem cùng một lúc và nội dung VoD cho người xem riêng biệt. Thông tin hướng dẫn chương trình có thể được cung cấp bởi nhà cung cấp mạng IPTV hoặc như trong hầu hết các trường hợp, nó được đưa ra bởi nhà cung cấp bên ngoài.

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 47

Hình 3.4: Tiến trình xử lý của IP-STB Có hai dạng EPG được sử dụng chủ yếu. Đầu tiên là hướng dẫn chương trình được hiển thị theo danh sách, ở đó nội dung trên mỗi kênh sẵn sàng được hiển thị trong số kênh theo thứ tự chuyển động trên màn hình Tivi. Cách sắp xếp này không yêu cầu tương tác từ người xem và có thể gây khó chịu cho người xem.

Dạng thứ hai của EPG được gọi là hướng dẫn chương trình tương tác. Trong cách sắp xếp này các kênh và các lựa chọn nội dung được hiển thị trên màn hình Tivi. Tuy nhiên, trong trường hợp này, người xem có khả năng thao tác danh sách các kênh bằng điều khiển từ xa. Người xem có thể điều khiển để xem các kênh khác nhau, và họ cũng có thể xem các chương trình sẽ phát trong thời gian tới.

Các nhà khai thác hệ thống có hai lựa chọn để điều khiển các chức năng EPG: •

Sử dụng các bộ STB thông minh. Trong trường hợp này, dữ liệu cho hướng dẫn tương tác được phát broadcast tới tất cả các STB theo định kỳ. Mỗi STB chịu trách nhiệm lưu trữ thông tin mới nhất và tạo các hiển thị. Công việc nàyhoàn thành sẽ cho phép đáp ứng nhanh chóng các lệnh của người xem và loại bỏ được gánh nặng lên thiết bị trung tâm khi phải xử lý tất cả các lệnh từ rất nhiều người xem.

•

Trong các trường hợp khác, việc xử lý hướng dẫn chương trình tương tác được tập trung tại tổng đài khu vực. Trong cấu trúc này, STB chỉ gửi các lệnh củangười xem (upstream) và nhận thông tin hiển thị mới (downstream). Hệ thống này có cải tiến làm giảm số lượng công việc phải xử lý tại STB, nhưng bất lợi là số lượng liên lạc giữa STB và tổng đài khu vực nhiều hơn.

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 48

3.3.2. Hệ thống truy cập có điều kiện Hệ thống truy cập có điều kiện CAS (Conditional Access System) giám sát các user có thể xem nội dung chương trình. Ví dụ, chỉ những người đã đăng ký thuê bao kênh phim truyện thì mới được phép truy cập nội dung của kênh này. Nó có thể liên hệ với quá trình thực thi trong hệ thống IPTV, do hệ thống cần đảm bảo các luồng nội dung không bao giờ được phân phối cho những user không được xác thực.

Ngược lại với các phương pháp yêu cầu trong hệ thống truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp. Ở đó, tất cả mọi người xem đều có thể nhận tất cả các kênh. Trong các hệ thống này, nội dung phải được đổi tần, mật mã hoặc các cách khác để những người không được xác thực không thể xem được nội dung.

3.3.3. Hệ thống VoD Hệ thống VoD cung cấp cho người xem nội dung có thể đã được xem theo cách của họ. Nó bao gồm các file nội dung được lưu trữ trên server và được hiển thị ra dưới sự điều khiển của user. Phần mềm cho hệ thống VoD cần để thực thi một số chức năng và một số liên kết với các module phần mềm khác. Các nhan đề sẵn sàng sử dụng cần được lên danh sách và diễn giải theo cách của EPG. Một số yêu cầu mất phí cần được tập hợp lại. Một kết nối mạng cần được thiết lập giữa VoD server và bộ giải mã STB của người xem để phân phối nội dung. Các key thích hợp cho việc giải mã mọi nội dung được mật mã cần được gửi tới STB thông qua hệ thống DRM. Các lệnh của người xem (pause, forward, rewind) từ hệ thống Middleware cần được khôi phục lại và được xử lý nhanh chóng để điều khiển cách thức nội dung được hiển thị. Tất cả cần diễn ra nhanh để hồi đáp các tương tác của user.

3.3.4. Hệ thống quản lý quyền truy cập nội dung số Hệ thống quản lý quyền truy cập nội dung số DRM được thiết kế để bảo vệ bản quyền của nhà sản xuất nội dung. Nó thường bao gồm một số dạng mật mã để không thể xem nội dung nếu không có key thích hợp. Key thường là một số dạng giá trị số giám sát hoạt động của thiết bị giải mật mã.

Ngoài ra, hệ thống DRM còn cần đảm bảo việc phân phối các key thích hợp tới bộ STB của người xem đã được xác thực. Với các key này, STB có thể giải mật mã nội dung và hiển thị nó một cách chính xác. Việc phân phối key cần được đảm bảo để ngăn ngừa các user không được xác thực.

3.3.5. Hệ thống quản lý thuê bao và lập hóa đơn

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 49

Thu nhập của một nhà cung cấp IPTV phụ thuộc vào năng lực, hệ thống chức năng quản lý thuê bao và việc tập hợp dữ liệu cần thiết cho việc chuẩn bị các hóa đơn một cách chính xác. Dưới đây là danh sách tóm tắt các chức năng thường được yêu cầu: •

Liên kết thiết bị: ở đó thuê bao riêng biệt được liên kết với một bộ phận phần cứng, ví dụ như STB. Độ chính xác trong tiến trình là yếu tố cần thiếtđể đảm bảo STB đã được triển khai chính xác và một số nhiệm vụ được kết hợp với một STB thực tế được liên kết với thuê bao.

•

Thuộc tính (profile) các dịch vụ của thuê bao: nó chỉ ra các dịch vụ mà thuê bao đã ra lệnh, ví dụ như các kênh nội dung mất phí. Hệ thống này cũng cần theo dõi chính xác khi thuê bao gọi để thêm hoặc gỡ bỏ các dịch vụ, vì thế các cài đặt điều khiển STB có thể được điều chỉnh cho hợp lý.

•

Lịch sử đăng ký sử dụng của thuê bao: nó ghi chép lại các chi tiết đặc trưng của một số lần đăng ký dịch vụ, ví dụ đăng ký sử dụng nội dung VoD. •

Ghi lại cuộc gọi dịch vụ và gửi đi các thông tin sửa chữa: nó có tác động lớn lên các cấp độ phục vụ thuê bao. Độ chính xác là yếu tố cần thiết, vì thế thuê bao có thể nói khi nào yêu cầu nhân viên kỹ thuật sửa chữa tới và khi nào dịch vụ của họ được phục hồi. Nó cũng có thể giúp nhân viên kỹ thuật hiểu các sự cố đã được thông báo bởi thuê bao và các bước đã sẵn sàng nắm bắt và cách ly lỗi.

Hệ thống quản lý thuê bao và lập hóa đơn cho các dạng nội dung riêng biệt để yêu cầu trả tiền trực tiếp cho nhà sản xuất. Nó có thể trả hàng tháng trên một thuê bao cho các kênh trả tiền hoặc các kênh được đưa ra trên hệ thống VoD. Các nhà cung cấp IPTV không có các hệ thống lập hóa đơn tốt có thể vi phạm hợp đồng yêu cầu trả tiền cho các nhà sản xuất nội dung.

3.4.

Các chương trình Media Player

Một số công ty đã phát triển các phần mềm Media Player xem video và audio trên máy tính cá nhân. Tất cả các phần mềm Media Player sẽ mở nội dung đã được mã hóa theo các chuẩn như MPEG và MP3, cùng với các định dạng có bản quyền hoặc không có bản quyền khác. Trong phần này sẽ tìm hiểu ba sản phẩm chính được phát hành bởi Microsoft, RealNetwork và Apple Computer, và cách thức các chương trình này hoạt động.

3.4.1. Microsoft

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 50

Microsoft đã phát triển phần mềm Windows Media Player cho phép các file video và audio được mở trên các máy tính cá nhân cài hệ điều hành Microsoft. Movie Maker là một tiện ích miễn phí cho phép user chụp video từ các máy quay video và các thiết bị khác, và tạo ra các đoạn phim có thể xem bằng phần mềm Windows Media Player.

Ngoài ra, Microsoft đã phát triển một số định dạng file đặc biệt được thiết kế để hỗ trợ quá trình streaming.

Một số định dạng file thường được sử dụng cho nội dung Windows Media bao gồm: •

Windows Advanced SystemsĐịnh dạngtập tin(asf): a formatfileisthiết kế đặcbiệttotransferdẫnvàlưutrữnộidungforusingứngtruyền.

•

Windows Media Audio file (.wma): một định dạng file chứa các tín hiệu audio được mã hóa sử dụng hệ thống nén Windows Media Audio và trong định dạng file ASF. •

Windows Media Video file (.wmv): một định dạng file chứa các tín hiệu video và audio được mã hóa sử dụng hệ thống nén Windows Media Video và Windows Media Audio và trong định dạng file ASF. •

Windows Active Stream Redirector file (.asx): đây là file kết nối trang web tới một hoặc nhiều chương trình Windows Media Video hay Windows Media Audio. Siêu file (metafile) chứa địa chỉ của một hoặc nhiều clip được đặt trên server. Dạng file này cũng được biết tới là Playlist. Để hiều được cách thức làm việc của metafile (playlist), cách tốt nhất là hiểu cái gì tạo ra media clip chạy trên chương trình tìm duyệt (browser). Đầu tiên, chương trình tìm duyệt sẽ hiển thị trang chứa hotlink tới metafile. Khi user click lên hotlink này, web server phân phối metafile tới chương trình tìm duyệt. Chương trình tìm duyệt nhìn thấy metafile này và xác định rõ nó cần chạy chương trình Player nào (ví dụ như Windows Media Player) để xử lý metafile. Khi đó chương trình tìm duyệt tải và bắt đầu chạy chương trình Media Player, sau đó chuyển dữ liệu từ metafile sang chương trình Media Player. Chương trình Player phân tích dữ liệu metafile để xác định vị trí thực tế được ấn định của các file media. Sau đó chương trình Player sẽ tạo một yêu cầu tới mỗi server được lên danh sách trong metafile để khởi động các luồng thích hợp cho user. Khi các luồng tới, chương trình Player sẽ giữ và chuyển chúng thành các ảnh (image) hoặc âm thanh (sound) có thể được hiển thị cho user.

Ngoài các metafile, chúng ta cũng cần tìm hiểu định dạng file ASF. Như đã biết, các file ASF dùng đề truyền dẫn và lưu trữ nội dung cho các ứng dụng streaming. Nó có Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 51

thể chứa video, audio, text, các trang web và các loại dữ liệu khác. Các định dạng nén không do Microsoft đưa ra cũng được hỗ trợ trong các file ASF; tuy nhiên, dữ liệu của các định dạng này được xem như trong sạch và không được hỗ trợ bởi mộtsố đặc tính thuận tiện.

3.4.2. RealNetwork RealNetwork đưa ra một số sản phẩm streaming liên kết bao gồm: •

RealPlayer, phiên bản phần mềm Media Player cho mã hóa nội dung trong các định dạng RealAudio và RealVideo. Phiên bản thứ hai được gọi là RealOne, cũng được tính hợp chương trình tìm duyệt media và cung cấp cho việc quản lý nội dung mất phí.

•

Helix server hình thành các mô hình khác nhau để quản lý các chức năng streaming cho server trong phạm vị hẹp, các vị trí chuyên dụng cung cấp một số lượng lớn nội dung Internet công cộng.

•

RealProducer và Helix Producer nắm giữ nội dung video và audio, chuyển đổi chúng thành các định dạng RealAudio và RealVideo sử dụng cho việc lưu trữ và phát lại cho streaming client. Chú ý, các định dạng file này hỗ trợ mật mã,vì thế các file có thể được bảo vệ khi chúng được lưu trữ và trong lúc chúng được truyền dẫn trên mạng Internet.

RealNetwork là một trong những nhà sản xuất có đóng góp quan trọng cho công nghệ SMIL, RTP và RTSP được sử dụng rộng rãi. RealNetwork cũng hỗ trợ các định dạng file media khác nhau, bao gồm một số dạng file video và audio MPEG, đó là các file MP3 audio, Windows Media, và các file video MPEG-4.

Một vài định dạng file và các mở rộng thường được sử dụng cho nội dung RealNetwork như sau: •

RealAudio clip (.ra): một clip chứa nội dung audio được mã hóa sử dụng định dạng RealAudio.

•

Real Media clip (.rm): một clip chứa nội dung video và audio đã được mã hóa sử dụng bộ mã hóa RealVideo. Đây là dạng clip có thể chữa nhiều luồng nội dung, bao gồm cả video và audio.

•

RealVideo metafile (.ram hoặc .rpm): file này kết nối trang web với một hoặc nhiều clip RealVideo hoặc RealAudio. Metafile chứa địa chỉ của một hoặc nhiều clip được xác định trên server.

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 52

RealOne Player tương tác với Helix server sử dụng công nghệ SureStream, nó tự động chuyển mạch giữa các phiên bản luồng khác nhau dựa trên quá trình thực thi mạng.

Mục đích là để gửi luồng tốc độ cao nhất (với chất lượng cao nhất) có thể tới user cho một số quá trình thực thi. Các luồng nội dung được mã hóa với các độ phân giải (số pixel), tốc độ khung và các cấp độ chất lượng khác nhau để cân bằng tốc độ luồng với số lượng user thực tế. Tốc độ luồng nội dung giảm thì số pixel, tốc độ khung và chất lượng hình ảnh tất cả có thể giảm để cho video đi qua mạng bằng các kết nối tốc độ chậm.

3.4.3. Apple Computer Apple Computer đã có rất nhiều hoạt động trong việc phát triển một số chuẩn công nghệ cho streaming media và đã có các đóng góp quan trọng trong quyền sở hữu trí tuệ. Một số sáng kiến này tập trung xung quanh QuickTime, là một tên của Apple cho hệ thống chuẩn media streaming của họ. Apple Computer còn cung cấp phần mềm biên tập phim miễn phí (iMovie) như một thành phần của một số phần mềm được phát hành và bán công cụ chuyên nghiệp đáng quan tâm cho việc biên tập phim gọi là Final Cut Pro. Apple Computer cũng chủ động đi theo các chuẩn quốc tế như MPEG- 4.

QuickTime phiên bản gốc được tạo ra để hỗ trợ các video clip được lưu trữ trên các CD và được phát lại trên máy tính cá nhân. Nó đã trở thành một định dạng được sử dụng rộng rãi với hàng trăm triệu bản copy được download cho cả máy tính chạy hệ điều hành Windows và Macintosh. Một số lượng khổng lồ các game trên máy tính và nhan đề multimedia đã được sản xuất sử dụng các công cụ của QuickTime.

Cũng như các công nghệ được diễn giải trong phần trước, một số phần của công nghệ được sử dụng cùng với nhau để hỗ trợ QuickTime streaming. Có các thành phần dùng để chuẩn bị nội dung, quản lý streaming server, và các phiên bản khác nhau của phần mềm Media Player. Apple Computer đưa ra gói phần mềm chuẩn bị nội dungmiễn phí gọi là QuickTime cho cả máy tính Windows và Macintosh. Một phiên bản được cải tiến gọi là QuickTime Pro với mức phí hợp lý. Với một số hệ thống, nội dung có thể được chuẩn bị và streaming trên máy tính hoặc server giống nhau, dẫu vậy việc thực thi hệ thống cần được theo dõi cẩn thận để đảm bảo user sẽ có được các luồng nội dung được phân phối một cách mượt mà. Định dạng file QuickTime là nền móng cho định dạng file MPEG-4. Các phiên bản gần đây nhất của QuickTime cũng sử dụng công nghệ nén MPEG-4 AVC/H.264.

Apple Computer cung cấp các chương trình Player làm việc với các máy tính Windows và Macintosh, và một số công ty sản xuất phần mềm Player cho các hệ điều hành khác.

Một phiên bản đã được thiết kế cho một số các cài đặt Linux.

Chương 3:Thiết Bị Phần Cứng Và Chương Trình Phần Mềm Trong Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 52

Chương 4

QUẢN LÝ VÀ PHÂN PHỐI MẠNG IPTV 4.1.

Quản lý mạng IPTV

Việc phân phối dịch vụ truyền hình trên mạng IP trở thành các thách thức về mặt công nghệ và thương mại cho các nhà cung cấp dịch vụ IPTV. Một trong những thách thức xuất hiện đầu tiên trong hoạt động của mạng IPTV hàng ngày, đó là nhà cung cấp dịch vụ cần phải có năng lực quản lý lưu lượng video và các thành phần hạ tầng mạng IP. Các nhà cung cấp IPTV cần phải có một hệ thống quản lý mạng NMS (Network Management System), đó là các bộ phận giám sát và nhận dạng các sự cố có thể ảnh hưởng tới việc phân phối các dịch vụ truyền hình tới khách hàng.

Một thách thức khác đối với nhà cung cấp là vấn đề cài đặt một dịch vụ IPTV khá phức tạp và tạo ra các áp lực cho tài nguyên mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Vì thế, cần phải lập danh sách và chuyên môn hóa các bước cài đặt.

Ngoài việc quản lý và cung cấp các dịch vụ, các nhà khai thác mạng IPTV cũng cần phải bảo đảm việc tiếp nhận dịch vụ của khách hàng thuận lợi hơn so với các dịch vụ được đưa ra từ các nhà khai thác truyền hình thu phí khác là truyền hình cáp và vệ tinh. Tại hầu hết các cấp độ cơ bản, các nhà khai thác mạng cần phải đảm bảo khách hàng của họ nhận được đầy đủ các hồi đáp cho các yêu cầu thay đổi. Đây là các yêu cầu cơ bản từ thuê bao, tuy nhiên, việc thực thi chức năng này có thể là vấn đề khó giải quyết đối với các nhà khai thác mạng, đặc biệt là các mạng IPTV lớn. Để tránh được các thách thức trên, trong phần này đưa ra một số chức năng hoạt động và kỹ thuật để thành công trong việc triển khai IPTV.Quản lý mạng chỉ rõ các kỹ thuật và các thủ tục được sử dụng để giảm sát và điều khiển mạng. Nó bao gồm một số nhiệm vụ khác nhau: •

Hệ thống quản lý mạng IPTV.

•

Quản lý cài đặt.

•

Giảm sát thực thi và kiểm tra mạng.

•

Quản lý dự phòng.

•

Quản lý không gian địa chỉ IP.

•

Xử lý các sự cố IPTV.

•

Quản lý quyền nội dung số.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 53

•

Quản lý các yêu cầu QoS.

4.1.1. Hệ thống quản lý mạng IPTV Các mạng phân phối IPTV ngày nay tạo ra nguồn thu nhập khổng lồ cho các nhà khai thác. Tuy nhiên việc quản lý hệ thống IPTV end-to-end lại là nhiệm vụ khó khăn.Thỉnh thoảng, hệ thống có thể mang đến các vần đề ảnh hưởng rất lớn cho nhà cung cấp dịch vụ IPTV. Để giảm thiểu rủi ro và sự cố về mạng, các nhà khai thác sử dụng hệ thống quản lý mạng NMS để giám sát cấu trúc mạng IPTV end-to-end. Các công cụ được sử dụng để đảm bảo cấu trúc mạng IPTV end-to-end đạt được thời gian hoạt động hơn 99,999% và đảm bảo tín hiệu video chất lượng cao tới được khách hàng.

Nhờ đó, các kỹ thuật và thiết bị khác nhau được kết hợp lại thành một hệ thống IPTV end-to-end, trung tâm hoạt động của mạng IPTV sẽ chứa một số các hệ thống khác nhau để quản lý các phần của mạng khác nhau. Các chức năng được thực thi bởi hệ thống quản lý IPTV có thể bao gồm: •

Quan sát mạng 24/7: một hệ thống quản lý mạng NMS bao gồm các bản đồ hiểnthị thông tin các tình trạng của một số thành phần mạng như: 

Các thiết bị và server trung tâm dữ liệu IPTV.



Các thiết bị mạng lõi IP.



Các thiết bị mạng truy cập.



Thiết bị khách hàng IPTV.



Các mạng gia đình.

•

Tối ưu hóa mạng: NMS giúp đỡ quá trình tối ưu hóa tài nguyên mạng, hỗ trợ tăng khả năng tích hợp các dịch vụ dựa trên nền mạng IP. •

Hỗ trợ nhân viên kỹ thuật: NMS tập hợp các bản tin lỗi từ các thành phần hệ thống IPTV end-to-end để hỗ trợ nhân viên kỹ thuật nhận biết nhanh và giải quyết các sự cố có thể xảy ra hàng ngày trên mạng IPTV. •

Báo cáo: NMS tập hợp các trạng thái của các thành phần cơ bản của mạng thành một báo cáo hệ thống cho phép người quản lý mạng IPTV: 

Theo dõi và đánh giá các đoạn đứt quãng của dịch vụ IPTV.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 54



Kiểm tra “sức khỏe” của các thành phần mạng.

 Nhận dạng các vấn đề tiềm tàng trên mạng thông qua phân tích chiều hướng dữ liệu.  Ghi nhận việc sử dụng mạng trong các giai đoạn đặc biệt chú ý.

•

Minh họa các thành phần mạng bằng đồ thị: các giao diện trực giác đặc trưng cung cấp một đồ thị hoặc bản đồ các trạng thái có thể xảy ra đối với các thành phần hạ tầng mạng IPTV end-to-end.

•

Quản lý các lỗi của server trung tâm: các server IPTV giữ vai trò chiến lược vô cùng quan trọng trong mạng truyền hình băng rộng. Khi các server bị down, nhiều thiết bị IPTVCD không có khả năng hoạt động chính xác dẫn đến kết quả là giảm doanh thu của nhà khai thác IPTV. Việc giám sát các server trong thời gian thực là yêu cầu giảm thời gian bị down. NMS hỗ trợ việc giám sát server bằng cách gửi các thông báo cảnh báo và các sự cố tới nhân viên kỹ thuật.

•

Quản lý cấu hình: NMS sẽ lưu trữ các mục thông tin cấu hình của mỗi thiết bị được kết nối vào mạng IPTV trong cơ sở dữ liệu. Các dạng thông tin này có thể là địa chỉ IP hay các phiên bản Middleware của mỗi thiết bị giải mã STB. NMS cho phép nhân viên kỹ thuật thay đổi các tham số trên.

•

Quản lý băng thông: IPTV là một ứng dụng tốn băng thông. Vì thế cần phải chú ý đặc biệt trong việc giám sát số lượng băng thông được sử dụng cho các ứng dụng. NMS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ giữ quyền điều khiển chặt chẽ việc sử dụng băng thông mạng và tối ưu hóa mạng của họ cho các ứng dụng trên nền IPTV. •

Ưu tiên hóa lưu lượng: IPTV là ứng dụng nhạy với độ trễ. Để cải thiện chất lượng dịch vụ được phân phối tới user đầu cuối, NMS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ ưu tiên hóa nội dung video trên các ứng dụng không nhạy với độ trễ như ứng dụng tìm kiểm trên Internet và lưu lượng các ứng dụng ngang hàng. Một số cải tiến của NMS cũng hỗ trợ việc ưu tiên hóa lưu lượng mạng trong khoảng thời gian nào đó trong ngày.

•

Quản lý các nhật ký mạng: đây là chức năng chịu trách nhiệm ghi và lưu trữ nhật ký của các sự kiện xuất hiện trong thời gian hoạt động của mạng IPTV. Thông tin nhật ký được lưu trữ giữa các NMS khác nhau, bao gồm:  Các chi tiết login và logout của các user IPTV. Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 55

 Các chi tiết thay đổi cầu hình của hệ thống và thiết bị IPTVCD.  Các chi tiết hoạt động của thiết bị mạng.

• Các thách thức cho những người quản lý hệ thống IPTV kết hợp với dữ liệu từ các NMS khác nhau để thu được một cái nhìn tổng thể chính xác về quá trình thực thi của mạng. Thêm nữa, những người quản lý cũng cần khả năng hỗ trợ các phần cứng khác chạy phần mềm NMS đóng gói tại trung tâm dữ liệu IPTV. Một hệ thống quản lý IPTV thường sử dụng giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP (Simple Network Management Protocl) để điều khiển và giám sát các thiết bị được kết nối vào mạng.Ngoài ra việc quản lý thiết bị bằng trình duyệt web cũng được sử dụng.

4.1.1.1. Sử dụng giao thức SNMP để quản lý mạng IPTV Giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP là phương thức mạnh mẽ để giảm sát và điều khiển các thiết bị trên cả mạng IP và non-IP. Nó là một cấu trúc để xác định các thông số cần quản lý của thiết bị. SNMP phiên bản gốc được triển khai vào năm 1988 cho các thiết bị trên mạng IP, từ đó nó đã được làm thích nghi với rất nhiều thiết bị và giao thức khác. Các công cụ thương mại khác đều sẵn sàng xây dựng các hệ thống SNMP. Tại cấp độ cơ bản nhất, SNMP là một giao thức truyền tin xác định cách thức thực thi của hệ thống, dữ liệu hoạt động và các lệnh được tập hợp từ các thiết bị này.

Hình 4.1 trình bày cách bố trí của hệ thống SNMP cơ bản.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 56

Hình 4.1: Hệ thống SNMP đơn giản Một trong những lợi ích lớn nhất của hệ thống SNMP là tập hợp dữ liệu và các chức năng hiển thị có thể được tự động hóa. Dữ liệu từ mỗi thiết bị có thể được tập hợp một cách định kỳ để phân tích mọi hoạt động có thể xảy ra. Ví dụ, SNMP thường được sử dụng để tập hợp dữ liệu thực thi mạng như số lượng gói bị mất và hiển thị nó cho Network manager. Hiện tượng nghẽn trên một liên kết vượt quá giới hạn, liên kết này có thể thay đổi màu sắc trên màn hình Management console và có thể bắt đầu nhấp nháy.

Nó sẽ báo hiệu cho Network manager điều tra nguyên nhân của việc tắc nghẽn và thực hiện một số hoạt động chính xác hơn, ví dụ như gửi đi nhân viên sửa chữa hoặc cấu hình lại mạng để gửi các gói theo một tuyến khác.

Hình 4.2 mô tả thông tin giữa server quản lý SNMP và các SNMP agent dựa trên một số lệnh. Một trong các lệnh là get và get next được nhận từ mạng IPTV, SNMP agent thực hiện lệnh được yêu cầu và gửi trả lại thông tin đã được yêu cầu. Thêm vào thông tin yêu cầu tập hợp và trả lời, phần mềm SNMP agent cũng chịu trách nhiệm gửi các cảnh báo ngoài các lệnh đặc biệt nhận từ SNMP manager. Các cánh báo sử dụng các trap, một SNMP agent có thể thông báo các sự kiện hoặc các lỗi xuất hiện tại các router, cho phép các nhà quản lý IPTV có thể quản lý các thiết bị mạng.

Hình 4.2: Liên kết hệ thống quản lý mạng IPTV 4.1.1.2. Quản lý thiết bị bằng trình duyệt web Quản lý thiết bị bằng trình duyệt web cho phép một thiết bị mạng vẫn được quản lý từ vị trí khác thông qua sử dụng chuẩn trình duyệt web. Thông tin về thiết bị được hiển thị trong cửa số chương trình tìm duyệt, và các sửa đổi cho hoạt động của Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 57

thiết bị hay cấu hình có thể được thiết lập thông qua các giao diện người dùng chuẩn.

Khả năng này của thiết bị chỉ có ở sản phẩm của một số nhà sản xuất.

Hầu hết các thiết bị mạng hiện đại đều chứa một bộ vi xử lý thực hiện một số nhiệm vụ khác nhau, ví dụ như điều khiển hoạt động thiết bị và truyền tin ra bên ngoài thông qua các giao tiếp. Thông tin này có thể chỉ đơn giản là bật sáng giao diện thiết bị, hoặc phứ tạp hơn là tự động quản lý cảnh báo và thông báo cho hệ thống. Một số thiết bị sử dụng các giao diện IP cho hoạt động chuẩn của nó, đầu tiên là chức năng web server. Đây là server cho phép truy cập web từ xa để thông tin với bộ xử lý của thiết bị cho một số chức năng. Một trong rất nhiều chức năng được thực thi trên web server là quản lý thiết bị.Hình 4.3 mô tả các chức năng làm việc cùng với nhau.

Trong hình 4.3, thiết bị phía bên tay phải là một thiết bị mạng, có thể là bộ mã hoá video MPEG với một kết nối IP, là một switch với port IP quản lý hoặc một số thiết bị khác. Phần mềm bên trong thiết bị thực hiện chức năng web server, giám sát port 80 từ phía tới của giao tiếp IP và xử lý các yêu cầu của giao thức HTTP. Các yêu cầu này có thể đến từ một số user khác nhau với các quyền truy cập khác nhau. Để đáp ứng các yêu cầu này, server sẽ cung cấp các trang web được thiết kế theo yêu cầu cho phép user xem thông tin quan trọng về thiết bị.

Hình 4.3: Cấu trúc quản lý dựa trên trình duyệt web Ví dụ trong hình 4.3, có ba lớp truy cập được cung cấp: nhân viên quản lý mạng, nhân viên bảo dưỡng và user đã được xác thực. Nhân viên quản lý mạng có toàn quyền Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 58

truy cập để theo dõi mọi mặt của thành phần mạng và có thể sửa đổi cấu hình của thiết bị. Nhân viên bảo dưỡng có thể quan sát tất cả các trạng thái và cấu hình của thiết bị nhưng không thể thay đổi cấu hình. User đã được xác thực có thể bị giới hạn về quyền quan sát các trạng thái của thiết bị và không được phép thay đổi cấu hình. Các lớp truy cập khác nhau thường được thực hiện chung trên phần mềm web server thông qua việc sử dụng username và password được truyền dẫn trên các kết nối đảm bảo (HTTPS).

Các trang web của thiết bị thường có một cách trình bày cố định nhưng có thể thay đổi nhanh chóng các trạng thái thông tin được chứa trong chúng. Thông tin này có thể hiển thị đầy đủ tất cả các thông số hoạt động của thiết bị. Dữ liệu cấu hình cũng có thể truy cập như dữ liệu địa chỉ mạng, các đặc tính của thiết bị được kích hoạt hoặc không được kích hoạt, các card hoạt động hiện tại hoặc đang ngừng, và danh sách các username và password được phép truy cập thiết bị.

Quản lý dựa trên trình duyệt web có lợi cho việc quản lý một mạng bao gồm nhiều thiết bị phân tán trên phạm vi rộng trong thực tế khi mạng chia sẻ phức tạp.

4.1.2.

Quản lý cài đặt

Do sự phức tạp và việc lựa chọn các sản phẩm có thể có trên mạng, việc cài đặt, quản lý các sự cố của dịch vụ và một số lý do trực tiếp của kết cuối dịch vụ có thể là thách thức đặc biệt và xử lý tốn kém cho các nhà khai thác mạng trên toàn cầu. Việc cài đặt mạng IPTV có thể bao gồm rất nhiều công việc khác nhau, trong phần này trình bày một số cài đặt chung như sau: • Phân phối địa chỉ: trong thực tế, các nguồn video được cố định các địa

chỉ IP, vì thế các thiết bị IPTVCD có thể xác định chúng. Việc phân phối địa chỉ IP được nói rõ hơn trong phần tiếp theo.

• Cài đặt nguồn video: đây là công việc thực hiện sớm nhất trong tiến trình

cài đặt vì thế các thiết bị có thể được kiểm tra với video thực khi chúng đã được cài đặt. Các nguồn multicast thường cần băng thông thấp hơn so với các nguồn unicast để gửi bản sao luồng video tới mỗi thiết bị người xem.

• Cài đặt các phần mềm client: hầu hết các phần mềm media player mất

phí đều tự cài đặt, và hầu hết các PC có khả năng cài bằng tay các chương trình này.

• Cái đặt các phần cứng client: khi các bộ giải mã IP-STB hoặc các thiết bị

client được cài đặt, một số nhà cung cấp dịch vụ quyết định đưa nhân viên kỹ thuật tới nhà khác hàng. Điều này cho phép các công việc kiểm tra mạng được thực hiện đầy đủ và các hỗ trợ khác được cài đặt chính xác.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 59

• Cấu hình multicast: nếu phương thức multicast được sử dụng trong

IPTV, một phần của tiến trình cài đặt phải kiểm tra lại tất cả các thiết bị mạng có khả năng tạo luồng multicast. Tiến trình này có thể yêu cầu phần mềm hoặc các chương trình nâng cấp phần cứng trong các thiết bị mạng, ví dụ như các router.

• Cấu hình hạ tầng hệ thống quản lý mạng: một cải tiến lớn của các mạng

IPTV trên nền IP đó là các mạng vật lý giống nhau có thể được sử dụng để gửi và nhận các lệnh quản lý mạng và truyền dẫn video, với điều kiện là đượccung cấp khả năng thông tin hai chiều (two-way).

• Quản lý việc di dời và lắp đặt lại thiết bị: mỗi lần các thiết bị được di

dờihoặc lắp đặt lại thì cần phải cấu hình lại hệ thống để đảm bảo không có cácthông báo lỗi về vị trí vật lý của thiết bị.

4.1.3.

Giám sát thực thi và kiểm tra mạng

Giám sát thực thi là quan sát quá trình vận hành của mạng để có được các hoạt động chính xác. Tất cả các loại vận hành đều có thể được giảm sát, từ việc đếm các lỗi trên một liên kết dữ liệu cho tới việc theo dõi số lượng người xem nội dung cùng một lúc. Nếu tiến trình thực thi không đạt được các yêu cầu đã quy định trước thì các cảnh báo sẽ được phát ra để phục vụ cho việc dự đoán các lỗi sớm nhất có thể. Thông thường, việc giám sát là trách nhiệm được thực hiện bởi nhiều thành phần. Đầu tiên các thiết bị sẽ thu thập số liệu về các hoạt động của chính bản thân mỗi thiết bị, và hệ thống quản lý tập trung sẽ biên dịch các dữ liệu này để phân tích định kỳ. Trong một số hệ thống, dữ liệu được lưu trữ trên mỗi thiết bị và chỉ được sử dụng khi nhân viên kỹ thuật hệ thống quyết định nhận nó. Sau đó, bộ xử lý tập trung sẽ phân tích dữ liệu liệu tới và thông báo cho nhân viên kỹ thuật khi thiết bị lỗi. Một số dạng dữ liệu được thu thập và phân tích bởi hệ thống giám sát thực thi như sau: • Lỗi bit: một số loại mạng bao gồm một byte kiểm tra tổng hoặc kiểm tra

chẵn lẻ sẽ chỉ ra các bit hoặc các gói tin đã bị thay đổi.

• Các cấp độ sóng mang quang OC: một số tín hiệu nhận được có thể được sử dụng để đo các cấp độ sóng mang quang tới.

• Các gói mất: trong trường hợp nghẽn mạng, một số thiết bị sẽ không gửi

được hết số gói, vì thế luồng tín hiệu sẽ bị mất các gói đó. Thông qua việc giám sát số lượng gói bị mất tại các vị trí khác nhau trong mạng, các nhà khai thác mạng sẽ xác định được dung lượng cần tăng lên, số lượng router cần xây dựng thêm cho dịch vụ hoặc các liên kết cần phải được bảo dưỡng.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 60

• Các trạng thái của thuê bao: tất cả các loại dữ liệu thu thập về thuê bao

được phân tích để xác định xem có vấn đề gì xảy ra với các kết nối từ phía thuê bao hay không, từ đó sớm phát cảnh bảo về các sự cố trên mạng.

• Các hoạt động đăng nhập của user: dữ liệu này có thể chỉ ra các user

đang gặp sự cố khi truy cập hệ thống hoặc user đã gian lận về quyền truy cập, ví dụ như có nhiều user giống nhau truy cập vào hệ thống tại nhiều vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm.

• Giám sát hệ thống bảo an: thông qua việc thu thập dữ liệu về quá trình

thực thi của hệ thống bảo an, các nhà khai thác có thể xác định các firewall đang làm việc chính xác, các nguồn tấn công mạng từ bên trong hoặc bên ngoài, cung cấp các cảnh bảo về virus. Thông tin này cũng có thể được sử dụng sau khi một lỗ thủng bảo an được xác định để tìm ra cách ngăn ngừa các sự cố bảo an trong tương lai.

Việc giám sát thực thi làm việc để ngăn ngừa các sự cố mạng do một vài thiết bị có hiện tượng giảm hiệu suất thực thi trước khi chúng ngừng hoạt động hoàn toàn. Vídụ, trong mạng quang, công suất phát của nguồn laser sẽ giảm dần trước khi mất hoàn toàn, vì thế việc giám sát sẽ cảnh báo cho nhân viên kỹ thuật thay thế thiết bị lỗi trước khi nó làm mạng ngừng hoạt động. Tương tự, một router có thể phát hiện ra luồng tín hiệu tới có tỷ lệ lỗi bit tăng, từ đó nó đánh dấu luồng tín hiệu đã có sự cố hoặc các kết nối dữ liệu đang giảm chất lượng.

Hệ thống trung tâm dữ liệu IPTV được tạo nên bởi nhiều thành phần phức tạp và ngày càng nhiều dịch vụ hơn, vì thế vấn các đề về mạng phải được phát hiện và giải quyết nhanh hơn. Để tăng tối đa thời gian chạy hệ thống và đảm bảo các dịch vụ được phân phối tới khách hàng với chất lượng cao nhất, thì vấn đề giám sát và kiểm tra cần được tiến hành trên cơ sở hạ tầng mạng. Việc giám sát chặt chẽ mạng IPTV sẽ có một số lợi ích sau: • Cho phép các nhà quản lý mạng nhận ra các kiểu lưu lượng mạng, từ đó cho biết sự đứt quãng hoặc sự giảm sút chất lượng hình ảnh sắp xảy ra. Việc phát hiện ra các vấn đề tiềm tàng làm giảm bớt khả năng xảy ra các đoạn đứt quãng lớn hoặc giảm sút đột ngột chất lượng video.

• Sửa chữa ngay lập tức sự đứt quãng mạng dù là nhỏ nhất.

• Mang đến cho nhóm kỹ thuật khả năng ước tính phạm vi sự cố mạng khi nó xuất hiện. Cấp độ nguy hiểm của sự cố sẽ ra lệnh cho các tài nguyên nào được sử dụng đề xác định vị trí sự cố. Ví dụ, nếu sự cố giảm sút nhẹ trong Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 61

chất lượng tín hiệu video thì chiến lược sửa chữa sự cố sẽ khác so với các lỗi của server VoD tại trung tâm dữ liệu IPTV. Để đảm bảo các user IPTV xem được chất lượng cao, có thể tiến hành một số kiểm tra các thành phần mạng IPTV như sau: • Thiết bị truy cập: thường tiến hành kiểm tra các thành phần phần cứng và

phần mềm đã được cài đặt gần nhất, để các user IPTV có thể được xem với chất lượng như mong đợi và tối ưu hóa việc phân phối các dịch vụ IPTV đa điểm và đơn điểm. Các nội dung tiến hành kiểm tra bao gồm:  Kiểm tra tốc độ dữ liệu di chuyển trong mạng thiết bị truy cập thuê bao.  Đánh giá các lỗi và các vấn đề thực thi xuất hiện do giao thức IP, các lớp đóng gói và vận chuyển video của mô hình thông tin IPTV. • Mạng lõi IP: thường tiến hành kiểm tra tất cả phần mềm và phần cứng

được sử dụng để phân phối các dịch vụ IPTV. Các thông số cấu hình mạng có thể luôn thay đổi, khi đó có ảnh hưởng tới các luồng IPTV được phân phối. Vì thế các nhà quản lý mạng phải tiến hành kiểm tra định kỳ các cấp độ thực thi luồng thông tin khi có sự thay đổi xuất hiện trên mạng. Các thay đổi có thể xuất phát từ việc mạng có thêm một switch hay có sự thay đổi firmware của các thiết bị.

• Thiết bị trung tâm dữ liệu IPTV: các thiết bị khác nhau được cài đặt tại

trung tâm dữ liệu IPTV cần được kiểm tra đầy đủ để đảm bảo nó có khả năng phân phối nhiều dịch vụ IPTV tới số lượng lớn thiết bị IPTVCD một cách chắc chắn và hiệu suất cao. Kế hoạch kiểm tra cũng cần thực hiện thường xuyên trên nội dung cung cấp bởi các nhà cung cấp nội dung để đảm bảo đạt được các cấp độ chất lượng với các thông số đã thỏa thuận.

• Thiết bị IPTVCD: kiểm tra các thiết bị IPTVCD để biết các thiết bị

IPTVCD nào được sử dụng để cung cấp cho user truy cập các dịch vụ. Các loại kiểm tra tiến hành trên thiết bị IPTVCD có thể thay đổi theo các kênh được yêu cầu bởi người xem, các kênh này được điều khiển từ xa, đó là các kênh thực tế nhận được để đảm bảo thời gian thay đổi kênh khi số lượng thuê bao kết nối tới các server IPTV lớn.

Thực hiện đầy đủ chương trình kiểm tra toàn diện giúp cho các nhà cung cấp dịch vụ có thể tối ưu hóa mạng phân phối nội dung IPTV của họ.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 62

4.1.4.

Quản lý dự phòng

Dịch vụ IPTV có các yêu cầu về độ khả dụng và độ tin cậy. Để ngăn ngừa các hiện tượng làm đứt quãng việc cung cấp dịch vụ thì các thiết bị mạng và thiết bị trung tâm dữ liệu IPTV cần được hỗ trợ việc thay thế nhanh chóng các thiết bị gặp sự cố. Thời gian cần thiết để thay thế sẽ chỉ là vài ms để đảm bảo sự cố đó không ảnh hưởng tới dịch vụ. Các cấp độ dự phòng của phần cứng và phần mềm đôi khi được các nhà cung cấp dùng để giảm thiểu ảnh hưởng của việc đứt quãng dịch vụ lên các thuê bao IPTV.

Hình 4.4: Thiết kế mạng hỗ trợ dự phòng Hình 4.4 miêu tả thiết kế mạng để hỗ trợ một cấp độ dự phòng được cải tiến tại trung tâm dữ liệu IPTV cũng như bản thân mạng. Mạng được miêu tả bao gồm một số đặc tính dự phòng sau: • Topology mạng ring đối xứng được sử dụng để truyền tải lưu lượng IPTV tại lõi mạng. Vì thế khi liên kết bị đứt tại bất kỳ chỗ nào trong mạng ring thì lưu lượng IPTV sẽ được định tuyến đi theo hướng ngược lại trong mạng ring.

• Các thành phần hạ tầng mạng được lắp đặt song song hai thiết bị. Trong ví dụ này, VoD server, server streaming multicast IPTV và bộ mã hóa đều có hai thiết bị.

• Router phân phối dự phòng cũng được lắp đặt để đảm bảo router sẵn sàng truyền tải nếu một trong hai thiết bị gặp sự cố.

• Mỗi bộ mã hóa có hai cổng ra.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 63

• Một số liên kết dự phòng cũng được sẵn sàng giữa router phân phối và các router biên phục vụ số lượng lớn user đầu cuối.

Các cấp độ dự phòng được xây dựng khi thiết kế mạng IPTV sẽ phụ thuộc vào loại dịch vụ IPTV được triển khai trên mạng. Ví dụ như việc phân phối nội dung chương trình trực tiếp phát quảng bá có yêu cầu về sự sẵn sàng thay thế vô cùng cao, trái lại dịch vụ VoD có mức yêu cầu rất thấp vì thuê bao có thể rewind lại đoạn bị mất khi mạng gặp sự cố. Độ tinh vi, cấp độ dự phòng và khả năng backup các tuyến thường là trách nhiệm của đội kỹ sư quản lý hạ tầng mạng.

Lịch bảo dưỡng các thành phần mạng khác nhau là một phương thức khác thường được sử dụng để tăng tối đa thời gian hoạt động của hạ tầng mạng. Các hệ thống bảo dưỡng tinh vi thường được các nhà cung cấp sử dụng để theo dõi các hoạt động bảo dưỡng hàng ngày và hàng tuần. Ngoài các hoạt động bảo dưỡng theo dõi, hệ thống này cũng duy trì các chi tiết dự phòng sẵn sàng cho phép các nhà quản lý mạng IPTV phân tích và lên kế hoạch bảo dưỡng trong tương lai.

4.1.5.

Quản lý không gian địa chỉ IP

Việc phân phối các địa chỉ IP sẽ luôn là vấn đề với các mạng được thiết kế để truyền tải dịch vụ. Ví dụ, trong môi trường triple-play nó có thể cấu hình các IP subnet khác nhau cho mỗi dịch vụ voice, truy cập Internet và IPTV. Nó cũng có khả năng thiết kế một lược đồ địa chỉ IP để hỗ trợ việc chia sẻ các thiết bị hạ tầng mạng như quản lý DSN, OSS và các DHCP server cho tất cả các dịch vụ. Một khi lược đồ địa chỉ IP được cấu hình trên các thiết bị được chia sẻ, thì nó có thể chia IP subnet hoặc pool địa chỉ cho các tài nguyên mạng để phân phối dịch vụ triple-play. Ví dụ, VoD server và IP-STB tại nhà thuê bao đều được cấu hình như là một phần của subnet dịch vụ IPTV. Việc phân phối địa chỉ IP trong mạng IPTV là trách nhiệm của DHCP server.

DHCP là chức năng được yêu cầu trong một số công ty mạng và các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP (Internet Service Provider). Với DHCP, một máy tính chỉ sử dụng duy nhất một địa chỉ IP để truy cập Internet. DHCP cũng có tác dụng khi ứng dụng trong mạng IPTV. Để sử dụng DHCP, mỗi thiết bị IPTVCD phải tìm DHCP server trong mạng bằng cách phát broadcast một yêu cầu tới tất cả các thiết bị. Khi DHCP server nhận được yêu cầu, nó sẽ chọn một địa chỉ IP đang sẵn sàng được sử dụng và gửi trở lại thiết bị IPTVCD đã yêu cầu.

DHCP cung cấp cho các nhà quản lý mạng IPTV một số thuận lợi sau:

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 64

• Bằng việc sử dụng DHCP, tất cả các chi tiết cấu hình cần thiết cho IPTVCD được bố trí trước mà không cần user có biết về các chi tiết đó không.

• Không cần phải cấu hình cho mỗi thiết bị một địa chỉ IP cố định.

• DHCP tập trung hóa việc quản lý địa chỉ IP. • Việc cài đặt DHCP server tự động phân phối các địa chỉ IP cho các thiết bị trên mạng IPTV thường không phức tạp.

• DHCP có thể định rõ một dãy địa chỉ IP sẵn sàng được dùng cho từng vùng riêng biệt.

• Có thể tích hợp DHCP và OSS để hỗ trợ việc cung cấp các dịch vụ IPTV mới.

4.1.6.

Xử lý các sự cố IPTV

Các sự cố gặp phải của thuê bao IPTV với các dịch vụ thường được thông báo bằng cách gọi tới bộ phận dịch vụ khách hàng. Nếu các sự cố xuất hiện trên mạng thì nó trở thành quan trọng nên họ phải giải quyết nó nhanh. Để hỗ trợ nhân viên kỹ thuật và nhà quản lý thì phải cần tới khả năng xác định và xử lý các sự cố. Việc xử lý sự cố mạng IPTV tương tự như xử lý sự cố các ứng dụng trên nền IP khác. Trước hết, sự cố cần được cô lập, và sẽ phụ thuộc vào bản chất và phạm vi của sự cố. Tiếp theo sẽ là sửa chữa sự cố, việc sữa chữa sự cố thường đạt được kết quả tốt bằng cách thay đổi cấu hình hoặc thay thế thành phần bị lỗi trên mạng. Hầu hết các lỗi trên các mạng IPTV rơi vào 5 vùng sau: Mạng: các lỗi có thể xuất hiện trong các thành phần khác nhau của mạng.

Nhân viên kỹ thuật IPTV thường sử dụng bộ “đánh hơi” (sniffer) để khảo sát dữ liệu đi qua mạng còn hoạt động. Bộ phân tích giao thức thường có một PC, một card mạng và một ứng dụng phân tích các sự cố trên mạng. Việc phân tích mạng trong thời gian thực giúp phát hiện và giải quyết các lỗi mạng và các sự cố nhanh hơn.

Các server backend: các phần mềm server đặc biệt thường được sử dụng để xử lý các sự cố xuất hiện trên server.

Thiết bị IPTVCD: độ tin cậy cao là điều được mong đợi từ các thiết bị IPTVCD như bộ giải mã STB và các thiết bị gateway. Vì thế các nhà cung cấp dịch vụ IPTV đã phát triển các hệ thống tinh vi để tập hợp các bản tin lỗi từ thiết bị IPTVCD và sử dụng thông tin đó để xử lý các sự cố có thể xuất hiện trên dịch vụ IPTV. Thông tin Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 65

này thường được lưu trữ trong các ứng dụng quản lý thiết bị trong nhà khách hàng, và sẽ được sử dụng bởi nhân viên kỹ thuật IPTV để nhận biết nguyên nhân chính của sự cố tác động tới dịch vụ cho các thuê bao riêng lẻ. Các sự cố thông thường bao gồm các vấn đề về bộ nhớ đệm, các trục trặc về phần cứng và lỗi phần mềm. Khi vùng sự cố đã được nhận biết giai đoạn tiếp theo là giải quyết sự cố, có thể bao gồm các hành động sau: • Thay đổi cấu hình đã cài cho thiết bị IPTVCD. • Thông báo qua điện thoại các sự cố xảy ra cho người sử dụng và cung cấp các lệnh để giải quyết sự cố. Cũng có thể sử dụng e-mail để bổ sung thông tin về các lệnh.

• Khi các sự cố không giải quyết được qua điện thoại thì nhân viên kỹ thuật bắt buộc phải tới nhà khách hàng.

• Và cuối cùng không giải quyết sự cố bằng các hành động trên ta đành phải thay thế thiết bị mới.

Chú ý việc xử lý sự cố nội bộ và việc tìm thấy và loại bỏ chúng thường hoàn thành theo từng đơn vị giao diện vật lý.

Mạng trong nhà khách hàng: các sự cố như đường đi dây trong nhà bị hỏng, cáp kém chất lượng, virus, cài đặt địa chỉ IP không đúng và driver không phù hợp tất cả đều có thể tác động tới dịch vụ IPTV. Hệ thống quản lý từ xa kết hợp với điện thoại hoặc e-mail hỗ trợ thường được sử dụng để xử lý các sự cố xuất hiện trên mạng trong nhà khách hàng.

Nhà cung cấp nội dung bên ngoài: việc tiếp nhận nội dung là những video được mã hóa kém chất lượng tạo nên các sự cố về truyền dẫn. Khi sự cố đã được nhận biết nhà cung cấp thứ 3 này cần được thông báo và xử lý sự cố. Để xử lý các sự cố riêng biệt, yếu tố chính là các tiến trình xử lý và các thủ tục của nhà cung cấp dịch vụ IPTV khi phát hiện sự cố và có phương án xử lý.

4.1.7.

Quản lý quyền nội dung số

Quản lý quyền nội dung số DRM (Digital Right Management) là một tập hợp các định nghĩa về các cơ chế được sử dụng để điều khiển truy cập nội dung thông qua việc mật mã hoặc các phương pháp khác. DRM luôn luôn là một yêu cầu để sử dụng trong việc cung cấp nội dung video thời gian gần đây trên hệ thống phân phối IPTV cũng như hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh. Các nhà sản xuất nội dung rất lo ngại trong việc cung cấp nội dung tới nhà phân phối không có hệ thống DRM hiệu Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 66

quả, do có khả năng nội dung có thể được sử dụng để tạo các bản copy khác sau đó bán lại một cách trái phép. Việc kiểm soát này cần mở rộng từ nhà phân phối tới các thiết bị mà người xem có thể xem lại nội dung, ví dụ như STB hoặc PC. Các chính sách DRM có thể rất chặt chẽ hoặc cũng có thể rất buông lỏng; quyền sở hữu nội dung xác định các chính sách để kiểm soát. Một khi các chính sách này được xác định, trách nhiệm của hệ thống DRM là làm cho các chính sách này có hiệu lực.

Trên hình 4.5 là mô hình khối đơn giản của một hệ thống DRM. Trong hệ thống DRM thực tế cho hệ thống VoD, quyền sở hữu nội dung có hai nhiệm vụ. Đầu tiên, nội dung phải được phân phối tới một server đảm bảo, ở đó nội dung có thể được truy cập dựa trên các yêu cầu của người xem. Thứ hai, các quy định cho người xem phải được định rõ. Ví dụ, người xem trả một giá chỉ có thể xem nội dung của một luồng, ngược lại thì có một số người có thể download nội dung và xem nó trong một khoảng thời gian nào đó. Hệ thống DRM làm các quy định có hiệu lực đối với quyền sở hữu nội dung, nó cần được cập nhật những người tham gia vào và rời khỏi hệ thống. Hệ thống DRM chịu trách nhiệm đảm bảo chắc chắn người xem đã trả tiền cho nội dung mà họ yêu cầu. Chú ý rằng, DRM cũng có thể được sử dụng cho nội dung miễn phí, để bảo vệ nội dung tránh việc sao chép và bán lại không được xác thực.

Hình 4.5: Mô hình khối hệ thống DRM đơn giản Người xem được xác thực cần được cung cấp các key để mở khoá nội dung.

DRM làm các chính sách về quyền user có hiệu lực thông qua việc kiểm soát truy cập các key này. Một chức năng khác của hệ thống DRM là cung cấp dữ liệu sử dụng cho việc tạo hoá đơn khách hàng. Trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu hoá đơn từ hệ thống DRM cần được nhập vào hệ thống tạo hoá đơn của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, phục vụ cho việc tạo hoá đơn hàng tháng cho mỗi thuê bao.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 67

4.1.8.

Quản lý chất lượng dịch vụ QoS

Chất lượng dịch vụ QoS là một điều khoản thường được sử dụng để diễn giải toàn bộ các thông số thích hợp của mạng cho từng thuê bao riêng biệt. Một số nhân tố có thể ảnh hưởng tới chất lượng QoS của mạng bao gồm độ trễ, jitter, băng thông, tỷ lệ mất gói và độ khả dụng của mạng. Trong môi trường IPTV, các nhân tố QoS quyết định chất lượng luồng nội dung được phân phối cho thuê bao. Vì thế các nhà quản lý mạng IPTV cần có những phương thức để kiểm soát các nhân tố trên. Trong phần này sẽ tìm hiểu về tính khả dụng của mạng, sau đó là các lớp của dịch vụ mà thực chất là đưa ra các dạng dữ liệu khác nhau của các cấp độ QoS. Và cuối cùng là một số mục thường có trong các cam kết cấp độ dịch vụ SLA cho các dịch vụ mạng.

4.1.8.1. Độ khả dụng của mạng Độ khả dụng của mạng là một đơn vị đo phần thời gian mạng sẵn sàng được sử dụng bởi khách hàng.

Một mạng được gọi là không khả dụng khi nó không thể sử dụng cho các lưu lượng khách hàng, do mạng mất các kết nối hoàn toàn hoặc tỷ lệ lỗi cao quá mức. Các kết nối mạng mất hoàn toàn xuất hiện khi các kết nối không có khả năng hoạt động, đó là khi cáp quang bị đứt hoặc mất nguồn tại một thiết bị nào đó. Một tỷ lệ lỗi cao quá mức thường được định nghĩa là tỷ lệ lỗi 10 3 , nghĩa là có một bit lỗi trong 1000 bit được phát đi, nó cũng có thể dẫn đến một lỗi trong mọi gói.

Trong thực tế, độ khả dụng của 3 thời gian mạng sẵn−mạng được đo bằng tỷ lệ phần trăm của tổng số 10 sàng được sử dụng trên tổng số thời gian đo đạc. Ví dụ, một nhà cung cấp cam kết tỷ lệ khả dụng của mạng là 99,99%, hay thời gian dịch vụ không khả dụng là 52 phút trong một năm. Tuy nhiên, xét cho cùng khoảng thời gian mạng không khả dụng có thể không được tính, vì thực chất thời gian đó không vi phạm cam kết cấp độ dịch vụ SLA. 4.1.8.2. Phân lớp dịch vụ Phân lớp dịch vụ được sử dụng để đưa ra các dạng dữ liệu của các lớp cấp độ dịch vụ khác nhau truy cập tài nguyên mạng. Các nhà quản trị mạng IPTV có thể ấn định các lớp dịch vụ khác nhau vào các loại ứng dụng khác nhau, tùy thuộc vào cấp độ thực thi cần thiết. Ví dụ, các bản tin cần để điều khiển hoặc bảo dưỡng mạng có cấp độ QoS rất cao, bởi vì nếu các gói tin này bị khóa, toàn bộ mạng có thể không ổn định hoặc thực thi lỗi. Tương tự, các gói dữ liệu chứa email có thể được ấn định là lớp dịch vụ thấp, do độ trễ trong truyền dẫn này thường thông ảnh hưởng tới giá trị của các bản tin email. Ở giữa hai cấp độ QoS trên là các lớp dịch vụ sử dụng cho các ứng dụng thời gian thực, ví dụ như truy vấn cơ sở dữ liệu, các cuộc gọi VoIP, luồng video và audio.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 68

Như chúng ta đã biết, trong môi trường IPTV sẽ có thứ tự các luồng video phân phối cho thuê bao, và dữ liệu video cần tới đích một cách mượt mà, liên tiếp. Trên mạng truyền dẫn có nhiều loại lưu lượng, do đó để đạt được mục đích trên một phương thức được sử dụng là ấn định phân lớp dịch vụ cho lưu lượng video. Khi đó, nó ra lệnh cho router hoặc thiết bị mạng khác đưa ra quyền ưu tiên cho các gói tin này.

Trên hình 3.6 trình bày ba hàng đợi quyền ưu tiên khác nhau; chúng ta sẽ gọi ba quyền ưu tiên lần lượt là cao, trung bình và thấp. Các hàng đợi này hoạt động như sau: các gói tin mới đi vào phía sau của hàng đợi và đợi cho đến khi chúng tiến lên phía đầu của hàng đợi trước khi được phát đi. Trong trường hợp này, tất cả hàng đợi đang đua tranh, nhưng chỉ có một đầu ra đơn, vì thế cần phải ấn định các quy luật hoạt động: Tại mỗi thời điểm đầu ra sẵn sàng được sử dụng, một gói tin được chọn từ một trong ba hàng. Nếu không có gói tin nào sẵn sàng trong các hàng thì gói tin rỗng (null) sẽ được gửi.

1.

Nếu một gói tin sẵn sàng trong hàng có quyền ưu tiên cao thì nó được gửi ngay lập tức.

2.

Nếu không có gói tin sẵn sàng trong hàng có quyển ưu tiên cao và một gói tin sẵn sàng nằm trong một trong hai hàng còn lại (không đồng thời trong hai hàng) thì gói tin đó sẽ được gửi.

3.

Nếu không có gói tin nào sẵn sàng trong hàng có quyền ưu tiên và các gói tin sẵn sàng đều nằm trong cả hai hàng còn lại, thì các gói tin đó sẽ được gửi theo tỷ lệ 3 gói tin hàng có quyền ưu tiên trung bình tới 1 gói trong hàng có quyền ưu tiên thấp.

4.

Qua ví dụ này chúng ta có thể thấy tại sao mạng có thể không gửi luồng video lớn hoặc các gói tin sử dụng hàng có quyền ưu tiên cao vì nó sẽ rất khó cho các gói tin khác muốn đi qua. Việc gửi video với quyền ưu tiên thấp cũng không thích hợp vì sẽ có các gói tin sẽ được hiển thị trong khi các gói khác đang được xử lý. Quyền ưu tiên trung bình có thể là lựa chọn cho video, và hầu hết lưu lượng nonvideo được tạo quyền ưu tiên thấp. Các gói tin có quyền ưu tiên thấp có thể trì hoãn, được gửi bởi các router khác nhau, trong trường hợp xấu nhất khi mạng bị nghẽn ở cấp độ cao nhất, bị xóa do không dược phân phối. Việc các gói tin bị xóa cũng có thể xuất hiện nếu router sử dụng “loại bỏ ngẫu nhiên” để giữ các hàng khi bị tràn.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 69

Hình 4.6: Ví dụ sử dụng ba hàng đợi có quyền ưu tiên Phân lớp dịch vụ có thể là các công cụ mạnh để đảm bảo lưu lượng video truyền qua mạng một cách mượt mà. Tuy nhiên, chúng không giải quyết được mọi chuyện, từ khi có dịch vụ video quyền ưu tiên cao có thể thực hiện trên các dữ liệu khác do đó chúng sử dụng giới hạn cho các mạng riêng. Xem xét tình thế khó xử nếu việc phân lớp dịch vụ được triển khai cho mọi người trên mạng Internet công cộng. Cái gì sẽ ngăn chặn mọi người ấn định luồng dữ liệu riêng của họ có quyềnưu tiên cao nhất? Với việc thận trọng trong việc sử dụng các chính sách hợp lý, phân lớp dịch vụ có thể giúp đảm bảo việc thoải mái cho người sử dụng video trên các mạng riêng.

4.1.8.3 Các cam kết cấp độ dịch vụ

Các cam kết cấp độ dịch vụ SLA (Service-Level Agreement) là hợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng về các chi tiết chất lượng dịch vụ được cung cấp.

SLA có thể bao gồm các đặc tính và chức năng của một số loại dịch vụ từ thoại cho tới VoD. SLA được đơn giản hoá bằng một bảng kê khai các cam kết, bảng kê khai này ghi rõ giá trị chi tiết các dịch vụ viễn thông phải đưa ra. Các dịch vụ trong bảng kê khai phải được đưa ra cho tất cả khách hàng. Bảng kê khai đôi khi còn bao gồm các cấp độ dịch vụ mà nhà cung cấp đưa ra. Một số định nghĩa trong bảng kê khai SLA như sau: • Độ khả dụng (%): tỷ lệ thời gian dịch vụ sẵn sàng để sử dụng, tỷ lệ này

trong SLA thường là 99% hoặc lớn hơn.

• Tỷ lệ phân phối gói (%): tỷ lệ gói được phân phối tới đích trên tổng số

gói gửi đi. Chú ý, tỷ lệ này có thể được đo trung bình hàng tháng và dựa trên dữ liệu mẫu, không dựa trên tổng số gói được gửi đi. Trong SLA tỷ lệ này là 99% hoặc lớn hơn.

• Tỷ lệ mất gói (%): ngược lại với tỷ lệ phân phối gói, đây là số gói bị mất

trên tổng số gói gửi đi. Trong SLA tỷ lệ này là 1% hoặc thấp hơn.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 70

• Độ trễ mạng (ms): đây là chỉ số tổng số thời gian trung bình các gói dữ

liệu bị giữ khi truyền qua mạng. Chú ý, chỉ số này có thể chỉ tính giữa các điểm mạng bên trong mạng của nhà cung cấp; và nó có thể không bao gồm thời gian cần thiết để dữ liệu đi vào hoặc rời khỏi mạng. Và cũng cần chú ýrằng, phép đo này có thể dựa trên các dữ liệu mẫu và tính trung bình hàng tuần hoặc hàng tháng.

• Độ trễ jitter (ms): đây là chỉ số không có khả năng xuất hiện trong hầu

hết các SLA. Đây là tham số chỉ thực sự quan trọng cho các ứng dụng tạo luồng video và VoIP. • Thời gian đáp ứng dịch vụ (giờ): đây là tổng số thời gian lớn nhất từ khi

sự cố mạng được thông báo cho tới khi nhà cung cấp đã sẵn sàng để bắt đầu sữa chữa sự cố. Thời gian này có thể thay đổi phụ thuộc vào thời điểm trong ngày và có thể bao gồm thời gian truyền dẫn từ phía nhà cung cấp tới vị trí của khách hàng. Đối với các dịch vụ video, các tỷ lệ mất gói là chủ yếu. Khi tỷ lệ mất gói khoảng 1%, video trở nên rất khó để phân phối một cách mượt mà. Độ trễ mạng cũng có thể cần được xem xét, nhưng nó thường xuất hiện trong video tương tác. Độ trễ jitter sẽ ảnh hưởng tới tất cả video và sẽ được kiểm soát một cách chặt chẽ.

4.2.

Các kỹ thuật phân phối mạng IPTV

Hiện nay IPTV được nhìn nhận như là con đường tốt nhất để phân phối các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số cho khách hàng. Bản chất của IPTV là một mạng phân phối tốc độ cao được làm nền móng để phân phối nội dung. Mục đích của mạng này là truyền tải dữ liệu giữa thiết bị khách hàng IPTVCD và trung tâm dữ liệu của các nhà cung cấp dịch vụ. Nó cần làm việc này mà không ảnh hưởng tới chất lượng của luồng video được phân phối tới thuê bao IPTV, nó cũng quyết định cấutrúc mạng và độ phức tạp được yêu cầu để hỗ trợ các dịch vụ IPTV. Cấu trúc một mạng IPTV gồm có hai phần là mạng truy cập băng rộng và mạng tập trung hay backbone. Các loại mạng mở rộng khác bao gồm các hệ thống cáp, điện thoại cáp đồng, mạng không dây và vệ tinh có thể được sử dụng để phân phối các dịch vụ mạng IPTV tiên tiến. Phần chính của chương này là tập trung diễn giải các công nghệ mạng phân phối IPTV. Ngoài ra chương này cũng phân tích các công nghệ mạng lõi cơ bản triển khai các dịch vụ IPTV. 4.2.1.

Các loại mạng truy cập băng rộng

Một thách thức cơ bản đặt ra đối với các nhà cung cấp dịch vụ là việc cung cấp đủ dung lượng băng thông trong mạng “sống” giữa mạng lõi backbone và thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao. Có một số định nghĩa được sử dụng để diễn giải về loại mạng này Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 71

như mạng mạch vòng (local loop), mạng “last mile”, mạng biên (edge). Nhưng trong tài liệu này xin sử dụng định nghĩa là mạng truy cập băng rộng. Có bốn loại mạng truy cập (có dây dẫn) băng rộng khác nhau có khả năng cung cấp đủ các yêu cầu về băng thông của dịch vụ IPTV là: • Mạng truy cập cáp quang • Mạng DSL • Mạng cáp truyền hình • Mạng Internet

Các nhà cung cấp khác nhau lựa chọn các hệ thống phân phối tùy thuộc vào điều kiện tài nguyên mạng và nhu cầu thực tế. Các phần sau đưa ra một cách tổng quát các loại mạng truy cập băng rộng được sử dụng trong hạ tầng mạng IPTV end-to-end.

4.2.2.

IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang

Đối với IPTV thì yêu cầu về băng thông lớn nhưng chi phí hoạt động phải thấp và tránh được các can nhiễu. Do đó, người ta quan tâm tới việc sử dụng mạng cáp quang đang có sẵn để triển khai các dịch vụ IPTV. Các liên kết cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối một kết nối chuyên dụng tốt nhất để thuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV. Các công nghệ về sản xuất sợi quang gần đây cho khả năng băng thông lớn hơn, từ đó có thể thực thi một trong các cấu trúc mạng sau: • Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber to the regional

office): sợi quang từ trung tâm dữ liệu IPTV tới khu vực văn phòng một cách gần nhất được lắp đặt bởi các công ty viễn thông hoặc công ty cáp. Sau đó sợi cáp đồng sẽ được sử dụng để truyền tín hiệu tới người dùng đầu cuối IPTV trong khu vực văn phòng đó.

• Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber to the neighborhood): như ta

đã biết sợi quang được tập trung tại các node, FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang từ trung tâm dữ liệu IPTV tới bộ chia “vùng lân cận”. Đây là vị trí node có khoảng cách nhỏ hơn 1,5 Km tính từ nhà thuê bao. Việc triển khai FTTN cho phép người dùng nhận một gói các dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao và video theo yêu cầu.

• Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber to the curd ): sợi quang được lắp

đặt từ trung tâm dữ liệu IPTV tới các tủ cáp được đặt tại lề đường. Từ đó một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồng trục được sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang trong tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV của nhà thuê bao.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 72

• Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber to the home): với sợi

quang tới nhà khách hàng, toàn bộ các định tuyến từ trung tâm dữ liệu IPTV tới nhà khách hàng đều được kết nối bởi sợi quang này. FTTH dựa trên mạng quang có khả năng phân phối dung lượng dữ liệu cao tới người sử dụng trong hệ thống. FTTH là hệ thống thông tin song kênh và hỗ trợ tính năng tương tác của các dịch vụ IPTV. Việc phân phối những cấu trúc mạng này thường được triển khai bằng hai loại mạng khác nhau một chút đó là mạng quang thụ động và mạng quang tích cực.

4.2.2.1. Mạng quang thụ động Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là công nghệ mạng kết nối điểm – đa điểm. Mạng sử dụng các bước sóng khác nhau để truyền dữ liệu từ trung tâm dữ liệu IPTV tới các điểm đích mà không có các thành phần điện. Mạng quang thụ động được xây dựng dựa trên các mạng FTTx theo các tiêu chuẩn quốc tế. Tiêu chuẩn G.983 của ITU là tiêu chuẩn đang được sử dụng hiện nay.

Mạng PON theo tiêu chuẩn G.983 bao gồm một kết cuối đường quang OLT (Optical Line Termination) được đặt tại trung tâm dữ liệu IPTV và một số các kết cuối mạng quang ONT (Optical Network Termination) được lắp đặt tại thiết bị đầu cuối người dùng. Trong trường hợp này, các kỹ thuật truyền tải dữ liệu tốc độ cao trên cáp đồng được sử dụng (ví dụ như DSL) để truyền các tín hiệu IPTV vào thiết bị đầu cuối của mỗi hộ gia đình.

Kết cuối đường quang OLT bao gồm cáp quang và các bộ chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tới các kết cuối mạng quang ONT. • Cáp quang: kết cuối OLT và các ONT khác nhau được kết nối với nhau

bằng cáp quang. Với truyền dẫn bằng cáp quang thì can nhiễu thấp và băng thông cao. Theo tiêu chuẩn G.983 cho phép mạng PON truyền các tín hiệu ánh sáng được số hóa với khoảng cách tối đa là 20 Km mà không sử dụng bộ khuếch đại.

• Bộ chia quang: Bộ chia quang được sử dụng để chia tín hiệu tới thành

những tín hiệu đơn lẻ mà không thay đổi trạng thái của tín hiệu, không biến đổi quang - điện hoặc điện – quang. Bộ chia quang cũng được sử dụng để kết hợp nhiều tín hiệu quang thành một tín hiệu quang đơn. Bộ chia quang cho phép 32 hộ gia đình chia sẻ băng thông của mạng FFTx.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 73

Cáp quang và bộ chia quang là các thiết bị thụ động, việc sử dụng các thiết bị thụ động để truyền dẫn các bước sóng qua mạng mà không cần cung cấp nguồn từ xa để giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng.

Mục đích chính của ONT là cung cấp cho các thuê bao IPTV một giao diện với mạng PON. Nó nhận luồng tín hiệu dạng ánh sáng, giám sát địa chỉ được gán trong các gói tin và chuyển đổi thành tín các tín hiệu điện. Kết cuối ONT có thế định vị ở bên trong hoặc bên ngoài nhà thuê bao, được cung cấp nguồn từ trong nhà và bao gồm các mạch vòng (bypass) cho phép điện thoại vẫn hoạt động bình thường khi nguồn bị hỏng.

Phần lớn các kết cuối ONT gồm có một giao diện Ethernet cho đường dữ liệu, một cổng RJ-11 cho kết nối vào hệ thống điện thoại gia đình và một giao diện cáp đồng trục để cung cấp các kết nối tới Tivi. Kết cuối ONT cũng làm nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu quang để truyền trên mạng PON. Hình 4.7 miêu tả cấu trúc mạng PON cơ bản được xây dựng để hỗ trợ phân phối các dịch vụ IPTV và Internet tốc độ cao cho sáu hộ gia đình khác nhau.

Như trên hình 4.7, một sợi quang đơn được kéo từ trung tâm dữ liệu IPTV tới một bộ chia quang, vị trí của bộ chia quang được đặt rất gần nhà thuê bao. Băng thông trên sợi quang được chia sẻ và có khả năng hỗ trợ dung lượng cao từ 622 Mbps tới vài Gbps.

Mạng PON trên hình 4.7 cũng mô tả 3 loại bước sóng truyền dẫn khác nhau.

Bước sóng đầu tiên được sử dụng để mang lưu lượng Internet tốc độ cao. Bước sóng thứ hai được chỉ định mang các dịch vụ IPTV và bước sóng thứ ba có thể được sử dụng để mang lưu lượng tương tác từ nhà thuê bao trở lại nhà cung cấp dịch vụ. Trên hình 4.7 cũng mô tả thiết bị ghép kênh theo bước sóng WDM, WDM được lắp đặt tại trung tâm dữ liệu IPTV và bên trong kết cuối OLT cho phép mạng PON hỗ trợ truyền dẫn nhiều kênh song song hoặc nhiều bước sóng trên một sợi quang. Như vậy, sẽ tạo một số kênh quang ảo trên một sợi quang đơn. Trong WDM, dung lượng của mạng được tăng lên bằng việc gán bước sóng bắt đầu từ nguồn quang đến các bước sóng riêng biệt trên phổ tần truyền dẫn quang.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 74

Hình 4.7: Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON Có 3 công nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hình vô tuyến truyền thống và IPTV. Chi tiết cụ thể của mỗi công nghệ được tìm hiểu trong các phần sau.

4.2.2.1.1.

BPON

Mạng quang thụ động băng rộng PON dựa trên tiêu chuẩn G.983 của ITU-T. Đây là topology mạng FTTx hỗ trợ các tốc độ dữ liệu lên đến 622 Mbps cho hướng xuống và 155 Mbps cho hướng lên. Như vậy, đây là phương thức truyền bất đối xứng, do luồng dữ liệu xuống trong truyền dẫn point-to-point là giữa OLT và ONT, ngược lại đường lên là từ ONT được sinh ra tại các khe thời gian để truyền dẫn dữ liệu.Việc gán các khe thời gian làm giảm bớt sự xung đột lưu lượng giữu các ONT trên mạng; tuy nhiên nó làm giảm toàn bộ tốc độ dữ liệu của kênh thông tin hướng lên. Lưu ý rằng BPON cũng có thể được cấu hình để hỗ trợ lưu lượng dữ liệu đối xứng.

BPON sử dụng chuyển mạch ATM như là giao thức vận chuyển. Các mạng dựa trên nền ATM hầu hết đều phân phối các ứng dụng dữ liệu, thoại và video ở tốc độ cao.

Chuyển mạch ATM chia tất cả thông tin truyền đi thành các block nhỏ gọi là các cell, vì thế nó là công nghệ có tốc độ rất cao. Các cell được cố dịnh kích thước, mỗi cell có 5 Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 75

byte header và trường thông tin chứa 48 byte dữ liệu. Trường thông tin của cell ATM mang nội dung IPTV, ngược lại header chứa thông tin thích hợp để thực hiện chức năng là giao thức ATM. ATM đã được phân loại như là giao thức định hướng kết nối, các kết nối giữa đầu thu và đầu phát đã được thiết lập trước để truyền dữ liệu video IP trên mạng. Khả năng giữ trước băng thông để cho các ứng dụng nhạy với độ trễ là một đặc tính khác của mạng ATM. Đây là đặc tính thường được sử dụng để phân phối các dịch vụ IPTV.Việc phân phối các kênh riêng biệt cho các dịch vụ khác nhau giúp loại bỏ được can nhiễu.

4.2.2.1.2.

EPON

Mạng quang thụ động EPON là mạng truy cập được phát triển bởi một nhóm gọi là EFM (Ethernet in the First Mile) của IEEE và được chấp nhận như là một chuẩn vào năm 2004. Như tên của nó, EPON là mạng PON sử dụng Ethernet làm cơ chế truyền dẫn. Các tốc độ hỗ trợ phụ thuộc vào khoảng cách giữa OLT và ONT. Lưu ý rằng các mạng EPON chỉ hỗ trợ lưu lượng mạng Ethernet.

4.2.2.1.3.

GPON

Mạng quang thụ động GPON là hệ thống truy cập dựa trên tiêu chuẩn G.984 của ITU-T. GPON về cơ bản là nâng cấp cho BPON, GPON hỗ trợ cho các tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn, cụ thể là 2,5 Gbits hướng xuống và 1,5 Gbits hướng lên, đây là các tốc độ đạt được cho khoảng cách lên tới 20 km. Ngoài ra GPON còn hỗ trợ các giao thức như Ethernet, ATM và SONET, và các đặc tính bảo an được cải tiến.

GPON cung cấp các hỗ trợ đa giao thức cho phép các nhà khai thác mạng tiếp tục cung cấp cho khách hàng các dịch vụ viễn thông truyền thống, trong khi cũng dễ dàng giới thiệu các dịch vụ mới như IPTV vào hạ tầng mạng của họ. Bảng 4.1 tóm tắt đặc tính của các công nghệ mạng PON được sử dụng để truyền tải tín hiệu IPTV. Với sự quan tâm phát triển công nghệ mạng PON trong tương lai thành mạng truy cập dịch vụ đầy đủ, IEEE tiếp tục phát triển mạng PON thế hệ tiếp theo. Tại thời điểm này, đã bắt đầu có hai công nghệ mạng PON mới đó là WDM-PON và 10G-PON. Bảng 4.1 So sánh các công nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON

Công nghệ mạng BPON

Tiêu chuẩn ITU-T G.983

GPON

G.984

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tốc độ dữ liệu Up: 155 Mbps Down: 622 Mbps Up: 1,5 Gbps

Giao thức truyền dẫn Chủ yếu là ATM và IP trên Ethernet cũng được sử dụng Ethernet và SONET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 76

EPON

P802.3ah

Down: 2,5 Gbps Up: 1,25 Gbps Down: 1,25 Gbps

Gigabit Ethernet

4.2.2.2. Mạng quang tích cực Mạng quang tích cực AON (Active optical network) sử dụng các thành phần điện giữa trung tâm dữ liệu IPTV và đầu cuối người dùng. Trong thực tế, cấu trúc mạng AON sử dụng các chuyển mạch Ethernet đặt tại vị trí giữa trung tâm dữ liệu IPTV và điểm kết cuối của mạng cáp quang.

4.2.3.

IPTV phân phối trên mạng ADSL

Trong một vài năm gần đây có một số lớn các công ty điện thoại trên khắp thế giới tuyên bố tham gia vào thị trường IPTV. Sự tham gia của các công ty viễn thông vào thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đến kết quả là các nhà cung cấp truyền hình cáp và mạng băng rộng không dây đưa ra các dịch vụ thoại và truy cập Internet để cạnh tranh. Đáp lại, các công ty viễn thông đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầng mạng DSL bắt đầu đưa ra các dịch vụ truyền hình thế hệ tiếp theo cho thuê bao của họ. Chú ý rằng DSL là công nghệ cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông lớn trên sợi dây cáp đồng đang dùng chỉ để truyền thoại. Nó làm biến đổi hạ tầng mạng cáp điện thoại đang tồn tại giữa tổng đài nội hạt và điện thoại nhà khách hàng thành đường dây số tốc độ cao. Đây là khả năng cho phép các công ty điện thoại sử dụng mạng đang có của họ để cung cấp các dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho thuê bao.

Băng thông là một vấn đề quan trọng trong việc phân phối các dịch vụ IPTV thế hệ mới. Một số mạng băng rộng dựa trên DSL hiện có được kế thừa từ các chuẩn DSL,nó không chỉ đơn giản là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ video tốc độ cao. Hầu hết các mạng đó bị hạn chế trong việc phân phối luồng dữ liệu IP tới mỗi hộ gia đình. Trong một số trường hợp nó không thể gửi tín hiểu truyền hình chất lượng chuẩn trên mạng truy cập DSL. Việc tăng quá trình thực thi được yêu cầu cho IPTV có thể đạt được bằng cách triển khai các công nghệ DSL như ADSL, ADSL2+ và VDSL. Tổng quan về các công nghệ và cách thức hoạt động được tìm hiểu trong các phần sau.

4.2.3.1. ADSL Đường dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên các mạng viễn thông thế giới. ADSL là công nghệ kết nối điểm – điểm, nó cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông rộng trên đường dây cáp đồng điện thoại đang tồn tại. Nó được gọi là “bất đối xứng” vì thông tin được truyền từ trung tâm dữ liệu tới thiết bị IPTVCD nhanh hơn thông tin được truyền từ IPTVCD tới trung tâm dữ liệu. Cũng vì thế đặc tính kết nối Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 77

điểm – điểm của ADSL loại trừ được các biến đổi về băng thông của môi trường mạng chia sẻ.

Bằng việc sử dụng các kỹ thuật đặc trưng, ADSL cho phép tốc độ downstream là 8 Mbps và tốc độ upstream là 1,5 Mbps. Bởi vậy, một kết nối ADSL chỉ đủ cho đồng thời hai kênh truyền hình quảng bá theo chuẩn MPEG-2 và một kết nối Internet tốc độ cao. Điểm trở ngại chính của ADSL là phụ thuộc vào khoảng cách tính từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp tới nhà khách hàng. Nếu nhà khách hàng ở gần trung tâm dữ liệu thì chất lượng dịch vụ tốt hơn những nhà ở xa. Dịch vụ ADSL giới hạn khoảng cách trên là 18.000 ft hay 5,5 Km. Các thiết bị ADSL cung cấp một kết nối kỹ thuật số trên mạng PSTN, tuy nhiên tín hiệu truyền là tín hiệu tương tự. Các mạch ADSL phải sử dụng tín hiệu tương tự vì mạng mạch vòng nội hạt (local loop) không có khả năng truyền các tín hiệu mã hóa dạng số. Vì thế, một modem tại trung tâm dữ liệu IPTV chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu số thành các tín hiệu tương tự để có thể truyền được. Tương tự, tại nhà khách hàng cũng có một modem chịu trách nhiệm chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ban đầu trước khi đi vào thiết bị IPTVCD. Các thiết bị được sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trên mạng ADSL như trên hình 4.8 bao gồm: • Modem ADSL: tại nhà thuê bao có một bộ thu phát ADSL hoặc modem.

Modem thường kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đình hoặc PC tới đường line DSL. Đa số modem hiện này đều được tích hợp chức năng định tuyến để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu và truy cập Internet tốc độ cao • Bộ lọc POTS: người dùng được kết nối với Internet bằng kết nối băng

thông rộng ADSL sẽ sử dụng một thiết bị gọi là bộ lọc POTS để lọc tín hiệu dữ liệu từ các tín hiệu thoại. Bộ lọc sẽ lọc tín hiệu tới thành tín hiệu tần số thấp đưa tới điện thoại và tần số cao đưa tới mạng gia đình.

• DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): bộ gép kênh truy

cập đường dây thuê bao số. Tại mỗi tổng đài khu vực (Regional Office) của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, DSLAM nhận các kết nối của thuê bao trên đườngdây cáp đồng, tập hợp chúng lại và kết nối trở lại trung tâm dữ liệu IPTV bằng cáp quang tốc độ cao dựa trên mạng đường trục. Để triển khai IPTV, DSLAM thường hỗ trợ truyền dẫn đa điểm (multicast) vì thế không cần phải tái tạo lại các kênh cho từng yêu cầu từ một người xem IPTV. DSLAM chịu trách nhiệm trong việc phân phối nội dung IPTV từ tổng đài Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 78

khu vực tới các thuê bao IPTV. DSLAM có hai loại là DSLAM lớp 2 và DSLAM nhận biết IP.

Hình 4.8: IPTV trên cấu trúc mạng ADSL o DSLAM lớp 2: hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI và thực hiện các

chức năng như chuyển mạch lưu lượng giữa Ethernet và ATM, chuyển tiếp các lưu lượng mạng ngược dòng (up-stream) và ngăn ngừa can nhiễu giữa các thêu bao IPTV. Việc chuyển mạch giữa các mạch ảo ATM và các gói Ethernet ngược dòng được dễ dàng bằng cách sử dụng cơ chế bắc cầu. o DSLAM nhận biết IP: hỗ trợ các giao thức IP hoạt động tại lớp 3 trong

mô hình OSI. Các chức năng tiên tiến được tích hợp trong các DSLAM nhận biết IP là tái tạo các kênh truyền hình quảng bá và kênh thực hiện theo lệnh.

Công nghệ ADSL là một ý tưởng cho các dịch vụ tương tác khác nhau, tuy nhiên, đó không phải là giải pháp tốt nhất để phân phối nội dung IPTV do các nguyên nhân sau:

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 79

• Tốc độ dữ liệu: tốc độ tối đa của ADSL là 8 Mbps chỉ hỗ trợ sử dụng tốt

cho hai kênh truyền hình chất lượng cao và một số lưu lượng Internet, tuy nhiên,nó sẽ không thể đáp ứng được cho các nhà cung cấp IPTV khi phân phối các chương trình lớn tới thuê bao của họ.

• Tính tương tác: vì công nghệ ADSL tốc độ download thấp hơn tốc độ

upload, do vậy nó sẽ hạn chế trong việc cung cấp các dịch vụ ngang hàng(peer-to- peer) yêu cầu băng thông download và upload bằng nhau.

Cũng vì thế, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã bắt đầu triển khai các công nghệADSL tiên tiến để khắc phục các hạn chế, và ADSL2 là một trong các công nghệ đó.

4.2.3.2. ADSL2 Các chuẩn của họ ADSL2 được đưa ra để đáp ứng các yêu cầu về băng thông, hỗ trợ cho các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn như IPTV. Có 3 loại khác nhau của họ ADSL2: • ADSL2: ADSL2 là phiên bản đầu tiên của ADSL2 được phê chuẩn bởi

ITU vào năm 2003. ADSL2 bao gồm một số cải tiến so với chuẩn ADSL gốc là đặt tên khác, các tốc độ download cao hơn và khoảng cách từ tổng đài trung tâm tới modem của thuê bao xa hơn.

• ADSL2+: ADSL2+ được chuẩn hóa sau ADSL2. Đây là chuẩn xây dựng

trên ADSL2 và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra các tốc độ lên tới 20 Mbps và hoạt động tốt trong khoảng 1,5 Km tính từ tổng đài trung tâm tới modem nhà thuê bao.

• ADSL(Reach): công nghệ phát triển ADSL2 để vượt lên khoảng cách 1,5

Km tính từ tổng đài trung tâm tới nhà thuê bao được gọi là ADSL mở rộng hay viết tắt là RE-ADSL2 (ADSL- Reach). RE-ADSL2 đã được chuẩn hóa năm 2003 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tăng khoảng cách lên tới 6 Km tính từ tổng đài trung tâm gần nhất tới nhà thuê bao. Nó là công nghệ tốt nhất thực thi được trong giới hạn về khoảng cách và tốc độ trên các sợi cáp đồng.

4.2.3.3. VDSL Đường dây thuê bao số tốc độ cao VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) dựa trên những nguyên lý cơ bản như công nghệ ADSL2+. Nó là công nghệ DSL mới nhất và phức tạp nhất tại thời điểm này, và nó đã được phát triển để khắc phục các khuyết điểm của các phiên bản công nghệ truy cập ADSL trước đây. Nó loại trừ được Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 80

hiện tượng “thắt cổ trai” và hỗ trợ khả năng tốc độ rất lớn cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đủ điều kiện để đưa ra cho các thuê bao IPTV rất nhiều dịch vụ để lựa chọn bao gồm cả VoD và truyền hình quảng bá định dạng HD. VDSL cũng được thiết kế để hỗ trợ các truyền dẫn của chuyển mạch ATM và lưu lượng IP trên cáp đồng, điều đó rất có lợi cho các nhà cung cấp khi họ muốn kế thừa các mạng ATM trên hạ tầng mạng IP. Một số thành viên trong họ gia đình VDSL như sau: • VDSL1: đây là công nghệ được thông qua năm 2004. Nó hoạt động tại

tốc độ giới hạn cao hơn 55 Mbps cho kênh hướng xuống và 15 Mbps cho hướng lên. Tuy nhiên nó chỉ hoạt động được trong khoảng cách ngắn.

• VDSL2: là một cải tiến từ VDSL1 và được định nghĩa trong kiến nghị

G.993.2 của ITU-T. Nó có thể được chia nhỏ thành VDSL2 (Long Reach) và VDSL2 (Short Reach).

• VDSL2 (Long Reach): do thực tế DSL phụ thuộc vào chiều dài của vòng

nội hạt (local loop), một phiên bản VDSL được tạo ra để phân phối các dịch vụ IPTV cho số lượng lớn khách hàng, trong khi vẫn được hưởng khả năng truy cập băng rộng tốc độ cao. VDSL với các cải tiến về khoảng cách có thể cung cấp cho các thuê bao IPTV tốc độ truy cập băng rộng là 30 Mbps cách tổng đài trung tâm từ 1,2 – 1,5 km.

• VDSL2 (Short Reach): dựa trên điều chế DMT, công nghệ này sử dụng

4096 tone, chia ra thành các băng tần 4 KHz và 8 KHz. Chuẩn VDSL2 sử dụng kỹ thuật ghép kênh cho phép nó hoạt động ở tốc độ cao gấp 12 lần so với chuẩn ADSL, tốc độ đó là 100 Mbps cho kênh hướng xuống trong khoảng cách 350 m. Mặc dù tốc độ kênh hướng lên không đạt được 100 Mbps, nhưng các tốc độ đó đã vượt trội hơn so với các tốc độ kênh hướng lên của ADSL2+. Các cấp độ thực thi đạt được với giả thiết là không có can nhiễu trên sợi cáp đồng và chất lượng của cáp là tốt nhất. Khả năng để cung cấp cho thuê bao IPTV tốc độ 100 Mbps để truy cập dịch vụ cho phép các nhà khai thác bắt đầu đưa ra các dịch vụ tương tác tiên tiến khác cho khách hàng của họ.

Các đặc tính mới của VDSL2 như cải thiện chất lượng dịch vụ QoS và cải tiến kỹ thuật mã hóa tất cả đều thích hợp để phân phối các ứng dụng triple-play. Lợi ích quyết định giúp củng cố vị trí vững chắc của VDSL trong công nghệ DSL là tính tương thích ngược và khả năng phối hợp với các phiên bản trước của mạng ADSL. Điều này cho phép các nhà cung cấp IPTV giải quyết ổn thỏa và có hiệu quả trong việc phát triển các mạng thế hệ mới dựa trên nền VDSL. Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 81

Có hai phương thức chính được các nhà cung cấp dịch vụ IPTV sử dụng để tích hợp VDSL2 vào hạ tầng mạng đang có của họ. Phương thức thứ nhất là thêm các thiết bị VDSL2 mới tại các tổng đài khu vực và cho phép DSLAM chạy song song với hệ thống DSLAM ADSL đang có. Phương thức thứ hai là đặt thiết bị VDSL2 gần thuê bao IPTV. Bảng 4.2 so sánh đặc tính của các công nghệ DSL được sử dụng để truyền tải tín hiệu IPTV. Điểm tích cực chính của DSL cho các hệ thống IPTV trong thực tế là nó lợi dụng mạng dây dẫn đang tồn tại trên thế giới hiện nay. Điểm tiêu cực là tất cả các mạng DSL đều phải cân bằng giữa khoảng cách và dung lượng băng thông, tức là tốc độ của DSL sẽ giảm nếu khoảng cách từ thuê bao tới tổng đài trung tâm tăng lên.

4.2.4.

IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp

Các mạng truyền hình cáp truyền thống CATV (Cable Television) đã có được sự vượt trội trong việc phân phối hàng trăm kênh truyền hình đồng thời tới hàng ngàn user.

Mỗi user có thể chọn một kênh bất kỳ trong hàng trăm kênh chỉ đơn giản bằng cách dò Tivi hoặc thông qua bộ giải mã STB. Các hệ thống này dễ dàng thêm các thuê bao mới bằng cách tách và khuếch đại tín hiệu. Trong quá khứ, tính tương tác đã bị giới hạn hoặc không được sử dụng tại tất cả các hệ thống, tất cả nội dung chỉ gửi trực tiếp tới người xem.

Bảng 4.2 So sánh các công nghệ DSL Công nghệ DSL ADSL

Downtream

Upstream

8

1

Khoảng cách lớn nhất (km) 5,5 km

ADSL2

12

1

5,5 km

ADSL2+

25

1

6 km

ADSL-Reach

25

1

6 km

VDSL1

55

15

Vài trăm mét

VDSL2(Long Reach)

30

30

1,2 – 1,5 km

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Các dịch vụ được hỗ trợ Một kênh video SD nén MPEG-2, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Hai kênh video SD nén MPEG-2, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Năm kênh video SD MPEG-2 hoặc MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Năm kênh video SD MPEG-2 hoặc hai kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Mười hai kênh video SD MPEG-2 hoặc năm kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Bảy kênh video SD MPEG-2 hoặc ba kênh HD MPEG-4, truy cập

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 82

VDSL2(Short Reach)

100

100

350 m

Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Mười hai kênh video SD MPEG-2 hoặc mười kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

Ngày nay các nhà khai thác CATV đã bắt đầu tìm kiếm các hệ thống phân phối video với nhiều cải tiến, điều đó cho phép họ đưa ra dịch vụ triple-play video, voice và dịch vụ dữ liệu. Công nghệ IP là công nghệ nền tảng cho việc hội tụ các dịch vụ khác.

Các nhà khai thác truyền hình cáp đã có những đầu tư quan trọng để nâng cấp mạng của họ, hỗ trợ cho việc triển khai các dịch vụ tiên tiến IPTV. Để hiểu việc phân phối nội dung IPTV trên mạng truyền hình cáp về mặt công nghệ trong vấn đề này, trước tiên ta cần có các khái niệm cơ bản về mạng hỗn hợp HFC. 4.2.4.1. Tổng quan về kỹ thuật HFC Nếu mạng truyền hình cáp có thể sử dụng trên các vùng đặc thù thì khách hàng có thể truy cập IPTV từ mạng dựa trên kỹ thuật cáp quang, cáp đồng trục hỗn hợp HFC (hybrid fiber/coax). Kỹ thuật HFC nói đến một số cấu hình mạng hỗn hợp của cáp quang và cáp đồng trục được sử dụng để phân phối lại các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số. Các mạng xây dựng dựa trên kỹ thuật HFC có một số đặc tính thuận lợi chuyển giao cho các dịch vụ thế hệ mới như sau: • Mạng HFC có khả năng truyền dẫn đồng thời cả tín hiệu số và tín hiệu

tương tự. Đây là đặc tính rất quan trọng cho các nhà khai thác mạng.

• Mạng HFC có thể chung hòa giữa việc tăng dung lượng và các yêu cầu

tin cậy của một hệ thống IPTV. Đặc điểm tăng được dung lượng của hệ thống HFCcho phép các nhà khai thác mạng triển khai thêm các dịch vụ mà không cần phải thay đổi toàn bộ cấu trúc mạng.

• Đặc tính vật lý của cáp đồng trục và cáp quang hỗ trợ mạng hoạt động ở

tốc độ vài Gbps.

Như trên hình 4.9 ta thấy cấu trúc của mạng HFC gồm có đường trục chính là cáp quang kết nối theo các node quang tới mạng cáp đồng trục. Node quang hoạt động như một giao tiếp, nó kết nối các tín hiệu upstream và downstream đi ngang qua mạng cáp quang và cáp đồng trục. Phần mạng cáp đồng trục của mạng HFC sử dụng topology cây-phân nhánh, các thuê bao truyền hình kết nối tới mạng HFC theo một thiết bị đặc biệt gọi là bộ chia cáp Tap. Tín hiệu truyền hình số được phát từ trung tâm dữ liệu tới

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 83

các node quang. Node quang phân phối tín hiệu thông qua cáp đồng trục, bộ khếch đại và bộ chia cáp Tap tới khách hàng.

4.2.4.2. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp Những cuộc thảo luận trong lĩnh vực công nghiệp truyền hình cáp về vấn đề truyền tải lưu lượng qua một mạng dựa trên nền IP đã và đang tiếp tực diễn ra. Do sự cạnh tranh về thị trường kinh doanh truyền hình thu phí từ các nhà cung cấp viễn thông và những hiệu quả lớn về băng thông khi sử dụng kỹ thuật phân phối IP, dẫn tới các nhà khai thác mạng truyền hình cáp phải hướng tới sử dụng mô hình mạng IP để phân phối nội dung tới người dùng. Việc chuyển một mạng dựa trên tần số vô tuyến RF(Radio Frequency) sang mạng chuyển mạch video số SDV (Switched Digital Video) trên nền IP, dù bằng cách nào thì vẫn cần phải lắp đặt một số thiết bị mới từ các router tới bộ giải mã IP STB (Set-top box) và các switch tốc độ cao. Một số ưu thế của việc triển khai sang mạng chuyển mạch SDV:

Hình 4.9: Mạng HFC end-to-end • Một số lượng lớn băng thông của mạng sẽ được dự trữ bởi vì nhà khai

thác chỉ nhận được yêu cầu phát một kênh truyền hình đơn lẻ tới bộ giải mã Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 84

STB. Đây rõ ràng là sự trái ngược với các hệ thống cũ mà ở đó tất cả các kênh đều được phát quảng bá trên mạng và các kênh không sử dụng vẫn chiếm giữ băng thông.

• Băng thông dư thừa cho phép các nhà khai thác mạng cáp truyền hình có

thể phân phối các dịch vụ và nội dung IPTV tới thuê bao của họ.

• Những nhà khai thác mạng cáp truyền hình có thể đo đạc và giám sát một

cách chính xác nội dung đã xem của mỗi thuê bao. Đây là một đặc tính quan trọng cho các nhà khai thác muốn tạo thêm doach thu bằng quảng cáo.

Hình 4.10 mô tả một cấu trúc mạng IPTV cáp được tạo thành từ sự kết hợp các thiết bị của công nghệ RF và công nghệ IP. Một số thiết bị phần cứng được mô tả trên hình 4.10 bao gồm: • Switch hay Router GigE: GiE (Gigabit Ethernet) nổi lên như là một giao

thức vận chuyển được lựa chọn để kết nối các thành phần mạng IP. GigE thường được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi dung lượng cao, ví dụ như VoD. Router GigE tập hợp lưu lượng IPTV và cung cấp các kết nối tới mạng truy cập lõi.

• Mạng truyền dẫn quang: mạng lõi cung cấp con đường mạng giữa video

server trong trung tâm nội dung và các bộ điều chế tại các biên của mạng.

Mạng lõi có thể là mạng quang đồng bộ SONET, mạng ATM và mạng ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM. • Bộ điều chế biên: các bộ điều chế được đặt tại các tổng đài khu vực nhận

nội dung IPTV từ mạng lõi, chuyển đổi nội dung từ các gói IP sang RF và phân phối trên mạng HFC tới bộ giải mã STB. Trên đây chỉ là một ví dụ về triển khai IPTV cáp quy mô lớn và sử dụng cấu trúc theo bậc thông qua việc thiết lập các trung tâm dữ liệu phân phối theo vùng. Trong mô hình trên tất cả nội dung đều được điều chế thành các sóng mang RF và được biên dịch thành RF băng rộng ngõ ra, thường nằm trong dải từ 50 cho tới 860 MHz. Một số hệ thống hoạt động với tần số lên tới 1 GHz, với các tần số cao thường được dành riêng cho các dịch vụ thoại và dữ liệu. Từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp, một đường trung kế lớn được sử dụng để phân phối tín hiệu băng rộng tới các Hub phân phối. Từ Hub phân phối, tín hiệu băng thông rộng được gửi tới mạng truyền dẫn quang, thông qua mạng HFC, các tín hiệu băng rộng được gửi tới các bộ STB trong nhà khách hàng.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 85

Hình 4.10: Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF 4.2.5.

IPTV phân phối trên mạng Internet

Từ lúc truyền hình được phát minh, một số công nghệ đã được phát triển để phân phối tín hiệu truyền hình tới khách hàng trên toàn thế giới. Một số mạng cơ bản là vô tuyến, ADSL, cáp quang và mạng truyền hình cáp. Trong thời gian gần đây nhất có một mạng cũng cho phép khách hàng xem truyền hình quảng bá và nội dung video theo yêu cầu, đó là mạng Internet.

Lợi dụng tốc độ băng thông rộng kết hợp với các tiến bộ trong trong kỹ thuật nén dữ liệu và có nhiều chương trình để lựa chọn hơn, đó là một số lý do tại sao số lượng khách hàng đã sử dụng Internet để giải trí tăng lên. IPTV triển khai trên mạng Internet có thể là một trong các dạng ứng dụng sau.

4.2.5.1. Các kênh truyền hình Internet streaming Việc phân phối các kênh truyền hình trên Internet là một ứng dụng rộng rãi của IPTV, bao gồm nội dung video được streaming từ một server tới các thiết bị client có khả năng xử lý và hiện thị nội dung video. Các loại thiết bị được sử dụng để xem các kênh truyền hình Internet thường là PC hoặc PC trung tâm đa phương tiện. Các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể đưa vào điện thoại di động hoặc bộ giải mã STB. Nội dung các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể được phân phối theo thời gian thực và người xem có thể xem lại theo cách xem truyền thống. Quá trình kỹ thuật streaming kênh truyền hình Internet thường bắt đầu tại server streaming, Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 86

tại đó nội dung video được đóng vào trong các gói IP, nén lại và phát quamạng Internet tới PC client. PC có các phần mềm, thường là một chương trình tìm duyệt (browser), giải nén nội dung video và phát ra video còn “sống”. Khoảng thời gian từ lúc chọn kênh truyền hình tới lúc xem được thường ngắn và phụ thuộc tốc độ kết nối có thể có giữa server và client. Mô hình cấu trúc mạng được sử dụng để phân phối kênh truyền hình trên Internet như trên hình 4.11.

Việc triển khai tất cả các kênh truyền hình Internet sẽ yêu cầu một serverstreaming, server này sẽ hỗ trợ các chức năng sau: • Lưu trữ và khôi phục nội dung video nguồn.

• Điều khiển tốc độ các gói video IP được phân phối tới thiết bị của người

xem.

• Thực hiện chuyển tiếp và chuyển ngược các lệnh yêu cầu từ người xem

truyền hình Internet.

Một server streaming đơn làm việc tốt khi phân phối số lượng ít các kênh truyền hình tới một số thuê bao được giới hạn. Để hỗ trợ cho việc phân phối nhiều kênh tới hàng trăm hoặc hàng ngàn thuê bao IPTV, thì cần phải triển khai một số lượng lớn server streaming trên các đường mạng khác nhau.

Công việc streaming nội dung video hầu hết đều cần phải bảo mật vì nội dung không được lưu trữ trên thiết bị truy cập của khách hàng. Vì thế, việc sao chép nội dung trái phép cần phải được ngăn chặn. Một lợi thế khác của IPTV là khả năng hoạt động hiệu quả trên các kết nối có băng thông thấp và người xem có khả năng bắt đầu xem nội dung tại mọi điểm trong luồng IPTV.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 87

Hình 4.11: Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet Cái để phân chia việc phân phối truyền hình Internet khác với các cơ chế phân phối khác được diễn giải trong chương này là các vị trí cổng Internet không thuộc sở hữu của nhà cung cấp IPTV hoặc điều khiển cơ sở hạ tầng sử dụng cho việc cung cấp các dịch vụ video IP tới người sử dụng Internet. Cơ sở hạ tầng mạng này thuộc quyền sở hữu của các nhà cung cấp truyền hình cáp hoặc các công ty viễn thông.

4.2.5.2. Download Internet Như tên gọi, IPTV cho phép khách hàng download và xem nội dung theo yêu cầu. Hầu hết các dịch vụ download Internet đều phải trả tiền hoặc trả theo dung lượng download, các dịch vụ bao gồm tin tức nội bộ và bản tin thời tiết, phim điện ảnh, phim nội bộ và âm nhạc, chỉ dẫn giải trí và các quảng cáo được phân loại. Một số vị trí cổng Internet trực tuyến gần đây bắt đầu tiến hành đưa ra các thư viện nội dung chương trình IPTV có thể download cho người sử dụng Internet. Trong hầu hết các trường hợp, mọi người đều sử dụng PC để xem các chương trình download, tuy nhiên, một số công ty bắt đầu cung cấp thiết bị giải mã STB cho những khách hàng không muốn xem trên PC. Một số đặc điểm của công nghệ IPTV end-to-end dựa trên các dịch vụ download Internet: • Các giao thức mạng: chuẩn giao thức truyền tập tin FTP và giao thức

truyền siêu văn bản HTTP thường được sử dụng để truyền nội dung IPTV từ server tới client. Việc sử dụng các giao thức trên để giảm thiểu khả năng nội dung IPTV bị ngăn chặn bởi firewall.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 88

• Công nghệ server: chuẩn phần mềm Web server thường được sử dụng để

đáp ứng các yêu cầu về nội dung video.

• Tốc độ mạng: thời gian để download một bộ phim trên Internet phụ thuộc

vào tốc độ của kết nối băng rộng và chất lượng nội dung video. Các bộ phim điện ảnh định dạng SD và các chương trình download tương đối nhanh so với nội dung video dạng HD. Mặc dù băng rộng là dạng kết nối được ưu thích hơn nhưng vẫn có thể sử dụng các liên kết dial-up chậm hơn để truy cập các dịch vụ download Internet.

• Các nhu cầu về lưu trữ: cả server và client đều yêu cầu khả năng lưu trữ

tiên tiến để hỗ trợ xử lý các tập tin IPTV lớn. Một số ứng dụng của download Internet cho phép các thuê bao IPTV ghi lại một bản copy nội dung video đã được download vào đĩa DVD và xem bằng đầu DVD. 4.2.6.

Các công nghệ mạng lõi IPTV

Hạ tầng mạng IPTV đòi hỏi phải truyền tải được một số lượng lớn nội dung video tốc độ cao giữa trung tâm dữ liệu IPTV và mạng phân phối băng thông rộng. Một số chuẩn truyền dẫn mạng lõi có các khả năng bảo vệ cần thiết để đảm bảo độ tin cậy cao. Mỗi chuẩn có một số đặc tính riêng biệt về tốc độ truyền dẫn tín hiệu và khả năng mở rộng. Có ba loại công nghệ truyền dẫn mạng lõi chính được sử dụng làm hạ tầng mạngPTV là ATM trên nền SONET/SDH, IP trên MPLS và Metro Ethernet.

Hình 4.12: Hạ tầng mạng lõi IPTV Như miêu tả trên hình 4.12, các công nhệ mạng lõi cung cấp việc kết nối giữa trung tâm dữ liệu IPTV và các mạng truy cập khác nhau.

4.2.6.1. ATM và SONET/SDH Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 89

Như đã biết, ATM có thể hỗ trợ các ứng dụng như IPTV đòi hỏi băng thông cao và các truyền dẫn có độ trễ thấp. ATM hoạt động trên các mạng khác nhau bao gồm cả cáp đồng trục và cáp xoắn đôi, tuy nhiên nó chạy tốc độ tốt nhất là trên cáp quang. Lớp vật lý gọi là mạng quang đồng bộ SONET (Synchronuos Optical Network) thường được sử dụng để truyền tải các cell ATM trên mạng lõi.

SONET là giao thức cung cấp truyền dẫn tốc độ cao sử dụng cáp quang. Thuật ngữ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) được đưa ra cho công nghệ truyền dẫn quang theo tiêu chuẩn Châu Âu. Tốc độ tín hiệu SONET được đo bằng các chuẩn sóng mang quang OC (Optical Carrier). Bảng 4.3 là các tốc độ truyền dẫn đang sử dụng gọi là cấp độ OC. SONET sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing) để truyền nhiều luồng dữ liệu cùng một lúc. Với TDM, mạng SONET định rõ băng thông cho vị trí khe thời gian cụ thể trên dải tần số. Việc gán trước các khe thời gian như vậy sẽ hoạt động bất chấp có dữ liệu được truyền hay không.

Bảng 4.3 Các chuẩn OC SONET Cấp độ OC OC-1 (tốc độ cơ bản) OC-3 OC-12 OC-24 OC-48 OC-192 OC-256 OC-768

Tốc độ truyền dẫn tín hiệu 51,84 Mbps 155,52 Mbps 622,08 Mbps 1,224 Gbps 2,488 Gbps 10 Gbps 13,271 Gbp 40 Gbps

Trong môi trường IPTV, thiết bị SONET nhận một số luồng bit và kết hợp thành một luồng đơn, các tốc độ được kết hợp thành một tốc độ chung. Ví dụ, bốn luồng lưu lượng IPTV có tốc độ 1 Gbps sẽ được kết hợp thành luồng 4 Gbps sau đó được chuyển tiếp lên mạng cáp quang.

4.2.6.2. IP và MPLS Một số lớn các công ty viễn thông đã bắt đầu triển khai giao thức Internet IP trên mạng lõi của họ. Mặc dù IP nguyên bản không bao giờ được thiết kế với các đặc tính như QoS hoặc khả năng phân biệt lưu lượng, giao thức làm việc tốt nhất khi nó kết hợp với một công nghệ gọi là chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching). MPLS cho phép mạng hỗ trợ việc phân phối có hiệu quả các dạng lưu lượng video khác nhau trên một nền mạng chung.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 90

MPLS được thiết kế và xây dựng bằng việc sử dụng các router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) tiên tiến. Các router này chịu trách nhiệm thiết lập các tuyến kết nối có định hướng tới các đích riêng biệt trên mạng IPTV. Các tuyến ảo này được gọi là các tuyến chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) và được cấu hình với đầy đủ tài nguyên để chắc chắn truyền dẫn trôi chảy lưu lượng IPTV thông qua mạng MPLS. Việc sử dụng LSP làm đơn giản hóa và tăng tốc độ định tuyến các gói thông qua mạng vì việc giữ gói để kiểm tra chỉ xuất hiện tại các lối vào của mạng và không yêu cầu tại mỗi router hop.

Chức năng chính khác của LSR là xác định các kiểu lưu lượng mạng. Đây là điều đạt được bằng việc thêm MPLS header vào phần đầu của mỗi gói tin IPTV. Các thành phần của MPLS header được giải thích trong bảng 4.4 Bảng 4.4: Định dạng MPLS header Tên Độ dài trường Chức năng trường bit bit (bit) Nhãn 20 Chứa các chi tiết riêng biệt của họp tiếp theo cho mỗi gói IPTV. Các bit dự 3 Được dự trữ cho user khác. trữ Stacking 1 Một header có thể chứa một hoặc nhiều nhãn. Một khi bit Stacking bit được thiết lập, LSR sẽ nhận dạng được nhãn sau cùng trong gói.

Thời gian 8 Đây là giá trị được copy từ trường TTL trong IP sống TTL header

Hình 4.13: Topology mạng lõi MPLS Trong khi lưu lượng IPTV đi ngang qua mạng, MPLS thiết lập cho các router một số bảng định tuyến nội bộ gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Bases) được tham khảo để xác định chi tiết cụ thể hop kế tiếp theo suốt tuyến. Ngoài việc tham khảo bảng, một nhãn mới được được ứng dụng để đóng gói và được chuyển tiếp tới cổng ra router thích hợp. Lợi ích khác của mạng MPLS là hỗ trợ các cấp độ phục Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 91

hồi nhanh khi mạng xuất hiện lỗi. Hình 4.13 miêu tả header được thêm vào LSR ở lối vào và được gỡ bỏ bởi LSR ở lối ra.

4.2.6.3. Metro Ethernet Một công nghệ khác có thể được triển khai trong mạng lõi là Metro Ethernet.

Một liên minh của các nhà cung cấp dịch vụ, cung cấp thiết bị và các công ty về mạng nổi tiếng đã được thành lập với tên gọi là MEF (Metro Ethernet Forum). MEF chịu trách nhiệm thiết lập các chi tiết kỹ thuật tích hợp các công nghệ Ethernet vào mạng backbone dung lượng cao và các mạng lõi. Ngoài việc phát triển các chi tiết kỹ thuật, MEF còn chứng nhận thiết bị Ethernet để sử dụng trong hạ tầng mạng của các nhà cung cấp dịch vụ. Các đặc điểm kỹ thuật và hoạt động của các mạng lõi dựa trên Metro Ethernet bao gồm: - Các thiết bị khác nhau phải thích hợp đặc trưng về công nghệ mạng lõi, đó là khả năng phục hồi nhanh, hiệu suất thực thi cao và năng mở rộng.

- Một số thành phần mạng Metro Ethernet hiện đại có thể hoạt động tại tốc độ lên tới 100 Gbps với khoảng cách xa. Nó cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ một nền tảng mạng lý tưởng có khả năng phân phối các dịch vụ giá trị gia tăng mới như IPTV cho khách hàng ở khoảng cách xa tính từ tổng đài khu vực.

- Nó thực thi cơ chế hồi phục tinh vi các lỗi xảy ra trên mạng, do đó đảm bảo các dịch vụ như IPTV không bị ảnh hưởng do đứt quãng.

- Các công nghệ Metro Ethernet hỗ trợ sử dụng việc kết nối các mạch ảo được định hướng, điều đó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ IPTV bảo đảm việc phân phối nội dung video chất lượng cao bên trong mạng lõi. Các liên kết Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương : Các kỹ thuật phân phối mạng IPTV chuyên dụng này được gọi là các kết nối ảo Ethernet EVC (Ethernet Virtual Connection). Hình 4.14 trình bày cách sử dụng 4 EVC để cung cấp kết nối giữa trung tâm dữ liệu IPTV và một số tổng đài khu vực.

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 92

Hình 4.14:Sử dụng các EVC để cung cấp kết nối IPTV qua lõi mạng

Chương 4: Quản Lí Và Phân Phối Mạng IPTV

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 94

Chuơng 5

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG IPTV TRÊN OPNET 5.1 Giới thiệu Opnet Phần mềm Opnet được phát triển bởi công ty OPNET Technologies, Inc. OPNET là một công cụ phần mềm mạnh được sử dụng để mô phỏng mạng, đã được các nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới đánh giá cao và những kết quả mô phỏng bằng OPNET đã được công nhận trên nhiều tờ báo cũng như diễn đàn công nghệ thế giới.

OPNET chứa một lượng thư viện rất lớn về các mô hình mạng, mô hình node, mô hình liên kết, bao trùm từ mạng hữu tuyến cho tới mạng vô tuyến, với rất nhiều các giao thức mạng sẵn có. OPNET được thiết kế với cơ sở dữ liệu phân lớp và hướng đối tượng, dựa trên nền tảng bộ ngôn ngữ lập trình C/C++, tuy vậy OPNET lại có giao diện GUI, tạo điều kiện tương tác dễ dàng hơn cho việc sử dụng để nghiên cứu và mô phỏng mạng.

Ngoài việc mô phỏng mạng và các giao thức của mạng, OPNET còn cung cấp cho ta nhiều công cụ cho phép phân tích hiệu suất, tính toán đường đi, khởi tạo lưu lượng, so sánh bằng đồ thị, … vô cùng linh hoạt, từ đó giúp ta không những chỉ tạo lập các hệ thống mạng mà còn giúp ta đánh giá hoạt động của các hệ thống mạng đó.

Bên cạnh đó, OPNET còn hỗ trợ công cụ SITL, cho phép kết nối giữa hệ thống mạng mô phỏng và hệ thống mạng thật. SITL đã được phát triển toàn diện từ phiên bản 14.5 của OPNET. Trước hết cần hiểu rõ về trình tự xử lí, không gian thiết kế (ửokspace) và các công cụ của OPNET Modeler. Các bước cần thiết để xây dựng một mô hình mạng và chậy mô phỏng tập trung quanh môi trường Project Editor. Trên đó, người sử dụng có thể tạo ra một mô hình mạng, khao báo các thông số cho từng đối tượng hay cả một hệ thống, thực hiện mô phỏng và xem xét các kết quả. Việc sử dụng môi trường Project Editor để xây dụng một mạng con sẽ được minh họa ngay sau đây: Môi trường Project Editor: Là vùng thao tác chính để thực hiện mô phỏng Cửa sổ Project Editor: Có các vùng chức năng tương tác với các thủ tục khởi tạo và chạy mô phỏng mô hình mạng. Các vùng chức năng này được minh họa ở hình dưới Thanh thực đơn:Nằm ở phía trên cùng của cửa sổ thiết kế. Thanh này gồm các menu theo chủ đề trong đó chứa các lệnh. Số các menu và các lệnh trong mỗi menu thai đổi tùy theo số modul được gọi vào mô hình. Các lệnh phụ thuộc tình huống có thể được chọn khi nhấp phải chuột lên đối tượng hoặc lên không gian thiết kế.

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 95

Hình5.1:Môi trường Project Editor Các nút công cụ: Một số chức năng thường dùng trên thanh menu có thể được kích hoạt nhờ các nút công cụ được minh họa dưới đây.

Hình 5.2: Thanh công cụ Menu 1. Mở thư viện Object Palette 2. Kiểm tra kết nối 3. Đánh lỗi đối tượng chọn 4. Khôi phục đối tượng chọn 5. Trở về phân mạng bật cao hơn 6. Phóng to 7. Thu nhỏ Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 96

8. Cài đặt thông số chạy mô phỏng 9. Xem kết quả 10. Mở/xóa các đồ thị Phần không gian thiết kế: là phần không gian nằm giữa cửa sổ Editor, chứa các biểu tượng của mô hình mạng. Có thể chọn, xê dịch các biểu tượng, chọn các lệnh phụ thuộc tình huống khi nhấp chuột phải lên phông nền của không gian thiết kế.

Vùng thông báo nằm ở vị trí dưới cùng của cửa sổ Editor. Nó cung cấp thông tin về trạng thái công cụ.

Để xem thông tin về tiến trình làm việc, nhấp trái chuột lên biểu tượng cạnh vùng thông báo. Các thông tin trợ giúp hướng dẫn người dùng trong quá trình xây dựng mô phỏng.

5.2 Mô phỏng hệ thống IPTV đơn giản 5.2.1 Mô phỏng Multicast Trong truyền hình hội nghị nếu sử dụng truyền theo kiểu Unicast nhiều host muốn nhận thông tin từ một bên gửi thì bên gửi đó phải truyền nhiều gói tin đến các bên nhận. Điều này sẽ dẫn đến gia tăng băng thông khi có quá nhiều bên nhận và không hiệu quả về nguồn và bộ đệm, nếu truyền Broadcast thì cho phép truyền gói tin từ một địa điểm tới tất cả các host trên một mạng con mà không quan tâm đến việc một số host không có nhu cầu nhận nó. Kiểu truyền dẫn này tốn nhiều băng thông do việc sử dụng tài nguyên băng thông không hề hiệu quả, chỉ có truyền Multicast cho phép phân phối dữ liệu tới một tập hợp các host đã được cấu hình như những thành viên của một nhóm Multicast điều này hạn chế tối đa sự lãng phí băng thông trên mạng, hơn nữa còn nhờ cơ chế gửi gói dữ liệu Multicast mà băng thông được tiết kiệm triệt để. Để làm rõ các vấn đề trên ta xét ví dụ sau Ví dụ : Cho Mô hình gồm: bên gửi là IPTV_server, bên nhận gồm ba user (Digital Home 2, Digital Home 4, Digital Home 6), người gửi thiết lập một hội nghị video với ba user, mạng lỗi gồm 2 router (R1, R2), sử dụng định tuyến RIP.

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 97

Hình 5.3: Mô hình mô phỏng IPTV Kết quả mô phỏng Trong truyền Unicast hội nghị được thiết lập cho mỗi user nhận, do dó người gửi gửi ba bản sao của mỗi gói tin video cho người nhận.

Hình 5.4:Tổng lưu lượng gửi tới 3 user trong Unicast

Hình 5.5:Lưu lượng nhận đươc của mỗi user trong Unicast Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 98

Từ kết quả trên ta thấy người gửi phải thiết lập một kênh riêng biêt cho từng user, nên khi có nhiều user tham gia vào hội nghị thì lưu lượng gửi đi qua mạng càng nhiều, gây lãng phí băng thông, để khắc phục được đăc điểm trên ta sử dụng truyền Multicast.

Hình 5.6:Tổng lưu lượng gửi tới 3 user trong Multicast

Hình 5.7:Lưu lượng nhận đươc của mỗi user trong Multicast Từ kết quả trên ta thấy trong truyền Multicast chỉ có 1 bản copy được gửi đi, trong khi do Unicast là 3, nên giảm được lưu luong đi ngang qua mạng, tiết kiệm băng thông cho mạng

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 99

Hình 5.8:Độ trễ của gói tin trong Unicast và Multicast Trong Multicast user có thể gia nhập hoặc rời nhóm bất cứ lúc nào họ muốn, trong bài mô phỏng này Voice và Video hội nghị cùng chung một địa chỉ Multicast 224.0.6.1. Digital Home 2, 4, 6, 7, 8 cùng chung 1 nhóm Multicast, trong đó Digital Home 2 nhận Video và gia nhập vào nhóm sau 75s kể từ lúc bắt đầu mô phỏng, và sau 1000s rời khỏi nhóm, và gia nhập trở lại vào nhóm sau 2000s. Đối với Digital Home 7 nhận Voice gia nhập vào nhóm sau 75s và rời nhóm sau 500s

Hình 5.9:Gia nhập và rời nhóm của Digital Home 2

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 100

Hình 5.10:Gia nhập và rời nhóm của Digital Home 7 5.2.2 Mô phỏng QoS Trước đây, khi mà internet chủ yếu là truyền data thì người ta không cần quan tâm đến việc phân biệt và ưu tiên cho các gói tin bởi vì lúc này băng thông mạng và các tài nguyên khác đủ để cung cấp cho các ứng dụng trong mạng, vì vậy các ISPs sẽ cung cấp cho khách hàng của họ dịch vụ best-effort (BE) khi đó tất cả các khách hàng sẽ được đối sử như nhau họ chỉ khác nhau ở loại kết nối.

Nhưng khi internet càng ngày càng phát triển và phát triển thêm các dịch vụ HTTP, Voice, Video… thì điều này sẽ làm cho chất lượng của các dịch vụ này giảm đi rõ rệt vì delay lớn, độ jitter lớn và không đủ băng thông để truyền, phương án tăng băng thông của mạng cũng không giải quyết được vấn đề này mà lại còn rất tốn kémQoS (Quanlity of Service) là một khái niệm dùng để đề cập đến tất cả các khía cạnh liên quan đến hiệu quả hoạt động của mạng. Khi nói đến QoS ta sẽ nghĩ ngay tới các kĩ thuật hàng đợi như: Custom Queuing (CQ),PQ. 5.2.2.1 Các kỹ thuật hàng đợi Vì tốc độ sử lý các gói tin của router là chậm hơn nhiều so với số lượng gói tin đến và cần truyền đi, vì vậy các gói tin cần phải xếp hàng và đợi trong một hàng dài nếu như không muốn bị drop, do đó kĩ thuật hàng đợi cần được áp dụng cho các router.

Thường thì hàng đợi chỉ xảy ra ở ngõ ra của router khi đó ta gọi là hàng đợi ngõ ra (output queuing), nhưng đôi khi hàng đợi cũng xảy ra ở ngõ vào ta gọi là hàng đợi ngõ vào (input queuing).

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 101

Hình 5.11:Hàng đợi trong router Hình trên là một ví dụ về hàng đợi, ngõ vào với 4 gói tin kích thước 1500 byte mỗi gói, ở đây ta có hai hàng đợi :hàng thứ 1 đang có 3 gói tin đang chờ và băng thông của hàng này là 25% tổng băng thông, hàng thứ 2 chỉ có 1 gói tin đang chờ với băng thông là 75%, như vậy gói tin nào sẽ được gởi trước ? Thật ra gói tin nào được gởi trước là tùy thuộc vào mức độ ưu tiên của hàng đợi đó và hàng đợi đó như thế nào so với các hàng đợi khác.

5.2.2.1.1 Hàng đợi FIFO Hàng đợi FIFO sử dụng một hàng đợi đơn cho bộ giao tiếp. Vì chỉ có một hàng đợi nên không cần phân lớp để quyết định khi gói đi vào. Và cũng không cần lập lịch ban đầu để cho hàng đợi lấy gói tiếp theo. Chỉ quan tâm đến cách cấu hình chiều dài hàng đợi FIFO tránh tác động đến độ trễ và mất gói.

Sau khi gói đi vào hàng đợi thì bộ định tuyến sẽ sử dụng thuật toán lập lịch để duy trì công việc. Lập lịch FIFO là thuật toán lập lịch truyền thống được sử dụng trong Internet, bộ lập lịch truyền các gói theo thứ tự đến và hủy các gói khi hàng đợi đầy. Tuy nhiên, bộ lập lịch gói không có sự phân biệt giữa các người sử dụng.

Trong bài mô phỏng này ta cấu hình chiều dài cực đại của hàng đợi là 100 pkts

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 102

Hình 5.12:Băng thông của các cấp cho server ToS trong FIFO Do Client ToS1 gần SwitchA nhất nên gối tin của ToS1 đến trước tiên kế đến là gói tin của ToS2, kế đến là gói tin của ToS3, và cuối cùng là gói tin của ToS4, nên nên tổng băng thông liên kết cấp cho các server ToS là : ToS1> ToS2> ToS3> ToS4.

Hình 5.13:Delay của gói tin trong FIFO có chiều dài hàng đợi 100 và 200 pkts

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 103

Hình 5.14:Drop gói tin tại router A trong FIFO Do FIFO sử dụng hủy bỏ gói tin cuối hàng đợi để quyết định khi nào bỏ gói hay cho gói vào hàng đợi. Nếu cấu hình một hàng đợi dài hơn, nhiều gói có thể đặt trong hàng đợi, nghĩa là hàng đợi ít khả năng đầy. Nếu không gian hàng đợi còn trống nhiều thì gói ít bị mất. Tuy vậy, với một hàng đợi dài, độ trễ của gói tăng. Với hàng đợi ngắn, độ trì hoãn ít xuất hiện hơn, nhưng hàng đợi FIFO đơn sẽ đầy nhanh chóng, lúc này các gói mới sẽ bị hủy bỏ.  Ưu điểm của kỹ thuật hàng đợi FIFO •

Đây là kỹ thuật đơn giản và nhanh.

•

Nó được hỗ trợ trên tất cả các nền tảng.

• Hàng đợi FIFO được hỗ trợ trong tất cả các phiên bản của Cisco IOS. 

Khuyết điểm của kỹ thuật hàng đợi FIFO

FIFO không hoàn toàn tin cậy khi một luồng không mong muốn tranh giành với các luồng có độ ưu tiên thấp. Các luồng không mong muốn gửi một số lượng lớn các gói (đa số các gói đó bị huỷ bỏ). Trong khi đó, các uồng với độ ưu tiên thấp gửi một số lượng gói xác định và hầu hết chúng bị hủy bởi vì hàng đợi lúc nào cũng đầy do các luồng không mong muốn đã chiếm hết không gian hàng đợi.

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 104

5.2.2.1.1 Hàng đợi PQ PQ (Priority Queuing) thường được sử dụng trong các ứng dụng ưu tiên một loại lưu lượng, tuy nhiên nó cũng có thể mở rộng với tất cả các l ại dịch vụ khác. Đối với PQ các hàng đợi có thứ tự ưu tiên thấp có thể phát sinh ảnh hưởng bất lợi, chúng có thể không bao giờ được gửi đi nếu như băng thông truyền tải bị giới hạn hay tốc độ truyền dẫn không đáp ứng được dung lượng các dạng lư u lượng được gửi tới.

Tính năng đặc biệt của PQ là ở bộ lập lịch. PQ lập lịch lưu lượng đảm bảo hàng đợi ưu tiên luôn được phục vụ trước. Với 4 mức ưu tiên: cao, trung bình, bình thường, và thấp. Nếu hàng đợi ưu tiên cao luôn có một gói đang chờ, bộ lập lịch luôn luôn lấy các gói trong hàng đợi ưu tiên cao. Nếu hàng đợi ưu tiên cao không có gói nào đang chờ nhưng có trong hàng đơi ưu tiên trung bình, một gói trong hàng đợi này sẽ được lấy và tiến trình cứ như thế tiếp tục.

Trong bài mô phỏng này ta xét 4 hàng đợi với độ ưu tiên như sau: Hàng đợi Mức ưu tiên Chiều dài cực đại của hàng đợi (pkts) Client ToS1 Thấp 20 Client ToS2

Bình thường

40

Client ToS3 Client ToS4

Trung bình Cao

60 80

Hình 5.15:Băng thông cấp cho các server ToS trong PQ

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 105

Từ hình trên ta thấy khi hàng đợi 4 (hàng đợi ưu tiên cao) trống thì gói lưu lượng trong hàng đợi 3 mới được truyền, hai hàng đợi còn lại không được truyền do có độ ưu tiên thấp hơn.  Ưu điểm của kỹ thuật hàng đợi PQ • Cho trễ truyền thấp đối với các gói có ưu tiên cao.

• Hỗ trợ hầu hết trên các thiết bị .

• Hỗ trợ trong hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS 10.0 trở lên).  Khuyết điểm của kỹ thuật hàng đợi PQ • Cấu hình phân lớp bằng tay trên các hop.

• Sự thiếu hụt của mức ưu tiên thấp nếu mức ưu tiên cao bị nghẽn.

5.2.2.1.1 Hàng đợi CQ Custom Queuing (CQ) là kĩ thuật hàng đợi ra đời sau PQ, không giống như PQ, CQ sẽ phục vụ cho tất cả các hàng đợi có trong interface của nó thậm chí khi sảy ra nghẽn mạng. CQ còn không cung cấp cho một hàng đợi đặc biệt nào đó có mức ưu tiên cao hơn các hàng đợi khác và cũng không ưu tiên hàng đợi nào có low delay, low jitter...

Bộ lập lịch CQ thực hiện dịch vụ tuần hoàn trên mỗi hàng đợi, bắt đầu từ hàng đợi Q1. CQ lấy các gói từ hàng đợi, cho đến khi tổng số byte chỉ định cho mỗi hàng đợi vượt ngưỡng. Sau khi hàng đợi phục vụ nhiều byte, hay hàng đợi không có bất cứ gói nào, CQ di chuyển đến hàng đợi tiếp theo và lặp lại tiến trình.

CQ không cho phép cấu hình băng thông cho từng hàng đợi mà chỉ cho phép cấu hình số gói tin sẽ lấy thừ hàng đợi đó. Trong mô phỏng này ta xét 4 hàng đợi với bytecount như sau: Hàng đợi Byte-count Chiều dài cực đại cua hàng đợi(pkts) Client ToS1 4000 20 Client ToS2 6000 20 Client ToS3 8000 20 Client ToS4 10000 20 Công thức tính toán phần trăm băng thông liên kết cho hàng đợi n BWn(%)= (Tổng số byte của hàng đợi x) / (Tổng sổ byte cho tất cả các hàng đợi) Dựa vào công thức trên ta có: BW1=4000/(4000+6000+8000+10000) = 14.28% Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 106

BW2=6000/(4000+6000+8000+10000) = 21.42% BW3=8000/(4000+6000+8000+10000) = 28.57% BW4=10000/(4000+6000+8000+10000) = 35.73% BWn(%): Tỷ lệ % chiếm băng thông của hàng đợi n

Hình 5.16:Băng thông liên kết của các hàng đợi CQ Từ kết quả trên ta thấy băng thông cấp cho hàng đợi thứ 4 là tốt nhất do có bytecount cao nhất trong 4 hàng đợi và độ trễ gói tin của hàng đợi 4 là thấp nhất

Hình 5.17:Delay của gói tin Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 107

 Khuyết điểm của kỹ thuật hàng đợi CQ •

Đảm bảo thông lượng cho các lớp lưu lượng (tránh sự thiếu hụt giữa các lớp lưu lượng).

• Hỗ trợ trên hầu hết các platform.

• Hỗ trợ trong hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS version 10.0 trở lên). 

Khuyết điểm của kỹ thuật hàng đợi CQ •

Cấu hình bằng tay tại mỗi hop.

•

Cấp băng thông không chính xác.

5.2.2.2. Giao thức dành sẵn tài nguyên (Resource Reservation Protocol) Bên cạnh các đặc tính về xử lý lưu lượng, báo hiệu cũng là một thành phần khá quan trọng của QoS. Cũng như các dạng báo hiệu khác, báo hiệu QoS là một dạng của mạng thông tin mà cho phép các phần tử nút mạng, các trạm đầu xa bắt tay nhau để thực hiện quá trình truyền dữ liệu.Có nhất nhiều giải pháp báo hiệu QoS được áp dụng trong mạng, tuy nhiên chúng thường bị giới hạn bởi phạm vi hoạt động của mạng. Đối với mạng ứng dụng trên nền IP đưa ra các tính năng cho phép ứng dụng báo hiệu QoS trên cơ sở của các mạng không đồng nhất. Đó là các giải pháp báo hiệu QoS lớp 2 của RSVP (Resource Reservation Protocol) và phương thức báo hiệu QoS IP lớp 3 dựa trên đặc tính về quyền ưu tiên IP.trong bài luận văn nay tôi chỉ quan tâm đến giải pháp báo hiệu RSVP. RSVP là giao thức chuẩn cho phép cài đặt QoS đầu cuối đến đầu cuối trên một mạng hỗn hợp. RSVP chạy trên nền IP rất hữu hiệu trong dự trữ băng thông mạng. Sử dụng RSVP, các ứng dụng có thể yêu cầu mức QoS xác định cho m ộ t lu ồ ng d ữ li ệu vận chuy ển qua mạng. RSVP không định tuyến chính nó và không hiệu chỉnh bảng định tuyến IP, thay vào đó nó sử dụng các giao thức định tuyến để xác định ở đâu cần gửi các yêu cầu dành riêng. RSVP hoạt động trong mối liên kết với các cơ chế hàng đợi hiện thời.

5.2.2.3. Mô hình RSVP end-to-end Nếu end-to-end được thiết kế trong mạng, tất cả thiết bị trong đường dẫn đặt trước phải enable RSVP. Khi thiết bị nhận được bản tin RSVP, nó xác định xem có đủ tài nguyên cho yêu cầu đặt trước ở mức nội tại. Một mạng từ đầu cuối đến đầu cuối cài đặt RSVP được mô tả như hình vẽ

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 108

Hình 5.18:Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP Hai bản tin chính được dùng cho bản tin báo hiệu RSVP. Khi cần thiết một sự đặt trước, client gửi bản tin đường dấnVP PATH trong mạng yêu cầu một băng thông xát định nào đó tới đích. Mục đích của bản tin PATH là khám phá tất cả RSVP –enable trên các router. Khi phí thu end-node nhận bản tin PATH, nó sẽ xát định lại sự đặt trước bằng cách reply với bản tin PATH RESV. Bản tin RESV chuyển tiếp ngược về phía phát. Nếu bản tin RESV đến phía phát thành công, mỗi hop trong kết nối end-to-end dành trước tài nguyên và băng thông đặt trước được thiết lập end-to-end. Nếu nguồn tài nguyên không có khả năng đáp ứng thì sự đặt trước bị từ chối.

Trong bài mô phỏng này sender sử dụng truyền Multicast đến các Digital Home 2 , 4, 6, trong đóDigital Home 4, 6 được ứng dụng giao thức RSVP.

Hình 5.19:Phân bổ băng băng thông và bộ đệm trên các Interface của R1

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 109

Hình 5.20:Phân bổ băng băng thông và bộ đệm trên các Interface của R2 Từ kết quả trên ta thấy Digital Home 4,6 ứng dụng giao thức RSVP nên giành được giành trước băng thông và bộ điệm cụ thể ở mô phỏng này là 5.000 bytes/sec và 10.000 bytes tại các nút trung gian, còn Digital Home 2 không được ứng dụng RSVP nên khong được giành trước tài nguyên nên có thể ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ khi mạng không ổn định

Chương 5: Mô Phỏng Hệ Thống IPTV Trên OPNET

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 94

Chương 6

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận 6.1.1 Ưu điểm Luận văn trình bày được: • Tổng quan về hệ thống IPTV. Cách thức đóng gói nội dung ở các lớp trong mô hình IPTV. Đồng thời tìm hiểu về thiết bị phần cứng và chương trình phần mềm trong IPTV. • Việc quản lí hệ thống IPTV thông qua việc quản lí cài đặt, quản lí dự phòng, xử lí sự cố. Quá trình phân phối mạng IPTV như các công nghệ mạng lỗi, các loại mạng truy cập băng rộng.

• Tìm hiểu tổng quan về phần mềm OPNET 14.0.

• Mô phỏng việc truyền tín hiệu video trên nền IP như truyền Multicast, Unicast, từ đó rút ra ưu khuyết điểm của hai phương pháp truyền.

• Mô phỏng QoS trên nền IP thông qua các kĩ thuật hàng đợi FIFO, PQ, CQ, rút ra ưu khuyết điểm của từng phương pháp.

• Mô phỏng quá trình truyền Multicast có sử dụng giao thức RSVP. 6.1.2 Khuyết điểm Chỉ mô phỏng được hệ thống IPTV với các kịch bản ở mức độ đơn giản, chưa xây dựng được kịch bản truyền video thật qua mạng.

6.2 Hướng phát triển của đề tài • Xây dựng kịch bản hệ thống IPTV với kỹ thuật MPLS-Diffserv.

• Xây dựng kịch bản hệ thống IPTV với luồng video thật: luồng tốc độ cao và luồng tốc độ thấp.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Tìm hiểu về công nghệ IPTV 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cisco TAC “IP QoS Intrduction” Website http://www.cisco .com.

[2] Công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam, “Mạng Viễn Thông Thế Hệ Sau”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 12/2002.

[3] Gerard O’Driscoll, “Next Generation IPTV Services And Technologies”,Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey.

[4] Neill Wilkinson, “Next Generati on Network Services”, John Wiley & Sons INC, 2002.

[5] Tiêu chuẩn RFC 2205 “Resource ReSerVation Protocol” Version 1 Functional Specification của IETF , Website http://www.ietf.org [6] Wes Simpson & Howard Greenfield, “IPTV and Internet Video: New Markets in Television Broadcasting”,www.books.elsevier.com.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài