Khóa luận Tìm hiểu công nghệ truyền hình Internet (IPTV) và hệ thống IPTV tại Việt Nam - Chu Thị Thi

91 trang huongle 210

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tìm hiểu công nghệ truyền hình Internet (IPTV) và hệ thống IPTV tại Việt Nam - Chu Thị Thi", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_tim_hieu_cong_nghe_truyen_hinh_internet_iptv_va_he.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tìm hiểu công nghệ truyền hình Internet (IPTV) và hệ thống IPTV tại Việt Nam - Chu Thị Thi

Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG iso 9001:2008 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn: KS Nguyễn Huy Dũng Sinh viên : Chu Thị Thi HẢI PHÕNG - 2010 1
Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH INTERNET (IPTV) VÀ HỆ THỐNG IPTV TẠI VIỆT NAM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn : KS. Nguyễn Huy Dũng Sinh viên : Chu Thị Thi H¶i phßng - 2010 2
Báo cáo đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Chu Thị Thi Mã số: 100365 Lớp : ĐT1001 Ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài : Tìm hiểu công nghệ truyền hình Internet (IPTV) và hệ thống IPTV tại Việt Nam 3
Báo cáo đồ án tốt nghiệp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp. 4
Báo cáo đồ án tốt nghiệp CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên : Nguyễn Huy Dũng Học hàm, học vị: Kỹ sƣ Cơ quan công tác : Trƣờng Đại học Dân lập Hải Phòng. Nội dung hƣớng dẫn : . Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : 5
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2010. Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng năm 2010. Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 6
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2. Đánh giá chất lƣợng của đồ án ( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi cả số và chữ) : Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. Cán bộ hƣớng dẫn PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN 1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài. 7
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2. Cho điểm của cán bộ phản biện. (Điểm ghi cả số và chữ). Hải Phòng, ngày tháng năm 2010. Ngƣời chấm phản biện 8
Báo cáo đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV 3 1.1. KHÁI NIỆM IPTV 3 1.2. CẤU TRÚC MẠNG IPTV 5 1.2.1. Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV 5 1.2.2. Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 6 1.3. VẤN ĐỀ PHÂN PHỐI IPTV 8 1.3.1. IP Unicast 9 1.3.2. IP Broadcast 10 1.3.3. IP Multicast 11 1.4. CÁC CÔNG NGHỆ CHO IPTV 12 1.4.1. Vấn đề sử lý nội dung 12 1.4.2. VoD và Video server 13 1.4.3. Các hệ thống hỗ trợ hoạt động 15 1.5. CÁC DỊCH VỤ VÀ ỨNG DỤNG CỦA IPTV 16 1.5.1. Truyền hình quảng bá kỹ thuật số 17 1.5.2. Video theo yêu cầu VoD 17 1.5.3. Quảng cáo có địa chỉ 18 Chƣơng 2: CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV 19 2.1. CÁC LOẠI MẠNG TRUY CẬP BĂNG RỘNG 19 2.2. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG TRUY CẬP CÁP QUANG 19 2.2.1. Mạng quang thụ động 20 2.2.2. Mạng quang tích cực 24 2.3. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG ADSL 24 2.3.1. ADSL 24 2.3.2. ADSL2 26 2.3.3. VDSL 27 9
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2.4.1. Tổng quan về kỹ thuật HFC 29 2.4.2. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp 30 2.5. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG INTERNET 32 2.5.1. Các kênh truyền hình Internet streaming 32 2.5.2. Download Internet 33 2.5.3. Chia sẻ video ngang hàng 34 2.6. CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG LÕI IPTV 35 2.6.1. ATM và SONET/SDH 35 2.6.2. IP và MPLS 36 2.6.3. Metro Ethernet 38 Chƣơng 3: QUẢN LÝ MẠNG IPTV 40 3.1. HỆ THỐNG QUẢN LÝ MẠNG IPTV 40 3.1.1. Sử dụng giao thức SNMP để quản lý mạng IPTV 42 3.1.2. Quản lý thiết bị bằng trình duyệt web 45 3.2. QUẢN LÝ CÀI ĐẶT 47 3.3. GIÁM SÁT THỰC THI VÀ KIỂM TRA MẠNG 48 3.4. QUẢN LÝ VÀ DỰ PHÒNG 50 3.5. QUẢN LÝ KHÔNG GIAN ĐỊA CHỈ IP 52 3.6 XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ IPTV 53 3.7. QUẢN LÝ QUYỀN NỘI DUNG SỐ 54 3.8. QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ QoS 55 3.8.2 Phân lớp dịch vụ 57 3.8.3. Các cam kết cấp độ dịch vụ 58 Chƣơng 4: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG IPTV TẠI VIỆT NAM 60 4.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ IPTV TRONG KHU VỰC 60 4.2. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ IPTV TẠI VIỆT NAM 61 4.2.1. Hạ tầng Internet tại Việt nam 61 4.2.2. Lựa chọn công nghệ và thiết bị 63 10
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 4.3. CÁC GIẢI PHÁP HỆ THỐNG 66 4.4. ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHON PHƢƠNG ÁN 73 KẾT LUẬN 74 Tài liệu tham khảo 75 11
Báo cáo đồ án tốt nghiệp THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Thuật ngữ Tiếng Việt đầy Thuật ngữ Tiếng Anh đầy đủ viết tắt đủ A Asymmetric Digital Subcriber Đƣờng đây thuê bao số bất ADSL Line đối xứng AON Active Optical Network Mạng quang tích cực Asynchronnuos Transfer Mode Mode truyền dẫn bất đồng ATM bộ B Broadband Passive Optical Mạng thụ động băng rộng BPON Network C Conditional Access System Hệ thống truy cập có điều CAS kiện Cable Modem Termination Hệ thống kết cuối modem CMTS System cáp CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm D Digital Subscriber Line Access Bộ ghép kênh truy cập DSLAM Multiplexer đƣờng dây thuê bao số DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DSL Digital Subscriber Line Đƣờng dây thuê bao số Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình Host DHCP Protocol động Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo DWDM Multiplexing mật độ bƣớc sóng DVB Digital Video Broadcasting Quảng bá video số E EPG Electronic Program Guide Chỉ dẫn chƣơng trình điện 12
Báo cáo đồ án tốt nghiệp tử EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng thụ động Ethernet EVC Ethernet Virtual Connection Kết nối ảo Ethernet F FTP File Transfer Protocol Giao thức vận chuyển FTTC Fiber To The Curd Cáp quang tới lề đƣờng FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới hộ gia đình FTTN Fiber To The Neighbourhood Cáp quang tới vùng lân cận Fiber To The Regional Office Cáp quang tới tổng đài khu FTTRO vực G Gigabit PON Mạng quang thụ động GPON Gigabit GiE Gigabit Ethernet Giao thức Gigabit Ethernet H HD High Definition Định dạng chất lƣợng cao HDTV High Definition Televison Truyền hình chất lƣợng cao Hybird Fiber Coaxial Hỗn hợp cáp quang/ đồng HFC trục Hyper Text Transfer Protocol Giao thức vận chuyển siêu HTTP văn bản Hyper Text Transfer Protocol Giao thức HTTP bảo đảm HTTPS Secure I IP Internet Protocol Giao thức Internet Internet Protocol Television Truyền hình giao thức IPTV Internet IPTVCD IPTV Cunsumer Device Thiết bị khách hàng IPTV Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ ISP Internet ITU-T InternationalTelecommunications Tổ chức viễn thông quốc tế 13
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Union - Telecommunication về các tiêu chuẩn viễn thông L LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn M MEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn Metro Ethernet MIB Base Information Management Cơ sở thông tin quản lý Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về ảnh MPEG động Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao MPLS thức N NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng National Television System Ủy ban hệ thống truyền hình NTSC Committee quốc gia (Mỹ) O OC Optical Carrier Sóng mang quang OSS Operational Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động OLT Optical Line Temrmination Kết cuối đƣờng quang ONT Optical Network Termination Kết cuối mạng quang OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở P PC Personal Computer Máy tính cá nhân PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển PSTN Network mạch công cộng Q QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ R RF Radio Frequency Tần số vô tuyến 14
Báo cáo đồ án tốt nghiệp RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực Real Time Streaming Protocol Giao thức Streaming thời RTSP gian thực S SD Standard Definition Định dạng chất lƣợng Synchronous Digital Hierarchy Ghép kênh cấp độ số đồng SDH bộ Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn SNMP Protocol giản SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ STB Set Top Box Bộ giải mã Phƣơng thức để phân phối video hoặc nội dung khác trên mạng Streaming trong các luồng nối tiếp nhau theo một tỷ lệ phù hơp với tốc độ dữ liệu đƣợc sử dụng bởi thiết bị hiển thị. T Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển vận TCP/IP Internet Protocol chuyển trên nền IP THVN Truyền hình Việt Nam U Universal Resource Locator Bộ xác định địa chỉ tài URL nguyên T VoD Video on Demand Video theo yêu cầu VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo W Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo WDM Multiplexing bƣớc sóng 15
Báo cáo đồ án tốt nghiệp LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, con ngƣời với trình độ dân trí ngày càng cao dẫn tới sự đòi hỏi về nhu cầu giải trí càng cao, đòi hỏi phải đáp ứng đƣợc những nhu cầu sở thích cá nhân của ngƣời xem truyền hình. Từ đó dịch vụ IPTV ra đời với các tính năng vƣợt trội đã mang lại cho con ngƣời những cảm nhận mới về truyền hình mà chỉ có dịch vụ IPTV mới chỉ có thể đáp ứng đƣợc so với các công nghệ truyền hình khác hiện tại. Trên thế giới IPTV đã đƣợc triển khai mạnh mẽ và thu đƣợc lợi nhuận rất lớn.Tại Việt Nam, dịch vụ IPTV đã bắt đầu đƣợc thử nghiệm cung cấp với một số dịch vụ cơ bản. Cơ sở hạ tầng mạng băng rộng tại Việt Nam đã và đang phát triển mạnh mẽ đáp ứng đƣợc nhu cầu giải trí của ngƣời xem truyền hình. IPTV với tính năng vƣợt trội, cùng với chi phí giá thành thấp do đó IPTV sẽ phát triển mạnh mẽ và là dịch vụ truyền hình số 1 trong tƣơng lai không xa. IPTV là vấn đề đang đƣợc nhiều ngƣời quan tâm, sau một thời gian tìm hiểu cùng với sự hƣớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Huy Dũng em đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu công nghệ truyền hình Internet (IPTV) và hệ thống IPTV tại Việt Nam”. Nội dung báo cáo bao gồm những phần chính sau: . Chƣơng I: Tổng quan về IPTV Chƣơng này trình bày về IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, các công nghệ cho IPTV và cuối cùng là một số dịch vụ và ứng dụng của IPTV . Chƣơng II: Các giải pháp phân phối IPTV Chƣơng này đƣa ra các giải pháp triển khai mạng phân phối nội dung IPTV. IPTV có thể đƣợc triển khai trên các mạng sau: mạng truy cập sợi quang, mạng ADSL, mạng truyền hình cáp và mạng Internet. Ngoài ra chƣơng này còn tìm hiểu một số công nghệ mạng lõi cho mạng IPTV. . Chƣơng III: Quản lý mạng IPTV Chƣơng này tìm hiểu về hệ thống quản lý mạng IPTV, các vấn đề quản lý cài đặt, các sự cố, quản lý dự phòng, quản lý Qos. Ngoài ra, chƣơng này còn tìm hiểu việc giám sát, kiểm tra và xử lý các sự cố trên mạng IPTV. 16
Báo cáo đồ án tốt nghiệp . Chƣơng IV: Phát triển hệ thống IPTV tại Việt Nam Chƣơng này tìm hiểu về tình hình phát triển dịch vụ IPTV trong khu vực và tại Việt Nam, và đƣa ra các giải pháp hệ thống. Do IPTV là công nghệ mới và đang phát triển. Do đó khả năng tìm hiểu còn hạn chế chƣa đƣợc đầy đủ và xác thực, bài báo cáo còn nhiều thiếu sót mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để báo cáo đƣợc hoàn thiện hơn. 17
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV Truyền hình dựa trên giao thức Internet IPTV (Internet Protocol – based Television) - là một cơ chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa trên nền tảng là một mạng sử dụng giao thức IP. Lợi ích của cơ chế này là khả năng phân phối nhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng các tính năng tƣơng tác và cải tiến để tƣơng tác và cải tiến để tƣơng thích với mạng các thuê bao đang tồn tại. Sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet băng rộng làm thay đổi cả về nội dung và kỹ thuật truyền hình. Sự vƣợt trội trong kỹ thuật truyền hình của IPTV là tính năng tƣơng tác giữa hệ thống với ngƣời xem, cho phép ngƣời xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác trên hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu của ngƣời sử dụng. Đây là xu hƣớng hội tụ của mạng viễn thông thế giới. 1.1 . KHÁI NIỆM IPTV IPTV truyền hình sử dụng giao thức IP là một hệ thống ở đó các dịch vụ truyền hình số cung cấp tới các thuê bao sử dụng giao thức IP trên kết nối băng rộng. IPTV thƣờng đƣợc cung cấp cùng với dịch vụ VoD và cũng có thể cung cấp cung với các dịch vụ Internet khác nhƣ truy cập Web và VoIP. Khi mới bắt đầu IPTV đƣợc gọi là truyền hình giao thức Internet hay Telco TV hoặc Truyền hình băng rộng. Thực chất tất cả các tên đều đƣợc sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lƣợng 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 thông, phim truyện, và nội dung video theo yêu cầu trên một mang riêng. Theo tổ chức Liên Hiệp Viễn Thông Quốc Tế ITU thì IPTV là dịch vụ đa phương tiện bao gồm truyền hình, video, audio, văn bản, đồ họa và dữ liệu qua một mạng IP và được quản lý để cung cấp mức độ yêu cầu của chất lượng dịch vụ và sự trải nghiệm, tính bảo mật, tính tương tác và độ tin cậy. IPTV có một số điểm đặc trƣng sau: 18
Báo cáo đồ án tốt nghiệp . Hỗ trợ truyền hình tƣơng 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 tƣơng tác. Các dạng dịch vụ IPTV có thể đƣợc phân phối bao gồm chuẩn truyền hình trực tiếp, truyền hình hình ảnh chất lƣợng cao HDTV (High Definition Television), các trò chơi tƣơng 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 chƣơng trình, đây là một kỹ thuật ghi hình và lƣu trữ nội dung để có thể xem lại sau. . Tính cá nhân: Một hệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối(end-to- end) hỗ trợ thông tin có tính hai chiều và cho phép các user xem các chƣơng 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 điểm hấp dẫn cho phép các nhà khai thác mạng bảo toàn đƣợc băng thông của họ. . Nhiều thiết bị có thể sử dụng đƣợc: Việc xem nội dung IPTV không giới han ở việc dùng Tivi. Khách hàng có thể sử dụng PC của họ và các thiết bị di động để truy cập các dịch vụ IPTV. Nhƣng nhƣợc điểm “chí mạng” của IPTV chính là khả năng mất dữ liệu rất cao và sự chậm trễ truyền tín hiệu. Nếu nhƣ đƣờng kết nối mạng của ngƣời dùng không thật sự tốt cũng nhƣ không đủ băng thông cần thiết thì khi xem chƣơng trình sẽ rất dễ bị giật hay việc chuyển kênh có thể tốn khá nhiều thời gian để tải về. Thêm vào nữa nếu máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ không đủ mạnh thì khi số lƣợng ngƣời xem truy cập vào đông làm cho chất lƣợng dịch vụ giảm sút. Tuy nhiên công nghệ mạng Internet càng ngày càng phát triển mạnh mẽ đẩy băng thông kết nối lên cao hơn góp phần giúp IPTV khắc phục nhƣợc điểm nói trên và biến thành công nghệ truyền hình của tƣơng lai. 19
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.2. CẤU TRÖC MẠNG 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 nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phƣơng, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất nội dung, qua đƣờng cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận đƣợc nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa và các máy chủ video tới bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật giành riêng đƣợc sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP. Ngoài ra, hệ thống quản lý thuê bao đƣợc yêu cầu quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những ngƣời sử dụng. 1.2.1.2. Mạng truy cập băng thông rộng Việc truy cập các dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm-điểm(one-to- one).Việc triển khai IPTV trên diện rộng thì số lƣợng 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 đáp ứng đƣợc một số lƣợng lớn về độ rộng băng thông của mạng. Riêng mạng truyền hình cáp thì sử dụng hỗn hợp cả cáp đồng trục và cáp quang đa ứng cho việc truyền tải nội dung IPTV. 20
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.2.1.3. Thiết bị khách hang IPTV (IPTVCD) IPTVCD( IPTV Consumer Device) là các thành phần quan trọng cho phép ngƣời sử dụng có thể 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 dựa trên gói IP. IPTVCD đƣợc hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa hoặc loại trừ hoàn toàn ảnh hƣởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV. Các loại IPTVCD phổ biến nhất là RG, IP set-top-box. Trong đó RG là modem ADSL và modem cáp trên mạng truyền hình cáp hai chiều HFC. 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 nhƣ là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa các thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà. Với mạng gia đình, khách hàng có thể tiết 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 Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 21
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.2.2.1. Cung cấp nội dung Tất cả nội dung đƣợc 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 đƣợc phân phối qua mạng IP. 1.2.2.2. Phân phối nội dung Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đã đƣợc 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 lƣu trữ các bản copy của nội dung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lƣu 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 đƣợc quyền truy cập nội dung. 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 đƣợc phân phối tới thuê bao. Một chức năng khác của điều khiển IPTV là cung cấp hƣớng dẫn chƣơng trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG đƣợc 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) đƣợc yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nội dung. 1.2.2.4 Chức năng vận chuyển IPTV Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao đƣợc chấp nhận, chức năng vận chuyển IPTV sẽ chịu trách nhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao, và cũng thực hiện truyền ngƣợc lại các tƣơng tác từ thuê bao tới chức năng điều khiển IPTV. 22
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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 đƣợc 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 nhƣ truy cập getway kết nối với bộ ghép kênh truy cập đƣờng dây thuê bao số DSLAM, hay trình STB (bộ giải mã) sử dụng trình duyệt web để kết nối với Middleware server. Trong chức năng này, STB lƣu trữ một số các thành phần quan trọng nhƣ các key DRM và thông tin xác thực user. Khối chức năng thuê bao sẽ sử dụng EPG cho phép 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. Hình 1.3 Các thành phần của cấu trúc chức năng 1.3. VẤN ĐỀ PHÂN PHỐI IPTV Các kiểu lƣu lƣợng mạng IP thời gian thực khác nhau đƣợc tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền IP khác nhau nhƣ 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 phƣơng thức phân phối thích hợp. Hiện nay có ba phƣơng thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP là unicast, broadcast và multicast. 23
Báo cáo đồ án tốt nghiệp IP Unicast: Đƣợc sử dụng để truyền dữ liệu (hay một gói dữ liệu) từ một máy phát (sender) đến một máy thu đơn giản. IP Broadcast: Đƣợc sử dụng để gửi dữ liệu từ một máy phát (sender) đến toàn bộ một mạng con Subnetwork gồm nhiều máy thu. IP Multicast: Đƣợc sử dụng để cung cấp dữ liệu từ một máy phát đến một nhóm các máy thu đƣợc cài đặt theo một cấu hình thống nhất, các thành viên của một nhóm này có thể thuộc các mạng phân tán khác nhau. Tuy nhiên, đối với vấn đề truyền dẫn video trong môi trƣờng mạng, do yêu cầu phải phân phối dữ liệu từ một điểm đến nhiều điểm, trong đó dòng dữ liệu cần đƣợc truyền đi từ một máy phát sender đến nhiều máy thu có nhu cầu xem đồng thời, nhƣng lại không đƣợc phép đi đến toàn bộ các máy đƣợc kết nối trong cùng một mạng con subnetwork (để giảm lƣu lƣợng lƣu thông trên mạng), nên giải pháp IP Boradcast thƣờng ít đƣợc sử dụng trong thực tế. Các ứng dụng truyền dẫn truyền hình trên mạng hiện nay thƣờng sử dụng phƣơng pháp IP Unicast và IP Multicast, trong đó IP Multicast là giải pháp hiện đang đƣợc ứng dụng khá phổ biến hiện nay. 1.3.1. IP Unicast Một số ứng dụng truyền thông các chƣơng trình truyền hình trên mạng giai đoạn đầu đã sử dụng phƣơng pháp truyền dữ liệu IP Unicast. Trong truyền unicast, mọi luồng video IPTV đều đƣợc gửi tới một IPTVCD. Vì thế, nếu có nhiều hơn một user IPTV muốn nhận kênh video tƣơng 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 đƣợc định hƣớng tới mỗi user đầu cuối. Từ góc độ của kỹ thuật này, thì việc cấu hình thực thi khá dễ dàng. Nhƣng các ứng dụng này mang nhiều hạn chế và hiện nay ít đƣợc ứng dụng vì nhiều lý do sau: Băng thông của mạng bị lãng phí. Dịch vụ rất khó mở rộng khi số lƣợng máy thu tăng lên. Không thể sử dụng trong các dịch vụ bị giới hạn thời gian, do sự cung cấp đến mỗi máy thu phải theo trình tự xếp hàng. 24
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 1.4 Các kết nối Unicast cho nhiều user IPTV Nhƣ 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 hƣớng đƣợc thiết lập qua mạng.Trong ví dụ này, server cần cung cấp kết nối tới mọi thuê bao có yêu cầu truy cập Kênh10,với tổng số là năm luồng riêng rẽ bắt đầu từ server nội dung và kết thúc tại router đích. 1.3.2. IP Broadcast Các mạng IP cũng hỗ trợ chức năng truyền broadcast, về mặt nào đó giống nhƣ kênh IPTV đƣợc đƣa tới mọi thiết bị truy cập đƣợc kết nối vào mạng băng rộng. Khi một server đƣợc cấu hình truyền broadcast, một kênh IPTV gửi tới tất cả các thiết bị IPTVCD đƣợc kết nối vào mạng bất chấp thuê bao có yêu cầu kênh đó hay không. Đây 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, nhƣng nếu truyền broadcast thì không sử dụng định tuyến. Đây là lý do làm mạng và các 25
Báo cáo đồ án tốt nghiệp thiết bị IPTVCD khác bị tràn ngập khi tất cả các kênh đƣợc gửi tới tất cả mọi ngƣời. 1.3.3. IP Multicast Trong phạm vi triển khai IPTV, mỗi nhóm multicast đƣợc truyền broadcast các kênh truyền hình và thành viên của nhóm tƣơng đƣơng với các thiết bị IPTVCD. Vì thế, mỗi kênh IPTV chỉ đƣợc đƣa tới IP STP muốn xem kênh đó. Đây là cách hạn chế đƣợc lƣợng tiêu thụ băng thông tƣơng đối thấp và giảm gánh nặng xử lý trên server. Hình 1.5 mô tả hoạt 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. Hình 1.5 Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật Multicast Nhƣ hình 1.5 chỉ bản copy đơn (single) đƣợc 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 hƣớng. 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 phƣơng thức này là làm giảm số 26
Báo cáo đồ án tốt nghiệp kết nối IP và dung lƣợng dữ liệu đi ngang qua mạng. Đây là phƣơng thức thƣờng đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng để phát quảng bá các chƣơng trình trực tiếp và là một kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP đang tồn tại. Phƣơng thức này không có lợi trong tuyến hƣớng lên (upstream) luồng thông tin giữa các thiết bị IPTVCD và broadcast server. Cần chú ý rằng, việc phát multicast nội dung IPTV thƣờng phức tạp hơn nhiều nếu so sánh với mô hình thông tin unicast và broadcast.  So sánh các phƣơng thức phân phối IPTV IP Unicast: Nhƣ đã đã trình bày ở trên, do các nhƣợc điểm lãng phí băng thông, khó mở rộng dịch vụ khi con số khách hàng tăng lên, nhất là trong các dịch vụ bị giới hạn về thời gian (nhƣ truyền hình online), nên IP Unicast không thật sự thích hợp cho dịch vụ truyền hình trên môi trƣờng mạng. IP Multicast: So IP Unicast, truyền thông IP Multicast cho phép phân phối dữ liệu từ một điểm đến nhiều điểm với hiệu quả băng thông cao hơn rất nhiều, nhƣng vẫn tồn tại một số vấn đề nhƣ: Các bộ định tuyến trung gian (Router) cần phải có khả năng multicast. Yêu cầu cao về tính năng thiết bị và năng lực quản trị mạng. Vấn đề độ tin cậy và khả năng kiểm soát lỗi truyền dữ liệu. Các yêu cầu liên quan đến các máy thu: Cần có Card mạng và phần mềm hỗ trợ IP Multicast . Nhìn chung, đối với các dịch vụ truyền hình trực tuyến trên môi trƣờng mạng có nhu cầu mở rộng không lớn lắm, IP Multicast vẫn là phƣơng thức truyền thông phổ biến hiện nay. IP broadcast: Trong thực tế kỹ thuật truyền thông tin này không hỗ trợ việc định tuyến vì thế mà broadcast không phù hợp cho các ứng dụng IPTV. 1.4. CÁC CÔNG NGHỆ CHO IPTV 1.4.1. Vấn đề sử lý nội dung Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận các tín hiệu video thời gian thực từ rất nhiều nguồn khác nhau, hình thức của chúng là một định dạng thích hợp để STB có thể giải mã và hiển thị trên màn hình. Tiến trình này bao gồm các chức năng sau: 27
Báo cáo đồ án tốt nghiệp . Nén: Các nguồn video tƣơng tự, quá trình nén số đƣợc thực thi trên mỗi tín hiệu video trƣớc khi nó đƣợc phát lên hệ thống IPTV. Tốc độ cao nhất của dữ liệu video và độ dài của gói tin đƣợc 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 tƣơng tự đã đƣợc định dạng số, đôi khi nó cần đƣợc chuyển đổi sang thuộc tính MPEG hoặc cấp độ luồng tới thích hợp 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 đƣợc 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 nhƣ 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 đƣợc 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 chƣơng trình audio hay video bên trong mỗi luồng truyền dẫn MPEG phải đƣợc xử lý để đảm bảo không có sự trùng lẫn chƣơng trình. Việc xử lý nội dung có thể đƣợc thực thi trên một luồng video trực tiếp hoặc đã đƣợc lƣu trữ bên trong video server. 1.4.2. VoD và Video server VoD (video on demand) – truyền hình theo yêu cầu là cách thức ngƣời xem các chƣơng trình truyền hình theo sự lựa chọn của khán giả.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 đƣợc xử lý cho việc lƣu trữ và phân phối bằng quá trình nén và mật mã tại trạm tiền xử lý nội dung. Một VoD server lƣu 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 đƣa 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. 28
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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 lƣợng bộ 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 đƣợc sử dụng cho việc phân phối nội dung. Dung lƣợng lƣu trữ nội dung đƣợc hỗ trợ trên một server có thể lớn hoặc nhỏ. Các nhà cung cấp sử dụng hai phƣơng thức để phân phối server trong mạng của họ, nhƣ trên hình 1.7. Đầu tiên là phƣơng thức tập trung hóa, các server lớn,dung lƣợng cao đƣợc 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. Phƣơng thức thứ hai là phân phối hóa server, ở đó các server nhỏ hơn đƣợc 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 phƣơng thức tập trung hóa thì giảm đƣợc số lƣợng server cần phải xây dựng, giảm giá thành trong việc truyền dẫn và lƣu trữ nội dung tại các vị trí khác nhau. Còn trong phƣơng thức phân phối hóa thì giảm đƣợc số lƣợng băng thông cần thiết giữa các vị trí. Cả hai phƣơng thức đều đƣợc sử dụng trong thực tế, dung lƣợng của VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ 29
Báo cáo đồ án tốt nghiệp thống và sở thích của ngƣời xem. 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 đƣợc yêu cầu để quản lý số lƣợng công việc khổng lồ đó, từ việc thông báo cho khách hàng về các chƣơng trình trên các kênh broadcast khác nhau cho tới dữ liệu cần thiết cho việc lập hóa 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 đƣợc cung cấp bởi các hệ thống IPTV OSS nhƣ sau: . Hƣớng dẫn chƣơng trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung cấp cho ngƣời xem lịch phát kênh broadcast và tên các chƣơng trình VoD sẵn có. Hƣớng dẫn này có thể bao gồm cả các kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chƣơng trình hoặc hƣớng dẫn chƣơng trình tƣơng tác cho phép user lên lịch các kênh đƣợc phát trong tƣơng lai. Một số các nhà khai thác dịch vụ IPTV sử dụng các công ty bên ngoài để cung cấp dữ liệu hƣớng dẫn chƣơng trình. . Hệ thống phân quyền đƣợc 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 30
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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. . Truy cập nội dung trực tuyến (e-mail, web) đƣợc cung cấp bởi một số hệ thống IPTV, cho phép user có thể xem nội dung trên PC tƣơng tự nhƣ xem trên Tivi nhƣng 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 tƣ 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 đƣợc mua từ nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ thực thi đầy đủ các chức năng đã đƣợc lựa chọn bởi nhà cung cấp. Việc tích hợp các hệ thống này có thể mất nhiều tháng, và nhiều công việc cần đƣợc hoàn thành trƣớc khi cung cấp dịch vụ cho số lƣợng lớn thuê bao. Hơn nữa, các chi phí trên là yếu tố để cố định giá dù dịch vụ thu hút đƣợc 1000 hay 100000 thuê bao. Cũng nhƣ vậy, chi phí lắp đặt các hệ thống OSS cần đƣợc 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 vƣợt trội giá thành của phần cứng hệ thống cho số lƣợng thuê bao thấp hơn. Hơn nữa, giá thành để bảo dƣỡng cơ sở dữ liệu sẽ không đƣợc xem xét khi triển khai mô hình kinh doanh cho một hệ thống IPTV. 1.5. CÁC DỊCH VỤ VÀ ỨNG DỤNG CỦA IPTV Một trong nhƣng mặt hấp dẫn nhất của IPTV, xem xét từ khía cạnh công ty điện thoại là nó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ một số các ứng dụng với cơ sở công nghệ và mức đầu tƣ tƣơng ứng. Hơn nựa, IPTV có thể kết hợp với một mạng IP băng rộng mới hoặc có sẵn đƣợc sử dụng để cung cấp các dịch vụ số liệu. Rất nhiều các ứng dụng này có thể đƣợc cung cấp ở mức giá thấp hơn so với giá cung cấp nội dung truyền hình thƣơng mại chính thống cho phép các nhà cung cấp có sức cạnh tranh hơn. Nhƣng trong phần này chỉ trình bày một số dịch vụ đã đƣợc 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. 31
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.5.1. Truyền hình quảng bá kỹ thuật số Khách hàng sẽ nhận đƣợc truyền hình số thông thƣờng bằng IPTV. Truyền hình quảng bá số đƣợc phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp đã đƣợc nâng cấp hoặc hệ thống vệ tinh. Sự khởi đầu của các công nghệ DSL tốc độ cao hơn nhƣ 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 đƣa ra các dịch vụ chất lƣợng cao khác nhau và nhiều dịch vụ hơn so với các nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp và vệ tinh trong quá khứ. Một lợi ích khác của IPTV là nó có nhiều nội dung và số kênh lớn hơn để lựa chọn, tùy 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 thƣờng, 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 tƣơng tác hai chiều trên nền mạng IP. 1.5.2. Video theo yêu cầu VoD VoD là dịch vụ cung cấp các chƣơng trình truyền hình dựa trên các yêu cầu của thuê bao. Các dịch vụ truyền hình đƣợc phát đi từ các bộ lƣu trữ phim truyện, chƣơng 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 đƣợc thiết kế thì các ứng dụng và các dịch vụ tạo lợi nhuận nhƣ 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. 32
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 1.5.3. Quảng cáo có địa chỉ Thông tin tin nhắn đặc biệt hoặc nội dung đa phƣơng tiện giữa thiết bị và khách hàng dựa trên địa chỉ của họ gọi là quảng cáo có địa chỉ. Địa chỉ đƣợc công bố của khách hàng có thể biết đƣợc thông qua việc xem xét kỹ profile của ngƣời xem. Nó đƣợc thực hiện bởi lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo phù hợp hoặc không phù hợp với ngƣời 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 ngƣời xem là diện mạo của quảng cáo có địa chỉ. Ngay khi truyền hình IP đƣợc bắt đầu, các hệ thống truyền hình IP có thể hỏi hoặc nhắc nhở ngƣời xem khai báo tên của họ từ danh sách đã đăng ký. Đổi lại, ngƣời xem sẽ muốn chọn tên chƣơng trình của họ. Tại đây, tên chƣơng trình đã có một profile và các tin nhắn quảng cáo có thể đƣợc lựa chọn, cách xem tốt nhất là kết nối tới profile của ngƣời xem. Bởi vì, các đặc tính tiên tiến đã đƣợc đƣa ra của truyền hình IP ví dụ nhƣ các cuộc gọi tới, e-mail và hƣớng dẫn chƣơng trình đều nhớ các kênh ƣu thích, ngƣời xem có thể thực sự xem chúng. Thu nhập đƣợc tạo ra bằng cách gửi các tin nhắn có địa chi tới ngƣời xem, với các profile đặc biệt có thể lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng bá thông thƣờng. Khả năng gửi các quảng cáo thƣơng mại tới một số ngƣời xem đặc biệt cho phép các nhà quảng cáo cố định đƣợc quỹ đầu tƣ chính xác cho quảng cáo có địa chỉ. Nó cũng cho phép các nhà quảng cáo thử nghiệm một số quảng cáo thƣơng mại khác trong cùng một vùng tại cùng một thời điểm. 33
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Chương 2 CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV Hiện nay IPTV đƣợc nhìn nhận nhƣ là con đƣờng 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 đƣợc 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 hƣởng tới chất lƣợng của luồng video đƣợc phân phối tới thuê bao IPTV, nó cũng quyết định cấu trúc mạng và độ phức tạp đƣợc 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. Các loại mạng mở rộng khác bao gồm các hệ thống cáp, điện thoại cáp đồng, mạng không dây và vệ tinh có thể đƣợc sử dụng để phân phối các dịch vụ mạng IPTV tiên tiến. 2.1. CÁC LOẠI MẠNG TRUY CẬP BĂNG RỘNG 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. 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 2.2. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG TRUY CẬP CÁP QUANG Đối với IPTV thì yêu cầu về băng thông lớn nhƣng chi phí hoạt động phải thấp và tránh đƣợc các can nhiễu. Do đó, ngƣời 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: 34
Báo cáo đồ án tốt nghiệp  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 đƣợc lắp đặt bởi các công ty viễn thông hoặc công ty cáp. Sau đó sợi cáp đồng sẽ đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu tới ngƣời dùng đầu cuối IPTV trong khu vực văn phòng đó.  Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN - Fiber to the neighborhood): Nhƣ ta đã biết sợi quang đƣợc 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 1,5Km tính từ nhà thuê bao. Việc triển khai FTTN cho phép ngƣời dùng nhận một gói các dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lƣợng cao và video theo yêu cầu.  Cáp quang tới lề đường (FTTC - Fiber to the curd ): Sợi quang đƣợc lắp đặt từ trung tâm dữ liệu IPTV tới các tủ cáp đƣợc đặt tại lề đƣờng. Từ đó một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồng trục đƣợc sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang trong tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV của nhà thuê bao.  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 đƣợc kết nối bởi sợi quang này. FTTH dựa trên mạng quang có khả năng phân phối dung lƣợng dữ liệu cao tới ngƣời sử dụng trong hệ thống. FTTH là hệ thống thông tin song kênh và hỗ trợ tính năng tƣơng tác của các dịch vụ IPTV. Việc phân phối những cấu trúc mạng này thƣờng đƣợc triển khai bằng hai loại mạng khác nhau một chút đó là mạng quang thụ động và mạng quang tích cực. 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 bƣớc 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 đƣợc xây dựng dựa trên các mạng FTTx theo các tiêu chuẩn quốc tế G.983 của ITU là tiêu chuẩn đang đƣợc sử dụng hiện nay. 35
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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 đƣợc số hóa với khoảng cách tối đa là 20Km mà không sử dụng bộ khuếch đại. Bộ chia quang: Bộ chia quang đƣợc 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 đƣợc 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. Cáp quang và bộ chia quang là các thiết bị thụ động, việc sử dụng các thiết bị thụ động để truyền dẫn các bƣớc sóng qua mạng mà không cần cung cấp nguồn từ xa để giảm chi phí vận hành và bảo dƣỡng. Mạng PON theo tiêu chuẩn G.983 bao gồm một kết cuối đƣờng quang OLT (Optical Line Termination) đƣợc đặt tại trung tâm dữ liệu IPTV và một số các kết cuối mạng quang ONT (Optical Network Termination) đƣợc lắp đặt tại thiết bị đầu cuối ngƣời dùng. 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 đƣợc gán trong các gói tin và chuyển đổi thành tín các tín hiệu điện và chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu quang để truyền trên mạng PON. Kết cuối đƣờng quang OLT bao gồm cáp quang và các bộ chia quang để định tuyến lƣu lƣợng mạng tới các kết cuối mạng quang ONT. 36
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 2.1 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON Hình 2.1 miêu tả cấu trúc mạng PON cơ bản đƣợc xây dựng để hỗ trợ phân phối các dịch vụ IPTV và Internet tốc độ cao cho sáu hộ gia đình khác nhau. Mạng PON trên hình 2.1 cũng mô tả 3 loại bƣớc sóng truyền dẫn khác nhau. Bƣớc sóng đầu tiên đƣợc sử dụng để mang lƣu lƣợng Internet tốc độ cao. Bƣớc sóng thứ hai đƣợc chỉ định mang các dịch vụ IPTV và bƣớc sóng thứ ba có thể đƣợc sử dụng để mang lƣu lƣợng tƣơng tác từ nhà thuê bao trở lại nhà cung cấp dịch vụ. Trên hình 2.1 cũng mô tả thiết bị ghép kênh theo bƣớc sóng WDM, WDM đƣợc 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 bƣớc sóng trên một sợi quang. Nhƣ vậy, sẽ tạo một số kênh quang ảo trên một sợi quang đơn. Trong WDM, dung lƣợng của mạng đƣợc tăng lên bằng việc gán bƣớc sóng bắt đầu từ nguồn quang đến các bƣớc sóng riêng biệt. Có 3 công nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hình vô tuyến truyền thống và IPTV. 2.2.1.1.BPON BPON (Broadband Passive Optical Network) mạng thụ động băng rộng. BPON sử dụng chuyển mạch mode truyền dẫn bất đồng bộ ATM 37
Báo cáo đồ án tốt nghiệp (Asynchronnuos Transfer Mode) nhƣ 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 đƣợc cố định kích thƣớc, mỗi cell có 5 byte header và trƣờng thông tin chứa 48 byte dữ liệu. Trƣờng thông tin của cell ATM mang nội dung IPTV, ngƣợc lại header chứa thông tin thích hợp để thực hiện chức năng là giao thức ATM. ATM đã đƣợc phân loại nhƣ là giao thức định hƣớng kết nối, các kết nối giữa đầu thu và đầu phát đã đƣợc thiết lập trƣớc để truyền dữ liệu video IP trên mạng. Khả năng giữ trƣớc băng thông để cho các ứng dụng nhạy với độ trễ là một đặc tính khác của mạng ATM. Đây là đặc tính thƣờng đƣợc 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 đƣợc can nhiễu. 2.2.1.2. EPON Mạng thụ động EPON(Ethernet PON) 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. Lƣu ý rằng các mạng EPON chỉ hỗ trợ lƣu lƣợng mạng Ethernet. 2.2.1.3. GPON Mạng quang thụ động GPON (Gigabit PON) 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 hƣớng xuống cao hơn, cụ thể là 2,5 Gbits hƣớng xuống và 1,5 Gbits hƣớng lên, đây là các tốc độ đạt đƣợc cho khoảng cách lên tới 20 km. Ngoài ra GPON còn hỗ trợ các giao thức nhƣ Ethernet, ATM và SONET, và các đặc tính bảo an đƣợc cải tiến. PON Tiêu chuẩn ITU-T Tốc độ Giao thức truyền dẫn Chủ yếu là ATM và IP Up: 155 Mbps BPON G.893 trên Ethernet cũng Down: 622 Mbps đƣợc sử dụng Up: 1,5 Gbps GPON G.894 Ethernet và SONET Down: 2,5Gbps Up: 1,25 Gbps EPON P802.3ah Gigabit Ethernet Down: 1,25 Gbps Bảng 2.1. So sánh các công nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON. 38
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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 ngƣời 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. 2.3. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG ADSL 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 đƣợc kế thừa từ các chuẩn DSL. 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 đƣờng dây số tốc độ cao. Trong một số trƣờng hợp nó không thể gửi tín hiểu truyền hình chất lƣợng chuẩn trên mạng truy cập DSL. Việc tăng quá trình thực thi đƣợc yêu cầu cho IPTV có thể đạt đƣợc bằng cách triển khai các công nghệ DSL nhƣ ADSL, ADSL2+ và VDSL. 2.3.1. ADSL Đƣờng dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL đƣợc 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 đƣờng dây cáp đồng điện thoại đang tồn tại. Bằng việc sử dụng các kỹ thuật đặc trƣng, 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. 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 tƣơng tự. Các mạch ADSL phải sử dụng tín hiệu tƣơng tự vì mạng mạch vòng nội hạt (local loop) không có khả năng truyền các tín hiệu mã hóa dạng số. 39
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 2.2. IPTV trên cấu trúc mạng ADSL Các thiết bị đƣợc sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trên mạng ADSL nhƣ trên hình 2.2 bao gồm: o Modem ADSL: Tại nhà thuê bao có một bộ thu phát ADSL hoặc modem. Modem thƣờng kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đình hoặc PC tới đƣờng line DSL. Đa số modem hiện này đều đƣợc tích hợp chức năng định tuyến để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu và truy cập Internet tốc độ cao. o Bộ lọc POTS: Ngƣời dùng đƣợc 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 đƣa tới điện thoại và tần số cao đƣa tới mạng gia đình. o DSLAM - Digital Subscriber Line Access Multiplexer: bộ ghép kênh truy cập đƣờng 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 đƣờng dây 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 đƣờng trục. DSLAM chịu trách nhiệm trong việc phân phối nội dung IPTV từ tổng đài khu vực tới các thuê bao IPTV. DSLAM có hai loại là DSLAM lớp 2 và 40
Báo cáo đồ án tốt nghiệp DSLAM nhận biết IP.  DSLAM lớp 2: Hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI và thực hiện các chức năng nhƣ chuyển mạch lƣu lƣợng giữa Ethernet và ATM, chuyển tiếp các lƣu lƣợng mạng ngƣợc dòng (up-stream) và ngăn ngừa can nhiễu giữa các thêu bao IPTV.  DSLAM nhận biết IP: Hỗ trợ các giao thức IP hoạt động tại lớp 3 trong mô hình OSI. Các chức năng tiên tiến đƣợc tích hợp trong các DSLAM nhận biết IP là tái tạo các kênh truyền hình quảng bá và kênh thực hiện theo lệnh. o 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 lƣợng cao và một số lƣu lƣợng Internet, tuy nhiên, nó sẽ không thể đáp ứng đƣợc cho các nhà cung cấp IPTV khi phân phối các chƣơng trình lớn tới thuê bao của họ. o 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. 2.3.2. ADSL2 Các chuẩn của họ ADSL2 đƣợc đƣa ra để đáp ứng các yêu cầu về băng thông, hỗ trợ cho các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn nhƣ IPTV. Có 3 loại khác nhau của họ ADSL2: ADSL2: 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+ đƣợc xây dựng trên ADSL2 và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng đƣa 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): Đƣợc gọi là ADSL mở rộng hay viết tắt là RE- ADSL2 (ADSL- Reach). RE-ADSL2 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 đƣợc trong giới hạn về khoảng cách và tốc độ trên các sợi cáp đồng. 41
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2.3.3. VDSL Đƣờng dây thuê bao số tốc độ cao VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) dựa trên những nguyên lý cơ bản nhƣ công nghệ ADSL2+. Nó là công nghệ DSL mới nhất và phức tạp nhất tại thời điểm này, và nó đã đƣợc phát triển để khắc phục các khuyết điểm của các phiên bản công nghệ truy cập ADSL trƣớc đây. Nó loại trừ đƣợc hiện tƣợng “thắt cổ trai” và hỗ trợ khả năng tốc độ rất lớn cho phép các nhà cung cấp dịch vụ đủ điều kiện để đƣa 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 đƣợc thiết kế để hỗ trợ các truyền dẫn của chuyển mạch ATM và lƣu lƣợng IP trên cáp đồng. Một số thành viên trong họ gia đìnhVDSL nhƣ sau: VDSL1: Nó hoạt động tại tốc độ giới hạn cao hơn 55 Mbps cho kênh hƣớng xuống và 15 Mbps cho hƣớng lên. Tuy nhiên nó chỉ hoạt động đƣợc trong khoảng cách ngắn. VDSL2: Là một cải tiến từ VDSL1 và đƣợc định nghĩa trong kiến nghị G.993.2 của ITU-T. Nó có thể đƣợc chia nhỏ thành VDSL2 (Long Reach) và VDSL2 (Short Reach). VDSL2 (Long Reach): 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): 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 hƣớng xuống trong khoảng cách 350 m. Mặc dù tốc độ kênh hƣớng lên không đạt đƣợc 100 Mbps, nhƣng các tốc độ đó đã vƣợt trội hơn so với các tốc độ kênh hƣớng lên của ADSL2+. Các đặc tính mới của VDSL2 nhƣ cải thiện chất lƣợng dịch vụ QoS và cải tiến kỹ thuật mã hóa tất cả đều thích hợp để phân phối các ứng dụng triple- play. Có hai phƣơng thức chính đƣợc các nhà cung cấp dịch vụ IPTV sử dụng để tích hợp VDSL2 vào hạ tầng mạng đang có của họ. Phƣơng 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. Phƣơng thức thứ hai là đặt thiết bị VDSL2 gần thuê bao IPTV. 42
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Công Khoảng Downstream Upstream Các dịch vụ được hỗ trợ nghệ cách (Mbps) (Mbps) DSL (km) Một kênh video SD nén ADSL 8 1 5.5 km MPEG-2,truy cập Internet tôc độ cao và các dịch vụ VoIP. Hai kênh video SD nén MPEG-2,hoặc một kênh HD, ADSL2 12 1 5.5 km truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Năm kênh video SD MPEG-2 hoặc hai kênh HD MPEG-4, ADSL+ 25 1 6 km truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP. Năm kênh video SD MPEG-2 ADSL- hoặc hai kênh HD MPEG-4, 25 1 6 km Reach truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Mƣời hai kên video SD Vài trăm MPEG-2 hoặc năm kênh HD VDSL1 55 15 mét MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP Bảy kênh video SD MPEG-2 VDSL2 1.2 - 1.5 hoặc 10 kênh HD MPEG-4, (Long 30 30 km truy cập Internet tốc độ cao và Reach) các dịch vụ VoIP. Mƣời hai kênh video SD VDSL2 MPEG-2 hoặc 10 kênh HD ((Short 100 100 350 km MPEG-4, truy cập Internet tốc Reach) độ cao và các dịch vụ VoIP. Bảng 2.2 So sánh các công nghệ DSL 43
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2.4. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP 2.4.1. Tổng quan về kỹ thuật HFC Mạng HFC (hybrid fiber/coax) là mạng kết hợp cáp quang và cáp đồng trục, sử dụng đồng thời cáp quang với cáp đồng trục để truyền và phân phối tín hiệu. Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến các node quang là cáp quang, còn từ các node quang đến thuê bao là cáp đồng trục. 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 nhƣ sau: Mạng HFC có khả năng truyền dẫn đồng thời cả tín hiệu số và tín hiệu tƣơng tự. Đây là đặc tính rất quan trọng cho các nhà khai thác mạng. Mạng HFC có thể chung hòa giữa việc tăng dung lƣợng và các yêu cầu tin cậy của một hệ thống IPTV. Đặc điểm tăng đƣợc dung lƣợng của hệ thống HFC cho 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. Hình 2.3. Mạng HFC end-to-end Hình 2.3 ta thấy cấu trúc của mạng HFC gồm có đƣờng trục chính là cáp quang kết nối theo các node quang tới mạng cáp đồng trục. Node quang hoạt 44
Báo cáo đồ án tốt nghiệp động nhƣ 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 đƣợc phát từ trung tâm dữ liệu tới 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. 2.4.2. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp Do sự cạnh tranh về thị trƣờng 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 hƣớng tới sử dụng mô hình mạng IP để phân phối nội dung tới ngƣời 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 ƣu thế của việc triển khai sang mạng chuyển mạch SDV: Một số lƣợng lớn băng thông của mạng sẽ đƣợc dự trữ bởi vì nhà khai thác chỉ nhận đƣợc yêu cầu phát một kênh truyền hình đơn lẻ tới bộ giải mã STB. Băng thông dƣ 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. 45
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 2.4 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF Hình 2.4 mô tả một cấu trúc mạng IPTV cáp đƣợc tạo thành từ sự kết hợp các thiết bị của công nghệ RF và công nghệ IP. Một số thiết bị phần cứng đƣợc mô tả trên hình 2.4 bao gồm: * Switch hay Router GigE: GiE (Gigabit Ethernet) nổi lên nhƣ là một giao thức vận chuyển đƣợc lựa chọn để kết nối các thành phần mạng IP. GigE thƣờng đƣợc sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi dung lƣợng cao, ví dụ nhƣ VoD. Router GigE tập hợp lƣu lƣợng IPTV và cung cấp các kết nối tới mạng truy cập lõi. * Mạng truyền dẫn quang: Mạng lõi cung cấp con đƣờng 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 bƣớc sóng DWDM. * Bộ điều chế biên: Các bộ điều chế đƣợc 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. 46
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Trong mô hình trên tất cả nội dung đều đƣợc điều chế thành các sóng mang RF và đƣợc biên dịch thành RF băng rộng ngõ ra, thƣờng 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 thƣờng đƣợc dành riêng cho các dịch vụ thoại và dữ liệu. Từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp, một đƣờng trung kế lớn đƣợc sử dụng để phân phối tín hiệu băng rộng tới các Hub phân phối. Từ Hub phân phối, tín hiệu băng thông rộng đƣợc gửi tới mạng truyền dẫn quang, thông qua mạng HFC, các tín hiệu băng rộng đƣợc gửi tới các bộ STB trong nhà khách hàng. 2.5. IPTV PHÂN PHỐI TRÊN 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 chƣơng trình để lựa chọn hơn cho phép khách hàng xem truyền hình quảng bá và nội dung video theo yêu cầu, đó là lý do tại sao số lƣợng khách hàng đã sử dụng Internet tăng lên. IPTV triển khai trên mạng Internet có thể là một trong các dạng ứng dụng sau. 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 đƣợc streaming từ một server tới các thiết bị client có khả năng xử lý và hiện thị nội dung video. Các kênh truyền hình Internet đƣợc streaming cũng có thể đƣa vào điện thoại di động hoặc bộ giải mã STB. Nội dung các kênh truyền hình Internet đƣợc streaming cũng có thể đƣợc phân phối theo thời gian thực và ngƣời xem có thể xem lại theo cách xem truyền thống. Quá trình kỹ thuật streaming kênh truyền hình Internet thƣờng bắt đầu tại server streaming, tại đó nội dung video đƣợc đóng vào trong các gói IP, nén lại và phát qua mạng Internet tới PC client. PC có các phần mềm, thƣờng là một chƣơng 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 đƣợc thƣờng ngắn và phụ thuộc tốc độ kết nối có thể có giữa server và client. Mô hình cấu trúc mạng đƣợc sử dụng để phân phối kênh truyền hình trên Internet nhƣ trên hình 2.5. 47
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 2.5 Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet Việc triển khai tất cả các kênh truyền hình Internet sẽ yêu cầu một server streaming, server này sẽ hỗ trợ các chức năng sau: Lƣu trữ và khôi phục nội dung video nguồn. Điều khiển tốc độ các gói video IP đƣợc phân phối tới thiết bị của ngƣời xem. Thực hiện chuyển tiếp và chuyển ngƣợc các lệnh yêu cầu từ ngƣời xem truyền hình Internet. Một server streaming đơn làm việc tốt khi phân phối số lƣợng ít các kênh truyền hình tới một số thuê bao đƣợc 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 lƣợng lớn server streaming trên các đƣờng mạng khác nhau. Công việc streaming nội dung video hầu hết đều cần phải bảo mật vì nội dung không đƣợc lƣu trữ trên thiết bị truy cập của khách hàng. Vì thế, việc sao chép nội dung trái phép cần phải đƣợc ngăn chặn. Một lợi thế khác của IPTV là khả năng hoạt động hiệu quả trên các kết nối có băng thông thấp và ngƣời xem có khả năng bắt đầu xem nội dung tại mọi điểm trong luồng IPTV. 2.5.2. Download Internet Nhƣ 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 lƣợng download, các dịch vụ bao gồm tin tức nội bộ và bản tin thời 48
Báo cáo đồ án tốt nghiệp tiết, phim điện ảnh, phim nội bộ và âm nhạc, chỉ dẫn giải trí và các quảng cáo đƣợc phân loại. Một số vị trí cổng Internet trực tuyến gần đây bắt đầu tiến hành đƣa ra các thƣ viện nội dung chƣơng trình IPTV có thể download cho ngƣời sử dụng Internet. Trong hầu hết các trƣờng hợp, mọi ngƣời đều sử dụng PC để xem các chƣơng 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: o Các giao thức mạng: chuẩn giao thức truyền tập tin FTP và giao thức truyền siêu văn bản HTTP thƣờng đƣợc 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. o Công nghệ server: chuẩn phần mềm Web server thƣờng đƣợc sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về nội dung video. o Tốc độ mạng: thời gian để download một bộ phim trên Internet phụ thuộc vào tốc độ của kết nối băng rộng và chất lƣợng nội dung video. Các bộ phim điện ảnh định dạng SD và các chƣơng trình download tƣơng đối nhanh so với nội dung video dạng HD. o Các nhu cầu về lưu trữ: cả server và client đều yêu cầu khả năng lƣu 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 đƣợc download vào đĩa DVD và xem bằng đầu DVD. 2.5.3. Chia sẻ video ngang hàng Ứng dụng chia sẻ video ngang hàng (peer-to-peer) cho phép nhiều user xem, chia sẻ và tạo nội dung video trực truyến. Việc sử dụng ứng dụng chia sẻ video peer-to-peer không phức tạp và nó thƣờng là download và cài đặt một số phần mềm chuyên dụng. Khi phần mềm hoạt động đƣợc trên PC, ngƣời dùng chỉ cần click vào các link để download một file video. Khi tiến trình download đã bắt đầu, phần mềm ứng dụng chia sẻ video peer-to-peer đƣợc thiết lập các kết nối và bắt đầu lấy nội dung video đƣợc yêu cầu từ các nguồn khác nhau. Khi file video đƣợc download và ghi đầy đủ vào ổ cứng thì có thể xem nội dung. 49
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2.6. CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG LÕI IPTV Hạ tầng mạng IPTV đòi hỏi phải truyền tải đƣợc một số lƣợng 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 đƣợc sử dụng làm hạ tầng mạng IPTV là ATM trên nền SONET/SDH, IP trên MPLS và Metro Ethernet. Nhƣ miêu tả trên hình 2.6 các công nhệ mạng lõi cung cấp việc kết nối giữa trung tâm dữ liệu IPTV và các mạng truy cập khác nhau. Hình 2.6 Hạ tầng mạng lõi IPTV 2.6.1. ATM và SONET/SDH Nhƣ đã biết, ATM có thể hỗ trợ các ứng dụng nhƣ 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) thƣờng đƣợc 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) đƣợc đƣa ra cho công nghệ truyền dẫn quang theo tiêu chuẩn Châu Âu. Tốc độ tín hiệu SONET đƣợc đo bằng các chuẩn sóng mang quang OC (Optical Carrier). Bảng 2.3 là 50
Báo cáo đồ án tốt nghiệp các tốc độ truyền dẫn đang sử dụng gọi là cấp độ OC. Bảng 2.3 Các chuẩn OC SONET Cấp độ OC Tốc độ truyền dẫn tín hiệu OC-1 (tốc độ cơ sở) 51,84 Mbps OC-3 155,52 Mbps OC-12 622,08 Mbps OC-24 1,224 Gbps OC-48 2,488 Gbps OC-192 10 Gbps OC- 256 13,271 Gbps OC-768 40 Gbps 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 trƣớc các khe thời gian nhƣ vậy sẽ hoạt động bất chấp có dữ liệu đƣợc truyền hay không. Thiết bị SONET nhận một số luồng bit và kết hợp thành một luồng đơn, các tốc độ đƣợc kết hợp thành một tốc độ chung. Ví dụ, bốn luồng lƣu lƣợng IPTV có tốc độ 1 Gbps sẽ đƣợc kết hợp thành luồng 4 Gbps sau đó đƣợc chuyển tiếp lên mạng cáp quang. 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 đƣợc thiết kế với các đặc tính nhƣ QoS hoặc khả năng phân biệt lƣu lƣợng, 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 lƣu lƣợng video khác nhau trên một nền mạng chung. MPLS đƣợc 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 51
Báo cáo đồ án tốt nghiệp nhiệm thiết lập các tuyến kết nối có định hƣớng tới các đích riêng biệt trên mạng IPTV. Các tuyến ảo này đƣợc gọi là các tuyến chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) và đƣợc cấu hình với đầy đủ tài nguyên để chắc chắn truyền dẫn trôi chảy lƣu lƣợng 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 lƣu lƣợng mạng. Đây là điều đạt đƣợc bằng việc thêm MPLS header vào phần đầu của mỗi gói tin IPTV. Các thành phần của MPLS header đƣợc giải thích trong bảng 2.4. Tên trường bit Độ dài trường bit Chức năng (bit) Chứacác chi tiết riêng biệt Nhãn 20 của hop tiếp theo cho mỗi gói IPTV . Các bit dự trữ 3 Đƣợc dự trữ cho user khác. Một header có thể chứa một hoặc nhiều nhãn.Một khi Stacking bit 1 Stacking bit đƣợc thiết lập, LSR sẽ nhận dạng đƣợc nhãn sau cùng trong gói. Thời gian sống TTL Đây là giá trị đƣợc copy từ 8 trƣờng TTL trong IP header Bảng 2.4 Định dạng MPLS header 52
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 2.7 Topology mạng lõi MPLS Hình 2.7 miêu tả header đƣợc thêm vào LSR ở lối vào và đƣợc gỡ bỏ bởi LSR ở lối ra. Lợi ích khác của mạng MPLS là hỗ trợ các cấp độ phục hồi nhanh khi mạng xuất hiện lỗi. 2.6.3. Metro Ethernet Một công nghệ khác có thể đƣợc 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 đƣợc 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 lƣợng 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 trƣng 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 tƣởng có khả năng phân phối các dịch vụ giá trị gia tăng mới nhƣ 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 nhƣ IPTV không bị ảnh hƣởng do đứt quãng. 53
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Các công nghệ Metro Ethernet hỗ trợ sử dụng việc kết nối các mạch ảo đƣợc định hƣớng, điều đó cho phép các nhà cung cấp dịch vụ IPTV bảo đảm việc phân phối nội dung video chất lƣợng cao bên trong mạng lõi. Các liên kết chuyên dụng này đƣợc gọi là các kết nối ảo Ethernet EVC (Ethernet Virtual Connection). Hình 2.8 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. Hình 2.8. Sử dụng các EVC để cung cấp kết nối IPTV qua lõi mạng 54
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Chương 3 QUẢN LÝ MẠNG IPTV Việc phân phối dịch vụ truyền hình trên mạng IP trở thành các thách thức về mặt công nghệ và thƣơng 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 lƣu lƣợng 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 hƣởng 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 bƣớc 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 đƣợc đƣa ra từ các nhà khai thác truyền hình thu phí khác là truyền hình cáp và vệ tinh. Để tránh đƣợc các thách thức trên, trong phần này đƣa ra một số chức năng hoạt động và kỹ thuật để thành công trong việc triển khai IPTV. 3.1. 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 hƣởng 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 chức năng đƣợc 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 hiển thị thông tin các tình trạng của một số thành phần mạng nhƣ: o Các thiết bị và server trung tâm dữ liệu IPTV. 55
Báo cáo đồ án tốt nghiệp o Các thiết bị mạng lõi IP. o Các thiết bị mạng truy cập. o Thiết bị khách hàng IPTV. o Các mạng gia đình. Tối ưu hóa mạng: NMS giúp đỡ quá trình tối ƣu 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 ngƣời quản lý mạng IPTV: o Theo dõi và đánh giá các đoạn đứt quãng của dịch vụ IPTV. o Kiểm tra “sức khỏe” của các thành phần mạng. o Nhận dạng các vấn đề tiềm tàng trên mạng thông qua phân tích chiều hƣớng dữ liệu. o 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 trƣng 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 lƣợc vô cùng quan trọng trong mạng truyền hình băng rộng. 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 lƣu trữ các mục thông tin cấu hình của mỗi thiết bị đƣợc 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. NMS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ giữ quyền điều khiển chặt chẽ việc sử dụng băng thông mạng và tối ƣu 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 lƣợng dịch vụ đƣợc phân phối tới user đầu cuối, NMS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ ƣu tiên hóa nội dung video trên các ứng dụng không nhạy 56
Báo cáo đồ án tốt nghiệp với độ trễ nhƣ ứng dụng tìm kiểm trên Internet và lƣu lƣợng các ứng dụng ngang hàng. Quản lý các nhật ký mạng: Đây là chức năng chịu trách nhiệm ghi và lƣu trữ nhật ký của các sự kiện xuất hiện trong thời gian hoạt động của mạng IPTV. Thông tin nhật ký đƣợc lƣu trữ giữa các NMS khác nhau, bao gồm: o Các chi tiết login và logout của các user IPTV. o Các chi tiết thay đổi cầu hình của hệ thống và thiết bị IPTVCD. o Các chi tiết hoạt động của thiết bị mạng. Các thách thức cho những ngƣời quản lý hệ thống IPTV kết hợp với dữ liệu từ các NMS khác nhau để thu đƣợc một cái nhìn tổng thể chính xác về quá trình thực thi của mạng. Thêm nữa, những ngƣời quản lý cũng cần khả năng hỗ trợ các phần cứng khác chạy phần mềm NMS đóng gói tại trung tâm dữ liệu IPTV. 3.1.1. Sử dụng giao thức SNMP để quản lý mạng IPTV Giao thức quản lý mạng đơn giản SNMP là phƣơng 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. 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 đƣợc tập hợp từ các thiết bị này. Hình 3.1 trình bày cách bố trí của hệ thống SNMP cơ bản.Các thành phần của hệ thống bao gồm: . Network manager là bộ phận chịu trách nhiệm về các hoạt động chính xác của mạng. . Management console là thành phần đƣợc trang bị cho Network manager, nó chịu trách nhiệm tập hợp thông tin về mạng, hiển thị thông tin và thực hiện các lệnh quản lý mạng. . Network management software chạy trên manager console để thực hiện các nhiệm vụ nhƣ hiển thị các trạng thái mạng, các cảnh báo đăng nhập và gửi các lệnh tới các thiết bị mạng. Phần mềm này sử dụng quản lý SNMP để thu thập thông tin từ các thiết bị mạng khác nhau. . SNMP manager chịu trách nhiệm về thông tin quản lý các thiết bị đƣợc quản lý, giữ các bản ghi chép về các trạng thái hiện tại của mạng trên cơ sở dữ liệu chủ đƣợc gọi là cơ sở thông tin quản lý MIM (Management 57
Báo cáo đồ án tốt nghiệp information base). . SNMP đƣợc sử dụng để truyền đạt thông tin tới các thiết bị khác nhau hình thành mạng, một số SNMP đƣợc trình bày trên hình 3.1. . Thiết bị 1 và 2 đều đƣợc quản lý trực tiếp do chúng đều đƣợc trang bị một SNMP agent và một module cơ sở dữ liệu MIB nội bộ. SNMP agent chịu trách nhiệm tập hợp và lƣu trữ trạng thái thiết bị vào trong cơ sơ dữ liệu MIB để trả lời các lệnh và các yêu cầu cho dữ liệu MIB từ SNMP manager. SNMP agent cũng có thể phát ra các yêu cầu đặc biệt (gọi là traps) tới SNMP manager trong các trƣờng hợp đặc biệt, ví dụ nhƣ các yêu cầu khởi động lại hệ thống ngay lập tức. . Thiết bị 3 và 4 không có SNMP, vì thế có một thiết bị đặc biệt gọi là proxy agent quản lý chúng. Proxy agent chứa đựng phần mềm SNMP agent và một module MIB biên dịch dữ liệu từ các thiết bị đƣợc gắn vào. Proxy agent phải tập hợp dữ liệu từ mỗi thiết bị bằng mọi cách có thể, ví dụ nhƣ các cồng serial trên thiết bị, giám sát các giao tiếp hoặc các phƣơng thức khác. Hình 3.1. 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 đƣợc tự động hóa. Dữ liệu từ mỗi thiết bị có thể đƣợc tập hợp một cách định kỳ để phân tích mọi hoạt động có thể xảy ra. 58
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Ví dụ, SNMP thƣờng đƣợc sử dụng để tập hợp dữ liệu thực thi mạng nhƣ số lƣợng gói bị mất và hiển thị nó cho Network manager. Hiện tƣợng nghẽn trên một liên kết vƣợt 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 hiệucho Network manager điều tra nguyên nhân của việc tắc nghẽn và thực hiện một số hoạt động chính xác hơn, ví dụ nhƣ gửi đi nhân viên sửa chữa hoặc cấu hình lại mạng để gửi các gói theo một tuyến khác. Trong môi trƣờng IPTV các dạng dữ liệu đƣợc tập hợp từ mạng IPTV rơi vào ba loại riêng biệt sau: o Các cảnh báo: Các cảnh báo sẽ thông báo cho nhân viên kỹ thuật tại trung tâm dữ liệu IPTV về hoạt động bất thƣờng trên mạng. Các cảnh báo đƣợc sử dụng bởi bộ phận kỹ thuật để nhận dạng nguồn dịch vụ bị mất. o Tình trạng hiện hành: Dữ liệu các tình trạng hiện hành của mạng đƣợc tập hợp lại trên cơ sở thông thƣờng để xác định các thành phần mạng IPTV có hoạt động hay không. o Các thống kê: Các thống kê mạng ví dụ nhƣ các cấp độ lƣu lƣợng mạng đƣợc tập hợp lại bởi hệ thống quản lý trên cơ sở thông thƣờng. Mạng IP có thể thực thi tốt hoặc xấu. Dữ liệu thống kê đƣợc tập hợp bởi hệ thống quản lý, và nhân viên kỹ thuật sử dụng nó để tối ƣu hóa tiến trình thực thi mạng IPTV. Mạng đƣợc tối ƣu hóa cải thiện tốc độ phân phối cho dịch vụ IPTV và VoD. Các ứng dụng và cơ sơ dữ liệu đƣợc lƣu trữ trên một server và sử dụng các kết nối theo thứ tự, các giao tiếp dành riêng, hoặc giao tiếp Ethernet để truyền thông tin với các thiết bị mạng IPTV: Các server IPTV. Thiết bị xử lý video trung tâm dữ liệu IPTV. Thiết bị IPTVCD. Các router IP. DSLAM. Hệ thống kết cuối modem cáp CMTS (Cable Modem Termination System) Mỗi thiết bị đƣợc tải trƣớc một module phần mềm agent quản lý SNMP, chức năng chính của agent quản lý là cung cấp thông tin về thiết bị 59
Báo cáo đồ án tốt nghiệp IPTV tới ứng dụng server. Đây là thông tin đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu thƣờng trú cơ sở thông tin quản lý MIB. Thông tin trong MIB đƣợc chuẩn hóa để các dạng NMS khác nhau có thể sử dụng đƣợc nó. Hình 3.2 Liên kết hệ thống quản lý mạng IPTV Hình 3.2 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 đƣợc nhận từ mạng IPTV, SNMP agent thực hiện lệnh đƣợc yêu cầu và gửi trả lại thông tin đã đƣợc 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. 3.1.2. Quản lý thiết bị bằng trình duyệt web Quản lý thiết bị bằng trình duyệt web cho phép một thiết bị mạng vẫn đƣợc quản lý từ vị trí khác thông qua sử dụng chuẩn trình duyệt web. Thông tin về thiết bị đƣợc hiển thị trong cửa số chƣơng trình tìm duyệt, và các sửa đổi cho hoạt động của thiết bị hay cấu hình có thể đƣợc thiết lập thông qua các giao diện ngƣời dùng chuẩn. 60
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 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 đƣợc thực thi trên web server là quản lý thiết bị. Hình 3.3 mô tả các chức năng làm việc cùng với nhau. Hình 3.3 Cấu trúc quản lý dựa trên trình duyệt web Trong hình 3.3 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 đƣợc thiết kế theo yêu cầu cho phép user xem thông tin quan trọng về thiết bị. Ví dụ trong hình 3.3 có ba lớp truy cập đƣợc cung cấp: nhân viên quản lý mạng, nhân viên bảo dƣỡng và user đã đƣợc xác thực. Nhân viên quản lý mạng có toàn quyền truy cập để theo dõi mọi mặt của thành phần mạng và có thể sửa đổi cấu hình của thiết bị. Nhân viên bảo dƣỡng có thể quan sát tất cả các trạng thái và cấu hình của thiết bị nhƣng không thể thay đổi cấu hình. User đã đƣợc xác thực có thể bị giới hạn về quyền quan sát các trạng thái của thiết bị và không đƣợc phép thay đổi cấu hình. Các lớp truy cập khác nhau thƣờng đƣợc thực hiện chung trên phần mềm web server thông qua việc sử dụng username và 61
Báo cáo đồ án tốt nghiệp password đƣợc truyền dẫn trên các kết nối đảm bảo (HTTPS). 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. 3.2. 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 nhƣ sau: o Phân phối địa chỉ: Trong thực tế, các nguồn video đƣợc cố định các địa chỉ IP, vì thế các thiết bị IPTVCD có thể xác định chúng. Việc phân phối địa chỉ IP đƣợc nói rõ hơn trong phần tiếp theo. o Cài đặt nguồn video: Đây là công việc thực hiện sớm nhất trong tiến trình cài đặt vì thế các thiết bị có thể đƣợc kiểm tra với video thực khi chúng đã đƣợc cài đặt. Các nguồn multicast thƣờng cần băng thông thấp hơn so với các nguồn unicast để gửi bản sao luồng video tới mỗi thiết bị ngƣời xem. o 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 chƣơng trình này. o Cái đặt các phần cứng client: Khi các bộ giải mã IP-STB hoặc các thiết bị client đƣợc cài đặt, một số nhà cung cấp dịch vụ quyết định đƣa nhân viên kỹ thuật tới nhà khác hàng. Điều này cho phép các công việc kiểm tra mạng đƣợc thực hiện đầy đủ và các hỗ trợ khác đƣợc cài đặt chính xác. o Cấu hình multicast: Nếu phƣơng thức multicast đƣợc 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 chƣơng trình nâng cấp phần cứng trong các thiết bị mạng, ví dụ nhƣ các router. o 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 đƣợc sử dụng để gửi và nhận các lệnh quản lý mạng và truyền dẫn video, với điều kiện 62
Báo cáo đồ án tốt nghiệp là đƣợc cung cấp khả năng thông tin hai chiều (two-way). o Quản lý việc di dời và lắp đặt lại thiết bị: Mỗi lần các thiết bị đƣợc di dời hoặc lắp đặt lại thì cần phải cấu hình lại hệ thống để đảm bảo không có các thông báo lỗi về vị trí vật lý của thiết bị. 3.3. GIÁM SÁT THỰC THI VÀ KIỂM TRA MẠNG Giám sát thực thi là quan sát quá trình vận hành của mạng để có đƣợc các hoạt động chính xác. Tất cả các loại vận hành đều có thể đƣợc giảm sát, từ việc đếm các lỗi trên một liên kết dữ liệu cho tới việc theo dõi số lƣợng ngƣời xem nội dung cùng một lúc. Nếu tiến trình thực thi không đạt đƣợc các yêu cầu đã quy định trƣớc thì các cảnh báo sẽ đƣợc phát ra để phục vụ cho việc dự đoán các lỗi sớm nhất có thể. Thông thƣờng, việc giám sát là trách nhiệm đƣợc 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 đƣợc lƣu trữ trên mỗi thiết bị và chỉ đƣợc 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 đƣợc thu thập và phân tích bởi hệ thống giám sát thực thi nhƣ sau: o 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. o 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. o Các gói mất: Trong trƣờng hợp nghẽn mạng, một số thiết bị sẽ không gửi đƣợc hết số gói, vì thế luồng tín hiệu sẽ bị mất các gói đó. Thông qua việc giám sát số lƣợng gói bị mất tại các vị trí khác nhau trong mạng, các nhà khai thác mạng sẽ xác định đƣợc dung lƣợng cần tăng lên, số lƣợng router cần xây dựng thêm cho dịch vụ hoặc các liên kết cần phải đƣợc bảo dƣỡng. o Các trạng thái của thuê bao: Tất cả các loại dữ liệu thu thập về thuê bao đƣợc 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. 63
Báo cáo đồ án tốt nghiệp o 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 nhƣ có nhiều user giống nhau truy cập vào hệ thống tại nhiều vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm. o 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 đƣợc sử dụng sau khi một lỗ thủng bảo an đƣợc xác định để tìm ra cách ngăn ngừa các sự cố bảo an trong tƣơng lai. Việc giám sát thực thi làm việc để ngăn ngừa các sự cố mạng do một vài thiết bị có hiện tƣợng giảm hiệu suất thực thi trƣớc khi chúng ngừng hoạt động hoàn toàn. Hệ thống trung tâm dữ liệu IPTV đƣợc tạo nên bởi nhiều thành phần phức tạp và ngày càng nhiều dịch vụ hơn, vì thế vấn các đề về mạng phải đƣợc phát hiện và giải quyết nhanh hơn. Để tăng tối đa thời gian chạy hệ thống và đảm bảo các dịch vụ đƣợc phân phối tới khách hàng với chất lƣợng cao nhất, thì vấn đề giám sát và kiểm tra cần đƣợc tiến hành trên cơ sở hạ tầng mạng. Việc giám sát chặt chẽ mạng IPTV sẽ có một số lợi ích sau: o Cho phép các nhà quản lý mạng nhận ra các kiểu lƣu lƣợng mạng, từ đó cho biết sự đứt quãng hoặc sự giảm sút chất lƣợng 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 lƣợng video. o Sửa chữa ngay lập tức sự đứt quãng mạng dù là nhỏ nhất. o Mang đến cho nhóm kỹ thuật khả năng ƣớc 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 đƣợc sử dụng đề xác định vị trí sự cố. Ví dụ, nếu sự cố giảm sút nhẹ trong chất lƣợng tín hiệu video thì chiến lƣợc 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 đƣợc chất lƣợng cao, có thể tiến hành một số kiểm tra các thành phần mạng IPTV nhƣ sau: Thiết bị truy cập: Thƣờng tiến hành kiểm tra các thành phần phần cứng và phần mềm đã đƣợc cài đặt gần nhất, để các user IPTV có thể đƣợc xem với chất lƣợng nhƣ mong đợi và tối ƣu hóa việc phân phối các dịch vụ IPTV đa 64
Báo cáo đồ án tốt nghiệp điểm và đơn điểm. Các nội dung tiến hành kiểm tra bao gồm: o Kiểm tra tốc độ dữ liệu di chuyển trong mạng thiết bị truy cập thuê bao. o 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: Thƣờng tiến hành kiểm tra tất cả phần mềm và phần cứng đƣợc sử dụng để phân phối các dịch vụ IPTV. Các thông số cấu hình mạng có thể luôn thay đổi, khi đó có ảnh hƣởng tới các luồng IPTV đƣợc 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 đƣợc cài đặt tại trung tâm dữ liệu IPTV cần đƣợc kiểm tra đầy đủ để đảm bảo nó có khả năng phân phối nhiều dịch vụ IPTV tới số lƣợng lớn thiết bị IPTVCD một cách chắc chắn và hiệu suất cao. Kế hoạch kiểm tra cũng cần thực hiện thƣờng xuyên trên nội dung cung cấp bởi các nhà cung cấp nội dung để đảm bảo đạt đƣợc các cấp độ chất lƣợng với các thông số đã thỏa thuận. Thiết bị IPTVCD: Kiểm tra các thiết bị IPTVCD để biết các thiết bị IPTVCD nào đƣợc 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 đƣợc yêu cầu bởi ngƣời xem, các kênh này đƣợc điều khiển từ xa, đó là các kênh thực tế nhận đƣợc để đảm bảo thời gian thay đổi kênh khi số lƣợng thuê bao kết nối tới các server IPTV lớn. 3.4. QUẢN LÝ VÀ DỰ PHÒNG Dịch vụ IPTV có các yêu cầu về độ khả dụng và độ tin cậy. Để ngăn ngừa các hiện tƣợng làm đứt quãng việc cung cấp dịch vụ thì các thiết bị mạng và thiết bị trung tâm dữ liệu IPTV cần đƣợc 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 hƣởng tới dịch vụ. Các cấp độ dự phòng của phần cứng và phần mềm đôi khi đƣợc các nhà cung cấp dùng để giảm thiểu ảnh hƣởng của việc đứt quãng dịch vụ lên các thuê bao IPTV. 65
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 3.4 Thiết kế mạng hỗ trợ dự phòng Hình 3.4 miêu tả thiết kế mạng để hỗ trợ một cấp độ dự phòng đƣợc cải tiến tại trung tâm dữ liệu IPTV cũng nhƣ bản thân mạng. Mạng đƣợc miêu tả bao gồm một số đặc tính dự phòng sau: o Topology mạng ring đối xứng đƣợc sử dụng để truyền tải lƣu lƣợng IPTV tại lõi mạng. o Vì thế khi liên kết bị đứt tại bất kỳ chỗ nào trong mạng ring thì lƣu lƣợng IPTV sẽ đƣợc định tuyến đi theo hƣớng ngƣợc lại trong mạng ring. o Các thành phần hạ tầng mạng đƣợc 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. o Router phân phối dự phòng cũng đƣợc lắp đặt để đảm bảo router sẵn sàng truyền tải nếu một trong hai thiết bị gặp sự cố. o Mỗi bộ mã hóa có hai cổng ra. o Một số liên kết dự phòng cũng đƣợc sẵn sàng giữa router phân phối và các router biên phục vụ số lƣợng lớn user đầu cuối. Các cấp độ dự phòng đƣợc xây dựng khi thiết kế mạng IPTV sẽ phụ thuộc vào loại dịch vụ IPTV đƣợc triển khai trên mạng. Các hệ thống bảo dƣỡng tinh vi thƣờng đƣợc các nhà cung cấp sử dụng để theo dõi các hoạt động bảo dƣỡng hàng ngày và hàng tuần. Ngoài các hoạt động bảo dƣỡng 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 dƣỡng trong tƣơng lai. 66
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.5. QUẢN LÝ KHÔNG GIAN ĐỊA CHỈ IP Việc phân phối các địa chỉ IP sẽ luôn là vấn đề với các mạng đƣợc thiết kế để truyền tải dịch vụ. Ví dụ, trong môi trƣờng 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 lƣợc đồ địa chỉ IP để hỗ trợ việc chia sẻ các thiết bị hạ tầng mạng nhƣ quản lý DSN, OSS và các DHCP server cho tất cả các dịch vụ. Một khi lƣợc đồ địa chỉ IP đƣợc cấu hình trên các thiết bị đƣợc 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 đƣợc cấu hình nhƣ 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 đƣợc 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 đƣợc yêu cầu, nó sẽ chọn một địa chỉ IP đang sẵn sàng đƣợc 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: o Bằng việc sử dụng DHCP, tất cả các chi tiết cấu hình cần thiết cho IPTVCD đƣợc bố trí trƣớc mà không cần user có biết về các chi tiết đó không. o Không cần phải cấu hình cho mỗi thiết bị một địa chỉ IP cố định. o DHCP tập trung hóa việc quản lý địa chỉ IP. o Việc cài đặt DHCP server tự động phân phối các địa chỉ IP cho các thiết bị trên mạng IPTV thƣờng không phức tạp. o DHCP có thể định rõ một dãy địa chỉ IP sẵn sàng đƣợc dùng cho từng vùng riêng biệt. o Có thể tích hợp DHCP và OSS để hỗ trợ việc cung cấp các dịch vụ IPTV mới. 67
Báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.6 XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ IPTV Các sự cố gặp phải của thuê bao IPTV với các dịch vụ thƣờng đƣợc thông báo bằng cách gọi tới bộ phận dịch vụ khách hàng.Việc xử lý sự cố mạng IPTV tƣơng tự nhƣ xử lý sự cố các ứng dụng trên nền IP khác. Trƣớc hết, sự cố cần đƣợc 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 thƣờng đạt đƣợc 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 thƣờng sử dụng bộ “đánh hơi” (sniffer) để khảo sát dữ liệu đi qua mạng còn hoạt động. Bộ phân tích giao thức thƣờng 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 thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý các sự cố xuất hiện trên server. Thiết bị IPTVCD: Độ tin cậy cao là điều đƣợc mong đợi từ các thiết bị IPTVCD nhƣ 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. Các sự cố thông thƣờng bao gồm các vấn đề về bộ nhớ đệm, các trục trặc về phần cứng và lỗi phần mềm. Khi vùng sự cố đã đƣợc 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 ngƣời 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 đƣợc 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. 68
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Mạng trong nhà khách hàng: Các sự cố nhƣ đƣờng đi dây trong nhà bị hỏng, cáp kém chất lƣợng, 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 thƣờng đƣợc 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 đƣợc mã hóa kém chất lƣợng tạo nên các sự cố về truyền dẫn. Khi sự cố đã đƣợc nhận biết nhà cung cấp thứ 3 này cần đƣợc thông báo và xử lý sự cố. 3.7. 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 đƣợc sử dụng để điều khiển truy cập nội dung thông qua việc mật mã hoặc các phƣơng 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 nhƣ hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh. 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 đƣợc xác định, trách nhiệm của hệ thống DRM là làm cho các chính sách này có hiệu lực. Trên hình 3.5 là mô hình khối đơn giản của một hệ thống DRM. Hình 3.5. Mô hình khối hệ thống DRM đơn giản Trong hệ thống DRM thực tế cho hệ thống VoD, quyền sở hữu nội dung có hai nhiệm vụ. Đầu tiên, nội dung phải đƣợc phân phối tới một server 69
Báo cáo đồ án tốt nghiệp đảm bảo, ở đó nội dung có thể đƣợc truy cập dựa trên các yêu cầu của ngƣời xem. Thứ hai, các quy định cho ngƣời xem phải đƣợc định rõ. Ví dụ, ngƣời xem trả một giá chỉ có thể xem nội dung của một luồng, ngƣợc lại thì có một số ngƣời 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 đƣợc cập nhật những ngƣời tham gia vào và rời khỏi hệ thống. Hệ thống DRM chịu trách nhiệm đảm bảo chắc chắn ngƣời xem đã trả tiền cho nội dung mà họ yêu cầu. Chú ý rằng, DRM cũng có thể đƣợc sử dụng cho nội dung miễn phí, để bảo vệ nội dung tránh việc sao chép và bán lại không đƣợc xác thực. 3.8. QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ QoS Chất lƣợng dịch vụ QoS là tập hợp các chỉ tiêu đặc trƣng cho yêu cầu của từng loại lƣu lƣợng cụ thể trên mạng bao gồm: độ trễ jitter, tỷ lệ mất gói Các chỉ tiêu này liên quan đến lƣợng băng thông dành cho mạng. Để việc đồng bộ tín hiệu có thể thực hiện đƣợc mạng buộc phải đƣợc quản lý chặt chẽ về chất lƣợng dịch vụ. Để thực hiện đƣợc việc quản lý chất lƣợng dịch vụ cần thiết phải có: Chính sách đảm bảo chất lƣợng dịch vụ (QoS policy). Các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ tại các nút mạng: Các thuật toán xếp hàng (queuing), cơ chế định hình lƣu lƣợng (traffic shapping), các cơ chế tối ƣu hóa đƣờng truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn Phƣơng thức báo hiệu QoS. 70
Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 3.6 Quản lý chất lượng dịch vụ QoS. Chính sách QoS có vạch ra mong muốn thực hiện vụ quản lý chất lƣợng dịch vụ theo kế hoạch cụ thể và thông qua hệ thống báo hiệu QoS để ra lệnh cho các cơ chế chấp hành tại các nút mạng thực hiện nhiệm vụ đó. 3.8.1. Độ khả dụng của mạng Độ khả dụng của mạng là một đơn vị đo phần thời gian mạng sẵn sàng đƣợc sử dụng bởi khách hàng. Một mạng đƣợc gọi là không khả dụng khi nó không thể sử dụng cho các lƣu lƣợng 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 thƣờng đƣợc định nghĩa là tỷ lệ lỗi 103 nghĩa là có một bit lỗi trong 1000 bit đƣợc phát đi, nó cũng có thể đấn đến môt lỗi trong gói. Trong thực tế, độ khả dụng của mạng đƣợc đo bằng tỷ lệ phần trăm của tổng số thời gian mạng sẵn sàng đƣợc 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 đƣợc tính, vì thực chất thời gian đó không vi phạm cam kết cấp độ dịch vụ SLA. 71