Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng IPTV trên nền NGN

1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV TRÊN MẠNG NGN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN TIẾN BAN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 2 MỞ ĐẦU Với những ưu điểm vượt trội như tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng, IPTV xứng đáng là công nghệ truyền hình dẫn đầu. IPTV là một bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông - xu hướng chung của truyền thông toàn cầu. Để khách hàng có thể tiếp cận và chấp nhận một công nghệ mới như IPTV thì đảm bảo chất lượng dịch vụ là yêu cầu quan trọng của nhà cung cấp. Do vậy, em chọn luận văn với đề tài: “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng IPTV trên nền IMS/NGN” với mục tiêu nắm bắt được các vấn đề liên quan tới truyền hình trên nền giao thức Internet-IPTV, các dịch vụ IPTV trên nền IMS/NGN, tập trung chủ yếu vào kiến trúc IPTV theo sự phát triển của IMS/NGN và các giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ. Luận văn được xây dựng theo nội dung như sau: Chương 1: Tổng quan về IPTV và triển khai IPTV trên nền IMS/NGN Chương 2: QoS trong IPTV Chương 3: Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng IPTV trên mạng NGN Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, TS.Nguyễn Tiến Ban - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã nhiệt tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành luận văn này. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV VÀ TRIỂN KHAI IPTV TRÊN NỀN IMS/NGN 1.1 Tổng quan về IPTV 1.1.1 Đặc điểm của IPTV Hỗ trợ truyền hình tương tác: Các khả năng hoạt động hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra một số lượng lớn các ứng dụng truyền hình tương tác. Không phụ thuộc thời gian: IPTV khi kết hợp với máy thu video số cho phép tạo chương trình nội dung không phụ thuộc thời gian bằng cơ chế ghi và lưu lại nội dung, sau đó có thể xem lại. Tăng tính cá nhân: Hệ thống IPTV từ đầu cuối-đến-đầu cuối hỗ trợ thông tin hai chiều và cho phép các đối tượng sử dụng lựa chọn và thiết lập việc xem TV theo sở thích riêng như chương trình và thời gian xem ưa thích. Yêu cầu về băng thông thấp: Thay vì phải truyền tải tất cả các kênh cho mọi đối tượng sử dụng, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần phải phát các kênh mà đối tượng sử dụng yêu cầu. Tính năng hấp dẫn này cho phép nhà khai thác mạng tiết kiệm băng thông. Khả năng truy nhập trên nhiều loại thiết bị: Việc xem nội dung IPTV không bị giới hạn là dùng cho các máy thu hình. Các khác hàng thường sử dụng máy tính cá nhân và các thiết bị di động để truy cập tới các dịch vụ IPTV. 1.1.2 Mô hình kiến trúc hệ thống IPTV Hệ thống gồm các khối chức năng chính như sau: - Hệ thống cung cấp nội dung: cung cấp nguồn dữ liệu thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ các nguồn khác nhau như vệ tinh, truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang hệ thống Head-end. - Hệ thống Head-end: Thu, điều chế và giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh từ các nguồn khác nhau và sử dụng các thiết bị mã hóa để chuyển đổi nội dung này thành các luồng dữ liệu IP ở khuôn dạng mã hóa mong muốn. Hiện nay tín hiệu video chủ yếu được mã hóa MPEG-4/H.264 đảm bảo tốc độ khá thấp, cho phép triển khai tốt trên mạng truy nhập xDSL. - Hệ thống Middleware: Cung cấp khả năng quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo hoàn chỉnh cùng với các chức năng quản lý EPG và STB, đồng thời vẫn duy trì tính mở cho việc tích hợp các dịch vụ trong tương lai. - Hệ thống phân phối nội dung: Bao gồm các cụm máy chủ VoD và các hệ thống quản lý VoD tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách phân phối nội dung một cách mềm dẻo. - Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM): DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung của mình, như trộn các tín hiệu truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền đi trên mạng Internet và tích hợp với tính năng an ninh tại STB ở phía thuê bao. - Mạng truyền tải: Mạng truyền dẫn đống vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV. Khả năng đáp ứng về băng thông của mạng truyền tải sẽ quyết định đến sự thành công cho dịch vụ IPTV cung cấp. - Hệ thống quản lý mạng và tính cước: Hỗ trợ quản lí mạng và tính cước cho dịch vụ IPTV của khách hàng. - Set-top Box (STB): Thiết bị đầu cuối phía khách hàng, cho phép thu, giải mã và hiển thị nội dung trên màn hình TV. 1.1.3 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu IPTV Phát quảng bá: Video theo yêu cầu: 1.1.4 Các dịch vụ cung vấp bởi IPTV Bảng 1.1: Các dịch vụ IPTV Live TV – Dịch vụ TV Digital TV – Truyền hình số Pay-per-view Near VoD (Video On Demand) Program guide – Chỉ dẫn chương trình Entertainment – Dịch vụ giải trí Gaming – Trò chơi Karaoke 4 Stored TV – Dịch vụ lưu trữ Video on demand – Video theo yêu cầu Time-Shifting Video: truyền hình định thời Network PVR (Personal Video Recorder) – bộ lưu trữ cá nhân Commerce – Dịch vụ thương mại Telecomerce – Hội nghị từ xa Targeted/interactive advesting – Quảng cáo hướng đối tượng Communictaion – Dịch vụ truyền thông VoIP (Voice over IP) SMS/MMS mesaging Instant messaging Video conferencing – Đàm thoại thấy hình ASP (Application Service Provider) – Dịch vụ khách hàng Distance learning – Đào tạo từ xa Home automation portal – Tự động hóa gia đình. Converged services – Dịch vụ hội tụ Hospitality - Dịch vụ y tế 1.1.5 Ưu nhược điểm của IPTV 1.1.5.1 Ưu điểm 1.1.5.2 Nhược điểm 1.2 Triển khai IPTV trên nên IMS/NGN 1.2.1 Phân hệ đa phương tiện IMS 1.2.1.1 Yêu cầu kiến trúc  Các phiên đa phương tiện IP: Các mạng liên lạc đang tồn tại có thể yêu cầu các loại dịch vụ thoại, video và tin nhắn sử dụng chuyển mạch kênh biên. Dịch vụ khách hàng cuối không bị từ chối khi khách hàng chuyển từ miền chuyển mạch gói sang bắt đầu sử dụng IMS. IMS sẽ liên lạc với mức trên bằng cách yêu cầu các điều kiện liên lạc được nâng cao chất lượng. Người dùng có thể tích hợp thoại, video, văn bản, chia sẻ nội dung và hiện diện là một phần trong phiên liên lạc và có thể thêm vào hoặc loại đi dịch vụ cũng như vậy khi mà họ chọn.  Kết nối IP: Yêu cầu nền tảng là thiết bị phải có kết nối IP để có thể truy nhập. Các ứng dụng ngang hàng yêu cầu sự nắm bắt đầu cuối tới đầu cuối và kết nối này có thể đạt được dễ dàng nhất với phiên bản IPv6, vì IPv6 không thiếu địa chỉ.  Đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ đa phương tiện IP: Trong mạng Internet công cộng, trễ có xu hướng cao và đa dạng, các gói tới bị hỏng và một vài gói bị mất hoặc bị loại. Với IMS thì trường hợp này sẽ không còn tồn tại lâu nữa. Các mạng truy nhập và tuyền tải cơ bản cùng với IMS cung cấp chất lượng dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối (QoS).  Bảo mật: IMS có các cơ chế cho phép và nhận thực giữa UE và mạng IMS thêm vào thủ tục mạng truy nhập (mạng GPRS). Hơn nữa, tính tin cậy của bản tin SIP hoặc lựa chọn được cung cấp giữa UE, mạng IMS ảo và giữa các thực thể mạng IMS mà không quan tâm tới mạng lõi cơ sở (đó là RAN và GPRS).  Điều chỉnh tính cước: Kiến trúc IMS cho phép sử dụng các mô hình tính cước khác nhau. Gồm, khả năng tính cước bên tham gia gọi đi hoặc để tính cước của cả phía gọi đến và gọi đi trên cơ sở nguồn được dùng ở mức truyền tải. Sau đó người gọi có thể bị tính cước trong toàn bộ phiên mức IMS: có thể sử dụng các sơ đồ tính cước khác nhau tại mức IMS và mức truyền tải.  Hỗ trợ chuyển vùng: Người dùng có thể truy cập vào dịch vụ của mình mà không xét đến vị trí địa lý. Đặc điểm chuyển vùng làm cho người dùng có thể sử dụng dịch vụ thậm chí khi không ở những vùng trong vùng dịch vụ của mạng nhà.  Làm việc tương tác với các mạng khác: IMS hỗ trợ liên lạc với PSTN, ISDN, khách hàng Internet và di động. Thêm vào đó, có thể hỗ trợ các phiên với các ứng dụng Internet thực hiện không thuộc về tổ chức 3GPP.  Sự phát triển dịch vụ: Quan trọng là có nền dịch vụ mở rộng và đưa ra dịch vụ mới nhanh chóng, nghĩa là cách tiêu chuẩn hóa bộ dịch vụ từ xa, ứng dụng và dịch vụ bổ sung.  Thiết kế phân lớp: 3GPP quyết định tiếp cận các lớp để thiết kế kiến trúc, có nghĩa là các dịch vụ biên và truyền tải là riêng biệt với mạng báo hiệu IMS và các dịch vụ quản lý phiên.  Truy nhập độc lập: IMS được thiết kế để truy nhập độc lập vì vậy các dịch vụ IMS được cung cấp qua các mạng kết nối IP (GPRS, WLAN). 1.2.1.2 Mô tả các chức năng và các thực thể trong IMS a. Các chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF) 5 Có ba loại chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF): đại diện–CSCF (P-CSCF), dịch vụ-CSCF (S-CSCF) và truy vấn–CSCF (I-CSCF). Mỗi CSCF có các nhiệm vụ riêng. Thông thường tất cả CSCF thực hiện một vai trò trong suốt tiến trình thiết lập phiên và đăng ký và tạo bộ máy định tuyến SIP. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi ủy quyền (P-CSCF): là điểm liên lạc đầu tiên của người dùng trong IMS, có nghĩa là tất cả lưu lượng báo hiệu SIP từ UE sẽ được gửi tới P-CSCF. Tương tự, tất cả các đầu cuối báo hiệu SIP từ mạng được gửi từ P-CSCF tới UE. Có bốn nhiệm vụ riêng được đăng ký cho P- CSCF: nén SIP, kết hợp bảo mật IPSec, tương tác với chức năng quyết định chính sách (PDF) và phát hiện phiên khẩn cấp. P-CSCF chịu trách nhiệm duy trì kết hợp bảo mật (SAs) và áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy cho báo hiệu SIP. Điều này được thực hiện trong suốt phiên đăng ký SIP vì UE và P-CSCF điều chỉnh IPSec SAs. Sau khi bắt đầu đăng ký P-CSCF có thể áp dụng bảo vệ toàn bộ và tin cậy báo hiệu SIP. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF): Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi truy vấn (I-CSCF) là điểm liên lạc trong mạng nhà vận hành cho tất cả các kết nối xác định đích tới thuê bao của nhà vận hành mạng đó. Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF): Chức năng điều khiển cuộc gọi dịch vụ (S-CSCF) - điểm trọng tâm của IMS là khi chịu trách nhiệm xử lý quá trình đăng ký, tạo quyết định định tuyến, duy trì trạng thái phiên, và lưu đặc điểm dịch vụ. b. Cơ sở dữ liệu Có hai cơ sở dữ liệu chính trong kiến trúc IMS: server thuê bao thường trú (HSS) và chức năng định vị thuê bao (SLF). HSS là bộ lưu dữ liệu chính cho tất cả các thuê bao và dữ liệu dịch vụ liên quan của IMS. Dữ liệu chính được lưu trong HSS bao gồm các định dạng người dùng, thông tin đăng ký, các tham số truy nhập và thông tin bắt đầu dịch vụ. SLF được dùng như là cơ chế giải quyết cho phép I-CSCF, S-CSCF và AS tìm kiếm địa chỉ của HSS nắm giữ dữ liệu thuê bao của thực thể người dùng đã đưa ra khi HSS có thể xác định nhiều địa chỉ và riêng rẽ được thực hiện bởi nhà vận hành mạng. c. Các chức năng dịch vụ Có ba chức năng được đưa ra là các chức năng liên quan dịch vụ IMS là: bộ điều khiển chức năng nguồn đa phương tiện (MRFC), bộ xử lý chức năng nguồn đa phương tiện (MRFP), và server ứng dụng (AS). d. Các thực thể GPRS Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN): Node hỗ trợ dịch vụ GPRS (SGSN) liên kết RAN tới mạng lõi gói, có nhiệm vụ thực hiện cả chức năng điều khiển và xử lý lưu lượng cho miền PS. Phần điều khiển chứa hai chức năng chính: quản lý động và quản lý phiên. Quản lý động giải quyết vị trí, trạng thái UE, nhận thực cả thuê bao và UE. Phần điều khiển của quản lý phiên giải quyết điều khiển thừa nhận kết nối và bất cứ thay đổi nào trong các kết nối dữ liệu đang tồn tại. Nó cũng quản lý các dịch vụ và nguồn mạng 3G. SGSN đảm bảo các kết nối nhận QoS phù hợp. Thêm vào đó, SGSN phát thông tin tính cước. Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN): Node hỗ trợ cổng GPRS (GGSN) cung cấp sự ảnh hưởng với các mạng dữ liệu gói ngoài. Chức năng gốc của GGSN là để kết nối UE tới các mạng dữ liệu ngoài, nơi các ứng dụng dựa trên cơ sở IP và các dịch vụ cư trú. Mạng dữ liệu ngoại có thể là IMS hoặc Internet. Nói cách khác, GGSN định tuyến các gói IP chứa báo hiệu SIP từ UE tới P-CSCF, và ngược lại. Thêm vào, GGSN quan tâm tới việc định tuyến các gói IP phương tiện IMS tới mạng đích (ví dụ, để GGSN trong mạng đầu cuối). Ngoài ra GGSN đưa ra chính sách và giám sát việc sử dụng nội dung PDP cho lưu lượng phương tiện IMS và phát thông tin tính cước. 1.2.1.3 Các giao thức sử dụng trong IMS * Giao thức khởi tạo phiên SIP - Session Initiation Protocol SIP-giao thức khởi tạo phiên là giao thức lớp ứng dụng được sử dụng để thiết lập, thay đổi và xác định đầu cuối các phiên đa phương tiện trong giao thức Internet (IP). Các ứng dụng gồm: thoại, hình ảnh, trò chơi, tin nhắn, điều khiển cuộc gọi và hiện diện. * Giao thức mô tả phiên SDP – Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SDP-giao thức cơ sở văn bản, là giao thức lớp ứng dụng tham gia vào mô tả các phiên đa phương tiện. Khi mô tả một phiên người gọi và người được gọi chỉ ra các khả năng “nhận” tương ứng, các định dạng phương tiện và địa chỉ/cổng nhận. Thay đổi khả năng có thể được thực hiện trong suốt quá trình thiết lập phiên hoặc trong suốt phiên - đó là, trong khi phiên đang được tiến hành. * Giao thức truyền tải thời gian thực RTP Giao thức truyền tải thời gian thực RTP là giao thức sử dụng cho việc truyền phát dữ liệu thực đầu cuối tới đầu cuối. Nó cũng chứa các dịch vụ truyền phát đầu cuối tới đầu cuối cho các dữ liệu thời gian thực: 6 định nghĩa loại tải (codec), số chuỗi, nhãn thời gian và điều khiển truyền phát. RTP không cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS); tuy nhiên cung cấp điều khiển QoS sử dụng giao thức điều khiển RTP (RTCP). * Giao thức điều khiển RTP – RTCP Các gói giao thức điều khiển RTP được truyền định kỳ tới tất cả các thành viên tham gia trong một phiên. Có 4 chức năng RTCP: 1. Cung cấp hồi đáp trong QoS phân bố dữ liệu thời gian thực. 2. Mang bộ định dạng liên tục của nguồn RTP (được gọi là CNAME). 3. Cho phép một đoạn phân bố gói RTCP có thể thay đổi (đoạn thông báo). 4. Để khảo sát thông tin điều khiển phiên. 1.2.2 Sự phát triển kiến trúc IPTV theo hướng IMS - NGN Nền IPTV trên cơ sở IMS có thể được định nghĩa như sau: nền IPTV trên cơ sở IMS là kiến trúc nền dịch vụ cho phép cung cấp các dịch vụ IPTV được điều khiển và xử lý bởi phân hệ lõi IMS và truyền phát độc lập với các mạng truyền tải IP cơ sở. Tồn tại ít nhất 3 mức phát triển kiến trúc IPTV. Hình 1.12: Các bước phát triển chính của IPTV  Kiến trúc non-NGN-based IPTV : Các giải pháp IPTV trên cơ sở non-NGN (hầu hết các giải pháp có giá trị hiện nay đều có mặt trên thị trường). Vài hoạt động tương tác với NGN, nhưng hầu hết lớp điều khiển dịch vụ và ứng dụng riêng biệt được thực hiện cho các dịch vụ IPTV (IPTV middleware).  Kiến trúc IPTV dựa trên NGN non-IMS: Kiến trúc IPTV trên cơ sở NGN. Cho phép tương tác và hợp tác làm việc qua các điểm tham chiếu chuẩn giữa các ứng dụng IPTV và vài thành phần NGN chung đang tồn tại. Những thành phần này gồm các yếu tố điều khiển truyền tải cho việc thừa nhận nguồn và điều khiển phân hệ (RACS) hoặc phân hệ gắn với mạng TISPAN (NASS). Cách tiếp cận này sử dụng một phân hệ dành cho IPTV trong NGN để cung cấp tất cả các chức năng yêu cầu IPTV cần thiết.  Kiến trúc IPTV dựa trên IMS-NGN: Kiến trúc IPTV trên nền IMS. Xác định các chức năng IPTV được hỗ trợ bởi phân hệ IMS và thực hiện những chức năng này để cho phép tái sử dụng các chức năng IMS và cũng tạo sự khởi tạo dịch vụ và điều khiển trên cơ sở SIP (giao thức khởi tạo phiên). 1.2.2.1 Kiến trúc IPTV trên nền non-NGN và non-IMS * Kiến trúc IPTV trên nền non-NGN * Kiến trúc IPTV NGN trên nền non-IMS 1.2.2.2 Kiến trúc IPTV trên nền IMS/NGN IPTV trên cơ sở IMS có một số ưu điểm, như là hỗ trợ tính di động, tương tác với dịch vụ NGN, các dịch vụ cá nhân, và sự thích nghi phương tiện, cũng như sự tích hợp các dịch vụ thoại, dữ liệu, hình ảnh và di động là các dịch vụ quadruple play. a. Kiến trúc chức năng trên cơ sở IMS/ NGN sử dụng cho các dịch vụ IPTV: 7 Kiến trúc chức năng của IPTV trên nền IMS được trình bày trong phần này chứa các khối chức năng chính và các điểm tham chiếu định nghĩa trong nội dung IPTV trên nền IMS/NGN ETSI TISPAN. Hình 1.15: Kiến trúc IPTV trên nền IMS/NGN Thiết bị người dùng (UE) có thể giao tiếp với các server ứng dụng IPTV (bao gồm các chức năng điều khiển dịch vụ) thông qua nhiều giao diện khác nhau thực hiện các mục đích khác nhau, cụ thể, thông qua giao diện Gm tới lõi IMS để quản lý phiên, thông qua giao diện Ut để cấu hình hồ sơ dịch vụ, hay qua giao diện Xa để tương tác với các tính năng lựa chọn dịch vụ. b. Các thành phần chức năng o Chức năng điều khiển dịch vụ đa phương tiện (MSCF) Chức năng này xử lý yêu cầu về IPTV, nó đóng vai trò là phần tử điều khiển phiên và dịch vụ của tất cả các dịch vụ IPTV. Thành phần chức năng này cũng chịu trách nhiệm tương tác với lõi IMS-NGN trên lớp điều khiển dịch vụ. Chức năng điều khiển dịch vụ chứa tất cả các chức năng phục vụ cho mỗi dịch vụ IPTV và do đó có thể sử dụng lại như các chức năng server ứng dụng IPTV cụ thể, hay như các phần tử có chức năng riêng biệt phụ thuộc vào khả năng thực hiện. o Chức năng điều khiển phương tiện IPTV (IMCF) Chức năng phương tiện IPTV bao gồm chức năng điều khiển phương tiện (MCF) và chức năng phân phối phương tiện (MDF). Một nguyên lý thiết kế quan trọng đối với chức năng này là kiến trúc phân phối phương tiện phân cấp và linh hoạt. o Chức năng phân phối phương tiện IPTV (IMDF) Ban đầu MDF chỉ chịu trách nhiệm phân phối phương tiện tới thiết bị người dùng (trong miền IPTV, phương tiện có thể là video, voice, data). o Chức năng lựa chọn và phát hiện dịch vụ Chức năng phát hiện và lựa chọn dịch vụ (SDF và SSF) cung cấp thông tin yêu cầu đối với một UE để lựa chọn dịch vụ. o Chức năng điều khiển dịch vụ Chức năng điều khiển các dịch vụ (SCF) ứng dụng máy chủ SIP chính. c. Các giao diện: Có 5 giao diện chuyên dụng cho IPTV trên IMS-NGN. 1. Điểm tham chiếu Xa: Điểm tham chiếu Xa nằm giữa UE và SSF. UE sử dụng điểm này để lựa chọn dịch vụ phù hợp. 2. Điểm tham chiếu Xc: Xc là điểm tham chiếu end-to-end logic nằm giữa UE và thực thể chức năng điều khiển phương tiện IPTV (IMCF) để thay đổi các bản tin điều khiển phương tiện dành cho luồng phương tiện IPTV. 3. Điểm tham chiếu Xd: Xd là điểm tham chiếu xuyên suốt (end-to-end) logic nằm giữa UE và thực thể chức năng phân phối phương tiện IPTV được sử dụng để phân phối dữ liệu phương tiện. 8 4. Điểm tham chiếu y2: Điểm tham chiếu y2 nằm giữa S-CSCF và thực thể chức năng điều khiển phương tiện IPTV (IMCF), mang các bản tin báo hiệu điều khiển dịch vụ IPTV phát từ ISCF để điều khiển IMCF. Trong trường hợp CSCF và MCF nằm ở các miền quản trị khác nhau thì các luồng báo hiệu sẽ đi qua IBCF. 5. Điểm tham chiếu Xp: Điểm tham chiếu Xp nằm giữa MCF và MDF, điều khiển các phiên phân phối phương tiện để hỗ trợ việc thiết lập phiên khi nội dung được phân phối qua một và nhiều thực thể chức năng phân phối phương tiện. d. Phân hệ đa phương tiện IP lõi Đặc điểm chính của IMS là có thể tương tác với các yếu tố từ các mạng hệ thống viễn thông chung (UMTS). IMS điều khiển QoS hiệu quả đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng với yêu cầu QoS nghiêm ngặt, như là các cuộc gọi A/V giữa người dùng hoặc IPTV. Yếu tố IMS chính là các proxy/server SIP, được biết trong IMS với tên CSCF. Để tương tác giữa các proxy này, thiết bị người dùng phải thực hiện các chức năng của tác nhân người dùng SIP. CSCFs xử lý tất cả các phiên tín hiệu SIP nhưng không tham gia và không nằm trên hướng dữ liệu ứng dụng. e. Các chức năng điều khiển dịch vụ IPTV SCFs IPTV xử lý các yêu cầu liên quan tới IPTV, thực hiện dịch vụ và điều khiển phiên cho tất cả các dịch vụ IPTV. Những chức năng này cũng chịu trách nhiệm về hoạt động tương tác với IMS lõi trong lớp điều khiển dịch vụ. f. Các chức năng phương tiện IPTV Các chức năng phương tiện IPTV gồm chức năng điều khiển phương tiện và chức năng truyền phát phương tiện. Nguyên lý thiết kế quan trọng các chức năng phương tiện là để nhận ra kiến trúc truyền phát phương tiện linh hoạt và đồng bộ các nội dung truyền phát hiệu quả trong môi trường được phân bố. 1.2.2.3 Mô hình giao thức IPTV trên nền IMS/NGN Hình 1.18: Mô hình IPTV trên nền IMS Đầu tiên, cần thiết bắt đầu hoặc khởi động UE (như hộp phối ghép set-top box hoặc bất cứ thiết bị nào của khách hàng IPTV) và thực hiện gắn kết mạng để đạt được các tham số mạng (như là địa chỉ IP hoặc địa chỉ đại diện CSCF [P-CSCF]). Sau đó, UE bắt đầu tiến trình đăng ký IMS với IMS lõi và thực hiện các chức năng gắn kết dịch vụ IPTV, gồm khám phá dịch vụ để thực hiện các nhiệm vụ SDF. Sau đó UE cho phép bắt đầu tiến trình lựa chọn dịch vụ (sử dụng HTTP qua Xa). Thiết bị người dùng IPTV IMS cần biết thông tin lựa chọn dịch vụ để thiết lập phiên đa phương tiện chính xác bằng cách phát các bản tin SIP INVITE trong dịch vụ khởi tạo (qua Gm tới chức năng điều khiển phiên cuộc gọi dịch vụ nhà S-CSCFs). IMS lõi cho phép khởi tạo tiến trình dành riêng nguồn cho các nguồn mạng cần thiết bằng luồng IPTV theo 9 khả năng của UE. Sự dành riêng được thực hiện sử dụng các chức năng điều khiển truyền tải tiêu chuẩn hóa NGN RACS và phân hệ NASS được kết nối với IMS lõi. Sau khi khởi tạo phiên thành công, qua IMS lõi, SCF thông báo MCF trên nền truyền phát phương tiện (chứa các chức năng truyền phát phương tiện được phân bố và điều khiển phương tiện), sử dụng mặt phẳng y2, để bắt đầu luồng nội dung phương tiện được lựa chọn. Sau khi thiết lập luồng dữ liệu khởi tạo, người dùng có thể điều khiển nó qua giao diện Xc giữa UE và server thực hiện các chức năng điều khiển phương tiện. Giao thức RTSP được dùng trong giao diện này để điều khiển truyền phát phương tiện với các đặc điểm như là bật các thiết bị, dừng, chuyển tới, lùi lại, nhanh hơn hoặc chậm hơn sử dụng phương pháp RTSP như là PLAY hoặc PAUSE. MDF thực hiện truyền phát phương tiện qua giao diện Xd dựa trên việc truyền luồng RTP. Giao thức mô tả cách dùng SIP/phiên (SDP) theo các điểm tham chiếu:  Các điểm tham chiếu Gm, ISC, y2.  Các thực thể chức năng có khả năng SIP/SDP: UE, SCF, SDP, MCF, IMS lõi.  Phương pháp nâng cao SIP cho IMS: thủ tục đăng ký IMS, khởi tạo phiên, thay đổi, và đầu cuối; phương pháp SIP thêm vào sử dụng trong IPTV trên nền IMS: REGISTER, INVITE, UPDATE, PUBLISH, NOTIFY, MESSAGE, … Giao thức sử dụng HTTP theo các điểm tham chiếu:  Các điểm tham chiếu Xa, Ut.  Các thực thể chức năng có khả năng HTTP: UE, SCF, SSF. Giao thức sử dụng RTSP/SDP theo các điểm tham chiếu:  Các điểm tham chiếu Xc (qua tiến trình truyền tải Di, Dj, Ds, hoặc lz).  Các chức năng có khả năng RTSP: UE, MCF.  UE và MCF cần để hỗ trợ một vài phương pháp RTSP: PLAY, PAUSE, GET_PARAMETER, SET_PARAMETER (yêu cầu) và OPTION (lựa chọn).  UE và MCF cần hỗ trợ phương pháp RTSP như trong trường hợp phương pháp 2 sử dụng cho CoD: DESCRIBE, SETUP, PLAY, PAUSE, TEARDOWN (bắt buộc). 1.3 Kết luận chương Chương này đã giới thiệu tổng quan về IPTV, các đặc điểm, kiến trúc mạng IPTV, mô hình IMS và các phần tử chính như CSCF, HSS, MRCF… Các giao thức quan trọng sử dụng trong IMS như khởi tạo phiên SIP, mô tả phiên SDP, truyền tải thời gian thực RTP và điều khiển RTP. Tiến trình phát triển của IPTV theo hướng NGN từ IPTV non NGN , IPTV - NGN, và đặc biệt IPTV trên IMS/GN . Trình bày về chức năng của IPTV trên cơ sở IMS/NGN cho phép cung cấp các dịch vụ IPTV được điều khiển và xử lý bởi IMS và truyền phát các dịch vụ IPTV độc lập với lớp mạng truyền tải dưới IP. Đưa ra các ưu điểm của các dịch vụ IPTV triển khai trên nền IMS. 10 CHƯƠNG 2: QoS TRONG IPTV 2.1 Tổng quan về chất lượng dịch vụ - QoS (Quality of Service) 2.1.1 Khái niệm QoS 2.1.1.1 Định nghĩa Theo khuyến nghị E.800 của tiêu chuẩn ngành viễn thông thuộc Tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T: “QoS là tập hợp các yếu tố tác động đến sự hài lòng của khách hàng đối với một dịch vụ viễn thông nào đó”. IEEE định nghĩa QoS là: “tập hợp các đặc trưng về định tính và định lượng của một hệ thống truyền dẫn đa phương tiện nhằm đạt được các chức năng yêu cầu của một dịch vụ cụ thể”. Nhà sản xuất thiết bị mạng hàng đầu Cisco thì đưa ra khái niệm: “QoS là thuật ngữ được dùng để xác định khả năng đảm cung cấp các cấp độ dịch vụ khác nhau với những hình thức lưu lượng khác nhau của mạng”. QoS được định nghĩa “là một tập hợp các công cụ cho phép người quản trị mạng có thể đảm bảo chắc rằng cấp độ tối thiểu của các dịch vụ được cung cấp một lưu lượng xác định”. ”. Một cách đơn giản, QoS có thể hiểu là “khả năng phân biệt đối xử giữa các gói tin truyền qua mạng căn cứ vào nội dung của gói tin đó”. 2.1.1.2 Ý nghĩa Các tham số QoS có thể được dùng để đo lường chất lượng của một dịch vụ, đánh giá khả năng cung cấp dịch vụ của hệ thống mạng viễn thông… Đặc biệt, việc theo dõi các tham số QoS giúp nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra các giải pháp thích hợp nhằm đảm bảo cung cấp QoS cho khách hàng( QoS mechanisms). 2.1.2 Các tham số QoS 2.1.2.1 Tham số QoS QoS phụ thuộc vào chất lượng hỗ trợ dịch vụ, chất lượng khai thác dịch vụ, chất lượng phục vụ và chất lượng an toàn. Chất lượng hỗ trợ dịch vụ: khả năng cung cấp một dịch vụ và hỗ trợ việc sử dụng các tính năng của dịch vụ đó. Ví dụ cung cấp các tính năng hỗ trợ hoặc cung cấp các dịch vụ bổ trợ. Chất lượng khai thác dịch vụ: khả năng user có thể sử dụng một dịch vụ thành công một cách dễ dàng. Chất lượng phục vụ: khả năng thực hiện dịch vụ khi user trong một điều kiện cụ thể, khả năng duy trì dịch vụ không xảy ra suy yếu, gián đoạn trong suốt thời gian yêu cầu. Chất lượng phục vụ được chia nhỏ thành: khả năng truy nhập, khả năng duy trì và mức độ hoàn hảo dịch vụ. Chất lượng an toàn: đảm bảo tính an toàn thông tin cho khách hàng, chống lại việc giám sát trái phép và sử dụng gian lận dịch vụ, an toàn cho hệ thống thiết bị và an toàn cho người sử dụng. 2.1.2.2 QoS nhìn từ những khía cạnh khác nhau QoS có thể được nhìn từ những góc độ khác nhau, khuyến nghị G.1000 đưa ra 4 quan điểm cho QoS bao gồm: yêu cầu QoS của khách hàng, QoS nhà cung cấp đưa ra, QoS nhà cung cấp đạt được và cảm nhận QoS của khách hàng. Các quan điểm này có quan hệ nhân quả với nhau trên cơ sở yêu cầu của khách hàng là điểm khởi đầu (starting point). 2.1.3 QoS trong mạng IP 2.1.3.1 Mô hình tham chiếu QoS IP Có hai thành phần quan trọng ảnh hưởng đến QoS mạng IP: phương tiện truyền dẫn và thiết bị chuyển mạch. QoS mạng IP được hiểu là QoS chuyển vận dịch vụ, chỉ được xét từ NI đến NI, thiết bị khách hàng (Customer Installation) chỉ mang tính chất tham khảo đối với mô hình này. Mạng IP có thể bao gồm nhiều phân đoạn mạng NS (Network Section), mỗi NS có những đặc tính riêng về giao thức, cấu hình và chính sách QoS. Mỗi NS tham gia có thể gây ra trễ, tổn thất hoặc lỗi. QoS NI-NI là tổng hợp các thông số QoS của tất cả NS trong mạng. 2.1.3.2 Tham số QoS trong mạng IP Theo khuyến nghị I.380 ITU-T, các tham số đánh giá hiệu năng truyền gói tin IP bao gồm: - Trễ truyền gói tin IP IPTD (IP Packet Transfer Delay): là thời gian 1 gói tin truyền từ đầu phát đến đầu thu. - Biến động trễ gói tin IP IPDV (IP packet Delay Variation): biến động trễ của các gói tin, được định nghĩa là khoảng chênh lệch về độ trễ của các gói tin. [...]... thông… Bên cạnh đó, chương này cũng đã đề cập tới các khái niệm về chất lượng trải nghiệm (QoE), kiểu dịch vụ (ToS) và lớp dịch vụ Từ đó đưa ra các yêu cầu về QoS cho dịch vụ IPTV 13 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV TRÊN MẠNG NGN 3.1 Đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV 3.1.1 Mô hình đo lường QoS ITU-T Một mô hình IPTV đơn giản bao gồm 3 phần: Head-end, mạng truyền dẫn và thiết... phép đánh giá khả năng mạng để dùng cho dịch vụ IPTV Kết hợp MDI với MOS hoặc V-Factor cho phép kiểm soát chất lượng dịch vụ, giám sát, phát hiện và định vị lỗi gây giảm chất lượng dịch vụ 3.2 Các giải pháp đảm bảo QoS IPTV ở Head-end Sử dụng các kỹ thuật nén là phương pháp quan trọng được sử dụng ở head-end, vừa đảm bảo chất lượng video, vừa đảm bảo lưu lượng luồng video/audio không quá lớn Nhà cung... CPE: Là kết thúc của mạng IP (thường là STB), giải mã tín hiệu video và hiển thị video trên màn hình TV thông thường Mô hình đo lường chất lượng được xây dựng dựa trên ba thành phần này Hình 3.1: Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV 3.1.2 Đo lường chất lượng Head-end Chất lượng video đầu vào trước hết phụ thuộc vào chất lượng nguồn video (độ phân giải, kích thước ảnh, tốc độ frame… đã được đưa... phải đảm bảo cung cấp đa dịch vụ và khả năng mở rộng Sử dụng các software thích hợp để là biện pháp hữu hiệu nhất để đạt được các yêu cầu này 3.4 Các giải pháp đảm bảo QoS ở Home network Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng IPTV trong mạng gia đình là STB Chất lượng STB sẽ quyết định cái mà khách hàng được xem Một STB có chất lượng tốt phải có khả năng xử lý nhanh, chạy mượt, lướt lỗi, có thể giải. .. đảm bảo cấp độ chất lượng thích hợp của luồng video được truyền tới khách hàng 3.1.3 Đo lường chất lượng end-to-end Việc xác định chất lượng video ở STB sẽ cho phép đánh giá gần đúng nhất chất lượng mà user thật sự nhận được Một số nhà cung cấp dịch vụ tích hợp chương trình đo lường chất lượng trong STB Dựa vào các phản hồi (feedback) của STB gửi về định kỳ mà thu thập thông tin nhằm quản lý chất lượng. .. giá thành cao, bù lại có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng Sau khi hội tụ, IPTV và VoIP là những dịch vụ có yêu cầu chất lượng mạng đặt biệt cao (về thời gian trễ, băng thông…) và các dữ liệu khác được truyền qua chung trên một mạng, nếu tất cả dữ liệu trong mạng này đều được phục vụ theo “best effort” thì chất lượng của IPTV và VoIP sẽ không được đảm bảo Vì vậy, các các cơ chế QoS... nén cao, nhiều cấu hình lựa chọn, H.264 đang là giải pháp được sử dụng rộng rãi Về nén audio, các kỹ thuật có thể được sử dụng bao gồm: Dolby Digital (AC-3) cho HDTV và AAC cho SDTV 3.3 Các giải pháp đảm bảo QoS ở mạng quản lý Middle ware là một phần vô cùng quan trọng để đảm bảo chất lượng dịch vụ của khách hàng, middle ware phải cung cấp các tính năng bảo mật, xác nhận, tính cước, giám sát hệ thống,... có sự lựa chọn tốt nhất 3.5 Các giải pháp đảm bảo QoS ở mạng truyền dẫn 3.5.1 NP và các biện pháp cải thiện NP Băng thông: Các biện pháp nhằm tăng băng thông có thể dùng cho một dịch vụ:  Nâng cấp đường truyền: đây được xem là phương pháp hiệu quả nhất nhưng cũng là phương pháp tốn kém nhất  Sử dụng các QoS class để phân luồng ưu tiên lưu lượng Đây được xem là biện pháp hữu hiệu nhất, nhiều cơ chế... các tham số chất lượng của lớp IP cho phép xác định các giá trị yêu cầu của mạng từ đó tìm công nghệ truyền dẫn thích hợp để cung cấp chất lượng end-to-end Việc đo lường ở lớp IP không liên quan đến FEC hay bất kỳ kỹ thuật sửa lỗi nào ở lớp trên, nó là các thông số khả năng mạng trước khi thực hiện các biện pháp sửa lỗi ở tầng trên 3.1.5 Một số khái niệm thường dùng để đánh giá chất lượng IPTV Các khái... niệm IPTV, cấu trúc và các thành phần mạng IPTV cùng với các phương thức truyền phát tín hiệu IPTV  Tổng hợp được những khái niệm cơ bản về IMS Cấu trúc chức năng các phần tử trong IMS, và các giao thức quan trọng sử dụng trong IMS, IMS /NGN  Tìm hiểu về khái niệm QoS, các tham số để đánh giá QoS và đưa ra một số giải pháp để đảm bảo QoS cho dịch vụ IPTV Hiện nay phân hệ đa phương tiện IP-IMS, và nền . quan về IPTV và triển khai IPTV trên nền IMS /NGN Chương 2: QoS trong IPTV Chương 3: Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng IPTV trên mạng NGN Em. IPTV thì đảm bảo chất lượng dịch vụ là yêu cầu quan trọng của nhà cung cấp. Do vậy, em chọn luận văn với đề tài: Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng