Nghiên cứu triển khải iptv trên nền mạng vnpt đồng nai,luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI LÊ VĂN SƠN NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI IPTV TRÊN NỀN MẠNG VNPT ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS NGUYỄN CẢNH MINH TP HCM - 2012 TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Lê Văn Sơn Năm sinh : 30/04/1976 Cơ quan cơng tác: VNPT Đồng Nai Khố: K18 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số: 60.52.70 Cán hƣớng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Minh Bộ môn: Kỹ Thuật Viễn Thông 1.Tên đề tài luận văn: Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai 2.Mục đích nghiên cứu đề tài: Đề tài nghiên cứu triển khai dịch vụ IPTV hạ tầng mạng nhà khai thác dịch vụ cố định VNPT Đồng Nai nhƣ giải pháp phát triển dịch vụ mới, tìm kiếm nguồn doanh thu từ dịch vụ mà nhiều doanh nghiệp Viễn thông – Công nghệ Thông tin lớn thực triển khai để mang lại lợi cạnh tranh Đề tài nhằm nghiên cứu lựa chọn công nghệ, giải pháp nhà cung cấp thiết bị, việc triển khai VNPT Đồng Nai Phƣơng pháp nghiên cứu kết đạt đƣợc: Đề tài nghiên cứu kết giải pháp công nghệ nhà cung cấp dịch vụ, kết triển khai dựa thiết bị ZTE cho việc cấu hình hạ tầng mạng VNPT Đồng Nai Việc tận dụng tối đa băng thông cáp đồng cách sử dụng công nghệ xDSL (ADSL 2+) với việc lựa chọn chuẩn nén tiên tiến MPEG-4 part 10 (H264) cung cấp đƣợc dịch vụ IPTV tại, nhƣng tƣơng lai đòi hỏi băng thơng cho dịch vụ hình ảnh chất lƣợng cao tỷ lệ sử dụng TV hộ gia đình cao có phƣơng cách hợp lý chọn lựa công nghệ truy cập quang cho dịch vụ băng rộng Đồng thời đƣa giải pháp mạng ngang hàng để hạn chế khả cung cấp dịch vụ máy chủ mạng IPTV nhu cầu tải băng thông mạng tăng lên Điểm bình qn mơn học: Điểm bảo vệ luận văn: Xác nhận cán hƣớng dẫn: Ngày 15 tháng 05 năm 2012 Học viên Xác nhận Bộ mơn: Lê Văn Sơn -I- MỤC LỤC Trang Trích yếu luận văn cao học I Mục lục II Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt VIII Danh mục hình vẽ XI Danh mục biểu bảng XIII Mở Đầu XIV CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ IPTV 1.1 Khái niệm dịch vụ IPTV 1.2 Các ƣu điểm dịch vụ IPTV 1.2.1 Khả triển khai rộng khắp dịch vụ đến khách hàng 1.2.2 Khả cung cấp nhiều kênh truyền hình 1.2.3 Khả điều khiển tƣơng tác 1.2.4 Khả phát triển nhiều dịch vụ giá trị gia tăng 1.3 Các ứng dụng dịch vụ IPTV 1.3.1 Dịch vụ truyền hình quảng bá 1.3.1.1 Dịch vụ truyền hình (Live TV) 1.3.1.2 Thay đổi thời gian xem truyền hình (Time-shifted TV) 1.3.1.3 Kênh ảo TV từ nguồn VoDs 1.3.2 Dịch vụ theo yêu cầu 1.3.2.1 Xem phim theo yêu cầu VoD (Video on Demand) 1.3.2.2 Xem truyền hình theo yêu cầu TVoD (TV on Demand) 1.3.2.3 Dịch vụ trò chơi theo yêu cầu GoD (Games on Demand) 1.3.2.4 Xem, nghe nhạc theo yêu cầu Mod (Music on Demand) 1.3.2.5 Karaoke theo yêu cầu KoD (Karaoke on Demand) 1.3.3 Dịch vụ thông tin truyền thông 1.3.3.1 Dịch vụ internet TV (Web Browser) 1.3.3.2 Dịch vụ thông tin (Information) 1.3.3.3 Dịch vụ hội nghị truyền hình (Video Conference) - II - 1.3.4 Dịch vụ gia tăng khác 1.3.4.1 Dịch vụ thƣ điện tử TV (TV Mail) 1.3.4.2 Dịch vụ chia sẻ tập ảnh (Photo Album) 1.3.4.3 Dịch vụ chia sẻ Video Blog 1.3.4.4 Dịch vụ giám sát toàn cầu (Global Monitoring) 1.3.4.5 Dịch vụ trò chơi trực tuyến (Game Online) 1.4 Kết luận CHƢƠNG HỆ THỐNG MẠNG IPTV 2.1 Cấu trúc mạng IPTV 2.1.1 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV 2.1.1.1 Trung tâm liệu IPTV (Headend) 10 2.1.1.2 Mạng phân phối băng rộng 10 2.1.1.3 Thiết bị IPTV khách hàng IPTVCD 10 2.1.1.4 Mạng gia đình 11 2.1.2 Chức hệ thống IPTV 11 2.1.2.1 Chức cung cấp nội dung 12 2.1.2.2 Chức phân phối nội dung 12 2.1.2.3 Chức điều khiển 15 2.1.2.4 Chức vận chuyển 15 2.1.2.5 Chức thuê bao 16 2.1.2.6 Chức bảo an 16 2.2 Hệ thống mạng IPTV 17 2.2.1 Mô hình tổng quát khối chức nguyên lý họat động 17 2.2.1.1 Bộ mã hóa thời gian thực (Realtime Encoder) 18 2.2.1.2 Chƣơng trình giao diện điện tử EPG (Electronic Program Guide) 18 2.2.1.3 Chƣơng trình ứng dụng truyền hình quảng bá (Broadcast Client) 18 2.2.1.4 Hệ thống phân phối nội dung ADS (Asset Distribution System) 18 2.2.1.5 Máy chủ điều hƣớng (Navigation Server) 19 2.2.1.6 Phân hệ quản lý phiên (Session Manager) 19 2.2.1.7 Hệ thống quyền (Entitlement System) 20 2.2.1.8 Bơm video (Video Pump) 20 - III - 2.2.1.9 Phân hệ quản lý tài nguyên theo yêu cầu (On-Demand Resource Manager) 20 2.2.1.10 Chƣơng trình ứng dụng tài nguyên theo yêu cầu (On-Demand Resource Client 20 2.2.1.11 Hệ thống truy nhập có điều kiện CAS (Conditional Access System) 21 2.2.1.12 Bộ khống chế băng thông kênh truyền hình quảng bá (Broadcast Video Bandwidth Enforcement) 21 2.2.1.13 Bộ giải mã giải nén video (Video Decryption and Video Decoder) 21 2.2.1.14 Cơ sở liệu thuê bao (Subscriber Database) 22 2.2.2 Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video 22 2.2.3 Các thành phần cung cấp dịch vụ Video theo yêu cầu 22 2.2.4 Cả hai dịch vụ dùng chung 22 2.2.5 Các thành phần thiết bị mạng IPTV 23 2.2.5.1 Phần trung tâm hệ thống (Middleware) 23 2.2.5.2 Xem phim theo yêu cầu (Video on Demand) 23 2.2.5.3 Hệ thống truy nhập có điều kiện CAS (Conditional Access System) 23 2.2.5.4 Hệ thống quản lý quyền số DRM (Digital Rights Management) 24 2.2.5.5 Bộ mã hóa thời gian thực (Real-Time Encoder) 24 2.2.5.6 Bộ giải mã (Set Top Box) 24 2.2.5.7 Các thành phần khác 25 2.2.5.7.1 Quản lý mạng IPTV 25 2.2.5.7.2 Hệ thống ghi tính cƣớc Billing 25 2.2.5.7.3 Bảo mật 25 2.2.5.7.4 Quản lý chất lƣợng dịch vụ 26 2.3 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV 26 2.3.1 Hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 26 2.3.1.1 Tập kết nguồn liệu xử lý SHE (Super HeadEnd) 27 2.3.1.2 Lƣu trữ cung cấp liệu VHO (Video Headend Office) 27 2.3.1.3 Chuyển mạch luồng VSO (Video Switching Office) 28 2.3.2 Gán dịch vụ mạng truy cập 28 - IV - 2.3.2.1 Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo 28 2.3.2.2 Kiến trúc truy nhập EtherType 29 2.3.2.3 Kiến trúc truy nhập đa VLAN 29 2.3.3 Gán dịch vụ mạng kết hợp 30 2.4 Kết luận 31 CHƢƠNG PHÂN TÍCH VIỆC CHỌN LỰA CƠNG NGHỆ KHI TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV 33 3.1 Các yêu cầu triển khai dịch vụ IPTV 33 3.1.1 Băng thông rộng 33 3.1.2 Băng thông bất đối xứng 34 3.1.3 Chất lƣợng dịch vụ 34 3.1.4 Thời gian chuyển kênh 35 3.1.5 Độ sẵn sàng dịch vụ 35 3.2 Việc chọn lựa công nghệ triển khai dịch vụ IPTV 35 3.2.1 Chọn lựa chuẩn nén hình ảnh 35 3.2.1.1 Nhóm chuẩn nén JPEG Wavelet 36 3.2.1.2 Chuẩn nén MPEG-x H.26x 37 3.2.1.3 Chuẩn nén MPEG-1 38 3.2.1.4 Chuẩn nén MPEG-2 41 3.2.1.5 Chuẩn nén MPEG-4 42 3.2.1.6 Chuẩn nén H.264/MPEG-4 Part 10/AVC 43 3.2.1.7 Yêu cầu băng thông chuẩn nén 45 3.2.2 Chọn lựa giao thức mạng 46 3.2.2.1 Giao thức IGMP 46 3.2.2.2 Giao thức PIM 51 3.2.2.3 Giao thức RTSP (Real Time Streaming Protocol) 54 3.2.3 Chọn lựa công nghệ mạng 56 3.2.3.1 Công nghệ mạng lõi (core) 56 3.2.3.2 Công nghệ mạng truy nhập 57 3.2.3.2.1 Công nghệ mạng truy nhập xDSL 58 3.2.3.2.2 Công nghệ mạng truy nhập quang 59 3.3 Kết luận 60 - V - CHƢƠNG KHẢO SÁT MẠNG CỦA VNPT VÀ CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP DỊCH VỤ IPTV 62 4.1 Khảo sát mạng cung cấp dịch vụ VNPT 62 4.1.1 Mạng đƣờng trục 62 4.1.2 Mạng kết tập mạng truy nhập 64 4.1.3 Mạng khách hàng 64 4.1.4 Phƣơng thức phục vụ IPTV 65 4.2 Các giải pháp cung cấp dịch vụ IPTV nhà cung cấp 66 4.2.1 Giải pháp Alcatel 66 4.2.2 Giải pháp ZTE 67 4.2.2.1 Trung tâm liệu Headend 69 4.2.2.2 Mạng truyền tải 69 4.2.2.3 Gia đình số 69 4.2.2.4 Các ƣu điểm giải pháp ZTE 70 4.2.3 Mơ hình mạng việc cung cấp dịch vụ IPTV VNPT 71 4.3 So sánh dịch vụ IPTV với nhà cung cấp dịch vụ truyền hình khác 74 4.3.1 Truyền hình IPTV 74 4.3.2 Truyền hình qua vệ tinh 74 4.3.3 Truyền hình cáp 75 4.4 Kết luận 75 CHƢƠNG MƠ HÌNH TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TẠI VNPT ĐỒNG NAI VÀ KIẾN NGHỊ GIẢI PHÁP CHO MẠNG IPTV 76 5.1 Mơ hình triển khai dịch vụ IPTV 76 5.1.1 Cấu hình mạng MAN-E 76 5.1.2 Cấu hình DSLAM 77 5.1.3 Mơ hình hoạt động IPTV thông qua DSLAM 77 5.1.4 Mơ hình hoạt động IPTV qua mạng FTTH 78 5.2 So sánh giải pháp cung cấp dịch vụ IPTV 79 5.2.1 Cung cấp IPTV cáp đồng qua DSLAM 79 5.2.1.1 Ƣu điểm 79 5.2.1.2 Hạn chế 79 5.2.2 Cung cấp IPTV qua mạng FTTH 79 - VI - 5.2.2.1 Ƣu điểm 80 5.2.2.2 Hạn chế 80 5.3 Các đề xuất cho việc triển khai dịch vụ IPTV 80 5.3.1 Tăng cƣờng mở rộng mạng MAN-E 80 5.3.2 Tăng cƣờng mở rộng mạng FTTH 80 5.3.3 Cải thiện nội dung 81 5.3.4 Hoàn thiện giải pháp kinh doanh 81 5.4 Kiến nghị giải pháp mạng IPTV ngang hàng 81 5.4.1 Tổng quan mạng ngang hàng 82 5.4.2 Một số mô hình hệ thống IPTV ngang hàng 84 5.4.2.1 Hệ thống ngang hàng túy (Pure Peer-to-peer Systems) 84 5.4.2.2 Hệ thống ngang hàng lai (Hybrid Peer-to-peer System) 84 5.4.2.3 Hệ thống siêu ngang hàng (Super-peer Architecture) 85 5.4.2.4 Hệ thống siêu ngang hàng có dự phịng (Super-peer Redundancy) 87 5.4.3 Kiến nghị mơ hình hệ thống IPTV nhà cung cấp dịch vụ VASC 88 5.5 Kết luận 90 Phần kết luận 91 Tài liệu tham khảo 93 - VII - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADS Asset Distribution System Hệ thống phân phối nội dung ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng APON Active Optical Netword Mạng quang tích cực ATM Asynchronnuos Transfer Mode Truyền dẫn không đồng BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng BRAS Broadband Remote Access Server Máy chủ điều khiển truy nhập băng rộng CAS Conditional Acccess System Hệ thống truy nhập có điều kiện DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DSL Digital Subscriber Line Đƣờng dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập đƣờng dây thuê bao số DVB Digital Video Broadcastinh Quảng bá Video số DVD Digital Video Disc Đĩa Video kỹ thuật số EPG Electronic Program Guide Hƣớng dẫn chƣơng trình điện tử EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet EVC Ethernet Virtual Connection Kết nối ảo Ethernet FPT File Transfer Protocol Giao thức vận chuyển File FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến nhà thuê bao GEPON Gigabit Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet Gigabit GPON Gigabit capable Passive Optical Network Mạng quang thụ động lực Ethernet Gigabit HD High Definition Độ phân giải cao HDTV High Definition Television Truyền hình chất lƣợng cao - VIII - HSI High Speed Internet Internet tốc độ cao HTTP Hyper Text Trasfer Protocol Giao thức vận chuyển siêu văn IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet IP/MPLS IP/ Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức IP IPTVCD IPTV Consumer Device Thiết bị khách hàng IPTV ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU-T International Telecommunication Union- Telecommubication Tổ chức viễn thông quốc tế tiêu chuẩn Viễn Thông LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia ảnh động MPLS Mutil Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MQ Membership Query Yêu cầu truy vấn liên quan MR Membership Report Báo cáo trả lời liên quan ODRC On-Demand Resource Client Phần mềm chƣơng trình theo yêu cầu ODRM On-Demand Resource Manager Phân hệ quản lý tài nguyên theo yêu cầu OLT Optical Line Termination Kết cuối đƣờng cáp quang ONT Optical Network Termination Kết cuối mạng quang PE Provider Edge Router Router cung cấp biên PIM Protocol Independent Multicast Giao thức định tuyến độc lập Multicast PIM-DM PIM - Sparse Mode Giao thức định tuyến độc lập Multicast chế độ thƣa PIM-DM PIM - Dense Mode Giao thức định tuyến độc lập Multicast chế độ dày - IX - Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai Hình vẽ 5-3 mơ tả việc cung cấp dịch vụ IPTV qua mạng cáp quang FTTH Mơ hình hoạt động hệ thống IPTV mạng FTTx tƣơng tự nhƣ mạng ADSL Chỉ thay thiết bị DSLAM thiết bị kết nối đầu cuối quang (OLT) Đầu cuối sử dụng ONT, ONU 5.2 So sánh giải pháp cung cấp dịch vụ IPTV 5.2.1 Cung cấp IPTV cáp đồng qua DSLAM 5.2.1.1 Ƣu điểm Cung cấp dịch vụ IPTV qua mạng cáp đồng đấu qua IP DSLAM có lợi chi phí đầu tƣ thấp việc đƣợc thực sở mạng có sẵn VNPT Đấu nối khai báo thiết bị đƣợc thực dể dàng nhanh chóng, đảm bảo thời gian cung cấp dịch vụ hàn nối nhƣ cung cấp dịch vụ IPTV cáp sợi quang Thời gian sửa chữa ngắn cán kỹ thuật VNPT có nhiều kinh nghiệm việc xử lý mạng cáp đồng Thiết bị đầu cuối nhà khách hàng có chi phí đầu tƣ thấp, rẽ tiền thiết bị đầu cuối cho cáp sợi quang Có thể cung cấp dịch vụ cho khách hàng thuê bao có đƣờng dây điện thoại cố định đƣờng Internet đến nhà 5.2.1.2 Hạn chế Khoảng cách phục vụ bị giới hạn: Do việc cung cấp dịch vụ IPTV đấu nối qua thiết bị IP DSLAM dùng công nghệ ADSL 2+, băng thông phục thuộc vào khoảng cách đƣờng dây thuê bao số DSL, Với khoảng cách cáp dài độ rung pha tỉ lệ gói cao, nên phục vụ tốt khoảng cách km từ thiết bị DSLAM Không thể phục vụ cho nhiều thuê bao (user) đƣờng dây, nên có nhiều th bao hộ gia đình, quan, xí nghiệp sử dụng phải sử dụng nhiều đôi dây cáp đồng 5.2.2 Cung cấp IPTV qua mạng FTTH CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 79 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai 5.2.2.1 Ƣu điểm: Chất lƣợng cung cấp dịch vụ đƣợc đảm bảo băng thơng đƣợc cung cấp lên đến 10Gbps Khoảng cách phục vụ lớn, đƣờng truyền cáp quang truyền xa mà độ rung pha tỉ lệ gói hầu nhƣ khơng có 5.2.2.2 Hạn chế Thời gian thiết lập dịch vụ dài phải thực việc hàn nối cáp sợi quang Thiết bị đầu cuối đắt tiền, thời gian khắc phục cố lâu so với việc cung cấp dịch vụ đôi cáp đồng 5.3 Các đề xuất cho việc triển khai dịch vụ IPTV 5.3.1 Tăng cƣờng mở rộng mạng MAN-E Với tốc độ phát triển nhanh dịch vụ băng rộng tốc độ cao nhu cầu sử dụng dịch vụ MyTV khách hàng ngày nhiều Để đảm bảo băng thông phục vụ cho dịch vụ MyTV phải tiến hành mở rộng mạng Man-E kết nối mạng đƣờng trục VNPT Tính toán nhu cầu sử dụng dịch vụ IPTV Internet khu vực theo giai đoạn để có kế hoạch mở rộng mạng Man-E nội tỉnh 5.3.2 Tăng cƣờng mở rộng mạng FTTH Hiện triển khai lắp đặt dịch vụ IPTV đôi cáp đồng sở tận dụng sở hạ tầng sẵn có Tuy nhiên khoảng cách phục vụ dịch vụ IPTV cáp đồng ngắn không mở rộng đƣợc việc cung cấp dịch vụ IPTV với khoảng cách km Mở rộng mạng cáp quang sở phục vụ cho Internet băng rộng IPTV VNPT có lộ trình tăng kênh, tăng phim truyện nhiều dịch vụ gia tăng khác với nội dung phong phú nhƣ: danh bạ vàng, mua bán trực tuyến (TV Shopping), quảng cáo tƣơng tác, chƣơng trình trị chơi tƣơng tác truyền hình, CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 80 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai dạy học tƣơng tác truyền hình việc phát triển th bao MyTV Internet tích hợp đƣờng cáp quang đến nhà thuê bao xu tất yếu 5.3.3 Cải thiện nội dung Hiện kênh truyền hình đƣợc phát hệ thống cung cấp cho dịch vụ MyTV có 90 Kênh kênh địa phƣơng chƣa nhiều Nhà cung cấp nội dung VASC nên đƣa vào kênh truyền hình địa phƣơng có chọn lọc, kết hợp với việc bổ sung kênh truyền hình riêng hệ thống MyTV Đặc biệt ý đến việc phát triển kênh truyền hình HD, xu truyền hình tƣơng lai Các liệu truyền hình theo yêu cầu phải luôn đƣợc cập nhật bổ sung hàng ngày, dù có thay đổi nhỏ làm cho khách hàng thấy đƣợc đổi tiện ích kho lƣu trữ liệu truyền hình theo yêu cầu Đặc biệt cần thiết phải có đƣợc phim, clip ca nhạc có quyền, điều dẫn đến việc khách hàng chọn lựa MyTV để yêu cầu phim mà có MyTV đáp ứng cho nhu cầu họ 5.3.4 Hồn thiện giải pháp kinh doanh Nên có nhiều gói cƣớc nhằm đáp ứng thỏa mãn nhu cầu thành phần đối tƣợng khác sử dụng dịch vụ Tăng cƣờng công tác quảng cáo dịch vụ kênh nhƣ tƣơng tác khác hệ thống nhằm giới thiệu tiện ích mà dịch vụ MyTV mang lại Hiện giá giải mã STB cịn cao nên có sách hỗ trợ giá hợp lý nhằm tăng khả cạnh tranh với doanh nghiệp khác 5.4 Kiến nghị giải pháp mạng IPTV ngang hàng Với hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV đƣợc triển khai thực theo mơ hình client/server, mơ hình client/server máy khách (client) kết nối với máy chủ thông qua giao thức định, nên xử lý nằm server tránh cho clients tính tốn nặng nề Tuy nhiên, mơ hình client/server bộc lộ nhƣợc điểm quan trọng: số lƣợng clients tăng đến mức độ nhu cầu tải băng thông tăng lên dẫn đến việc máy chủ khả cung cấp dịch vụ cho máy khách thêm vào Để giải vấn đề CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 81 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai trên, công nghệ mạng ngang hàng P2P (peer to peer technology) đƣợc tin tƣởng lời giải cho vấn đề 5.4.1 Tổng quan mạng ngang hàng Mạng ngang hàng (peer-to-peer network), gọi mạng đồng đẳng, mạng máy tính hoạt động mạng chủ yếu dựa vào khả tính tốn băng thơng máy tham gia không tập trung vào số nhỏ máy chủ trung tâm nhƣ mạng thơng thƣờng Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng Ứng dụng thƣờng xuyên gặp chia sẻ tệp tin, tất dạng nhƣ âm thanh, hình ảnh, liệu, để truyền liệu thời gian thực nhƣ điện thoại VoIP Mạng ngang hàng xuất từ năm 1999 thu hút đƣợc quan tâm năm gần Lịch sử đời phát triển P2P gắn liền với phần mềm ứng dụng Napster (chia sẻ file nhạc miễn phí) Sau Napster, nhiều chƣơng trình khác nhƣ Gnutella, KaZaa xuất Mạng ngang hàng đƣợc phân loại theo mục đích sử dụng: - Chia sẻ file (file sharing) - Điện thoại VoIP (telephony) - Đa phƣơng tiện (audio, video) - Diễn đàn thảo luận (Discussion forums) Mạng ngang hàng đƣợc phân loại theo mức độ tập trung mạng: - Mạng ngang hàng khơng có cấu trúc (Unstructured P2P) - Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured P2P) + Mạng ngang hàng không cấu trúc (unstructured): Nơi lƣu trữ nội dung (files) hồn tồn khơng liên quan đến cấu trúc hình học mạng Kỹ thuật tìm kiếm chủ yếu sử dụng giải thuật tìm kiếm ƣu tiên theo chiều rộng, ƣu tiên theo chiều sâu nội dung đƣợc tìm thấy Các kỹ thuật khác phức tạp gồm bƣớc nhảy ngẫu nhiên số định tuyến CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 82 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai Các hệ thống không cấu trúc thƣờng phù hợp trƣờng hợp nút vào mạng thƣờng xuyên, tùy ý Mạng không cấu trúc gồm : - Mạng ngang hàng tập trung (Centralized Peer-to-Peer networks) Đây mạng ngang hàng hệ thứ nhất, đặc điểm dựa máy chủ tìm kiếm trung tâm, cịn đƣợc gọi mang ngang hàng tập trung Cấu trúc mạng ngang hàng tập trung đƣợc mơ tả nhƣ mạng hình - Mạng ngang hàng túy (Pure) Mạng ngang hàng túy dạng khác hệ thứ hệ thống mạng ngang hàng Khơng cịn máy chủ tìm kiếm tập trung nhƣ mạng Napster, khắc phục đƣợc vấn đề nút cổ chai mô hình tập trung - Mạng ngang hàng lai (Hybrid Peer to Peer Network) Để khắc phục nhƣợc điểm mạng ngang hàng túy, mơ hình mang ngang hàng đƣợc phát triển với tên gọi mạng ngang hàng lai Đây đƣợc gọi mạng ngang hàng hệ Trong mơ hình mạng ngang hàng lai tồn trật tự phân cấp việc định nghĩa Super Peers Các Super Peer tạo thành mạng khơng cấu trúc, có khác Super Peers Client Peers mạng, Super Peer có nhiều kết nối đến Client Peers Mỗi Super Peer chứa danh sách tập tin đƣợc cung cấp Client Peer địa IP chúng trả lời yêu cầu truy vấn từ Client Peer gửi tới + Mạng ngang hàng có cấu trúc (Structured): Điều quan trọng hệ thống có cấu trúc cung cấp liên kết nội dung vị trí node (ví dụ: địa node) Khắc phục nhƣợc điểm mạng không cấu trúc cách sử dụng hệ thống DHT (Distributed Hash Table - Bảng băm phân tán) CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 83 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai Hệ thống định nghĩa liên kết nút mạng mạng phủ theo thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ nút mạng chịu trách nhiệm phần liệu chia sẻ mạng 5.4.2 Một số mơ hình hệ thống IPTV ngang hàng [2] 5.4.2.1 Hệ thống ngang hàng túy (Pure Peer-to-peer Systems) Trong hệ thống này, tất máy đƣợc nối với Mỗi máy hệ thống đƣợc gọi nút mạng (peer), chúng có vai trị nhƣ Trong tồn hệ thống, khơng có máy giữ vai trị điều khiển Hoạt động hệ thống dựa trao đổi trực tiếp peer nhờ liên kết đƣợc thiết lập peer tƣơng ứng Hình 5-4: Hệ thống ngang hàng tuý Ƣu điểm hệ thống ngang hàng túy khả mở rộng đƣợc, nút tham gia vào mạng sau truyền liệu với nút khác Tuy nhiên, hệ thống lại bộc lộ nhƣợc điểm: hệ thống, có nhiều liên kết đƣợc thiết lập, peer nối với (N-1) peer lại (với N số máy mạng) Trong trƣờng hợp thời điểm, peer A nhận đƣợc yêu cầu tất (N-1) peer lại, tƣợng tải xảy ra, điều thể làm cho mạng gặp cố 5.4.2.2 Hệ thống ngang hàng lai (Hybrid Peer-to-peer System) CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 84 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai Trong hệ thống này, máy đƣợc nối với tất máy khác mạng, cách nối mang đặc điểm hệ thống ngang hàng túy Tuy nhiên, có máy đóng vai trò Server trung tâm, Server điều khiển hoạt động mạng nhƣ phần tử kiểm sốt tồn máy khác, đảm bảo tính chặt chẽ thông tin mạng, đặc điểm hệ thống tập trung Tất luồng liệu thông thƣờng đƣợc truyền trực tiếp peer, luồng thông tin điều khiển đƣợc truyền qua Server trung tâm Hình 5-5: Hệ thống ngang hàng lai Những nhƣợc điểm việc quản lý điều khiển tập trung tồn hệ thống Nếu Server trung tâm gặp lỗi, hệ thống khả tác động tới thay đổi luồng liệu Tuy nhiên, ứng dụng có khơng chịu ảnh hƣởng lỗi server trung tâm luồng liệu peer tiếp tục đƣợc truyền mà khơng quan tâm tới liệu Server trung tâm có làm việc hay không Việc định tuyến liệu ngang hàng (peer to peer) cho phép hệ thống lai đƣa khả mở rộng tốt so với hệ thống tập trung, nhiên, hệ thống lai hạn chế vấn đề tính mở rộng thông tin điều khiển qua nút Trong hệ thống lai đƣợc sử dụng có hiệu cho số ứng dụng, phƣơng pháp bị giới hạn phạm vi giải vấn đề quy mô nhỏ 5.4.2.3 Hệ thống siêu ngang hàng (Super-peer Architecture) Mỗi loại hệ thống ngang hàng có mức độ tập trung khác Đối với hệ thống ngang hàng túy, tất peer có vai trò trách nhiệm nhƣ Trong CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 85 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai hệ thống ngang hàng lai, trình tìm kiếm lại đƣợc thực thƣ mục tập trung Khác với hệ thống nói trên, mạng siêu ngang hàng lại có cấu trúc trung gian Mỗi super-peer (nút siêu ngang hàng) nút mạng hoạt động giống nhƣ Sever tập Client Hình 5-6 minh họa mơ hình hệ thống siêu ngang hàng Trong hệ thống này, Super-peer có vai trị nhƣ Server, quản lý Client thuộc nhóm Chẳng hạn, hình Super-peer A giữ vai trị Server quản lý Client A1, A2, A3 Tƣơng tự nhƣ Super-peer B C Hình 5-6: Hệ thống siêu ngang hàng Hình 5-7 mơ tả hoạt động hệ thống siêu ngang hàng qua việc tìm kiếm file Việc tìm kiếm diễn nhƣ sau: - Nút mạng A cần tìm kiếm file 15, A gửi truy vấn tới Server quản lý Hub - Hub gửi truy vấn tới Hub Hub - Hub 2, Hub chuyển tiếp truy vấn tới client quản lý CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 86 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai - Tại Hub 3, sau gửi truy vấn đi, có client C B gửi đáp ứng trở lại có file 15 - Nội dung trả lời truy vấn đƣợc gửi ngƣợc lại, từ Client C, Client B tới Hub 3, qua Hub tới nơi yêu cầu Client A Quá trình tìm kiếm kết thúc Hình 5-7: Hoạt động mạng siêu ngang hàng Nhƣ vậy, với kiến trúc siêu ngang hàng, khó xảy tình trạng mạng gặp lỗi nghiêm trọng, tức lỗi tất server không hoạt động đƣợc tải Sở dĩ có đƣợc điều mạng siêu ngang hàng đƣợc tổ chức theo nhóm, gọi nhóm siêu ngang hàng Mỗi nhóm có Server quản lý hoạt động Client vùng Tuy nhiên, với mạng có quy mơ lớn, Server quản lý nhiều Client nhóm siêu ngang hàng, tƣợng tải xảy Để khắc phục điều này, ngƣời ta đƣa khái niệm mới, khái niệm hệ thống siêu ngang hàng có dự phịng (Super-peer Redundancy) 5.4.2.4 Hệ thống siêu ngang hàng có dự phịng (Super-peer Redundancy) Một hệ thống siêu ngang hàng có dự phịng cấp k nhƣ có k nút mạng chia sẻ tải điểm siêu ngang hàng Hình 5-8 mơ tả hệ thống mạng siêu ngang CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 87 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai hàng có dự phịng cấp 2, mạng này, super-peer, có nút thực việc điều hành tải mạng, đó, gọi mạng siêu ngang hàng có dự phịng cấp Đây cải tiến mạng siêu ngang hàng thông thƣờng, kiến trúc mạng theo kiểu siêu ngang hàng có dự phòng cấp k đáp ứng điều kiện yêu cầu phát triển hệ thống mạng có quy mơ lớn Hình 5-8: Mạng siêu ngang hàng có dự phịng cấp Ƣu điểm hệ thống có cân tải super-peer mạng có độ tin cậy cao so với mơ hình siêu ngang hàng thông thƣờng Các client gửi truy vấn tới k nút thuộc super-peer, điều giải đƣợc vấn đề lỗi trầm trọng mạng siêu ngang hàng 5.4.3 Kiến nghị mơ hình hệ thống IPTV nhà cung cấp dịch vụ VASC Mơ hình hệ thống IPTV bao gồm IPTV Center, IPTV Center đóng vai trị nơi thu thập nguồn nội dung từ tín hiệu vệ tinh truyền hình Các nguồn nội dung thu đƣợc (Tín hiệu âm hình ảnh) đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu dạng số qua trình lấy mẫu, lƣợng tử số hóa biến đổi A/D Các tín hiệu số sau đƣợc nén lại để tăng hiệu truyền dẫn, đƣợc đóng gói đƣợc truyền qua mạng IP Còn IPTV Center 2,3,4 đƣợc phân bố trung tâm VTN (VTN1, VTN2, VTN3) Tại IPTV Center thực đƣợc chức mạng IPTV nhƣ quản lý liệu thuê bao, quản lý tính cƣớc dịch vụ truy cập thuê bao IPTV, CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 88 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai điều khiển cung cấp dịch vụ tới ngƣời dùng bảo đảm an ninh truy nhập có điều kiện, thực chức phân phối nội dung đến thuê bao Các nguồn liệu VoD đƣợc cập nhật thƣờng xuyên IPTV Center Sử dụng chích sách cân tải cho trình cung cấp dịch vụ đến ngƣời sử dụng dịch vụ máy chủ VoD IPTV Center IPTV Center IPTV Center PE PE IPTV Center Core switch VTT Core router Core switch VTT Core router Core switch VTT Core switch VTT PE Core router Core switch VTT Core switch VTT Hình 5-9: Kiến nghị mơ hình triển khai IPTV VASC Cơ chế chuyển giao nội dung dựa sở ba kỹ thuật gồm đẩy (push), kéo (pull) phản ánh (mirror) Push nghĩa hệ thống đẩy chƣơng trình từ nút tới nút khác theo quy luật phân phối định sẵn Quá trình đƣợc thực tay Pull đƣợc chấp nhận nút A đáp ứng yêu cầu VoD thuê bao Nút A kéo nội dung tƣơng ứng từ nút khác để phục CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 89 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai vụ thuê bao Mirror cung cấp chức phản ánh nội dung đồng hóa cách thiết lập mối quan hệ phản ánh máy chủ VoD nguồn máy chủ VoD đích 5.5 Kết luận Mạng truy nhập phục vụ cho IPTV thông qua thiết bị DSLAM đấu nối với hệ thống cáp đồng, đồng thời cung cấp dịch vụ qua đƣờng truyền cáp quang FTTx Việc tận dụng hạ tầng mạng truy nhập có (mạng cáp đồng với dịch vụ ADSL2+) cho chi phí đầu tƣ ban đầu thấp cạnh tranh giá với dịch vụ truyền hình khác Việc cung cấp dịch vụ IPTV qua đƣờng cáp quang đáp ứng tốt dịch vụ với yêu cầu tốc độ cao đảm bảo đƣợc chất lƣợng cự ly xa Khi triển khai kinh doanh dịch vụ IPTV cần quan tâm đến nội dung cung cấp, kênh truyền hình nguồn phim theo yêu cầu phải thực phong phú, đặc biệt phải có kênh truyền hình địa phƣơng kênh truyền hình khu vực, cần đẩy mạnh ƣu điểm bật dịch vụ truyền hình IP tính tƣơng tác thơng qua trị chơi truyền hình Hệ thống IPTV sử dụng mơ hình client/server để cung cấp dịch vụ IPTV, nhiên bị giới hạn dịch vụ truyền thông nhƣ giới hạn băng thông, dung lƣợng lƣu trữ, lực xử lý… có khả phục vụ tốt cho số lƣợng thuê bao định Cho nên, giải pháp mạng ngang hàng (P2P) đƣợc xem xét nhƣ giải pháp tốt để xây dựng mạng với ƣu riêng qua việc giúp ngƣời sử dụng chia sẻ dịch vụ ngang hàng dễ dàng thuận lợi việc mở rộng thuê bao Thành công lớn hệ thống P2P cho mục đích chia sẻ liệu mở đƣờng dẫn tới ứng dụng hoàn hảo Internet video trực tuyến P2P CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 90 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai PHẦN KẾT LUẬN IPTV phƣơng pháp để truyền tải nội dung truyền hình số mạng đƣợc xem phần dịch vụ triple-play thƣờng đƣợc nhà khai thác Viễn thông giới cung cấp Thuật ngữ IPTV mô tả hệ thống truyền tải chƣơng trình truyền hình trực tiếp, phim loại nội dung video tƣơng tác khác mạng dựa IP IPTV biểu trƣng cho xu hội tụ số lĩnh vực truyền hình Cơng nghệ có khả làm thay đổi hồn tồn thói quen xem truyền hình truyền thống IPTV tỏ vƣợt trội hẳn khả tƣơng tác với khán giả Không cung cấp nội dung chƣơng trình cho ngƣời sử dụng, IPTV cịn cho phép upload thơng tin liệu, file ảnh, file video… lên mạng nhà cung cấp chia sẻ với ngƣời sử dụng khác Tính tƣơng tác ƣu điểm bật IPTV Hoạt động IPTV hoạt động tƣơng tác mạng khơng có chƣơng trình truyền hình quảng bá mà cịn thực truyền hình đến địa điểm theo u cầu (VOD) IPTV cịn có dịch vụ tƣơng tác khác nhƣ truyền thoại có hình, email, du lịch mạng, học tập từ xa IPTV hoạt động thông tin băng tần rộng kết hợp đƣợc mạng (máy tính, viễn thơng, truyền hình) biểu thị xu phát triển mạng truyền thông tƣơng lai Đồng thời với việc triển khai công nghệ hữu tuyến xDSL/PON công nghệ vô tuyến băng rộng (WiFi/WiMAX, CDMA, ) nhà cung cấp dịch vụ Việt Nam, IPTV lại có hội phát triển mạnh mẽ bảo đảm cho thành cơng loại hình dịch vụ Theo dự đốn nhóm nghiên cứu Multimedia Research Group, đến năm 2012 số thuê bao IPTV toàn giới đạt 92,8 triệu với tốc độ tăng trƣởng hàng năm 31%, năm 2008 số 24 triệu Trong đó, số lƣợng thuê bao khu vực châu Á đạt gần 40 triệu thuê bao vào năm 2012 (bằng với số lƣợng châu Âu), số vào cuối năm 2008 khoảng triệu thuê bao CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 91 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai Còn Việt Nam, IPTV đƣợc cung cấp nhà cung cấp dịch vụ công ty VASC, VTC Digicom, FPT Viettel Cơng ty VASC (VNPT) thức cung cấp IPTV năm 2009 toàn quốc với thƣơng hiệu MyTV, với tốc độ tăng trƣởng thuê bao “năm sau cao gấp đôi năm trƣớc”, sau năm triển khai dịch vụ, MyTV đạt 500.000 thuê bao chiếm khoảng 87% thị phần thuê bao IPTV Việt Nam Công ty VTC Digicom phối hợp triển khai dịch vụ với 16 viễn thông tỉnh, thành phố với nhiều tên gọi khác tỉnh thành phố FPT Telecom với tên OneTV Viettel với tên NetTV Cho đến nay, thị trƣờng băng rộng Việt Nam giai đoạn phát triển bùng nổ nhu cầu nhiều tiềm Trong thời gian tới, dịch vụ IPTV phát triển cách mạnh mẽ, đem lại nhiều lựa chọn cho ngƣời dùng lĩnh vực giải trí IPTV mở hƣớng cho nhà cung cấp dịch vụ băng thông rộng Việt Nam việc hội tụ, tích hợp tất dịch vụ tảng mạng lƣới IP, mạng NGN tiền đề cho việc khai thác phát triển dịch vụ này, đồng thời đƣa thách thức cho nhà cung cấp dịch vụ việc nâng cấp hệ thống mạng truyền dẫn, đảm bảo băng thông cho dịch vụ tiên tiến nhƣ IPTV Với dung lƣợng băng thông ngày cao kỹ thuật nén tiên tiến với nhu cầu nhà khai thác viễn thống muốn cung cấp dịch vụ video tới khách hàng yếu tố thúc đẩy thị trƣờng IPTV toàn cầu ngày phát triển Việt Nam thị trƣờng IPTV đầy tiềm hứa hẹn mang lại nhiều lợi nhuận năm tới CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 92 - HVTH: Lê Văn Sơn Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Nghiên cứu triển khai IPTV mạng VNPT Đồng Nai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng quốc Anh (2008), Nguyên lý ADSL, giảng, học viện cơng nghệ Bƣu Chính Viễn Thông [2] Lê Nhật Thăng Dƣơng Hà Thu, Giải pháp IPTV ngang hàng, Tạp chí Bƣu Viễn Thơng, 2010 [3] Tập đồn Bƣu Chính Viễn Thơng Việt Nam (2009), tài liệu kỹ thuật triển khai dịch vụ IPTV [4] Tập đồn Bƣu Chính Viễn Thơng Việt Nam (2010), Qui định băng thông đáp ứng triển khai dịch vụ MyTV [5] David Ramirez (2008), IPTV Security, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England [6] Gerard O‟Driscoll (2008), Next Generation IPTV Services and Technologies, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey [7] Institute of Electrical and Electronics Engineers, „802.1Q – Virtual LANs‟ http://www.ieee802.org/1/pages/802.1Q.html [1 September 2009] [8] Internet Engineering Task Force, „Protocol Independent Multicast (PIM) Source Specific Multicast’, 2003 http://www.ietf.org/rfc/rfc3569.txt [1 September 2009] CBHD: TS Nguyễn Cảnh Minh - 93 - HVTH: Lê Văn Sơn