Tóm tắt luận văn Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV

Tóm tắt luận văn Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV Để đảm bảo nâng cao chất lượng dịch vụ là một bài toán phức tạp. Với mục tiêu này tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV” trong luận văn này tác giả đã trình bày tổng quan về mạng IPTV và đi sâu vào nghiên cứu một số giải pháp cũng như đề xuất của tác giả về đảm bảo QoS cho mạng IPTV Nội dung của luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan mạng IPTV Chương 2: Đánh giá chất lượng của IPTV Chương 3: Giải pháp đảm bảo chất lượng của IPTV

MỞ ĐẦU

Hiện tại, Việt Nam có khoảng gần 1 triệu thuê baoIPTV của 4 nhà cung cấp là VNPT, Viettel, FPT và VTC Lợithế mạnh nhất của IPTV là tính năng tương tác, cung cấp dịch

vụ theo yêu cầu của từng cá nhân Bên cạnh đó, các nội dungchương trình không bị đóng khung, người xem có thể lưu trữchương trình yêu thích và xem lại bất cứ lúc nào Về lâu dài,IPTV còn có thể cho phép khán giả xem qua nhiều thiết bị đầucuối như ti vi, điện thoại di động hay máy tính bảng

Song hạn chế lớn nhất của IPTV là phải cung cấp trên

hạ tầng Internet Đồng thời IPTV còn đòi hỏi khắt khe vềđường truyền, hạ tầng truyền dẫn phải có băng thông rộng (xemcác kênh HD đường truyền phải từ 10 Mb trở lên) Do đó, đểIPTV có chất lượng cao nhà cung cấp dịch vụ phải có hạ tầng

cố định rất tốt

Vì vậy khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS) trên nềnmạng IP được các nhà cung cấp, khai thác dịch vụ mạngquan tâm Qos cũng chính là động lực thúc đẩy mạnh mẽ sựđầu tư của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông hướng tớicác giải pháp có tính ổn định và hiệu quả nhằm đảm bảochất lượng cho các dịch vụ qua mạng

Để đảm bảo nâng cao chất lượng dịch vụ là một bài toán

phức tạp Với mục tiêu này tác giả đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV” trong luận

văn này tác giả đã trình bày tổng quan về mạng IPTV và đi sâuvào nghiên cứu một số giải pháp cũng như đề xuất của tác giả

về đảm bảo QoS cho mạng IPTV

Nội dung của luận văn bao gồm:

Chương 1: Tổng quan mạng IPTV

Chương 2: Đánh giá chất lượng của IPTV

Chương 3: Giải pháp đảm bảo chất lượng của IPTV

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG IPTV

1.1 Khái niệm IPTV:

IPTV được định nghĩa là dịch vụ truyền hình số được cung cấp thông qua mạng Internet băng rộng được quản lý về chất lượng.

Hình 1.1: Hai cách triển khai dịch vụ

1.1.1 Nguyên tắc hoạt động

TV quảng bá sử dụng IP Multicast và IGMP để phânphối chương trình hiệu quả thông qua hệ thống Một Multicastđược thiết kế để cho phép nhiều người sử dụng đồng thời truycập phiên

VoD triển khai các dịch vụ IP unicast sử dụng cơ chếđiều khiển RTSP

1.1.2 IPTV và Triple-play

Triple Play cung cấp các dịch vụ này thông qua một kết

nối đơn đến nhà khách hàng (chẳng hạn như Fiber to the home) Dịch vụ Triple Play sử dụng hạ tầng IP để cung cấp các

dữ liệu âm thanh, hình ảnh trong cùng một gói dịch vụ.TriplePlay là 3 nhân tố thoại, video, dữ liệu được tích hợp chung

2

trong một gói dịch vụ duy nhất, IPTV là một thành phần củaTriple Play

1.2 Cấu trúc IPTV

1.2.1 Mạng cung cấp dịch vụ IPTV

- Mạng nội dung: Dịch vụ IPTV yêu cầu đầu cuối cung

cấp nội dung, nơi mà các kênh truyền hình trực tuyến(broadcast TV) và các nội dung VoD (phim ảnh, ca nhạc…)được thu lại, định dạng để sau đó phân phối qua mạng IP

- Mạng truyền tải: Là mạng băng rộng IP, các luồng

dữ liệu được truyền bằng phương thức chuyển đa hướng(multicast) hoặc phương thức đơn kênh (unicast)

+ Mạng lõi/biên của nhà cung cấp dịch vụ (ServiceProvider Core/Edge Network):

Hiện nay, mạng lõi thường dùng kỹ thuật chuyển mạchnhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) cònmạng biên thường là mạng đô thị MAN-E (Metro AccessNetwork – Ethenet)

+ Mạng truy nhập: DSL (Digital Subcriber Line - đường

dây thuê bao số), ADSL (Asymmetrical DSL - đường dây thuêbao số bất đối xứng) hoặc VDSL (Very-high-speed DSL -đường dây thuê bao số tốc độ rất cao), PON (Passive OpticalNetworking - Mạng quang thụ động)… mạng di động thế hệthứ ba 3G (Third Genegation) và đặt biệt là giải pháp phát triểnlâu dài LTE (Long Term Evolution)

- Mạng gia đình: Mạng gia đình là mạng phân phối

dịch vụ IPTV trong nhà Có rất nhiều loại mạng gia đình:Mạng không dây (wireless), mạng có dây (wireline)… STBđược xem là điểm kết thúc của mạng gia đình IPTV

- Bộ phận quản lý: IPTV middleware là một gói các

phần mềm phục vụ cho việc thực hiện các dịch vụ của IPTV.Cấu trúc chức năng của Middleware có thể bao gồm các thànhphần sau: Giao diện người dùng, quản lý quan hệ người dùng,điều kiện truy nhập/quản lý bản quyền số, quản lý VoD, tínhcước

1.2.2 Phương thức truyền dữ liệu IPTV

Dữ liệu của dịch vụ IPTV được truyền dưới theo 2 hìnhthức: Multicast cho Live TV và unicast cho VoD và các dịch vụgiá trị gia tăng khác

- Multicast: Là giao thức truyền một tín hiệu đến nhiều

người nhận cùng một lúc có chọn lựa Dùng multicast có thểtiết kiệm băng thông so với dùng unicast hoặc broadcast

- Unicast: Là phương thức truyền tín hiệu từ từ một

máy thu đến một máy phát

- Giao thức RTP/RTCP: Là một bộ giao thức nằm ở

lớp 4 của mô hình OSI (Transport) được chuẩn hóa theo RFC

1889 và RFC 3550, cho phép truyền tải gói tin thời gian thực(thông thường là audio và video) qua mạng IP có hỗ trợ chấtlượng

1.2.3 Đóng gói dữ liệu video của IPTV

- Mô hình truyền thông IPTV: Dữ liệu video ở đầu gửiđược truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình IPTV, và đượctruyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí Ởđầu nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trêncùng trong mô hình IPTV

- Mã hóa video: Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa gọi làcác dòng cơ bản (elementary stream) Tùy theo kỹ thuật nén mà

có các dòng cơ bản khác nhau Đối với kỹ thuật nén H.264,

4

dòng cơ bản này còn được chia thành các gói đơn vị NAL(Network Abstraction Layer unit).

- Đóng gói video: Dòng cơ bản video/audio phải đượcchia thành các gói được đánh dấu thời gian PES (ParketizedElement Stream Packet)

- Đóng gói kết cấu dòng truyền tải: Các gói PES đượcchia nhỏ thành các gói TS có kích thước cố định 188 byte (184byte dữ liệu và 4 byte header) Chuẩn đóng gói thường đượcdùng là MPEG và dữ liệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS

- Đóng gói ở các lớp thấp hơn: Các TS phải tiếp tụcđược đóng gói để có thể truyền qua mạng IP RTP là một giaothức tùy chọn ở lớp truyền vận, gói tin có thể được đóng góiRTP/UDP hoặc chỉ đóng gói UDP

1.3 Đặc điểm của IPTV

- Một số đặc điểm của IPTV: Hỗ trợ truyền hình

tương tác, không phụ thuộc thời gian,tăng tính cá nhân, yêu cầu

về băng thông thấp, khả năng truy nhập trên nhiều loại thiết bị

- Ưu điểm của IPTV: Tích hợp đa dịch vụ, tính tương

tác cao, công nghệ chuyển mạch IP, mạng gia đình, video theoyêu cầu VoD, truyền hình chất lượng cao HD

- Thách thức cho dịch vụ IPTV: Gian lận truy cập,

quảng bá trái phép, lỗi hỏng truy cập, lỗi hỏng nội dung, chấtlượng của dịch vụ

 Truyền hình xem lại

- Dịch vụ theo nhu cầu: Video theo yêu cầu, truyềnhình theo yêu cầu, game theo yêu cầu,nghe nhạc theo yêu cầu,karaoke theo yêu cầu

- Dịch vụ tương tác: Ghi lại nội dung ViDeo theo yêucầu cá nhân, ghi lại nội dung Video và lưu trên mạng, dự đoán

và bình chọn, giáo dục qua TV, thương mại quaTV

- Dịch vụ thông tin và truyền thông: Internet trên TV,thông tin qua TV, nhắn tin qua TV, hội nghị Video, điện thoạitruyền hình

- Các dịch vụ gia tăng khác: TV Mail, chia sẻ hình ảnh,video Blog, kiểm soát toàn cầu, game trực tuyến

6

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA IPTV 2.1 Tổng quan về chất lượng dịch vụ - QoS (Quality of Service)

2.1.1 Khái niệm QoS

- Định nghĩa: 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”

- Ý nghĩa: Các tham số QoS có thể được dùng để đolường chất lượng của một dịch vụ, đánh giá khả năng cung cấpdịch vụ của hệ thống mạng viễn thông

2.1.2 Các đặc tính QoS

- Tham số QoS: QoS phụ thuộc vào chất lượng hỗ trợdịch vụ, chất lượng khai thác dịch vụ, chất lượng phục vụ vàchất lượng an toàn

- QoS nhìn từ những khía cạnh khác nhau: Theo khuyếnnghị G.1000 đưa ra bốn quan điểm cho QoS bao gồm: Yêu cầuQoS của khách hàng, QoS nhà cung cấp đưa ra, QoS nhà cungcấp đạt được và cảm nhận QoS của khách hàng

2.1.3 QoS trong mạng IP

- Mô hình tham chiếu QoS IP

Hình 2.1: Mô hình tham chiếu QoS NI – NI (ITU-T Y.1514)

2.2 QoS cho mạng IPTV

Mục đích cuối cùng của QoS là nhằm đạt được sự hàilòng của khách hàng đối với dịch vụ viễn thông

2.2.1 Yêu cầu chất lượng mạng IP cho dịch vụ IPTV

QoS cho mạng IP được chia thành 8 lớp (theo ITU-TY.1541), FG IPTV C-0127 là tài liệu liên kết các thành phầndịch vụ của IPTV với các lớp QoS IP

Bảng 2.1: Mối liên hệ giữa các dịch vụ IPTV và QoS

class ITU-T Y.1541

IPTV service

category IP QoS class IPTV service examples

Best Effort (BE)

Dịch vụ nỗ lực

tối đa

QoS class 5 Dịch vụ download nội

dungCác dịch vụ thông tintruyền thống

Thông tin truyền hìnhe-mail

2.3 Mô hình QoS cho IPTV

- Mô hình triển khai QoS: Theo nguyên tắc triển khai QoS thì các chức năng QoS chiếm nhiều tài nguyên

sẽ được thực hiện ở miền biên, càng giảm tải xử lý QoS trong lõi càng tốt

MIỀN KHÔNG TIN

TIN CẬY MIỀN TIN CẬY

Miền truy nhập

Miền khách

HSI IPTV VoIP Mobile

 Egress Sharping  Egress Sharping

DSCP, ToS, CoS, protocol,

Hình 2.2: Mô hình triển khai QoS trên NGN

- QoS trong miền mạng MAN E Miền mạng MAN

E giới hạn từ UPE đến các PE-AGG:

IP core

MAN E

PE-AGG UPE

PE-AGG UPE

 QoS class shapping

 QoS class shapping

 Mapping EXP => CoS

 Making CoS=> EXP

Hình 2.3: Mạng băng rộng VNPT gồm 7 lớp QoS 2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV

- Chất lượng tín hiệu video

Chỉ tiêu: Điểm chất lượng hình ảnh trung bình MOS ≥ 3,0 Bảng 2.2: Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 AVC hay VC-1

Thời gian lỗi cực đại, ms (4)

Chu

kỳ tổn thất gói IP, gói IP (5)

Khoản

g tổn thất gói, sự kiện lỗi/giờ (6)

Tỉ lệ lỗi gói luồng IP video (7)

8 <

200

< 50 ≤ 16 < 14 ≤ 1 ≤

1,28E-0610,0 <

200

< 50 ≤ 16 < 17 ≤ 1 ≤

2,24E-06

12 <

200

< 50 ≤ 16 < 20 ≤ 1 ≤

5,2210

2.5 Đánh giá chất lượng IPTV

2.5.1 Mô hình đo lường QoS ITU-T: Một mô hình IPTV đơn

giản bao gồm 3 phần: Head-end, mạng truyền dẫn và thiết bị đầu cuối khách hàng CPE Mô hình này có 4 điểm tham chiếu: A: Mã hóa video, B: Lớp IP ở head-end, C: Lớp IP ở CPE, D: Giải mã video

Hình 2.4: Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV

2.5.2 Đo lường chất lượng Head-end

Dữ liệu được nén, mã hóa và đưa vào mạng IP phải đảmbảo tuân theo các quy tắc thích hợp Những quy tắc này gồmcó: Số lượng gói tối đa cho mỗi dòng video, số lượng luồng videotối đa, băng thông tối đa cho mỗi dòng video, giao thức được sửdụng ở lớp transport, kích thước khung, kích thước gói

2.5.3 Đo lường chất lượng end-to-end:

Thực hiện ở bộ giải mã của STB Việc xác định chấtlượng video ở STB sẽ cho phép đánh giá gần đúng nhấtchất lượng mà user thật sự nhận được Ngoài ra, end-to-endcòn cho phép ước tính khả năng, chất lượng của mạngtruyền dẫn IP, cung cấp khả năng tính toán hiệu suất mạngbất kỳ mức nào, ở điểm tập trung… Dựa vào phân tích và

so sánh tương quan các số liệu thu được.

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG CỦA IPTV

3.1 Mô hình ứng dụng đảm bảo QoS mạng IP

3.1.1 IntServ

Hình 3.1: Mô hình ứng dụng chất lượng dịch vụ IntServ

- Trong mô hình IntServ, RSVP có thể dùng kết hợp với các cơchế xếp hàng thông minh để cung cấp các cấp độ cho dịch vụ:Best-Effort, đảm bảo tốc độ, điều khiển tải

Nhược điểm của IntServ là chi phí cao và không có khảnăng mở rộng (RSVP là tín hiệu liên tục, đảm bảo QoS cho mộtcác dòng dữ liệu trên mạng diện rộng sẽ tạo ra hàng nghìn dòngtín hiệu RSVP)

3.1.2 DiffServ:

DiffServ còn được gọi là QoS “mềm” (Soft QoS) VớiSoft QoS, các cơ chế QoS được thực hiện mà không sử dụngbáo hiệu Các tham số QoS (ví dụ băng thông và trễ) được quản

lý theo chính sách độc lập ở từng vùng của mạng mà khôngđược quản lý end-to-end Trong mô hình QoS DiffServ, mạngđược chia thành các miền QoS (QoS Domain), mỗi miền QoS

có các router biên và router lỗi, router biên chịu trách nhiệmnhận lưu lượng, dựa vào Code point (mã điểm) QoS trong

12

DSCP ban đầu của nó mà ấn định một code point mới (codepoint riêng) phù hợp với khả năng phục vụ của miền, router lõichỉ chứa các bảng PHB để có cách ứng xử phù hợp với các góitin có code point khác nhau

3.2 Kỹ thuật QoS trên mạng IPTV

3.2.1 Sự cần thiết của kỹ thuật QoS đối với dịch vụ IPTV

Việc thực hiện các cơ chế QoS có thể so sánh với cácbiện pháp giảm ùn tắc giao thông Các cơ chế thường đượcdùng là phân luồng (giới hạn băng thông) và đặt chế độ ưu tiên

3.2.2 Các bước thực hiện QoS

Quá trình thực hiện kỹ thuật QoS gồm 3 giai đoạn: Xácđịnh lưu lượng và yêu cầu ứng với lưu lượng đó, chia lưulượng thành các lớp QoS, xác định chính sách QoS cho cáclớp lưu lượng

- Chia lớp: Xác định và chia lưu lượng thành các lớpkhác nhau Các công cụ chia lớp là công nhận ứng dụng cơ sởmạng NBAR, định tuyến theo chính sách lưu lượng PBR, hoặcchia lớp dịch vụ dựa vào giao diện lệnh CLI

- Đánh dấu: Đánh dấu còn được gọi là “tô màu” chogói tin Việc đánh dấu được thực hiện bằng cách thay đổi cácbit trong DSCP, các bit trong trường tham chiếu IP hoặc cácbit CoS

- Quản lý nghẽn: Phương pháp được sử dụng chủ yếu làdùng hàng đợi, dựa vào đánh dấu lớp QoS của gói tin mà xácđịnh hàng đợi phù hợp

- Tránh lỗi: Có hai cơ chế tránh lỗi phổ biến là loại bỏgói ngẫu nhiên RED (Random Early Detection) và loại bỏ góingẫu nhiên theo trọng số WRED (Weighted Random Early

Detection) và cảnh báo lỗi ECN (Explicit CongestionNotification).

- Lập chính sách (policy) và định hình lưu lượng: Cơchế lập chính sách và định hình lưu lượng thường được dùng đểthay đổi điều kiện của lưu lượng trước khi truyền hoặc sau khi

3.3.1 Mô hình Quản lý QoS và bảo mật cho mạng IPTV

Hình 3.2: Kiến trúc cho IPTV

3.3.1.1 Mạng lõi

Mạng lõi bao gồm hai thực thể chính: CS (Content Serverhoặc TV Head-end) và AG (cổng thích nghi) Các CS có tráchnhiệm cung cấp IPTV vào mạng IP Để tránh trùng lặp các kênh

TV trong mạng lõi, CS sử dụng phương thức multicast truyền kênhIPTV Mỗi kênh IPTV được gửi trong nhóm multicast độc lập Cácchức năng chính của AG là tương thích với các dịch vụ multicastIPTV Điều này sẽ cho phép thay đổi QoS, bảo mật của kênh IPTVtheo môi trường của khách hàng và để tránh truyền tải không hiệuquả trong mạng không dây khi không có người nhận dịch vụ IPTV

14

Các chức năng AG phân thành ba giai đoạn: Đàm phán, khởi động

và hoạt động

3.3.1.2 Đàm phán dịch vụ trong mạng lõi

Theo kiến trúc mới của IPTV thì SLNP cho phép quản lýchặt chẽ của QoS và bảo mật Sáu loại thông điệp được sử dụngtrong quá trình đàm phán SLNP: NEGOTIATE, REVISION,RESPONSE, MODIFY, NOTIFY, RELEASE

Các thông điệp chứa một phần tử SLS Nó đặc trưngcho mức độ dịch vụ thương lượng Từ SLNP sử dụng dịch vụWeb, cấu trúc của phần tử SLS cũng như trong các thông báokhác được mô tả bằng cách sử dụng lược đồ XML

- Cơ cấu SLS: Các yếu tố SLS vận chuyển trong cáctin nhắn SLNP đề nghị cấp dịch vụ đàm phán cho truyềnthông khác nhau (ví dụ: ToIP, VoD, IPTV, ) và phù hợpvới các lược đồ XML

Hình 3.3: Lược đồ XML cho đàm phán SLS

Các thông số này có thể được xếp vào ba loại: Các tham

số QoS, các thông số bảo mật và các thông số chung cho QoS

và bảo mật Các thông số chung cho bảo mật và QoS bao gồm:Nhận dạng SLS, xác định truyền thông, thông số đàm phán và

độ tin cậy (Mean Down Time, Mean Time để sửa chữa) Cácthông số QoS gồm có phạm vi, kế hoạch dịch vụ, đảm bảo hiệu