Tóm tắt luận văn Nghiên cứu triển khai mô hình P2P cho dịch vụ IPTV trên nền IMS

Tóm tắt luận văn Nghiên cứu triển khai mô hình P2P cho dịch vụ IPTV trên nền IMS Luận văn gồm 4 chương: Chương I: TỔNG QUAN VỀ IPTV Chương II: IPTV DỰA TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS Chương III:MỘT SỐ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI P2P CHO DỊCH VỤ IPTV Chương IV: KIẾN TRÚC DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS SỬ DỤNG MÔ HÌNH P2P

MỞ ĐẦU

Ngày nay, khi đời sống vật chất cũng như tinh thần của con người đang ngày một nâng cao, Internet đã trở lên phổ biến trong những năm gần đây Việc phát triển nhanh của Internet đã góp phần rất lớn thúc đẩy phát triển kinh tế và văn hóa, nâng cao đời sống vật chất cho nhân dân

Sự phát triển của Internet ở Việt Nam cũng đã mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ qua Internet nhiều lựa chọn hơn về phương thức truyền tải dịch vụ của mình đến khách hàng IPTV cũng đã phát triển ngày càng mạnh mẽ trong thời gian gần đâyvà trong thời gian tới Với những ưu điểm nổi bật của mình, IPTV hứa hẹn sẽ đem lại rất nhiều tiện ích đặc biệt cho người sử dụng Internet với một nền tảng băng thông rộng hứa hẹn sẽ đem lại một chất lượng dịch vụ cao cho khách hàng Để có thể nâng cao chất lượng của dịch vụ IPTV thì đòi hỏi cần có một công nghệ hiện đại hơn, đáp ứng được các yêu cầu cao hơn về khả năng đáp ứng liên tục với chất lượng cao về dịch vụ của mạng cung cấp dịch vụ IPTV Để giải quyết yêu cầu này của mạng thì công nghệ P2P thực sự đã mang lại một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của dịch vụ IPTV Với công nghệ P2P được đưa vào các mô hình cung cấp dịch vụ IPTV người xem

đã thực sự được xem, trải nghiệm các chương trình, các video theo yêu cầu của mình một cách nhanh chóng, dễ dàng hơn Với các ưu điểm nổi trội của mình cùng với một nền kiến trúc mạng sẵn có, P2P đã được đưa vào các mô hình mạng dễ dàng hơn rất nhiều với chi phí thấp, sự linh

hoạt trong việc cung cấp dịch vụ Luận văn “Nghiên cứu triển khai mô hình P2P cho dịch vụ IPTV trên nền IMS” là một cái nhìn chi tiết hơn

về công nghệ P2P, qua đó đưa ra các mô hình triển khai công nghệ P2P cho dịch vụ IPTV với các phân tích đánh giá cùng với kết quả đạt được

Qua luận văn, các ưu điểm về khả năng đáp ứng nhu cầu của người sử dụng cũng như lợi nhuận mà công nghệ P2P mang lại đã thực sự thuyết phục được các nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn một mô hình mạng hợp lý nhất cho mình để cung cấp dịch vụ

Luận văn gồm 4 chương:

Chương I: TỔNG QUAN VỀ IPTV

Chương II: IPTV DỰA TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS

Chương III:MỘT SỐ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI P2P CHO DỊCH VỤ IPTV Chương IV: KIẾN TRÚC DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS SỬ DỤNG

MÔ HÌNH P2P

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo đặc biệt là TS VŨ TRƯỜNG THÀNH đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này Do hạn chế về thời gian và kiến thức, luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận đươc sự chỉ bảo

và góp ý của các thầy cô cùng các bạn Tác giả xin được tiếp thu và chân thành cảm ơn

Học viên

Trần Ngọc Anh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV

1.1 Tại sao IPTV dựa trên nền kiến trúc IMS?

1.1.1 Tổng quan về kiến trúc IMS

a Định nghĩa kiến trúc IMS

b Các giao thức được sử dụng trong IMS

1.1.2 Kiến trúc IMS

Kiến trúc IMS được chia làm 3 lớp hay 3 mặt phẳng như hình 1.1 bên dưới Nó bao gồm:

 Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ: bao gồm máy chủ ứng dụng (Application Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS

 Mặt phẳng điều khiển: gồm mạng lõi IMS

 Mặt phẳng truyền tải: bao gồm thiết bị người dùng UE và các giao tiếp kết nối vào mạng lõi IP

1.1.3Tổng quan về IPTV

a Khái niệm

b Các đặc tính của IPTV

1.1.4 IPTV dựa trên kiến trúc IMS

1.2 Tại sao P2P được xếp chồng trong kiến trúc của IPTV?

1.2.1 Tổng quan về công nghệ P2P

1.2.2 P2P được xếp chồng trong kiến trúc của IPTV

1.3 Kết luận chương 1

Qua chương này chúng ta đã xem xét và tìm hiểu một cách tổng quan

về kiến trúc IMS, dịch vụ IPTV và công nghệ P2P Qua đó giúp ta nắm được những kiến thức cơ bản về các vấn đề đang được nghiên cứu để có thể tìm hiểu sâu hơn ở các chương sau Có thể nhận thấy những ưu thế rõ rệt khi đưa công nghệ mạng P2P vào kiến trúc mạng IMS để cung cấp dịch

vụ IPTV một cách dễ dàng hơn cho nhà cung cấp dịch vụ cũng như phía người sử dụng Chính công nghệ P2P sẽ mang lại một dịch vụ IPTV chất lượng cao hơn, ổn định hơn, đáp ứng tốt QoS của mạng và qua đó mạng lại

sự hài lòng về chất lượng dịch vụ cho người dùng Hiệu quả của mạng cung cấp dịch vụ IPTV sẽ được nâng cao, giá thành giảm và giúp đơn giản hóa kiến trúc mạng Chương sau sẽ trình bày một cách chi tiết hơn về dịch

vụ IPTV trên nền kiến trúc IMS

CHƯƠNG 2: IPTV TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS

2.1 Tổng quan về IPTV dựa trên nên kiến trúc IMS

2.1.1 Kiến trúc chức năng tổng quan

Kiến trúc chức năng tổng quan của IPTV trong IMS được biểu diễn như hình 2.1 dưới đây

Hình 2.1: Kiến trúc chức năng dịch vụ IPTV [3]

2.1.2 Dịch vụ IPTV

2.1.2.1 Nội dung theo yêu cầu

2.2.2.2 Broadcast

2.2.2.3 Mạng ghi video cá nhân (DVR-N)

2.1.3 Các phần tử của mạng lõi IMS

2.1.4 Ứng dụng và các chức năng điều khiển dịch vụ của IPTV

2.2.4.1 Chức năng phát hiện dịch vụ và chức năng lựa chọn dịch vụ (SDF

và SSF)

2.1.4.2 Chức năng điều khiển dịch vụ IPTV (SCF)

2.1.4.3 Chức năng truyền thông

a Chức năng của MCF

b Nhiệm vụ của MDF

2.2 IPTV dựa trên các chức năng lớp truyền tải của IMS

Các chức năng lớp truyền tải của hệ thống dẫn nạp tài nguyên (RACS)

và hệ thống tích hợp mạng (NASS) là các chức năng dành cho mạng NGN tổng quan chứ không chỉ riêng cho IPTV trên nền IMS

2.3 Cơ chế QoS trong kiến trúc NGN/IMS

2.3.1 Thủ tục QoS cho mạng NGN

Có hai chế độ khác nhau: chế độ đẩy và chế độ kéo để cung cấp QoS định sẵn trong mạng NGN theo khả năng thiết bị người dùng

2.3.2 Chế độ đẩy

2.3.3 Mô hình kéo

2.4 Những ưu điểm khi sử dụng IPTV trên nền IMS

- Đăng ký và xác thực thành viên (ví dụ cho đăng nhập một lần, định danh người dùng duy nhất)

- Khả năng quản lý thuê bao, hồ sơ người dùng tập trung và chính sách sử dụng và dịch vụ cá nhân linh hoạt

- Quản lý phiên, định tuyến, kích hoạt dịch vụ và đánh số

- Tương tác với các dịch vụ cho phép của NGN (nhắn tin, quản lý nhóm v v)

- Chất lượng dịch vụ (QoS)

- Tính cước và thanh toán thống nhất

2.4 Kết luận chương 2

Qua chương 2 giúp ta có một cái nhìn sâu sắc hơn về kiến trúc IMS Với một kiến trúc hội tụ đầy đủ các chức năng cần thiết, IMS thực sự là một kiến trúc phù hợp để triển khai dịch vụ IPTV trong mạng NGN Với

các chức năng này, IMS mang lại sự đơn giản hóa, hiệu quả và chất lượng (QoS) được đảm bảo khi cung cấp dịch vụ IPTV trong mạng NGN Những

ưu điểm khi triển khai dịch vụ IPTV trên nền IMS hứa hẹn sẽ mang lại một dịch vụ IPTV với chất lượng cao, tiện dung và dễ dàng sử dụng cho người dùng Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa chất lượng dịch vụ IPTV, phục vụ một cách nhanh nhất, đầy đủ nhất thì cần phải đưa thêm các công nghệ hỗ trợ vào trong mạng cung cấp dịch vụ Chương sau sẽ giới thiệu và phân tích một công nghệ hỗ trợ như vậy Đó chính là công nghệ P2P

CHƯƠNG 3: MỘT SỐ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI P2P CHO DỊCH

VỤ IPTV

3.1 Cơ chế phân phối nội dung IPTV

Có ba cơ chế phân phối nội dung được sử dụng để vận chuyển luồng

dữ liệu từ dịch vụ cung cấp đến với người dùng cuối cùng:

- Multicast IP

- Mạng phân phối nội dung

- Lớp ứng dụng multicast

3.1.1 Multicast IP

a Tổng quan

b Định tuyến

3.1.2 Mạng phân phối nội dung (CDN)

Mạng lưới phân phối nội dung (CDN) phân phối nhiều tiểu máy chủ trên khắp các phần khác nhau của mạng, qua đó có thể cung cấp nội dung của máy chủ cho người sử dụng gần đó

3.1.3 Lớp ứng dụng multicast

Lớp ứng dụng multicast (ALM) thực hiện chức năng chuyển tiếp multicast ở các máy chủ cuối cùng Các máy chủ cuối này tạo nên một mạng che phủ và các dữ liệu sẽ được lưu lại tại các máy chủ cuối cùng, vì vậy các dữ liệu có thể được gửi nhiều lần trong cùng một liên kết ALM là một giải pháp kém hiệu quả hơn so với IP multicast Nhưng ALM là một giải pháp rất phổ biến trong dịch vụ phương tiện truyền thông bởi vì ALM

có thể hỗ trợ multicast trong lớp mạng, hiệu quả khai thác qua việc điều khiển luồng và cơ chế cung cấp đáng tin cậy là có sẵn và hoàn chỉnh

3.2 Mạng cung cấp nội dung truyền thống (CDN)

3.2.1 Khái niệm

Một mạng lưới cung cấp nội dung hoặc một mạng phân phối nội dung (CDN) là một hệ thống phân phối lớn các máy chủ được triển khai tại nhiều trung tâm dữ liệu trên internet Mục tiêu của CDN là phục vụ nội dung cho người dùng với tính sẵn sàng cao và hiệu suất cao CDN phục vụ một lượng lớn các nội dung trên Internet ngày nay, bao gồm cả đối tượng web (văn bản, đồ họa và kịch bản), các đối tượng tải về (các tập tin phương tiện truyền thông, phần mềm, tài liệu), các ứng dụng (thương mại điện tử, cổng thông tin), phương tiện truyền thông trực tiếp, các luồng phương tiện truyền thông trực tuyến theo yêu cầu, và mạng xã hội

3.2.2 Sơ đồ hoạt động

Hình 3.1 biểu diễn mạng IPTV thông thường sử dụng mạng cung cấp nội dung CDN

Hình 3.1: Mạng cung cấp nội dung cho IPTV [5]

3.2.3 Công nghệ cho mạng CDN

Hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ CDN đều cung cấp dịch vụ của họ theo một mức độ khác nhau, được xác định, hệ thống của PoP, tùy thuộc vào vị trí địa lý mong muốn, chẳng hạn như Hoa Kỳ, quốc tế hoặc toàn cầu hóa, châu Á-Thái Bình Dương Khi đó, các bộ PoP có thể được gọi là

“biên” hoặc các “mạng biên” giống như nó là cầu nối giữa nội dung của mạng CDN tới người dùng Internet được thiết kế theo nguyên tắc end-to-end Nguyên tắc này sẽ giúp cho mạng lõi tương đối đơn giản và nhiều tính năng thông minh có thể được thực hiện bởi các điểm cuối của mạng: các máy chủ và khách hàng Kết quả là mạng lõi sẽ là mạng chuyên thực hiện nhiệm vụ đơn giản hóa và tối ưu hóa trong quá trình chuyển tiếp gói

dữ liệu

3.3 P2P ứng dụng mức multicast

Công nghệ tạo luồng đa phương tiện P2P có thể được phân làm hai loại: dạng cây và dạng mắt lưới

Cấu trúc dạng cây cũng có thể được phân làm hai loại, dạng cây duy nhất hoặc nhiều cây

Hình 3.2: Sắp xếp thứ bậc của các hot trong kiến trúc NICE [7]

Kiến trúc như vậy dựa trên Coolstreaming/DONET, các phần tử ngang hàng chấp nhận dòng dữ liệu từ nhiều máy chủ cha và nhiều máy chủ con Mỗi phần tử ngang hàng phục vụ như là một nút nguồn, phân chia nội dung thành nhiều phần video nhỏ Các phần này có thể được lấy từ nguồn hoặc từ các phần tử ngang hàng khác Cuối cùng, khối được tập hợp lại thành các dòng video gốc và gửi cho người chơi để phát lại nó

Hình 3.3: Ý tưởng cơ bản của Splitstream [7]

3.4 P2P cung cấp nội dung cho dịch vụ IPTV

TISPAN đã chia mạng thành nhiều vùng Mỗi vùng có Điểm nút lớn-Lõi (SN-C), máy chủ nội dung (CS) và các điểm nút đầu cuối của người sử dụng SN-C và Điểm nút lớn máy theo dõi (SN-T) cùng được trình bày như nhau trong cùng một miền Trong mỗi miền kiến trúc trung tâm được

áp dụng

3.5 Đánh giá các giải pháp P2P hiện tại

3.6 Kết luận chương 3

Qua chương này ta có thể hiểu rõ hơn các phương thức phân phối nội dung của dịch vụ IPTV Có thể nhận thấy các ưu nhược điểm của các phương thức này qua cơ chế hoạt động, công nghệ và chất lượng dịch vụ Mạng cung cấp nội dung truyền thống CDN thực sự đã mang lại rất nhiều lợi ích cho người sử dụng dịch vụ IPTV từ chất lượng đến tính sẵn sàng

của dịch vụ Và tử đây xu hướng sử dụng mô hình lai của mô hình mạng CDN được đưa ra Đó chính là mô hình mạng sử dụng công nghệ P2P

Trong phương thức cung cấp nội dung cho dịch vụ IPTV, P2P đã chia mạng ra thành nhiều vùng Mỗi vùng có Điểm nút lớn-Lõi (SN-C), máy chủ nội dung (CS) và các điểm nút đầu cuối của người sử dụng SN-C

và Điểm nút lớn máy theo dõi (SN-T) cùng được trình bày như nhau trong cùng một miền Trong mỗi miền kiến trúc trung tâm được áp dụng Giải pháp này mang lại nhiều ưu điểm như:

- Chia sẻ khả năng giữa các máy chủ cạnh nhau trong cùng một mạng P2P

- Giảm áp lực trên máy chủ trung tâm, các yêu cầu sẽ được xử lý nhanh hơn, nhiều hơn mà không cần đặt thêm máy chủ trung tâm

Hiện tại có hai giải pháp để triển khai P2P vào trong mạng cung cấp dịch vụ IPTV: một là sử dụng P2P giữa các máy chủ vệ tinh, hai là triển khai P2P giữa các cổng RGWs Điều này sẽ giúp cho các nhà điều hành mạng lựa chọn giải pháp phù hợp nhất đối với mạng của mình Kiến trúc mạng NGN/IMS sử dụng công nghệ P2P sẽ được trình bày chi tiết hơn ở chương sau của luận văn

CHƯƠNG 4: KIẾN TRÚC DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS SỬ

DỤNG MÔ HÌNH P2P 4.1 Các quy tắc cơ bản khi đưa P2P vào trong NGN/IMS

Các quy tắc sau được đề xuất để tránh vấn đề này bao gồm:

- Quá trình đưa công nghệ P2P vào trong IMS không được làm thay đổi kiến trúc của IMS Các cơ chế ủy quyền, xác thực và cơ chế tính cước trong IMS chắc chắn không bị thay đổi Tái sử dụng cơ chế điều khiển phiên SIP và cơ chế QoS được đề xuất cho kiến trúc IMS

- Để duy trì việc quản lý hiệu quả của mạng NGN, lớp phủ P2P chỉ được áp dụng trong mặt phẳng truyền thông chứ không áp dụng trong mặt phẳng tín hiệu

4.2 Các giải pháp thay thế khi đưa P2P vào trong mạng NGN/IMS

Giải pháp 1: Xây lớp phủ tự quản giữa các UE Trong phương pháp này, lớp phủ P2P được xây dựng lên bởi chính các UE này, chúng sẽ không được giám sát bởi lớp điều khiển trong mạng lõi Ngoại trừ việc đang ký và xác thực dịch vụ, nội dung yêu cầu được cung cấp bởi những người dùng và lớp phủ này được xây dựng độc lập bởi các UE

Giải pháp 2: Lớp phủ P2P được điều khiển bởi các nhà điều hành chứ không thực hiện tự điều khiển lớp phủ giữa những người sử dụng Các chức năng quản lý P2P nên được đặt trong máy chủ ứng dụng Máy chủ ứng dụng sẽ tương tác với lớp lõi vả các chức năng khác trong kiến trúc IPTV thông qua các giao diện tiêu chuẩn hóa

4.3 Kiến trúc hệ thống P2P IPTV

Hình 4.1 trình bày kiến trúc P2P IPTV Mô hình máy chủ trung tâm

và các máy chủ biên được xem như một mạng lưới phân phối nội dung

Tuy nhiên, sự khác biệt trong đề nghị của luận văn này là các thuê bao không phải là những người dùng bình thường, chúng là các thuê bao P2P hoặc là các phần tử ngang hàng trong lớp phủ

Hình 4.1: Kiến trúc mạng P2P IPTV

4.3.1 Phần tử ổn định

4.3.2 Lớp phủ P2P kết hợp cấu trúc liên kết

Kiến trúc liên kết chỉ được áp dụng duy nhất cho lớp phương tiện truyền thông không cho lớp tín hiệu Trong mỗi vùng P2P, chúng có một tập hợp các máy chủ truyền thông, mỗi kênh sẽ được phục vụ bởi một máy chủ truyền thông Hình 4.2 cho thấy các cấu trúc liên kết lớp phủ cho một kênh X của một lớp phủ P2P

Hình 4.2: Lớp phủ P2P-Kiến trúc liên kết

Hình 4.3:Một phần tử ngang hàng cha bị rớt xuống.

Sau khi nhận được bản tin thông báo từ các phần tử con của phần tử ngang hàng đã rời đi, IPTV AS sẽ xử lý các thủ tục để cung cấp một phần

tử ngang hàng cha mới cho các phần tử con này ngoại trừ phần tử ngang hàng ứng viên được lựa chọn ban đầu do phần tử này đã kết nối với phần

tử ngang hàng ông của nó (A)

Hình 4.4: Phần tử ngang hàng cha mẹ mới cho các phần tử con trong

kiến trúc liên kết mới

4.3.3 Thủ tục lựa chọn phần tử ngang hàng cha mẹ

4.3.4 Cơ chế sao lưu trong lớp phủ IPTV P2P

Khi các phần tử ngang hàng cha mẹ bị rớt khỏi mạng, nó sẽ không thông báo cho các phần tử con của nó và máy chủ ứng dụng Sau đó các phần

tử con của nó sẽ phát hiện ra sự mất mát của dòng video sau một thời gian chờ đợi, mỗi phần tử ngang hàng này ngoại trừ phần tử ứng viên sẽ gửi đi một bản tin thông báo tới IPTV-AS để tìm kiếm phần tử cha mẹ mới