Tìm hiểu công nghệ IPTV

LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc mình, em xin gửi lời cảm ơn đến:  Thầy Lê Duy Khánh, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành nội dung báo cáo luận văn tốt nghiệp  Quý thầy cô Học viện công nghệ bưu viễn thông sở TPHCM, đặc biệt thầy cô khoa Điện tử - Viễn thông II, người tận tình giảng dậy trang bị kiến thức để em hoàn thành báo cáo luận văn tốt nghiệp Và kiến thức tảng cho tương lai nghề nghiệp em sau  Gia đình bạn lớp D07VTH1, người động viên chia sẻ với em suốt thời gian học tập Học viện Cảm ơn người nhiều! Trần Trung Hiếu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, truyền hình dựa giao thức Internet IPTV phát triển mạnh mẽ tiến tới vị trí chủ chốt công nghiệp truyền hình thu phí, dịch vụ thu hút ý nhiều công ty viễn thông giới IPTV hệ thống nhiều tiện ích, bạn nhận tín hiệu truyền hình video song song với dịch vụ đa phương tiện khác kết nối Internet Cụ thể, IPTV sử dụng kết nối băng rộng hệ thống mạng phân phối chương trình truyền hình sử dụng giao thức IP Trên giới IPTV triển khai mạnh mẽ thu lợi nhuận lớn Tại Việt Nam, IPTV công ty FPT cung cấp vào tháng năm 2006, đầu tháng năm 2009, VNPT bắt đầu cung cấp IPTV Hải Phòng Như vậy, thấy thị trường IPTV Việt Nam giai đoạn bắt đầu tiềm phát triển lớn Với hướng dẫn thầy Lê Duy Khánh mong muốn hiểu công nghệ mới, sau thời gian tìm hiểu em hoàn thành báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu công nghệ IPTV” Nội dung báo cáo gồm có phần Lý thuyết Thực hành trình bày chương sau:     Chương I: Tổng quan IPTV Chương trình bày khái niệm IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, công nghệ cho IPTV cuối số dịch vụ ứng dụng IPTV Chương II: Các giải pháp phân phối mạng IPTV Chương đưa giải pháp triển khai mạng phân phối nội dung IPTV IPTV triển khai mạng sau: mạng truy cập sợi quang, mạng ADSL, mạng truyền hình cáp mạng Internet Ngoài ra, chương tìm hiểu số công nghệ mạng lõi cho mạng IPTV Chương III: Quản lý mạng IPTV Chương tìm hiểu hệ thống quản lý mạng IPTV; vấn đề quản lý cài đặt, cố, quản lý dự phòng, quản lý QoS Ngoài ra, chương tìm hiểu việc giám sát, kiểm tra xử lý cố mạng IPTV Chương IV: Tìm hiểu thiết bị phần cứng chương trình phần mềm mạng IPTV Chương tìm hiểu thiết bị phần cứng trung tâm liệu Headend mạng gia đình Bên cạnh phần mềm chuyên dụng hệ thống mạng IPTV số chương trình Media Player để xem nội dung máy tính cá nhân Do IPTV công nghệ khả kiến thức hạn chế nên lập luận, đánh giá, trình bày báo cáo chưa rõ ràng Tuy vậy, nội dung báo cáo làm tài liệu tham khảo cho bạn muốn tìm hiểu nắm rõ số vấn đề công nghệ IPTV Và qua mong nhận đóng góp ý kiến bạn đọc để báo cáo hoàn thiện Sinh viên thực Trần Trung Hiếu i MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU i MỤC LỤC .ii Danh mục hình vẽ iv Danh mục bảng biểu iv Chương I TỔNG QUAN VỀ IPTV 1.1 Khái niệm IPTV 1.2 Cấu trúc mạng IPTV 1.2.1 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV .2 1.2.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV 1.3 Vấn đề phân phối IPTV 1.3.1 Unicast 1.3.2 Broadcast 1.3.3 Multicast 1.4 Các công nghệ cho IPTV 1.4.1 Vấn đề xử lý nội dung 1.4.2 VoD Video server .9 1.4.3 Các hệ thống hỗ trợ hoạt động 11 1.5 Các dịch vụ ứng dụng IPTV 11 1.5.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số 12 1.5.2 Video theo yêu cầu VoD .12 1.5.3 Quảng cáo có địa .12 TÓM TẮT 13 Chương II CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV 14 2.1 Các loại mạng truy cập băng rộng 14 2.2 IPTV phân phối mạng truy cập cáp quang 14 2.2.1 Mạng quang thụ động .15 2.2.2 Mạng quang tích cực .18 2.3 IPTV phân phối mạng ADSL 18 2.3.1 ADSL .19 2.3.2 ADSL2 21 2.3.3 VDSL .21 2.4 IPTV phân phối mạng truyền hình cáp .22 2.4.1 Tổng quan kỹ thuật HFC 23 2.4.2 IPTV phân phối mạng truyền hình cáp 24 2.5 IPTV phân phối mạng Internet 26 2.5.1 Các kênh truyền hình Internet streaming .26 2.5.2 Download Internet 28 2.5.3 Chia sẻ video ngang hàng .28 2.6 Các công nghệ mạng lõi 28 2.6.1 ATM SONET/SDH 29 2.6.2 IP MPLS 30 2.6.3 Metro Ethernet 31 TÓM TẮT 32 ii Chương III QUẢN LÝ MẠNG IPTV .33 3.1 Hệ thống quản lý IPTV 33 3.1.1 Sử dụng giao thức SNMP để quản lý IPTV 35 3.1.2 Quản lý thiết bị trình duyệt web .38 3.2 Quản lý cài đặt 39 3.3 Giám sát thực thi kiểm tra mạng 40 3.4 Quản lý dự phòng .42 3.5 Quản lý không gian địa IP 43 3.6 Xử lý cố IPTV .44 3.7 Quản lý quyền nội dung số .45 3.8 Quản lý chất lượng dịch vụ QoS .46 3.8.1 Độ khả dụng mạng 46 3.8.2 Phân lớp dịch vụ .47 3.8.3 Các cam kết cấp độ dịch vụ 48 TÓM TẮT 49 Chương IV TÌM HIỂU THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM TRONG MẠNG IPTV 51 4.1 Thiết bị phần cứng trung tâm Headend .51 4.1.1 Thiết bị tiếp nhận liệu đầu vào 51 4.1.2 Bộ mã hóa video MPEG 53 4.1.3 Bộ đóng gói IP 53 4.1.4 Bộ chuyển đổi mã video 53 4.1.5 Server quản lý nội dung 54 4.1.6 Kho video .54 4.1.7 Video Streaming server 54 4.1.8 Middleware server 54 4.2 Thiết bị mạng gia đinh 56 4.2.1 Mạng gia đình 56 4.2.2 Bộ giải mã IP-STB 56 4.3 Các chương trình phần mềm .59 4.3.1 Hướng dẫn chương trình EPG .59 4.3.2 Hệ thống truy cập có điều kiện 60 4.3.3 Hệ thống VoD .60 4.3.4 Hệ thống quản lý quyền truy cập nội dung số 60 4.3.5 Hệ thống quản lý thuê bao lập hóa đơn .61 4.4 Các chương trình Media Player 61 4.1 Microsoft 61 4.2 RealNetwork 62 4.3 Apple Computer 63 TÓM TẮT 64 KẾT LUẬN .65 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình hệ thống IPTV end-to-end Hình 1.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV .4 Hình 1.3 Các thành phần cấu trúc chức .5 Hình 1.4 Các kết nối IP unicast cho nhiều user IPTV Hình 1.5 Các kết nối sử dụng kỹ thuật multicast .8 Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống VoD Hình 1.7 Mô hình triển khai server 10 Hình 2.1 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON 16 Hình 2.2 IPTV cấu trúc mạng ADSL 20 Hình 2.3 Mạng HFC end-to-end 24 Hình 2.4 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP RF 26 Hình 2.5 Cấu trúc mạng kênh truyền hình Internet 27 Hình 2.6 Hạ tầng mạng lõi IPTV .29 Hình 2.7 Topology mạng lõi MPLS 31 Hình 2.8 Sử dụng EVC để cung cấp kết nối IPTV qua lõi mạng 32 Hình 3.1 Hệ thống SNMP đơn giản 36 Hình 3.2 Liên kết hệ thống quản lý mạng IPTV 38 Hình 3.3 Cấu trúc quản lý dựa trình duyệt web 39 Hình 3.4 Thiết kế mạng hỗ trợ dự phòng 42 Hình 3.5 Mô hình khối hệ thống DRM đơn giản 46 Hình 3.6 Ví dụ sử dụng ba hàng đợi có quyền ưu tiên .48 Hình 4.1 Cấu trúc trung tâm Headend IPTV 52 Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống Middleware IPTV 55 Hình 4.3 Cấu trúc IP-STB 57 Hình 4.4 Tiến trình xử lý IP-STB 59 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh công nghệ mạng PON: BPON, EPON GPON .18 Bảng 2.2 So sánh công nghệ mạng DSL 23 Bảng 2.3 Các chuẩn OC SONET .29 Bảng 2.4 Định dạng MPLS header 30 iv Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IPTV Truyền hình kỹ thuật số tiến quan trọng công nghệ truyền hình từ phương tiện tạo kỷ trước Truyền hình kỹ thuật số đưa cho khách hàng nhiều lựa chọn tạo nhiều tương tác Hệ thống truyền hình quảng bá tương tự sử dụng tốt 60 năm qua Trong giai đoạn đó, người xem phải trải qua chuyển tiếp từ truyền hình đen trắng sang truyền hình màu yêu cầu người xem phải mua Tivi màu mới, kênh quảng bá phải có máy phát mới, thiết bị sản xuất chương trình Ngày nay, với phát triển ngành công nghiệp truyền hình đưa truyền hình thông thường sang thời đại truyền hình kỹ thuật số Hầu hết hoạt động truyền hình phải nâng cấp triển khai dựa kỹ thuật số để đưa tới cho khách hàng dịch vụ kỹ thuật số tinh vi Một kỹ thuật gọi truyền hình dựa giao thức Internet IPTV (Internet Protocol – based Television) Như tên gọi, IPTV miêu tả chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa tảng mạng sử dụng giao thức IP Lợi ích chế khả phân phối nhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng tính tương tác cải tiến để tương thích với mạng thuê bao tồn Trong chương trình bày khái niệm IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, công nghệ cho IPTV, cuối ứng dụng dịch vụ IPTV 1.1 Khái niệm IPTV Công nghệ IPTV giữ phần quan trọng có hiệu cao mô hình kinh doanh truyền hình thu phí Nhưng thực chất nghĩa từ viết tắt IPTV ảnh hưởng người xem truyền nào? Khi bắt đầu IPTV gọi Truyền hình giao thức Internet (Internet Protocol Television) hay Telco TV Truyền hình băng rộng (Broadband Television) Thực chất tất tên sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao nội dung âm hình ảnh theo yêu cầu mạng băng rộng IPTV định nghĩa chung cho việc áp dụng để phân phối kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, nội dung video theo yêu cầu mạng riêng Từ góc nhìn người sử dụng IPTV hoạt động chuẩn dịch vụ truyền hình trả tiền Từ góc nhìn nhà cung cấp IPTV bao gồm việc thu nhận, xử lý phân phối xác nội dung truyền hình tới thuê bao thông qua hạ tầng mạng sử dụng IP Theo định nghĩa đưa hiệp hội viễn thông quốc tế tập trung vào nhóm IPTV IPTV dịch vụ đa phương tiện (ví dụ liệu truyền hình, video, âm thanh, văn bản, đồ họa) phân phối mạng IP có quản lý để cung cấp mức yêu cầu chất lượng dịch vụ, an toàn, có tính tương tác tin cậy IPTV có số điểm đặc trưng sau:  Hỗ trợ truyền hình tương tác: khả hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối đầy đủ ứng dụng truyền hình tương tác Các dạng dịch vụ IPTV phân phối bao gồm chuẩn truyền hình trực tiếp, truyền hình hình ảnh chất lượng cao HDTV (High Definition Television), trò chơi tương tác truy cập Internet tốc độ cao Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp     Chương I: Tổng quan IPTV Dịch thời gian: IPTV kết hợp với ghi hình video số cho phép dịch chuyển thời gian để xem nội dung chương trình, kỹ thuật ghi hình lưu trữ nội dung để xem lại sau Tính cá nhân: hệ thống IPTV end-to-end hỗ trợ thông tin có tính hai chiều cho phép user xem chương trình theo sở thích, thói quen…Hay cụ thể cho user xem họ muốn vào lúc Yêu cầu băng thông thấp: để thay cho việc phân phối kênh cho user, công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối kênh mà user yêu cầu Đây đặc điểm hấp dẫn cho phép nhà khai thác mạng bảo toàn băng thông họ Nhiều thiết bị sử dụng được: việc xem nội dung IPTV không giới hạn cho Tivi Khách hàng sử dụng PC họ thiết bị di động để truy cập dịch vụ IPTV 1.2 Cấu trúc mạng IPTV Có nhiều tài liệu trình bày cấu trúc mạng IPTV, phần trình bày cấu trúc mạng IPTV theo hai vấn đề Thứ sở hạ tầng mạng IPTV, đưa thành phần hệ thống IPTV end-to-end Vấn đề thứ hai cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV, nội dung phần nói lên chức thành phần cụ thể tham giao vào công việc phân phối nội dung IPTV 1.2.1 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV Hình 1.1 mô hình hệ thống IPTV end-to-end Hình 1.1 Mô hình hệ thống IPTV end-to-end 1.2.1.1 Trung tâm liệu IPTV Trung tâm liệu IPTV (IPTV Data Center) hay Headend nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm video nội bộ, tập trung nội dung, nhà sản xuất nội dung kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất, truyền hình cáp Mỗi lần Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV nhận vậy, số thành phần phần cứng khác giải mã, server video, router IP phần cứng bảo an chuyên dụng sử dụng để chuẩn bị nội dung phân phối mạng IP Cộng với hệ thống quản lý thuê bao IPTV thuộc tính (profile) hóa đơn toán Chú ý rằng, vị trí vật lý trung tâm liệu IPTV xác định nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng 1.2.1.2 Mạng phân phối băng rộng Việc phân phối dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối one-to-one, trường hợp việc triển khai IPTV diện rộng số kết nối one-to-one tăng lên Do đó, yêu cầu băng thông mạng lớn Những tiến công nghệ mạng cho phép nhà cung cấp viễn thông có số lượng lớn mạng băng rộng Riêng mạng truyền hình cáp sử dụng hỗn hợp cáp đồng trục cáp quang để đáp ứng cho việc phân phối nội dung IPTV 1.2.1.3 Thiết bị khách hàng IPTVCD Thiết bị khách hàng IPTVCD (IPTV Consumer Device) thành phần cho phép user truy cập dịch vụ IPTV IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức giải mã, xử lý luồng tín hiệu tới từ mạng IP IPTVCD hỗ trợ kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng vấn đề mạng xử lý nội dung IPTV Có nhiều dạng IPTVCD gateway cho khu dân cư, giải mã set-top boxes, bảng điều khiển trò chơi… 1.2.1.4 Mạng gia đình Mạng gia đình liên kết thiết bị kỹ thuật số bên khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện thông tin cho phép chia sẻ tài nguyên thành viên gia đình Mục đích mạng gia đình cung cấp quyền truy cập thông tin thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà thuê bao Với mạng gia đình, khách hàng tiết kiệm tiền thời gian việc chia sẻ thiết bị phần cứng tốt dễ dàng, thông qua kết nối Internet băng rộng 1.2.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV Một mạng IPTV bao gồm nhiều thành phần bản, cung cấp cấu trúc chức cho phép phân biệt chuyên môn hoá nhiệm vụ Hình 1.2 bày sáu thành phần cấu trúc chức tạo thành chức sau: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển IPTV, truyền dẫn IPTV, thuê bao bảo an 1.2.2.1 Cung cấp nội dung Tất nội dung sử dụng dịch vụ IPTV, bao gồm VoD truyền hình quảng bá phải thông qua chức cung cấp nội dung, chức tiếp nhận, chuyển mã mã hóa tạo nên luồng video số có khả phân phối qua mạng IP 1.2.2.2 Phân phối nội dung Khối phân phối nội dung bao gồm chức chịu trách nhiệm việc phân phối nội dung mã hoá tới thuê bao Thông tin nhận từ chức vận truyển điều khiển IPTV giúp phân phối nội dung tới thuê bao cách xác Chức phân phối nội dung bao gồm việc lưu trữ copy nội Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV dung để tiến hành nhanh việc phân phối, lưu trữ tạm thời (cache) cho VoD ghi video cá nhân Khi chức thuê bao liên lạc với chức điều khiển IPTV để yêu cầu nội dung đặc biệt, gửi tới chức phân phối nội dung để có quyền truy cập nội dung Chức thuê bao Hình 1.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV 1.2.2.3 Điều khiển IPTV Các chức điều khiển IPTV trái tim dịch vụ Chúng chịu trách nhiệm việc liên kết tất chức khác đảm bảo dịch vụ hoạt động cấp độ thích hợp để thoả mãn nhu cầu khách hàng Chức điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức phân phối vận chuyển nội dung để đảm bảo nội dung phân phối tới thuê bao Một chức khác điều khiển IPTV cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG thuê bao sử dụng để chọn nội dung theo nhu cầu Chức điều khiển IPTV chịu trách nhiệm quản lý quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) yêu cầu thuê bao để truy cập nội dung 1.2.2.4 Chức vận chuyển IPTV Sau nội dung yêu cầu từ thuê bao chấp nhận, chức vận chuyển IPTV chịu trách nhiệm truyền tải nội dung tới thuê bao, thực truyền ngược lại tương tác từ thuê bao tới chức điều khiển IPTV 1.2.2.5 Chức thuê bao Chức thuê bao bao gồm nhiều thành phần nhiều hoạt động khác nhau, tất sử dụng thuê bao để truy cập nội dung IPTV Một số thành phần chịu trách nhiệm liên lạc thông tin với chức truyền dẫn, ví dụ truy cập getway kết nối với DSLAM, hay trình STB sử dụng trình duyệt web để kết nối với Middleware server Trong chức này, STB lưu trữ số thành phần quan trọng key DRM thông tin xác thực user Khối chức thuê bao sử dụng EPG cho Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV phép khách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập yêu cầu từ chức điều khiển IPTV Nó nhận giấy phép số key DRM để truy cập nội dung 1.2.2.6 Bảo an Tất chức mô hình IPTV hỗ trợ chế bảo an cấp độ khác Chức cung cấp nội dung có phận mật mã cung cấp nhà cung cấp nội dung Chức phân phối nội dung đảm bảo thông qua việc sử dụng DRM Các chức điều khiển vận chuyển dựa vào chuẩn bảo an để tránh thuê bao không xác thực có quyền sửa đổi truy cập nội dung Chức thuê bao bị giới hạn sử dụng chế bảo an triển khai STB Middleware server Tóm lại, tất ứng dụng hệ thống hoạt động môi trường IPTV có chế bảo an sẵn sàng sử dụng để trách hoạt động trái phép Các thành phần môi trường IPTV tương ứng với chức Ví dụ, chức điều khiển IPTV bao gồm thành phần Middleware quản lý quyền nội dung số DRM Khi phân phối nhiệm vụ, nhóm phụ trách chức điều khiển IPTV có khả xếp tất ứng dụng tương ứng với thành phần cho chức Hình 1.3 mô tả thiết bị thực chức môi trường IPTV Hình 1.3 Các thành phần cấu trúc chức Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV 1.3 Vấn đề phân phối IPTV Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác tạo loại dịch vụ IP khác VoIP truy cập Internet tốc độ cao Với loại dịch vụ có đặc điểm riêng nội dung, cần phải có phương thức phân phối thích hợp Hiện có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP unicast, broadcast multicast 1.3.1 Unicast Trong truyền unicast, luồng video IPTV gửi tới IPTVCD Vì thế, có nhiều user IPTV muốn nhận kênh video tương tự IPTVCD cần tới luồng unicast riêng rẽ Một luồng truyền tới điểm đích qua mạng IP tốc độ cao Nguyên tắc thực thi unicast mạng IP dựa việc phân phối luồng nội dung định hướng tới user đầu cuối Từ góc độ kỹ thuật này, việc cấu hình thực thi dễ dàng; nhiên hiệu băng thông mạng Hình 1.2 trình bày việc thiết lập kết nối có thuê bao IPTV truy cập kênh broadcast mạng tốc độ cao hai chiều (two-way) Digital home Trung tâm liệu IPTV Tổng đài Khu vực IP STB Gateway ` Thiết bị truy cập mạng băng rộng Server nội dung IPTV 5K ên h 10 IP TV Router Phân phối Gateway Digital home Router biên Mạng băng rộng IP lõi Gateway IP STB Router biên Digital home Gateway Thiết bị truy cập mạng băng rộng Digital home Gateway Tổng đài Khu vực IP STB IP STB Digital home Hình 1.4 Các kết nối IP unicast cho nhiều user IPTV Như hình 1.4, nhiều user IPTV truy cập kênh IPTV thời điểm, số kết nối định hướng thiết lập qua mạng Trong ví dụ này, server cần cung cấp kết nối tới thuê bao có yêu cầu truy cập Kênh 10, với tổng số năm luồng riêng rẽ server nội dung kết thúc router đích Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV Năm kết nối sau định tuyến tới điểm đích Các kết nối kéo dài tới hai tổng đài khu vực (Regional Office), với ba kết nối tới tổng đài khu vực hai kết nối tới tổng đài khu vực Sau kết nối thiết lập router tổng đài khu vực với getway đặt năm hộ gia đình Đây phương thức truyền dẫn IP video tốt cho ứng dụng theo yêu cầu VoD, thuê bao nhận luồng 1.3.2 Broadcast Các mạng IP hỗ trợ chức truyền broadcast, mặt giống kênh IPTV đưa tới thiết bị truy cập kết nối vào mạng băng rộng Khi server cấu hình truyền broadcast, kênh IPTV gửi tới tất thiết bị IPTVCD kết nối vào mạng bất chấp thuê bao có yêu cầu kênh hay không Đây vấn đề tài nguyên IPTVCD bắt buộc phải hoạt động để xử lý gói tin không mong muốn Một vấn đề khác mà broadcast không phù hợp cho ứng dụng IPTV thực tế kỹ thuật truyền thông tin không hỗ trợ việc định tuyến Từ lâu, hầu hết mạng mở rộng việc sử dụng router, truyền broadcast không sử dụng định tuyến Đây lý làm mạng thiết bị IPTVCD khác bị tràn ngập tất kênh gửi tới tất người 1.3.3 Multicast Trong phạm vi triển khai IPTV, nhóm multicast truyền broadcast kênh truyền hình thành viên nhóm tương đương với thiết bị IPTVCD Vì thế, kênh IPTV đưa tới IP-STB muốn xem kênh Đây cách hạn chế lượng tiêu thụ băng thông tương đối thấp giảm gánh nặng xử lý server Hình 1.5 mô tả tác động việc sử dụng kỹ thuật multicast ví dụ phân phối cho năm thuê bao truy cập Kênh 10 IPTV lúc Như hình 1.5, copy đơn (single) gửi từ server nội dung tới router phân phối Router tạo hai copy luồng thông tin tới gửi chúng tới router đặt tổng đài khu vực theo kết nối IP định hướng Sau đó, router tạo copy khác để cung cấp cho thuê bao muốn xem Vai trò quan trọng phương thức làm giảm số kết nối IP dung lượng liệu ngang qua mạng Đây phương thức thường nhà cung cấp dịch vụ sử dụng để phát quảng bá chương trình trực tiếp kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP tồn Phương thức lợi tuyến hướng lên (upstream) luồng thông tin thiết bị IPTVCD broadcast server Cần ý rằng, việc phát multicast nội dung IPTV thường phức tạp nhiều so sánh với mô hình thông tin unicast broadcast 1.4 Các công nghệ cho IPTV Có nhiều công nghệ khác yêu cầu để thực thi đầy đủ hệ thống IPTV thực tế, số công nghệ chung diễn giải tài liệu khác Trong phần đề cập tới số công nghệ sử dụng cho ứng dụng IPTV Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV Digital home Trung tâm liệu IPTV Tổng đài Khu vực IP STB Gateway ` Thiết bị truy cập mạng băng rộng Router Phân phối Server nội dung IPTV Gateway Digital home Router biên 1K ênh Mạng băng rộng IP lõi 10 IPT V Gateway IP STB Router biên Digital home Gateway Thiết bị truy cập mạng băng rộng Digital home Gateway Tổng đài Khu vực IP STB IP STB Digital home Hình 1.5 Các kết nối sử dụng kỹ thuật multicast 1.4.1 Vấn đề xử lý nội dung Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận tín hiệu video thời gian thực từ nhiều nguồn khác nhau, hình thức chúng định dạng thích hợp để STB giải mã hiển thị hình Tiến trình bao gồm chức sau:     Nén: nguồn video tương tự, trình nén số thực thi tín hiệu video trước phát lên hệ thống IPTV Tốc độ cao liệu video độ dài gói tin thực cho phù hợp với tất nguồn video đầu vào, để đơn giản hóa công việc truyền dẫn chức ghép kênh Chuyển mã: luồng video tương tự định dạng số, cần chuyển đổi sang thuộc tính MPEG cấp độ luồng tới thích hợp với STB Chuyển mã nội dung định dạng HD cung cấp chuẩn để chuyển mã gốc MPEG-2 thành H.264 để có băng thông thấp cho mạng DSL Chuyển đổi tốc độ: chất việc chuyển đổi tốc độ tiến trình chuyển đổi tốc độ bit luồng video số tới Ví dụ luồng chuẩn SD 4,5 Mbps cần phải giảm xuống 2,5 Mbps để sử dụng hệ thống IPTV Nhận dạng chương trình: luồng video cần ghi nhãn hệ thống IPTV, thiết bị ghép kênh STB xác định xác luồng video Mỗi chương trình audio hay video bên Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV luồng truyền dẫn MPEG phải xử lý để đảm bảo trùng lẫn chương trình Việc xử lý nội dung thực thi luồng video trực tiếp lưu trữ bên video server 1.4.2 VoD Video server Cấu trúc hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP hình 1.6 bao gồm thành phần Đầu tiên, nội dung phải xử lý cho việc lưu trữ phân phối trình nén mật mã trạm tiền xử lý nội dung Một VoD server lưu trữ nội dung tạo luồng gửi tới thuê bao Mỗi thuê bao có STB để nhận giải mã nội dung, sau đưa lên hình hiển thị Bộ STB cung cấp cho thuê bao danh sách dịch vụ từ thành phần quản lý thuê bao hệ thống truy cập có điều kiện Đây hệ thống nhận lệnh từ thuê bao, gửi lệnh thích hợp tới VoD server phân phối key giải mã cho STB Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống VoD Các video server yếu tố cần thiết cho hệ thống VoD, chúng tạo luồng video thực tế gửi chúng tới thuê bao Các server có dung lượng nhớ lớn nhỏ khác tùy thuộc vào ứng dụng khác Trong phần để cập đến số khía cạnh server cách thức chúng sử dụng cho việc phân phối nội dung Dung lượng lưu trữ nội dung hỗ trợ server lớn nhỏ Sẽ không phù hợp server lưu trữ nhiều phục vụ số thuê bao Khi đầu tư xây dựng server, cần phải ý tới dung lượng server để đáp ứng yêu cầu đặt Video server loại sau:  Các server sản xuất sử dụng công việc sản xuất video, ví dụ mạng truyền hình Để cho đối tượng này, server cần Trần Trung Hiếu D07VTH1 Báo cáo luận văn tốt nghiệp   Chương I: Tổng quan IPTV phải có nội dung lý tưởng định dạng khác nhanh chóng phân phối file chứa nội dung tới thuê bao họ cần, server dung lượng thường nhỏ Thay vào đó, thiế bị có dung lượng lớn hỗ trợ tốt việc tìm nội dung, bao gồm công cụ hỗ trợ liệu lớn liệu file gồm nhiều phiên Các server cá nhân công ty sử dụng trường hợp có số luồng video để phân phối đồng thời thấp, ví dụ gian hàng trưng bày công ty có từ đến 10 người xem lúc Đây loại server thường xây dựng PC với phần mềm chuyên dụng hóa Các nhà cung cấp server cần server thiết kế đặc biệt có khả lưu trữ hàng nghìn nội dung chương trình khả phân phối tới hàng trăm hàng nghìn người xem lúc Dung lượng hệ thống thật lớn; ví dụ để cung cấp cho 1000 user lúc, với user luồng 2,5 Mbps Như server cần có tốc độ liệu xuất 2,5 Gbps Các nhà cung cấp sử dụng hai phương thức để phân phối server mạng họ, hình 1.7 Đầu tiên phương thức tập trung hóa, server lớn, dung lượng cao xây dựng vị trí trung tâm, chúng phân phối nội dung cho thuê bao thông qua liên kết tốc độ cao kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ nội hạt Phương thức thứ hai phân phối hóa server, server nhỏ đặt vị trí gần thuê bao server cung cấp cho thuê bao vùng Trung tâm Library server download copy nội dung cung cấp cho Hub server phân phối có yêu cầu Trong phương thức tập trung hóa giảm số lượng server cần phải xây dựng, giảm giá thành việc truyền dẫn lưu trữ nội dung vị trí khác Còn phương thức phân phối hóa giảm số lượng băng thông cần thiết vị trí Cả hai phương thức sử dụng thực tế, dung lượng VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống sở thích người xem Hình 1.7 Mô hình triển khai server Trần Trung Hiếu D07VTH1 10 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV 1.4.3 Các hệ thống hỗ trợ hoạt động Việc phân phối dịch vụ video tới khách hàng yêu cầu nhiều thiết bị phần cứng có độ tin cậy cao Một phần mềm lớn yêu cầu để quản lý số lượng công việc khổng lồ đó, từ việc thông báo cho khách hàng chương trình kênh broadcast khác liệu cần thiết cho việc lập hoá đơn dịch vụ mà khách hàng đăng ký Tập trung lại, hệ thống phần mềm gọi hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS (Operations Support Systems) bao gồm nhiều dạng khác Một số chức cung cấp hệ thống IPTV OSS sau:     Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung cấp cho người xem lịch phát kênh broadcast tên chương trình VoD sẵn có Hướng dẫn bao gồm kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chương trình hướng dẫn chương trình tương tác cho phép user lên lịch kênh phát tương lai Một số nhà khai thác dịch vụ IPTV sử dụng công ty bên để cung cấp liệu hướng dẫn chương trình Hệ thống phân quyền yêu cầu thuê bao đăng ký xem nội dung thông qua hệ thống IPTV Hệ thống cần có khả kiểm tra thông tin tài khoản khách hàng, để hệ thống phân quyền đáp ứng yêu cầu thuê bao hay không Hệ thống cần kết nối với hệ thống lập hoá đơn thuê bao Truy cập nội dung trực tuyến (e-mail, web) cung cấp số hệ thống IPTV, cho phép user xem nội dung PC tương tự xem Tivi không cần giải mã IP STB Hệ thống lập hoá đơn quản lý thuê bao bảo quản liệu thuê bao, bao gồm hợp đồng, chi tiết hoá đơn, trạng thái tài khoản, thông số nhận dạng thiết bị Các hệ thống OSS thành phần đầu tư nhà cung cấp dịch vụ IPTV thời gian lẫn tiền bạc Bởi đảm bảo phần mềm cần thiết mua từ nhiều nhà cung cấp khác thực thi đầy đủ chức lựa chọn nhà cung cấp Việc tích hợp hệ thống nhiều tháng, nhiều công việc cần hoàn thành trước cung cấp dịch vụ cho số lượng lớn thuê bao Hơn nữa, chi phí yếu tố để cố định giá dù dịch vụ thu hút 1000 hay 100000 thuê bao Cũng vậy, chi phí lắp đặt hệ thống OSS cần xem xét cẩn thận kế hoạch kinh doanh nhà cung cấp dịch vụ, việc tính toán chi phí lắp đặt OSS nằm giai đoạn kế hoạch triển khai, chi phí vượt trội giá thành phần cứng hệ thống cho số lượng thuê bao thấp Hơn nữa, giá thành để bảo dưỡng sở liệu không xem xét triển khai mô hình kinh doanh cho hệ thống IPTV 1.5 Các dịch vụ ứng dụng IPTV Các ứng dụng cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng bá số dịch vụ VoD Như vậy, cho phép nhà cung cấp đưa dịch vụ gọi “triple play” bao gồm truyền hình, thoại liệu Hạ tầng mạng IPTV cung cấp hầu hết ứng dụng video cộng thêm sau việc lắp đặt hạ tầng mạng vị trí phù hợp Nhưng phần trình bày số dịch vụ triển khai Trần Trung Hiếu D07VTH1 11 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV nhà cung cấp dịch vụ IPTV Việt Nam Đó truyền hình quảng bá kỹ thuật số, dịch vụ VoD quảng cáo có địa 1.5.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số Khách hàng nhận truyền hình số thông thường IPTV Truyền hình quảng bá số phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp nâng cấp hệ thống vệ tinh Sự khởi đầu công nghệ DSL tốc độ cao ADSL2 ADSL2+ mang đến cách mạng lớn lĩnh vực Với công nghệ tốc độ cao cho phép IPTV có thêm độ tin cậy tính cạnh tranh với dịch vụ truyền hình thu phí khác IPTV có đầy đủ khả để đưa dịch vụ chất lượng cao khác nhiều dịch vụ so với nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp vệ tinh khứ Một lợi ích khác IPTV có nhiều nội dung số kênh lớn để lựa chọn, tùy thuộc vào sở thích khách hàng Đặc biệt khách hàng tự chọn lựa nguồn nội dung đa dạng Chức truyền hình quảng bá thông thường, truyền hình cáp vệ tinh cung cấp tất kênh đồng thời tới nhà thuê bao Tuy nhiên, IPTV phân phối kênh mà khách hàng muốn xem có khả cung cấp không giới hạn số kênh Khách hàng tự điều khiển họ muốn xem xem vào lúc họ muốn Đây đặc tính vốn có xảy IPTV có kết hợp khả tương tác hai chiều mạng IP 1.5.2 Video theo yêu cầu VoD VoD dịch vụ cung cấp chương trình truyền hình dựa yêu cầu thuê bao Các dịch vụ truyền hình phát từ lưu trữ phim truyện, chương trình giáo dục hay tin tức thời thời gian thực Ứng dụng VoD cung cấp cho thuê bao riêng lẻ để chọn nội dung video họ xem vào lúc thích hợp Khi hạ tầng mạng IPTV thiết kế ứng dụng dịch vụ tạo lợi nhuận điện thoại video, hội thoại truyền hình, đào tạo từ xa camera giám sát an ninh nhà cung cấp cho khách hàng Có thêm số dịch vụ đặc tính tiên tiến so với hệ thống truyền hình quảng bá truyền thống 1.5.3 Quảng cáo có địa Thông tin tin nhắn đặc biệt nội dung đa phương tiện thiết bị khách hàng dựa địa họ gọi quảng cáo có địa Địa công bố khách hàng biết thông qua việc xem xét kỹ profile người xem Nó thực lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo phù hợp không phù hợp với người nhận Vì thế, quảng cáo có địa cho phép tính toán nhanh chóng xác hiệu chiến dịch quảng cáo Sự hợp tác người xem diện mạo quảng cáo có địa Ngay truyền hình IP bắt đầu, hệ thống truyền hình IP hỏi nhắc nhở người xem khai báo tên họ từ danh sách đăng ký Đổi lại, người xem muốn chọn tên chương trình họ Tại đây, tên chương trình có profile tin nhắn quảng cáo lựa chọn, cách xem tốt kết nối tới profile người xem Bởi vì, đặc tính tiên tiến đưa truyền hình IP ví dụ gọi tới, e-mail hướng dẫn chương trình nhớ kênh ưu thích, người xem thực xem chúng Trần Trung Hiếu D07VTH1 12 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương I: Tổng quan IPTV Thu nhập tạo cách gửi tin nhắn quảng cáo có địa tới người xem, với profile đặc biệt lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng bá thông thường Khả gửi quảng cáo thương mại tới số người xem đặc biệt cho phép nhà quảng cáo cố định quỹ đầu tư xác cho quảng cáo có địa Nó cho phép nhà quảng cáo thử nghiệm số quảng cáo thương mại khác vùng thời điểm TÓM TẮT IPTV hệ thống cho phép phân phối chương trình thời gian thực, phim truyện dạng nội dung video tương tác khác mạng IP Hạ tầng mạng IPTV end-to-end bao gồm tất số thành phần sau:     Trung tâm liệu IPTV nơi chịu trách nhiệm xử lý điều chế nội dung để phân phối mạng băng rộng Mạng phân phối IPTV bao gồm nhiều kỹ thuật để truyền tải nội dung IPTV từ trung tâm liệu tới người sử dụng Bộ giải mã STB gateway đặt nhà thuê bao để cung cấp kết nối từ Tivi tới mạng truy cập IP Mạng gia đình có khả phân phối liệu, thoại video thiết bị khác Ngoài cấu trúc sở hạ tầng, cấu trúc mạng IPTV cụ thể cấu trúc chức Cấu trúc chức cụ thể hóa nhiệm vụ thành phần tham giao vào mạng phân phối IPTV Cấu trúc chức bao gồm chức năng: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển, vận chuyển, thuê bao bảo an Khi triển khai mạng IPTV để phân phối nội dung cho thuê bao vấn đề cần quan tâm chế sử dụng Có ba chế phân phối unicast, broadcast, multicast Tùy vào dịch vụ phân phối mà có chế phân phối thích hợp, ví dụ để phân phối dịch vụ VoD cần chế multicast, nội dung phân phối cho thuê bao có yêu cầu IPTV dịch vụ mới, có công nghệ để hỗ trợ triển khai Các công nghệ cho dịch vụ IPTV vấn đề xử lý nội dung, VoD Video server, hệ thống hỗ trợ hoạt động Trong đó, công nghệ xử lý nội dung, cụ thể tiến kỹ thuật nén liệu hệ thống hỗ trợ hoạt động công nghệ phát triển Khi triển khai dịch vụ IPTV, nhà khai thác thấy khả cung cấp nhiều loại dịch vụ tính toán doanh thu từ dịch vụ Doanh thu đạt từ nhiều dịch vụ ứng dụng, có ba loại dịch vụ ứng dụng mang lại lợi nhuận truyền hình kỹ thuật số, VoD quảng cáo có địa Trần Trung Hiếu D07VTH1 13 Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương II: Các kỹ thuật phân phối mạng IPTV CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV Hiện IPTV nhìn nhận đường tốt để phân phối dịch vụ truyền hình kỹ thuật số cho khách hàng Bản chất IPTV mạng phân phối tốc độ cao làm móng để phân phối nội dung Mục đích mạng truyền tải liệu thiết bị khách hàng IPTVCD trung tâm liệu nhà cung cấp dịch vụ Nó cần làm việc mà không ảnh hưởng tới chất lượng luồng video phân phối tới thuê bao IPTV, định cấu trúc mạng độ phức tạp yêu cầu để hỗ trợ dịch vụ IPTV Cấu trúc mạng IPTV gồm có hai phần mạng truy cập băng rộng mạng tập trung hay backbone Các loại mạng mở rộng khác bao gồm hệ thống cáp, điện thoại cáp đồng, mạng không dây vệ tinh sử dụng để phân phối dịch vụ mạng IPTV tiên tiến Phần chương tập trung diễn giải công nghệ mạng phân phối IPTV Ngoài chương phân tích công nghệ mạng lõi triển khai dịch vụ IPTV 2.1 Các loại mạng truy cập băng rộng Một thách thức đặt nhà cung cấp dịch vụ việc cung cấp đủ dung lượng băng thông mạng “sống” mạng lõi backbone thiết bị đầu cuối nhà thuê bao Có số định nghĩa sử dụng để diễn giải loại mạng mạng mạch vòng (local loop), mạng “last mile”, mạng biên (edge) Nhưng tài liệu xin sử dụng định nghĩa mạng truy cập băng rộng Có bốn loại mạng truy cập (có dây dẫn) băng rộng khác có khả cung cấp đủ yêu cầu băng thông dịch vụ IPTV là:     Mạng truy cập cáp quang Mạng DSL Mạng cáp truyền hình Mạng Internet Các nhà cung cấp khác lựa chọn hệ thống phân phối tùy thuộc vào điều kiện tài nguyên mạng nhu cầu thực tế Các phần sau đưa cách tổng quát loại mạng truy cập băng rộng sử dụng hạ tầng mạng IPTV end-to-end 2.2 IPTV phân phối mạng truy cập cáp quang Đối với IPTV yêu cầu băng thông lớn chi phí hoạt động phải thấp tránh can nhiễu Do đó, người ta quan tâm tới việc sử dụng mạng cáp quang có sẵn để triển khai dịch vụ IPTV Các liên kết cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối kết nối chuyên dụng tốt để thuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Các công nghệ sản xuất sợi quang gần cho khả băng thông lớn hơn, từ thực thi cấu trúc mạng sau: Trần Trung Hiếu D07VTH1 14 Báo cáo luận văn tốt nghiệp     Chương II: Các kỹ thuật phân phối mạng IPTV Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber to the regional office): sợi quang từ trung tâm liệu IPTV tới khu vực văn phòng cách gần lắp đặt công ty viễn thông công ty cáp Sau sợi cáp đồng sử dụng để truyền tín hiệu tới người dùng đầu cuối IPTV khu vực văn phòng Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber to the neighborhood): ta biết sợi quang tập trung node, FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang từ trung tâm liệu IPTV tới chia “vùng lân cận” Đây vị trí node có khoảng cách nhỏ 1,5 Km tính từ nhà thuê bao Việc triển khai FTTN cho phép người dùng nhận gói dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao video theo yêu cầu Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber to the curd ): sợi quang lắp đặt từ trung tâm liệu IPTV tới tủ cáp đặt lề đường Từ sợi dây cáp đồng cáp đồng trục sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV nhà thuê bao Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber to the home): với sợi quang tới nhà khách hàng, toàn định tuyến từ trung tâm liệu IPTV tới nhà khách hàng kết nối sợi quang FTTH dựa mạng quang có khả phân phối dung lượng liệu cao tới người sử dụng hệ thống FTTH hệ thống thông tin song kênh hỗ trợ tính tương tác dịch vụ IPTV Việc phân phối cấu trúc mạng thường triển khai hai loại mạng khác chút mạng quang thụ động mạng quang tích cực 2.2.1 Mạng quang thụ động Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) công nghệ mạng kết nối điểm – đa điểm Mạng sử dụng bước sóng khác để truyền liệu từ trung tâm liệu IPTV tới điểm đích mà thành phần điện Mạng quang thụ động xây dựng dựa mạng FTTx theo tiêu chuẩn quốc tế Tiêu chuẩn G.983 ITU tiêu chuẩn sử dụng Mạng PON theo tiêu chuẩn G.983 bao gồm kết cuối đường quang OLT (Optical Line Termination) đặt trung tâm liệu IPTV số kết cuối mạng quang ONT (Optical Network Termination) lắp đặt thiết bị đầu cuối người dùng Trong trường hợp này, kỹ thuật truyền tải liệu tốc độ cao cáp đồng sử dụng (ví dụ DSL) để truyền tín hiệu IPTV vào thiết bị đầu cuối hộ gia đình Kết cuối đường quang OLT bao gồm cáp quang chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tới kết cuối mạng quang ONT  Cáp quang: kết cuối OLT ONT khác kết nối với cáp quang Với truyền dẫn cáp quang can nhiễu thấp băng thông cao Theo tiêu chuẩn G.983 cho phép mạng PON truyền tín hiệu ánh sáng số hóa với khoảng cách tối đa 20 Km mà không sử dụng khuếch đại Trần Trung Hiếu D07VTH1 15