THIẾT kế MẠNG TRUYỀN HÌNH hữu TUYẾN sử DỤNG CÔNG NGHỆ PON

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Quý Dương Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH HỮU TUYẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ PON Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Nam Quân Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các tài liệu, kết luận văn trung thực, phản ánh khách quan kết nghiên cứu, đo đạc, khảo sát Công trình nghiên cứu chưa công bố đâu, hình thức Người thực Lê Quý Dương MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .6 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 13 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: 16 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 23 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 27 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: 30 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 327 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON 34 Kết luận 53 3.1.Đặc điểm chung 54 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 63 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 67 3.3.Thiết bị phân phối quang: 83 .8 1.Mục tiêu việc ứng dụng: 88 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 89 3.Các dịch vụ IPTV 93 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 99 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 101 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội 103 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 106 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 106 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 107 DANH MỤC CÁC BẢNG 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 16 10 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: 19 10 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 26 .10 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 30 11 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: 33 11 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 35 .11 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON 37 11 Kết luận 56 11 3.1.Đặc điểm chung 57 11 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 66 .11 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 70 11 3.3.Thiết bị phân phối quang: 86 .12 1.Mục tiêu việc ứng dụng: 91 12 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 92 .12 3.Các dịch vụ IPTV 96 12 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 102 .12 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 104 12 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội 106 .12 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 109 12 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 109 12 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 110 12 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 13 LỜI MỞ ĐẦU 16 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: .18 1.1.1.Vài nét lịch sử dịch vụ VCTV 18 1.1.2.Khiếm khuyết hệ thống truyền hình vô tuyến: 19 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: .21 1.2.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend): 22 1.2.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 23 1.2.3.Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục 26 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 28 1.3.1Băng tần truyền hình cáp 28 1.3.2Tiêu chuẩn tín hiệu truyền hình: 30 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 32 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: .35 1.5.1Hiệu sử dụng : 35 1.5.2Khả chống can nhiễu: 36 1.5.3 Khả quản lý theo dõi chất lượng hệ thống: 36 1.5.4Kết luận: .36 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON .37 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 37 2.1.1.Tổng quan công nghệ PON 38 2.1.2.Đặc điểm PON 39 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON .39 Kết luận 58 CHƯƠNG III:KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 59 3.1.Đặc điểm chung 59 3.1.1.Yêu cầu mạng PON .60 3.1.2.Lớp vật lý mạng PON 61 3.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode mạng PON 63 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 68 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 72 3.3.1.Thiết bị phát quang 72 3.3.2.Thiết bị thu quang 80 3.3.3.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 85 3.3.4 Các module thu phát quang 86 3.3.Thiết bị phân phối quang: 88 3.4.1.Bộ ghép nhiều bước sóng WDM (MUX): 89 3.4.2.Bộ tách nhiều bước sóng (DEMUX): 90 3.4.3.Bộ tách/ghép bước sóng (Add/drop) 91 3.4.4.Bộ chia quang 91 1.Mục tiêu việc ứng dụng: .93 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 94 4.2.1.Sơ đồ mạng IPTV 94 4.2.2.Kiến trúc chức cho dịch vụ IPTV .95 3.Các dịch vụ IPTV 98 4.3.1.Các dịch vụ video IPTV 98 4.3.2.Các dịch vụ IPTV audio 101 4.3.3.Các dịch vụ IPTV gaming .102 4.3.4.Các dịch vụ thông tin tích hợp 102 4.3.5.Các dịch vụ quảng cáo .103 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 104 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 106 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội .108 KẾT LUẬN 111 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 111 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 111 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 18 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: 21 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 28 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 32 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: 35 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 374 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON 39 Kết luận 58 3.1.Đặc điểm chung 59 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 68 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 72 3.3.Thiết bị phân phối quang: 88 .4 1.Mục tiêu việc ứng dụng: 93 4 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 94 4 3.Các dịch vụ IPTV 98 4 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 104 4 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 106 4 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội 108 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 111 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 111 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .6 DANH MỤC CÁC BẢNG 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 16 11 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: 19 11 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 26 .11 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 30 11 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: 33 11 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 35 .12 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON 37 12 Kết luận 56 12 3.1.Đặc điểm chung 57 12 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 66 .12 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 70 12 3.3.Thiết bị phân phối quang: 86 .13 1.Mục tiêu việc ứng dụng: 91 13 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 92 .13 3.Các dịch vụ IPTV 96 13 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 102 .13 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 104 13 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội 106 .13 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 109 13 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 109 13 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 110 13 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 14 LỜI MỞ ĐẦU 17 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: .19 1.1.1.Vài nét lịch sử dịch vụ VCTV 19 1.1.2.Khiếm khuyết hệ thống truyền hình vô tuyến: 20 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: .22 1.2.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend): 23 1.2.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 24 1.2.3.Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục 27 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 29 1.3.1Băng tần truyền hình cáp 29 1.3.2Tiêu chuẩn tín hiệu truyền hình: 31 1.4.Internet mạng truyền hình cáp: 33 1.5.Những vấn đề tồn công nghệ HFC: .36 1.5.1Hiệu sử dụng : 36 1.5.2Khả chống can nhiễu: 37 1.5.3 Khả quản lý theo dõi chất lượng hệ thống: 37 1.5.4Kết luận: .37 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON .38 2.1.Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 38 2.1.1.Tổng quan công nghệ PON 39 Hình 2.1: Mô hình mạng quang thụ động .39 2.1.2.Đặc điểm PON 40 2.2.Thành phần mạng quang thụ động PON .40 Hình 2.2: Cấu tạo sợi quang 42 i Giao diện quang .48 ii Bộ chia (Splitter) 49 Hình 2.9: Mạng PON sử dụng sợi quang .53 Kết luận 59 CHƯƠNG III:KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 60 3.1.Đặc điểm chung 60 3.1.1.Yêu cầu mạng PON .61 3.1.2.Lớp vật lý mạng PON 62 3.1.3.Định thời cho chế độ burst-mode mạng PON 64 3.2.Kiến trúc thu-phát mạng 69 Hình 3.2: Một số thu phát sử dụng PON 70 Hình 3.3 Sơ đồ khối IC - MAC control 73 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 73 3.3.1.Thiết bị phát quang 73 Hình 3.5: Đặc tính LED a) đường cong P-I LED dải nhiệt độ 75 Hình 3.6 Cấu trúc DFB laser 78 Hình 3.7: Hình ảnh cua F-P laser 78 Hình 3.8: Đặc tuyến P-I Laser DFB (a) F-P (b) 79 Hình 3.9: Hình ảnh cấu trúc Laser VCSEL 80 Hình 3.10: Đặc tuyến hoạt động laser VCSEL .81 3.3.2.Thiết bị thu quang 81 Hình 3.11: Hình ảnh photodiode p-i-n 82 Hình 3.12: Hình ảnh photodiode APD phân bố điện trường 83 Hình 3.13 Đặc tuyến V-I APD hệ thống nhân 84 Hình 3.14: DFB APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN 85 3.3.3.Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 86 Hình 3.15: Kiến trúc tầng tiền khuếch đại 86 3.3.4 Các module thu phát quang 87 Hình 3.16: Modul thu phát chiều dạng diplexer 88 Hình 3.17: Modul thu phát chiều dạng triplexer 89 3.3.Thiết bị phân phối quang: 89 Hình 3.18: Cấu tạo quang tử 1D 90 3.4.1.Bộ ghép nhiều bước sóng WDM (MUX): 90 Hình 3.19: Đặc điểm phổ đường truyền hình ảnh lọc WDM 91 3.4.2.Bộ tách nhiều bước sóng (DEMUX): 91 Hình 3.20: Bộ Demux 92 3.4.3.Bộ tách/ghép bước sóng (Add/drop) 92 Hình 3.21: Bộ drop bước sóng 92 3.4.4.Bộ chia quang 92 Hình 3.22: Bộ chia công suất quang .93 1.Mục tiêu việc ứng dụng: .94 2.Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 95 4.2.1.Sơ đồ mạng IPTV 95 4.2.2.Kiến trúc chức cho dịch vụ IPTV .96 3.Các dịch vụ IPTV 99 4.3.1.Các dịch vụ video IPTV 99 4.3.2.Các dịch vụ IPTV audio 102 4.3.3.Các dịch vụ IPTV gaming .103 4.3.4.Các dịch vụ thông tin tích hợp 103 4.3.5.Các dịch vụ quảng cáo .104 4.Các công nghệ mạng phân phối IPTV 105 5.Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 107 Hình 4.5 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 109 6.Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội .109 Hình 4.7: Bản vẽ công hàn nối cáp quang .110 Hình 4.8: Sơ đồ thiết kế mạng cáp quang khu vực quận Ba Đình 111 KẾT LUẬN 112 1.NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC 112 2.ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC 112 3.HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 DANH MỤC CÁC BẢNG 1.1.Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 18 1.2.Hệ thống truyền dẫn VCTV: 21 1.3 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 28 Các dịch vụ video lưu trữ có nhiều dạng tảng để phân biệt với nội dung video khác truyền tải qua mạng IP Nội dung video lưu trữ đáp ứng nhiều sở thích khác người xem Tùy theo vị trí lưu trữ, khách hàng tận dụng ưu điểm nội dung video lưu thiết bị khách hàng mạng để điều khiển linh hoạt sử dụng dịch vụ như: tua nhanh, tua ngược, tạm dừng họ sử dụng VCD/DVD Nội dung video lưu trữ động lực thúc đẩy phát triển phần mềm lớp dịch vụ mạng IPTV tùy chọn set-top box Các tùy chọn nội dung video lưu trữ bao gồm: VoD lưu trữ cục bộ: Nội dung xem phổ biến rộng rãi phát quảng bá tới CPE qua mạng IP lưu cục để khách hàng xem theo yêu cầu Các nội dung thường gắn với trình xác thực quyền sử dụng xem thuê bao VoD lưu mạng: VoD lưu mạng dành cho nội dung coi không phổ biến cho nhiều thuê bao thời điểm Khách hàng yêu cầu xem nội dung và/hoặc sau yêu cầu Nội dung xem truyền tải dạng unicast mạng IP, nội sung xem sau yêu cầu tập hợp theo nhóm thuê bao truyền tải dạng broadcast hay narrowcast dựa thứ tự tương đương thuê bao khác Điều cho phép nhà cung cấp dịch vụ sử dụng tối ưu tài nguyên mạng cách linh hoạt VoD thuê bao: VoD thuê bao biến thể hai dịch vụ trên, cho phép khác hàng quyền xem số nội dung được cho phép trước hoảng thời gian xác định, tận dụng ưu điểm hai nội dung vdeo lưu mạng cục Ghi lại nội dung video theo yêu cầu cá nhân: PVR (Personal Video Recorder) cho phép người dùng quyền ghi lại chương trình quảng bá/theo yêu cầu để xem lại sau Các quyền xem nội dung thay đổi tùy theo việc sử dụng lần, nhiều lần hay không giới hạn nội dung phần mềm quản lý quyền 101 (DRM) yếu tố quan trọng trường hợp để kiểm soát trình chia sẻ nội dung thiết bị nhà thuê bao Ghi lại nội dung video lưu mạng (Network-based PVR): tương tự dịch vụ PVR, khác chủ yếu vị trí lưu nội dung, trường hợp mạng, thay sử dụng thiết bị khách hàng Dịch vụ cho phép thuê bao với set-top box đơn giản tận dụng ưu điểm dịch vụ video lưu trữ cho phép nhà cung cấp dịch vụ tập hợp nội dung lưu trữ mạng cách tối ưu nhờ giảm chi phí so với việc thuê bao phải sử dụng set-top box phức tạp Dịch vụ cung cấp cách tốt cho thuê bao khả linh hoạt việc lựa chọn chương trình mạng có khả lưu nhiều nội dung soa với set-top box khách hàng 4.3.2 Các dịch vụ IPTV audio Nếu có dịch vụ IPTV audio chắn không đủ kích thích thuê bao chuyển nhà cung cấp dịch vụ không đủ để nhà cung cấp dịch vụ đầu tư lượng lớn tiền vào hạ tầng mạng để phân phối dịch vụ IPTV Tuy nhiên, kết hợp với tùy chọn khác nâng cao tính hấp dẫn gói dịch vụ tổng thể a) Dịch vụ radio broadcast Dịch vụ cho phép khách hàng dò tìm đài phát giới nghe qua lối âm TV hay hệ thống loa kèm theo b) Dịch vụ music broadcast Theo quan điểm dịch vụ âm thanh, dịch vụ giống quảng bá video bản, nghĩa người dùng sử dụng nhiều kênh âm nhạc khác Dịch vụ phổ biến cung cấp nhiều nhà cung cấp dịch vụ cáp/MSO Dịch vụ âm nhạc thường kèm với thông tin đồ họa nội dung nhạc hiển thị TV khách hàng Hướng dẫn chương trình chọn kênh tương tự kênh video 102 c) Music on demand Tương tự VoD, quyền yêu cầu nghe tương tự dịch vụ VoD Mối quan hệ nhà cung cấp nội dung phương tiện yếu tố quan trọng dịch vụ VoD để đảm bảo có thư viện lớn file nhạc d) Music subscription service Cho phép thuê bao lưu trữ xếp theo sở thích Dịch vụ âm nhạc theo yêu cầu truyền tải qua mạng IP theo cách tương tự dịch vụ VoD sử dụng cấu broadcast hay unicast, theo thời gian mức độ tương đương với thuê bao khác 4.3.3 Các dịch vụ IPTV gaming Chơi game (một người hay nhiều người lúc) truyền hình dịch vụ riêng biệt mà nhà khai thác viễn thông xúc tiến tích hợp vào gói dịch vụ IPTV họ Sẽ có nhiều loại chò trơi cho nhiều loại đối tượng khác như trò chơi cho người nhiều người chơi lúc Khách hàng lựa chọn người chơi lên kế hoạch thời gian chơi với người khác 4.3.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp Dịch vụ thông tin IPTV tích hợp lĩnh vực nhà khai thác viễn thông có ưu so với nhà cung cấp đa dịch vụ/truyền hình cáp Các dịch vụ thông tin tích hợp tận dụng lợi tài nguyên nhà nhà cung cấp dịch vụ viễn thông cung cấp dịch vụ thoại truy cập Internet tốc độ cao Các ví dụ dịch vụ thoại Internet tích hợp mô tả sau: a) Dịch vụ thoại tích hợp Dịch vụ thoại tích hợp cho phép thuê bao sử dụng TV họ mở rộng chức dịch vụ thoại di động cố định Ví dụ:  Dịch vụ thông báo gọi đến (Incoming Call Notification Service): Hiển thị biểu tượng TV, thông báo cho thuê bao có gọi thọai/vdieo đến Ngoài hỗ trợ chức hiển thị số thuê bao ghi lại gọi 103  Dịch vụ thông báo tin (Message Notification Service): Hiển thị biểu tượng TV, thông báo cho thuê bao có lời nhắn (voice mail) hộp thư kèm theo dịch vụ thoại cố định và/hoặc di động  Dịch vụ thiết lập kết nối (Connection Establishment Service): cho phép thuê bao gọi thoại/video từ TV họ  Dịch vụ hội nghị thoại/video (Voice/Video Conferencing Service): cho phép thuê bao tham gia và/hoặc khởi tạo hội nghị thoại/video  Dịch vụ danh bạ (Directory Service): Cung cấp cho thuê bao danh bạ điện thoại điện tử truy cập qua TV b) Các dịch vụ Internet tích hợp Các dịch vụ internet tích hợp cho phép sử dụng TV để sử dụng cácứng dụng Internet trước phải sử dụng máy tính cá nhân Các dịch vụ không nhằm để thay cácứng dụng Internet dựa PC mà chúng cung cấp biện pháp thuận tiện để truy cập thông tin khu vực khác nhà thuê bao hay thời điểm khác  Duyệt web TV (TV web browsing): cho phép thuê bao xem trang web TV họ  Nhắn tin TV (TV Instant Messaging): cho phép thuê bao thông tin qua IM đồng thời sử dụng dịch vụ video/audio hay gaming khác  TV Email: cho phép thuê bao sử dụng cácứng dụng client TV để đọc, gửi nhận thư điện tử  Telecommerce Service: tương tự dịch vụ e-commerce, dịch vụ thiết kế phép thuê bao sử dụng TV để tìm kiếm đặt mua hàng 4.3.5 Các dịch vụ quảng cáo Hỗ trợ quảng cáo quảng bá truyền thống xen vào với quảng bá cục điểm khác mạng IPTV Khả tương quan set-top box mức ưu tiên dịch vụ cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa dịch vụ quảng cáo có hướng đối tượng 104 Việc tích hợp dịch vụ quảng cáo hướng vào đối tượng sử dụng với dịch vụ mua bán từ xa cho phép nhà cung cấp dịch vụ giúp khách hàng thực thỏa thuận mua bán theo yêu cầu Với chất hai chiều mạng thông tin dịch vụ kết hợp, thuê bao cung cấp ý kiến đánh giá quảng cáo IPTV để làm cho dịch vụ quảng cáo sát với đối tượng hơn, phù hợp 4 Các công nghệ mạng phân phối IPTV Với tính dịch vụ cung cấp, ta thấy IPTV dần trở thành phương tiện phổ biến cho việc truyền dịch vụ số đến khách hàng Do chất IPTV, hệ thống mạng tốc độ cao cần thiết để truyền tải nội dung dựa IP Mục tiêu hệ thống mạng di chuyển dòng liệu qua lại thiết bị nhà khách hàng nhà cung cấp dịch vụ hay trung tâm liệu IPTV đồng thời không đượcảnh hưởng đến chất lượng dòng Video gửi tới khách hàng Các nhà cung cấp dịch vụ IPTV cần phải tự xác định lựa chọn kiểu mạng thích hợp với dịch vụ IPTV họ Một hệ thống mạng truyền dẫn IPTV bao gồm thành phần mạng phân phối băng rộng hệ thống trung tâm hay core backbone Có sáu loại mạng truy cập băng rộng khác thỏa mãn yêu cầu băng thông dịch vụ IPTV là:  Mạng truy cập cáp quang GPON  Mạng DSL  Mạng truyền hình cáp  Mạng Internet  Vệ tinh (Satellite Based Network)  Mạng không dây (WIRELESS NETWORKS) Các nhà cung cấp khác lựa chọn hệ thống phân phối tùy thuộc vào điều kiện tài nguyên mạng nhu cầu thực tế họ Yêu cầu băng thông ngày tăng kết hợp với chi phí hoạt động thấp tránh can nhiễu điện từ trường vài yếu tố mà người ta quan 105 tâm tới việc sử dụng mạng cáp quang để triển khai dịch vụ IPTV Trong thời gian gần đây, chi phí thiết bị giá thành triển khai ngày giảm, việc sử dụng mạng cáp quang để truyền dịch vụ dựa IP tăng lên cách đáng kể Các mạng cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối kết nối chuyên dụng tốt thuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Việc mang công nghệ quang băng thông lớn gần với khách hàng thực với kiến trúc mạng sau:  Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber to the regional office): khái niệm ám sợi quang từ trung tâm liệu IPTV tới khu vực văn phòng 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): hay biết đến fiber to the node FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang từ trung tâm liệu IPTV tới node quang Vị trí node có khoảng cách nhỏ 1,5 Km tính từ nhà thuê bao Các cấu khác DSL sợi dây đồng sử dụng để tạo lên đường truyền tới nhà khách hàng 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 (VOD)  Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber to the curd ): Một hạ tầng mạng FTTC bao gồm việc thiết lập mạng cáp quang đến nằm khoảng 300m tính từ nhà khách hàng Một mạng cáp đồng trục hay cặp dây đồng thường sử dụng để tạo kết nối từ từ đầu cuối cáp quang “lề đường” phố tới vị trí thiết bị IPTV nhà thuê bao Kiểu kiến trúc thường tiến hành trình phát triển đô thị  Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber to the home): Với FTTH, toàn định tuyến từ trung tâm liệu IPTV tới nhà khách hàng kết nối cáp quang FTTH dựa mạng quang có khả phân phối 106 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 triển khai hai loại mạng mạng quang thụ động Passive optical network (PON) mạng quang tích cực Active optical networks (AON) Một số giao thức sử dụng mạng IPTV IPTV bao trùm live TV (multicasting) Video on Demand VoD Thiết bị đầu cuối IPTV đòi hỏi có máy tính cá nhân set-top box nối với TV Nội dung video sử dụng chuẩn mã hoá MPEG-2 MPEG-4 chúng gửi chuỗi MPEG phân phối qua IP Multicast (đối với truyền hình trực tiếp) qua IP Unicast (đối với VoD) IP Multicast phương thức mà thông tin gửi đến nhiều máy tính thời gian 4.5.1 Truyền dẫn Multicast Một địa Multicast cho phép phân phối liệu tới tập hợp host cấu thành viên nhóm Multicast mạng phân tán khác (hình 4.4) Đây phương pháp truyền dẫn từ điểm đến đa điểm, host có nhu cầu nhận liệu tham gia vào nhóm Điều hạn chế tối đa lãng phí băng thông mạng, nhờ chế gửi gói liệu Multicast mà băng thông tiết kiệm triệt để 4.5.2 Truyền dẫn Unicast Truyền dẫn Unicast, hay gọi truyền dẫn điểm- điểm Trong hình thức truyền dẫn này, nhiều host muốn nhận thông tin từ bên gửi bên gửi phải truyền nhiều gói tin đến bên nhận (hình 4.5) Điều dẫn đến gia tăng băng thông có nhiều bên nhận không hiệu nguồn đệm Trong hệ thống chuẩn IPTV, giao thức chuẩn sử dụng: 107 Hình 4.4 Minh hoạ cho truyền dẫn Multicast Live TV dùng IGMP (Internet Group Management Protocol - Giao thức quản lý nhóm Internet) version IGMP version cho việc kết nối đến multicast stream (TV channel), cho việc thay đổi từ multicast stream đến stream khác (thay đổi kênh TV) IGMP hoạt động mạng LAN VLAN, giao thức khác Protocol Independent Multicast (PIM) sử dụng để định tuyến IPTV multicast stream từ phân đoạn mạng LAN tới phân đoạn mạng LAN khác VOD sử dụng giao thức UDP (User Datagram Protocol) RTP (Real Time Transport Protocol) cho việc truyền kênh chương trình, giao thức RTSP (Real Time Streaming Protocol) sử dụng để điều khiển việc truyền dẫn tín hiệu VOD NPVR (Network-based Personal Video Recorder) NPVR dịch vụ mà truyền hình phát theo thời gian thực cho phép người dùng cuối chiếm dụng mạng không gian máy chủ, truy cập đến chương trình ghi sẵn theo danh mục người dùng chọn, danh mục có sẵn nhà cung cấp dịch vụ Hệ thống NPVR cung cấp time-shifted chương trình quảng bá, cho phép thuê bao ghi lại xem chương trình yêu thích họ, mà không đòi hỏi thiết bị PVR cá nhân NPVR, giống VOD, sử dụng giao thức UDP RTP 108 cho việc truyền kênh chương trình, sử dụng giao thức RTSPcho việc điều khiển việc truyền dẫn tín hiệu Hình 4.5 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội Hình 4.6 Sơ đồ máy phát quang 109 Hình 4.7: Bản vẽ công hàn nối cáp quang 110 Hình 4.8: Sơ đồ thiết kế mạng cáp quang khu vực quận Ba Đình 111 KẾT LUẬN NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƯỢC Giai đoạn 1: Nghiên cứu trạng hệ thống hạ tầng truyền dẫn mạng truyền hình hữu tuyến VCTV - Nghiên cứu thực trạng hệ thống - Các vấn đề kỹ thuật hệ thống cần giải - Đánh giá khả xử lý Giai đoạn 2: Nghiên cứu công nghệ truyền dẫn quang - Tìm hiểu khái niệm hệ thống PON - Tìm hiểu nguyên lý làm việc thiết bị hệ thống Giai đoạn 3: Khảo sát lên phương án thiết kế - Căn khả năng, tính thiết bị theo công nghệ PON trạng mạng HFC VCTV lập phương án chuyển đổi - Khảo sát đo đạc, lập vẽ mạng lưới, vẽ đấu nối thiết bị, hàn nối quang ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƯỢC Sau thời gian thực lập luận văn tốt nghiệp với hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Quân đồ án: “THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH HỮU TUYẾN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ PON” hoàn thành thời gian quy định Đồ án trình bày tổng quan mạng ngoại vi, cấu trúc thành phần mạng quang thụ động PON phân tích mô hình, cấu trúc phương pháp phân bố băng thông hệ thống mạng quang thụ động APON, BPON, GPON, EPON Từ lựa chọn mô hình phù hợp để ứng dụng cho hệ thống truyền hình hữu tuyến Với ưu điểm tốc độ, băng thông chi phí triển khai, công nghệ truyền dẫn quang thụ động lựa có tính chiến lược lâu dài , đảm bảo phát triển bền vững Truyền hình Cáp Việt Nam Chính mà đề tài sâu nghiên cứu cấu trúc, hoạt động chất lượng hệ thống PON 112 Qua đề tài này, em đưa mô hình mạng quang thu động có khả cung cấp đa dịch vụ với tảng dịch vụ truyền hình IPTV có ưu điểm vượt trội tốc độ, băng thông chất lượng tín hiệu, hứa hẹn phát triển vượt bậc cho mạng truyền hình hữu tuyến Đó vấn đề cốt lõi triển hệ thống truyền hình hữu tuyến đại Tuy nhiên, hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo khả hiểu biết thân, kết đạt dừng lại mức lý thuyết Việc tính toán thiết kế khu vực Tuy nhiên thời gian tới, đủ điều kiện, Truyền hình cáp Việt Nam thức đầu tư ứng dụng công nghệ vào hệ thống toàn lãnh thổ Việt Nam, hứa hẹn đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ ngày đa dạng nhân dân HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ PON bước phát triển tất yếu hệ thống truyền dẫn viễn thông Tuy nhiên, hệ thống viễn thông cần phải tính toán đến vấn đề kinh tế liên quan Việc ứng dụng công nghệ đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu lớn Qua trình ứng dụng vào thực tiễn vận hành mạng truyền hình hữu tuyến VCTV, cần có nhiều cải tiến để giảm giá thành, tạo linh hoạt việc phân phối tín hiệu Hệ thống cần có biện pháp theo dõi giám sát, điều khiển thiết bị từ xa 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.infocellar.com/networks/new-tech/PON/PON-real.htm , http://vntelecom.org/diendan/ Josep Prat, Next-Generation FTTH Passive Optical Network , Springer Press, 2008 Quang Minh, Công nghệ chuẩn hóa mạng quang thụ động IEEE Standard for Information Technology, IEEE 802.3ah Ethernet in the First Miles Task Force, D3.3, April 19,2004 ITU-T Rec.G.983.1, Study Group 15, “Broadband optical access based on passive optical network”, Oct.1998 ITU-T Rec.G.984.2, “Gigabit-capable passive optical network (GPON) : physical media dependant (PMD) layer specification ”, Mar.2003 W.Huang, X.Li, C.Xu, X.Hong, C.Xu and W.Liang, “Optical transceivers for fiber-to-the-premises application : System requirement and enabling technologies”, J.Lightwave Technol, vol.25, pp.11-27, 2007 X.Z.Qui, P.Ossieur, J.Bauwelinck, Y.C.Yi, D.Verhulst, J.Vandewege, B.De Vos and P.Solina, “Development of G-PON upstream physical media dependent prototypes”, J.Lightwave Technol, vol.22, pp.2498-2508, Nov.2007 10 Y.Chang and G.Noh, “1,25Gb/s uplink burst mode tranmissions : System requirement and optical diagnostic challenges of EPON physical-layer chipset for enabling broadband optical Ethernet access network”, OFC/NFOEC’06 Paper JThB84 11 http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Fibre_Coaxial 12 http://en.wikipedia.org/wiki/Switched_digital_video 13 Cedric F.Lam, Passive Optical Network: Principle and Practice, Academic Press, 2007 14 Govind P.Agrawal, Fiber-Optics Communication System, Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2002 114 15 Cedric F Lam, Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007 16 Ching-Hung Chang, Dynamic Bandwidth Allocation MAC Protocols for Gigabit- capable Passive Optical Networks, July 2008 17 Glen Kramer, Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic 18 19 Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006 Http://www.metroethernetforum.org, Ethernet Passive Optical Network (EPON) 20 IEEE 8023ah - EPON spec 21 ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005 22 ITU G.984.3 - GPON spec 23 ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004 115 ... CHƯƠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GPON TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIỆT NAM Chương phân tích cách thức ứng dụng công nghệ PON vào hệ thống mạng truyền hình hữu tuyến tồn Việt Nam Sơ đồ thiết kế khu vực... thống truyền hình vô tuyến: Trong suốt trình phát triển công nghệ truyền hình, bắt đầu truyền hình quảng bá vô tuyến, nhà kỹ thuật truyền hình vấp phải vấn đề khó giải vùng tối thu sóng truyền hình. .. CHƯƠNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON Chương cho ta biết cách tổng quan mạng PON, đưa mô hình mạng, phân tích thành phần chủ yếu mạng OLT ONU Chương đưa kỹ thuật sử dụng việc truyền tải mạng