Thiết kế mạng truyền hình hữu tuyến sử dụng công nghệ pon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Quý Dƣơng Tên đề tài: THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH HỮU TUYẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ PON Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Nam Quân Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các tài liệu, kết luận văn trung thực, phản ánh khách quan kết nghiên cứu, đo đạc, khảo sát Cơng trình nghiên cứu chƣa đƣợc cơng bố hình thức Ngƣời làm luận văn Lê Quý Dƣơng MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG I: THỰC TRẠNG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIÊT NAM - VCTV 14 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp: 14 1.1.1 Vài nét lịch sử dịch vụ VCTV 14 1.1.2 Khiếm khuyết hệ thống truyền hình vơ tuyến: .16 1.1 Hệ thống truyền dẫn VCTV: 17 1.2.1 Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend): 18 1.2.2 Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 19 1.2.3 Hệ thống truyền dẫn cáp đồng trục .22 Thông số kỹ thuật mạng truyền hình cáp VCTV 24 1.3.1 Băng tần truyền hình cáp 24 1.3.2 Tiêu chuẩn tín hiệu truyền hình: 26 Internet mạng truyền hình cáp: 28 Những vấn đề tồn công nghệ HFC: 31 1.5.1 Hiệu sử dụng : 31 1.5.2 Khả chống can nhiễu: 32 1.5.3 Khả quản lý theo dõi chất lƣợng hệ thống: .32 1.5.4 Kết luận: 32 CHƢƠNG II: CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON 33 2.1 Giới thiệu mạng quang thụ động Passive Optical Network (PON) 33 2.1.1 Tổng quan công nghệ PON 34 2.1.2 Đặc điểm PON .35 2.2 Thành phần mạng quang thụ động PON 35 2.2.1 Sợi quang cáp quang 35 2.2.2 Bộ tách / ghép quang 37 2.2.3 Đầu cuối đƣờng quang OLT Optical line terminal .39 2.2.4 Đơn vị mạng quang ONU Optical network unit 41 2.2.5 ODN 43 2.2.6 Mơ hình PON 45 2.2.7 Phân loại PON 47 2.2.8 So sánh PON với công nghệ mạng quang thụ động AON 51 2.3 Kết luận 54 CHƢƠNG III:KIẾN TRÚC BỘ THU-PHÁT TRONG MẠNG PON 55 3.1 Đặc điểm chung 55 3.1.1 Yêu cầu mạng PON 56 3.1.2 Lớp vật lý mạng PON 57 3.1.3 Định thời cho chế độ burst-mode mạng PON .59 3.2 Kiến trúc thu-phát mạng 64 3.3 Thiết bị thu phát tín hiệu quang 68 3.3.1 Thiết bị phát quang .68 3.3.2 Thiết bị thu quang 77 3.3.3 Bộ khuếch đại truyền trở kháng TIA 81 3.3.4 Các module thu phát quang .83 3.4 Thiết bị phân phối quang: 85 3.4.1 Bộ ghép nhiều bước sóng WDM (MUX): 86 3.4.2 Bộ tách nhiều bước sóng (DEMUX): 87 3.4.3 Bộ tách/ghép bước sóng (Add/drop) 88 3.4.4 Bộ chia quang .88 CHƢƠNG IV: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ GPON TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH CÁP VIỆT NAM 90 4.1 Mục tiêu việc ứng dụng: 90 4.2 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 91 4.2.1 Sơ đồ mạng IPTV 91 4.2.2 Kiến trúc chức cho dịch vụ IPTV 92 4.3 Các dịch vụ IPTV 95 4.3.1 Các dịch vụ video IPTV 96 4.3.2 Các dịch vụ IPTV audio 98 4.3.3 Các dịch vụ IPTV gaming 99 4.3.4 Các dịch vụ thơng tin tích hợp 99 4.3.5 Các dịch vụ quảng cáo 100 4.4 Các công nghệ mạng phân phối IPTV 101 4.5 Một số giao thức sử dụng mạng IPTV 103 4.6 Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội 106 KẾT LUẬN 108 NỘI DUNG CÔNG VIỆC THỰC HIỆN ĐƢỢC 108 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐƢỢC 108 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hiện tƣợng bóng mờ TV analog Broadcast 16 Hinh 1.3: Sơ đồ tổng quan mạng truyền hình cáp HFC VCTV 18 Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống Master HeadEnd VCTV 19 Hình 1.5: Node quang VCTV, node có cổng OPTICAL IN 21 Hình 1.6: Sơ đồ (lý thuyết) hệ thống cáp đồng trục 23 Hình 1.8: a Phồ tần VCTV 25 Hình 1.8: b Phổ tần SCTV 25 Hình 1.9.b Băng tần VCTV 26 Hình 1.10: Phổ tín hiệu đƣờng (Return Path) mạng VCTV HFC 26 Hình 1.11: Phổ tần tín hiệu kênh truyền hình analog theo chuẩn PAL B/G 27 Hình 1.13: Phổ tần kênh tín hiệu số mạng cáp VCTV 28 Hình 1.14: Hệ thống Internet mạng CATV 29 Hình 1.15 : Sơ đồ kết nối Internet nhà khách hàng VCTV 30 Hinh 1.17: Thông số Internet mạng cáp SCTV 31 Hình 2.1: Mơ hình mạng quang thụ động 34 Hình 2.2: Cấu tạo sợi quang 37 Hình 2.5: Các khối chức OLT 41 Hình 2.6: Các khối chức ONU 43 Hình 2.7: Các giao diện quang 44 Hình 2.9: Mạng PON sử dụng sợi quang 48 Hình 2.11: So sánh mạng quang chủ động mạng quang thụ động 53 Bảng 3.2 Tính chất lớp vật lý mạng PON 58 Bảng 3.4: Định thời chế độ Burst mode cho GPON EPON 61 Hình 3.2: Một số thu phát sử dụng PON 65 Hình 3.3 Sơ đồ khối IC - MAC control 68 Hình 3.5: Đặc tính LED a) đƣờng cong P-I LED dải nhiệt độ 70 Hình 3.6 Cấu trúc DFB laser 73 Hình 3.7: Hình ảnh cua F-P laser 74 Hình 3.8: Đặc tuyến P-I Laser DFB (a) F-P (b) 75 Hình 3.9: Hình ảnh cấu trúc Laser VCSEL 76 Hình 3.10: Đặc tuyến hoạt động laser VCSEL 77 Hình 3.11: Hình ảnh photodiode p-i-n 78 Hình 3.12: Hình ảnh photodiode APD phân bố điện trƣờng 79 Hình 3.13 Đặc tuyến V-I APD hệ thống nhân 80 Hình 3.14: DFB APD đóng gói theo cấu trúc TO-CAN 81 Hình 3.15: Kiến trúc tầng tiền khuếch đại 82 Hình 3.16: Modul thu phát chiều dạng diplexer 84 Hình 3.17: Modul thu phát chiều dạng triplexer 85 Hình 3.18: Cấu tạo quang tử 1D 86 Hình 3.19: Đặc điểm phổ đƣờng truyền hình ảnh lọc WDM 87 Hình 4.1 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống IPTV 91 Hình 4.2 Các thành phần kiến trúc chức 93 Hình 4.3 Các thành phần khối chức 95 Hình 4.4 Minh hoạ cho truyền dẫn Multicast 104 Hình 4.5 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 105 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng : Suy hao chia (splitter) tƣơng ứng 45 Bảng 3.1: Dự trữ công suất 57 Bảng 3.2 Tính chất lớp vật lý mạng PON 58 Bảng 3.3 Lớp vật lý mạng EPON GPON [8] 59 Bảng 3.4: Định thời chế độ Burst mode cho GPON EPON 61 Bảng 3.5: Tham số cho chuẩn GPON lớp B cho tầng PMD 62 Bảng 3.6: Các tham số PMD mạng EPON 64 Từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Đƣờng dây thuê bao số bất đối Line xứng AON Active Optical Network Mạng quang tích cực AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi tích cực ATM Asynchronnuos Transfer Mode Mode truyền dẫn bất đồng BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng CMTS Cable Modem Termination System Hệ thống kết cuối modem cáp CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm CWDM Coarse Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng mật độ thấp DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình địa Host động DF Delay Factor Độ trễ DOCSIS Data Over Cable Service Chuẩn viễn thông quốc tế cho Interface Specification phép truyền liệu tốc độ cao mạng CATV DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DSL Digital Subscriber Line Đƣờng dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Bộ ghép kênh truy cập đƣờng dây Multiplexer thuê bao số Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bƣớc Multiplexing sóng mật độ cao EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động Ethernet EQAM Edge quadrature amplitude modulation Điều chế QAM cạnh, loại điều chế dùng cho DOCSIS 3.0 ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu FEC Forward Error Correcting Mã sửa sai FTP File Transfer Protocol Giao thức vận chuyển file FTTC Fiber To The Curd Cáp quang tới lề đƣờng FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới hộ gia đình FTTN Fiber To The Neighbourhood Cáp quang tới vùng lân cận GPON Gigabit PON Mạng quang thụ động Gigabit HD High Definition Định dạng chất lƣợng cao HDTV High Definition Television Truyền hình chất lƣợng cao HFC Hybrid Fiber Coaxial Hỗn hợp cáp quang/đồng trục HUB Một đơn vị mạng CATV với đầy đủ thiết bị giống nhƣ mơ hình tổng thể Có thể đƣợc coi nhƣ Headend thu nhỏ IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet IPTVCD IPTV Customer Device Thiết bị khách hàng IPTV IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU-T International Telecommunications Union – Tổ chức viễn thông quốc tế tiêu chuẩn viễn thông DWDM Telecommunication IRC Incrementally related carriers Là hệ thống bảng kênh CATV LSR Label Switch Router Chuyển mạch nhãn MDI Media Delivery Index Tham số truyền liệu media Middleware Các phần mềm chức dịch vụ liên kết thành phần đặc biệt (ví dụ nhƣ server ứng dụng, VoD server STB) thành phần ứng dụng (ví dụ nhƣ giám sát truy cập có điều kiện, hệ thống tính cƣớc dịch vụ tƣơng tác, ) MIB Base Information Management Cơ sở thông tin quản lý MLR Media Loss Rate Tỷ lệ nội dung MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia ảnh động MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NTSC National Television System Ủy ban hệ thống truyền hình quốc Committee gia (Mỹ) OSS Operational Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỷ lệ tín hiệu nhiễu QAM Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ trực giao QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ QoE Quality of Experience Chất lƣợng trải nghiệm RED Random Early Detection Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức streaming thời gian thực SD Standard Definition Định dạng chất lƣợng chuẩn SDV Switched Digital Video Chuyển mạch video số SLA Service Level Agreement Hợp đồng thống mức dịch vụ SNMP Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn giản Protocol SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng STB Set Top Box Bộ giải mã Streaming Phƣơng thức để phân phối video nội dung khác mạng luồng nối tỷ lệ phù hợp với tốc độ liệu đƣợc sử dụng thiết bị hiển thị Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển vận chuyển Internet Protocol IP VCTV Viet Nam Cable Television Truyền hình cáp Việt Nam VoD Video on Demand Video theo yêu cầu VTV Viet Nam Television Đài Truyền hình Việt Nam WDM Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bƣớc Multiplexing sóng TCP/IP 10 kênh truyền hình quốc gia, địa phƣơng kênh trả tiền (nhƣ HBO, Cinemax ) b) Các dịch vụ video lƣu trữ Các dịch vụ video lƣu trữ có nhiều dạng tảng để phân biệt với nội dung video khác đƣợc truyền tải qua mạng IP Nội dung video lƣu trữ đáp ứng đƣợc nhiều sở thích khác ngƣời xem Tùy theo vị trí lƣu trữ, khách hàng tận dụng đƣợc ƣu điểm nội dung video lƣu thiết bị khách hàng mạng để điều khiển linh hoạt sử dụng dịch vụ nhƣ: tua nhanh, tua ngƣợc, tạm dừng nhƣ họ sử dụng VCD/DVD Nội dung video lƣu trữ động lực thúc đẩy phát triển phần mềm lớp dịch vụ mạng IPTV nhƣ tùy chọn set-top box Các tùy chọn nội dung video lƣu trữ bao gồm: VoD lƣu trữ cục bộ: Nội dung đƣợc xem phổ biến rộng rãi đƣợc phát quảng bá tới CPE qua mạng IP lƣu cục để khách hàng xem theo yêu cầu Các nội dung thƣờng gắn với trình xác thực quyền sử dụng xem thuê bao VoD lƣu mạng: VoD lƣu mạng dành cho nội dung đƣợc 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 đƣợc truyền tải dƣới dạng unicast mạng IP, nội sung xem sau yêu cầu đƣợc tập hợp theo nhóm thuê bao truyền tải dạng broadcast hay narrowcast dựa thứ tự tƣơng đƣơng thuê bao khác Điều cho phép nhà cung cấp dịch vụ sử dụng tối ƣu 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 đƣợc đƣợc cho phép trƣớc hoảng thời gian xác định, tận dụng ƣu điểm hai nội dung vdeo lƣu mạng cục Ghi lại nội dung video theo yêu cầu cá nhân: PVR (Personal Video Recorder) cho phép ngƣời dùng quyền ghi lại chƣơng trình quảng bá/theo yêu 97 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 (DRM) yếu tố quan trọng trƣờng hợp để kiểm sốt q trình chia sẻ nội dung thiết bị nhà thuê bao Ghi lại nội dung video lƣu mạng (Network-based PVR): tƣơng tự nhƣ dịch vụ PVR, khác chủ yếu vị trí lƣu nội dung, trƣờng hợp mạng, thay sử dụng thiết bị khách hàng Dịch vụ cho phép thuê bao với set-top box đơn giản tận dụng đƣợc ƣu điểm dịch vụ video lƣu trữ cho phép nhà cung cấp dịch vụ tập hợp nội dung lƣu trữ mạng cách tối ƣu nhờ giảm chi phí so với việc th bao phải sử dụng set-top box phức tạp Dịch vụ cung cấp cách tốt cho thuê bao khả linh hoạt việc lựa chọn chƣơng trình mạng có khả lƣu 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 khơng đủ kích thích th bao chuyển nhà cung cấp dịch vụ không đủ để nhà cung cấp dịch vụ đầu tƣ lƣợng 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 dị 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 ngƣời dùng sử dụng nhiều kênh âm nhạc khác Dịch vụ phổ biến đƣợc cung cấp nhiều nhà cung cấp dịch vụ cáp/MSO Dịch vụ âm nhạc thƣờng kèm với thông tin đồ họa nội dung nhạc hiển thị TV khách hàng Hƣớng dẫn chƣơng trình chọn kênh tƣơng tự nhƣ kênh video c) Music on demand 98 Tƣơng tự nhƣ VoD, quyền yêu cầu nghe tƣơng tự nhƣ dịch vụ VoD Mối quan hệ nhà cung cấp nội dung phƣơng tiện yếu tố quan trọng nhƣ dịch vụ VoD để đảm bảo có đƣợc thƣ viện lớn file nhạc d) Music subscription service Cho phép thuê bao lƣu trữ xếp theo sở thích Dịch vụ âm nhạc theo u cầu đƣợc truyền tải qua mạng IP theo cách tƣơng tự nhƣ dịch vụ VoD sử dụng cấu broadcast hay unicast, theo thời gian mức độ tƣơng đƣơng với thuê bao khác 4.3.3 Các dịch vụ IPTV gaming Chơi game (một ngƣời hay nhiều ngƣời 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 chị trơi cho nhiều loại đối tƣợng khác nhƣ nhƣ trò chơi cho ngƣời nhiều ngƣời chơi lúc Khách hàng lựa chọn ngƣời chơi nhƣ lên kế hoạch thời gian chơi với ngƣời khác 4.3.4 Các dịch vụ thơng tin tích hợp Dịch vụ thơng tin IPTV tích hợp lĩnh vực nhà khai thác viễn thơng có ƣu so với nhà cung cấp đa dịch vụ/truyền hình cáp Các dịch vụ thơng 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 đƣợc mô tả nhƣ 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 thơng báo gọi đến (Incoming Call Notification Service): Hiển thị biểu tƣợng TV, thơng báo cho th bao có gọi thọai/vdieo đến Ngồi cịn hỗ trợ chức hiển thị số thuê bao ghi lại gọi 99  Dịch vụ thông báo tin (Message Notification Service): Hiển thị biểu tƣợng TV, thông báo cho thuê bao có lời nhắn (voice mail) hộp thƣ 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 trƣớc 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 thƣ điện tử  Telecommerce Service: tƣơng tự nhƣ dịch vụ e-commerce, dịch vụ đƣợc 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 tƣơng quan set-top box mức ƣu tiên dịch vụ cho phép nhà cung cấp dịch vụ đƣa dịch vụ quảng cáo có hƣớng đối tƣợng 100 Việc tích hợp dịch vụ quảng cáo hƣớng vào đối tƣợng sử dụng với dịch vụ mua bán từ xa cho phép nhà cung cấp dịch vụ giúp khách hàng thực đƣợc 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 tƣợng hơn, phù hợp 4.4 Các công nghệ mạng phân phối IPTV Với tính dịch vụ cung cấp, ta thấy IPTV dần trở thành phƣơng 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 đƣợcảnh hƣởng đến chất lƣợng 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 đƣợc can nhiễu điện từ trƣờng vài yếu tố mà ngƣời ta quan 101 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 đƣợc 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 đƣợc lắp đặt công ty viễn thông cơng ty cáp Sau sợi cáp đồng đƣợc sử dụng để truyền tín hiệu tới ngƣời dùng đầu cuối IPTV khu vực văn phịng  Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber to the neighborhood): hay đƣợc 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 nhƣ DSL sợi dây đồng đƣợc sử dụng để tạo lên đƣờng truyền tới nhà khách hàng Việc triển khai FTTN cho phép ngƣời dùng nhận gói dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lƣợng cao video theo yêu cầu (VOD)  Cáp quang tới lề đƣờng (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 thƣờng đƣợc sử dụng để tạo kết nối từ từ đầu cuối cáp quang “lề đƣờng” phố tới vị trí thiết bị IPTV nhà thuê bao Kiểu kiến trúc thƣờng đƣợc tiến hành q trình phát triển 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 đƣợc kết nối cáp quang FTTH dựa mạng quang có khả phân phối 102 dung lƣợng liệu cao tới ngƣời sử dụng hệ thống FTTH hệ thống thơng tin song kênh hỗ trợ tính tƣơng tác dịch vụ IPTV Việc phân phối cấu trúc mạng đƣợc triển khai hai loại mạng mạng quang thụ động Passive optical network (PON) mạng quang tích cực Active optical networks (AON) 4.5 Một số giao thức sử dụng mạng IPTV IPTV bao trùm live TV (multicasting) nhƣ 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 phƣơng thức mà thơng tin đƣợc 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 đƣợc cấu hình nhƣ thành viên nhóm Multicast mạng phân tán khác (hình 4.4) Đây phƣơng 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 thơng mạng, cịn nhờ chế gửi gói liệu Multicast mà băng thơng đƣợc tiết kiệm triệt để 4.5.2 Truyền dẫn Unicast Truyền dẫn Unicast, hay cịn 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 thơng có nhiều bên nhận không hiệu nguồn đệm Trong hệ thống chuẩn IPTV, giao thức chuẩn dƣới đƣợc sử dụng: 103 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 nhƣ Protocol Independent Multicast (PIM) đƣợc 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 chƣơng trình, giao thức RTSP (Real Time Streaming Protocol) đƣợc 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 ngƣời dùng cuối chiếm dụng mạng không gian máy chủ, truy cập đến chƣơng trình ghi sẵn theo danh mục ngƣời dùng chọn, khơng phải danh mục có sẵn nhà cung cấp dịch vụ Hệ thống NPVR cung cấp time-shifted chƣơng trình quảng bá, cho phép thuê bao ghi lại xem chƣơng trình yêu thích họ, mà khơng địi hỏi thiết bị PVR cá nhân NPVR, giống nhƣ VOD, sử dụng giao thức UDP RTP 104 cho việc truyền kênh chƣơng trình, sử dụng giao thức RTSPcho việc điều khiển việc truyền dẫn tín hiệu Hình 4.5 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 105 4.6 Sơ đồ thiết kế mạng quang khu vực Hà Nội Hình 4.6 Sơ đồ máy phát quang Hình 4.7: Bản vẽ cơng hàn nối cáp quang 106 Hình 4.8: Sơ đồ thiết kế mạng cáp quang khu vực quận Ba Đình 107 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 đƣợc giải - Đánh giá khả xử lý Giai đoạn 2: Nghiên cứu cơng 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 phƣơng án thiết kế - Căn khả năng, tính thiết bị theo công nghệ PON trạng mạng HFC VCTV lập phƣơng án chuyển đổi - Khảo sát đo đạc, lập vẽ mạng lƣới, 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 hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Quân đồ án: “THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN HÌNH HỮU TUYẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ PON” đƣợc hồn thành thời gian quy định Đồ án trình bày đƣợc tổng quan mạng ngoại vi, cấu trúc nhƣ thành phần mạng quang thụ động PON phân tích mơ hình, cấu trúc nhƣ phƣơng pháp phân bố băng thông hệ thống mạng quang thụ động nhƣ APON, BPON, GPON, EPON Từ lựa chọn mơ hình phù hợp để ứng dụng cho hệ thống truyền hình hữu tuyến Với ƣu điểm tốc độ, băng thơng nhƣ chi phí triển khai, công nghệ truyền dẫn quang thụ động lựa có tính chiến lƣợc 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 lƣợng hệ thống PON 108 Qua đề tài này, em đƣa đƣợc mơ hình mạng quang thu động có khả cung cấp đa dịch vụ với tảng dịch vụ truyền hình IPTV có ƣu điểm vƣợt trội tốc độ, băng thông nhƣ chất lƣợng tín hiệu, hứa hẹn phát triển vƣợt bậc cho mạng truyền hình hữu tuyến Đó vấn đề cốt lõi triển khai hệ thống truyền hình hữu tuyến đại Tuy nhiên, hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo nhƣ khả hiểu biết thân, kết đạt đƣợc dừng lại mức lý thuyết Việc tính tốn thiết kế đƣợc khu vực Tuy nhiên thời gian tới, đủ điều kiện, Truyền hình cáp Việt Nam thức đầu tƣ ứng dụng cơng nghệ vào hệ thống tồn 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 bƣớc phát triển tất yếu hệ thống truyền dẫn viễn thông Tuy nhiên, hệ thống viễn thông cần phải tính tốn đến vấn đề kinh tế liên quan Việc ứng dụng công nghệ cịn địi hỏi chi phí đầu tƣ 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 cịn cần có biện pháp theo dõi giám sát, điều khiển thiết bị từ xa 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Josep Prat, Next-Generation FTTH Passive Optical Network , Springer Press, 2008 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 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 Cedric F.Lam, Passive Optical Network: Principle and Practice, Academic Press, 2007 Govind P.Agrawal, Fiber-Optics Communication System, Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2002 Cedric F Lam, Passive Optical Networks Principles and Practice, October 2007 Ching-Hung Chang, Dynamic Bandwidth Allocation MAC Protocols for Gigabit- capable Passive Optical Networks, July 2008 Glen Kramer, Interleaved Polling with Adaptive Cycle Time (IPACT): A Dynamic 10 Gerd Keiser, FTTX Concepts and Applications,2006 11 Quang Minh, Công nghệ chuẩn hóa mạng quang thụ động 12 IEEE 8023ah - EPON spec 110 13 ITU-T Recommendation G.983.1, Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON), 2005 14 ITU G.984.3 - GPON spec 15 ITU-T Recommendation G.984.3, Gigabit-capable Passive Optical Networks (G-PON): Transmission convergence layer, 02/2004 16 http://www.infocellar.com/networks/new-tech/PON/PON-real.htm , 17 http://vntelecom.org/diendan/ 18 IEEE Standard for Information Technology, IEEE 802.3ah Ethernet in the First Miles Task Force, D3.3, April 19,2004 19 ITU-T Rec.G.983.1, Study Group 15, “Broadband optical access based on passive optical network”, Oct.1998 20 ITU-T Rec.G.984.2, “Gigabit-capable passive optical network (GPON) : physical media dependant (PMD) layer specification ”, Mar.2003 21 http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_Fibre_Coaxial 22 http://en.wikipedia.org/wiki/Switched_digital_video 23 Http://www.metroethernetforum.org, Network (EPON) 111 Ethernet Passive Optical ... cách thức ứng dụng cơng nghệ PON vào hệ thống mạng truyền hình hữu tuyến tồn Việt Nam Sơ đồ thiết kế khu vực cụ thể Hà Nội, nơi đƣợc ứng dụng cơng nghệ việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình Tơi xin... cấp mạng truyền hình hữu tuyến mạng truy nhập quang thụ động giải pháp đƣợc lựa chọn CHƢƠNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN QUANG THỤ ĐỘNG PON Chƣơng cho ta biết cách tổng quan mạng PON, đƣa mơ hình mạng, ... vấn đề tồn công nghệ HFC: Hiệu sử dụng : - Hệ thống sử dụng nhiều cáp đồng trục với kênh truyền hình tƣơng tự nên hiệu sử dụng băng thông Mỗi băng thông MHz sử dụng đƣợc kênh truyền hình tƣơng