Truyền hình trên mạng IP IPTV

NGUYỄN HỒNG PHÚC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HỒNG PHÚC KỸ THUẬT TRUYỀN THƠNG TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG IP (IPTV) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOÁ 2011B KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG Hà Nội – 2014 Hà Nội – Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN HỒNG PHÚC TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG IP (IPTV) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN TIẾN DŨNG Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Luận văn tốt nghiệp tơi nghiên cứu, thực hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, sử dụng tài liệu liệt kê phần tài liệu tham khảo đóng góp cá nhân Tơi cam đoan khơng chép cơng trình khác Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỉ luật theo quy định Hà nội, ngày….tháng… năm 2014 Nguyễn Hồng Phúc BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên Tiếng Anh Tên Tiếng Việt ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng API Application Programming Interface Giao diện ứng dụng chương trình APON ATM Passive Optical Networks Mạng quang thụ động ATM ARPU Average revenue per unit Chỉ số doang thu bình quân thuê bao ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng AVC Advanced Video Coding Mã Hóa video cấp cao BPON Broadband Passive Optic Network Mạng quang thụ động băng rộng B-RAS Broadband Remote Access Server Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa BSS Business support systems Hệ thống hỗ trợ doanh nghiệp BSs Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc CAT Control Acess Table Bảng điều khiển truy nhập CATV Cable Television Truyền hình cáp CO Central Office Tổng đài trung tâm CRC Cyclic Redundancy Code Kiểm tra vòng dư DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specifications Kỹ thuật giao diện dịch vụ liệu đường cáp DRM Digital rights management Quản lý quyền nội dung số DSCP Differentiated Services Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhaapk đường dây thuê bao số DTS Decode time stamp Nhãn thời gian giải mã DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình quảng bá EPG Electronic program guides Giao diện chương trình người dùng EQAM Edge - Quadrature amplitude modulation Điều chế biên độ cầu phương FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng tới trước FTTC Fiber to the curd Kết nối quang đến cụm dân cư FTTH Fiber to the home Kết nối quang đến gia đình FTTN Fiber to the neighborhood Cáp quang tới vùng lân cận FTTRO Fiber to the regional office Cáp quang tới khu vực văn phòng FTTx Firber to the X Cáp quang đến nơi GPON Gigabit Passive Optical Networks Mạng quang thụ động gigabit GPON-GEM GPON Encapsulation Method Phương thức đóng gói liệu GPON HDTV High Definition Television Truyền hình độ nét cao HFC Hybrid Fiber Coaxial Mạng lai cáp quang cáp đồng trục HSD High-Speed Data Dữ liệu tốc độ cao HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ hiển thị siêu văn IANA Internet Assigned Numbers Authority Tổ chức cấp phát số hiệu internet IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ sư điện điện tử IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm internet IMS IP-Multimedia Subsystem Kiến trúc đa phương tiện IP IPTV Internet Protocol Television Truyền hình theo giao thức internet ISDN Integrated Service Digital Network Mạng số tích hợp dịch vụ ITU International Telecommunication Union Tổ chức viễn thông quốc tế LOS Line of Sight Tầm nhìn thẳng MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập phương tiện MAN Metropolitan Area Networks Mạng diện rộng MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chun gia hình ảnh động MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTBF Mean Time Between Failures Mức thời gian trung bình hai cố NAL Network Abstaction Layer Lớp mạng trừu tượng NGN Next-generation network Mạng hệ NIT Network Information Table Bảng thông tin mạng NLOS Non-line of Sight Tầm nhìn khơng thẳng ODN Optical distribution network Mạng phân phối quang OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency-Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OLT Optical line terminators Đầu cuối đường dây quang ONT Optical network terminals Thiết bị đầu cuối mạng quang OSS Operations support systems Hệ thống hỗ trợ hoạt động PAT Programme Association Table Bảng tổ chức chương trình PES Parketized Element Stream Phần tử lng liệu đóng gói PHY Physical layer Lớp vật lý PKI Public Key Infrastructure Hạ tầng mã khóa cơng cộng PMT Programme Map Table Bảng ánh xạ chương trình PON Passive Optical Networks Mạng quang thụ động PPV Pay-per-View Truyền hình trả tiền PTS Presentation time stamp Nhãn thời gian trình diễn PVR Personal Video Recorder Bộ thu video cá nhân QoE Quality of Experience Chất lượng trải nghiệm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RTP Real Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực STB Set Top Box Hộp giải mã TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển giao vận UDP User Datagram Protocol Giao thức gói thơng tin người sử dụng UNI User Network Interfaces Giao diện mạng người sử dụng VC Virtual Circuit Mạch ảo VCL Virtual Channel Links Đường kết nối kênh ảo VLAN Virtual local area networks Mạng LAN ảo VoD Video on Demand truyền hình theo theo yêu cầu VP Virtual Path Đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access xDSL Digital Subscriber Line Khả khai thác liên mạng toàn cầu truy hậ ib Đường dây thuê bao số MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IPTV 1.1 GIỚI THIỆU VỀ IPTV 1.1.1 Khái niệm IPTV 1.1.2 Cấu trúc mạng IPTV 1.1.3 Các dịch vụ ứng dụng IPTV 1.1.3.1 Các dịch vụ IPTV 1.1.3.2 Các ứng dụng IPTV 1.2 Truyền tải nội dung IPTV 1.2.1 Tổng quan mơ hình IPTV (IPTVCD) 1.2.2 Mơ hình IPTV truyền tải nội dung MPEG 1.2.2.1 Lớp mã hóa video 10 1.2.2.2 Lớp đóng gói video 11 1.2.2.3 Lớp cấu trúc dòng truyền tải 14 1.2.2.4 Lớp truyền tải thời gian thực 18 1.2.2.5 Lớp truyền tải 24 1.2.2.6 Lớp IP 28 1.2.2.7 Lớp liên kết liệu 30 1.2.2.8 Lớp vật lý 32 1.3 MỘT SỐ MƠ HÌNH TRIỂN KHAI IPTV 32 1.3.1 Mơ hình triển khai IPTV mạng xDSL 33 1.3.2 Mơ hình triển khai IPTV mạng băng rộng: 35 1.3.2.1 Mô hình triển khai mạng FTTx: 35 1.3.2.2 Khả PON 37 1.3.3 Mơ hình triển khai IPTV mạng truyền hình cáp 39 1.3.3.1 Mơ hình triển khai mạng HFC 40 1.3.3.2 Mơ hình triển khai IPTV cáp dựa hệ thống quảng bá DVB-C: 42 1.3.4 Mơ hình triển khai IPTV mạng Wimax: 44 CHƯƠNG 2: TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV CỦA VNPT TẠI HÀ NỘI 51 2.1 Hiện trạng sở hạ tầng VNPT 51 2.1.1 Mạng đường trục 51 2.1.2 Mạng gom mạng truy nhập 53 2.1.3 Mơ hình đấu nối IPTV VNPT 55 2.1.4 Mạng MAN-E VNPT Hà nội 56 2.2 Triển khai IPTV mạng cáp đồng VNPT Hà Nội: 58 2.2.1 Mơ hình triển khai: 58 2.2.2 Đo đạc thực tế: 65 2.2.3 Đánh giá hoạt động mơ hình: 67 2.3 Triển khai IPTV mạng FTTx: 67 2.3.1 Mơ hình triển khai: 67 2.3.2 Đo đạc thực tế: 70 2.3.3 Đánh giá hoạt động mơ hình: 71 2.4 Triển khai IPTV GPON: 72 2.4.1 Kiến trúc GPON 72 2.4.2 Mơ hình triển khai IPTV mạng GPON 74 2.4.3 Đánh giá hoạt động mơ hình: 76 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV 78 3.1 Giải pháp hạn chế tắc nghẽn mạng truyền tải IPTV 78 3.1.1 Đánh giá hoạt động mô hình tại: 78 3.1.2 Phương án thực tách VLAN VOD 80 3.2 Quản lý QoS QoE IPTV để nâng cao chất lượng dịch vụ 82 3.2.1 Các khái niệm đánh giá chất lượng IPTV 83 xung gốc (Program Clock Reference), loại mã hóa (MPEG2, H264), MPQM đưa thang điểm cho chất lượng IPTV, “Excellent” tương ứng thang điểm 5, “Good” tương ứng thang điểm 4, “Fair” tương ứng thang điểm 3, “Poor” tương ứng thang điểm 2, “Bad” tương ứng thang điểm Hình 3.6 mơ hình MPQM mức tổng quan Hình 3.6: Mơ hình MPQM V-factor triển khai dựa mơ hình gốc MPQM Tuy nhiên, việc “cho điểm” đánh giá chất lượng hình ảnh, V-factor cịn cung cấp thêm thơng tin cần thiết cho việc theo dõi phân tích nguyên nhân gây vấn đề chất lượng, ví dụ tham số lớp mạng định nghĩa tài liệu ITU Y 1540/1541 (ITU Y 1540/1541:Network performance objectives for IP-based services) IETF RFC2330 (RFC 2330: Framework for IP Performance Metrics) Hình 3.7 mơ tả mơ hình V-Factor mức tổng quan Hình 3.7: Mơ hình V-factor 88 3.2.4 Tiêu chuẩn dịch vụ IPTV Tiêu chuẩn bao gồm tiêu chất lượng đánh giá chủ yếu cho dịch vụ sau: • Dịch vụ VoD • Dịch vụ Broacast TV (LiveTV) • Dịch vụ truy nhập Internet Best-Effort (BE) (lướt web chơi game) Đối với tiêu chất lượng hình ảnh, âm nói chung bao gồm yêu cầu sau: Khi hình ảnh âm truyền qua mạng IP – NGN quan tâm tới yếu tố ảnh hưởng mạng IP tạo Hình 3.8 mơ tả trình xử lý mạng theo chế từ xuống Cơ chế liên quan chặt chẽ tới QoE QoS QoE QoS phải đảm bảo tiêu chí mà DLS forum đưa cho dịch vụ multiplay Trên mạng thực, mạng last mile từ DSLAM tới thuê bao hay bị nhiễu bị ảnh hưởng nhiều yếu tố khác Vì phải tâm tới việc thiết kế khu vực mạng Thiết kế tốt mạng truy cập, mạng tổng hợp mạng lõi cũng không hiệu khả thực thi mạng last mile có vấn đề Ví dụ lỗi bit chói (burst bit errors) đường line ADSL (lên tới 16 ms việc xen kẽ tín hiệu) làm nhiều gói IP làm vượt giới hạn cho phép mạng IP Vì mà chất lượng hình ảnh tới thuê bao tồi tệ Việc cung cấp dịch vụ multiplay như: thoại, hình ảnh, game… Các lớp dịch vụ, ứng dụng, truyền tải planes (control, data, usability, content, reliability, security) ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ QoE Đứng góc độ hạ tầng mạng, control plane data plane lớp truyền tải ảnh hưởng nhiều tới QoE 89 Hình 3.8: Quá trình xử lí QoE/QoS Hình 3.9: Ánh xạ QoE, QoS 90 Hình 3.10: Tỉ lệ gói liên quan tới chất lượng QoE hình ảnh Hình 3.10 mơ tả mối quan hệ QoE việc gói lớp truyền tải Đối với dịch vụ truyền hình SD, việc gói diễn với tần xuất tiếng lần Cịn truyền hình HD, việc gói diễn với tần xuất tiếng lần Do gói IP bao gồm gói hình ảnh 188 byte, việc gói ảnh hưởng lớn tới chất lượng hình ảnh Để nhận tỉ lệ gói khơng làm ảnh hưởng tới QoE, mạng IP hội tụ phải tối giảm hóa việc nghẽn mạng để đảm bảo tỉ lệ gói 10-6 cho dịch vụ SD 5x10-8 cho dịch vụ HD Yêu cầu băng thông thay đổi từ Mbps tới 18 Mbps Độ trễ gói jitter giải nhờ có đệm de-jitter buffer phù hợp STB Một STB thương mại thiết kế để buffer 100 ms liệu hình ảnh, nhờ tham số: độ trễ (delay) jitter khơng ảnh hưởng tới QoE hình ảnh Nhưng việc tăng đệm liên quan trực tiếp tới thời gian chuyển kênh, cân tham số đảm bảo QoE theo kiến nghị DSL forum thì: Chỉ tiêu chung: - Jitter