Hình 2-3: Các thành phần chức năng thiết bị mạng IPTV 2.1.5.1 Middleware
Middleware là thành phần trung tâm có nhiệm vụ kết nối các thành phần logic với nhau để tạo thành một hệ thống phần mềm phục vụ IPTV hoàn chỉnh. Middleware cung cấp các chức năng giao diện dạng khách/chủ (client/server) cho người sử dụng ở cả dịch vụ broadcast lẫn dịch vụ theo yêu cầu. Thành phần Middleware cung cấp chức năng client là các ứng dụng client chạy trên STB, thành phần cung cấp chức năng server là EPG và Navigation Server
Middleware cũng được sử dụng để kết hợp các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau thành một giải pháp ứng dụng. Các sản phẩm Middleware thường được sử dụng để tích hợp các VoD server, các hệ thống truy nhập có điều kiện CAS, và các STB của các nhà sản xuất khác nhau trong cùng một giải pháp ứng dụng.
2.1.5.2 Video on Demand
Máy chủ VoD có chức năng lưu trữ và đẩy các luồng nội dung video vào mạng cho các dịch vụ theo yêu cầu. VoD server bao gồm một tập hợp nhiều Video
Pump được quản lý bởi phân hệ quản lý tài nguyên. VoD server phối hợp cùng với Middleware và có thể được tích hợp với CAS khi có yêu cầu sử dụng dịch vụ tiền mã hóa (pre-encryption).
2.1.5.3 CAS/DRM , hệ thống truy nhập có điều kiện
Hệ thống truy nhập có điều kiện cung cấp các dịch vụ mã hóa và giải mã hóa, có chức năng tạo và phân phối khóa mã hóa cho các dịch vụ broadcast cũng như các dịch vụ theo yêu cầu. Nó bao gồm phân hệ quản lý tài nguyên mã hóa, hệ thống mã hóa, và tiến trình giải mã hóa video tại STB.
CAS giao tiếp với Middleware khi sự mã hóa theo phiên được yêu cầu cho các dịch vụ theo yêu cầu hoặc khi cần phân phối khóa mã hóa giữa phân hệ quản lý tài nguyên mã hóa và tiến trình giải mã hóa trên STB. CAS cũng tương tác với VoD server khi cần sử dụng dịch vụ tiền mã hóa cho một nội dung video theo yêu cầu.
2.1.5.4. Real-Time Encoder
Bộ mã hóa video thời gian thực có nhiệm vụ tiếp nhận và mã hóa các nguồn video ở dạng tín hiệu số hay dạng tương tự thành dòng tín hiệu số được đóng gói IP đã được mã hóa.
2.1.5.5 Phần mềm Set Top Box:
Bao gồm các thành phần :
Driver phần cứng và các bộ mã hình ảnh. Hệ điều hành và cấu trúc mạng
Đầu cuối truyền hình IP Trình duyệt truyền hình Các chức năng cộng thêm Các chức năng cộng thêm của STB :
Multimedia Program Guide: là chương trình hướng dẫn liệt kê danh sách các chương trình phát quảng bá và các danh sách video theo yêu cầu, cho phép tìm kiếm nhanh các chương trình.
Mini Guide: hỗ trợ việc người dùng có thể liệt kê tham khảo danh sách các chương trình khác trong khi đang xem 1 chương trình.
Fast Chanel Surfing: hỗ trợ chức năng chuyển kênh nhanh
Digital Video Recording: cho phép giao tiếp với ổ cứng bên trong hoặc bên ngoài, hỗ trợ người dùng có thể thu lại hay xem lại nội dung của của kênh truyền hình được thu (có thể lưu một lúc nhiều kênh).
Hình 2-4: Các thành phần chức năng thiết bị STB 2.1.5.6 Các thành phần khác
2.1.5.6.1 Quản lý mạng IPTV
Thành phần quản lý mạng IPTV là công cụ kiểm soát được cấu hình sẵn để thực hiện kiểm tra điều hành quản lý thuê bao. Hình 2-4 mô tả mô hình quản lý của thành phần quản lý chính sách băng rộng của Cisco (CBPM-Cisco Broadband Policy Manager) như là một cổng dịch vụ được tạo ra cho phép các nhà cung cấp dịch vụ xác định các chính sách mới dựa trên việc phân tích và thu thập thông tin của mỗi dòng gói thuê bao, nhận dạng thuê bao, và hiệu quả tổng thể mạng.
Hình 2-5: Hệ thống quản lý mạng của Cisco 2.1.5.6.2 Hệ thống ghi và tính cước Billing:
Hệ thống tính cước bao gồm các Server cơ sở dữ liệu khách hàng, các Server lưu trữ thông tin truy cập nguồn dữ liệu video. Hệ thống tính cước thường được tích hợp với Middleware.
2.1.5.6.3 Bảo mật
Có 2 mức bảo vệ trong mạng IPTV:
Bảo mật nội dung thông tin: tránh thông tin bị xem bởi những người không được xác thực hợp lệ. Việc này được thực hiện ở chức năng của bộ CAS/DRM.
Bảo mật mạng: là tránh các hành động phá hoại, ăn cắp các luồng thông tin ở lớp mạng. Bảo vệ các node mạng khỏi sự tấn công điều khiển từ người dùng không được phép. Khi thiết kế bảo mật cho mạng IP cần quan tâm các yếu tố sau :
Cách ly lượng thông tin trong hệ thống khỏi các thông tin khác trong tất cả các lớp mạng. Thông tin này là thông tin giữa các thành phần mạng gần nhau.
Phân tách các luồng lưu lượng: luồng OAM, luồng điều khiển, luồng báo hiệu, luồng thông tin truyền thông.
Cách ly lưu lượng có địa chỉ đích không đáng tin cậy.
2.1.5.6.4 Quản lý chất lượng dịch vụ
Có 2 loại quản lý chất lượng dịch vụ trong kiến trúc mạng IPTV là quản lý tập trung và phân tán.
Trong kiến trúc quản lý tập trung, tất cả các chức năng QoS được triển khai tại PE/BRAS nếu các node lớp 2 và DSLAM không có khả năng QoS.
Trong kiến trúc phân tán, mỗi đường kết nối vật lý đều được thực hiện QoS.
2.2 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV
Hình 2-6: Mô hình chuyển tín hiệu video mạng cung cấp dịch vụ IPTV
2.2.1 Video site
Hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV được chia thành 3 site chính: SHE (Super HeadEnd).
VHO (Video Headend Office) VSO (Video Switching Office).
2.2.1.1 Super Headend
Các thiết bị thu sóng các kênh truyền hình quảng bá và chuyển đổi thành các luồng multicast thông qua các bộ mã hóa video thời gian thực.
Hệ thống quản lý phân phối nội dung phục vụ cho các dịch vụ video theo yêu cầu.
Các hệ thống hỗ trợ quản trị, vận hành, bảo dưỡng, và tính cước ( còn gọi là hệ thống back-office) cũng được bố trí tại SHE.
Thông thường, SHE được bố trí trong mạng lõi của mạng truyền dẫn. Hầu hết các phương án triển khai IPTV trên mạng cố định đều xây dựng một SHE.
2.2.1.2 Video Headend Office
VHO là nơi tập trung đặt các hệ thống Video server cung cấp dịch vụ như : VoD Server, Middle server, CAS/DRM . Đây là nơi mà phần lớn các Video Pump phục vụ cho các dịch vụ video theo yêu cầu được trang bị. Việc đấu nối với các đài truyền hình địa phương thông qua các bộ mã hóa video thời gian thực cung cấp các kênh truyền hình quảng bá cũng được thực hiện tại site VHO.
VHO kết nối vào mạng lõi IP/MPLS thông qua một router biên (PE- Provider Edge Router) để phục vụ trong phạm vi một tỉnh thành. PE kết nối mạng lõi và mạng phân phối cung cấp các luồng video cục bộ và các luồng video từ SHE cung cấp cả dịch vụ quảng bá lẫn dịch vụ video theo yêu cầu đến các VSO.
2.2.1.3 Video Switching Office
Thông thường VSO đặt tại trung tâm truyền dẫn và chuyển mạch, nơi tập trung các router của mạng kết tập có nhiệm vụ kết nối giữa mạng phân phối và mạng kết tập, thu gom các lưu lượng mạng từ các IP DSLAM và các Access Switch
2.2.2 Gán dịch vụ trong mạng truy cập
2.2.2.1 Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo
Trong kiến trúc này, sử dụng các kênh ảo ATM (hay ATM VC) để phân biệt các không gian địa chỉ khác nhau cho từng loại dịch vụ. Nghĩa là mỗi VC tương ứng với một dịch vụ, ở thiết bị đầu cuối khách hàng, modem DSL sẽ phân tách các dịch vụ này cho ra các thiết bị đầu cuối thích hợp. Các VC này cũng được sử dụng
để áp các tham số chất lượng dịch vụ cho từng loại dịch vụ. Hình 2-6, DSLAM ánh xạ các ATM VC trên đường dây ADSL vào các VLAN dịch vụ trên đường uplink.
Hình 2-7: Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo 2.2.2.2 Kiến trúc truy nhập EtherType
Hình 2-8: Kiến trúc truy nhập EtherType
Với kiến trúc này, sử dụng một VC được cho tất cả các dịch vụ. Để phân biệt dịch vụ Internet sử dụng phương thức đóng gói PPPoE và dịch vụ video sử dụng phương thức đóng gói IP thì trường EtherType trong khung Ethernet được sử dụng để phân biệt hai không gian địa chỉ khác nhau này.
Một điểm đáng chú ý là dịch vụ thoại phải được mang 1 trong 2 kiểu được mô tả bởi trường EtherType trong khung Ethernet. Nghĩa là hoặc dịch vụ thoại được
mang trong khung Ethernet với trường EtherType là IP hoặc dịch thoại được mang trong khung Ethernet với trường EtherType là PPPoE.
Trong kiến trúc truy nhập EtherType, chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP. Trong hình 2-7, DSLAM ánh xạ các giá trị EtherType khác nhau vào các VLAN dịch vụ khác nhau.
2.2.2.3 Kiến trúc truy nhập đa VLAN
Trong kiến trúc truy nhập đa VLAN, sử dụng phương thức đóng gói 802.1q trên các đường truyền ADSL, mỗi dịch vụ tương ứng với các VLAN ID khác nhau. Tại DSLAM thực hiện việc ánh xạ các VLAN ID này trên đường uplink vào một tập VLAN ID khác dùng để nhận dạng không gian địa chỉ trên đương liên kết đó.
Do một VC được sử dụng cho tất cả các dịch vụ. Do đó, cũng giống như kiến trúc truy nhập EtherType, nên chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP. Hình 2-8, mô tả việc DSLAM ánh xạ VLAN ID trên đường truyền ADSL vào các VLAN dịch vụ trên đường uplink.
Hình 2-9: Kiến trúc truy nhập đa Vlan
2.2.3 Gán dịch vụ trong mạng kết hợp
Có hai cách khác nhau để gán các dịch vụ từ thuê bao vào các VLAN trong mạng kết hợp Ethernet: là kiến trúc N:1 VLAN và 1:1 VLAN. Với kiến trúc N:1 VLAN sẽ ánh xạ nhiều đường dây thuê bao và dịch vụ vào cùng một VLAN. Trong khi kiến trúc 1:1 VLAN: ánh xạ mỗi đường dây thuê bao vào một VLAN riêng rẽ.
Trong mô hình N:1 VLAN, nhiều thuê bao và nhiều dịch vụ được ánh xạ vào một VLAN trong mạng kết hợp Ethernet. Có nhiều cách để ánh xạ các nhóm thuê bao và dịch vụ vào các VLAN. Mỗi VLAN trong mô hình này có thể được sử dụng để gom tất cả các thuê bao của cùng một dịch vụ. Nghĩa là tất cả các thuê bao ứng với một dịch vụ và một DSLAM được ánh xạ vào một VLAN duy nhất. DSLAM thực hiện chức năng chuyển tiếp giữa các đường dây DSL mà DSLAM đã gom vào một VLAN với VLAN trên. Mô hình này được áp dụng khi mà DSLAM có hỗ trợ chức năng Split-Horizon nhằm ngăn chặn hiện tượng chuyển tiếp giữa các đường dây DSL và đường Ethernet uplink để bảo mật thông tin giữa các thuê bao DSL
Ở mô hình 1:1 VLAN, mỗi đường dây thuê bao được nhận biết trong mạng kết hợp bằng một VLAN ID. Trong mô hình này, DSLAM phải ánh xạ đường dây thuê bao vào một VLAN tag ở đường Ethernet uplink. Với số lượng bit là 12 cho độ dài trường VLAN tags (chuẩn 802.1q) do đó có khả năng lớn nhất nhận biết được là 4096 VLAN tương ứng với 4096 đường dây thuê bao. Khi số lượng thuê bao lớn hơn thì mạng kết hợp ở lớp 2 phải sử dụng đóng gói 802.1ad (hay gọi là Q in Q).
Khi sử dụng đóng gói 802.1q thì DSLAM ánh xạ đường dây DSL vào một 802.1a VLAN ID. Trong trường hợp đóng gói 802.1ad thì DSLAM phải ánh xạ đường dây DSL vào một cặp 802.1ad tags trong và ngoài. DSLAM lúc này thực chất chỉ đơn giản là một phần tử kết nối chéo, nó chuyển tiếp các gói tin từ một đường DSL và các thẻ (tag) định danh dịch vụ truy nhập (như VC, VLAN, Ethernet Type) đến các VLAN ID của đường upstream.
Thông thường người ta thường gán ID của các đường DSL vào VLAN ID bên trong (C tags) và ID duy nhất của DSLAM vào VLAN ID bên ngoài (S tags). Khi sử dụng phương pháp này, lớp 2 của mạng kết hợp chỉ hỗ trợ kết hợp thêm đóng gói 802.1q, bởi vì gán các dịch vụ N:1 dùng 802.1q tags và các dịch vụ 1:1 dùng 802.1ad S-tags. Khi thực hiện gác các dịch vụ ở lớp 2 của mạng kết hợp, kiểu 1:1 VLAN có thể sử dụng cho vài dịch vụ, trong khi N:1 VLAN được sử dụng cho các dịch vụ khác.
Thông thường người ta thường thiết lập dịch vụ Internet sử dụng kiểu gán 1:1 VLAN, trong khi dịch vụ video sử dụng dịch vụ N:1 VLAN. Khi triển khai các dịch vụ với đóng gói 802.1ad, việc gán các thuê bao với các VLAN dịch vụ chỉ cần đảm bảo S-tag tạo ra bởi các DSLAM cho dịch vụ truy nhập Internet phải khác với 802.1q tag tạo ra cho dịch vụ video. Với cách cấu hình như trên cho phép lớp 2 của mạng kết hợp có thể phân tách các sơ đồ luận lý cho dịch vụ truy nhập Internet và dịch vụ video bằng cách dùng 802.1qVLAN/ 802.1ad S-tag.
PHÂN TÍCH VIỆC CHỌN LỰA CÔNG NGHỆ KHI TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV
3.1 Các yêu cầu khi triển khai dịch vụ IPTV
3.1.1 Băng thông rộng
Băng thông yêu cầu cho dịch vụ video thường lớn hơn nhiều so với yêu cầu băng thông cho thoại và Internet. Một luồng video với độ phân giải chuẩn (SD- standard definition) với chuẩn nén MPEG-4 part 10/H.264 yêu cầu băng thông từ 2- 4Mbps, với video độ phân giải cao sử dụng cùng chuẩn nén trên, thì yêu cầu băng thông từ 8-10Mbps. Với hạ tầng mạng truy nhập sử dụng công nghệ ADSL 2+ thì
trên 1 đường dây thuê bao có khả năng cung cấp cho 1 hộ gia đình trung bình đồng thời từ 1 đến 4 luồng video cùng một lúc tùy theo chất lượng video xem.
Do các dịch vụ video theo yêu cầu phát dạng unicast và các dịch vụ truyền hình quảng bá dùng multicast, cho nên lượng băng thông trên mạng phân phối và mạng kết tập của dịch vụ theo yêu cầu thường phải lớn hơn dịch vụ truyền hình quảng bá (số người đồng thời sử dụng dịch vụ theo yêu cầu thì không giới hạn, trong khi đó số lượng kênh phát quảng bá thì không nhiều). Cũng tương tự như vậy, trong dịch vụ truyền hình quảng bá băng thông của mạng phân phối phụ thuộc vào số lượng kênh phát.
3.1.2 Băng thông bất đối xứng
Thông thường, do tính chất sử dụng dịch vụ của người dùng là yêu cầu cao hơn chia sẽ (đường downstream cao hơn upstream). Lưu lượng video (bao gồm cả dịch vụ theo yêu cầu lẫn truyền hình quảng bá) đều được truyền đi trong mạng theo chiều hướng xuống.
Thông tin upstream thường là các thông tin về điều khiển luồng. Trong dịch vụ theo yêu cầu, thông tin điều khiển là các báo hiệu và các phiên. Trong dịch vụ broadcast thông tin điều khiển là các báo hiệu IGMP và PIM để mô tả luồng multicast. Do tính không đối xứng của băng thông, chi phí về hạ tầng có thể giảm bớt khi xây dựng các liên kết đơn hướng.
3.1.3 Chất lượng dịch vụ
Khi triển khai cung cấp dịch vụ phải đảm bảo chất lượng video khi truyền phải tương đương với các dịch vụ truyền hình hiện có (truyền hình cáp, số, vệ tinh), đảm bảo khách hàng khó nhận biết được có sự suy giảm chất lượng video khi truyền qua mạng IP.
Khác với các dịch vụ Internet, thoại, đối với các dịch vụ video thì việc truyền rớt gói ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hình ảnh. Tỉ số nhiễu tín hiệu SNR (Signal-to-Noise Ratio) của đường DSL thay đổi theo rất nhiều tác nhân như độ dài vòng, trạng thái nguồn nhiễu… Rất nhiều kỹ thuật có thể được sử dụng để giảm sai
bit trên đường DSL. Các kỹ thuật thông dụng là chèn FEC (forward correct), truyền lại thời gian thực RTR (real-time retransmission). Do đó, yêu cầu đặt ra cho các dịch vụ video ngặt nghèo hơn so với các dịch vụ khác. Tỉ lệ mất gói phải đảm bảo ở mức nhỏ nhất có thể để người xem không nhận ra việc giảm chất lượng video.
3.1.4 Thời gian chuyển kênh
Phải đảm bảo thời gian chuyển kênh không quá lâu, đạt trong ngưỡng cho phép đối với dịch vụ truyền hình quảng bá. Ở dịch vụ truyền hình tương tự thời gian