Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
Các máy chủ video chịu trách nhiệm lưu trữ lâu dài một lượng lớn các nội dung video số, có thể bao gồm cả các chương trình TV quảng bá. Các máy chủ này có thể được phân bố trong nhiều nơi trên mạng IPTV, từ trong các nguồn video “quốc gia” tới các VHO khu vực. Các máy chủ VoD có nhiều loại với dung lượng lưu trữ khác nhau tùy thuộc vào nội dung và địa điểm lưu trữ.
Được trang bị chủ yếu với các kết nối Gigabit Ethernet (xu hướng tiến tới 10 GE) với các bộ mã hóa, chuyển mạch lớp 2 và các bộ định tuyến biên lớp 3, các máy chủ VoD có khả năng cung cấp đồng thời và ổn định qua mạng một lượng lớn các luồng video dưới dạng unicast hay multicast.
Các tham số chất lượng chủ yếu đối với các máy chủ VoD là dung lượng lưu trữ và thông lượng và số các luồng video phát đồng thời. Các máy chủ VoD thế hệ sau hướng tới chỉ tiêu 50.000 luồng video trên một modul và từ 10 đến 12 TByte dung lượng lưu trữ. Hình 1.8 minh họa xu hướng phát triển chất lượng các máy chủ VoD.
Hình 1.8: Xu hướng phát triển các máy chủ VoD.
Cũng như với các phần tử khác trong lớp hạ tầng dịch vụ IPTV, điều quan trọng đối với các máy chủ VoD là phải hỗ trợ nhiều loại công nghệ nén đối với nội dung video được lưu trữ. Dựa trên các mẫu lưu lượng và đặc tính thuê bao, phần mềm máy chủ VoD cho phép phân phối nội dung qua mạng một cách thông minh.
d) IPTV Midleware:
Midleware được coi là “hệ điều hành IPTV”, qua thuật ngữ này có thể thấy tại sao Microsoft có ưu thế trong thị trường này. Midleware là bộ não của toàn bộ hệ thống IPTV, do vậy đây là thành phần có chức năng then chốt trong hạ tầng phân phối video đầu cuối-tới-đầu cuối. Midleware cũng xác định nhiều điểm tích hợp với tất cả các thành phần hạ tầng mạng. Hình 1.9 minh họa tổng thể quá trình
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
thực thi midleware.
Hình 1.9: Middleware.
Khi thị trường IPTV mới bắt đầu, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV thường tự viết các midleware riêng của mình để tạo ra nền tảng phân phối dịch vụ IPTV trên đó. Một số nhà cung cấp thiết bị hàng đầu đã tham gia và thị trường với các hệ thống mở, cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ các công nghệ và công cụ có đặc điểm chung để xây dựng các dịch vụ video IP, đú chớnh là midleware. Nói chung, phần mềm midleware có bốn chức năng chính:
•Hỗ trợ khách hàng trong việc sử dụng dịch vụ •Định nghĩa dịch vụ, cỏc gúi dịch vụ và tính cước
•Giao tiếp với các hệ thống ngoài như các set-top box, các máy chủ VoD và trong một số trường hợp, các phần tử mạng bên dưới.
•Quản lý các giao dịch, các nguồn đa phương tiện, thuê bao và số liệu liên quan. Cuối cùng, khả năng mở rộng là yếu tố quan trọng đối với nền midleware, vỡ cỏc nhà khai thác lớn trên thế giới muốn nhắm tới số các thuê bao lên đến hàng triệu cho đến cuối thập kỷ này, độ khả mở của nền midleware sẽ là một trong các lĩnh vực chính để phát triển của cỏc hóng như Microsft TV, Myrio (nay thuộc Siemens), Orca Interative…
e) IP set-top box:
IP set-top box có vai trò giải mã nội dung video, cả quảng bá và VoD. Giá đối với các set-top box thay đổi tùy thược vào khả năng chỳng cú cỏc tính năng sau hay không:
•Dung lượng/khả năng lưu trữ nội dung lâu dài •Hỗ trợ VoD
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
•Hỗ trợ ghi video số (DVR) •Hỗ trợ độ phân giải SD/HD •Hỗ trợ hệ điều hành.
•Khả năng giải mã đơn/nhiều dạng MPEG bằng phần cứng •Hỗ trợ cập nhật firmware cho bộ giải mã
•Quản lý điều khiển từ xa •Hỗ trợ bảo mật/DRM
f) Bảo mật và quyền truy cập:
Bảo mật nội dung là yêu cầu cốt yếu khi các nhà khai thác viễn thông chuyển hướng sang cung cấp IPTV, nhưng bản chất tự nhiên của các dịch vụ video IP sẽ thay đổi các yêu cầu về bảo mật nội dung. Các tính năng IPTV như VoD và DVR sẽ bắt buộc phải cú cỏc yêu cầu về bảo mật, tạo ra cơ hội mới cho các sản phẩm bảo mật thế hệ sau dựa trên phần mềm.
Bảo mật IPTV không chỉ xử lý với các quyền truy cập của từng thuê bao mà còn phải bảo vệ các nội dung được lưu trữ trong mạng và tại thiết bị của khách hàng. Vỡ cỏc nội dung này thường lưu cố định và dưới dạng video số chất lượng cao nên độ rủi ro tăng, chúng là mục tiêu hướng đến của các hacker. Chi phí cho việc bảo mật tớnh trờn thuê bao là một yếu tố quan trọng mà các nhà cung cấp dịch vụ cần phải tính đến, do vậy mô hình bảo mật là yếu tố quan trọng để giảm chi phí đầu tư.
DRM cung cấp một hạ tầng bảo mật để bảo vệ tính cá nhân của nội dung video IP, không kể nội dung này là trong luồng truyền tải hay đang được lưu trữ. DRM cũng cung cấp bảo mật cho các giao dịch của thuê bao trong thanh toán và tính cước. Các giải pháp DRM sẽ cần phải tích hợp với nhiều phần tử trong mạng IPTV, bao gồm nền midleware, các máy chủ VoD, các set-top box các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác.
DRM tăng cường các quy định sử dụng và do đó bảo vệ nội dung khỏi việc sử dụng trái phép khi nó được truyền tải trên mạng. Các nguyên tắc như vậy có thể bao gồm ngày quá hạn xem, số lần được xem hay số lần copy. Một số chức năng chính của hệ thống DRM bao gồm:
•Các kỹ thuật mật mã hóa sử dụng cho các thành phần xác thực và bảo vệ chống lại các tấn công trên mạng. Quá trình xác thực của các thành phần dựa trên DRM đạt được bằng cách sử dụng chữ ký điện tử và mã cấp phép.
•Bản quyền số, được sử dụng để biểu thị các quyền của người sử dụng, thường
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
được gói trong phần cứng để ngăn ngừa việc sao chép và chia sẻ bất hợp pháp.
•Lưu trữ bảo mật giám sát thông tin trạng thái cấp phép, như số các lần phần nội dung đã sử dụng. Lưu trữ bảo mật cho phép số lần sử dụng hay khoảng thời gian sử dụng.
g) Các giao thức mạng:
Nghiên cứu về IPTV sẽ không đầy đủ nếu thiếu các giao thức được sử dụng trong các hệ thống này. Các giao thức này gồm các giao thức truyền dẫn IP như UDP và RTP và các giao thức báo hiệu như RTSP và IGMP. Trong các mạng tiên tiến, cần quan tâm tới nhiều loại giao thức khác như MPLS, SIP và PIM..Tuy nhiên, trong phần này, chúng ta sẽ đề cập đến các giao thức chính như UDP, RTP, RTSP và IGMP thường gặp trong quá trình truyền tải nội dung IPTV.
- User Datagram Protocol (UDP)
UDP được quy định trong IETF RFC 768 và là một trong các giao thức chính của bộ các giao thức IP. Thuật ngữ “datagram” hay “packet” được sử dụng để mô tả đoạn dữ liệu IP. Mỗi gói IP chứa một tập hợp các trường theo thứ tự xác định nhờ đó máy thu biết cách giải mã luồng số liệu. Nhiều loại giao thức có thể được đóng gói trong tải của gói tin IP.
Một trong những ưu điểm chính của UDP là tính đơn giản của nó, giảm lượng mào đầu so với số liệu trong tải các mào đầu gói bao gồm:
• Địa chỉ cổng nguồn 16 bit • Địa chỉ cổng đích 16 bit • Trường độ dài 16 bit • Checksum 16 bit
Với trường độ dài 16 bit có thể xác định được giới hạn 65.257 bit số liệu mà một gói IP/UDP truyền tải. Hình 1.10 minh họa quá trình tạo khung gói IP.
Hình 1.10: Dạng gói IP.
Trên thực tế, độ dài một gói IP có thể mang 7 gói luồng truyền tải MPEG-
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
TS (dài 188 byte). Tuy nhiên, UDP không có cơ chế phát lại và điều khiển luồng như TCP.
Hình 1.11: Cỏc gói IP/UDP/RTP.
- Real Time Protocol (RTP)
RTP được quy định trong IETF RFC 3550 và IETF RFC 3551 và định rõ dạng gói để truyền tải số liệu audio và video. RTP gồm hai phần liên quan chặt chẽ với nhau:
• Real Time Protocol: cung cấp nhãn thời gian, đánh số thứ tự chuỗi và các cơ cấu khác để kiểm soát vấn đề định thời. Qua cơ cấu này, RTP tạo ra quá trình truyền tải số liệu thời gian thực từ đầu cuối-tới-đầu cuối. Sử dụng quá trình đánh số chuỗi cho phép phát hiện cỏc gúi tin bị mất và sai thứ tự.
• Real Time Control Protocol: được sử dụng để thu thập số liệu giám sát từ đầu cuối-tới-đầu cuối, thông tin về quá trình truyền phát, QoS.
Hình 1.12: Mào đầu RTP.
Cho dù RTP được thiết kế để không phụ thuộc vào các giao thức mạng phía dưới, UDP vẫn được sử dụng rộng rãi hơn. Khi truyền tải luồng video MPEG-2, nhãn thời gian RTP đươc lấy từ trực tiếp từ xung nhịp được lấy mẫu 27 MHz trong PCR (Program Clock Reference) được tải trong luồng, nhờ đó đảm bảo đồng bộ định thời hơn nữa. Tuy nhiên, điều cần chú ý là RTP không quy định bất kỳ cơ chế nào để khôi phục cỏc gúi bị mất, mà chỉ có thể phát hiện cỏc gúi bị mất như mô tả ở trên.
- Real Time Streaming Protocol (RTSP)
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về IPTV
RTSP được quy định trong IETF RFC 2326, cho phép người sử dụng điều khiển từ xa máy chủ đa phương tiện tương tự như các lệnh điều khiển VCR (Video Cassette Recorder), chẳng hạn play và pause. Hình 1.13 minh họa giao thức RTSP
Hình 1-13: Giao thức RTSP.
Thông thường, các bản tin RTSP được gửi từ các client, ngọai trừ một số trường hợp đặc biệt, các máy chủ gửi tới client. Trong các hệ thống IPTV, RTSP được sử dụng trong các ứng dụng VoD để khách hàng có thể truy cập và điều khiển nội dung được lưu tại các máy chủ VoD. Về bản chất VoD là quá trình thông tin một-tới-một được thiết lập qua phương thức unicast.
- Internet Group Management Protocol (IGMP)
IGMP được quy định trong phiên bản mới nhất là IETF RFC 3376. IP multicating được định nghĩa là quá trình truyền dẫn gói tin IP tới “nhúm mỏy chủ”. Nhóm máy chủ này được xác định bằng một địa chỉ IP duy nhất. Trong hệ thống IPTV, nhóm máy chủ sẽ là tập hợp các thuê bao muốn thu một chương trình riêng nào đó.
Trên thực tế, điều này có nghĩa rằng các hệ thống truyền dẫn sử dụng IGMP không gửi tất cả nội dung tới tất cả các người dùng. Sử dụng IGMP cho phép điều khiển nội dung nào đến những người sử dụng nào và do đó kiểm soát được lượng số liệu truyền qua mạng tại một thời điểm bất kỳ.
IGMP là giao thức được sử dụng trong hệ thống IPTV để chuyển kênh. Đáp ứng với các lệnh điều khiển từ xa, một loạt các lệnh IGMP được tạo ra để rời nhóm multicast hiện tại và nhập vào một dịch vụ khác. Thời gian cần thiết để thực hiện những lệnh này có ảnh hưởng trực tiếp tới thời gian chuyển kờnh. Cỏc nhà cung cấp midleware đang thực hiện rất nhiều kỹ thuật khác nhau để cải tiến thời gian đáp ứng chuyển kênh.