3.3.1 Cấu trúc mạng
Cấu trúc mạng ở giai đoạn 1 như hình III.6. Tất cả các lưu lượng từ trung tâm IPTV đều được định tuyến đến thiết bị PE M20 của Công ty Viễn thông Liên tỉnh (VTN). Các lưu lượng dich vụ sau đó đi qua mạng core đến BRAS tại các tỉnh thành. Từ BRAS, các lưu lượng được đẩy xuống các access switch lớp 2, DSLAM, và cuối cùng tới thuê bao.
Hình III. 6 Mô hình đấu nối hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV
Chú ý:
- Hiện nay các ATM-DSLAM đang dần được thay thế bởi các IP-DSLAM. Vì vậy các thuê bao của dịch vụ IPTV sẽ được triển khai trên các IP- DSLAM.
Do nhu cầu sử dụng cũng như băng thông chiếm dụng của dịch vụ VoD rất lớn nên để giảm tải cho hệ thống mạng, đặc biệt là mạng đường trục, các VoD server thứ cấp sẽ được triển khai tại các địa điểm gần với thuê bao hơn. Có hai vị trí có thể bố trí các VoD server thứ cấp:
- Bố trí VoD server tại BRAS.
- Bố trí VoD server tại access switch.
Giải pháp bố trí VoD server thứ cấp tại các BRAS khả thi hơn vì:
- Bố trí VoD server tại các access đòi hỏi chi phí rất lớn cho một số lượng lớn VoD server.
- BRAS là điểm tập trung lưu lượng với số lượng thuê bao hợp lý.
- BRAS hoạt động ở lớp 3 nên việc cấu hình, đảm bảo QoS và quản lý cũng dễ dàng hơn.
3.3.2 Mô hình hoạt động
3.3.2.1 Mạng khách hàng (home network)
Mạng khách hàng sử dụng mô hình ánh xạ dịch vụ multi-VC
Dịch vụ IPTV được cung cấp trên các kết nối ADSL2+. Mỗi kết nối ADSL2+ đến thuê bao gồm có 2 PVC khác nhau nhằm cung cấp 2 loại dịch vụ:
- PVC 1: cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao (HSI) - PVC 2: cung cấp dịch vụ video (bao gồm cả VoD, BTV,…) Khách hàng sử dụng các thiết bị đầu cuối khác nhau cho từng loại dịch vụ:
- Video: STB (Set-Top Box) - Internet: PC
Kết nối ADSL2+ được kết cuối bởi modem hoặc gateway. Các thiết bị này chuyển các lưu lượng trên các PVC đến giao diện đầu ra tương ứng kết nối với các thiết bị đầu cuối dịch vụ.
3.3.2.2 Mạng truy nhập (access network)
Mạng truy nhập tại các tỉnh thành được triển khai theo mô hình S-VLAN (Service VLAN hay VLAN per service). Mô hình tương đương với mô hình N:1 VLAN.
Nguyên tắc thực hiện mô hình này như sau:
Mạng truy nhập tại các tỉnh thành bao gồm các thiết bị mạng, các kết nối mạng từ các DSLAM đến BRAS. Trong mạng truy nhập cấu hình các VLAN khác nhau cho
từng loại dịch vụ sẽ được cung cấp. Tại biên của mạng truy nhập, các lưu lượng trước khi đi vào mạng được phân loại để ánh xạ vào các VLAN dịch vụ.
Cụ thể đối với hệ thống mạng hiện tại, mô hình S-VLAN (xem hình III.7) hoạt động như sau:
- Tại các IP-DSLAM, mỗi cổng ADSL2+ gồm 3 PVC, mỗi PVC dành cho một dịch vụ (Internet, VoIP, video).
- Tại các giao diện chính uplink, các PVC được ánh xạ vào các S-VLAN tương ứng với từng loại dịch vụ sử dụng phương thức đóng gói 802.1q. Các S-VLAN này bao gồm:
HSI VLAN: VLAN dành cho dịch vụ truy nhập Internet VoIP VLAN: VLAN dành cho dịch vụ VoIP
VoD VLAN: VLAN dành cho dịch vụ VoD
BTV VLAN: VLAN dành cho dịch vụ truyền hình (multicast).
Hình III. 7: Mô hình S-VLAN trong mạng truy nhập giai đoạn 1
-Tại các switch lớp 2, access switch, cấu hình giao diện trunk mang lưu lượng của các S-VLAN này.
- BRAS có nhiệm vụ kết cuối các S-VLAN và thực hiện định tuyến các gói tin đến đích mong muốn.
Các biện pháp đảm bảo QoS được áp dụng trên từng S-VLAN thông qua cấu hình 802.1p đối với các S-VLAN tương ứng. Tại BRAS, nơi kết cuối các S-VLAN,
thực hiện QoS lớp 3 bằng DSCP (Different Service Code Point). Như vậy tại BRAS cần cấu hình chuyển đổi QoS từ 802.1p của lớp 2 sang DSCP của lớp 3.
3.3.2.3 Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP
Đối với dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao (HSI), thuê bao thực hiện quay số PPPoE đến BRAS. BRAS cấp địa chỉ IP cho từng kết nối PPPoE, thực hiện NAT (nếu cần) và chuyển tiếp các lưu lượng ra Internet.
Đối với các dịch vụ video, địa chỉ IP được cấp động bằng DHCP. Tại BRAS cấu hình DHCP relay chuyển tiếp các gói tin DHCP đến DHCP server và thực hiện định tuyến các gói tin của các dịch vụ này đến đích mong muốn (xem hình III.8).
Hình III. 8. Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP giai đoạn 1 3.3.2.4 Lưu lượng multicast
Các lưu lượng multicast có thể truyền tải trong hệ thống mạng một cách hiệu quả, các tính năng multicast cần được hỗ trợ tại các thiết bị mạng. Các giao thức thực hiện tại các thiết bị như trên hình vẽ III.9.
Chú ý:
Với hệ thống mạng hiện tại đã chạy MPLS, nếu BRAS không hỗ trợ multicast VPN thì cần chạy song song IP và IP/MPLS trên mạng đường trục, trong đó IP dùng để truyền lưu lượng multicast.
Nếu BRAS hỗ trợ multicast VPN thì có thể chạy multicast VPN để truyền lưu lượng multicast qua mạng đường trục.
Hình III. 9 Lưu lượng multicast giai đoạn 1
3.3.3 Yêu cầu về băng thông
3.3.3.1 Các ký hiệu và tham số thông kê đầu vào - Số lượng thuê bao tại một tỉnh thành: Si.
- Tỉ lệ thuê bao sử dụng dịch vụ của VoD tại một thời điểm: R1 = 30% - Tỉ lệ đáp ứng thuê bao của VoD server thứ cấp: R2 = 80%
- Băng thông cho một luồng video: B = 2 Mbps - Số lượng access switch kết nối đến một BRAS: SW
- Giả sử số lượng thuê bao phân bố trên các access switch là tương đối đồng đều khi đó lượng thuê bao trong cùng vùng phục vụ của mỗi access switch: SiSW
3.3.3.2 Dung lượng dành cho dịch vụ BTV
Hệ thống sẽ cung cấp 100 kênh truyền hình yêu cầu băng thông 2 Mbps. CBTV = 100 x2 Mbps = 200 Mbps
3.3.3.3 Dung lượng mạng dành cho dịch vụ VoD
- Dung lượng mạng core: có 20% yêu cầu VoD không được đáp ứng bởi các VoD server thứ cấp, các yêu cầu này sẽ được phục vụ bởi VoD server đặt tại trung tâm IPTV. Như vậy, dung lượng bị chiếm dụng trong mạng core là:
B x ) R (1 x R x Si 1 2 i 1 =∑ − VoD C
- Dung lượng kết nối từ BRAS đến core router: B x ) R (1 x R x 1 2 1 =Si − CVoD
- Dung lượng kết nối từ BRAS đến access switch
xRixB SW
Si CVoD3 =
3.3.3.4 Dung lượng mạng phục vụ đồng bộ nội dung giữa các VoD server
Quá trình đồng bộ nội dung giữa các VoD server được thực hiện vào thời gian rảnh rỗi của mạng. Băng thông dành cho tác vụ này được lập kế hoạch từ trước và hoàn toàn có thể kiểm soát được. Tùy thuộc khối lượng cần đồng bộ mà băng thông dành ra có thể thay đổi từ 100 Mbps đến 500 Mbps.
3.3.4 Yêu cầu tính năng thiết bị, các giao thức cần hỗ trợ
3.3.4.1 IP-DSLAM
- IGMP snooping, proxy - 802.1q
3.3.4.2 Switch lớp 2 - IGMP sooping - 802.1q - 802.1p 3.3.4.3 Access switch - IGMP snooping - 802.1q - 802.1p 3.3.4.4 BRAS - IGMP v2, v3 - PIM-SM - DHCP relay - 802.1q - 802.1p
- DSCP (Differentiated Service Code Point) - Phân loại lưu lượng và ánh xạ 802.1p ↔ DSCP - OSPF
3.3.5 Tính toán băng thông
Giai đoạn này dự kiến có khoảng 60.000 thuê bao, tập trung chủ yếu tại 6 tỉnh thành sau:
Hà Nội, TP Hồ Chí Minh: 20.000 thuê bao
Hải Phòng, Đà Nẵng, Đồng Nai, Bình Dương: 5.000 thuê bao Các VoD server thứ cấp bố trí tại từng tỉnh thành như sau:
- Tại Hà Nội, Hải Phòng và TP Hồ Chí Minh: Đặt 1 VoD server thứ cấp tại core switch kết nối với BRAS/PE
Mạng Core
Lưu lượng Mạng core
VoD (Mbps) 7200
BTV (Mbps) 200
Tổng (Mbps) 7.4 Gbps
Hà Nội, TP Hồ Chí Minh Số lượng thuê bao: Si = 20.000 Số lượng core switch: AR = 4
Lưu lượng Vòng core Vòng access Core switch→PE
VoD (Gbps) 9 3 2.4
BTV (Gbps) 0.2 0.2 0.2
Tổng (Gbps) 9.2 3.2
Hải Phòng
Số lượng thuê bao: Si = 5.000 Số lượng core switch: AR = 2
Lưu lượng Vòng core Vòng access Core switch→PE
VoD (Gbps) 1.5 1.5 0.6
BTV (Gbps) 0.2 0.2 0.2
Tổng (Gbps) 1.7 1.7 0.8
Đà Nẵng, Đồng Nai
Số lượng core switch: SW = 1
Lưu lượng Access switch → BRAS BRAS → Core Router
VoD (Gbps) 1.5 0.6
BTV (Gbps) 0.2 0.2
Tổng (Gbps) 1.7 0.8
3.4 Giải pháp triển khai dịch vụ IPTV giai đoạn 23.4.1 Cấu trúc mạng 3.4.1 Cấu trúc mạng
Cấu trúc mạng giai đoạn 2 như hình III.10. Ở giai đoạn này, trung tâm IPTV được kết nối trực tiếp vào mạng core IP/MPLS qua PE của VTN. Riêng hệ thống VoD server được triển khai với một VoD server chứa đầy đủ nội dung đặt tại trung tâm IPTV và nhiều VoD server thứ cấp được bố trí gần với thuê bao.
Các VoD server thứ cấp chỉ lưu một phần nội dung của VoD server trung tâm nhằm mục đích đáp ứng những nội dung VoD có nhu cầu cao tại một thời điểm nhất định. Vị trí đặt VoD server thứ cấp có thể là:
PE giảm tải mạng core nhưng khi số lượng thuê bao lớn thì kết nối giữa các core MAN switch và các PE sẽ có yêu cầu băng thông rất lớn.
Core MAN switch: so với phương án đặt tại PE thì phương án này chỉ giảm tải cho kết nối từ mạng MAN lên PE, các phần khác của mạng không được lợi gì hơn.
Access switch: vấn đề chính của phương án này là số lượng VoD server cần đầu tư rất lớn và việc quản lý gặp nhiều khó khăn.
Hình III. 10: Mô hình đấu nối giai đoạn 2
3.4.2 Mô hình hoạt động
3.4.2.1 Mạng khách hàng (home network)
Mạng khách hàng hoàn toàn không phải thay đổi so với giai đoạn 1 3.4.2.2 Mạng truy nhập (access network)
Mạng truy nhập tiếp tục triển khai theo mô hình S-VLAN. Tuy nhiên có một số thay đổi so với giai đoạn 1:
Mạng truy nhập có pham vi từ các IP-DSLAM đến các core switch
BRAS kết nối trực tiếp với core switch và chỉ dành cho dịch vụ truy nhập Internet Core switch là nơi kết nối S-VLAN
Để tránh loop trong mạng truy nhập, các thiết bị mạng truy nhập cần được cấu hình STP (Spaning Tree Protocol)
Mạng gom bao gồm từ 3 đến 4 core switch kết nối với nhau thành mạng vòng. Kết nối giữa các core switch là có thể GE, 10 GE, hoặc STM-N. Có 2 trường hợp có thể xảy ra đối với mạng gom:
Mạng gom chạy ở lớp 2:
Khi mạng gom chạy ở lớp 2 thì toàn mạng MAN là một vùng broadcast. Vì vậy, tất cả các gói tin broadcast sẽ được phát tán ra toàn mạng MAN. Trong quá trình hoạt động của mạng, có rất nhiều giao thức cần phát sinh các gói tin broadcast, điều này có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động của mạng.
Khi hoạt động ở lớp 2, cấu trúc vòng có nhược điểm là có thể gây ra loop, do đó các core switch cần cấu hình STP để tránh loop. Tuy nhiên cấu hình STP sẽ làm mất đi khả năng cân tải trên các core switch. Core switch phải thực hiện cấu hình các S-VLAN để đảm bảo chất lượng dịch vụ, thực hiện IGMP snooping dành cho các lưu lượng multicast. PE sẽ đóng vai trò là nơi kết cuối S-VLAN, thực hiện IGMP v2, v3 định tuyến lớp 3 (unicast, multicast).
Mạng gom chạy ở lớp 3
Với mô hình hoạt động này thì các core switch đóng vai trò giống như các BRAS ở trong giai đoạn 1.
Chú ý:
Trong các tính toán về sau này đều áp dụng cho trường hợp mạng gom hoạt động ở lớp 3.
3.4.2.4 Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP
Đối với dịch vụ truy nhập Internet, home gateway thực hiện quay số PPPoE đến BRAS. Core switch được cấu hình để chuyển tiếp các gói tin PPPoE đến BRAS. BRAS cấp phát địa chỉ IP cho từng kết nối PPPoE, chuyển tiếp các gói tin ra Internet và ngược lại.
Các dịch vụ IPTV sử dụng địa chỉ cấp phát qua DHCP server. Các core switch cấu hình DHCP relay để chuyển tiếp các gói tin DHCP đến DHCP server. DHCP server có thể đặt tại core switch hoặc tại trung tâm IPTV (xem hình III.11).
Hình III. 11 Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP – giai đoạn 2 3.4.2.5 Lưu lượng multicast
Hình III.12 Lưu lượng Multicast – giai đoạn 2
Để truyền các lưu lượng multicast qua mạng lõi IP/MPLS, giữa các PE cần thực hiện multicast VPN. Multicast được thực hiện bằng GRE (Generic Routing Encapsulation). Xem hình III.12
3.4.3 Yêu cầu băng thông
3.4.3.1 Các ký hiệu và tham số thông kê đầu vào - Số lượng thuê bao tại một tỉnh thành: Si.
- Tỉ lệ thuê bao sử dụng dịch vụ của VoD tại một thời điểm: R1 = 30% - Tỉ lệ đáp ứng thuê bao của VoD server thứ cấp: R2 = 80%
- Băng thông cho một luồng video: B = 2 Mbps - Số lượng core MAN switch: AR.
3.4.3.2 Dung lượng mạng dành cho dịch vụ BTV
Giống như trong giai đoạn 1, số lượng kênh truyền hình mà hệ thống sẽ cung cấp là 100 kênh. Do đó dung lượng mạng dành cho dịch vụ BTV là:
CBTV = 100 x 2 Mbps = 200 Mbps
3.4.3.3 Dung lượng mạng dành cho dịch vụ VoD - Dung lượng mạng core:
B x ) R (1 x R x Si 1 2 1 =∑ − VoD C
- Dung lượng kết nối từ core switch đến PE B x ) R (1 x R x Si 1 2 2 = − VoD C
Trong trường hợp thực hiện cân tải trên 2 PE thì dung lượng kết nối từ core switch đến PE là: 2 1 2 xB xR S CVoD = i
- Dung lượng mạng gom (hay mạng vòng core MAN): ngoại trừ lưu lượng từ các thuê bao trong vùng phục vụ của core switch kết nối trực tiếp với PE, các lưu lượng từ các thuê bao khác đều được chuyển tiếp qua vòng core. Vì vậy, dung lượng vòng core bị chiếm dụng là: B R Si AR AR CVoD3 = −1× × 1×
Trong trường hợp thực hiện cân tải trên 2 core switch thì dung lượng bị chiếm dụng trên một vòng core: B R Si AR AR CVoD3 = −2× × 1×
- Dung lượng mạng truy nhập: Các access được kết nối thành vòng access, mỗi vòng access có sự tham gia của 2 core switch và các access switch. Như vậy, có thể coi dung lượng vòng access dành cho VoD là dung lượng VoD đáp ứng cho tất cả các thuê bao nằm dưới 1 core switch, nghĩa là:
B R S AR
CVoD4 = 1 × i× 1×
Dung lượng mạng phục vụ đồng bộ nội dung giữa các VoD server giống như trong giai đoạn 1
3.4.4 Phương án giảm tải mạng core và mạng gom
3.4.4.1 Phương án giảm tải mạng core
Lưu lượng VoD chiếm rất nhiều băng thông của mang. Mặc dù các VoD server thứ cấp đã đáp ứng được một phần lớn nhu cầu của thuê bao, nhưng dung lượng mạng bị chiếm dụng vẫn lớn do có 20% yêu cầu bắt buộc phải chuyển về trung tâm IPTV qua mạng core.
Để giảm tải mạng core, các hệ thống VoD server đặt tại Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh được nâng cấp với 100% nội dung như tại trung tâm IPTV ở Hà Nội. Ba hệ thống VoD server này đóng vai trò là các trung tâm miền và sẽ phục vụ nhu cầu VoD cho toàn bộ khu vực đó. Do đó, các lưu lượng VoD không đi qua mạng core. Mạng core khi đó được khai thác cho các lưu lượng sau:
- Dịch vụ BTV
- Đồng bộ nội dung giữa các trung tâm miền - Các lưu lượng quản lý , tương tác
Chú ý:
Khi triển khai theo phương án này, thực chất lưu lượng vẫn đi vào mạng core, tuy nhiên kết nối giữa các LSR nói chung sẽ không phải mang các lưu lượng VoD. Lưu lượng VoD chủ yếu được mang trên các kết nối giữa LSR và các PE