Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ iptv vod trên hạ tầng mạng truyền hình cáp hfc

  • 99 trang
  • file .pdf
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
PHẠM NGỌC HƯNG
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV/VOD TRÊN HẠ TẦNG
MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HFC
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
PHẠM NGỌC HƯNG
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV/VOD TRÊN HẠ TẦNG
MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HFC
Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số: 60 48 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Nhật Thăng
Hà Nội - 2011
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .........................................................................................
DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ ............................................................
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1................................................................................................................. 3
TỔNG QUAN VỀ IPTV, CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG IPTV .................. 3
1.1. Giới thiệu IPTV ................................................................................................. 3
1.1.1 Khái niệm IPTV ........................................................................................... 3
1.1.2 Đặc trƣng của IPTV ..................................................................................... 3
1.1.3 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet ........................................... 4
1.1.4 Ƣu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV ................................................ 5
1.1.5 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV ....................................................................... 6
1.1.5.1 Sơ đồ mạng IPTV ................................................................................. 6
1.1.5.2 Cấu trúc chức năng dịch vụ IPTV .......................................................... 7
1.1.6 Các dịch vụ IPTV ........................................................................................ 9
1.1.6.1 Các dịch vụ video IPTV ...................................................................... 10
1.1.6.2 Các dịch vụ IPTV audio ...................................................................... 11
1.1.6.3 Các dịch vụ IPTV gaming ................................................................... 12
1.1.6.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp ............................................................. 12
1.1.6.5 Các dịch vụ quảng cáo ......................................................................... 13
1.2 Các công nghệ phân phối mạng IPTV .............................................................. 14
1.2.1 Phân phối IPTV trên mạng truy cập cáp quang .......................................... 14
1.2.2 Phân phối IPTV trên mạng DSL ................................................................ 14
1.2.2.1 ADSL .................................................................................................. 15
1.2.2.2 ADSL2 ................................................................................................ 16
1.2.2.3 VDSL .................................................................................................. 16
1.2.3 Phân phối IPTV trên mạng Internet ............................................................ 18
1.2.3.1 Các kênh truyền hình Internet streaming.............................................. 19
1.2.3.2 Download Internet ............................................................................... 20
1.2.3.3 Chia sẻ video ngang hàng .................................................................... 21
1.2.4 Phân phối IPTV trên mạng truyền hình cáp ................................................ 21
1.2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật HFC ................................................................. 21
1.2.4.2 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp ......................................... 22
1.3 Chuẩn nén dữ liệu sử dụng trong IPTV ............................................................ 24
1.3.1 Tổng quan nén MPEG ............................................................................... 24
1.3.2 ITU-T H.264/AVC .................................................................................... 25
1.3.2.1 Giới thiệu ............................................................................................ 25
1.3.2.2 Phạm vi ứng dụng và các điểm tiêu biểu của H.264/AVC.................... 26
1.3.2.3 Ƣu điểm của H.264/AVC .................................................................... 28
1.4 Một số giao thức sử dụng trong mạng IPTV ..................................................... 29
1.4.1 Truyền dẫn Multicast ................................................................................. 29
1.4.2 Truyền dẫn Unicast .................................................................................... 30
1.4.3 Các giao thức khác ..................................................................................... 30
1.5 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................................ 31
CHƢƠNG 2............................................................................................................... 32
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ IPTV .......................................................... 32
2.1 Giới thiệu chung về chất lƣợng dịch vụ IPTV ................................................... 32
2.1.1 Khái niệm QoS, QoE ................................................................................. 32
2.1.1.1 Khái niệm QoS .................................................................................... 32
2.1.1.2 Khái niệm QoE .................................................................................... 32
2.1.2 Quan hệ giữa QoS và QoE ........................................................................ 33
2.1.3 Sự cần thiết của QoS, QoE trong mạng IPTV............................................. 36
2.1.4 Các yêu cầu đối với chất lƣợng của các dịch vụ IPTV ................................ 37
2.2 Các tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS và chất lƣợng trải nghiệm QoE . 37
2.2.1 Tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS ................................................ 37
................................... 37
2.2.1.2 Băng thông – Bandwidth ..................................................................... 38
2.2.1.3 Độ trễ - Delay ...................................................................................... 39
2.2.1.4 Độ biến thiên trễ - Delay variation/Jitter .............................................. 39
2.2.1.5 Mất gói – Packet loss ........................................................................... 40
2.2.1.6 Nghẽn trên server ................................................................................ 40
2.2.1.7 Mạng lõi, mạng truy nhập và mạng tại thuê bao .................................. 41
2.2.2 Tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoE ................................................ 41
2.3 Các tiêu chuẩn áp dụng cho chất lƣợng dịch vụ IPTV ...................................... 43
2.3.1 Tiêu chí chất lƣợng tín hiệu video/audio .................................................... 43
2.3.2 Tiêu chí về truyền dẫn ................................................................................ 44
2.3.3 Tiêu chí thời gian tƣơng tác ....................................................................... 45
2.3.4 Tiêu chí đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng .............................................. 45
2.3.5 Các tiêu chí chất lƣợng phục vụ ................................................................. 46
2.3.5.1 Độ khả dụng của dịch vụ ..................................................................... 46
2.3.5.2 Thời gian thiết lập dịch vụ ................................................................... 46
2.3.5.3 Thời gian khắc phục dịch vụ ................................................................ 47
2.4 Kết luận chƣơng 2 ............................................................................................ 47
CHƢƠNG 3............................................................................................................... 48
CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ IPTV/VOD TRÊN
MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HFC VCTV ............................................................... 48
3.1 Giới thiệu mạng Truyền hình Cáp VCTV ......................................................... 48
3.1.1 Giới thiệu chung về VCTV ........................................................................ 48
3.1.1.1 Lịch sử và các dịch vụ của VCTV ....................................................... 48
3.1.1.2 Cơ cấu tổ chức..................................................................................... 50
3.1.2 Phân tích hiện trạng mạng VCTV .............................................................. 50
3.1.2.1 Tổng quan về hệ thống mạng truyền hình cáp VCTV .......................... 51
3.1.2.2 Thực trạng hệ thống truyền hình cáp VCTV ........................................ 55
3.2 Case Study: Triển khai hệ thống IPTV trên mạng Cáp VCTV .......................... 57
3.2.1 Sơ đồ, cấu trúc hệ thống ............................................................................. 57
3.2.2 Kết quả đo các tham số chính ..................................................................... 58
3.2.3 Nhận xét, đánh giá chất lƣợng dịch vụ ....................................................... 64
3.3 Một số giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD trên mạng truyền hình
cáp HFC của VCTV ............................................................................................... 65
3.3.1 Nâng cao hiệu năng quản lý, theo dõi, giám sát hệ thống ........................... 65
3.3.1.1 Các biện pháp đảm bảo QoS IPTV ở Head-end ................................... 65
3.3.1.2 Các biện pháp đảm bảo QoS ở mạng quản lý ....................................... 66
3.3.1.3 Các biện pháp đảm bảo QoS ở Home network ..................................... 66
3.3.1.4 Các biện pháp đảm bảo QoS ở mạng truyền dẫn .................................. 66
3.3.2 Tối ƣu thiết kế mạng đáp ứng chất lƣợng dịch vụ IPTV ............................. 70
3.3.2.1 Thiết kế hiện tại của hệ thống mạng cáp tại Hà Nội ............................. 70
3.3.2.2 Sự cần thiết phải đầu tƣ cải tạo, nâng cấp mạng cáp quang .................. 71
3.3.2.3 Phân tích lựa chọn phƣơng án kỹ thuật và công nghệ .......................... 71
3.3.3 Triển khai DOCSIS 3.0 .............................................................................. 74
3.3.3.1 Giới thiệu tổng quan về DOCSIS......................................................... 74
3.3.3.2 DOCSIS 3.0 ........................................................................................ 79
3.3.3.3 Triển khai DOCSIS 3.0 ....................................................................... 82
3.4 Kết luận chƣơng 3 ............................................................................................ 86
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 87
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ...................................................... 88
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
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 bộ
BPON Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động băng rộng
Network
CATV Collective Antenna Television/ Truyền hình cáp hữu tuyến
Community Antenna
Television
CMTS Cable Modem Termination Hệ thống kết cuối modem cáp
System
CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm
CWDM Coarse Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bƣớc
Multiplexing sóng mật độ thấp
DHCP Dynamic Host Configuration Giao thức cấu hình địa chỉ Host
Protocol động
DF Delay Factor Độ trễ
DOCSIS Data Over Cable Service Chuẩn viễn thông quốc tế cho
Interface Specification phép truyền dữ liệu tốc độ cao
trên 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
DWDM 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
ETSI European Telecommunications Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Standard Institute 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 đƣợc chia của mạng CATV với đầy đủ thiết bị giống
nhƣ mô hình tổng thể.
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet
IPTVCD IPTV Cunsumer 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 Tổ chức viễn thông quốc tế về các
Telecommunications Union – tiêu chuẩn viễn thông
Telecommunication
LSR Label Switch Router Chuyển mạch nhãn
MDI Media Delivery Index Tham số truyền dữ liệu media
Middleware Các phần mềm chức năng hoặc dịch vụ liên kết các thành phần đặc
biệt (ví dụ nhƣ server các ứng dụng, VoD server và STB) và các
thành phần ứng dụng (ví dụ nhƣ giám sát truy cập có điều kiện, hệ
thống tính cƣớc và các dịch vụ tƣơng tác, ...)
MIB Base Information Management Cơ sở thông tin quản lý
MLR Media Loss Rate Tỷ lệ mất nội dung
MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về 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)
OC Optical Carrier Sóng mang quang
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 Mạng điện thoại chuyển mạch
Network công cộng
PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỷ lệ giữa tín hiệu và nhiễu
QAM Quadrature amplitude Điều chế biên độ trực giao
modulation
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 nhất mức dịch vụ
SNMP Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn giản
Protocol
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
STB Set Top Box Bộ giải mã
Streaming Phƣơng thức để phân phối video hoặc nội dung khác trên mạng
trong các luồng nối tiếp nhau theo một tỷ lệ phù hợp với tốc độ dữ
liệu đƣợc sử dụng bởi thiết bị hiển thị.
TCP/IP Transmission Control Protocol / Giao thức điều khiển vận chuyển
Internet Protocol trên nền 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
WRED Weight Random Early Kỹ thuật loại bỏ gói sớm ngẫu
Detection nhiên theo trọng số
DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Danh mục hình vẽ Trang
Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV 6
Hình 1.2 Các thành phần của cấu trúc chức năng hệ thống IPTV 7
Hình 1.3 Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet 19
Hình 1.4 Mạng HFC end-to-end 22
Hình 1.5 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF 24
Hình 1.6 Minh hoạ cho truyền dẫn Multicast 29
Hình 1.7 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 30
Hình 2.1 Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của ngƣời dùng 34
Hình 2.2 Mạng trƣớc và sau hội tụ 36
2.3 Ảnh hƣởng của tỉ lệ mất gói đối với tỉ lệ lỗi/mất khung MPEG 40
Hình 2.4 Mô hình MPQM 43
Hình 2.5 Mô hình V-factor 43
Hình 3.1 Hiện tƣợng bóng mờ trên TV analog Broadcast 51
Hình 3.2 Nguyên nhân xảy ra hiện tƣợng bóng mờ 51
Hình 3.3 Sơ đồ tổng quan mạng truyền hình cáp HFC VCTV 52
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống Master Head End VCTV 53
Hình 3.5 Băng tần theo chuẩn quốc tế 55
Hình 3.6 Băng tần hiện tại của VCTV 55
Hình 3.7 Phổ tần mạng cáp VCTV đo bằng máy phân tích phổ Techtronix 56
2714
Hình 3.8 Phổ tần kênh VTV3 56
Hình 3.9 Sơ đồ hệ thống IPTV triển khai tại VCTV 57
Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của delay trong 24 giờ 59
Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của băng thông trong 24 giờ 59
Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi của packet lost trong 24 giờ 59
Hình 3.13 Ảnh hƣởng giữa số client và băng thông (down) dịch vụ VoD 61
của đƣờng truyền
Hình 3.14 Ảnh hƣởng giữa số client và RAM (server) 61
Hình 3.15 Giao diện quản lý thiết bị của SNMP 62
Hình 3.16 Giao diện quan sát các thông số của CMTS 62
Hình 3.17 Giao diện quan sát các thông số của server (1) 63
Hình 3.18 Giao diện quan sát các thông số của server (2) 63
Hình 3.19 Các thành phần của IPTV 65
Hình 3.20 Băng thông của mạng truyền dẫn 67
Hình 3.21 Các loại trễ 68
Hình 3.22 Mất gói do tràn bộ đệm hàng đợi 68
Hình 3.23 Dải bƣớc sóng sử dụng cho viễn thông (1) 72
Hình 3.24 Dải bƣớc sóng sử dụng cho viễn thông (2) 72
Hình 3.25 Sơ đồ tổng quát đƣợc triển khai nâng cấp mạng 74
Hình 3.26 Kiến trúc DOCSIS 78
Hình 3.27 Cấp phát tần số động với DOCSIS 2.0 80
Hình 3.28 Cấp phát tần số động với DOCSIS 3 .0 80
Hình 3.29 Hệ thống vẫn tiếp tục hoạt động bình thƣờng nếu một thiết 81
bị hỏng
Hình 3.30 Tự động phát hiện và cô lập nhiễu hệ thống 81
Hình 3.31 DOCSIS 3.0 Channel Bonding 82
Hình 3.32 Cấu trúc Modular CMTS 83
Hình 3.33 Cấu trúc logic của Modular CMTS 83
Hình 3.34 Kiến trúc Modular CMTS 84
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Danh mục bảng biểu Trang
Bảng 1.1 Các dịch vụ IPTV 9
Bảng 1.2 So sánh các công nghệ DSL 18
Bảng 2.1 So sánh QoS và QoE 35
Bảng 2.2 Kiểu lƣu lƣợng và các vấn đề khi không thực thi QoS 37
Bảng 2.3 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã 44
MPEG-2
Bảng 2.4 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG- 44
4 AVC hay VC-1
Bảng 2.5 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-2 44
Bảng 2.6 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 45
AVC hay VC-1
Bảng 2.7 Chỉ tiêu thời gian tƣơng tác 45
Bảng 2.8 Chỉ tiêu đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng 45
Bảng 3.1 Kết quả đo lƣờng tham số tại server 60
Bảng 3.2 Bảng thống kê khách hàng trên các node thuộc vòng 1 70
Bảng 3.3 So sánh lƣu lƣợng các chuẩn DOCSIS 77
Bảng 3.4 So sánh tốc độ truyền các chuẩn DOCSIS 79
1
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăng trƣởng của dịch
vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấn to lớn đối
với lĩnh vực truyền hình. Tuy nhiên, trên thế giới đã xuất hiện một phƣơng thức cung
cấp dịch vụ mới đó là IPTV (Internet Protocol Television) dựa trên mạng viễn thông
băng thông rộng. IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tƣơng tác hơn, tạo nên sự
cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình.
Tại Việt Nam, hiện có nhiều nhà khai thác dịch vụ viễn thông lớn đang cạnh
tranh nhau nhằm cung cấp cho khách hàng các dịch vụ băng rộng với chất lƣợng cao
và giá rẻ. Họ cũng đã nhận ra xu hƣớng phát triển của truyền hình trực tuyến và video
theo yêu cầu, và đang có những bƣớc đi mạnh mẽ.
Tuy nhiên vấn đề khó khăn của các nhà cung cấp dịch vụ IPTV đó là đảm bảo
chất lƣợng dịch vụ cho nhu cầu càng cao về dịch vụ IPTV của khách hàng. Do đó các
nhà cung cấp dịch vụ đều tìm mọi cách để nâng cao chất lƣợng dịch vụ, chiếm đƣợc
lòng tin của khách hàng. Đề tài tập trung nghiên cứu, phân tích các yếu tố ảnh hƣởng
tới chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao chất lƣợng
dịch vụ, tập trung trên mạng Truyền hình Cáp HFC.
Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD
trên hạ tầng mạng Truyền hình Cáp HFC” hiện nay là đề tài hết sức thiết thực góp
phần thúc đẩy sự phát triển dịch vụ truyền hình Cáp tại Đài Truyền hình Việt Nam nói
riêng và các dịch vụ truyền hình trả tiền tại Việt Nam nói chung.
2. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của đề tài
Tổng quan về dịch vụ IPTV/VOD, các công nghệ triển khai IPTV trên mạng
viễn thông và mạng HFC.
Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng tới chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD, các tham số
đánh giá chất lƣợng, các tiêu chí đánh giá dịch vụ IPTV/VOD.
Giới thiệu Case Study về triển khai dịch vụ IPTV/VOD đang thực hiện tại
VCTV, kết quả đo kiểm các tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ đang hoạt
động. Đƣa ra nhận xét, so sánh, đánh giá. Sau đó đề xuất một số khuyến nghị,
giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD trên hạ tầng mạng Truyền
hình Cáp HFC.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu là dịch vụ IPTV/VOD trên mạng truyền hình Cáp
2
- Phạm vi nghiên cứu về không gian: Tập trung chính tại VCTV – Trung tâm Kỹ
thuật Truyền hình Cáp Việt Nam - Đài Truyền hình Việt Nam.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiên cứu là vận dụng một cách tổng hợp nhiều phƣơng pháp
nghiên cứu cơ bản nhƣ: Thống kê, tổng hợp và so sánh, đối chiếu và phân tích
5. Kết cấu luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, mục lục và danh mục tài liệu tham khảo, đề tài
đƣợc kết cấu thành 3 chƣơng:
- Chƣơng I: Tổng quan về IPTV, các công nghệ sử dụng trong IPTV.
- Chƣơng II: Đánh giá chất lƣợng dịch vụ IPTV.
- Chƣơng III: Các giải pháp nâng cao chất lƣợng dịch vụ IPTV/VOD trên
mạng Truyền hình cáp HFC.
3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ IPTV, CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG IPTV
1.1. Giới thiệu IPTV
1.1.1 Khái niệm IPTV
IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television - truyền hình qua
giao thức Internet. Thực chất tất cả các tên gọi đều đƣợc sử dụng để nói đến việc phân
phối truyền hình băng rộng chất lƣợng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo
yêu cầu trên một mạng băng rộng. IPTV là một định nghĩa chung cho việc áp dụng để
phân phối các kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, và nội dung video theo yêu
cầu trên một mạng riêng. Từ góc nhìn của ngƣời sử dụng thì IPTV chỉ hoạt động nhƣ
một chuẩn dịch vụ truyền hình trả tiền. Từ góc nhìn của nhà cung cấp thì IPTV bao
gồm việc thu nhận, xử lý và phân phối chính xác nội dung truyền hình tới thuê bao
thông qua một hạ tầng mạng sử dụng IP. Theo định nghĩa đƣợc đƣa ra bởi Liên minh
viễn thông quốc tế tập trung vào nhóm IPTV thì IPTV là các dịch vụ đa phƣơng tiện
(ví dụ nhƣ dữ liệu truyền hình, video, âm thanh, văn bản, đồ họa) đƣợc phân phối trên
một mạng IP có sự quản lý để cung cấp các mức yêu cầu về chất lƣợng của dịch vụ, an
toàn, có tính tƣơng tác và tin cậy.
Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng
vƣợt trội hơn khả năng của bất kì cơ chế phân phối truyền hình nào khác. Ví dụ, Set –
Top Box IPTV có thể thông qua phần mềm để cho phép xem đồng thời 4 chƣơng trình
truyền hình trên màn hiển thị, hay có thể nhận tin nhắn SMS, E – mail…
1.1.2 Đặc trƣng của IPTV
IPTV có một số điểm đặc trƣng sau:
 Hỗ trợ truyền hình tương tác: khả năng của hệ thống IPTV cho phép các nhà
cung cấp dịch vụ phân phối đầy đủ các ứng dụng của truyền hình tƣơng tác. Các dạng
dịch vụ IPTV có thể đƣợc phân phối bao gồm chuẩn truyền hình trực tiếp, truyền hình
hình ảnh chất lƣợng cao HDTV (High Definition Television), các trò chơi tƣơng tác và
truy cập Internet tốc độ cao.
 Dịch thời gian: IPTV kết hợp với một bộ ghi hình video số cho phép dịch
chuyển thời gian để xem nội dung chƣơng trình, đây là một kỹ thuật ghi hình và lƣu
trữ nội dung để có thể xem lại sau.
 Tính cá nhân: một hệ thống IPTV end-to-end hỗ trợ thông tin có tính hai chiều
và cho phép các user xem các chƣơng trình theo sở thích, thói quen…Hay cụ thể hơn
là cho các user xem cái gì họ muốn vào bất kỳ lúc nào.
4
 Yêu cầu băng thông thấp: để thay thế cho việc phân phối mọi kênh cho mọi
user, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ phân phối các kênh mà
user đã yêu cầu. Đây là đặc điểm hấp dẫn cho phép các nhà khai thác mạng bảo toàn
đƣợc băng thông của họ.
 Nhiều thiết bị có thể sử dụng được: việc xem nội dung IPTV không giới hạn
cho Tivi. Khách hàng có thể sử dụng PC của họ và các thiết bị di động để truy cập các
dịch vụ IPTV.
1.1.3 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet
Do đều đƣợc truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, ngƣời ta đôi lúc hay nhầm
IPTV là truyền hình Internet. Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau:
 Các nền khác nhau:
Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phát các nội
dung video tới ngƣời sử dụng cuối.
IPTV sử dụng mạng riêng bảo mật để truyền các nội dung video đến khách
hàng. Các mạng riêng này thƣờng đƣợc tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ
IPTV.
 Về mặt địa lí:
Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không cho
phép ngƣời sử dụng Internet truy cập. Các mạng này chỉ giới hạn trong các khu vực
địa lí cố định.
Trong khi, mạng Internet không có giới hạn về mặt địa lí, ngƣời dùng Interet
nào cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kì đâu trên thế giới.
 Quyền sở hữu hạ tầng mạng:
Khi nội dung video đƣợc gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng
giao thức Internet, nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển trong các
mạng khác nhau trên mạng Internet công cộng. Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ
truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lƣợng truyền hình nhƣ với
truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền hình vệ tinh. Thực tế là các nội dung
video truyền qua mạng Internet khi hiển thị trên màn hình TV có thể bị giật và chất
lƣợng hình ảnh thấp.
Trong khi, IPTV chỉ đƣợc phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp
dịch vụ. Do đó ngƣời vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh
với chất lƣợng cao.
 Cơ chế truy cập:
Một Set-Top Box số thƣờng đƣợc sử dụng để truy cập và giải mã nội dung
video đƣợc phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC thƣờng đƣợc sử dụng để truy
5
cập các dịch vụ Internet. Các loại phần mềm đƣợc sử dụng trong PC thƣờng phụ thuộc
vào loại nội dung truyền hình Internet. Ví dụ nhƣ, để download các chƣơng trình TV
từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm media cần thiết để xem
đƣợc nội dung đó. Hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy cập.
 Giá thành:
Nội dung chƣơng trình đƣợc phân phát qua mạng Internet công cộng tự do thay
đổi. Điều này khiến các công ty truyền thông đƣa ra các loại dịch vụ dựa trên mức giá
thành. Giá thành các loại dịch vụ IPTV cũng gần giống với mức phí hàng tháng của
truyền hình truyền thống. Các nhà phân tích mong rằng truyền hình Internet và IPTV
có thể hợp lại thành một loại hình dịch vụ giải trí.
1.1.4 Ƣu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV
Truyền hình số đƣợc định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu liên tục có
tốc độ bit không đổi, thƣờng hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu đƣợc truyền đều
phục vụ cho mục đích truyền hình. Trái với truyền hình, mạng IP truyền những loại dữ
liệu khác nhau từ rất nhiều nguồn trên một kênh chung, bao gồm thứ điện tử, trang
web, tín nhắn trực tiếp, tiếng nói qua IP (VoIP) mà nhiều loại dữ liệu khác. Để truyền
đồng thời những dữ liệu này, Mạng Internet phân thông tin thành các gói. Nhƣ vậy, rõ
ràng là IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn hảo (lý tƣởng) về công
nghệ.
Mặc dù không tƣơng thích về căn bản, nhƣng thị trƣờng IPTV vẫn bùng nổ.
Vậy lý do tại sao lại chọn các mạng dựa trên IP để truyền tín hiệu truyền hình? Câu trả
lời cho câu hỏi này có thể tóm tắt thành năm điểm sau:
Mạng IP băng rộng đã vƣơn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nƣớc, các nhà cung
cấp dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát các dịch vụ truyền
hình mà không cần xây dựng hệ thông mạng riêng của họ.
IP có thể đơn giản công việc phát các dịch vụ truyền hình mới, nhƣ là chƣơng
trình tƣơng tác, truyền hình theo yêu cầu…
Giá thành của mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị đƣợc sản xuất mỗi năm rất
lớn và sự tồn tại của các chuẩn trên toàn thế giới.
Mạng IP có mặt trên toàn thế giới, và số ngƣời dùng mạng Internet tốc độ cao
tiếp tục tăng rất nhanh.
IP là công nghệ hoàn hảo cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sự trao đổi
dữ liệu, mạng cục bộ, chia sẻ tệp tin, lƣớt web và nhiều nhiều nữa…
IP cung cấp cơ chế để định hƣớng truyền gói giữa các thiết bị đƣợc liên kết
trong mạng. IP là một giao thức phổ biến đƣợc sử dụng khắp các mạng Internet và
hàng triệu các mạng khác có sử dụng IP. Không có IP, mọi việc sẽ hỗn loạn bởi vì
không có cách nào để một thiết bị gửi dữ liệu một cách riêng biệt tới một thiết bị khác.
6
Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem
truyền hình hiện đại sẽ rất khác so với xem truyền hình trƣớc đây. Các tín hiệu truyền
hình bây giờ không khác gì những dữ liệu khác. Nhờ đó, ngoài các kênh truyền hình
quảng bá truyền thống, chúng ta sẽ có thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tƣơng
tác để thỏa mãn nhu cầu của từng ngƣời.
1.1.5 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV
1.1.5.1 Sơ đồ mạng IPTV
Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV điển hình đƣợc minh họa ở hình vẽ
dƣới đây:
Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV
(i) Headend - Trung tâm dữ liệu IPTV
Cũng đƣợc biết đến là ―đầu cuối - headend‖. Trung tâm dữ liệu IPTV nhận nội
dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phƣơng, các nhà tập hợp nội
dung, nhà sản xuất, qua đƣờng cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận đƣợc
nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau nhƣ thiết bị mã hóa, các máy
chủ video, bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật dành riêng đƣợc sử dụng để chuẩn bị
nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP. Thêm vào đó, hệ thống quản
lý thuê bao đƣợc yêu cầu để quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những ngƣời sử dụng.
(ii) Mạng truyền dẫn băng thông rộng
Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm – điểm. Trong trƣờng hợp
triển khai IPTV trên diện rộng, số lƣợng các kết nối điểm – điểm tăng đáng kể và yêu
cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng. Sự tiến bộ trong công nghệ mạng
trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn một lƣợng
lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng. Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục
lai cáp quang và các mạng viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội
dung IPTV.
7
(iii) Thiết bị người dùng IPTV
Thiết bị ngƣời dùng IPTV (IPTVCD) là thành phần quan trọng trong việc cho
phép mọi ngƣời có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV. Thiết bị này kết nối vào mạng
băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên IP gửi đến. Thiết bị
ngƣời dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh
hƣởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung IPTV.
(iv) Mạng gia đình
Mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kĩ thuật số bên trong một diện tích
nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên (các thiết bị) kĩ thuật
số đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là để cung
cấp việc truy cập thông tin, nhƣ là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những
thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình, ngƣời dùng có thể tiết kiệm tiền và
thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi nhƣ là máy in và máy scan, cũng nhƣ kết nối
Internet băng rộng, có thể đƣợc chia sẻ một cách dễ dàng.
1.1.5.2 Cấu trúc chức năng dịch vụ IPTV
Một mạng IPTV có thể bao gồm nhiều thành phần cơ bản, nó cung cấp một cấu
trúc chức năng cho phép phân biệt và chuyên môn hoá các nhiệm vụ. Hình 1.2 trình
bày sáu thành phần chính của cấu trúc chức năng đƣợc tạo thành bởi các chức năng
sau: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển IPTV, truyền dẫn IPTV, thuê
bao và bảo an.
Hình 1.2 Các thành phần cấu trúc chức năng hệ thống IPTV
8
(i) Cung cấp nội dung
Tất cả nội dung đƣợc sử dụng bởi dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyền hình
quảng bá sẽ phải thông qua chức năng cung cấp nội dung, ở đó các chức năng tiếp
nhận, chuyển mã và mã hóa sẽ tạo nên các luồng video số có khả năng đƣợc phân phối
qua mạng IP.
(ii) Phân phối nội dung
Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân
phối nội dung đã đƣợc mã hoá tới thuê bao. Thông tin nhận từ các chức năng vận
chuyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê bao một cách chính
xác. Chức năng phân phối nội dung sẽ bao gồm cả việc lƣu trữ các bản copy của nội
dung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lƣu trữ tạm thời (cache) cho VoD và các
bản ghi video cá nhân. Khi chức năng thuê bao liên lạc với chức năng điều khiển IPTV
để yêu cầu nội dung đặc biệt, thì nó sẽ gửi tới chức năng phân phối nội dung để có
đƣợc quyền truy cập nội dung.
(iii) Điều khiển IPTV
Các chức năng điều khiển IPTV là trái tim của dịch vụ. Chúng chịu trách nhiệm
về việc liên kết tất cả các chức năng khác và đảm bảo dịch vụ hoạt động ở cấp độ thích
hợp để thoả mãn nhu cầu của khách hàng. Chức năng điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ
thuê bao, liên lạc với chức năng phân phối và vận chuyển nội dung để đảm bảo nội
dung đƣợc phân phối tới thuê bao. Một chức năng khác của điều khiển IPTV là cung
cấp hƣớng dẫn chƣơng trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG đƣợc thuê
bao sử dụng để chọn nội dung theo nhu cầu. Chức năng điều khiển IPTV cũng sẽ chịu
trách nhiệm về quản lý quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) đƣợc
yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nội dung.
(iv) Chức năng vận chuyển IPTV
Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao đƣợc chấp nhận, chức năng vận chuyển
IPTV sẽ chịu trách nhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao, và cũng thực hiện truyền
ngƣợc lại các tƣơng tác từ thuê bao tới chức năng điều khiển IPTV.
(v) Chức năng thuê bao
Chức năng thuê bao bao gồm nhiều thành phần và nhiều hoạt động khác nhau,
tất cả đều đƣợc sử dụng bởi thuê bao để truy cập nội dung IPTV. Một số thành phần
chịu trách nhiệm liên lạc thông tin với chức năng truyền dẫn, ví dụ nhƣ truy cập
getway kết nối với DSLAM, hay trình STB sử dụng trình duyệt web để kết nối với
Middleware server. Trong chức năng này, STB lƣu trữ một số các thành phần quan
trọng nhƣ các key DRM và thông tin xác thực user. Khối chức năng thuê bao sẽ sử
dụng EPG cho phép khách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập và yêu cầu nó từ các
9
chức năng điều khiển IPTV. Nó cũng nhận các giấy phép số và các key DRM để truy
cập nội dung.
(vi) Chức năng bảo mật
Tất cả các chức năng trong mô hình IPTV đều đƣợc hỗ trợ các cơ chế bảo an tại
các cấp độ khác nhau. Chức năng cung cấp nội dung sẽ có bộ phận mật mã đƣợc cung
cấp bởi nhà cung cấp nội dung. Chức năng phân phối nội dung sẽ đƣợc đảm bảo thông
qua việc sử dụng DRM. Các chức năng điều khiển và vận chuyển sẽ dựa vào các
chuẩn bảo an để tránh các thuê bao không đƣợc xác thực có quyền sửa đổi và truy cập
nội dung. Chức năng thuê bao sẽ bị giới hạn sử dụng các cơ chế bảo an đƣợc triển khai
tại STB và Middleware server. Tóm lại, tất cả các ứng dụng và các hệ thống hoạt động
trong môi trƣờng IPTV sẽ có các cơ chế bảo an luôn sẵn sàng đƣợc sử dụng để trách
các hoạt động trái phép.
1.1.6 Các dịch vụ IPTV
IPTV không chỉ đơn thuần là IP video. Trên thực tế, các nhà khai thác viễn
thông đang tập trung vào dịch vụ này để tạo ra sự khác biệt của dịch vụ họ cung cấp
với các dịch vụ mà các nhà khai thác mạng truyền hình cáp hay vệ tinh cung cấp. Tất
cả các lựa chọn cấu trúc và công nghệ cơ sở tập trung vào việc phân phối nhiều loại
dịch vụ video theo yêu cầu và video quảng bá, nhƣng với kinh nghiệm về các dịch vụ
thoại và số liệu tốc độ cao cho phép các nhà khai thác viễn thông cung cấp cho khách
hàng các dịch vụ tích hợp bổ xung là một phần của gói dịch vụ IPTV lớn.
Các dịch vụ chính thƣờng đƣợc triển khai trƣớc là dịch vụ video theo yêu cầu
và video quảng bá, tuy nhiên các nhà khai thác viễn thông đều có kế hoạch bổ sung
các dịch vụ này với các dịch vụ trò chơi, quảng cáo, âm thanh, thông tin… Điều cần
biết là định nghĩa và phạm vi của các dịch vụ này sẽ liên tục đƣợc phát triển theo thời
gian.
Bảng 1.1 dƣới đây mô tả tổng quan các loại dịch vụ IPTV khác nhau hiện đang
đƣợc triển khai [4,12].
Bảng 1.1 Các dịch vụ IPTV
Live TV Entertainment
 Digital TV  Gaming
 Premium TV  Gambling
 Pay-per-view  Karaoke
 Near video-on-demand  Internet TV
 Program guide
Stored TV Commerce
10
 Video on demand  Telecomerce
 Subscription VoD  Targeted/interactive advesting
 Time-dhifting PRV
 Network PVR
Communictaion ASP
 Residental VoIP portal  Distance learning
 SMS/MMS mesaging  Home automation portal
 Instant messaging  Converged services
 Mobile services portal  Hospitality
 Video conferencing
 Emergency alert system
1.1.6.1 Các dịch vụ video IPTV
Các dịch vụ IPTV video có thể phân thành hai nhóm: phát quảng bá và phát
theo yêu cầu.
a) Các dịch vụ video quảng bá
Về cơ bản, các dịch vụ video quảng bá không khác gì so với các dịch vụ video
mà các nhà khai thác truyền hình cáp, vệ tinh, mặt đất cung cấp ngày nay. Điều này
góp phần tạo thành tiêu chuẩn đối với dịch vụ TV, không kể đến các cơ chế truyền tải:
lai cáp đồng/quang, DSL hay FTTx…Các kênh video quảng bá bao gồm các kênh
truyền hình quốc gia, địa phƣơng và các kênh trả tiền (nhƣ HBO).
Số các kênh quảng bá khu vực có thể thay đổi theo thị trƣờng, các kênh này
thƣờng hỗ trợ các phiên bản theo khu vực của các mạng gốc (ABC, CBS, NBC và
Fox..). Một số trong các kênh quảng bá có định dạng độ phân giải cao (HD), điều đó có
nghĩa các nhà khai thác viễn thông có thể cung cấp cho khách hàng cả hai loại kênh
quảng bá tiêu chuẩn (SD) và độ phân giải cao (HD). Một phần nội dung quảng bá có
thể đƣợc lƣu lại trong mạng và sử dụng sau đó.
b) Các dịch vụ video lưu trữ
Các dịch vụ video lƣu trữ có nhiều dạng và là nền tảng để phân biệt với các nội
dung video khác đƣợc truyền tải qua các mạng IP. Nội dung video lƣu trữ đáp ứng
đƣợc nhiều các sở thích khác nhau của ngƣời xem. Tùy theo vị trí lƣu trữ, khách hàng
có thể tận dụng đƣợc các ƣu điểm của nội dung video lƣu tại thiết bị khách hàng hoặc
mạng để điều khiển một các linh hoạt khi sử dụng dịch vụ nhƣ: tua nhanh, tua ngƣợc,
tạm dừng... nhƣ khi họ sử dụng VCDs/DVDs. Nội dung video lƣu trữ là động lực
chính thúc đẩy sự phát triển phần mềm lớp dịch vụ trong các mạng IPTV cũng nhƣ các
tùy chọn của Set-Top Box. Các tùy chọn nội dung video lƣu trữ bao gồm: