HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
PHAN ĐÌNH TRUNG
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG
DỊCH VỤ IPTV
Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
Mã số: 60.52.02.08
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 6 năm 2014
Học viên
Phan Đình Trung
Mục Lục
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AG
AAC
ACM
ADSL
Adaptation gateway
Advanced Audio Coding
Admission Control Mechanism
Asymmetrical Digital Subcriber Line
Cổng thích nghi
Mã hóa audio nâng cao
Cơ chế kiểm soát truy cập
Đường dây thuê bao số bất
đối xứng
CA
CS
Digital Right Management
Digital Subcriber Line
Quản lý quyền sử dụng số
Đường dây thuê bao số
DVB
DVR
DSCP
DTLS
DSLAM
Digital Video Broadcast
Digital Video Recoder
Difference Services Code Point
Logical Link Identifier
Digital Subscriber Line Access
Multiplexer
Tổ chức quảng bá video số
Thiết bị ghi video số
Mã điểm phân biệt dịch vụ
Giá trị chứng thực liên kết
logic
Thiết bị ghép kênh đường
dây thuê bao số
ECN
EPG
Explicit Congestion Notification
Electronic Program Guide
Cảnh báo lỗi
Hướng dẫn chương trình
điện tử
FEC
Internet
Biến động trễ gói tin
Tỉ lệ lỗi gói tin IP
Tỉ lệ tổn thất gói IP
Tỉ lệ sắp xếp lại gói IP
Trễ lan truyền gói tin IP
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình dựa trên giao
thức Internet
IPTVCD IPTV Consumer Device Thiết bị IPTV của khách
hàng
IPTVC
M
IPTV Communications Model Mô hình thông tin IPTV
ISP
ITU –T
LLQ
LLID
Internet Service Provider
International Telecommunication
Union–Telecommunication
Standardization Sector
Low Los Queue
Logical Link Identifier
Nhà cung cấp dịch vụ
Internet
Tiêu chuẩn ngành viễn thông
thuộc Tổ chức viễn thông
quốc tế
Hàng đợi tổn thất thấp
Giá trị chứng thực liên kết
Reservation Request Messages
Request For Comment
Tỉ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu
Chất lượng trải nghiệm
Chất lượng dịch vụ
Loại bỏ gói ngẫu nhiên
Bản tin yêu cầu chiếm dụng
Yêu cầu bình luận
RTSP
SLS
STB
SDTV
SLNP
TS
Real Time Streaming Protocol
Service Level Specification
Set Top Box
Standard Definition Television
Service Level Negotiation Protocol
Transport Stream
Giao thức điều khiển luồng
thời gian thực
Thông số kỹ thuật cấp dịch
vụ
Thiết bị thu nhận giải mã nội
dung
Truyền hình định dạng tiêu
chuẩn
Giao thức đàm phán mức độ
dịch vụ
32
2.7 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-2 33
2.8 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 AVC
hay VC-1
33
2.9 Chỉ tiêu thời gian tương tác 34
2.10 Chỉ tiêu đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng 34
2.11 Các tham số đo lường chất lượng end-to-end 36
2.12 Các tham số đo lường chất lượng mạng IP 38
3.1 Các thông số kỹ thuật cấp dịch vụ cho IPTV 53
3.2 Thông số mô phỏng 67
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số
hiệu
hình
vẽ
Tên hình vẽ Trang
1.1 Hai cách triển khai dịch vụ 4
1.2 Mô hình tổng quát hệ thống IPTV 5
1.3 Mô hình truyền thông IPTV 9
1.4 Cấu trúc dòng cơ bản (Elementary stream) với kỹ thuật nén H.264 10
1.5 Cấu trúc gói PES 10
1.6 MPEG-TS 11
1.7 Cấu trúc dòng MPEG-TS tổng hợp 11
1.8 Đóng gói MPEG/RTP/UDP/IP 12
2.1 Các quan điểm QoS 20
2.2 Mô hình các nhóm QoS dịch vụ 22
2.3 Mô hình tham chiếu QoS NI – NI (ITU-T Y.1514) 22
2.4 Mô hình triển khai QoS trên NGN 27
2.5 Xử lý QoS tại miền IP core 30
3.27 Các loại trễ 62
3.28 Mất gói do tràn bộ đệm hàng đợi 63
3.29 (a) Hoạt động của ONU; (b) Hoạt động của OLT; (c) Thuật toán
dừng phát quảng bá
64
3.30 Băng thông sử dụng 67
3.31 (a) Gói tin bị mất; (b) Độ dài xếp hàng 67
3.32 Sơ đồ khối của cấu hình hệ thống 68
MỞ ĐẦU
Hiện tại, Việt Nam có khoảng gần 1 triệu thuê bao IPTV của 4 nhà cung cấp
là VNPT, Viettel, FPT và VTC. Xét về mặt công nghệ thì IPTV có khả năng mang
lại nhiều tiện ích cho khách hàng hơn là dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh
hay truyền hình số mặt đất. Lợi thế mạnh nhất của IPTV là tính năng tương tác,
cung cấp dịch vụ theo yêu cầu của từng cá nhân. Bên cạnh đó, các nội dung chương
trình không bị đóng khung, người xem có thể lưu trữ chương trình yêu thích và xem
lại bất cứ lúc nào. Về lâu dài, IPTV còn có thể cho phép khán giả xem qua nhiều
thiết bị đầu cuối như ti vi, điện thoại di động hay máy tính bảng.
Song hạn chế lớn nhất của IPTV là phải cung cấp trên hạ tầng Internet. Đồng
thời IPTV còn đòi hỏi khắt khe về đường truyền, hạ tầng truyền dẫn phải có băng
thông rộng (xem các kênh HD đường truyền phải từ 10 Mb trở lên). Do đó, để IPTV
có chất lượng cao nhà cung cấp dịch vụ phải có hạ tầng cố định rất tốt.
Vì vậy khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS) trên nền mạng IP được các nhà cung
cấp, khai thác dịch vụ mạng quan tâm. Qos cũng chính là động lực thúc đẩy mạnh mẽ sự
đầu tư của các nhà khai thác dịch vụ viễn thông hướng tới các giải pháp có tính ổn định
và hiệu quả nhằm đảm bảo chất lượng cho các dịch vụ qua mạng.
QoS là số đo chất lượng tại mức gói xét từ khía cạnh mạng. QoS còn liên
quan đến tập hợp các công nghệ (các cơ chế QoS) cho phép nhà quản lý mạng kiểm
soát các tác động của tắc nghẽn đối với chất lượng ứng dụng cũng như sắp xếp các
dịch vụ phân biệt thành các luồng lưu lượng mạng xác định hoặc cho đối tượng sử
dụng đã được lựa chọn. Các số đo QoS có thể bao gồm các số đo lớp mạng như tỉ lệ
Sự kết hợp giữa IP và TV có thể được hiểu là dùng mạng băng rộng IP để
truyền tín hiệu hình ảnh và âm thanh đến người xem. Tuy nhiên, IPTV không dùng để
chỉ tất cả các dịch vụ truyền hình ảnh và âm thanh qua mạng IP. IPTV chỉ được hiểu là
các dịch vụ truyền video qua mạng IP được quản lý, không bao gồm các dịch vụ video
dựa trên mạng Internet mở (thường được biết đến như TV online hay video online).
IPTV được định nghĩa là dịch vụ truyền hình số được cung cấp thông qua
mạng Internet băng rộng được quản lý về chất lượng.
Thay vì nhận tín hiệu truyền hình theo kiểu truyền thống hoặc tín hiệu vệ
tinh hoặc qua cáp, IPTV cho phép TV được kết nối trực tiếp vào đường mạng
Internet của gia đình thu tín hiệu. Có thể thấy dịch vụ truyền hình đã được tích hợp
trực tiếp với dịch vụ kết nối mạng Internet.
Hiện có hai phương pháp chính thu tín hiệu truyền hình Internet. Thứ nhất,
sử dụng máy tính kết nối với dịch vụ truyền hình IPTV để nhận tín hiệu sau đó
chuyển đổi thành tín hiệu truyền hình truyền thống trên những chiếc TV chuẩn. Thứ
hai, sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu (Set Top Box - STB). Thực chất bộ chuyển
đổi tín hiệu này cũng chỉ đóng vai trò như một chiếc PC như ở phương pháp thứ
Internet
Head end
Mạng lõi
Set-top-box
Triển khai kiểu truyền thống Triển khai IPTV
nhất. Cùng với sự phát triển của công nghệ chắc chắn sẽ có những sản phẩm TV có
thể kết nối và thu nhận tín hiệu truyền hình trực tiếp từ đường truyền Internet
Hình 1.1: Hai cách triển khai dịch vụ
1.1.1. Nguyên tắc hoạt động
Trong các hệ thống quảng bá tiêu chuẩn, tất cả các kênh quảng bá thông
thường (ví dụ, CNN, HBO,…) được phân phối đến STB tại nhà (qua cáp, vệ tinh
hoặc không trung). Có thể có đến hàng trăm kênh, tất cả đều được phân phối đồng
thời. STB chỉnh đến kênh yêu cầu theo lệnh điều khiển từ xa của khách hàng. Do sự
điều chỉnh cục bộ này, sự chuyển kênh diễn ra gần như ngay lập tức.
thường bao gồm: Mạng nội dung, mạng truyền dẫn, mạng gia đình và mạng quản
lý. Tuy nhiên, đây chỉ là mô hình tổng quát ở cấp cao, thực tế, về chi tiết, các hệ
thống IPTV và giải pháp mạng của các nhà sản xuất khác nhau có đặc tính riêng
biệt khác nhau và phức tạp.
1.2.1.1. Mạng nội dung
Giống như những hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh, dịch vụ
IPTV yêu cầu đầu cuối cung cấp nội dung, nơi mà các kênh truyền hình trực tuyến
(broadcast TV) và các nội dung VoD (phim ảnh, ca nhạc…) được thu lại, định dạng
để sau đó phân phối qua mạng IP. Thông thường, đầu cuối video (Video Headend)
thu các chương trình live TV, VoD từ vệ tinh, truyền hình cáp, hoặc từ các nhà phân
phối tập trung… Một vài chương trình cũng có thể được thu của các đài truyền hình
quảng bá mặt đất.
Đầu cuối video thu các kênh truyền hình, mã hóa định dạng video số. Nén tín
hiệu số sử dụng các kỹ thuật nén thường dùng cho video: MPEG-2, MPEG-4…Sau
đó, đóng gói và truyền qua mạng IP.
Dữ liệu từ các video-headend cùng với một số chương trình khác (phim,
nhạc…) cũng được chuyển vào VoD server để phục vụ cho dịch vụ VoD.
1.2.1.2. Mạng truyền tải
Mạng truyền tải là mạng băng rộng IP, các luồng dữ liệu có thể được truyền
bằng phương thức chuyển đa hướng (multicast) cũng có thể chuyển theo phương
thức đơn kênh (unicast).
a. Mạng lõi/biên của nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider Core/Edge
Network):
Các luồng video số đã mã hóa được truyền qua mạng IP của các nhà cung
cấp dịch vụ. Hiện nay, mạng lõi thường dùng kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) còn mạng biên thường là mạng đô thị
MAN-E (Metro Access Network – Ethenet)
b. Mạng truy nhập:
Mạng truy nhập là mạng từ biên của nhà cung cấp dịch vụ đến nhà khách
hàng. Mạng truy nhập băng rộng có thể được xây dựng bằng các công nghệ khác
đánh cấp nội dung IPTV.
- Quản lý VoD: Cho phép quản lý việc sử dụng các dịch vụ VoD.
- Tính cước: Cho phép tính cước dịch vụ, đây là một vấn đề khá phức tạp vì
IPTV là một hệ thống đa dịch vụ.
1.2.2. Phương thức truyền dữ liệu IPTV
Dữ liệu của dịch vụ IPTV được truyền dưới theo 2 hình thức: Multicast cho
Live TV và unicast cho VoD và các dịch vụ giá trị gia tăng khác.
Các dịch vụ video của IPTV chủ yếu sử dụng giao thức dữ liệu người dùng
(UDP – User Datagram Protocol) kết hợp với giao thức truyền tải thời gian thực
RTP/RTCP (Real time Transport Protocol/ Real time Transport Control Protocol).
1.2.2.1. Multicast
Multicast là phương thức chủ yếu để truyền các chương trình truyền hình
trực tiếp LiveTV, Multicast là giao thức truyền một tín hiệu đến nhiều người nhận
cùng một lúc có chọn lựa. Dùng multicast có thể tiết kiệm băng thông so với dùng
unicast hoặc broadcast.
Đối với multicast, các máy thu cùng muốn nhận một dữ liệu sẽ tham gia vào
1 nhóm multicast (mỗi nhóm được xác định bằng 1 địa chỉ IP lớp D). Máy thu dùng
bản tin IGMP đến bộ định tuyến để yêu cầu tham gia 1 nhóm.
Dựa vào các nhóm đó, các bộ định tuyến trên mạng sẽ chạy các giao thức
multicast (DVMRP – Distance Vector Multicast Routing Protocol, PIM – Protocol
Independent Multicast, MOSPF – Multicast Open Shortest-Path First, CBT – Core
Based Trees, MBGP – Multiprotocol BGP Extenssions for IP Multicast, MSDP -
Multicast Source Discovery Protocol) để đưa dữ liệu đến máy thu.
Nguồn multicast có nhiệm vụ thiết lập các phiên, các nhóm và quảng bá
nhóm đến máy thu.
1.2.2.2. Unicast
Unicast thông thường được sử dụng để truyền dữ liệu VoD và các dịch vụ
giá trị gia tăng. Unicast là phương thức truyền tín hiệu từ từ một máy thu đến một
máy phát. Đối với IPTV, các kênh unicast chủ yếu là từ video server đến người
dùng. Việc truyền unicast video rất tốn tài nguyên mạng. Do đó, khi IPTV vào giai
dữ liệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS.
Hình 1.6: MPEG-TS
Các gói ở lớp này có thể bao gồm cả dữ liệu video, audio và các dữ liệu khác
liên quan, tuy nhiên, mỗi gói chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu duy nhất.
Trong một số trường hợp, đóng gói ở lớp này có thể được bỏ qua vì giao
thức RTP cũng hỗ trợ việc đóng gói và truyền trực tiếp các PES. Sử dụng phương
pháp đóng gói RTP trực tiếp có thể cắt giảm lưu lượng dư thừa và đang được
nghiên cứu phát triển. Tuy nhiên, đóng gói MPEG-TS thông dụng hơn và tương
thích với hầu hết các hệ thống giải mã video.
Hình 1.7: Cấu trúc dòng MPEG-TS tổng hợp
1.2.3.5. Đóng gói ở các lớp thấp hơn
Các TS phải tiếp tục được đóng gói để có thể truyền qua mạng IP. RTP là
một giao thức tùy chọn ở lớp truyền vận, gói tin có thề được đóng gói RTP/UDP
hoặc chỉ đóng gói UDP.
Hình 1.8: Đóng gói MPEG/RTP/UDP/IP
1.3. Đặc điểm của IPTV
1.3.1. Một số đặc điểm của IPTV
- Hỗ trợ truyền hình tương tác: Các khả năng hoạt động hai chiều của hệ
thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra một số lượng lớn các ứng dụng
truyền hình tương tác. Các loại hình dịch vụ được phân phối qua dịch vụ IPTV có
thể bao gồm truyền hình trực tiếp tiêu chuẩn, truyền hình HDTV, các trò chơi trực
tuyến, và kết nối Internet tốc độ cao.
- Không phụ thuộc thời gian: IPTV khi kết hợp với máy thu video số cho
phép tạo chương trình nội dung không phụ thuộc thời gian bằng cơ chế ghi và lưu
lại nội dung IPTV và sau đó có thể xem lại.
- Tăng tính cá nhân: Hệ thống IPTV từ đầu cuối-đến-đầu cuối hỗ trợ thông
tin hai chiều và cho phép các đối tượng sử dụng lựa chọn và thiết lập việc xem TV
theo sở thích riêng như chương trình và thời gian xem ưa thích.
- Yêu cầu về băng thông thấp: Thay vì phải truyền tải tất cả các kênh cho mọi
đối tượng sử dụng, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ cần phải
mạng giải trí gia đình hoàn hảo.
- Video theo yêu cầu VoD: VoD cho phép người xem có thể yêu cầu xem bất
kỳ một chương trình truyền hình nào đó mà họ ưa thích. Ví dụ, người xem muốn
xem một bộ phim đã có cách đây vài năm thì chỉ cần thực hiện tìm kiếm và dành
thời gian để xem hoặc ghi ra đĩa xem sau.
- Truyền hình chất lượng cao HD: Xu hướng nội dung chất lượng cao hiện
đã hiển hiện thực tế. Nhờ kết nối băng thông rộng nên có thể nói chỉ trong tương lai
không xa IPTV sẽ chỉ phát truyền hình chất lượng cao. Điều này đồng nghĩa với
các chương trình có chất lượng hình ảnh và âm thanh cao.
1.3.3. Thách thức cho dịch vụ IPTV
- Gian lận truy cập: Tình huống này xảy ra khi một cá nhân sử dụng kĩ xảo để
phá vỡ các cơ chế truy cập thông thường nhằm tăng lượng truy cập trái phép đến nội
dung truyền hình mà không phải trả tiền hoặc gia tăng thêm sự cho phép truy cập.
- Quảng bá trái phép: Nội dung IPTV được phân phối theo định dạng số,
làm đơn giản hoá công việc của một cá nhân nào đó muốn sao chép hoặc quảng bá
nội dung. Với các trạm quảng bá đặt tại từng PC, các hacker sẽ có thể phân phối lại
nội dung đến các máy tính khác trên toàn thế giới; một số trường hợp phổ biến là
các cá nhân phát lại một số sự kiện thể thao nhiều người ưa thích và thu tiền như
một hình thức thương mại. Các mạng P2P giúp cho việc quảng bá nội dung dễ dàng
hơn, từ đó gây khó khăn cho mô hình kinh doanh IPTV.
- Lỗi hỏng truy cập: Nếu một cá nhân phá hoại cơ sở hạ tầng hoặc một trong
các thành phần dịch vụ, thì các khách hàng sẽ không truy cập được dịch vụ, làm cho
uy tín dịch vụ sụt giảm. Do đó, an ninh và độ tin cậy là hai yếu tố bắt buộc để đảm
bảo dịch vụ luôn sẵn sàng hoạt động và mọi sự cố sẽ được nhanh chóng xử lý.
- Lỗi hỏng nội dung: Trong IPTV, tín hiệu được gửi đi sử dụng các giao
thức IP bình thường và những kẻ phá hoại có thể kết nối thông qua web và xử lý bộ
phận middleware hoặc các server. Họ cũng có thể thay đổi dữ liệu trong kho nội
dung trước khi nó được mã hoá bảo mật bởi phần mềm DRM. Do đó, các bộ phim
hoặc nội dung trái phép có thể được phát đi.
- Chất lượng của dịch vụ: IPTV phải đối mặt với khả năng mất dữ liệu cao
Hội nghị Video
Dịch vụ khách hàng
Đào tạo từ xa
Tự động hóa gia đình.
Dịch vụ hội tụ
Dịch vụ y tế
1.4.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá
- Dịch vụ truyền hình: Đây được hiểu là dịch vụ truyền hình số trên nền
mạng IP phát quảng bá những chương trình truyền hình được thu lại từ hệ thống
truyền hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh hoặc kênh truyền hình
riêng tới khách hàng.
Các kênh truyền hình được thu từ những nguồn thu khác nhau, bao gồm:
Copyright: Tài liệu đại học ©