Công nghệ IPTV trên mạng xDSL:

Khái niệm IPTV IPTV Internet Protocol Television truyền hình qua giao thức Internet là một hệ thống ở đó các dịch vụ truyền hình số cung cấp tới các thuê bao sử dụng giao thức IP trên k

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

DANH SÁCH HÌNH VẼ 5

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT 6

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV 8

1.1 Khái niệm IPTV 8

1.2 Cấu trúc mạng IPTV 9

1.3 Vấn đề phân phối IPTV 13

1.3.1 Unicast 14

1.3.2 Broadcast 15

1.3.3 Multicast 16

1.4 Các công nghệ cho IPTV 17

1.4.1 Vấn đề xử lý nội dung 17

1.4.2 VoD và Video server 18

1.4.3 Các hệ thống hỗ trợ hoạt động 20

1.5 Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV 22

1.5.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số 22

1.5.2 Video theo yêu cầu VoD 23

1.5.3 Quảng cáo có địa chỉ 23

1.6 Kết luận chương 1 24

Chương 2 CÔNG NGHỆ IPTV TRÊN MẠNG xDSL 26

2.1 Công nghệ truy nhập xDSL 26

2.1.1 Lịch sử của xDSL 26

2.1.2 Lợi ích của xDSL 27

2.2 Nguyên lý xDSL 28

2.2.1 Cấu trúc của xDSL 28

2.2.2 Chức năng của lớp vật lý xDSL 29

2.3 Các phiên bản của xDSL 29

2.4 IPTV triển khai trên xDSL 37

2.5 Kết luận chương 2 43

Chương 3 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ ĐỂ TRIỂN KHAI IPTV TRÊN MẠNG xDSL 45

3.1 Giải pháp lựa chọn chuẩn nén hình ảnh 45

3.1.1 Nén MPEG 45

3.1.2 MPEG-4 50

3.2 Lựa chọn giao thức mạng 68

3.2.1 Giao thức cho dịch vụ multicast 68

3.2.2 Giao thức cho dịch vụ unicast 72

3.2.3 Giao thức cho dịch vụ VOIP 74

3.3 Phương thức phục vụ IPTV 75

3.4 Kết luận chương 3 78

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI NÓI ĐẦU Truyền hình kỹ thuật số là kỹ thuật tiến bộ quan trọng nhất trong

công nghệ truyền hình Truyền hình kỹ thuật số đưa ra cho khách hàng nhiều sự lựa chọn và tạo ra nhiều tương tác hơn Hệ thống truyền hình quảng bá tương tự đã được sử dụng rất tốt trong hơn 60 năm qua Trong giai đoạn đó, người xem phải trải qua sự chuyển tiếp từ truyền hình đen trắng sang truyền hình màu đã yêu cầu người xem phải mua các Tivi màu mới và các kênh quảng bá phải có các máy phát mới, các thiết bị sản xuất chương trình mới

Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghiệp truyền hình sẽ đưa truyền hình thông thường sang thời đại của truyền hình kỹ thuật số Hầu hết các hoạt động của truyền hình phải được nâng cấp và triển khai dựa trên kỹ thuật số để đưa tới cho khách hàng các dịch vụ kỹ thuật số tinh vi hơn Một kỹ thuật mới được gọi là truyền hình dựa trên giao thức Internet IPTV được miêu tả như là một cơ chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa trên nền tảng là một mạng sử dụng giao thức IP Mặt khác nhu cầu của khách hành về các dịch vụ băng rộng đang tăng nhanh Vấn đề khó khăn nằm ở mạng truy nhập không đáp ứng được việc truyền tải các khối dữ liệu lớn có nội dung phong phú kèm hình ảnh sống động Để giải quyết vấn đề này người ta đưa ra giải pháp xDSL là sử dụng dải tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng

Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Th.S Lê Đình Công và mong muốn tìm hiểu thêm về công nghệ mới, sau một thời gian tìm hiểu

em đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Công nghệ IPTV trên mạng xDSL’’

Vinh, ngày 20 tháng 12 năm 2011

Sinh viên Đặng Anh Tuấn

“Công nghệ IPTV trên mạng xDSL’’ làm đề tài tốt nghiệp đại học của

mình Nội dung của đề tài được trình bày trong 3 chương như sau:

Chương 1 Tổng quan về IPTV Chương này trình bày khái niệm về

IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, các công nghệ cho IPTV, và cuối cùng là các ứng dụng và dịch vụ của IPTV

Chương 2 Công nghệ IPTV trên mạng xDSL Chương này trình

bày về khái niệm công nghệ truy nhập xDSL, nguyên lý và các phiên bản của xDSL Qua đó tìm hiểu công nghệ IPTV trên các phiên bản của mạng xDSL

Chương 3 Các giải pháp kỹ thuật công nghệ để triển khai IPTV

trên mạng xDSL Chương này sẽ trình bày về các giải pháp lựa chọn nén

hình ảnh, lựa chọn giao thức mạng và phương thức phục vụ IPTV

ABSTRACT THESIS

The broadband network takes a very important role in developing IPTV service sucessfully due to it’s abilities to ensure complete bandwidth for the request of IPTV services Untill now, the broadband market in Vietnam is in a developing period and it has a lot of potential That is the reason why I choose the subject " IPTV technology on xDSL network" as a subject of my graduation The content of topic is presented in three following chapters:

Chapter 1: Overview of IPTV This chapter gives the notion of

IPTV, structures of IPTV network, IPTV distribution issue, IPTV technologies as well as IPTV application and service

Chapter 2: IPTV technology on XDSL network This chapter

presents notion of xDSL accessing technology, xDSL principles and versions which help to understand IPTV technology on xDSL network

Chapter 3: Technological solutions to deploying IPTV on XDSL network This chapter illustrates ways to choose (image compression,

network protocols and selection methods IPTV serve)

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống IPTV end-to-end 9

Hình 1.2 Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 11

Hình 1.3 Các thành phần của cấu trúc chức năng 13

Hình 1.4 Các kết nối IP unicast cho nhiều user IPTV 15

Hình 1.5 Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật multicast 16

Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống VoD 18

Hình 1.7 Mô hình triển khai server 20

Hình 2.1 Cấu trúc của xDSL 28

Hình 2.2 Cấu trúc mạng HDSL 30

Hình 2.3 Cấu trúc mạng SHDSL 31

Hình 2.4 Cấu trúc mạng ADSL 33

Hình 2.5 Cấu trúc mạng G.Lite 34

Hình 2.6 Cấu trúc mạng VDSL 35

Hình 2.7 IPTV trên cấu trúc mạng ADSL 40

Hình 3.1 Cấu trúc dòng MPEG video 50

Hình 3.2 Cấu trúc bộ mã hóa và giải mã MPEG-4 52

Hình 3.3 Mã hóa và tổng hợp khung hình trong MPEG-4 53

Hình 3.4 Cấu trúc phân lớp của H.264 54

Hình 3.5 Các bán ảnh trong một khung 56

Hình 3.6 Sơ đồ bộ mã hóa H.264 57

Hình 3.7 Bộ mã hóa 59

Hình 3.8 Bộ giải mã 60

Hình 3.9 Bù chuyển động 61

Hình 3.10 Tham chiếu đa ảnh 62

Hình 3.11 Mode dự đoán thành phần chói Y kích thước 4x4 63

Hình 3.12 Mode dự đoán 16*16 liên ảnh 64

Hình 3.13 Thứ tự truyền các block trong một macroblock 65

Hình 3.14 Mã hóa Entropy 66

Hình 3.15 Quá trình nhận, thông báo tới các thuê bao để vào group G và sourse 72

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH-VIỆT

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình qua giao thức

lượng cao IPTVCD IPTV Customer Device Thiết bị khách hàng IPTVCD

EPG Electronic Program Guide Hướng dẫn chương trình điện

tử DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số

RO Regional Office Electronic Program Guide OSS Operations Support Systems Hệ thống hỗ trợ hoạt động VoD Video on Demand Video theo yêu cầu

DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

Access Network Mạng truy nhập

DSLAM Digital Subscriber Line

Access Multiplexer

Bộ ghép truy nhập DSL

CO Central Office Tổng đài trung tâm

Frame – Relay Chuyển tiếp khung

ATM Asynchronous Transfer

Mode

Phương thức truyền dẫn không đồng bộ

xTU-C All the different Transceiver

Units-Central

Tất cả các khối máy thu phát khác nhau-phía tổng đài l xTU-R All the different Transceiver

IDSL ISDN Digital Subscriber

Line Mạng liên kết số đa dịch vụ

HDSL High-Speed Digital

Subscriber Line

Đường dây thuê bao số tốc độ

cao SHDSL Single-pair HDSL Công nghệ DSL một đôi dây

ADSL Asymmetric Digital

VDSL Very high-Speed Digital

F-frame forward predicted frame Khung dự đoán ảnh tiếp theo B-frame Bi-directional predicted Dự đoán hướng

MDF Main Distribution Frame Giá phôi dây chính

LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ

Video Conferencing Hội nghị đa điểm AWG American Wire Gause Tiêu chuẩn dây dẫn của Mỹ

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV

Công nghệ IPTV được miêu tả như là một cơ chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa trên nền tảng là một mạng sử dụng giao thức IP Lợi ích của cơ chế này là khả năng phân phối nhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng các tính năng tương tác và cải tiến để tương thích với các mạng thuê bao đang tồn tại Trong chương 1 này sẽ trình bày khái niệm về IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, các công nghệ cho IPTV và cuối cùng là các ứng dụng, dịch vụ của IPTV

1.1 Khái niệm IPTV

IPTV (Internet Protocol Television) truyền hình qua giao thức Internet là một hệ thống ở đó các dịch vụ truyền hình số cung cấp tới các thuê bao sử dụng giao thức IP trên kết nối băng rộng IPTV thường được cung cấp cùng với dịch vụ VoD (Video on Demand) và cũng có thể cung cấp cùng với các dịch vụ Internet khác như truy cập Web và VoIP (Voice Over Internet Protocol), được cung cấp bởi nhà khai thác dịch vụ băng rộng sử dụng chung một hạ tầng mạng [8]

Hệ thống IPTV truyền tải các kênh truyền hình quảng bá và nội dung video, audio theo yêu cầu chất lượng cao qua một mạng băng thông rộng Theo tổ chức Liên Hiệp Viễn Thông Quốc Tế ITU (International Telecommunication Union) thì IPTV là dịch vụ đa phương tiện bao gồm truyền hình, video, audio, văn bản, đồ họa và dữ liệu qua một mạng IP được quản lý để cung cấp mức độ yêu cầu của chất lượng dịch vụ và sự trải nghiệm, tính bảo mật, tính tương tác và độ tin cậy IPTV có một số điểm đặc trưng 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 tương tác Các dạng dịch vụ IPTV có thể được phân phối bao gồm chuẩn

truyền hình trực tiếp, truyền hình hình ảnh chất lượng cao HDTV (High Definition Television), các trò chơi tương 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 chương trình, đây là một kỹ thuật ghi hình và lưu 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 chương trình theo sở thích, thói quen…

- 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 được 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

1.2 Cấu trúc mạng IPTV

Trong phần này trình bày cấu trúc mạng IPTV theo hai vấn đề Thứ nhất

là cơ sở hạ tầng của mạng IPTV, đưa ra các thành phần của một hệ thống IPTV end-to-end Vấn đề thứ hai là cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV Nội dung phần này nói lên chức năng của từng thành phần cụ thể tham giao vào công việc phân phối nội dung IPTV

1.2.1 Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV

`

Mạng gia đình

Thiết

bị người dùng IPTV

Mạng truyền dẫn băng thông rộng

- Trung tâm dữ liệu IPTV: Trung tâm dữ liệu IPTV (IPTV Data Center)

hay Head end là nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm video nội bộ, các bộ tập trung nội dung, các nhà sản xuất nội dung và các kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất, truyền hình cáp Mỗi lần nhận như vậy, một số thành phần phần cứng khác nhau như bộ giải mã, các server video, các router

IP và các phần cứng bảo mật chuyên dụng đều được sử dụng để chuẩn bị nội dung sẽ được phân phối trên mạng IP Cộng với một hệ thống quản lý thuê bao IPTV về thuộc tính và hóa đơn thanh toán Lưu ý rằng vị trí vật lý của trung tâm dữ liệu IPTV sẽ được xác định bởi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng

- Mạng phân phối băng rộng: Việc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu

cầu kết nối one-to-one, nếu trong trường hợp việc triển khai IPTV trên diện rộng thì số kết nối one-to-one sẽ tăng lên Do đó, yêu cầu về băng thông trên mạng là khá lớn Những tiến bộ về công nghệ mạng cho phép các nhà cung cấp viễn thông có được một số lượng lớn các mạng băng rộng Riêng mạng truyền hình cáp thì sử dụng hỗn hợp cả cáp đồng trục và cáp quang để đáp ứng cho việc phân phối nội dung IPTV

- Thiết bị khách hàng IPTVCD: Thiết bị khách hàng IPTVCD (IPTV

Consumer Device) là các thành phần cho phép user truy cập dịch vụ IPTV IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức năng giải mã,

xử lý các luồng tín hiệu tới từ mạng IP IPTVCD được hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa hoặc loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV Có rất nhiều dạng IPTVCD như gateway cho khu dân

cư, bộ giải mã set-top box, bảng điều khiển trò chơi…

- Mạng gia đình: Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên

trong một khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện thông tin và cho phép chia

sẻ tài nguyên giữa các thành viên trong gia đình Mục đích của mạng gia đình

là cung cấp quyền truy cập thông tin giữa các thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà thuê bao Với mạng gia đình, khách hàng có thể tiết kiệm tiền và thời

gian do việc chia sẻ các thiết bị phần cứng rất tốt và dễ dàng, thông qua các kết nối Internet băng rộng [9]

1.2.2 Cấu trúc chức năng cho 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 6 thành phần chính của cấu trúc chức năng được 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 mật

- Cung cấp nội dung: Tất cả nội dung được 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 được phân phối qua mạng IP

- Phân phối nội dung: khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng

chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đã được 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 lưu trữ các bản copy của nội dung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lưu 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 được quyền truy cập nội dung

Chức năng điều khiển IPTV

Chức năng vận chuyển IPTV

Chức năng phân phối nội dung

Chức năng cung cấp nội dung

- 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 được phân phối tới thuê bao Một chức năng khác của điều khiển IPTV là cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), được 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) được yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nội dung

- Chức năng vận chuyển IPTV: Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao

được chấp nhận, chức năng vận chuyển IPTV sẽ chịu trách nhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao và cũng thực hiện truyền ngược lại các tương tác từ thuê bao tới chức năng điều khiển IPTV

- Chức năng thuê bao: bao gồm nhiều thành phần và nhiều hoạt động

khác nhau, tất cả đều được 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 như 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, hộp set top box (STB) lưu trữ một số các thành phần quan trọng như các key quản

lý thực trạng số DRM (Digital Rights Management) 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 chức năng điều khiển IPTV Nó cũng nhận các giấy phép số và các key DRM để truy cập nội dung

- Bảo mật: Tất cả các chức năng trong mô hình IPTV đều được hỗ trợ

các cơ chế bảo mật tại các cấp độ khác nhau Chức năng cung cấp nội dung sẽ

có bộ phận mật mã được cung cấp bởi nhà cung cấp nội dung Chức năng phân phối nội dung sẽ được đảm bảo thông qua việc sử dụng DRM Các chức năng điều khiển và vận chuyển sẽ dựa vào các chuẩn bảo mật để tránh các

thuê bao không được 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 mật được triển khai tại STB và Middleware server Tóm lại, tất cả các ứng dụng và các hệ thống hoạt động trong môi trường IPTV sẽ có các cơ chế bảo mật luôn sẵn sàng được sử dụng để tránh các hoạt động trái phép

Các thành phần trong môi trường IPTV sẽ tương ứng với các chức năng

Ví dụ chức năng điều khiển IPTV bao gồm các thành phần Middleware và quản lý quyền nội dung số DRM Khi phân phối các nhiệm vụ, một nhóm phụ trách các chức năng điều khiển IPTV sẽ có khả năng sắp xếp tất cả các ứng dụng tương ứng với các thành phần cho chức năng đó Hình 1.3 mô tả các thiết

bị thực hiện các chức năng trong môi trường IPTV

Chức năng điều khiển IPTV

Chức năng vận chuyển IPTV

Chức năng phân phối nội dung

Chức năng cung cấp nội dung

VoD

Quản lý nội dung

Đóng gói IP

Chuyển đổi mã

Máy Thu

Video Streaming

Mã hóa

Kho lưu giữ Video

Hình 1.3 Các thành phần của cấu trúc chức năng

1.3 Vấn đề phân phối IPTV

Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền IP khác nhau như VoIP và truy cập Internet tốc độ cao Với mỗi loại dịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thức phân phối thích hợp Hiện nay có 3 phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP là unicast, broadcast và multicast

1.3.1 Unicast

Unicast (ứng dụng truyền thông đơn hướng) là một phương thức truyền thông tin giữa một bộ phát và một bộ thu thông qua một môi trường truyền thông xác định Trong truyền unicast, mọi luồng video IPTV đều được gửi tới một thiết bị khác hàng IPTVCD Vì thế, nếu có nhiều hơn một user IPTV muốn nhận kênh video tương tự thì IPTVCD sẽ cần tới một luồng unicast riêng rẽ Một trong các luồng đó sẽ truyền tới các điểm đích qua mạng IP tốc

độ cao Nguyên tắc thực thi của unicast trên mạng IP là dựa trên việc phân phối một luồng nội dung được định hướng tới mỗi user đầu cuối Từ góc độ của kỹ thuật này, thì việc cấu hình thực thi khá dễ dàng, tuy nhiên nó không

có hiệu quả về băng thông mạng Hình 1.4 trình bày việc thiết lập các kết nối khi có 5 thuê bao IPTV truy cập một kênh broadcast trên mạng tốc độ cao hai chiều

Như trên hình 1.4, khi nhiều user IPTV truy cập cùng một kênh IPTV tại cùng một thời điểm, thì một số các kết nối định hướng được thiết lập qua mạng Trong ví dụ này, server cần cung cấp kết nối tới mọi thuê bao có yêu cầu truy cập kênh 10, với tổng số là 5 luồng riêng rẽ bắt đầu từ server nội dung và kết thúc tại router đích Năm kết nối này sau đó được định tuyến tới các điểm đích của nó Các kết nối được kéo dài tới hai tổng đài khu vực (Regional Office), với 3 kết nối tới tổng đài khu vực 1 và hai kết nối tới tổng đài khu vực 2 Sau đó các kết nối được thiết lập giữa các router tại tổng đài khu vực với các getway đặt trong 5 hộ gia đình Đây là phương thức truyền dẫn IP video tốt cho các ứng dụng theo yêu cầu như VoD, ở đó mỗi thuê bao nhận 1 luồng duy nhất

Thiết bị truy cập mạng băng rộng

Server nội dung

Từ lâu, hầu hết các mạng đã mở rộng việc sử dụng các router, nhưng nếu

truyền broadcast thì không sử dụng định tuyến Đây là lý do làm mạng và các thiết bị IPTVCD khác bị tràn ngập khi tất cả các kênh được gửi tới tất cả mọi người [10]

1.3.3 Multicast

Multicast (ứng dụng truyền thông đa hướng) là hình thức quảng bá một thông điệp hay một gói tin đến một nhóm nút mạng hay người dùng trên mạng LAN, WAN hay Internet Multicast là phương thức thường được các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng để phát quảng bá các chương trình trực tiếp và

là một kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP đang tồn tại Phương thức này không có lợi trong tuyến hướng Trong phạm vi triển khai IPTV, mỗi nhóm multicast được truyền broadcast các kênh truyền hình và các thành viên của nhóm tương đương với các thiết bị IPTVCD

Thiết bị truy cập mạng băng rộng

Server nội dung

Thuê bao 1

Gateway

Hình 1.5 Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật multicast

Vì thế, mỗi kênh IPTV chỉ được đưa tới IP-STB muốn xem kênh đó Đây là cách hạn chế được lượng tiêu thụ băng thông tương đối thấp và giảm

gánh nặng xử lý trên server

1.4 Các công nghệ cho IPTV

Có nhiều công nghệ khác nhau được yêu cầu để thực thi đầy đủ hệ thống IPTV trong thực tế, một số công nghệ chung đã được diễn giải trong các tài liệu khác Trong phần này chỉ đề cập tới một số công nghệ cơ bản được sử

dụng cho các ứng dụng IPTV

1.4.1 Vấn đề xử lý nội dung

Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận các tín hiệu video thời gian thực

từ rất nhiều nguồn khác nhau, hình thức của chúng là một định dạng thích hợp

để STB có thể giải mã và hiển thị trên màn hình Tiến trình này bao gồm các chức năng sau:

- Nén: các nguồn video tương tự, quá trình nén số được thực thi trên mỗi

tín hiệu video trước khi nó được phát lên hệ thống iPTV Tốc độ cao nhất của dữ liệu video và độ dài của gói tin được thực hiện sao cho phù hợp với tất cả các nguồn video đầu vào, và để đơn giản hóa công việc truyền dẫn và các chức năng ghép kênh

- Chuyển mã: các luồng video tương tự đã được định dạng số, đôi khi nó

cần được chuyển đổi sang thuộc tính MPEG hoặc cấp độ luồng tới thích hợp với các bộ STB Chuyển mã nội dung định dạng chất lượng cao HD cung cấp các chuẩn để chuyển mã gốc là MPEG-2 thành H.264 để có được băng thông thấp hơn cho các mạng đường dây thuê bao số DSL

- Chuyển đổi tốc độ: bản chất của việc chuyển đổi tốc độ là tiến trình

chuyển đổi tốc độ bit của luồng video số tới Ví dụ như luồng chuẩn SD là 4,5 Mbps có thể cần phải giảm xuống 2,5 Mbps để sử dụng trong hệ thống IPTV

- Nhận dạng chương trình: mỗi luồng video cần được ghi một nhãn duy

nhất trong hệ thống IPTV, do đó các thiết bị ghép kênh và các bộ STB có thể xác định chính xác các luồng video Mỗi chương trình audio hay video bên

trong mỗi luồng truyền dẫn MPEG phải được xử lý để đảm bảo không có sự trùng lẫn chương trình

- Việc xử lý nội dung có thể được thực thi trên một luồng video trực tiếp

hoặc đã được lưu trữ bên trong video server

1.4.2 VoD và Video server

Cấu trúc của hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP trên hình 1.6 bao gồm 4 thành phần chính Đầu tiên, nội dung phải được xử lý cho việc lưu trữ và phân phối bằng quá trình nén và mật mã tại trạm tiền xử lý nội dung Một VoD server lưu trữ nội dung và tạo luồng gửi tới thuê bao Mỗi thuê bao sẽ có một bộ STB để nhận và giải mã nội dung, sau đó đưa lên màn hình hiển thị Bộ STB cũng cung cấp cho thuê bao một danh sách các dịch vụ

từ thành phần quản lý thuê bao và hệ thống truy cập có điều kiện Đây là một

hệ thống con nhận các lệnh từ thuê bao, gửi những lệnh thích hợp tới VoD server và phân phối các key giải mã cho các bộ STB

Trung tâm dữ liệu IPTV

Nội dung phân phối

STB

Thuê bao

Mạng IP

Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống VoD

Các video server là yếu tố cần thiết cho mọi hệ thống VoD, do chúng tạo

ra các luồng video trong thực tế và gửi chúng tới mỗi thuê bao Các server có dung lượng bộ nhớ lớn nhỏ khác nhau tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau Trong phần này chỉ đề cập đến một số khía cạnh của các server và cách thức chúng được sử dụng cho việc phân phối nội dung Dung lượng lưu trữ nội dung được hỗ trợ trên một server có thể lớn hoặc nhỏ Sẽ không phù hợp nếu server lưu trữ nhiều nhưng chỉ phục vụ một số ít thuê bao

Khi đầu tư xây dựng một server, cần phải chú ý tới dung lượng của server để có thể đáp ứng các yêu cầu đặt ra Video server có thể là một trong các loại sau:

- Các server sản xuất được sử dụng trong công việc sản xuất các video,

ví dụ như trong các mạng truyền hình Để cho các đối tượng này, một server cần phải có được nội dung lý tưởng nhất trong các định dạng khác nhau và nhanh chóng phân phối các file chứa nội dung tới thuê bao khi họ cần, các server này dung lượng thường rất nhỏ Thay vào đó, là các thiết bị có dung lượng lớn và hỗ trợ tốt việc tìm nội dung, bao gồm các công cụ hỗ trợ dữ liệu lớn và dữ liệu đó là các file gồm nhiều phiên bản

- Các server cá nhân và công ty được sử dụng trong trường hợp có số

luồng video để phân phối đồng thời thấp, ví dụ như một gian hàng trưng bày của công ty có từ 5 đến 10 người xem cùng một lúc Đây là loại server thường được xây dựng trên PC với các phần mềm được chuyên dụng hóa

- Các nhà cung cấp server cần các server được thiết kế đặc biệt có khả

năng lưu trữ hàng nghìn giờ nội dung chương trình và khả năng phân phối tới hàng trăm hoặc hàng nghìn người xem cùng một lúc Dung lượng của các hệ thống này thật sự rất lớn, ví dụ để cung cấp cho 1000 user cùng một lúc, với mỗi user là một luồng 2,5 Mbps Như vậy server cần có tốc độ dữ liệu xuất ra

là 2,5 Gbps

Các nhà cung cấp sử dụng 2 phương thức để phân phối server trong mạng của họ Như trên hình 1.7, đầu tiên là phương thức tập trung hóa, các

server lớn, dung lượng cao được xây dựng tại những vị trí trung tâm, chúng phân phối nội dung cho thuê bao thông qua các liên kết tốc độ cao kết nối tới mỗi nhà cung cấp dịch vụ nội hạt Phương thức thứ hai là phân phối hóa server, ở đó các server nhỏ hơn được đặt tại các vị trí gần thuê bao và server chỉ cung cấp cho các thuê bao trong vùng đó Trung tâm Library server sẽ download các bản copy nội dung cung cấp cho các Hub server phân phối có yêu cầu Trong phương thức tập trung hóa thì giảm được số lượng server cần phải xây dựng, giảm giá thành trong việc truyền dẫn và lưu trữ nội dung tại các vị trí khác nhau Còn trong phương thức phân phối hóa thì giảm được số lượng băng thông cần thiết giữa các vị trí Cả hai phương thức đều được sử dụng trong thực tế, dung lượng của VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và sở thích của người xem

HUB Các liên kết tốc độ

cao cho luồng video

cho bản sao nội dung

chương trình trên các kênh broadcast khác nhau cho tới dữ liệu cần thiết cho việc lập hoá đơn các dịch vụ mà khách hàng đã đăng ký Tập trung lại, các hệ thống phần mềm này gọi là hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS (Operations Support Systems) và nó có thể bao gồm nhiều dạng khác nhau Một số chức năng được cung cấp bởi các hệ thống IPTV OSS như sau:

- Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung

cấp cho người xem lịch phát kênh broadcast và tên các chương trình VoD sẵn có Hướng dẫn này có thể bao gồm cả các kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chương trình hoặc hướng dẫn chương trình tương tác cho phép user lên lịch các kênh được phát trong tương lai Một số các nhà khai thác dịch vụ IPTV sử dụng các công ty bên ngoài để cung cấp dữ liệu hướng dẫn chương trình

- Hệ thống phân quyền được yêu cầu khi các thuê bao đăng ký xem nội

dung thông qua hệ thống IPTV Hệ thống này cần có khả năng kiểm tra thông tin tài khoản của khách hàng, đó là căn cứ để hệ thống phân quyền có thể đáp ứng các yêu cầu của thuê bao hay không Hệ thống này cần kết nối với hệ thống lập hoá đơn thuê bao

- Truy cập nội dung trực tuyến (e-mail, web) được cung cấp bởi một số

hệ thống IPTV, cho phép user có thể xem nội dung trên PC tương tự như xem trên Tivi nhưng không cần bộ giải mã IP STB

- Hệ thống lập hoá đơn và quản lý thuê bao sẽ bảo quản dữ liệu chính về

mỗi thuê bao, bao gồm hợp đồng, các chi tiết hoá đơn, các trạng thái tài khoản, và các thông số nhận dạng thiết bị

Các hệ thống OSS có thể là thành phần đầu tư chính của các nhà cung cấp dịch vụ IPTV về cả thời gian lẫn tiền bạc Bởi vì nó đảm bảo các phần mềm cần thiết được mua từ nhiều nhà cung cấp khác nhau sẽ thực thi đầy đủ các chức năng đã được lựa chọn bởi nhà cung cấp Việc tích hợp các hệ thống này có thể mất nhiều tháng, và nhiều công việc cần được hoàn thành trước khi cung cấp dịch vụ cho số lượng lớn thuê bao Hơn nữa, các chi phí trên là yếu

tố để cố định giá dù dịch vụ thu hút được 1000 hay 100000 thuê bao Cũng

như vậy, chi phí lắp đặt các hệ thống OSS cần được xem xét cẩn thận trong kế hoạch kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ, việc tính toán chi phí lắp đặt OSS nằm trong giai đoạn đầu tiên của kế hoạch triển khai, các chi phí này có thể vượt trội giá thành của phần cứng hệ thống cho số lượng thuê bao thấp hơn

1.5 Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV

Các ứng dụng cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng bá số cũng như dịch vụ VoD như vậy, nó cho phép các nhà cung cấp đưa ra dịch vụ gọi là “triple play” bao gồm truyền hình, thoại và dữ liệu Hạ tầng mạng IPTV cũng cung cấp hầu hết các ứng dụng video cộng thêm sau khi việc lắp đặt hạ tầng mạng tại các vị trí phù hợp Nhưng trong phần này chỉ trình bày một số dịch vụ đã được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tại Việt Nam Đó là truyền hình quảng bá kỹ thuật số, dịch vụ VoD và quảng cáo có địa chỉ

1.5.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số

Khách hàng sẽ nhận được truyền hình số thông thường bằng IPTV Truyền hình quảng bá số được phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp đã được nâng cấp hoặc hệ thống vệ tinh Sự khởi đầu của các công nghệ DSL tốc độ cao hơn như ADSL2 và ADSL2+ đã mang đến một cuộc cách mạng lớn trong lĩnh vực này Với các công nghệ tốc độ cao này cho phép IPTV có thêm độ tin cậy và tính cạnh tranh với các dịch vụ truyền hình thu phí khác

IPTV có đầy đủ khả năng để đưa ra các dịch vụ chất lượng cao khác nhau và nhiều dịch vụ hơn so với các nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp và

vệ tinh trong quá khứ Một lợi ích khác của IPTV là nó có nhiều nội dung và

số kênh lớn hơn để lựa chọn, tùy thuộc vào sở thích của khách hàng Đặc biệt khách hàng có thể tự chọn lựa nguồn nội dung đa dạng này

Chức năng của truyền hình quảng bá thông thường, truyền hình cáp và

vệ tinh là cung cấp tất cả các kênh đồng thời tới nhà thuê bao Tuy nhiên, IPTV chỉ phân phối các kênh mà khách hàng muốn xem và nó có khả năng

cung cấp không giới hạn số kênh này Khách hàng sẽ tự do điều khiển những

gì họ muốn xem và xem vào bất cứ lúc nào họ muốn Đây là đặc tính vốn có

và có thể xảy ra của IPTV vì nó có sự kết hợp của khả năng tương tác hai chiều trên nền mạng IP

1.5.2 Video theo yêu cầu VoD (Video on Demand)

VoD là dịch vụ cung cấp các chương trình truyền hình dựa trên các yêu cầu của thuê bao Các dịch vụ truyền hình được phát đi từ các bộ lưu trữ phim truyện, chương trình giáo dục hay tin tức thời sự thời gian thực Ứng dụng VoD cung cấp cho từng thuê bao riêng lẻ để chọn nội dung video và họ xem

nó vào lúc thích hợp nhất

Khi hạ tầng mạng IPTV đầu tiên được thiết kế thì các ứng dụng và các dịch vụ tạo lợi nhuận như điện thoại video, hội thoại truyền hình, đào tạo từ

xa và camera giám sát an ninh tại nhà đều có thể cung cấp cho khách hàng

Có thêm một số dịch vụ và đặc tính tiên tiến hơn so với hệ thống truyền hình quảng bá truyền thống

1.5.3 Quảng cáo có địa chỉ

Thông tin tin nhắn đặc biệt hoặc nội dung đa phương tiện giữa thiết bị và khách hàng dựa trên địa chỉ của họ gọi là quảng cáo có địa chỉ Địa chỉ được công bố của khách hàng có thể biết được thông qua việc xem xét kỹ profile của người xem Nó được thực hiện bởi lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo phù hợp hoặc không phù hợp với người nhận Vì thế, quảng cáo có địa chỉ cho phép tính toán nhanh chóng và chính xác hiệu quả của chiến dịch quảng cáo

Sự hợp tác của người xem là diện mạo của quảng cáo có địa chỉ Ngay khi truyền hình IP được bắt đầu, các hệ thống truyền hình IP có thể hỏi hoặc nhắc nhở người xem khai báo tên của họ từ danh sách đã đăng ký Đổi lại, người xem sẽ muốn chọn tên chương trình của họ Tại đây, tên chương trình

đã có một profile và các tin nhắn quảng cáo có thể được lựa chọn, cách xem tốt nhất là kết nối tới profile của người xem Bởi vì, các đặc tính tiên tiến đã được đưa ra của truyền hình IP ví dụ như các cuộc gọi tới, e-mail và hướng

dẫn chương trình đều nhớ các kênh yêu thích, người xem có thể thực sự xem chúng

Thu nhập được tạo ra bằng cách gửi các tin nhắn quảng cáo có địa chỉ tới người xem, với các profile đặc biệt có thể lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng bá thông thường Khả năng gửi các quảng cáo thương mại tới một số người xem đặc biệt cho phép các nhà quảng cáo cố định được quỹ đầu tư chính xác cho quảng cáo có địa chỉ Nó cũng cho phép các nhà quảng cáo thử nghiệm một số quảng cáo thương mại khác trong cùng một vùng tại

cùng một thời điểm

1.6 Kết luận chương 1

Như vậy IPTV đóng vai trò phân phối các dữ liệu, kể cả hình ảnh, âm thanh, văn bản qua mạng sử dụng giao thức Internet Điều này nhấn mạnh vào việc Internet không đóng vai trò chính trong việc truyền tải thông tin truyền hình hay bất kì loại nội dung truyền hình nào khác Thay vào đó, IPTV sử dụng IP là cơ chế phân phối mà theo đó có thể sử dụng Internet, đại diện cho mạng công cộng dựa trên IP, hay có thể sử dụng mạng riêng dựa trên IP

Hạ tầng mạng IPTV end-to-end có thể bao gồm tất cả hoặc một số thành phần sau:

- Trung tâm dữ liệu IPTV là nơi chịu trách nhiệm xử lý và điều chế nội

dung để phân phối trên một mạng băng rộng

- Mạng phân phối IPTV bao gồm nhiều kỹ thuật để truyền tải nội dung

IPTV từ trung tâm dữ liệu tới người sử dụng

- Bộ giải mã STB hoặc các gateway được đặt tại nhà thuê bao để cung

cấp các kết nối từ Tivi tới mạng truy cập IP

- Mạng gia đình có khả năng phân phối dữ liệu, thoại và video giữa các

thiết bị khác nhau

Ngoài cấu trúc cơ sở hạ tầng, cấu trúc mạng IPTV còn được cụ thể bằng các cấu trúc chức năng Cấu trúc chức năng sẽ cụ thể hóa nhiệm vụ của từng thành phần tham giao vào mạng phân phối IPTV Cấu trúc chức năng bao

gồm 6 chức năng: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển, vận chuyển, thuê bao và bảo an

Khi triển khai mạng IPTV để phân phối nội dung cho thuê bao thì vấn đề cần quan tâm là các cơ chế được sử dụng Có ba cơ chế phân phối là unicast, broadcast, và multicast Tùy vào dịch vụ phân phối mà có các cơ chế phân phối thích hợp

Khi triển khai dịch vụ IPTV, các nhà khai thác đã thấy được khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ và tính toán được doanh thu từ dịch vụ này Doanh thu đó đạt từ rất nhiều dịch vụ và ứng dụng, nhưng hiện nay có ba loại dịch vụ và ứng dụng mang lại lợi nhuận chính đó là truyền hình kỹ thuật số, VoD và quảng cáo có địa chỉ

Đó cũng là những tiêu đề cơ bản cho việc tìm hiểu về công nghệ IPTV trên mạng xDSL ở chương 2

Chương 2 CÔNG NGHỆ IPTV TRÊN MẠNG xDSL

Ngày nay, nhu cầu của khách hành về các dịch vụ băng rộng đang tăng nhanh Khách hàng là các doanh nghiệp thường yêu cầu các dịch vụ băng thông rộng tương tác như: truy nhập internet tốc độ cao, hội nghị truyền hình, video theo yêu cầu Còn những khách hàng thông thường thì yêu cầu các dịch

vụ tương tác như phim theo yêu cầu, truyền hình số Vấn đề khó khăn nằm trên những Kilomet cuối tới thuê bao sử dụng, các đôi dây đồng đã được sử dụng từ xưa tới nay để cung cấp các dịch vụ PSTN cho khách hàng trên khắp

thế giới Mạng truy nhập PSTN chỉ cung cấp một băng tần thoại hạn hẹp

0,3-3,4KHz với tốc độ truyến số liệu tối đa là 56Kbps nên không đáp ứng được việc truyền tải các khối dữ liệu lớn có nội dung phong phú kèm hình ảnh sống động Để giải quyết vấn đề này bằng giải pháp của xDSL là sử dụng dải tần lớn hơn phía trên dải tần mà dịch vụ thoại sử dụng vì vậy băng thông truyền dẫn cao hơn đáp ứng được nhu cầu của khách hàng Trong chương 2 này sẽ trình bày về công nghệ truy nhập xDSL, nguyên lý và các phiên bản của xDSL Qua đó tìm hiểu công nghệ IPTV trên các phiên bản của mạng xDSL

2.1 Công nghệ truy nhập xDSL

2.1.1 Lịch sử của xDSL

Định nghĩa khái niệm ban đầu của xDSL xuất hiện từ năm 1989, từ J.W Lechleider và các kỹ sư thuộc hãng Ballcore Sự phát triển xDSL bắt

đầu ở Đại học Standford và phòng thí nghiệm AT&T Bell Lab năm 1990

DSL (Digital Subscriber Line) là công nghệ chuyển tải thông tin băng thông rộng đến nhà khách hàng hay đến doanh nghiệp nhỏ thông qua đường dây cáp đồng có sẵn của mạng điện thoại nội hạt Vì vậy DSL không phải là mạng chuyển mạch giống như PSTN hay ATM mà DSL chính là mạng truy

nhập (Access Network)

Trong DSL thường được viết xDSL là một họ hay một nhóm công nghệ

và tiêu chuẩn DSL dùng để truyền dữ liệu tốc độ cao trên đôi cáp xoắn “x”

có thể là viết tắt của: H, SH, I, V, A hay RA tuỳ thuộc vào loại dịch vụ sử dụng DSL Công nghệ xDSL ngày xưa chỉ là hệ thống số dùng để thay thế công nghệ truyền số ISDN đã có Ngày nay hệ thống xDSL cho phép truyền

cả số và tương tự trên cùng một đôi cáp xoắn với tốc độ cao hơn rất nhiều Mặc dù đã được chuẩn hóa nhưng có nhiều hệ thống xDSL phát triển theo các hướng riêng Kết quả là một số thiêt bị xDSL khác nhau thì không đồng bộ nhau

Hệ thống xDSL đầu tiên là đường dây thuê bao số tốc độ cao HDSL (High speed Digital Subscriber Line) Hệ thống HDSL truyền tốc độ cao (T1/E1) với khoảng cách xa mà không cần dùng trạm lập (repeater) Hệ thống HDSL này sử dụng 2 hoặc 3 đôi cáp truyền dữ liệu với tốc độ lên đến 2Mbps Sau đó công nghệ điều chế mới hiệu quả hơn dùng đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) cho phép hệ thống tăng tốc độ truyền dữ liệu từ trung tâm (cung cấp dịch vụ) đến nhà khách hàng lên đến 6Mbps (một số hệ thống ADSL cho tốc độ đến 8Mbps)

Hệ thống ADSL được phát triển thành RADSL và G.Lite là loại ADSL có tốc

độ thấp hơn Để nâng cao hiệu quả của các thiết bị sử dụng ISDN thì một công nghệ DSL ra đời tương ứng với ISDN gọi là IDSL

Trong kiểu truyền đối xứng dùng trong DSL có G.shdsl (Single pair HDSL) cho phép truyền với nhiều tốc độ khác nhau VDSL truyền đối xứng đến tốc độ 26Mbps trên một khoản cách ngắn VDSL cũng có thể truyền không đối xứng với tốc độ tối đa 52Mbps [9]

- Hội nghị truyền hình

- Game trực tuyến

Ngoài ra cuộc cách mạng của công nghệ DSL giải quyết được bài toán khó trong vấn đề truy nhập ngày nay:

- Tốc độ thấp do thiếu băng thông truyền hẹp

- Chiếm đường điện thoại khi truy nhập dữ liệu

Modem DSL

Modem DSL

Mạng lõi

Mạng truy nhập DSL 1.000 - 18.000 feet 52Mbps - 100Kbps xTU-R

From other user DSLAM

xTU-C

Bộ tách

Hình 2.1 Cấu trúc của xDSL

- DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): là bộ ghép truy

nhập DSL cho phép ghép nhiều users truyền chung vào một đường truyền tốc

độ cao (như bộ tập trung) Việc sử dụng công nghệ DSLAM này làm giảm số đường kết nối vật lý giữa tổng đài trung tâm CO (Central office) với đường trục (Backbone) Kỹ thuật ghép kênh trong DSLAM có thể là ghép kênh phân chia thời gian TDM (Time Division Multiplex), chuyển tiếp khung Frame-Relay, IP hoặc phương thức truyền dẫn không đồng bộ ATM (Asynchronous Transfer Mode) Thuận lợi của việc dùng kỹ thuật Frame-Relay, IP hoặc ATM là cho phép giới hạn tốc độ đường lên thấp hơn tốc độ đường truy nhập xuống đến các user, rất thích hợp cho dịch vụ truy nhập internet hơn

- xTU-C (All the different Transceiver Units-Central): tất cả các khối

máy thu phát khác nhau - phía tổng đài là thiết bị xDSL Transceiver đặt tại

CO Một DSLAM có thể chứa nhiều kiểu xTU-C khác nhau như: ATU-C cho ADSL, STU-C cho SHDSL, vTU-C cho VDSL

- xTU-R (All the different Transceiver Units-Remote): tất cả các khối

máy thu phát khác nhau - phía đầu xa là thiết bị xTU-R Tranceiver đặt tại phía đầu

xa như tại phía khách hàng xTU-R được kết nối cùng loại với xTU-C tương ứng xTU-R đóng vai trò là tớ và nhận lệnh từ xTU-C chủ để điều chỉnh mức tín hiệu và tốc độ của luồng dữ liệu hay thực hiện chức năng hoạt động, quản lý và bảo dưỡng OAM (Operations, Administration and Maintenance)

2.2.2 Chức năng của lớp vật lý xDSL

- Thiết lập và giải phóng các mạch kết nối vật lý giữa hai thiết bị DSL

- Xác định các thông số đường dây: Đường kính cỡ cáp, chiều dài cáp, khoảng

cách các rẽ nhánh cáp

-Xác định mức công suất phát, điều chế tín hiệu

- Giám sát lỗi và hiển thị lỗi như tốc độ lỗi bits hoặc lỗi hệ thống quản lý

2.3 Các phiên bản của xDSL

Sự khác biệt giữa các phiên bản của DSL là về tốc độ dữ liệu truyền trên mạng cáp đồng có sẵn Tùy theo lọai ứng dụng mà sử dụng lọai xDSL cho phù hợp Các phiên bản của xDSL có thể chia làm 2 nhóm [3]:

Nhóm đối xứng (Symmetric): cho phép truyền với tốc độ bằng nhau

theo cả hai hướng từ user đến mạng lõi và ngược lại Lọai này phù hợp cho các ứng dụng như Video conferencing hay kết nối luồng E1/T1

 IDSL (ISDN Digital Subscriber Line)

IDSL (đường dây thuê bao số ISDN) được phát triển từ Basic Rate ISDN

và còn được gọi là ISDN DSL vì tốc độ truyền dữ liệu của nó cũng gần giống với tốc độ truyền dữ liệu của mạng liên kết số đa dịch vụ ISDN (Integrated Services Digital Network) Nó cũng sử dụng mã đường truyền ISDN là 2B1Q Tuy nhiên,

dạng dữ liệu và ứng dụng của IDSL thì khác với ISDN

Sự khác biệt giữa IDSL và ISDN:

- IDSL không sử dụng quay số (Dial-up) còn ISDN thì dùng quay số

- IDSL không sử dụng chuyển mạch như ISDN

- IDSL chỉ dùng một mạch điện còn ISDN dùng hai mạch điện

- IDSL không qua hệ thống tổng đài thọai CO mà chỉ kết nối vào thiết bị Router

tương ứng tại CO, còn ISDN thì phải qua hệ thống chuyển mạch điện thọai

Tốc độ hỗ trợ IDSL: 64, 128, 144 Kbps

Số đôi dây cáp đồng sử dụng: 1

Khoảng cách truyền: 8 Km (0.5mm, 24AWG)

Ứng dụng: Game trực tuyến và audio/video tốc độ thấp

 HDSL (High-Speed Digital Subscriber Line)/HDSL2

để phân biệt tín hiệu thu phát

Khi nhu cầu truy nhập các dịch vụ đối xứng tốc độ cao tăng lên, kỹ thuật HDSL2 thế hệ 2 ra đời để đáp ứng nhu cầu truyền T1, E1 chỉ trên một đôi dây đồng với một bộ thu phát nên có nhiều ưu điểm là hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau, sử dụng mã đường truyền hiệu quả hơn mã 2B1Q, khoảng cách truyền dẫn

xa hơn, có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác

Do sử dụng cả tần số thoại nên không cung cấp đồng thời cả dịch vụ thoại nhưng công nghệ này được sử dụng rộng rãi cho các dịch vụ đối xứng trong mạng nội hạt thay thế các đường trung kế T1, E1 mà không cần sử dụng bộ lặp, kết nối mạng LAN

Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G991.1, ETSI TS 101 135V1.5.3 (2000-09) Tốc độ hỗ trợ HDSL: 2Mbps, 1.5Mbps và Nx64 kbps

Số đôi cáp đồng sử dụng: 1,2 hay 3 tùy thuộc vào model

Khoảng cách truyền: 3 đến 5 Km tùy lọai model: 2 hoặc 3 đôi cáp

Ưu điểm:

- Là công nghệ truyền dẫn đối xứng

- Tận dụng được cơ sở hạ tầng là cáp đồng

- Tốc độ cao có thể đạt từ T1 (1.544 Mbps) đến T3 (2.044Mbps)

- Khoảng cách truyền dẫn xa hơn

- Có khả năng tương thích phổ với các dịch vụ DSL khác

Nhược điểm:

- Không sử dụng để truyền dẫn được cả dữ liệu và tín hiệu thoại

- Khoảng cách truyền không xa bằng công nghệ bất đối xứng

 SHDSL (single-pair HDSL)

STU-R STU-C

Tổng đài trung tâm

> 12.000 feet

`

Hình 2.3 Cấu trúc mạng SHDSL Công nghệ DSL một đôi dây (Single pair DSL) truyền đối xứng tốc độ 784Kbps trên một đôi dây, ghép kênh thoại và số liệu trên cùng một đường dây, sử dụng mã 2B1Q Công nghệ này chưa có các tiêu chuẩn thống nhất nên không được phổ biến cho các dịch vụ tốc độ cao

SDSL chỉ được ứng dụng trong việc truy cập trang Web, tải những tệp dữ liệu và thoại đồng thời với tốc độ 128Kbps với khoảng cách nhỏ hơn 6,7Km và tốc độ tối đa là 1024Kbps trong khoảng 3,5Km

Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G991.2, ETSI TS 101 524V1.1.3 (2001-11)

Tốc độ hỗ trợ SHDSL: 192 kbps đến 2.312 Mbps

Số đôi cáp đồng sử dụng: 1

Khoảng cách truyền: 3 đến 10 Km tùy thuộc tốc độ

Ưu điểm:

- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có

- Tốc độ của dữ liệu lên tới 2,3Mbps download và upload với cùng một tốc độ

- Có khả năng hỗ trợ một số dịch vụ mạng như VoIP, VPṆ

- Phù hợp với các doanh nghiệp lớn

- Chức năng LAN-to-LAN

Nhược điểm:

- Không sử dụng được đồng thời fax và voice

- Chi phí tương đối cao

Nhóm không đối xứng (Asymmetric): cho phép truyền với tốc độ khác

nhau theo cả hai hướng từ user đến mạng lõi và ngược lại Tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào hướng truyền (hướng lên: upstream từ user đến mạng lõi, hướng xuống Downstream từ mạng lõi về users) Lọai này thích hợp cho các dịch vụ như: Truy cập internet, VoD sử dụng tốc độ downstream nhanh hơn tốc độ upstream

 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

Internet

Bộ chuyển mạch ATM

Bộ tách MDF Bộ tách

POTS/ISDN ATU-R

Bộ chuyển mạch tổng đài trung tâm PSTN

`

ATU-C DSLAM

Đường trục tốc độ cao

Hình 2.4 Cấu trúc mạng ADSL ADSL (đường dây thuê bao số không đối xứng) rất thích hợp cho ứng dụng VoD và truy cập internet ADSL là kỹ thuật tương thích với ứng dụng tốc

độ cao khi dùng kỹ thuật điều chế đa tone rời rạc DMT (Discrete Multi Tone) Thiết bị ADSL có thể dùng ghép kênh phân chia theo tần số FDM (Frequency Division Multiplex) hoặc loại bỏ tiếng vọng Echo Cancellation

ADSL có thể cho tốc độ downstream từ 384 Kbps đến 8Mbps, với chiều dài 5.5 Km, tốc độ downstream đạt đến 8 Mbps tùy thuộc vào chất lượng của đường dây Tốc độ của đường upstream từ 64 kbps đến 768 kbps ADSL chủ yếu dùng để truy cập internet trên cùng đôi cáp đồng của dịch vụ điện thoại truyền thống POTS (Plain old Telephone Service) thông qua POTS Splitters

Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G922.1, ANSI T1.413

lên nhỏ hơn nhiều so với hướng xuống Do đó tình trạng nhiễu xuyên âm đầu gần sẽ được giảm đi rất nhiều

- Độ tin cậy và bảo mật cao

- Dễ triển khai do sử dụng cơ sở mạng điện thoại sẵn có

- Chi phí hợp lý

- Có thể tải dữ liệu về vơi tốc độ 8Mbps

- Sử dụng đồng thời fax, voice mà không cần ngắt mạng

- Có khả năng hỗ trợ một số dịch vụ như VoIP, VPN

- Phù hợp với các doanh nghiệp vừa và lớn

- Nếu các thành phần của ADSL bị lỗi thì đường dây sẽ vẫn hoạt động

với vai trò của dịch vụ điện thoại truyền thống POTS

Nhược điểm:

- ADSL không triển khai được cho tất cả mọi đường dây thuê bao

- Tốc độ ADSL phụ thuộc nhiều vào khoảng cách từ thuê bao đến

DSLAM, vòng thuê bao càng dài thì tốc độ càng thấp

- Tốc độ đường lên và đường xuống chênh lệch nhau khá lớn

 ADSL.Lite (G.Lite) (Splitterless ADSL)

Internet

Bộ chuyển mạch ATM

Bộ

Bộ chuyển mạch tổng đài trung tâm PSTN

`

ATU-C DSLAM

Đường trục tốc độ cao

Màng lọc microfilter

Hình 2.5 Cấu trúc mạng G.Lite

G.Lite cũng giống như ADSL nhưng không dùng splitter tại phía khách hành G.Lite dùng kỹ thuật điều chế DMT và có tốc độ downstream 1.5 Mbps, upstream 384 kbps

G.Lite cũng dùng chung đường dây điện thọai của POTS để truy cập Internet nhưng không dùng splitter tại phía khách hàng (CPE) mà chỉ dùng splitter tại CO

Tiêu chuẩn sử dụng: ITU-T G922.2

Tốc độ hỗ trợ: Download 1.5 Mbps, Upload 384 Kbps

Số đôi cáp đồng sử dụng: 1

Khoảng cách truyền: 3 đến 8 Km tùy thuộc tốc độ

 VDSL (Very high-Speed Digital Subscriber Line)

`

> 18.000 feet

> 52Mbps DS ONU

Tổng đài trung tâm

Modem VDSL

< 4.500 feet

Mạch vòng nội hạt

Mạng

Filter Ring

Hình 2.6 Cấu trúc mạng VDSL VDSL (đường dây thuê bao số tốc độ rất cao) hỗ trợ cả 2 mode đối xứng và không đối xứng VDSL cho tốc độ downstream đến 52Mbps với khoảng cách 0.3Km và tốc độ 13Mbps cho 1Km

Trong modes đối xứng VDSL đạt tốc độ 26Mbps với khoảng cách 0.3Km và tốc độ 13Mbps cho 1Km VDSL rất thích hợp cho các ứng dụng băng rộng trong tương lai Ứng dụng chính của VDSL là ứng dụng Video

on Demand (VoD) hay các ứng dụng multimedia

Tiêu chuẩn sử dụng: ETSI TS 101 270-2 V1.1.1 (2001-02)

Tốc độ hỗ trợ: 52Mbps trong modes không đối xứng và 26Mbps trong modes đối xứng

- Hỗ trợ khoảng cách tối đa là 1,2Km

- Chưa được hỗ trợ bởi các ISP chỉ dùng cho mạng LAN mở rộng

 So sánh giữa các lọai phiên bản xDSL

Bảng 2.1 So sánh giữa các lọai phiên bản xDSL

truyền dẫn

Số đôi dây đồng sử dụng

300 m-1 km 1 đôi

2.4 IPTV triển khai trên xDSL

Trong một vài năm gần đây có một số lớn các công ty điện thoại trên khắp thế giới tuyên bố tham gia vào thị trường IPTV Sự tham gia của các công ty viễn thông vào thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đến kết quả là các nhà cung cấp truyền hình cáp và mạng băng rộng không dây đưa ra các dịch vụ thoại và truy cập Internet để cạnh tranh Đáp lại, các công ty viễn thông đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầng mạng DSL bắt đầu đưa ra các dịch

vụ truyền hình thế hệ tiếp theo cho thuê bao của họ Chú ý rằng DSL là công nghệ cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông lớn trên sợi dây cáp đồng đang dùng chỉ để truyền thoại Nó làm biến đổi hạ tầng mạng cáp điện thoại đang tồn tại giữa tổng đài nội hạt

và điện thoại nhà khách hàng thành đường dây số tốc độ cao Đây là khả năng cho phép các công ty điện thoại sử dụng mạng đang có của họ để cung cấp các dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho thuê bao

Băng thông là một vấn đề quan trọng trong việc phân phối các dịch vụ IPTV thế hệ mới Một số mạng băng rộng dựa trên DSL hiện có được kế thừa từ các chuẩn DSL, nó không chỉ đơn giản là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ video tốc độ cao Hầu hết các mạng đó bị hạn chế trong việc phân phối luồng dữ liệu IP tới mỗi hộ gia đình Trong một số trường hợp nó không thể gửi tín hiểu truyền hình chất lượng chuẩn trên mạng truy cập DSL Việc tăng quá trình thực thi được yêu cầu cho IPTV có thể đạt được bằng cách triển khai các công nghệ DSL như ADSL, ADSL2+ và VDSL [5]

 IPTV phân phối trên mạng ADSL

Đường dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong

họ xDSL được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên các mạng viễn thông thế giới ADSL là công nghệ kết nối điểm-điểm, nó cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông rộng trên đường dây cáp đồng điện thoại đang tồn tại Nó được gọi là “bất đối xứng” vì thông tin được truyền

từ trung tâm dữ liệu tới thiết bị IPTVCD nhanh hơn thông tin được truyền từ IPTVCD tới trung tâm dữ liệu Cũng vì thế đặc tính kết nối điểm-điểm của ADSL loại trừ được các biến đổi về băng thông của môi trường mạng chia sẻ Bằng việc sử dụng các kỹ thuật đặc trưng, ADSL cho phép tốc độ downstream là 8 Mbps và tốc độ upstream là 1,5Mbps Bởi vậy, một kết nối ADSL chỉ đủ cho đồng thời hai kênh truyền hình quảng bá theo chuẩn MPEG-2 và một kết nối Internet tốc độ cao Điểm trở ngại chính của ADSL là phụ thuộc vào khoảng cách tính từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp tới nhà khách hàng Nếu nhà khách hàng ở gần trung tâm dữ liệu thì chất lượng dịch vụ tốt hơn những nhà ở xa Dịch vụ ADSL giới hạn khoảng cách trên là 18.000ft hay 5,5Km

Các thiết bị ADSL cung cấp một kết nối kỹ thuật số trên mạng PSTN, tuy nhiên tín hiệu truyền là tín hiệu tương tự Các mạch ADSL phải sử dụng tín hiệu tương tự vì mạng mạch vòng nội hạt (local loop) không có

khả năng truyền các tín hiệu mã hóa dạng số Vì thế, một modem tại trung tâm dữ liệu IPTV chịu trách nhiệm chuyển đổi dữ liệu số thành các tín hiệu tương tự để có thể truyền được Tương tự, tại nhà khách hàng cũng có một modem chịu trách nhiệm chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ban đầu trước khi đi vào thiết bị IPTVCD

Các thiết bị được sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trên mạng ADSL như trên hình 2.7 bao gồm:

- Modem ADSL: tại nhà thuê bao có một bộ thu phát ADSL hoặc

modem Modem thường kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đình hoặc PC tới đường line DSL Đa số modem hiện này đều được tích hợp chức năng định tuyến để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu và truy cập Internet tốc độ cao

- Bộ lọc POTS: người dùng được kết nối với Internet bằng kết nối

băng thông rộng ADSL sẽ sử dụng một thiết bị gọi là bộ lọc POTS để lọc tín hiệu dữ liệu từ các tín hiệu thoại Bộ lọc sẽ lọc tín hiệu tới thành tín hiệu tần số thấp đưa tới điện thoại và tần số cao đưa tới mạng gia đình

- DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): bộ ghép kênh

truy cập đường dây thuê bao số Tại mỗi tổng đài khu vực (Regional Office) của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, DSLAM nhận các kết nối của thuê bao trên đường dây cáp đồng, tập hợp chúng lại và kết nối trở lại trung tâm dữ liệu IPTV bằng cáp quang tốc độ cao dựa trên mạng đường trục Để triển khai IPTV, DSLAM thường hỗ trợ truyền dẫn đa điểm (multicast) vì thế không cần phải tái tạo lại các kênh cho từng yêu cầu từ một người xem IPTV DSLAM chịu trách nhiệm trong việc phân phối nội dung IPTV từ tổng đài khu vực tới các thuê bao IPTV

Thuê bao

Server nội dung IPTV

Router phân phối

Mạng băng rộng IP

Modem ADSL

Hình 2.7 IPTV trên cấu trúc mạng ADSL DSLAM có hai loại là DSLAM lớp 2 và DSLAM nhận biết IP

DSLAM lớp 2: hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI và thực hiện các

chức năng như chuyển mạch lưu lượng giữa Ethernet và ATM, chuyển tiếp các lưu lượng mạng ngược dòng (up-stream) và ngăn ngừa can nhiễu giữa các thuê bao IPTV Việc chuyển mạch giữa các mạch ảo ATM và các gói Ethernet ngược dòng được dễ dàng bằng cách sử dụng cơ chế bắc cầu

DSLAM nhận biết IP: hỗ trợ các giao thức IP hoạt động tại lớp 3 trong

mô hình OSI Các chức năng tiên tiến được tích hợp trong các DSLAM nhận biết IP là tái tạo các kênh truyền hình quảng bá và kênh thực hiện theo lệnh Công nghệ ADSL là một ý tưởng cho các dịch vụ tương tác khác nhau, tuy nhiên, đó không phải là giải pháp tốt nhất để phân phối nội dung IPTV do các nguyên nhân sau:

- Tốc độ dữ liệu: tốc độ tối đa của ADSL là 8Mbps chỉ hỗ trợ sử dụng

tốt cho hai kênh truyền hình chất lượng cao và một số lưu lượng Internet, tuy nhiên, nó sẽ không thể đáp ứng được cho các nhà cung cấp IPTV khi phân phối các chương trình lớn tới thuê bao của họ