Triển Khai IPTV Trên Công Nghệ WiMax

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
HỆ: CHÍNH QUY
Đề tài : Triển Khai IPTV Trên Công Nghệ WiMax


2
THÁI NGUYÊN – 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Đề tài : Triển Khai IPTV Trên Công Nghệ WiMax
SINH VIÊN
LỚP
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
THÁI NGUYÊN -2013
3
TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Sinh viên …….
Lớp Khoá ……
Ngành học …
Giáo viên hướng dẫn

1. Tên đề tài tốt nghiệp

2. Các số liệu ban đầu (nếu có)




3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán




4. Số lượng các phần mềm, bảng biểu, bản vẽ (kích thước A0)


4
5. Ngày giao nhiệm vụ
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ
BCN KHOA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
5
1.Giới thiệu 8
6.Hệ thống quản lý và vận hành OBSS 37
14. Mạng phân phối IP 40
1.Broadcast 41
3.Multicast 42
Phần 2: TỔNG QUAN WIMAX 47
I.TỔNG QUAN VỀ WIMAX 47
1.Giới thiệu 47
2.Những đặc điểm nổi bật của WiMAX 48
3.Chuẩn IEEE 802.16 và WIMAX 50
Đơn sóng mang 50

Đơn sóng mang, 256 OFDM, 2048 OFDM 50
QPSK, 16QAM, 64QAM 50
QPSK, 16QAM, 64QAM 50
QPSK, 16QAM, 64QAM 50
32-134.4 Mbps 50
1-75 Mbps 50
1-75 Mbps 50
Khối TDM/TDMA 50
Khối TDM/TDMA/OFDMA 50
Khối TDM/TDMA/OFDMA 50
TDD và FDD 50
TDD và FDD 50
TDD và FDD 50
20, 25, 28 51
1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75 51
1.75, 3.5, 7, 14, 1.25, 5, 10, 15, 8.75 51
WirelessMAN-SC 51
WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN-OFDMA 51
WirelessMAN-SCa, WirelessMAN-OFDM, WirelessMAN-OFDMA 51
Không 51
256-OFDM như là WiMAX cố định 51
S-OFDMA như là WiMAX di động 51
4.Mô hình tham chiếu 51
4.2.Lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC) 53
II.KỸ THUẬT SỬ DỤNG TRONG WIMAX 56
1. Kỹ thuật OFDM 56
2. KỸ THUẬT OFDMA 6
3. ĐIỀU CHẾ THÍCH NGHI 11
4.CÔNG NGHỆ SỬA LỖI 12
5. ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT 12

6. CÁC CÔNG NGHỆ ANTEN TIÊN TIẾN 12
6
Phần 3: TRIỂN KHAI MẠNG WIMAX ỨNG DỤNG DỊCH VỤ IPTV 13
II.Các dịch vụ IPTV 18
III.Cấu trúc hệ thống triển khai IPTV trên WiMAX 18
1. Cấu trúc hệ thống IPTV trên nền WiMAX 18
Hình 3.2: Phân bố dịch vụ IPTV trên WiMAX cho 19
thuê bao cố định và di động 19
2. Mô hình đề nghị 20
Hình 3.3: Mô hình hệ thống đề nghị cho các ứng dụng IPTV trên
WiMAX 21
Hình 3.4: Ngăn xếp để truyền dịch vụ IPTV trên WiMAX 21
Hình 3.5: Lớp MAC hỗ trợ QoS 22
Hình 3.6: Cấu trúc lớp vật lý 23
Hình 3.7: Sơ đồ thu phát vô tuyến 24
3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng IPTV trên WiMAX 24
Hình 3.8: Tín hiệu video điều chế 16QAM nhận được ở một số kênh
có trạng thái tốt (SS1, SS2, SS4, SS7, SS9) và không thu được ở
các SS khác (SS3, SS5, SS8, SS10) 27
Phần 4: CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 27
I.Tổng quan về chương trình NS 27
II. Kịch bản mô phỏng hệ thống wimax 37
1. Giả thuyết 37
2. Kịch bản mô phỏng 37
3. Hoạt động 39
4. Tính lượng băng thông được sử dụng trên BS 45
7
8
Chương 1: GIỚI THIỆU IPTV
I.TỔNG QUAN IPTV

1.Giới thiệu

IPTV: IP (Internet Protocol) + TV (Television), dùng phương thức IP để truyền
một nguồn video (hình ảnh và âm thanh) đến người dùng thông qua hạ tầng mạng IP.
ITPV được định nghĩa chính thức như sau: IPTV được định nghĩa là các dịch vụ đa
phương tiện như truyền hình ảnh, tiếng nói, văn bản, dữ liệu được phân phối qua các
mạng dựa trên giao thức IP mà được quản lý để cung cấp các cấp chất lượng dịch vụ,
bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu.
Nguồn video thu từ hệ thống vệ tinh hoặc cáp được mã hóa (encode) thành luồng
(stream) video và đóng gói thành các gói tin (packet) IP, với địa chỉ đích là một địa chỉ
IP phát đồng loạt ( multicast) xác định. Sau đó gói tin được đưa vào mạng IP, nhờ vào
9
bảng định tuyến multicast trong các thiết bị mạng (router, switch) các gói tin này sẽ
được phân phối đến đúng người dùng có yêu cầu. Tại đầu cuối khách hàng, bộ giải mã
video (STB - Set Top Box) nhận luồng video (kênh truyền hình) và chuyển chúng sang
tín hiệu tương tự (analog) hoặc số (digital) để hiện thị hình ảnh, âm thanh lên màn hình
TV
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.
Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng
vượt 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 chương trình
truyền hình trên màn hiển thị, hay có thể nhận tin nhắn sms, e – mail…
2.Một số đặc tính của IPTV
♦ Hỗ trợ truyền hình tương tác
Khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân

phối toàn bộ các ứng dụng TV tương tác. Các loại hình dịch vụ được truyền tải thông
qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền hình trực tiếp chuẩn, truyền hình chất
lượng HDTV, trò chơi tương tác va 2internet tốc độ cao.
♦ Sự dịch thời gian
IPTV kết hợp với một máy ghi video kĩ thuật số cho phép dịch thời gian nội
dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội dung IPTV để xem sau.
♦ Cá nhân hóa
10
Một thệ thống IPTV đầu cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều và cho phép
người dùng cuối cá nhân hóa những thói quen xem TV của họ bằng cách cho phép họ
quyết định những gì họ muốn xem và khi nào họ muốn xem
♦ Yêu cầu băng thông thấp
Thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọi người dùng, công nghệ IPTV cho
phép nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu cầu. Đặc điểm
hấp dẫn này cho phép nhà điều hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng.
♦ Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị
Việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn ở việc sử dụng TV. Người
dùng có thể sử dụng máy PC hay thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ IPTV.
3.Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Intrenet
Do đều được truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, người ta đôi lúc hay nhầm
IPTV là truyền hình Internet. Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau:
Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phát các nội
dung video tới người sử dụng cuối. IPTV sử dụng mạng riêng để truyền các nội dung
video đến khách hàng. Các mạng riêng này thường được tổ chức và vận hành bởi nhà
cung cấp dịch vụ IPTV.
♦ Về mặt địa lý
Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không cho
phép người 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, người dùng Internet
nào cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kì đâu trên thế giới.

♦ Về quyền sở hữu hạ tầng mạng
11
Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao
thức Internet mạng nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển trong các
mạng khác nhau tạo nên mạng Internet công cộng. Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ
truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình như 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
lượng hình ảnh thấp.
Trong khi, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp
dịch vụ. Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để cung cấp hình ảnh với chất
lượng cao.
♦ Về cơ chế truy cập
Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung video
được phân phát qua hệ thống IPTV , trong khi PC thường được sử dụng để truy cập các
dịch vụ Internet. Các loại phần mềm được sử dụng trong PC thường phụ thuộc vào loại
nội dung truyền hình Internet. Ví dụ như, để download các chương trình truyền hình từ
trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm media cần thiết để xem được
nội dung đó. Hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy cập.
♦ Về giá thành
Phần trăm nội dung chương trình được phân phát qua mạng Internet công cộng
tự do thay đổi. Điều này khiến các công ty truyền thông đưa 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 1 loại hình dịch vụ giải trí.
4.Cơ sở hạ tầng mạng IPTV
12
Hình 1.2 mô hình hệ thống IPTV
♦ Trung tâm dữ liệu
Cũng được biết đến như là “đầu cuối - headend”. Trung tâm dữ liệu IPTV nhận

nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp
nội dung, nhà sản xuất, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận
được nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa và các
máy chủ video tới bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật giành riêng được 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 được yêu cầu để quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những
người sử dụng. Chú ý rằng, địa điểm thực của trung tâm dữ liệu IPTV được yêu cầu
bởi hạ tầng cơ sở mạng được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ.
♦ Mạng truyền dẫn băng thông rộng
Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm – điểm. Trong trường hợp
triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng 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 lượng
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.
13
♦ Thiết bị người dùng IPTV
Thiết bị người dùng IPTV (IPTVCD) là thành phần quan trọng trong việc cho
phép mọi người 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
người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh
hưởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung IPTV
♦ 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, như là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những
thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và
thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như là máy in và máy scan, cũng như kết nối

Internet băng rộng, có thể được chia sẻ một cách dễ dàng
II.Lý thuyết cơ bản về hệ thống mạng IP
1. Tổng quan về mô hình truyền thông IPTV (IPTVCD)
Mô hình truyền thông trong IPTV có 7 lớp (và một lớp tùy chọn) được xếp
chồng lên nhau.
Các dữ liệu video ở phía thiết bị gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp
trong mô hình IPTV, và được truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của
lớp vật lí. Ở thiết bị nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng
trong mô hình IPTV.
14
Video encoding
Video packetizing
MPEG transport Stream
construction
Physical layer
Data link layer
RTP(optional)
Transport (UDP or TCP)
IP
HFC,xDSL,FTTx,
Wireliss net work
Video encoding
Video packetizing
MPEG transport Stream
construction
Physical layer
Data link layer
RTP(optional)
Transport (UDP or TCP)
IP

Hình 1.3: Mô hình truyền thông IPTV
Do đó, nếu một bộ mã hóa gửi chương trình video đến một thiết bị IPTV của
khách hàng, thì phải chuyển qua các lớp trong mô hình IPTV ở cả phía thiết bị nhận và
thiết bị gửi. Mỗi lớp trong mô hình IPTV độc lập với nhau và có chức năng riêng. Khi
chức năng này được thực hiện, dữ liệu video được chuyển đến lớp tiếp theo trong mô
hình IPTV. Mỗi lớp sẽ thêm vào hoặc bỏ đi phần thông tin điều khiển của các gói
video trong quá trình xử lí. Thông tin điều khiển chứa các thông tin giúp thiết bị có thể
sử dụng gói dữ liệu đúng chức năng của nó, và thường được định dạng như các header
hoặc trailer. Bên cạnh việc truyền thông giữa các lớp, còn có các liên kết ảo giữa các
tầng cùng mức. 7 lớp và 1 lớp bổ sung trong mô hình IPTV có thể được chia làm 2
loại: các lớp cao và lớp thấp. các tầng cao hơn thì quan tâm nhiều hơn tới các ứng dụng
của IPTV và các định dạng file, trong khi các tầng thấp hơn thì quan tâm tới việc
truyền tải các nội dung.
Mô hình IPTV và truyền tải các nội dung MPEG:
15
♦ Lớp mã hóa video
Quá trình truyền thông bắt đầu ở lớp mã hóa, các tín hiệu tương tự hoặc số được
nén. Tín hiệu lối ra của bộ nén là các dòng MPEG cơ bản. Các dòng MPEG cơ bản
được định nghĩa là các tín hiệu số liên tục thời gian thực. Có nhiều loại dòng cơ bản.
VD, âm thanh được mã hóa sử dụng MPEG được gọi là “dòng âm thanh cơ bản”. Một
dòng cơ bản thực ra chỉ là tín hiệu thô ra từ bộ mã hóa. Các dòng dữ liệu được tổ chức
thành các khung tại lớp này. Các thông tin chứa trong một dòng cơ bản có thể bao
gồm:
+Loại khung và tốc độ.
+Vị trí của những block dữ liệu trên màn hình.
+Tỉ số cạnh.
+Các dòng cơ bản là nền tảng để tạo nên các dòng MPEG.
♦ Lớp đóng gói video
Để truyền các dòng âm thanh, dữ liệu và hình ảnh cơ bản qua mạng số, mỗi
dòng cơ bản này phải được chuyển đổi sang một dòng được chèn của gói PES đã được

đánh dấu thời gian (PES- parketized Element Stream ). Một dòng PES chỉ bao gồm
một loại dữ liệu từ một nguồn. Một gói PES có thể có kích thước khối cố định hoặc
thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 byte header, và số byte còn lại chứa
nội dung chương trình.
Do bản chất của mạng, thứ tự hay chuỗi các khung video từ lối ra của trung tâm
dữ liệu IPTV có thể khác thứ tự các khung do các thiết bị của người dùng nhận được.
Do đó, để giúp đỡ quá trình đồng bộ, các hệ thống dựa trên MPEG thường dán nhãn
các gói PES khác nhau trong chuỗi video.
Có 2 loại nhãn thời gian được sử dụng đối với mỗi gói PES: nhãn thời gian trình
diễn (PTS), và nhãn thời gian giải mã (DTS):
16
+ PTS nhãn thời gian trình diễn có giá trị thời gian 33 bit, được đặt trong
trường PES header. Mục đích của việc sử dụng PTS cho mỗi gói là để xác định xem
khi nào và theo trật tự nào thì gói đó được xem (bởi người xem).
+ DTS nhãn giải mã để sử dụng giúp bộ giải mã ở thiết bị của người sử dụng
biết khi nào xử lí gói đó.
Như đã chỉ ra ở trên, thứ tự các gói được truyền đi qua mạng khác với thứ tự các
gói nhận được ở thiết bị của người sử dụng. Thiết bị người sử dụng IPTV sẽ dùng các
nhãn PTS và DTS để tái tạo lại nội dung video gốc. Bên cạnh việc gửi đi các nội dung
nén MPEG-2, PES còn có khả năng truyền tải các khối H.264/AVC qua mạng IPTV.
PES packet 1
DTS=1 PTS=1
PES packet 3
DTS=5 PTS=3
PES packet 2
DTS=3 PTS=2
PES packet 4
DTS=2 PTS=4
PES packet 5
DTS=4 PTS=5

MPEG network stream
PES packet 1
DTS=1 PTS=1
PES packet 3
DTS=5 PTS=3
PES packet 2
DTS=3 PTS=2
PES packet 4
DTS=2 PTS=4
PES packet 5
DTS=4 PTS=5
Decoded MPEG stream
Hình 1.4: Ứng dụng nhãn thời gian với các gói MPEG PES
♦ Lớp cấu trúc dòng truyền tải
Lớp tùy chọn này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp
này hoạt động như một lớp trung gian giữa các nội dung được nén MPEG-2,
H.264/AVC ở lớp cao hơn và các lớp thấp hơn trong mô hình IPTV. Giao thức RTP
chính là lõi của lớp này và thường là block cơ sở hỗ trợ truyền dòng nội dung theo thời
gian thực qua mạng IP.
17
Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm
bảo chất lượng dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng
khả năng các dòng tới đích trong trật tự đúng, nhưng không được thiết kế để đảm bảo
các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo
video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng mạng.
♦ Lớp giao thức truyền tải thời gian thực
Lớp tùy chọn này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp
này hoạt động như một lớp trung gian giữa các nội dung được nén MPEG-2,
H.264/AVC ở lớp cao hơn và các lớp thấp hơn trong mô hình IPTV. Giao thức RTP
chính là lõi của lớp này và thường là block cơ sở hỗ trợ truyền dòng nội dung theo thời

gian thực qua mạng IP.
Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm
bảo chất lượng dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng
khả năng các dòng tới đích trong trật tự đúng, nhưng không được thiết kế để đảm bảo
các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo
video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng mạng.
♦ Lớp truyền tải
Thông thường các gói RTP là dạng đầu vào của lớp truyền tải. Điều đáng chú ý
là có thể ánh xạ trực tiếp các gói MPEG-TS sang payload giao thức của lớp truyền tải.
Lớp truyền tải IPTV được thiết kế để đảm bảo các kết nối đầu cuối là tin cậy.
Nếu dữ liệu tới thiết bị người nhận không đúng. Lớp truyền tải sẽ truyền lại. Lớp
truyền tải thông báo với lớp trên để có các thông tin chính xác hơn.
TCP và UDP là 2 giao thức quan trọng nhất được sử dụng ở lớp này.
♦ Lớp IP
18
Sau lớp truyền tải là lớp IP (còn được gọi là lớp liên mạng ). Nhiệm vụ chính
của lớp này là đưa các dữ liệu tới các vị trí mạng riêng biệt thông qua nhiều mạng độc
lập được liên kết với nhau được gọi là liên mạng. Lớp này được sử dụng để gửi các dữ
liệu thông qua các đường khác nhau tới đích. IP là giao thức tốt nhất được sử dụng
trong lớp liên mạng, giao thức này cung cấp dịch vụ phân phát gói cơ bản cho tất cả
các dịch vụ IPTV. Các loại dịch vụ này với hệ thống truyền đơn điểm, nơi các gói
được truyền từ nguồn tới một IPTVCD đích, khác với hệ thống truyền đa điểm nơi mà
các gói được truyền từ máy chủ tới nhiều IPTVCD.
IPv4 là giao thức phổ biến nhất được sử dụng trong mạng IPTV ngày nay.
Nhiệm vụ chính của IP là phân phát các bit dữ liệu trong các gói từ nguồn tới đích. IP
sử dụng kĩ thuật có hiệu quả cao nhất để phân phát dữ liệu. Nói cách khác không có
tiến trình nào đảm bảo quá trình phân phát chính xác thông tin qua mạng. Các khối cơ
sở của giao thức IP là các đoạn bit dữ liệu được đặt trong các gói và được định địa chỉ.
Gói IP là đơn vị dữ liệu bao gồm dữ liệu video thực và các thông tin của việc
nhận video từ trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV tới đích IPTVCD.

Cách đánh địa chỉ IP: trong môi trường IPTV, địa chỉ IPv4 thường được dùng
để định nghĩa IPTVCD và trung tâm cung cấp dữ liệu. Địa chỉ IPv4 là chuỗi 4 số được
ngăn cách với nhau bằng các dấu chấm để định nghĩa một cách chính xác vị trí vật lí
của một thiết bị, ví dụ như set-top box, trong mạng. Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit trong hệ
nhị phân. Các số nhị phân này được chia thành 4 octet, mỗi octet 8 bit, mỗi octet được
đại diện bởi 1 số hệ thập phân nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Mỗi octet được ngăn
cách bởi 1 dấu chấm trong hệ thâp phân. Địa chỉ IP được tổ chức thành 2 phần:
(1) Địa chỉ mạng dùng để định nghĩa mạng băng rộng mà IPTVCD kết nối tới.
(2) Địa chỉ host dùng để định nghĩa các thiết bị IPTV.
Một điểm đáng chú ý là một vài bit đầu tiên của địa chỉ sẽ định nghĩa các bit còn
lại của trường địa chỉ sẽ được phân chia thế nào cho host và mạng. Để thuận lợi cho
việc sư dụng và quản lí, địa chỉ IP được chia thành các lớp khác nhau.
Bên cạnh việc chia thành các lớp, một số địa chỉ IP được dành riêng cho các
mạng tư nhân. Các địa chỉ này nằm trong dải:
19
10.0.0.0 to 10.255.255.255
172.16.0.0 to 172.31.255.255
192.168.0.0 to 192.168.255.255
♦ Lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành các
gói phù hợp để truyền qua mạng vật lí. Chú ý, lớp liên kết dữ liệu khác với các giao
thức mạng. Kĩ thuật Ethetnet là một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử dụng
trong hệ thống IPTV. Lớp liên kết dữ liệu bao gồm các chức năng dành cho các mạng
dựa trên Ethernet:
Encapsulation Lớp này thêm vào các gói IPTV một header. Ethernet header
là loại Encapsulation phổ biến nhất dùng trong lớp liên kết dữ liệu của IPTVCD.
Định địa chỉ Lớp liên kết dữ liệu xử lí các địa chỉ vật lí của mạng người sử
dụng và các thiết bị chủ. Hệ thống địa chỉ khác nhau với các topo mạng. Ví dụ, địa chỉ
MAC được sử dụng trong mạng Ethernet. Mỗi thiết bị kết nối với mạng IPTV thì có 1
địa chỉ MAC. Độ dài của địa chỉ MAC là 48 bit và thường được biểu diễn bằng 12 số

trong hệ 16. Trong 12 số hệ 16 này, 6 số đầu tiên để dành cho nhà sản xuất thiết bị
IPTV và các số còn lại được dùng để định nghĩa giao diện mạng ảo.
Kiểm tra lỗi chức năng kiểm tra lỗi được dùng trong vài lớp của mô hình
IPTV, bao gồm cả lớp liên kết dữ liệu. Các gói bị ngắt là lỗi thường gặp trong quá
trình truyền các nội dung video qua mạng dựa trên IP. Phương pháp sửa lỗi thường
dùng là kiểm tra dư thừa vòng (CRC) trong IPTV để tìm và loại bỏ các gói bị ngắt. Sử
dụng kĩ thuật CRC thiết bị gửi IPTV thực hiện việc tính toán trên các gói và lưu trữ kết
quả trong gói. Các phép tính toán tương tự cũng được thực hiện trên thiết bị nhận khi
nhận được các gói. Nếu kết quả tính toán là như nhau, thì các gói được xử lí bình
thường. Tuy nhiên, nếu kết quả này là khác nhau, thì gói bị lỗi sẽ bị loại bỏ.Thiết bị gửi
sẽ tạo một gói mới và gửi lại nó. Thông báo với lớp trên trong mô hình IPTV khi có
lỗi xảy ra là nhiệm vụ chính của lớp liên kết dữ liệu trong kĩ thuật kiểm tra lỗi mà các
hệ thống IPTV end to end.
20
Điều khiển luồng Điều khiển luồng là một trong chức năng của lớp truyền
tải. Trong mạng IPTV, điều khiển luồng cho thiết bị IPTV của người sử dụng không bị
tràn bởi các nội dung. Lớp liên kết dữ liệu cùng với lớp truyền tải thực hiện bất kì yêu
cầu điều khiển luồng nào.
♦ Lớp vật lý
Lớp vật lí quy định luật lệ truyền các bit số qua mạng. Nó đề cập đến việc đưa
các dữ liệu qua các mạng vật lí riêng biệt như xDSL, và không dây. Lớp này định
nghĩa cấu hình mạng vật lí, thông số kĩ thuật, điện trong môi trường truyền.
Khi dòng bit được truyền qua mạng, các gói được chuyển từ lớp thấp đến lớp
cao trong mô hình truyền thông IPTV. Ví dụ lớp liên kết dữ liệu sẽ kiểm tra các gói và
loại bỏ đi phần header Ethernet và trường sửa lỗi CRC. Tiếp đó sẽ kiểm tra trường kiểu
mã của Ethernet header và xác định gói cần được xử lí bởi giao thức IP. Do đó gói dữ
liệu được chuyển lên lớp mang. Lớp mạng kiểm tra và loại bỏ đi phần IP header và
chuyển gói đó lên lớp truyền tải. Phương pháp bỏ đi phần header khi qua các lớp khác
nhau gọi là bóc gói. Quá trình này tiếp tục đươc thực hiện cho tới khi gói dữ liệu lên
đến tầng trên cùng trong mô hình. Hình ảnh gốc được thể hiện trên màn hình TV của

người xem.
2.Sử dụng TCP để định tuyến các gói IPTV

TCP là giao thức cốt lõi của bộ giao thức internet và được xếp vào loại định hướng kết
nối. Điều này cơ bản có nghĩa là kết nối được thiết lập giữa đầu cuối nhà cung cấp và
thiết bị IPTV của người sử dụng để truyền các chương trình qua mạng.
TCP có khả năng điều khiển lỗi xảy ra trong quá trình truyền các chương trình
qua mạng. Các lỗi như mất gói, mất trật tự gói,hoặc lặp gói thường gặp trong môi
trường truyền IPTV. Để xử lí các tình huống này, TCP sử dụng hệ thống các số liên tục
để cho phép thiết bị gửi có thể gửi lại các dữ liệu hình ảnh bị mất hoặc hỏng. Hệ thống
số liên tục này là trường có độ dài 32 bit trong cấu trúc gói. Trường đầu tiên chứa
21
chuỗi số bắt đầu của dữ liệu trong gói và trường thứ hai chứa giá trị của chuỗi số tiếp
theo mà video server đang đợi (mong) nhận trở lại từ IPTVCD.
Bên cạnh việc sửa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình truyền nội dung video
qua mạng IP băng rộng, TCP còn có điều khiển luồng dữ liệu. Điều này có thể đạt
được bằng cách sử dụng trường kích thước cửa sổ, với thuật toán được gọi là cửa sổ
trượt. Giá trị trong trường này xác định số các byte có thể truyền đi qua mạng trước khi
nhận được xác nhận từ phía thiêt bị nhận.
Requested to
transmit IP video
IPTV content
Check if widow size
value is >zero
Transmit IPTV
content over
network
IPTV content
received at
IPTVCD

IPTVCD buffer
Space available
Yes
No
No
No
Yes
Yes
22
Hình 1.5: Cơ chế điều khiển luồng của TCP
Trong môi trường IPTV, giá trị trường kích thước cửa sổ chính là kích thước
vùng đệm trong IPTVCD trừ đi lượng nội dung đã có trong vùng đệm tại một thời
điểm. Dữ liệu này sẽ được giữ cho tới khi bản tin thông báo đã nhận được gửi về từ
IPTVCD.
Khi giá trị của trường này bằng 0, IPTVCD ở phía đầu thu sẽ không đủ khả
năng xử lí các dữ liệu IPTV ở tốc độ đủ lớn. Khi đó, TCP sẽ chỉ thị cho video server
dừng hoặc làm chậm lại tốc độ gửi các gói dữ liệu tới IPTVCD. Điều này sẽ đảm bảo
rằng IPTVCD sẽ không bị tràn các gói dữ liệu tới. Khi IPTVCD đã xử lí xong các các
gói dữ liệu trong vùng đệm và video server đã biết được điều đó thì giá trị tại vùng
đệm sẽ tăng lên, và video server sẽ bắt đầu truyền tiếp các nội dung. Trong môi trường
IPTV lí tưởng, số của cửa số được báo về từ IPTVCD sẽ báo cho server biết không
gian vùng đệm còn trống chính là tốc độ mà tại đó các nội dung video được gửi đi từ
video server.
Các cổng TCP và Socket: Mỗi điểm cuối của một liên kết IPTV thì có một địa
chỉ IP và một giá trị cổng liên quan. Vì thế mỗi liên kết có 4 thành phần khác nhau:
+ Địa chỉ IP của video server.
+ Số của cổng của video server.
+ Địa chỉ IP của IPTVCD.
+ Số của cổng của IPTVCD.
Việc kết hợp địa chỉ IP và số của cổng cho phép một tiến trình trên IPTVCD có

thể liên lạc trực tiếp với tiến trình đang chạy trên một trong các máy server được đặt ở
trung tâm dữ liệu IPTV.
Socket cũng là một thành phần quan trọng khác trong mô hình truyền thông IP.
Một socket về cơ bản là một giao diện ứng dụng chương trình (API), được sử dụng để
23
làm việc liên lạc giữa các tiến trình đang chạy trên một thiết bị IP. Một socket được
thiết lập bằng cách kết hợp địa chỉ IP với số của cổng.
Data
preparation
1
Data
transmitssio
n
3
Stream
managemen
t
4
Data
transmitssio
n
3
Stream
managemen
t
4
Establishment of
logical conection
2
Closing conection

5
IPTV streaming server
IPTVCD
Hình 1.6: Quá trình truyền thông trong mạng IPTV
Để hiểu hơn về mối liên hệ giữa địa chỉ IP và socket xét các bước để thiết lập
một kênh truyền thông giữa một tiến trình chạy trên IPTVCD và một tiến trình chạy
trên trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV. Bước được mô tả như sau:
(1) Chuẩn bị dữ liệu: Tiến trình gửi chạy trên hệ thống server dòng IPTV chuẩn
bị nội dung và gọi module truyền thông TCP/IP để truyền các dữ liệu tới một tiến trình
đang chạy trên một IPTVCD. Các tiến trình truyền thông bắt đầu và thông tin header
được thêm vào nội dung khi truyền qua các lớp trong IPTVCD.
(2) Thiết lập kết nối logic TCP: Cả 2 đầu kết nối đều được định nghĩa bởi một
địa chỉ IP và một số cổng, kết hợp giữa địa chỉ IP và số cổng gọi là socket. Hệ thống
địa chỉ đối với liên kết truyền thông bao gồm các thành phần sau:
+ Giao thức.
24
+ Địa chỉ IP của máy chủ IPTV.
+ ID của tiến trình chạy trên máy chủ IPTV .
+ Địa chỉ IP của IPTVCD.
+ ID của tiến trình chạy trên IPTVCD.
(3) Truyền dữ liệu: Truyền thông bắt đầu thông qua socket giữa 2 tiến trình từ
phía IPTV server đến IPTVCD.
(4) Quản lí các dòng nội dung IPTV:Giao thức TCP quản lí các dòng IPTV
trong khi kết nối được thiết lập.
(5) Hủy bỏ kết nối: Khi hoàn thành việc truyền các nội dung IPTV, IPTVCD
hoặc trung tâm dữ liệu sẽ hủy bỏ socket và kết nối mạng.
3) Sử dụng UDP để định hướng các gói IPTV:
UDP là giao thức thuộc về bộ giao thức Internet. UDP cho phép máy chủ kết
nối với mạng băng rộng để gửi tới các IPTVCD dịch vụ truyền hình quảng bá có chất
lượng hài lòng người dùng. UDP giống với TCP nhưng là phiên bản sơ lược hơn, đưa

ra cho số lượng tối thiểu các dịch vụ truyền tải. UDP là giao thức không liên kết, điều
đó có nghĩa là kết nối giữa video server và IPTVCD không cần phải thiết lập trước khi
dữ liệu được truyền đi. Video server đơn giản chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số cổng
vào datagram và gửi tới cơ sở mạng để phân phát tới địa chỉ IP đích. Khi trên mạng,
UDP sử dụng cách tốt nhất để cố gắng thu được dữ liệu về điểm đích của nó. Chú ý
rằng UDP sử dụng các khối dữ liệu được gọi là các datagram để truyền nội dung qua
mạng.
Ưu điểm và nhược điểm của UDP:
+ Ưu điểm của UDP:
Không có ngắt trong quá trình truyền nội dung video: không có trễ trong quá
trình phân phối ngay cả khi trong mạng có các gói bị trễ hoặc bị hỏng. Ngược lại, khi
25
sử dụng TCP, có thể xảy ra sự ngắt quãng khi phải chờ các gói bị trễ và các khung hình
tới hoặc phải chờ các gói bị hỏng được thay thế.
Dung lượng thấp: Kích thước header của UDP chỉ bao gồm có 8 byte trong khi
TCP header chiếm tới 20 byte.
Tốc độ thiết lập kết nối: thời gian thiết lập và hủy bỏ kết nối giữa IPTVCD và
các thiết bị ở trung tâm dữ liệu IPTV ngắn. Do đó, việc phân phối các gói sử dụng giao
thức UDP thường nhanh hơn so với sử dụng giao thức TCP.
Hỗ trợ truyền một chiều: UDP không yêu cầu đường về, do đó cho phép các
công ty sử dụng vệ tinh có thể truyền nội dung IPTV truyền đa điểm tới khách hàng
của mình.
+ Nhược điểm của UDP:
Mặc dù UDP là nhanh chóng và hiệu quả đối với các ứng dụng cần thời gian, và
sẽ là không hiệu quả trong trường hợp:
Tính toàn vẹn của dữ liệu: Tính toàn vẹn của dữ liệu khi sử dụng UDP là không
được bảo đảm khi UDP chỉ cung cấp một dịch vụ duy nhất là kiểm tra tổng và
multiplexing thông qua số cổng. Bất kì vấn đề nào cũng có thể xảy ra trong quá trình
truyền thông ở tại đầu cuối nào cần được điều khiển độc lập với các ứng dụng. Các vấn
đề thường gặp như là phát lại, đóng gói và lắp ráp lại, truyền lại các gói bị mất, sự tắc

nghẽn, và điều khiển luồng nằm ngoài khả năng sửa lỗi của UDP.
Khó khăn trong việc vượt qua các tường lửa: Nhiều loại tường lửa trên mạng chặn các
thông tin UDP gây ra các lỗi trong quá trình truyền thông. Đây không phải là vấn đề
lớn đối với các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, tuy nhiên nó cũng ảnh hưởng tới các công
ty cung cấp dịch vụ Internet TV.
Đối với IPTV, UDP tỏ ra hữu ích khi trung tâm dữ liệu cần gửi các nội dung
video IP tới nhiều IPTVCD và là giao thức mức truyền tải phổ biến nhất mà các nhà
cung cấp dịch vụ IPTV.
4) Sự khác biệt giữa TCP và UDP