Nghiên cứu triển khai mô hình P2P cho dịch vụ IPTV trên nền IMS

1
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 kì công trình nào khác.
Tác giả
Trần Ngọc Anh
2
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt
3GPP Third Generation Partnership Project Dự án đối tác thứ ba
AAC Advanced Audio Coding Mã hóa âm thanh cấp cao
ALM Application Level Multicast Ứng dụng mức multicast
AS Application Server Máy chủ ứng dụng
BC Broadcast Quảng bá
CDN Content Delivery Network Mạng cung cấp nội dung
CFIA Customer Facing IPTV Application IPTV ứng dụng giao diện khách hàng
CSCF Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi
CS Content Server Máy chủ nội dung
DMCA Digital Millennium Copyright Act Luật sao chép số hóa
DRM Digital Rights Management Quản lý quyền số hóa
EPG Electronic Program Guide Bản chỉ dẫn chương trình điện tử
EU European Union Liên minh châu Âu
GB Gigabyte Gigabyte
HD High Definition Độ nét cao
3
I-CSCF Interrogating -Call session control
function
Truy vấn- chức năng điều khiển phiên
cuộc gọi

IMS IP Multimedia Subsystem Phân hệ IP đa phương tiện
IP Internet Protocol Giao thức internet
IPTV IP Television Truyền hình giao thức internet
IPTV-
C
IPTV control Điều khiển IPTV
MCF Media Control Function Chức năng điều khiển truyền thông
MDF Media Delivery Function Chức năng cung cấp truyền thông
MS Media Server Máy chủ truyền thông
NASS Network Attachment Subsystem Phân hệ gắn kết mạng
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo
P-
CSCF
Proxy- Call session control function Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi-
ủy quyền
P2P Peer to Peer Mạng ngang hàng
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PVR Personal Video Recorder Bộ ghi video cá nhân
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RACF Resource Access Control Function Chức năng điều khiển truy cập tài
nguyên
RACS Resource Administration and Control
Subsystem
Phân hệ quản lý và điều khiển tài
nguyên
RGW Residential Gateway Cổng dành riêng
S-
CSCF
Serving - Call session control function Bảo trì-chức năng điều khiển phiên
cuộc gọi

SD Secure Digital An toàn kỹ thuật số
SD&S Service Discovery and Selection Phát hiện và lựa chọn dịch vụ
SDF Service Discovery Function Chức năng phát hiện dịch vụ
SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên
SN-C Super Node - Core Nút lớn-Lõi
L Super Node - Tracker Hệ thống theo dõi-Nút lớn
SSF Service Selection Function Chức năng lựa chọn dịch vụ
STB Set-Top-Box Hộp chuyển đổi tín hiệu
UE User Equipment Thiết bị đầu cuối người sử dụng
VoD Voice on Demand Thoại theo yêu cầu
VoIP Voice over IP Thoại qua IP
WCT WIPO Copyright Treaty Hiệp ước bản quyền WIPO
WIPO World Intellectual Property
Organization
Tổ chức sở hữu trí tuệ thế giới
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
4
5
MỞ ĐẦU
Ngày nay, khi đời sống vật chất cũng như tinh thần của con người đang
ngày một nâng cao, Internet đã trở lên phổ biến trong những năm gần đây. Việc
phát triển nhanh của Internet đã góp phần rất lớn thúc đẩy phát triển kinh tế và văn
hóa, nâng cao đời sống vật chất cho nhân dân. Sự phát triển của Internet ở Việt
Nam cũng đã mang lại cho các nhà cung cấp dịch vụ qua Internet nhiều lựa chọn
hơn về phương thức truyền tải dịch vụ của mình đến khách hàng. IPTV cũng đã
phát triển ngày càng mạnh mẽ trong thời gian gần đâyvà trong thời gian tới. Với
những ưu điểm nổi bật của mình, IPTV hứa hẹn sẽ đem lại rất nhiều tiện ích đặc
biệt cho người sử dụng Internet với một nền tảng băng thông rộng hứa hẹn sẽ đem
lại một chất lượng dịch vụ cao cho khách hàng. Để có thể nâng cao chất lượng của
dịch vụ IPTV thì đòi hỏi cần có một công nghệ hiện đại hơn, đáp ứng được các

yêu cầu cao hơn về khả năng đáp ứng liên tục với chất lượng cao về dịch vụ của
mạng cung cấp dịch vụ IPTV. Để giải quyết yêu cầu này của mạng thì công nghệ
P2P thực sự đã mang lại một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của dịch vụ
IPTV. Với công nghệ P2P được đưa vào các mô hình cung cấp dịch vụ IPTV
người xem đã thực sự được xem, trải nghiệm các chương trình, các video theo yêu
cầu của mình một cách nhanh chóng, dễ dàng hơn. Với các ưu điểm nổi trội của
mình cùng với một nền kiến trúc mạng sẵn có, P2P đã được đưa vào các mô hình
mạng dễ dàng hơn rất nhiều với chi phí thấp, sự linh hoạt trong việc cung cấp dịch
vụ. Luận văn “Nghiên cứu triển khai mô hình P2P cho dịch vụ IPTV trên nền
IMS” là một cái nhìn chi tiết hơn về công nghệ P2P, qua đó đưa ra các mô hình
triển khai công nghệ P2P cho dịch vụ IPTV với các phân tích đánh giá cùng với
kết quả đạt được. Qua luận văn, các ưu điểm về khả năng đáp ứng nhu cầu của
người sử dụng cũng như lợi nhuận mà công nghệ P2P mang lại đã thực sự thuyết
phục được các nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn một mô hình mạng hợp lý
nhất cho mình để cung cấp dịch vụ.
6
Luận văn gồm 4 chương:
Chương I: TỔNG QUAN VỀ IPTV
Chương II: IPTV DỰA TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS
Chương III:MỘT SỐ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI P2P CHO DỊCH VỤ IPTV
Chương IV: KIẾN TRÚC DỊCH VỤ IPTV TRÊN NỀN IMS SỬ DỤNG MÔ HÌNH P2P
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo đặc biệt là
TS. VŨ TRƯỜNG THÀNH đã nhiệt tình hướng dẫn và giúp đỡ tác giả hoàn thành
luận văn này. Do hạn chế về thời gian và kiến thức, luận văn không thể tránh khỏi
thiếu sót, tác giả rất mong nhận đươc sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô cùng các
bạn. Tác giả xin được tiếp thu và chân thành cảm ơn.
Học viên
Trần Ngọc Anh
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV

1.1. Tại sao IPTV dựa trên nền kiến trúc IMS?
1.1.1. Tổng quan về kiến trúc IMS
a. Định nghĩa kiến trúc IMS
IP Multimedia System (IMS) là một kiến trúc gồm nhiều chức năng được
gắn kết với nhau thông qua các giao tiếp đã được chuẩn hóa nhằm cung cấp các
dich vụ đa phương tiện qua vùng chuyển mạch gói IP cơ bản. IMS được coi như
kiến trúc cho việc hội tụ mạng thoại, dữ liệu và di động.
Theo chuẩn 3GPP kiến trúc IMS được chia làm 3 mặt phẳng: mặt phẳng ứng
dụng, mặt phẳng truyền tải và mặt phẳng điều khiển.
b. Các giao thức được sử dụng trong IMS
Giao thức SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức thuộc lớp ứng dụng
được sử dụng cho việc thiết lập, điều khiển và kết nối các phiên.
Giao thức DIAMETER là giao thức được sử dụng cho việc nhận thực, cấp
phép và tính cước.
1.1.2. Kiến trúc IMS
Kiến trúc IMS được chia làm 3 lớp hay 3 mặt phẳng như hình 1.1 bên dưới.
Nó bao gồm:
 Mặt phẳng ứng dụng và dịch vụ: bao gồm máy chủ ứng dụng (Application
Server) và các máy chủ thuê bao thường trú HSS.
 Mặt phẳng điều khiển: gồm mạng lõi IMS.
 Mặt phẳng truyền tải: bao gồm thiết bị người dùng UE và các giao tiếp kết nối
vào mạng lõi IP.
8
Hình 1.1: Kiến trúc IMS
1.1.3. Tổng quan về IPTV
a. Khái niệm
IPTV-Internet Protocol Television (Truyền hình qua giao thức internet) là
một hệ thống truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vào giao thức internet thông
qua một hạ tầng mạng, mà hạ tầng mạng này có thể bao gồm việc truyền thông qua
một kết nối băng thông rộng. Một định nghĩa chung của IPTV là truyền hình nhưng

thay vì qua hình thức phát hình vô tuyến hay truyền hình cáp thì lại được truyền
phát đến người xem thông qua các công nghệ sử dụng cho mạng máy tính.
Đối với các hộ sử dụng, IPTV thường được cung cấp với video yêu cầu và có
thể được gộp chung với các dịch vụ internet như truy cập web và VoIP. Sự kết hợp
của IPTV, VoIP và truy cập internet được xem như một dịch vụ “Triple Play”.
b. Các đặc tính của IPTV
9
 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
dịch vụ truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm TV trực tiếp
chuẩn, TV chất lượng cao (HDTV), trò chơi tương tác và khả năng cung cấp
dịch vụ internet tốc độ cao.
 Sự dịch thời gian: IPTV kết hợp với một máy ghi video kỹ 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: một hệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối hỗ trợ truyền thông tin
hai chiều và cho phép người dùng ở kết 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 người sử dụng,
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 của IPTV bây giờ không
chỉ giới hạn ở việc sử dụng TV, người dùng có thể sử dụng máy PC, thiết bị di
động để truy xuất vào dịch vụ IPTV.
1.1.4. IPTV dựa trên kiến trúc IMS
Trong hơn một thập ký qua, có một thực tế là các nhà khai thác mạng viễn
thông luôn muốn tích hợp các dịch vụ của họ vào một dịch vụ thống nhất được gọi
là mạng thế hệ kế tiếp (NGN) dựa trên giao thức Internet (IP). Hai lý do chính cho

quá trình này là chi phí cho dịch vụ và doanh thu do dịch vụ mang lại là rất lớn.
NGN dựa trên nền kiến trúc IMS (IP Multimedia Subsystem) phân chia mạng thành
các lớp khác nhau bao gồm: lớp ứng dụng, lớp điều khiển dịch vụ và lớp truyền tải.
Mạng NGN/IMS cung cấp một kiến trúc mạng tương đối hoàn chỉnh, khi một dịch
vụ mới được triển khai dựa trên nền kiến trúc này thì cơ sở hạ tầng của mạng có thể
được tái sử dụng. Do đó, NGN/IMS trở thành một kiến trúc lý tưởng cho các nhà
10
khai thác mạng viễn thông khi cung cấp một dịch vụ mới với chi phí thấp và quá
trình quản lý mạng là đơn giản.
Một trong các dịch vụ hấp dẫn mà các nhà khai thác mạng viễn thông muốn
triển khai là đó chính là dịch vụ IPTV. Tuy nhiên, dịch vụ này đòi hỏi một kiến trúc
rất phức tạp. Các dịch vụ viễn thông và internet phải được tích hợp trong cùng một
giao thức cho mạng nâng cao và được TISPAN nghiên cứu đề xuất tích hợp IPTV
vào trong mạng NGN. Kiến trúc này được gọi là IPTV dựa trên nền kiến trúc
NGN/IMS. Kiến trúc này giúp cho mạng tái sử dụng chức năng điều khiển và vận
hành của mạng NGN.
1.2. Tại sao P2P được xếp chồng trong kiến trúc của IPTV?
1.2.1. Tổng quan về công nghệ P2P
Trong mô hình client/server thì một máy khách (client) sẽ kết nối với một
máy chủ thông qua một giao thức nhất định, nên mọi xử lý sẽ nằm trên server và do
đó sẽ tránh cho clients những tính toán nặng nề. Tuy nhiên, mô hình client/server
bộc lộ một nhược điểm quan trọng: khi số lượng client tăng lên đến một mức độ nào
đó thì nhu cầu về tải và băng thông tăng lên dẫn đến việc máy chủ không có khả
năng cung cấp dịch vụ cho các máy khách thêm vào. Để giải quyết vấn đề này, công
nghệ mạng ngang hàng P2P được tin tưởng sẽ là giải pháp cho vấn đề này.
Mạng ngang hàng (peer-to-peer network) còn gọi là mạng đồng đẳng, là một
mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng chủ yếu dựa vào khả năng tính toán và
băng thông của các máy tham gia chứ không tập trung vào một số nhỏ các máy chủ
trung tâm như các mạng thông thường. Mạng đồng đẳng có nhiều ứng dụng. Ứng
dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẽ tệp tin, tất cả các dạng âm thanh, hình ảnh,

dữ liệu, hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP.
Một mạng đồng đẳng đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy
khách, nói cách khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer, là
một nút mạng đóng vai trò đồng thời là máy chủ và máy khách đối với các máy
khác trong mạng.
11
Một mục đích quan trọng của mạng ngang hàng là trong tất cả các máy tham
gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ và khả năng tính toán.
Do đó, khi càng có nhiều máy tham gia vào mạng thì khả năng tổng thể của hệ
thống mạng càng lớn. Ngược lại, trong cấu trúc máy chủ-máy khách, nếu số lượng
máy chủ là cố định thì khi số lượng máy khách tăng lên thì khả năng chuyển dữ liệu
cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống.
Tính chất phân tán của mạng ngang hàng cũng giúp cho mạng hoạt động tốt
hơn khi một số máy gặp sự cố. Đối với cấu trúc tập trung, chỉ cần máy chủ gặp sự
cố thì cả hệ thống sẽ ngưng trệ. Còn đối với mạng ngang hàng các máy tính có thể
tham gia và rời khỏi mạng bất cứ lúc nào mà mạng vẫn hoạt động bình thường, các
máy tính còn lại vẫn có thể trao đổi thông tin và chia sẻ tài nguyên với nhau.
Nhược điểm của P2P là vì tài nguyên của mạng nằm trên các máy tính cá
nhân và không phải lúc nào các máy tinh này cũng kết nối với mạng nên có thể dẫn
tới sự biến mất của một vài dịch vụ trong một thời gian nhất định. Tuy nhiên, nhược
điểm này có thể khắc phục được khi số lượng phần tử của mạng P2P đủ lớn, lúc đó
sẽ có nhiều điểm cung cấp dịch vụ cho toàn mạng hơn.
1.2.2. P2P được xếp chồng trong kiến trúc của IPTV
Trong khi các dịch vụ IPTV dựa trên kiến trúc của mạng NGN đang được
tiến hành triển khai thì một số hệ thống thương mại sử dụng công nghệ P2P như
Zatton, PPLive, Softcast và một số cái tên khác đang cung cấp dịch vụ miễn phí
trong môi trường internet. Do đặc điểm chính của các dịch vụ này đều là miễn phí
và khá dễ dáng cài đặt các chương trình ở thiết bị người dùng để truy cập các dịch
vụ này nên số lượng các thuê bao của chúng đang tăng lên một cách nhanh chóng.
Trước vấn đề này, các nhà khai thác mạng viễn thông đã nhận thấy sự cần

thiết phải đưa ra một giải pháp để triển khai IPTV vào trong mạng lưới của mình
với chi phí đầu tư thấp, hiệu quả cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ hay chính là có
thể hỗ trợ QoS cho dịch vụ so với các dịch vụ IPTV hiện có trên mạng internet. Với
các ưu điểm nổi bật ở trên cùng với một hạ tầng mạng hiện có của dich vụ IPTV thì
công nghệ P2P thực sự là một giải pháp tốt cho vấn đề này.
12
1.3. Kết luận chương 1
Qua chương này chúng ta đã xem xét và tìm hiểu một cách tổng quan về
kiến trúc IMS, dịch vụ IPTV và công nghệ P2P. Qua đó giúp ta nắm được những
kiến thức cơ bản về các vấn đề đang được nghiên cứu để có thể tìm hiểu sâu hơn ở
các chương sau. Có thể nhận thấy những ưu thế rõ rệt khi đưa công nghệ mạng P2P
vào kiến trúc mạng IMS để cung cấp dịch vụ IPTV một cách dễ dàng hơn cho nhà
cung cấp dịch vụ cũng như phía người sử dụng. Chính công nghệ P2P sẽ mang lại
một dịch vụ IPTV chất lượng cao hơn, ổn định hơn, đáp ứng tốt QoS của mạng và
qua đó mạng lại sự hài lòng về chất lượng dịch vụ cho người dùng. Hiệu quả của
mạng cung cấp dịch vụ IPTV sẽ được nâng cao, giá thành giảm và giúp đơn giản
hóa kiến trúc mạng. Chương sau sẽ trình bày một cách chi tiết hơn về dịch vụ IPTV
trên nền kiến trúc IMS.
13
CHƯƠNG 2: IPTV TRÊN NỀN KIẾN TRÚC IMS
2.1 Tổng quan về IPTV dựa trên nên kiến trúc IMS
Các nhà nghiên cứu của tổ chức TISPAN muốn kết hợp các dịch vụ của IPTV
như một ứng dụng trong kiến trúc mạng NGN. Bởi khi tiêu chuẩn hóa IPTV như
một dịch vụ trong mạng NGN, TISPAN có thể tái sử dụng trước tiên mạng điều
khiển lõi IMS và qua đó làm giảm sự phức tạp khi triển khai IPTV trong NGN.
Trong kiến trúc này IPTV được xem là một hệ thống phụ trong mạng NGN như
trong hình 2.1 dưới đây. Nó cho phép có sự ảnh hưởng và tương tác qua lại lẫn nhau
quy định qua điểm tham chiếu giữa các ứng dụng của IPTV và một số thành phần
phổ biến của mạng NGN hiện có. Các thành phần này bao gồm điều khiển mạng lõi
IMS, điều khiển truyền tải các phần tử cho quản lý nguồn tài nguyên và điêu khiển

phân hệ (RACS) hoặc mạng liên kết các hệ thống phụ TISPAN. Phương pháp này
sử dụng hệ thống phụ IPTV tinh xảo trong NGN để cung cấp tất cả các chức năng
mà IPTV yêu cầu [3].
2.1.1 Kiến trúc chức năng tổng quan
Kiến trúc chức năng tổng quan của IPTV trong IMS được biểu diễn như hình 2.1
dưới đây.
Hình 2.1: Kiến trúc chức năng dịch vụ IPTV [3]
14
2.1.2 Dịch vụ IPTV
2.1.2.1 Nội dung theo yêu cầu
CoD là một chức năng dịch vụ IPTV được phân chia thành một phần kiểm
soát dịch vụ IPTV (CoD-SCF), một phần kiểm soát phương tiện truyền thông
(CoD-MCF) và các chức năng phân phối phương tiện truyền thông (CoD-MDF).
Các CoD-SCF trao đổi thông tin với mạng lõi IMS các tin nhắn yêu cầu/đáp ứng
dịch vụ giữa UE và CoD-SCF được chuyển qua lõi IMS. Thông điệp điều khiển
truyền thông giữa UE và CoD-MCF thông qua điểm tham chiếu Xc. Dữ liệu truyền
thông được trao đổi giữa UE và CoD-MDF qua điểm tham chiếu Xd.
2.2.2.2 Broadcast
BC là một chức năng chính của các dịch vụ IPTV broadcast và nó được chia
làm một phần kiểm soát dịch vụ (BC-SCF), một phần kiểm soát phương tiện truyền
thông (BC-MCF) và chức năng phân phối phương tiện truyền thông (BC-MDF).
BC-SCF trao đổi tin nhắn với lõi IMS. Các thông báo yêu cầu/đáp ứng dịch vụ giữa
UE và BC-SCF được chuyển qua mạng lõi IMS. Dữ liệu truyền thông được trao đổi
giữa UE và BC-MDF qua điểm tham chiếu Xd.
2.2.2.3 Mạng ghi video cá nhân (DVR-N)
N-DVR là một chức năng chính của các dịch vụ IPTV N-PVR và được chia
làm một phần kiểm soát dịch vụ (N-PVR-SCF), một phần kiểm soát phương tiện
truyền thông (N-DVR-MCF) và một phần chức năng phân phối phương tiện truyền
thông (N-DVR-MDF). N-DVR-SCF trao đổi thông tin với mạng lõi IMS. Các tin
nhắn yêu cầu/đáp ứng dịch vụ sẽ được chuyển qua mạng lõi IMS. Thông báo kiểm

soát dữ liệu giữa UE và N-DVR-MCF qua điểm tham chiếu Xc. Dữ liệu truyền
thông được trao đổi giữa UE và N-DVR-MDF qua điểm tham chiếu Xd.
2.1.3 Các phần tử của mạng lõi IMS
Mạng lõi IMS được biểu diễn trong hình 2.1. Mạng lõi IMS bao gồm chức
năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF), chức năng hồ sơ máy chủ người sử dụng
(UPSF) hoặc máy chủ thuê bao chính (HSS) trong các tên gọi khác nhau. Mạng lõi
IMS thực hiện các chức năng thiết lập một phiên đa phương tiện giữa các thuê bao
15
và chuẩn bị cung cấp quy tắc cho các dịch vụ tới các đặc điểm phiên theo yêu cầu từ
phía khách hàng. Thuật ngữ “mạng lõi IMS” có nghĩa là các chức năng của IMS
được sử dụng chung cho tất cả các dịch vụ và các công nghệ truy cập khác nhau của
người dùng. Các UPSF/HSS là cơ sở dữ liệu tổng thể bao gồm các thông tin người
sử dụng nhằm hỗ trợ thực thể mạng điều khiển các cuộc gọi và phiên.
Các CSCF bao gồm ba chức năng phụ: IMS lõi bao gồm một số cuộc gọi
phiên với chức năng điều khiển (CSCFs) đã được giới thiệu. Một số CSCFs có giao
diện máy chủ thuê bao chính (HSS) nơi chứa các thông tin riêng đầy đủ về các thuê
bao được lưu trữ như hồ sơ sử dụng của họ, chính sách, đăng ký, sở thích v v.
Có ba loại CSCFs được định nghĩa đó là:
 Proxy-CSCF (P-CSCF) là điểm tiếp xúc đầu tiên của người sử dụng IMS. P-
CSCF đảm bảo các bản tin báo hiệu giữa các mạng và các thuê bao và phân bổ
nguồn lực cho các dòng phương tiện truyền thông bởi sự tương tác với RACS.
 Interrogating-CSCF (I-CSCF) tìm các tương thích S-CSCF bằng cách truy vấn
UPSF/HSS. I-CSCF giúp điều hành ẩn kiến trúc mạng từ các mạng khác.
 Serving-CSCF (S-CSCF) là thực thể điều khiển chính của CSCF, nó xử lý các
đăng ký của các thuê bao, lưu trữ vị trí hiện tại của chúng và chịu trách nhiệm
xác thực các thuê bao và quản lý phiên. Chính sách quản lý thuê bao được lưu
trữ trong UPSF/HSS điều khiển các vận hành được thực hiện bởi S-CSCF cho
một thuê bao riêng.
2.1.4 Ứng dụng và các chức năng điều khiển dịch vụ của IPTV
2.2.4.1 Chức năng phát hiện dịch vụ và chức năng lựa chọn dịch vụ (SDF và

SSF)
Chức năng phát hiện dịch vụ SDF và chức năng lựa chọn dịch vụ SSF là hai chức
năng cung cấp thông tin cần thiết để UE lựa chọn một dịch vụ của IPTV.
 Chức năng của SDF
 Tạo ra và/hoặc cung cấp thông tin đi kèm dịch vụ.
 Cung cấp sự phát hiện dịch vụ cá nhân.
16
Thông tin đi kèm dịch vụ bao gồm các địa chỉ SSF dưới dạng các URL và/hoặc
các địa chỉ IP.
 Chức năng của SSF
 Cung cấp thông tin lựa chọn dịch vụ. Ví dụ như một danh sách các dịch vụ có
sẵn mà UE sau đó có thể duyệt và lựa chọn. SSF có thể tùy chọn để tạo ra các
thông tin lựa chọn dịch vụ. Nó có thể lấy tất cả và chuyển tiếp các thông tin lựa
chọn dịch vụ này.
 Cung cấp các thông tin lựa chọn dịch vụ cá nhân và/hoặc thông tin cần thiết để
cá nhân hóa dịch vụ.
 Cung cấp dữ liệu lựa chọn dịch vụ không cá nhân. Điều này có thể được gửi qua
chế độ multicast hoặc unicast.
 Cung cấp các tùy chọn về thông tin trình bày lựa chọn dịch vụ. Thông tin trình
bày có thể được cá nhân hóa khi nó được phân phối qua chế độ unicast. Các tùy
chọn sẽ nhận được yêu cầu từ UE.
2.1.4.2 Chức năng điều khiển dịch vụ IPTV (SCF)
Các chức năng điều khiển dịch vụ (SCFs) có hai giao diện với người dùng và
mạng lõi IMS tới tiếp nhận, xác nhận và thực hiện các yêu cầu dịch vụ IPTV từ
người sử dụng. Cách thức dịch vụ SCFs ủy quyền và xác nhận các yêu cầu của
người sử dụng cho nội dung được lựa chọn dựa trên thông tin hồ sơ cá nhân của
người sử dụng. SCFs lựa chọn tất cả các tương thích có liên quan đến các chức năng
điều khiển/cung cấp phương tiện IPTV. Tất cả chúng được tùy chỉnh theo trải
nghiệm của người dùng, ví dụ các kênh truyền hình được phát cho người dùng được
lựa chọn dựa trên hồ sơ của người dùng [3] .

2.1.4.3 Chức năng truyền thông
Các chức năng truyền thông IPTV có nhiệm vụ kiểm soát và cung cấp các luồng
phương tiện truyền thông tới UE. Chúng được chia thành các chức năng kiểm soát
truyền thông (MCF) và các chức năng cung cấp truyền thông (MDF).
a. Chức năng của MCF
- Xử lý, điều khiển lưu lượng phương tiện truyền thông của MDF.
17
- Có thể quản lý việc xử lý phương tiện truyền thông của MDF.
- Giám sát tình trạng của MDF.
- Quản lý tương tác với UE.
- Xử lý tương tác với các chức năng điều khiển dịch vụ IPTV SCF.
- Giữ một cái nhìn chính xác về trạng thái và nội dung phân phối liên quan đến
MDFs khác nhau mà nó điều khiển.
- Lựa chọn một MDF, trong trường hợp một MCF kiểm soát nhiều MDFs tiêu chuẩn
khác nhau, có thể được áp dụng.
- Lựa chọn một MF, trả kết quả lựa chọn về SCF và chuyển hướng phiên tới MF đã
lựa chọn (ví dụ trong trường hợp nội dung được yêu cầu không có sẵn trong MF
này hoặc để cân bằng tải trọng MFs).
- Tạo dựng thông tin, ví dụ cho người dùng tạo dựa trên nội dung được xem.
b. Nhiệm vụ của MDF
- Xử lý việc cung cấp luồng phương tiện truyền thông.
- Báo cáo trạng thái tới MCF.
- Lưu trữ phương tiện truyền thông và có thể lưu trữ tất cả thông tin về dịch vụ với
phương tiện truyền thông cho các dịch vụ IPTV.
- Đặc biệt, nó có thể được sử dụng để lưu trữ cho các nội dung thường xuyên được
truy cập hoặc nội dung đặc biệt cho người sử dụng (ví dụ: ghi âm PVR, TV thời
gian thực, dịch vụ BC với chế độ Trick, nội dung do người dùng soạn thảo) nếu một
vài chức năng không được thực hiện bởi UE.
- Có thể bổ sung chương trình, mã hóa hoặc giải mã (nếu cần) phương tiện truyền
thông này sang phương tiện truyền thông khác nhau theo yêu cầu (ví dụ như độ

phân giải truyền hình phụ thuộc vào khả năng thiết bị đầu cuối hoặc sở thích người
dùng).
- Có thể thực hiện bảo vệ nội dung (ví dụ mã hóa nội dung).
- Có thể hỗ trợ nhận nội dung của phương tiện truyền thông IPTV.
18
- Đối với dịch vụ BC, MDF có thể được xem như nguồn cho luồng multicast của
luồng phương tiện truyền thông BC [3].
- Có thể thu thập báo cáo về QoS.
2.2IPTV dựa trên các chức năng lớp truyền tải của IMS
Các chức năng lớp truyền tải của hệ thống dẫn nạp tài nguyên (RACS) và hệ
thống tích hợp mạng (NASS) là các chức năng dành cho mạng NGN tổng quan chứ
không chỉ riêng cho IPTV trên nền IMS.
RACS được kết hợp giữa lớp điều khiển dịch vụ và các chức năng truyền tải
dành cho điều khiển nguồn tài nguyên và hỗ trợ QoS trong mạng NGN. Các chức
năng cơ bản của RACS là:
- Chính sách kiểm soát: RACS sẽ đề xuất một bộ quy tắc về chính sách để yêu cầu
kiểm tra xem các yêu cầu dành riêng có thể được thực hiện hay quyết định như thế
nào khi yêu cầu bị hủy bỏ. Tất cả chính sách kiểm soát này được thực hiện trong
mạng truy nhập, áp dụng chính sách cụ thể tới mỗi đường truy nhập riêng [3].
- Điều khiển tích hợp: RACS sẽ xác minh xem các nguồn tài nguyên có sẵn trong
việc tiếp cận mạng có đáp ứng được các yêu cầu QoS.
- Tài nguyên dành riêng: RACS giúp dự trữ nguồn tài nguyên cho mạng truy cập.
NASS cung cấp chức năng đăng ký và kích hoạt các thiết bị sử dụng để truy
nhập dịch vụ. NASS quản lý tất cả các không gian địa chỉ trong mạng truy cập và
xác thực các phiên dịch vụ. NASS thực hiện một số nhiệm vụ chủ yếu sau:
- Cung cấp linh hoạt các địa chỉ IP và các thông số cấu hình thiết bị đầu cuối.
- Xác thực và cấu hình mạng truy cập theo thông tin người dùng.
- Quản lý vị trí lớp IP [3].
RACS và NASS là hai chức năng chính để đảm bảo QoS đã được đặt ra trong
mạng NGN.

2.3Cơ chế QoS trong kiến trúc NGN/IMS
2.3.1 Thủ tục QoS cho mạng NGN
19
- Quy định phương thức là chế độ “đẩy” hoặc chế độ “kéo” đến các mặt phẳng truyền
tải.
- Khi người dùng không có khả năng đàm phán cụ thể QoS: SCF sẽ xác định các yêu
cầu của QoS và các tín hiệu tới X-RACF. X-RACF sẽ đẩy cổng điều khiển, đánh
dấu gói và thông tin phân bổ băng thông tới các chức năng của lớp truyền tải.
- Khi người dùng thực hiện đàm phán QoS tại lớp dịch vụ: SCF sẽ lọc thông tin QoS
và đưa tới X-RACF nó sẽ thực hiện chế độ đẩy ủy quyền, đăng ký và các nguồn tài
nguyên cam kết tới các chức năng lớp truyền tải.
- Khi người dùng đàm phán tại lớp truyền tải: các quy tắc trong chính sách sẽ là chế
độ đẩy hoặc kéo từ RACF. Lớp truyền tải sẽ nhận được yêu cầu QoS và sau đó sẽ
thực hiện các quy tắc trong chính sách chế độ đẩy từ X-RACF.
Có hai chế độ khác nhau: chế độ đẩy và chế độ kéo để cung cấp QoS định
sẵn trong mạng NGN theo khả năng thiết bị người dùng.
2.3.2 Chế độ đẩy
Trường hợp này được áp dụng nếu khởi tạo thiết bị người dùng không có khả
năng thực hiện QoS.
Trong bước đầu tiên thể hiện trong hình 2.2 thiết bị người dùng gửi một yêu
cầu tới các chức năng điều khiển IMS. Sau khi nhận được yêu cầu từ phía người
dùng dịch vụ, các chức năng điều khiển IMS sẽ chỉ thị cho nguồn tài nguyên được
yêu cầu và gửi một nguồn tài nguyên yêu cầu tới các chức năng RASS và NASS.
Các chức năng này sẽ cho phép các thuê bao xác nhận các nguồn tài nguyên và
kiểm tra xem các nguồn tài nguyên đã sẵn có trong mạng truyền tải của NGN chưa.
Nếu nguồn yêu cầu đã đầy đủ, RACS sẽ dự trữ các nguồn tài nguyên trong
mạng truyền tải NGN. Trường hợp này được gọi là chế độ đẩy bởi vì nguồn tài
nguyên được phân bổ là được đẩy lên dạng đỉnh qua RASS tới các chức năng
truyền tải [6].
20

Hình 2.2: NGN QoS và chế độ đẩy điều khiển nguồn tài nguyên [6].
2.3.3 Mô hình kéo
Trường hợp này sử dụng cho các thiết bị người dùng có tín hiệu QoS và khả năng
quản lý. Hình 2.3 cho thấy các nguyên tắc cơ bản của trường hợp này. Các thiết bị người
dùng gửi một tín hiệu thông báo về QoS tới các chức năng truyền tải ở bước đầu tiên. Dựa
trên thông tin từ tín hiệu thông báo, các chức năng truyền tải sẽ yêu cầu xác thực QoS ở
RACS và NASS ở bước 2. Trong bước 3, nếu nguồn tài nguyên có sẵn thì RACS yêu cầu
dự trữ nguồn tài nguyên trong chức năng truyền tải trong mạng truyền tải NGN [6].
Hình 2.3: NGN QoS và chế độ kéo điều khiển nguồn tài nguyên [6].
21
2.4Những ưu điểm khi sử dụng IPTV trên nền IMS
IPTV dựa trên IMS-NGN có nhiều ưu điểm như hỗ trợ tính năng di động,
tương hỗ với các dịch vụ NGN, cá nhân hóa dịch vụ, tương thích phương tiện và
các dịch vụ di động như các quadruple-play. Hơn nữa, với việc ứng dụng và tái sử
dụng đặc tính IMS sẵn có để hỗ trợ các dịch vụ IPTV, có thể tối ưu hóa và tái sử
dụng các đặc tính NGN về những vấn đề sau:
- Đăng ký và nhận thực người dùng tích hợp (ví dụ, báo phát sign-on đơn,
nhận dạng người dùng đồng nhất).
- Quản lý thuê bao điện thoại của người dùng, tập trung hồ sơ người dùng,
chính sách người dùng linh hoạt và các nhân hóa dịch vụ.
- Quản lý phiên, định tuyến, khởi đầu dịch vụ (service trigger), đánh số.
- Tương tác với các nhà cho phép dịch vụ (hiện diện, nhắn tin, quản lý nhóm )
- Hỗ trợ Roam (chuyển vùng) và Nomadic (lưu động).
- Chất lượng dịch vụ (QoS) và điều khiển ngang hàng.
- Ghi cước (billing) và tính cước đồng nhất.
Ngoài ra, IPTV dựa trên NGN-IMS còn cho phép tương thích giữa luồng dữ
liệu IPTV với các tài nguyên mạng sẵn có và khả năng kết cuối người dùng. Do vậy
người dùng có thể truy nhập dịch vụ IPTV không chỉ ở nhà mà cả khi di chuyển sử
dụng một đầu cuối di động.
IPTV dựa trên NGN-IMS cũng cho phép điều khiển linh hoạt các dịch vụ

IPTV nhờ việc điều khiển phiên sử dụng giao thức SIP. Chẳng hạn, một người dùng
có thể sử dụng một đầu cuối IMS để điều khiển bộ ghi IPTV của nó từ xa. Việc
chuyển giao các phiên IPTV tích cực giữa các thiết bị khác nhau, từ một laptop tới
một thiết bị truyền hình cũng là một nhân tố thu hút khách hàng sử dụng dịch vụ
IPTV.
Với việc triển khai IPTV trên nền IMS, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ giảm
được rất nhiều các chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống bởi hệ thống IMS là một hệ
thống với các chức năng đã được chuẩn hóa và có thể đáp ứng một cách tốt nhất các
yêu cầu của dịch vụ IPTV.
22
Hơn nữa mạng NGN/IMS có thể hỗ trợ các công nghệ truy cập khác nhau vì
vậy IPTV trên nền tảng IMS cho phép sự thích nghi của một luồng dữ liệu IPTV để
có sẵn tài nguyên mạng và phù hợp với khả năng thiết bị đầu cuối của người dùng.
Do đó, IPTV trên nền IMS là kiến trúc mạng cho phép sự hội tụ của mạng cố định
và di động.
Với các ưu điểm trên, kiến trúc mạng IMS thực sự là một kiến trúc phù hợp
để triển khai dịch vụ IPTV sử dụng công nghệ P2P. Kiến trúc IMS sẽ giúp cho công
nghệ P2P phát huy được hết các ưu điểm của mình. Với công nghệ P2P, dịch vụ
IPTV sẽ mang đến cho khách hàng một chất lượng dịch vụ tốt hơn, linh hoạt hơn
qua đó cũng mang đến lợi nhuận cao hơn cho các nhà cung cấp dịch vụ.
2.5Kết luận chương 2
Qua chương 2 giúp ta có một cái nhìn sâu sắc hơn về kiến trúc IMS. Với một
kiến trúc hội tụ đầy đủ các chức năng cần thiết, IMS thực sự là một kiến trúc phù
hợp để triển khai dịch vụ IPTV trong mạng NGN. Với các chức năng này, IMS
mang lại sự đơn giản hóa, hiệu quả và chất lượng (QoS) được đảm bảo khi cung cấp
dịch vụ IPTV trong mạng NGN. Những ưu điểm khi triển khai dịch vụ IPTV trên
nền IMS hứa hẹn sẽ mang lại một dịch vụ IPTV với chất lượng cao, tiện dung và dễ
dàng sử dụng cho người dùng. Tuy nhiên, để nâng cao hơn nữa chất lượng dịch vụ
IPTV, phục vụ một cách nhanh nhất, đầy đủ nhất thì cần phải đưa thêm các công
nghệ hỗ trợ vào trong mạng cung cấp dịch vụ. Chương sau sẽ giới thiệu và phân

tích một công nghệ hỗ trợ như vậy. Đó chính là công nghệ P2P.
23
CHƯƠNG 3:MỘT SỐ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI P2P CHO
DỊCH VỤ IPTV
Có hai xu hướng để nghiên cứu làm thế nào áp dụng P2P vào trong NGN IMS:
- Xây dựng một lớp phủ P2P giữa các phần tử mạng.
- Giữa những người dùng cuối.
Các phần tử mạng NGN là rất ổn định so với người dùng vì vậy hầu hết các
nghiên cứu cho đến thời điểm này đều tập trung vào làm thế nào để thực hiện P2P
giữa các phần tử mạng NGN. Mục đích chính của các nghiên cứu chỉ còn lại là áp
dụng P2P ở phía mạng chứ không phải ở phía người dùng. Mục 3.4, 3.5 sẽ trình bày
rõ hơn về các giải pháp sử dụng P2P trong mạng NGN.
3.1. Cơ chế phân phối nội dung IPTV
Có ba cơ chế phân phối nội dung được sử dụng để vận chuyển luồng dữ liệu
từ dịch vụ cung cấp đến với người dùng cuối cùng:
- Multicast IP.
- Mạng phân phối nội dung.
- Lớp ứng dụng multicast.
3.1.1. Multicast IP
a. Tổng quan
IP multicast là một phương thức của giao thức internet (IP) nhằm gửi đi các
gói dữ liệu đến một nhóm người dùng có cùng yêu cầu trên một đường truyền duy
nhất. Nó thường được sử dụng cho các ứng dụng của các luồng phương tiện truyền
thông trên internet và trên các mạng cá nhân. Phương pháp này là phiên bản IP đặc
biệt của các khái niệm chung trong mạng multicast. Nó được sử dụng dành riêng
cho các dải địa chỉ multicast trong IPv4 và IPv6. Trong IPv6, các địa chỉ IP
multicast được thay thế cho các địa chỉ broadcast như được thực hiện trong IPv4.
IP multicast là một công nghệ một tới nhiều và nhiều tới nhiều cho thời gian
thực truyền thông qua một hạ tầng IP trong một mạng. Multicast sử dụng cơ sở hạ
24

tầng mạng hiệu quả bằng cách yêu cầu nguồn gửi một gói một lần duy nhất ngay cả
khi nó cần phải được chuyển giao cho một số lượng lớn người nhận. Các nút trong
mạng (thường là các mạng chuyển mạch hoặc định tuyến) thực hiện sao chép các
gói tin đã nhận được do đó các gói tin được gửi qua mỗi liên kết của mạng chỉ một
lần. Các giao thức cấp thấp phổ biến để sử dụng địa chỉ multicast là UDP. Bởi tính
chất của nó nên UDP không đáng tin cậy-thông báo có thể bị mất hoặc sai trật tự.
Các giao thức multicast đáng tin cậy như PGM được phát triển thêm chức năng phát
hiện mất gói tin và phát lại ở phần đầu của Ip multicast.
Một IP multicast là một nhóm các địa chỉ được sử dụng bởi nguồn và người
nhận tới việc gửi và nhận tin nhắn đa phương tiện. Các nguồn sử dụng một nhóm các
địa chỉ như các địa chỉ IP đích trong dữ liệu của chúng. Người nhận sử dụng nhóm
địa chỉ này để thông báo tới mạng mà họ quan tâm trong việc tiếp nhận các gói tin
gửi đến nhóm đó. Ví dụ, nếu một nội dung có liên quan đến nhóm 239.1.1.1, nguồn
sẽ gửi các gói dữ liệu được dự trù từ trước đến nhóm 239.1.1.1. Người thu nhận nội
dung sẽ thông báo với mạng mà họ quan tâm trong việc tiếp nhận các gói dữ liệu từ
nhóm 239.1.1.1. Người nhận sẽ tham gia ngay vào nhóm 239.1.1.1. Giao thức thường
được sử dụng khi người nhận tham gia vào một nhóm được gọi là giao thức quản lý
nhóm (IGMP). Với các giao thức định tuyến dựa trên cây chia sẻ, một khi người nhận
tham gia vào một nhóm IP multicast, một cây phân phối multicast sẽ được xây dựng
cho nhóm đó. Giao thức được sử dụng rộng rãi nhất cho vấn đề này là giao thức
multicast độc lập (PIM). Tức là khi có một gói dữ liệu gửi từ người gửi đến nhóm đó
thì tất cả những người tham gia nhóm đó đều sẽ nhận được gói tin này.
IP multicast hoạt động không đòi hỏi một nguồn hiệu dụng biết về những
người nhận của nhóm này. Việc xây dựng cây multicast dựa trên hướng của người
nhận và được khởi xướng bởi các nút mạng gần người nhận nhất. IP multicast tạo ra
thông tin trạng thái cho mỗi cây phân phối multicast trong mạng. Nếu một router là
một phần của 1000 cây multicast thì nó có 1000 cổng định tuyến và chuyển tiếp.
Mặt khác, một bộ định tuyến multicast không cần phải biết làm thế nào để đạt được
tất cả các cây multicast khác trên mạng internet. Nó chỉ cần biết về cây multicast mà
25

nó nhận từ phía dưới. Đây là chìa khóa để mở rộng quy mô dịch vụ multicast-địa
chỉ dịch vụ. Ngược lại, một bộ định tuyến unicast cần phải biết làm thế nào để đạt
được tất cả các địa chỉ unicast khác trên mạng internet, ngay cả khi nó thực hiện
điều này bằng cách sử dụng chỉ một tuyến đường mặc định.
b. Định tuyến
Mỗi máy chủ muốn trở thành thành viên của nhóm multicast (tức là tiếp nhận
dữ liệu tương ứng từ một phần địa chỉ multicast) phải sử dụng giao thức quản lý
nhóm internet (IGMP) để tham gia. Bộ định tuyến lân cận cũng sử dụng giao thức
này để tham gia. Trong định tuyến unicast, mỗi router kiểm tra địa chỉ đích của một
gói tin và nhìn vào các điểm đến trong một bảng để xác định giao diện sử dụng để
gói đó có được sự tương thích với đích của nó. Địa chỉ nguồn là không liên quan
đến các bộ định tuyến. Tuy nhiên, trong định tuyến multicast địa chỉ nguồn (mà là
một địa chỉ unicast đơn giản) được sử dụng để xác định hướng đi của luồng dữ liệu.
Nguồn của lưu lượng multicast được coi là thượng nguồn. Các bộ định tuyến xác
định các giao diện phía dưới là điểm đến cho nhóm multicast này và gửi các gói
thông tin qua một giao diện thích hợp. Một số lỗi có thể xảy ra nếu các gói dữ liệu
dành cho unicast vô tình gửi đến một địa chỉ multicast, đặc biệt gửi các gói tin
ICMP đến địa chỉ multicast đã được sử dụng trong bối cảnh các cuộc tấn công DoS
như một cách để đạt được khuếch đại gói.
Các nhóm Multicast IP yêu cầu những người dùng có cùng yêu cầu về luồng
dữ liệu vào một nhóm và gửi luồng dữ liệu cho nhóm đó. Và chỉ có một bản sao
duy nhất của các luồng video trong mỗi liên kết giữa các bộ định tuyến, các nguồn
và các điểm đến. Sử dụng multicast có thể làm giảm băng thông tổng thể trong toàn
bộ mạng lưới. Tuy nhiên, trên thực tế rất khó thực hiện multicast IP trong mạng lưới
dịch vụ IPTV. Các vấn đề với IP multicast là rất khó quản lý nhiều điểm multicast
do nhiều kênh truyền hình TV, tạo ra các nhóm mới, tập hợp địa chỉ đa nhóm khi
người dùng thay đổi các kênh truyền hình v v. Do hạn chế của kỹ thuật nên IP
multicast chưa được triển khai rộng rãi trong các hệ thống IPTV thương mại.