Nghiên cứu công nghệ IPTV và phát triển truyền hình địa phương trên nền IPTV

bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học bách khoa hà nội

------------[[\\-------------

đậu đình hà

NGHIấN CU CễNG NGH IPTV
V PHT TRIN TRUYN HèNH
A PHNG TRấN NN IPTV

luận văn thạc sĩ kỹ thuật
ngành : điện tử viễn thông

ngời hớng dẫn khoa học:
pgs.ts nguyễn văn khang

Hà nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn "NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPTV VÀ PHÁT
TRIỂN TRUYỀN HÌNH ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN IPTV " là do tôi tự nghiên
cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này.
Hà Nội, Ngày 25 tháng 03 năm 2012
Học viên

Đậu Đình Hà

MỤC LỤC
Trang
Môc lôc .................................................................................................................... .i
Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t ....................................................................................... iii
Danh môc c¸c h×nh vÏ ............................................................................................viii
Mở đầu....……………………………………………..………………………........1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IPTV
1.1. Giới thiệu chung về IPTV ..................................................................................3
1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................3
1.2. Cấu trúc Mạng IPTV .........................................................................................6
1.2.1. Cấu trúc tổng quát mạng IPTV .................................................................6
1.2.2. Cấu trúc chức năng cho các dịch vụ IPTV ...............................................8
1.3. Phân loại dịch vụ IPTV....................................................................................11
1.3.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá .................................................................11
1.3.2. Dịch vụ theo nhu cầu (On-Demand) .......................................................11
1.3.3. Dịch vụ tương tác (Interactive) ...............................................................12
1.3.4. Dịch vụ thông tin và truyền thông.........................................................12
1.3.5. Các dịch vụ gia tăng khác .......................................................................13
1.4. Phương thức và công nghệ dùng trong IPTV................................................14
1.4.1. Những yêu cầu đặt ra cho dịch vụ video ................................................14
1.4.2. Vấn đề phân phối IPTV ..........................................................................15
1.4.3. Các kỹ thuật phân phối trên IPTV ..........................................................16
Chương 2
NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ IPTV
2.1. Các công nghệ mạng lõi IPTV ........................................................................28
2.1.1 ATM và SONET/SDH .............................................................................28
2.1.2. IP và MPLS .............................................................................................28
2.1.3. Metro Ethernet ........................................................................................30

2.2. Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV ........................................................31

i


2.2.1. Video site ................................................................................................31
2.2.2. Mạng truyền dẫn .....................................................................................32
2.3. Quản lý mạng IPTV .........................................................................................37
2.3.1. Hệ thống quản lý mạng IPTV .................................................................38
2.3.2. Quản lý chất lượng dịch vụ QoS.............................................................42
2.4. Tìm hiểu thiết bị phần cứng trong hệ thống IPTV .......................................45
2.4.1. Thiết bị phần cứng trung tâm Headend ..................................................45
2.4.2. Thiết bị mạng gia đình ............................................................................51
2.5. Các chương trình phần mềm trong IPTV .....................................................54
2.6. Phương thức phục vụ IPTV ............................................................................55
Chương 3
PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN IPTV
3.1. Điều kiện, năng lực, kinh tế xã hội của Tỉnh. ................................................59
3.2. Cơ sở hạ tầng mạng và khả năng đáp ứng nhu cầu dịch vụ IPTV..............61
3.2.1. Hiện trạng cơ sở hạ tầng mạng viễn thông của VNPT ..........................61
3.2.2. Triển khai dịch vụ IPTV trên mạng của VNPT ......................................66
3.3. Cở sở tính toán, lên cấu hình và áp dụng vào thực tế cho mạng Viễn thông
Nghệ An. ...................................................................................................................68
3.3.1. Mô hình đấu nối ......................................................................................68
3.3.2. Mô hình hoạt động ..................................................................................69
3.3.3. Tính toán yêu cầu băng thông .................................................................72
3.4. Tối ưu hóa mạng cung cấp dịch vụ IPTV dựa trên các công nghệ và cơ sở
hạ tầng mạng Viễn Thông Nghệ An. .....................................................................75
3.4.1. Đề xuất giải pháp triển khai IPTV trên mạng MAN-E...........................75
3.4.2. Tính toán băng thông cho Nghệ An ........................................................77

3.4.3. Mô phỏng đánh giá hiệu năng ................................................................82
KẾT LUẬN………………………………………………………………….......87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 89

ii


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

Đường thuê bao số không đối
xứng

AR

Aggregation Router

Router mạng gom

ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức chuyển đổi địa chỉ

AON

Active Optical Network

Mạng quang tích cực

APON

ATM Passive Optical Network

Mạng quang thụ động ATM

ATM

Asynchromous Transfer Mode

Phương thức truyền tải không
đồng bộ

B
BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cổng biên

BRAS

Broadband Remote Access Server

Server truy nhập từ xa băng
thông rộng

BPON

BTV

Broadband Passive Optical

Mạng quang thụ động băng

Network

rộng

Broadcasting Television

Truyền hình quảng bá
C

CATV

Cable Television

Truyền hình cáp

CAS

Conditional Access System

Hệ thống truy cập có điều
kiện

CDN

Content Distribution Network

Mạng phân phát nội dung

CR- LDP

Constain- based routing using

Định tuyến và sử dụng giao

Lable Distribution Protocol

thức phân phối nhãn

Customer Premises Equipment

Thiết bị đầu khách hàng

CPE

D
DER

Distribution Edge Router

Bộ định tuyến phân phối biên

DRM

Digital Rights Management

Quản lý quyền nội dung số

DHCP

Dynamic Host Configuration

iii


Protocol

Giao thức cấu hình host động

DSL

Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số

DSLAM

Digital Subscriber Line Access

Bộ ghép kênh truy cập đường

Multiplexer

dây thuê bao số

DSN

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DWDM

Dense Wavelength Division

Ghép kênh bước sóng mật độ

Multiplex

cao
E

EPG

Electronic Program Guide

Hướng dẫn chương trình điện
tử

EPON

Ethernet Passive Optical Network

Mạng quang thụ động
Ethernet

EVC

Ethernet Virtual Connection

Kết nối ảo Ethernet
F

FTTH

Fiber to The Home

Cáp quang tới nhà khách
hàng

FTTRO

Fiber to the regional office

Cáp quang tới khu vực văn
phòng

FTTN

Fiber to the neighborhood

Cáp quang tới vùng lân cận

FTTC

Fiber to the curd

Cáp quang tới lề đường
H

HDLC

High- level Data Link Cotrol

Điều khiển liên kết dữ liệu
mức cao

HTML

HyperText Markup Language

Ngôn ngữ liên kết siêu văn
bản

I
ICMP
IGMP

Internet Control Messeger

Giao thức bản tin điều khiển

Protocol

Internet

Internet Group Management

Giao thức quản lý nhóm

iv


Protocol
IGP

Internal Gateway Protocol

Giao thức trong cổng

IRD

Integrated Receiver Decoder

Bộ giải mã đầu thu tích hợp

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình dùng giao thức
Internet

IPTVCD

IPTV Customer Device

Thiết bị khách hàng IPTV

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ
Internet

ITU

International Telecommunication
Union

Liên hiệp viễn thông quốc tế
L

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

LCP

Link Control Protocol

Giao thức điều khiển liên kết

LMP

Link Management Protocol

Giao thức quản lý liên kết

LIB

Lable Information Bases

Cơ sở thông tin nhãn

LSP

Lable Switch Path

Tuyến chuyển mạch nhãn

LSR

Lable Switched Router

Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn
M

MAN-E

Metro Access Network Ethernet

Mạng Ethernet diện rộng

MPEG

Moving Picture Experts Group

Tổ chức chuyên gia về hình
ảnh

MPLS

MultiProtocol Lable-Switch

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

MIB

Management Information Base

Cơ sở thông tin quản lý

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lý mạng

NNI

Network- Network Interface

Giao diện mạng- mạng

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

v


O
OAM&P

Operation, Administation,

Các chức năng vận hành,bảo

Maintaince and Provisioning

dưỡng, quản lý và giám sát

OC

Optical Carrier

Sóng mang quang

OLT

Optical Line Termination

Kết cuối đường quang

ONT

Optical Network Termination

Kết cuối mạng quang

OSS

Operations Support System

Hệ thống hỗ trợ vận hành

OTN

Optical Transport Network

Mạng truyền tải quang

P

PON

Passive Optical Network

Mạng quang thụ động

PPV

Pay-per-view

Xem phải trả tiền

PPP

Point to Point Protocol

Giao thức điểm nối điểm

PKI

Public Key Infrastructure

Cơ sở hạ tầng khoá công
cộng

PSTN

Public Switching Telephone

Mạng chuyển mạch điện

Network

thoại công cộng

PVC

Permanent Virtual Channel

Kênh ảo cố định

QoS

Quality of Service

Chất lượng của dịch vụ
R

RARP

Reverse ARP

Giao thức chuyển đổi địa chỉ
ngược

RIP

Routing Information Ptotocol

Giao thức thông tin định
tuyến

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức chiếm tài nguyên

RTCP

RTP Control Protocol

Giao thức điều khiển RTP

RTP

Real Time Protocol

Giao thức thời gian thực
H

HFC

Hybrid Fiber/Coax

Mạng lai ghép giữa cáp

vi


quang và cáp đồng trục
S
SDH

Synchronous Digital Hierarche

Phân cấp số đồng bộ

SDV

Switched Digital Video

Mạng chuyển mạch video số

SLA

Service-Level Agreement

Cam kết cấp độ dịch vụ

SONET

Synchronuos Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SNMP

Simple Network Management

Giao thức quản lý mạng đơn

Protocol

giản

STB

Set-top-box

Hộp phối ghép

SVC

Switched Virtual Channel

Kênh chuyển mạch ảo
T

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền
dẫn

U
UDP

User Datagram Protocol

Giao thức gói dữ liệu
người dùng

UNI

User- Network Interface

Giao diện mạng- người dùng
V

VC

Virtual Channel

Kênh ảo

VCI

VC Identification

Nhận dạng kênh ảo

VDSL Very high speed Digital Subscriber

Đường dây thuê bao số tốc

Line

độ cao

VoD

Video on demand

Video theo yêu cầu

VLAN

Virtual Local Area Network

Mạng LAN ảo

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo
W

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WDM

Wavelength Division Multiplex

Ghép kênh theo bước sóng

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ quảng bá……………..……4
Hình 1.2. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu………………5
Hình 1.3. Cấu trúc tổng quát của mạng IPTV………………………………...7
Hình 1.4. Các thành phần cấu trúc chức năng trong mạng IPTV......................9
Hinh 1.5. IPTV trên cấu trúc mạng ADSL......................................................21
Hình 1.6. Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF.......25
Hình 1.7. Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet..................................26
Hình 2.1. Topology mạng lõi MPLS...............................................................29
Hình 2.2. Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV..........................................31
Hình 2.3. Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo........................................................33
Hình 2.4. Kiến trúc truy nhập EtherType........................................................34
Hình 2.5. Kiến trúc truy nhập đa VLAN.........................................................35
Hình 2.6. Hệ thống SNMP đơn giản...............................................................40
Hình 2.7. Ví dụ sử dụng ba hàng đợi có quyền ưu tiên...................................44
Hình 2.8. Cấu trúc trung tâm Headend IPTV..................................................46

Hình 2.9. Cấu trúc IP-STB..............................................................................52
Hình 3.1. Mạng đường trục của VNPT...........................................................61
Hình 3.2. Mô hình kết nối từ mạng lõi đến mạng gom/mạng truy nhập tại các tỉnh
thành.........................................................................................................63
Hình 3.3. Mạng truy nhập và mạng gom các tỉnh thành chưa triển khai
MEN…………………………………………………………………………64
Hình 3.4. Mô hình mạng gom và mạng truy nhập tại các tỉnh thành đã tiến hành
triển khai MEN.......................................................................................65
Hình 3.5. Cấu hình mạng MAN-E của VNPT Nghệ An.................................68
Hình 3.6. Mô hình đấu nối phục vụ cho dịch vụ IPTV...................................69
Hình 3.7. Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP.....................................................71
Hình 3.8. Định tuyến lưu lượng multicast.......................................................72

viii


Hình 3.9. Giải pháp truyền tải dịch vụ IPTV cho VNPT Nghệ An.................76
Hình3.10. Sơ đồ đấu nối giữa VTC Headend và MANE NAN......................82
Hình 3.11. Kết nối giữa VTC Headend và PE-AGG......................................82
Hình 1.12. Kết nối Layer 3 cung cấp dịch vụ LiveTV....................................83
Hình 3.13. Các kết nối Layer 2 cung cấp dịch vụ VoD...................................84

ix


MỞ ĐẦU
Ngày nay, công nghệ truyền hình dựa trên giao thức internet IPTV đang phát
triển mạnh mẽ và nằm ở vị trí chủ chốt trong lĩnh vực truyền hình có thu phí. Đây
là một trong những nguồn thu chính của các Tập đoàn, Công ty viễn thông trong
tương lai gần nên rất thu hút được sự chú ý của những người làm ngành viễn thông

và các nhà khai thác mạng viễn thông. IPTV là một hệ thống nhiều tiện ích, có thể
nhận tín hiệu truyền hình và video song song với các dịch vụ đa phương tiện khác
trên cùng một kết nối Internet. Sử dụng công nghệ IPTV nhà cung cấp dịch vụ dựa
trên mạng truyền tải băng rộng và một hệ thống mạng phân phối để đưa các chương
trình truyền hình, các dịch vụ viễn thông và các dịch vụ gia tăng đến tận nhà khách
hàng. Trên thế giới IPTV đã được triển khai mạnh mẽ, thu được lợi nhuận rất lớn.
Tại Việt Nam thị trường IPTV mới chỉ giai đoạn bắt đầu vì vậy tiềm năng phát triển
là rất lớn. Do vậy, từ năm 2007 đến nay Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam
VNPT đơn vị đứng đầu cả nước về khai thác các dịch vụ viễn thông với hệ thống cơ
sở hạ tầng mạng tốt nhất trong cả nước đã có nhiều đề tài nghiên cứu về IPTV và
tới đây sẽ triển khai đến các tỉnh thành trong cả nước. Bản thân tôi hiện đang công
tác tại Đài PT-TH Nghi Xuân - Hà Tĩnh nên cũng rất quan tâm đến IPTV. Chính vì
vậy sau khi hoàn thành khóa cao học tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội thì đề
tài tốt nghiệp cao học của bản thân chọn là: Nghiên cứu công nghệ IPTV và phát
triển truyền hình địa phương trên nền IPTV dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo
sư , Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang . Mục đích của đề tài được thể hiện rõ qua tên của
đề tài. Trong đó chú trọng đến quá trình triển khai , tính toán băng thông , lên cấu
hình và áp dụng vào thực tế cho mạng Viễn thông Nghệ An để phát triển truyền
hình địa phương trên đó . Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1,2 và
3; phần kết luận; tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
Chương 1 “Tổng quan về công nghệ IPTV” tìm hiểu về công nghệ IPTV và các
dịch vụ, ứng dụng có thể được cung cấp bởi nhà khai thác viễn thông khi sử dụng
công nghệ IPTV.

1


Chương 2 “Nghiên cứu về mạng cung cấp dịch vụ IPTV” tìm hiểu một số công
nghệ mạng lõi và kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ của IPTV. Ngoài ra chương này

tìm hiểu về hệ thống quản lý mạng IPTV.
Chương 3 “ Phát triển truyền hình địa phương trên nền IPTV” đề xuất
phương án triển khai IPTV trên mạng của VNPT Nghệ An sau khi đã nghiên cứu
tìm hiểu quá trình triển khai dịch vụ IPTV của VNPT và dựa trên mạng lưới, cơ sở
hạ tầng hiện có của VNPT Nghệ An .
Do IPTV là công nghệ mới, các dịch vụ, ứng dụng một số được hoàn thiện và
một số đang trong quá trình triển khai hoàn thiện nên các đánh giá, lập luận còn
mang tính chủ quan nên qua đó cũng mong nhận được sự đóng góp ý kiến của mọi
người quan tâm để luận văn được hoàn thiện hơn. Tuy vậy, nội dung luận văn tốt
nghiệp có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai muốn tìm hiểu và nắm rõ một số
vấn đề cơ bản của công nghệ IPTV.
Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang
và các thầy trong Viện Điện tử - Viễn thông , gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp đã
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này.

2


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IPTV
1.1. Giới thiệu chung về IPTV
1.1.1. Khái niệm
IPTV (Internet Protocol Television - IPTV) là mạng truyền hình kết hợp với
mạng viễn thông. Nói rộng hơn IPTV là dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng mạng băng
rộng IP phục vụ cho nhiều người dùng (user). Các user có thể thông qua máy vi tính
PC hoặc máy thu hình phổ thông cộng với hộp phối ghép (set top box - STB) để sử
dụng dịch vụ IPTV. IPTV có 2 đặc điểm cơ bản là: dựa trên nền công nghệ IP và
phục vụ theo nhu cầu. Tính tương tác là ưu điểm của IPTV so với hệ thống truyền
hình cáp CATV hiện nay, vì truyền hình CATV tương tự cũng như CATV số đều
theo phương thức phân chia tần số, định trước thời gian và quảng bá đơn hướng

(truyền từ một trung tâm đến các máy tivi thuê bao). Mạng CATV hiện nay chủ yếu
dùng cáp đồng trục hoặc lai ghép cáp đồng trục với cáp quang (Hybrid Fiber/Coax HFC) đều phải chiếm dụng tài nguyên băng tần rất rộng. Hơn nữa kỹ thuật ghép nối
modem cáp hiện nay đều sản sinh ra tạp âm. So với mạng truyền hình số DTV thì
IPTV có nhiều thay đổi về dạng tín hiệu cũng như phương thức truyền bá nội dung.
Trong khi truyền hình số thông qua các menu đã định trước (thậm chí đã định trước
hàng tuần, hoặc hàng tháng) để các user lựa chọn, thì IPTV có thể đề cao chất lượng
phục vụ có tính tương tác và tính tức thời. Người sử dụng (user hoặc viewer) có thể
tự do lựa chọn chương trình TV của mạng IP băng rộng. Với ý nghĩa đúng của
phương tiện truyền thông (media) giữa server và user. So với video theo yêu cầu
(VoD) IPTV có ưu thế là:
- Sử dụng dễ dàng, hiển thị trên tivi hiệu quả cao hơn màn máy vi tính, thao tác
trên hộp ghép nối + bàn phím đơn giản, thực hiện chuyển đổi nhanh luồng tốc độ
cao/chương trình.
- Dễ quản lý, dễ khống chế, sử dụng hộp kết nối làm đầu cuối nhà cung cấp dịch
vụ để tiến hành định chế đối với hộp kết nối không cần đến nghiệp vụ an toàn và
kiểm tra chất lượng. Đây cũng là cơ sở kỹ thuật để dễ thu phí.

3


IPTV có thể thực hiện các dịch vụ multimedia. IPTV cung cấp rất nhiều loại
hình dịch vụ dựa vào sự lựa chọn của người dùng. Sử dụng hộp kết nối với tivi, chủ
nhân ngồi trước máy ấn phím điều khiển có thể xem các tiết mục video đang hoạt
động, thực hiện đàm thoại IP có hình, nghe âm nhạc, tra tìm tin tức du lịch trên
mạng, gửi và nhận e-mail, thực hiện mua sắm gia đình, giao dịch trái phiếu... Nhờ
IPTV chất lượng sinh hoạt gia đình được cải thiện rất nhiều.
1.1.2. Phương thức phát truyền tín hiệu của IPTV
Nói một cách giản đơn, trong hệ thống IPTV hình ảnh video do các phần cứng
thu thập theo thời gian thực (real time), thông qua phương thức mã hóa (như MPEG
2/4...) tạo thành các luồng tín hiệu số. Sau đó, thông qua hệ thống phần mềm, IPTV

phát truyền vào mạng cáp. Đầu cuối của các user tiếp nhận, lựa chọn, giải mã và
khuếch đại. Trong hệ thống IPTV có 2 phương thức truyền đa tín hiệu đã được dự
định trước (scheduled programs). Đó là:
- Phát quảng bá (broadcasting), truyền phát tới mọi nơi.
- Phát đến địa điểm theo yêu cầu (on demand).
Nguyên lý hoạt động của hệ thống quảng bá, các chương trình được vẽ ở hình
1.1. Trong đó MBone (mạng xương sống của hệ thống đa điểm) chính là đường trục
Internet. Tuy nhiên người sử dụng chỉ theo lệnh của bộ quản lý nội dung (content
manager) để được giới thiệu nội dung chương trình hữu quan. Chương trình cụ thể
do rất nhiều bộ IPTV server thu thập được hoặc cùng do các server của mạng
MBone cung cấp

Hình 1.1. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ quảng bá

4


Hình 1.2 [9] minh họa sự hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu
(VOD) được gọi là IPTV đơn điểm. Trong đó các server của bộ quản lý nội dung
được tổ chức thành cụm server (server cluster) tổng hợp kho dữ liệu (database) của
các chương trình. Cách bố trí cụm server để phục vụ được các user được hiệu quả sẽ
được nói rõ trên sơ đồ tổng thể ở dưới đây. Các bước thực hiện VOD trong IPTV
như sau:
1. Một thuê bao được chứng nhận nhập mạng và chịu sự quản lý của bộ quản lý
EPG
2. Thuê bao muốn yêu cầu một nội dung nào đó, thuê bao gửi yêu cầu đến EGP
3. EGP cho biết địa chỉ của server cần tìm
4. Thuê bao gửi yêu cầu tới server đó.
5. Server dựa theo yêu cầu của thuê bao mà cung cấp nội dung.
Trên đây chỉ là một thí dụ đơn giản nhất. Hiện nay các nhu cầu nghiệp vụ của

IPTV rất đa dạng nên cấu trúc mạng phức tạp hơn nhiều. Tiếp theo chúng ta phân
tích sự hoạt động tổng thể của mạng IPTV.
IPTV áp dụng các khuyến nghị quốc tế về tiêu chuẩn, như khuyến nghị về
truyền dẫn thời gian thực (RTP), khuyến nghị về khống chế thời gian thực
(RTCP)... IPTV cũng cùng làm việc với máy tính dùng hệ điều hành UNIX,
VIC/VAT, Apple và Quick Time. Hiện nay cách thức mã hóa video của luồng

Hình 1.2. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu

5


chủ của IPTV theo MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC. Trong đó, MPEG-2 và MPEG4 được phát triển mạnh. H.264 là luật mã hóa thị tần của ITU-T đề xuất thích hợp
cho các hệ thống công cộng. Do đó H.264 có khả năng thành cách mã hóa chính của
IPTV.
Thiết bị đầu cuối IPTV trong gia đình có 2 loại: một là máy vi tính PC, hai là
máy TV + hộp kết nối STB. Hộp STB thực hiện 3 chức năng sau:
1. Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video.
2. Tiến hành giải mã luồng video MPEG-2, MPEG-4, WMV, Real... đảm bảo
video VoD hiển thị lên màn hình ti vi các số liệu...
3. Phối hợp với bàn phím đảm bảo HTML du lịch trên mạng, tiến hành gửi nhận
email. STB đảm nhiệm các nhiệm vụ trên chủ yếu dựa vào bộ vi xử lý.
Tóm lại ta thấy IPTV ứng dụng kỹ thuật streaming media, thông qua mạng băng
rộng truyền dẫn tín hiệu truyền hình digital đến các thuê bao. Các thuê bao chỉ cần
có thiết bị đầu cuối là máy tính PC hoặc TV+STB là có thể thưởng thức được các
chương trình truyền hình phong phú. Hoạt động của IPTV là hoạt động tương tác
trên mạng không chỉ có các chương trình truyền hình quảng bá mà còn thực hiện
truyền hình đến địa điểm theo yêu cầu (VoD). IPTV cùng các hoạt động thông tin
trên băng tần rộng đã kết hợp được 3 mạng (máy tính + viễn thông + truyền hình)
biểu thị xu thế phát triển của mạng truyền thông tương lai.

1.2. Cấu trúc Mạng IPTV
1.2.1. Cấu trúc tổng quát mạng IPTV
Sơ đồ khối các chức năng mạng IPTV biểu diễn trên hình 1.3 [9]. Từ sơ đồ cho
thấy nguồn nội dung tới đầu cuối người dùng có thể chia làm: mạng cung cấp và
giới thiệu các nội dung, mạng chuyển tải, mạng tiếp nối đầu cuối và mạng quản trị.
- Mạng nội dung: Mạng này cung cấp và giới thiệu nội dung gồm xử lý nội
dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD (theo điểm) và xử lý, giới thiệu các
ứng dụng gia tăng (phục vụ tin tức, điện thoại có hình, email, nhắn tin...). Nguồn
nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD thông qua hệ thống xử lý nội dung
được mã hóa để phù hợp với luồng media theo yêu cầu qua mạng chuyển tải đưa

6


các luồng này cung cấp tới các người dùng đầu cuối. Trung tâm dữ liệu IPTV
(IPTV Data Center) hay Headend 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 an 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 (profile) và hóa đơn thanh toán. Chú 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 truyền tải: Đây là mạng cáp IP, đối với luồng media có hình thức
nghiệp vụ không giống nhau có thể dùng phương thức chuyển đa hướng (multicast)
cũng có thể chuyển theo phương thức đơn kênh. Thông thường, truyền hình quảng
bá BTV truyền đa hướng tới user đầu cuối, truyền hình theo yêu cầu VOD thông
qua mạng cáp phân phát nội dung CDN (Content Distribution Network) tới địa
điểm người dùng đầu cuối.

Hình 1.3. Cấu trúc tổng quát của mạng IPTV
Việc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối one-to-one, nếu trong

7


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 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.
- Mạng đầu cuối (còn gọi là mạng cáp 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. Theo các nhà khai thác viễn thông, thì
mạng này là mạng tiếp nối băng rộng xDSL, FTTx+LAN hoặc LAN. Thiết bị khách
hàng IPTVCD (IPTV Customer 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 gatewaycho khu dân cư,
bộ giải mã set-top boxes, bảng điều khiển trò chơi…
- Mạng quản trị: Bao gồm quản lý nội dung, quản lý cáp truyền, tính cước phí,
quản lý các thuê bao, quản lý các hộp ghép nối STB.
1.2.2. Cấu trúc chức năng cho các dịch vụ IPTV

8

Hình 1.4. Các thành phần cấu trúc chức năng trong mạng 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 1.4 trình
bày sáu 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 an.
1.2.2.1. 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.
1.2.2.2. 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 truyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê bao một cách
chính xác. Chức năng phân phối nội dung 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

9


dung để có được quyền truy cập nội dung.
1.2.2.3. Chức năng 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), EPG 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.
1.2.2.4. Chức năng vận chuyển IPTV
Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao được chấp nhận, chức năng vận chuyển
IPTV sẽ 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.
1.2.2.5. Chức năng thuê bao
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 gateway kết nối với DSLAM, hay trình STB sử dụng trình duyệt web để
kết nối với Middleware server. Trong chức năng này, STB lưu trữ một số các thành
phần quan trọng như các key DRM và thông tin xác thực user. Khối chức năng thuê
bao sẽ sử dụng EPG cho phép khách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập và yêu cầu
nó từ các chức năng điều khiển IPTV. Nó cũng nhận các giấy phép số và các key
DRM để truy cập nội dung.
1.2.2.6. Chức năng bảo an
Tất cả các chức năng trong mô hình IPTV đều được hỗ trợ các cơ chế bảo an
tại các cấp độ khác nhau. Chức năng cung cấp nội dung sẽ có bộ phận mật mã được

10


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 an 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 an
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 an luôn sẵn sàng
được sử dụng để tránh các hoạt động trái phép.
1.3. Phân loại dịch vụ IPTV
1.3.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá
- Live TV: Đây được hiểu là dịch vụ truyền hình số trên nền mạng IP cung cấp
dạng phát quảng bá những chương trình truyền hình được thu lại từ hệ thống truyền
hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh hoặc kênh truyền hình riêng tới
khách hàng.
- Time-shifted TV: Tính năng tạm dừng TV là tính năng giúp người xem có thể
tạm dừng kênh truyền hình đang phát và có thể xem tiếp sau đó.
- Virtual Channel from VoDs: Chức năng này cho phép hệ thống ghép một số
nội dung VoD cùng thể loại tùy chọn thành một kênh riêng và phát trên mạng thành
một kênh chuyên đề theo thị hiếu của khách hàng. Người quản trị có khả năng quản
lý các kênh ảo tạo ra.
- NVoD (Near Video on Demand): Chức năng này cho phép hệ thống phát một
chương trình truyền hình hoặc VoD tùy chọn lặp lại nhiều lần trên các kênh
multicast khác nhau. Với cùng một nội dung phát cách nhau theo chu kì, do vậy
khách hàng có thể trả tiền PPV (Pay-per-view) và xem tại các thời điểm tùy ý. Hỗ
trợ khả năng tính cước theo PPV hoặc theo gói dịch vụ.
- Mobile TV: Dịch vụ này là hướng phát triển tương lai đảm bảo cung cấp kênh
truyền hình, VoD và các dịch vụ của hệ thống IPTV đến các khách hàng của mạng
di động [10].
1.3.2. Dịch vụ theo nhu cầu (On-Demand)

11

- VoD (Video on Demand): Đối với dịch vụ video theo yêu cầu, người xem lựa
chọn các video (phim, video clip) trực tiếp từ thư viện của nhà cung cấp để xem qua
trên TV của khách hàng. Nhằm khuyến khích khán giả mua phim, người xem sẽ
được xem qua các bản tóm tắt phim, xem trước các đoạn phim demo rồi mới quyết
định có mua hay không. Dịch vụ VoD có những tính cơ bản của thiết bị ghi hình
VCR như là tạm dừng, chạy tiếp, chuyển nhanh về phía trước, chuyển nhanh về
phía sau. Chức năng khoá chương trình, phim hoặc nội dung không dành cho trẻ
em.
- TVoD (TV on Demand): Tính năng này cho phép các chương trình LiveTV
được lưu lại trên server trong một khoảng thời gian nào đó. Khách hàng sau đó có
thể lựa chọn để xem lại các chương trình mà mình bỏ lỡ.
- Games on Demand (Chơi game theo yêu cầu): Dịch vụ này cung cấp những
trò chơi giải trí đơn giản cho khách hàng. Các trò chơi này có thể chơi trực tuyến
bằng cách truyền từ hệ thống IPTV server đến STB. Hệ thống có chế độ tính điểm
và ghi thông tin người chơi.
- Music on Demand: Các thuê bao có thể xem những clip ca nhạc theo yêu cầu
giống như dịch vụ VoD.
- Karaoke on Demand: Các thuê bao có thể chọn và xem các bài karaoke qua
STB trên TV. Bằng cách ghép nối thêm hệ thống âm thanh chuyên dụng, khách
hàng có thể thoải mái hát karaoke theo yêu cầu với đầy đủ tính năng của một dàn
karaoke.
1.3.3. Dịch vụ tương tác (Interactive)
- Guess và Voting: Cung cấp tính năng bình chọn trực tiếp và dịch vụ trò chơi
dự đoán cho người xem qua TV. Thao tác bình chọn, dự đoán được hỗ trợ thuận
tiện thông qua Remote Control.
- TV–Education: Cung cấp tất cả các dịch vụ học tập, đào tạo theo các nội dung
và theo từng lứa tuổi.

12

- TV–Commerce: Thương mại qua TV là các dịch vụ tương tác cho phép khách
hàng trao đổi, mua bán và đấu giá những sản phẩm được giới thiệu trên TV hoặc
những chương trình quảng cáo.
1.3.4. Dịch vụ thông tin và truyền thông
- Internet on TV (Web Browser), TV Messaging : Dịch vụ này cho phép người
dùng truy cập vào những trang web trên Internet, có thể chat trực với nhau thông
qua hệ thống IPTV. TV – Information: Dịch vụ này cung cấp các thông tin đến
khách hàng thông qua hệ thống IPTV. Các thông tin có thể cung cấp rất đa dạng và
phong phú, bao gồm tin tức, thông tin thị trường, mua sắm, thông tin chứng khoán,
đấu giá, dự báo thời tiết, thông tin giao thông v..v...
- Video Conference : Hội thảo truyền hình cho phép nhiều thuê bao tham gia đối
thoại trực tuyến thông qua truyền hình. Giải pháp này cho phép tổ chức các cuộc
họp, các buổi hội thảo, người dùng có thể tham gia từ bất cứ vị trí địa lý nào miễn là
có kết nối hệ thống IPTV.
- Video Phone (SIP Phone): Điện thoại truyền hình thông qua giao thức VoIP
thông dụng như SIP, H323. Dịch vụ cho phép 2 thuê bao có thể liên lạc bằng hình
ảnh và âm thanh với nhau dựa trên chuẩn SIP/IP.
1.3.5. Các dịch vụ gia tăng khác
Trong tương lai các dịch vụ sau là sẽ là nguồn thu chủ yếu, đó là:
- Tin nhắn SMS/MMS, TV Mail : Chức năng này cho phép người dùng TV có thể
gửi nhận tin nhắn SMS, MMS đến các mạng di động, có thể gửi, nhận, đọc trực tiếp
email thông qua màn hình giao diện trên màn hình TV
- Media Sharing (Photo Album), Video Blog : Chức năng này cho phép khách
hàng qua hệ thống IPTV có thể tạo, lưu trữ và quản lý các album ảnh của mình, có
thể tạo riêng cho mình một blog để lưu trữ các clip video.
- Global Monitoring: Dịch vụ này ứng dụng cho theo dõi giao thông, giám sát an
ninh và giám sát hộ gia đình từ xa. Cung cấp các thiết bị tích hợp đi kèm (camera,
remote,..) phía khách hàng hỗ trợ cho việc monitoring.

13


- Game Online: Dịch vụ này cung cấp những trò chơi quy mô lớn, chơi trực
tuyến và có nhiều người chơi tham gia đồng thời.
1.4. Phương thức và công nghệ dùng trong IPTV
1.4.1. Những yêu cầu đặt ra cho dịch vụ video
- Băng thông rộng: So với các dịch vụ thoại, Internet thì băng thông dành cho
các dịch vụ video cao hơn nhiều. Một luồng video với độ phân giải chuẩn (standarddefinition) với chuẩn nén MPGE-4/H.264 yêu cầu băng thông 2Mbps. Đối với hạ
tầng mạng truy nhập DSL thì có thể thấy rằng đường truyền DSL thường chỉ có khả
năng truyền đồng thời từ 1 đến 2 luồng video cùng một lúc. Bên cạnh đó, bởi vì các
dịch vụ theo yêu cầu hoạt động theo phương thức unicast, trong khi dịch vụ
broadcast video hoạt động theo phương thức multicast nên có thể nói băng thông
dành cho các dịch vụ theo yêu cầu trong mạng phân phối cũng như mạng gom lớn
hơn rất nhiều so với dịch vụ Broadcast video.
- Băng thông không đối xứng: Lưu lượng video (bao gồm cả theo yêu cầu lẫn
broadcast) đều được truyền đi trong mạng theo một hướng (hướng xuống). Chỉ có
các thông tin điều khiển là được truyền đi theo hướng ngược lại (hướng lên). Do đó,
chi phí về hạ tầng có thể giảm bớt khi xây dựng các liên kết đơn hướng.
- Chất lượng dịch vụ: Chất lượng video khi truyền trên mạng IP phải đảm bảo
không bị giảm sút so với các loại hình truyền hình thông thường (truyền hình cáp,
số, vệ tinh). Để đảm bảo sự suy giảm chất lượng video khi truyền qua mạng IP, cần
cố gắng hạn chế sự xuất hiện của các lỗi suy giảm chất lượng mà khách hàng có thể
nhận biết dễ dàng. Đối với các dịch vụ video thì việc mất gói ảnh hưởng rất lớn đến
chất lượng hình ảnh. Do đó, yêu cầu đặt ra cho các dịch vụ video ngặt nghèo hơn so
với các dịch vụ khác. Tỉ lệ mất gói phải đảm bảo ở mức nhỏ nhất có thể.
- Sự sẵn sàng của dịch vụ: Mỗi loại dịch vụ có một mức độ sẵn sàng khác nhau.
Các dịch vụ broadcast có tính chất quan trọng là tính thời gian thực, thuê bao không
thể quay trở lại để xem đoạn chương trình đã phát. Do đó sự sẵn sàng đặt ra đối với
dịch vụ broadcast là rất cao.Trong khi đó, đối với các dịch vụ video theo yêu cầu thì

thuê bao hoàn toàn có thể xem lại cũng như bỏ qua một đoạn nội dung nào đó. Hơn

14