Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.18 MB, 98 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đồng Thị Yến
ĐỒNG THỊ YẾN
Điện tử - Viễn thông
NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG TRÀI NGHIỆM CHO MẠNG IPTV
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông
KHOÁ 2010B
Hà Nội – Năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
ĐỒNG THỊ YẾN
NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG TRẢI NGHIỆM CHO MẠNG IPTV
Chuyên ngành : Điện tử - Viễn Thông
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. TRƯƠNG THU HƯƠNG
Hà Nội – Năm 2012
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................ 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................... 4
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................ 5
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 9
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ IPTV ................................................................................ 10
1.1. Giới thiệu về truyền hình số theo giao thức IP ........................................................ 10
1.2. Cấu trúc mạng IPTV ......................................................................................... 11
1.3. Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV ................................................................... 13
1.3.1. Truyền hình quảng bá kỹ thuật số .............................................................. 13
1.3.2. Video theo yêu cầu VoD ............................................................................ 14
1.3.3. Quảng cáo có địa chỉ................................................................................. 14
1.4. Ưu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV ...................................................... 15
CHƯƠNG II . NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN DỊCH VỤ IPTV TRÊN IMS ........................... 17
2.1. Tổng quan IMS................................................................................................. 17
2.1.1. IMS là gì? .................................................................................................... 17
2.1.2. Kiến trúc IMS ...................................................................................... 18
2.2. Kiến trúc IPTV trên nền IMS............................................................................ 25
2.2.1. Kiến trúc chức năng .................................................................................... 27
2.3 . Lợi ích tiêu dùng của IPTV dựa trên IMS .......................................................... 31
2.4. Những lợi ích của nhà khai thác ........................................................................ 32
2.5. Các thủ tục xử lý trong chương trình ................................................................. 35
2.5.1. Quá trình đăng kí ........................................................................................ 35
2.5.2. Quá trình nhận về thông tin các kênh ........................................................ 37
2.5.3. Quá trình thiết lập kết nối với 1 kênh.......................................................... 38
CHƯƠNG III. QoS TRONG IPTV ........................................................................................... 40
3.1. Khái niệm về chất lượng dịch vụ (QoS)............................................................ 40
3.3.Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng IPTV ........................ 42
3.3.1. Băng thông – Bandwidth ............................................................................. 42
3.3.2. Độ trễ - Delay.............................................................................................. 43
3.3.3. Độ biến thiên trễ - Delay variation/Jitter ................................................... 45
3.3.4. Mất gói – Packet loss .................................................................................. 46
CHƯƠNG IV . QoE TRONG IPTV ........................................................................................... 48
Đồng Thị Yến – CB100733
1
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
4.1.Tổng quan về QoE ............................................................................................. 48
4.1.1. Giới thiệu chung .......................................................................................... 48
4.1.2. Khái niệm QoE ............................................................................................ 49
4.1.3. Liên quan giữa QoS và QoE ....................................................................... 49
4.1.4. Cấu trúc và các yếu tố ảnh hưởng QoE ...................................................... 52
4.1.5. QoE khách quan và QoE chủ quan[20] ...................................................... 54
4.2.QoE cho dịch vụ IPTV ....................................................................................... 56
4.2.1. Các yếu tố của QoE cho IPTV .................................................................... 56
4.2.2. Làm thế nào để đảm bảo IPTV QoE ........................................................... 58
4.2.3. Thách thức chính của các yếu tố IPTV QoE ............................................... 59
4.2.3.1.Chất lượng Media(Video và Audio)................................................ 59
4.2.3.2.Channel Zapping .......................................................................... 60
4.2.3.3. Tính tin cậy ................................................................................. 61
4.2.3.4.Tính bảo mật ................................................................................ 62
4.2.4. Đo đạc IPTV QoE ....................................................................................... 63
4.2.4.1.Các mô hình đánh giá QoE khách quan ......................................................... 63
4.2.4.2.Các thông số và giải thuật đánh giá IPTV QoE .............................................. 67
CHƯƠNG V . ƯỚC LƯỢNG QOE ........................................................................................... 73
5.1. Tóm tắt lý thuyết .............................................................................................. 74
5.1.1. Giới thiệu phương pháp máy học – Machine learning. .............................. 74
5.1.2. Các thuật toán học máy............................................................................... 75
5.1.3. Học có giám sát ........................................................................................... 76
5.1.4. Thuật toán cây quyết định ........................................................................... 78
5.1.4.1. Giới thiệu chung .......................................................................... 78
5.1.4.2. Các loại cây quyết định ................................................................ 79
5.1.4.3. Ưu điểm của cây quyết định .......................................................... 80
5.1.4.4. Biểu diễn cây quyết định............................................................... 81
5.1.4.5. Lựa chọn thuộc tính kiểm tra ........................................................ 83
5.2.Một số hình ảnh demo cho thuật toán ước lượng được triển khai trong testbed. ..... 89
KẾT LUẬN .................................................................................................................................... 93
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................................... 94
Đồng Thị Yến – CB100733
2
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 . Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV .....................................12
Hình 2.1. Kiến trúc IMS theo 3GPP[5] ..............................................................18
Hình 2.2. Các máy chủ ứng dụng IMS ................................................................22
Hình 2.3. Kết nối IMS và mạng PSTN/CS ........................................................222
Hình 2. 4. Liên kết với mạng IP phiên bản khác nhau ........................................25
Hình 2. 5. Các khối chính trong IMS ..................................................................26
Hình 2. 6. Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV dựa trên IMS [15] ................27
Hình 2. 1. Mô hình IPTV dựa trên IMS [2] .......................................................30
Hình 2. 8. Quá trình đăng nhập hệ thống (1) .......................................................35
Hình 2. 9. Quá trình đăng nhập hệ thống (2) ......................................................36
Hình 2. 10. Quá trình đăng nhập hệ thống (3) .....................................................37
Hình 2. 11. Quá trình nhận về thông tin các kênh ...............................................37
Hình 2. 12. Quá trình thiết lập kết nối với 1 kênh ...............................................39
Hình 4. 1. Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của NSD ....................................51
Hình 4. 2. Cấu trúc QoE ......................................................................................52
Hình 4. 3. Các yếu tố kỹ thuật của IPTV QoE ...................................................57
Hình 4. 4. Mô hình triển khai tham chiếu không đầy đủ .....................................67
Hình 4. 5. Mô hình MPQM đánh giá QoE của IPTV .........................................70
Hình 4. 6. Mô hình MPQM ở mức tổng quan ....................................................70
Hình 5. 1. Mô hình cơ chế tự đánh giá QoE ........................................................73
Hình 5. 2. Cây quyết định QoE ..........................................................................88
Hình 5. 3. Mô hình khảo sát QoE IPTV trên nền IMS ........................................89
Hình 5. 4. Giao diện ghi lại kết quả dữ liệu.........................................................90
Hình 5. 5. Thời gian chuyển kênh .......................................................................91
Hình 5. 6. Điểm thời gian chuyển kênh ...............................................................91
Hình 5. 7. Điểm đánh giá chất lượng...................................................................92
Hình 5. 8. Các kết quả được cập nhật vào bảng dữ liệu ......................................92
Đồng Thị Yến – CB100733
3
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3. 1. Phân loại các lớp dịch vụ theo ITU – T[8].......................................41
Bảng 3. 2. Phân loại các lớp dịch vụ theo ETSI ................................................41
Bảng 4. 1. Thống kê về sự quan tâm đến khái niệm QoE và QoS ....................49
Bảng 4. 2. Ví dụ về các thông số chính QoE .....................................................53
Bảng 4. 3. Ví dụ về đo đạc khách quan hiệu suất sử dụng .................................55
Bảng 4. 4. Ví dụ về đo đạc chủ quan hiệu suất sử dụng .....................................56
Bảng 4. 5. Định nghĩa các thang điểm MOS ......................................................67
Bảng 5. 1. Kết quả test thử nghiệm QoE ............................................................82
Đồng Thị Yến – CB100733
4
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT
Từ viết
Tên đầy đủ
01
3GPP
Third Generation Partnership Project
02
3GPP2
Third Generation Partnership Project 2
03
ACK
Acknowledgment
04
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line
05
AS
Application Server
06
ATM
Asynchoronous Transfer Mode
07
B2BUA
Back-to-back User Agent
08
BGCF
Breakout Gateway Control Function
09
BICC
Bearer Independent Call Control
10
COPS
Common Open Policy Service
11
CSCF
Call Session Control Function
12
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
13
DNS
Domain Name System
14
ENUM
Telephone Number Mapping
15
GGSN
Gateway GPRS Support Node
16
GPRS
General Packet Radio Service
17
GSM
Global System for Mobile Communications
18
HLR
Home Location Register
19
HSS
Home Subscriber Server
20
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
21
I-CSCF
Interrogating-CSCF
22
IETF
Internet Engineering Task Force
23
IFC
Initial Filter Criteria
24
IM-SSF
IP Multimedia Service Switching Function
25
IMS
IP Multimedia Subsystem
26
IMSI
International Mobile Subscriber Identifier
Đồng Thị Yến – CB100733
5
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
27
IP
Internet Protocol
28
IP-CAN
IP Connectivity Access Network
29
ISC
IMS Service Control
30
ISIM
IP multimedia Services Identity Module
31
ISUP
ISDN User Part
32
ITU-T
International Telecommunication Union-
33
MAP
Mobile Application Part
34
MEGACO
Media Gateway Control
35
MGCF
Media Gateway Control Function
36
MGW
Media Gateway
37
MIME
Multipurpose Internet Mail Extensions
38
MRF
Media Resource Function
39
MRFC
Media Resource Function Controllers
40
MRFP
Media Resource Function Processors
41
MSISDN
Mobile Subscriber ISDN Number
42
NAI
Network Access Identifier
43
OSA-SCS
Open Service Access–Service Capability
44
P-CSCF
Proxy-CSCF
45
PA
Presence Agent
46
Policy Decision Function
47
PEP
Policy Enforcement Point
48
PIDF
Presence Information Data Format
49
PS
Presence Agent
50
PSTN
Public Switched Telephone Network
51
QoE
Quality of Experience
52
QoS
Quality of Service
53
RTP
Real-Time Transport Protocol
54
RTCP
RTP Control Protocol
Đồng Thị Yến – CB100733
6
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
55
RTSP
Real Time Streaming Protocol
56
S-CSCF
Serving-CSCF
57
SCTP
Stream Control Transmission Protocol
58
SDP
Session Description Protocol
59
SFC
Subsequent Filter Criteria
60
SGSN
Serving GPRS Support Node
61
SGW
Signalling Gateway
62
SIM
Subscriber Indetity Module
63
SIP
Session Initiation Protocol
64
SLF
Subscriber Location Function
65
SPT
Service Point Trigger
66
SS7
Sinaling System No. 7
67
TCP
Transmission Control Protocol
68
THIG
Topology Hiding Inter-network Gateway
69
UA
User Agent
70
UAC
User Agent Client
71
UAS
User Agent Server
72
UDA
User Data Answer
73
UDP
User Datagram Protocol
74
UDR
User Data Request
75
UE
User Equipment
76
UICC
Universal Integrated Circuit Card
77
UMTS
Universal Mobile Telecommunication System
78
URI
Uniform Resource Identifier
79
URL
Uniform Resource Locator
80
USIM
Universal Subscriber Identity Module
81
VoIP
Voice over IP
82
VoD
Video on Demand
Đồng Thị Yến – CB100733
7
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
83
VQM
Video Quanlity Metrics
84
WLAN
Wireless Local Access Network
85
WFQ
Weighted Fair Queuing
86
WLSS
WebLogic SIP Server
Đồng Thị Yến – CB100733
8
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây truyền hình số đã phát triển rộng khắp, cùng với nó là
sự phát triển nhanh chóng của mạng internet băng rộng đã cho ra đời kĩ thuật xem
truyền hình mới đó là công nghệ IPTV. Với tính năng tương tác đã giúp khán giả
truyền hình từ khách hàng bị động trở thành khách hàng chủ động. Với những tính
năng mang tính đột phá của công nghệ truyền hình, IPTV còn có khả năng triển
khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác trên hệ thồng nhằm đáp ứng nhu cầu
của người sử dụng. Chính vì lí do này mà IPTV sẽ trở thành tâm điểm chú ý của các
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.
Ngày nay thách thức lớn nhất với nhà cung cấp dịch vụ IPTV là sự hài lòng của
khách hàng đối với các dịch vụ. Vì vậy QoS không còn là yếu tố duy nhất mang
tính quyết định trong cuộc cạnh tranh chiếm lĩnh thị trường giữa các nhà cung cấp
dịch vụ. Theo xu hương chung, khái niệm chất lượng trải nghiệm QoE(Quanlity of
Experience) hiện đang được quan tâm. Một cách đơn giản nhất, chất lượng trải
nghiệm QoE là nhận xét chủ quan của người sử dụng đánh giá về dịch vụ họ đang
sử dụng. Do vậy việc nghiên cứu chất lượng trải nghiệm QoE được xem là vấn đề
cấp thiết để giúp nhà cung cấp dịch vụ IPTV sẽ có những cải tiến đúng đắn kịp thời
về kỹ thuật để đưa ra các dịch vụ có chất lượng tốt nhất đến người dùng. Chính vì
thế em và nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho
mạng IPTV”.
Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS. Trương Thu Hương,
người đã định hướng, hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đề tài, và em cũng
xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu đã tận tình hỗ trợ để em có thể hoàn thành
luận văn này.
Hà Nôi, ngày 18 tháng 04 năm 2012
Sinh viên
Đồng Thị Yến
Đồng Thị Yến – CB100733
9
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ IPTV
1.1. Giới thiệu về truyền hình số theo giao thức IP[8]
Truyền hình kỹ thuật số là tiến bộ quan trọng nhất trong công nghệ truyền hình
từ khi phương tiện này được tạo ra trong thế kỷ trước. Truyền hình kỹ thuật số đưa
ra cho khách hàng nhiều sự lựa chọn và tạo ra nhiều tương tác hơn. Ngày nay,
với sự phát triển của ngành công nghiệp truyền hình sẽ đưa truyền hình thông
thường sang thời đại của truyền hình kỹ thuật số. Hầu hết các hoạt động của
truyền hình phải được nâng cấp và triển khai dựa trên kỹ thuật số để đưa tới cho
khách hàng các dịch vụ kỹ thuật số tinh vi hơn. Một kỹ thuật mới được gọi là
truyền hình dựa trên giao thức Internet IPTV (Internet Protocol Television) ra
đời, và đang giữ phần quan trọng và có hiệu quả cao trong các mô hình kinh doanh
truyền hình thu phí.
Định nghĩa: IPTV 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 IP mà được quản lý để cung
cấp các mức yêu cầu về chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy
theo yêu cầu.
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 có chế phân phối truyền hình nào khác. 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.
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 dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thế bao
gồm TV trực tiếp chuẩn, TV chất lượng cao, trò chơi tương tác và khả năng
duyệt internet tốc độ cao.
Đồng Thị Yến – CB100733
10
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
• Sự dịch thời gian. IPTV kết hợp với 1 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. Một hệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối hỗ trợ truyền
thông tin hai chiều vào phép người dùng ở kết cuối cá nhân hóa những thói
quen xem tivi của họ bằng cách cho phép họ quyết định những gì họ muốn
xem và khi nào họ muốn xem.
• Yêu cầu về băng thông thấp. Thay vì phải 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 mạng. Việc xem nội dung IPTV bây giờ
không chỉ giới hạn ở việc sử dụng tivi. Người dùng có thể sử dụng máy tính
hay các thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ của IPTV.
1.2. Cấu trúc mạng IPTV
Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV bao gồm các phần chính sau:
• Trung tâm dữ liệu IPTV
Trung tâm dữ liệu hay đầu cuối headend là nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn
khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản
xuất, qua 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, các máy chủ video tới các
bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật 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 thuê bao và phí thuê bao của những người sử dụng. 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 dẫn băng thông rộng
Đồng Thị Yến – CB100733
11
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
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 gần đây 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.
Hình 1.1 . Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV
• Thiết bị người dùng IPTV
Thiết bị người dùng IPTV(IPTVCD- IPTV Consumer Device) là thành phần
quan trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào 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 tới. 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
Đồng Thị Yến – CB100733
12
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên trong một khu vực có diện
tích nhỏ. Nó cải thiện truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên kĩ thuật số đắt
tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là cung cấp
việc truy cập thông tin như tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí giữa các thiết bị
khác nhau trong gia đình. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và
thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như máy in,máy scan, cũng như kết nối băng
rộng có thể được chia sẻ một cách dễ dàng.
1.3. Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV
Các ứng dụng cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng
bá số cũng như dịch vụ VoD. Như vậy, nó cho phép các nhà cung cấp đưa ra dịch
vụ gọi là “triple play” bao gồm truyền hình, thoại và dữ liệu. Hạ tầng mạng IPTV
cũng cung cấp hầu hết các ứng dụng video cộng thêm sau khi việc lắp đặt hạ tầng
mạng tại các vị trí phù hợp. Nhưng trong phần này chỉ trình bày một số dịch vụ đã
được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tại Việt Nam. Đó là truyền
hình quảng bá kỹ thuật số, dịch vụ VoD và quảng cáo có địa chỉ.
1.3.1. Truyền hình quảng bá kỹ thuật số
Khách hàng sẽ nhận được truyền hình số thông thường bằng IPTV. Truyền
hình quảng bá số được phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp đã được
nâng cấp hoặc hệ thống vệ tinh. Sự khởi đầu của các công nghệ DSL tốc độ
cao hơn như ADSL2 và ADSL2+ đã mang đến một cuộc cách mạng lớn trong
lĩnh vực này. Với các công nghệ tốc độ cao này cho phép IPTV có thêm độ tin cậy
và tính cạnh tranh với các dịch vụ truyền hình thu phí khác.
IPTV có đầy đủ khả năng để đưa ra các dịch vụ chất lượng cao khác nhau
và nhiều dịch vụ hơn so với các nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp và vệ tinh
trong quá khứ. Một lợi ích khác của IPTV là nó có nhiều nội dung và số kênh
lớn hơn để lựa chọn, tùy thuộc vào sở thích của khách hàng. Đặc biệt khách
hàng có thể tự chọn lựa nguồn nội dung đa dạng này.
Chức năng của truyền hình quảng bá thông thường, truyền hình cáp và vệ
Đồng Thị Yến – CB100733
13
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
tinh là cung cấp tất cả các kênh đồng thời tới nhà thuê bao. Tuy nhiên, IPTV
chỉ phân phối các kênh mà khách hàng muốn xem và nó có khả năng cung cấp
không giới hạn số kênh này. Khách hàng sẽ tự do điều khiển những gì họ muốn
xem và xem vào bất cứ lúc nào họ muốn. Đây là đặc tính vốn có và có thể xảy ra
của IPTV vì nó có sự kết hợp của khả năng tương tác hai chiều trên nền mạng IP.
1.3.2. Video theo yêu cầu VoD
VoD là dịch vụ cung cấp các chương trình truyền hình dựa trên các yêu cầu
của thuê bao. Các dịch vụ truyền hình được phát đi từ các bộ lưu trữ phim truyện,
chương trình giáo dục hay tin tức thời sự thời gian thực. Ứng dụng VoD cung
cấp cho từng thuê bao riêng lẻ để chọn nội dung video và họ xem nó vào lúc thích
hợp nhất. Khi hạ tầng mạng IPTV đầu tiên được thiết kế thì các ứng dụng và
các dịch vụ tạo lợi nhuận như điện thoại video, hội thoại truyền hình, đào tạo từ xa
và camera giám sát an ninh tại nhà đều có thể cung cấp cho khách hàng. Có
thêm một số dịch vụ và đặc tính tiên tiến hơn so với hệ thống truyền hình quảng
bá truyền thống.
1.3.3. Quảng cáo có địa chỉ
Thông tin tin nhắn đặc biệt hoặc nội dung đa phương tiện giữa thiết bị và
khách hàng dựa trên địa chỉ của họ gọi là quảng cáo có địa chỉ. Địa chỉ được
công bố của khách hàng có thể biết được thông qua việc xem xét kỹ profile
của người xem. Nó được thực hiện bởi lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo
phù hợp hoặc không phù hợp với người nhận. Vì thế, quảng cáo có địa chỉ cho
phép tính toán nhanh chóng và chính xác hiệu quả của chiến dịch quảng cáo.
Sự hợp tác của người xem là diện mạo của quảng cáo có địa chỉ. Ngay khi
truyền hình IP được bắt đầu, các hệ thống truyền hình IP có thể hỏi hoặc nhắc nhở
người xem khai báo tên của họ từ danh sách đã đăng ký. Đổi lại, người xem sẽ
muốn chọn tên chương trình của họ. Tại đây, tên chương trình đã có một profile
và các tin nhắn quảng cáo có thể được lựa chọn, cách xem tốt nhất là kết nối tới
profile của người xem. Bởi vì, các đặc tính tiên tiến đã được đưa ra của truyền
Đồng Thị Yến – CB100733
14
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
hình IP ví dụ như các cuộc gọi tới, e-mail và hướng dẫn chương trình đều nhớ
các kênh ưu thích, người xem có thể thực sự xem chúng. Thu nhập được tạo ra
bằng cách gửi các tin nhắn quảng cáo có địa chỉ tới người xem, với các profile
đặc biệt có thể lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng bá thông
thường. Khả năng gửi các quảng cáo thương mại tới một số người xem đặc biệt
cho phép các nhà quảng cáo cố định được quỹ đầu tư chính xác cho quảng cáo có
địa chỉ. Nó cũng cho phép các nhà quảng cáo thử nghiệm một số quảng cáo
thương mại khác trong cùng một vùng tại cùng một thời điểm.
1.4. Ưu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV [25]
Truyền hình số được định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu liên tục có
tốc độ bit không đổi, thường hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu được truyền
đều phục vụ cho mục đích truyền hình. Trái với truyền hình, mạng IP truyền những
loại dữ liệu khác nhau từ rất nhiều nguồn trên một kênh chung, bao gồm thư điện
tử, duyệt web, tin nhắn trực tiếp, tiếng nói qua IP và nhiều loại dữ liệu khác. Để
truyền đồng thời những dữ liệu này mạng internet phân thông tin thành các gói.
Như vậy, rõ ràng IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn hảo về công
nghệ.
Mặc dù không tương thích về căn bản nhưng thị trường IPTV vẫn bùng nổ, do
nó có các đặc điểm sau:
• Mạng IP băng rộng đã vươn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nước, các nhà cung
cấp dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát triển dịch vụ
truyền hình mà không cần xây dựng hệ thống mạng riêng của họ.
• Các nhà khai thác có thể đơn giản công việc phát các dịch vụ truyền hình
mới, như là các chương trình tương tác, truyền hình theo yêu cầu…
• Giá thành mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị sản xuất mỗi năm rất lớn và sự
tồn tại của các chuẩn trên toàn thế giới.
• Mạng internet có mặt trên toàn thế giới và số người dùng mạng internet tốc
độ cao tiếp tục tăng rất nhanh.
Đồng Thị Yến – CB100733
15
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
• IP là công nghệ hoàn hảo cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sự trao
đổi dữ liệu, mạng cục bộ, chia sẻ tệp tin, duyệt web…
• IP cung cấp cơ chế để định hướng truyền gói giữa các thiết bị được liên kết
trong mạng. IP là giao thức thức phổ biến được sử dụng khắp các mạng
internet
Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem
truyền hình hiện đại sẽ rất khác so với truyền hình trước đây. Các tín hiệu truyền
hình bây giờ không khác gì những loại dữ liệu khác. Nhờ đó, ngoài kênh truyền
hình quảng bá truyền thống sẽ có thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tương
tác để thỏa mãn nhu cầu
Đồng Thị Yến – CB100733
16
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
CHƯƠNG II . NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN DỊCH VỤ IPTV
TRÊN IMS
Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã bắt đầu triển khai các dịch vụ triple play trên
DSL, trong đó IPTV là một thành phần dịch vụ quan trọng. Giải pháp phát triển
dịch vụ là rất cần thiết để giữ chân khách hàng, phát triển thị trường chia sẻ và tăng
lợi nhuận cho các dịch vụ quảng bá trên thị trường băng rộng đang cạnh tranh ngày
càng dữ dội. Tuy nhiên mỗi dịch vụ trong nhóm dịch vụ triple play này (như IPTV,
VoIP) lại có cơ cấu điều khiển dịch vụ, các hệ thống hỗ trợ tính cước và điều hành
riêng của nó, điều này làm tăng sự phức tạp của toàn thể kiến trúc dịch vụ triple
play. Hơn nữa, các nhà cung cấp dịch vụ cần phải phân biệt dịch vụ của mình với
các nhà cung cấp dịch vụ khác có cùng nhóm dịch vụ. Kiến trúc IPTV trên nền
IMS có thể cung cấp các dịch vụ IPTV được điều khiển và xử lý bởi IMS và có thể
chuyển tiếp độc lập các dịch vụ IPTV với mạng truyền tải IP bên dưới.
Trong phần này em sẽ trình bày về mô hình và kiến trúc phát triển dịch vụ IPTV
dựa trên IMS, để cung cấp các dịch vụ IPTV qua phân hệ IMS cũng như cho phép
tái sử dụng các chức năng IMS, các cơ chế điều khiển và khởi tạo dịch vụ sử dụng
giao thức SIP.
2.1. Tổng quan IMS [7]
2.1.1. IMS là gì?
IMS là nền tảng hạ tầng công nghệ chung nhằm cung cấp các dịch vụ đa phương
tiện cho người sử dụng (NSD). Tập hợp các chuẩn và quy định kỹ thuật của IMS
được tổ chức 3 GPP (3rd Generation Partnership Project) quản lý và phát triển. IMS
dựa trên hai yếu tố cơ bản là công nghệ IP và giao thức báo hiệu SIP
(Session Initiation Protocol). IMS đem lại khả năng cung cấp dịch vụ đa phương
tiện cho NSD đầu cuối mà không bị phụ thuộc vào vị trí, công nghệ truy nhập mạng
và vào thiết bị đầu cuối của NSD. Nói cách khác, IMS hứa hẹn đem lại khả năng hội
tụ cho các loại hình dịch vụ, các công nghệ mạng và các thiết bị đầu cuối.
Một giải pháp IPTV dựa trên IMS có chứa tất cả các thành phần thường thấy
Đồng Thị Yến – CB100733
17
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
trong một giải pháp IPTV, chẳng hạn như một hệ thống head-end, middleware, các
server đa phương tiện, các set-top box và một cơ sở hạ tầng có sự hỗ trợ của IPTV.
Đồng thời do giải pháp này dựa vào cơ sở hạ tầng IMS, nên cũng bao gồm các nút
lõi, chẳng hạn như CSCF.
2.1.2. Kiến trúc IMS
Trước khi tìm hiểu kiến trúc của IMS chúng ta cần chú ý một điều rằng 3GPP
không chuẩn hóa các node mà là các chức năng. Điều này có nghĩa rằng kiến trúc
của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua các giao
tiếp đã được chuẩn hóa.
Thông thường phần lớn nhà sản xuất đi theo chiều hướng xây dựng kiến trúc
IMS theo cấu trúc đóng và ứng dụng mỗi chức năng tới một node duy nhất. Tuy
nhiên vẫn có những node mà đảm nhiệm nhiều hơn một chức năng hay một chức
năng được nhiều node cùng chia sẻ.
Hình 2. 2. Kiến trúc IMS theo 3GPP
Đồng Thị Yến – CB100733
18
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
Có thể thấy rằng kiến trúc IMS chính là hệ thống mạng lõi đa phương tiện IP
các khối chức năng như sau:
•
Cơ sở dữ liệu (CSDL) HSS và SLF
HSS là trung tâm lưu trữ cho thông tin người dùng, nó được phát triển từ HLR
trong hệ thống GSM. HSS bao hàm tất cả dữ liệu cần thiết của thuê bao để thực
hiện kết nối các phiên đa phương tiện. Dữ liệu này bao gồm thông tin vị trí, thông
tin bảo mật (bao gồm cả thông tin xác thực và cho phép), thông tin hồ sơ thuê bao
(bao gồm các dịch vụ mà người dùng đã đăng ký) và S-CSCF được phân bổ cho
thuê bao.
Trong một mạng IMS có thể có nhiều hơn 1 HSS, thông thường HSS được xây
dựng theo cơ chế có dự phòng để tránh bị mất thông tin khi có lỗi xảy ra.
SLF là một CSDL nhằm xác định thông tin của khách hàng đang được lưu trên
HSS nào. Chính vì vậy với những mạng mà chỉ có 1 HSS thì không yêu cầu phải
có SLF, tuy nhiên với mạng mà có nhiều hơn 1 HSS thì SLF cần được sử dụng.
Cả HSS và SLF đều hoạt động theo giao thức Diameter với ứng dụng dành
riêng cho IMS.
• Chức năng điều khiển phiên gọi (CSCF)
Chức năng này là đặc biệt cần thiết cho IMS, làm nhiệm vụ xử lý các bản tin
báo hiệu SIP trong hệ thống IMS. Tùy thuộc vào chức năng mà nhà khai thác cung
cấp CSCF có 3 loại:
- P-CSCF (Proxy-CSCF).
- I-CSCF (Interrogating-CSCF).
- S-CSCF (Serving-CSCF).
• P-CSCF :
P-CSCF là điểm kết nối đầu tiên (chức năng báo hiệu) giữa các đầu cuối IMS
Đồng Thị Yến – CB100733
19
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
và mạng IMS. Theo quan điểm từ SIP thì P-CSCF đóng vai trò là
một máy chủ outbound/inbound SIP Proxy, điều này có nghĩa rằng tất cả các yêu
cầu khởi tạo phiên được xuất phát hoặc gửi đến một đầu cuối IMS đều phải chuyển
giao qua P-CSCF sau đó nó thực hiện chuyển tiếp các bản tin SIP yêu cầu và đáp
ứng tới hướng tương ứng. Để kết nối với hệ thống IMS, người dùng trước tiên
phải đăng ký với P-CSCF trong mạng mà nó đang kết nối. Một P-CSCF được chỉ
định cho một đầu cuối IMS trong suốt quá trình đăng ký và không thay đổi trong
khoảng thời gian này.
P-CSCF đảm nhận một vài chức năng, trong đó một số liên quan đến bảo mật.
P-CSCF xác thực nhận dạng khách hàng và gửi tới các node còn lại trong mạng.
Bằng cách này các node khác không cần phải nhận thực lại khách hàng và nó có
thể sử dụng thông tin này cho các mục đích khác như cung cấp các dịch vụ cá nhân
hay tạo các bản ghi cước. Bên cạnh đó P-CSCF cũng kiểm tra chính xác các bản
tin yêu cầu SIP được gửi đến từ các đầu cuối IMS, điều này ngăn chặn quá trình
khởi tạo các bản tin không đúng theo khuôn dạng của SIP từ các đầu cuối IMS.
P-CSCF cũng bao gồm các chức năng nén và giải nén các bản tin SIP. Cơ chế
này giúp giảm được thời gian trễ khi truyền lan các bản tin SIP trong mạng. PCSCF có thể bao hàm chức năng quyết định chính sách (Policy Decision Function
- PDF). PDF có thể được tổ hợp với P-CSCF hoặc đứng một mình có nhiệm vụ cấp
tài nguyên và quản lý QoS cho các phiên đa phương tiện.
P-CSCF có thể được đặt trong mạng chủ hoặc mạng khách, đối với mạng di
động dựa trên nền GPRS, P-CSCF luôn được đặt cùng vị trí với nút hỗ trợ cổng
vào ra GPRS (GGSN - Gateway GPRS Support Node).
• I-CSCF
I-CSCF là một máy chủ SIP Proxy Server, lưu trữ danh sách các bản ghi hệ
thống tên miền (DNS – Domain Name Systerm), có giao tiếp với HSS và SLF.
Giao tiếp này được thực hiện thông qua giao thức Diameter, cho phép I-CSCF lấy
Đồng Thị Yến – CB100733
20
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
lại thông tin vị trí người dùng và thực hiện định tuyến các bản tin yêu cầu SIP tới
đích tương ứng (giống như S-CSCF).
Ngoài ra, I-CSCF còn có thể được dùng để mã hóa một phần bản tin SIP mà có
chứa các thông tin nhạy cảm như thông tin về số máy chủ có trong miền, tên của
DNS… Tính năng này là tùy chọn và nó còn được gọi với tên là THIG (Topology
Hiding Inter-network Gateways – Cổng vào ra ẩn cấu hình giữa các mạng). Trong
phần lớn mạng IMS, THIG không được triển khai.
I-CSCF thường đặt trong mạng chủ. Trong một vài trường hợp đặc biệt (ICSCF có tính năng THIG) nó có thể được đặt ở một mạng khách.
• S-CSCF
S-CSCF là một nút trung tâm của hệ thống báo hiệu IMS. S-CSCF về bản chất
là một máy chủ SIP nhưng có tính năng quản lý phiên. Ngoài chức năng như một
máy chủ SIP, S-CSCF cũng hoạt động như một SIP Registrar, có nghĩa là S-CSCF
duy trì một liên kết giữa vị trí người dùng (như địa chỉ IP mà người dùng log vào
hệ thống) và bản ghi địa chỉ SIP của người dùng.
Cũng giống như I-CSCF và P-CSCF, S-CSCF cũng kết nối tới HSS thông qua
giao thức Diameter, tải về các thông tin nhận thực và hồ sơ của khách hàng đang
truy nhập tới hệ thống IMS từ HSS để thực hiện tác nghiệp quản lý phiên.
Tất cả các bản tin báo hiệu SIP xuất phát hoặc gửi đến các đầu cuối IMS đều
phải đi qua S-CSCF. S-CSCF thực hiện kiểm tra mỗi bản tin này và xác định AS
(Application Server) nào sẽ cung cấp dịch vụ sau đó thực hiện định tuyến tới đích
cuối cùng.
Một chức năng chính của S-CSCF là cung cấp các dịch vụ định tuyến SIP. Ví
dụ khi một khách hàng thực hiện khởi tạo 1 phiên từ một số điện thoại chứ không
theo dạng SIP URI (Uniform Resource Identifier), S-CSCF thực hiện công việc
dịch lại số, thông thường sử dụng việc dịch chuyển số tuân theo chuẩn DNS E.164.
Đồng Thị Yến – CB100733
21
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
S-CSCF cũng tham gia chính sách điều hành mạng. Ví dụ, một khách hàng
không được phép thiết lập một phiên nào đó, S-CSCF sẽ ngăn cản hoạt động nhận
thực này.
S-CSCF luôn được đặt trong mạng chủ.
•
Các máy chủ ứng dụng
Máy chủ ứng dụng (Appication Server - AS) là một thành phần SIP, thực hiện
chức năng tiếp nhận và xử lý dịch vụ. Tùy thuộc vào dịch vụ thực tế mà AS hoạt
động trong chế độ SIP Proxy, SIP UA hay SIP B2BUA. Các AS kết nối với SCFCS thông qua giao tiếp SIP. Có 3 loại AS: SIP AS, OSA-SCS, IM-SSF. Các
máy chủ OSA-SCS, IM-SSF đóng vai trò làm cầu nối để IMS giao tiếp với OSA
và gsmSCF. Ngoài ra các máy chủ có thể được kết nối tới HSS để tải về hoặc gửi
lên các thông tin dữ liệu của khách hàng. SIP AS, OSA-SCS giao tiếp với HSS
thông qua giao thức sử dụng Diameter trong khi đó IM-SSF giao tiếp MAP
(Mobile Application Part). Các AS được mô tả theo hình 2.2.
Hình 2. 3. Các máy chủ ứng dụng IMS
• SIP AS:
Đồng Thị Yến – CB100733
22
Nghiên cứu chất lượng trải nghiệm cho mạng IPTV
Đây là AS thụ động thực hiện chức năng tiếp nhận và xử lý các dịch vụ đa
phương tiện IP dựa trên nền SIP.
• Máy chủ tiềm trữ phục vụ OSA: OSA-SCS (Open Service Access –Service
capability Server)
AS này cung cấp một giao tiếp đến máy chủ ứng dụng truy nhập dịch vụ mở
(OSA), thừa hưởng tất cả các tính năng của OAS đặc biệt là khả năng truy nhập
bảo mật từ các mạng bên ngoài. OSA-SCS giao tiếp với máy chủ ứng dụng OSA
thông qua giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface)
• Chức năng chuyển mạch đa dịch vụ IP: IM-SSF (IP Multimedia Service
Switching Function)
Đây là máy chủ ứng dụng đặc biệt cho phép IMS tái sử dụng lại dịch vụ logic
cao cấp của những ứng dụng theo yêu cầu khách hàng mạng di động (CAMEL Customized Applications for Mobile network Enhanced Logic) mà đã được phát
triển trong hệ thống GSM. IM-SSF cho phép chức năng điều khiển dịch vụ GSM
(gsmSCF – GSM Service Control Function) thực hiện điều khiển các phiên IMS.
IM-SSF giao tiếp với gsmCSF thông qua giao tiếp CAP (CAMEL Application
Part).
•
Chức năng tài nguyên truyền thông MRF:
Chức năng này cung cấp tài nguyên truyền thông trong mạng chủ với khả năng
vận hành thông báo, pha trộn luồng dữ liệu, chuyển đổi các loại mã khác nhau và
sắp xếp dữ liệu đã được phân tích trong hệ thống IMS. MRF luôn được đặt trong
mạng chủ IMS.
MRF cũng được chia nhỏ thành các chức năng MRFC và MRFP tương ứng
hoạt động trong mặt phẳng báo hiệu (signaling plane) và truyền thông (media
plane). MRFC đóng vai trò như một SIP User Agent thực hiện điều khiển tài
nguyên trong MRFP. MRFP cung cấp tất cả các chức năng liên quan đến phương
tiện như chuyển đổi mã, pha trộn dữ liệu.
Đồng Thị Yến – CB100733
23
