Tài liệu Nghiên cứu triển khai dịch vụ truyền hình ra nước ngoài qua mạng internet

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ------------------------------------- NGUYỄN NHẬT THANH NGHIÊN CỨU TRIỂN KHAI DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH RA NƯỚC NGOÀI QUA MẠNG INTERNET CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.NGUYỄN QUÝ SỸ HÀ NỘI - 2012 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: Ts. Nguyễn Quý Sỹ Phản biện 1: ……………………………………… Phản biện 2: ……………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: ....... giờ ....... ngày ....... tháng ....... .. năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 LỜI MỞ ĐẦU Cơ sở nghiên cứu và mục đích của luận văn Trên thế giới hiện nay, công nghệ tương tự đang dần dần nhường chỗ cho công nghệ số, các thiết bị tương tự ngày càng giảm, nhiều nhà sản xuất đã ngưng cung cấp thiết bị. Xu hướng hiện nay và tương lai là công nghệ số với nhiều ưu điểm vượt trội. Dựa trên nhu cầu thực tế của kiều bào nước ngoài muốn xem các chương trình truyền hình trong nước là rất lớn và yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao, trong khi đó việc phát tín hiệu truyền hình hiện tại của Việt Nam ra nước ngoài chủ yếu phát qua vệ tinh, truyền đến cho người sử dụng sẽ bị ảnh hưởng do thời tiết, nên chất lượng kênh truyền bị giảm sút như mất tín hiệu, hình bị nhòe, xé hình. Việc lắp đặt chảo thu bị giới hạn ở một số thành phố do quy định về đô thị cũng như chính quyền địa phương.Tại nước ngoài hệ thống truyền hình cáp, truyền hình qua IP cung cấp hệ thống truyền dẫn có chất lượng cao phổ biến tới từng hộ gia đình. Công ty VNPT Global với lợi điểm có các POP đặt tại nước ngoài nên việc triền khai để đưa các tín hiệu truyền hình VTV ra nước ngoài hết sức thuận lợi, có thể đáp ứng được nhu cầu xem truyền hình của kiều bào ở nước ngoài. Từ thực tế trên, mục đích của đề tài này chủ yếu làm rõ tiềm năng to lớn của việc triển khai các kênh truyền hình VTV ra nước ngoài. Từ đó đề xuất giải pháp kỹ thuật- công nghệ để triển khai các kênh truyền hình VTV ra nước ngoài dự trên cơ sở hạ tầng của công ty VNPT Global. 2 Tổ chức luận văn  Phần mở đầu trình bày tóm tắt cơ sở nghiên cứu và mục đích cũng như tổ chức của luận văn.  Chương I Nghiên cứu tổng quan về hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV và những yêu cầu đặt ra cho việc cung cấp dịch vụ như : Băng thông rộng, chất lượng của dịch vụ, tính sẵn sàng của dịch vụ, từ đó xem xét các yếu tố cần thiết với mạng truyền dẫn.  Chương II Nghiên cứu một số vấn đề về công nghệ mạng truy nhập sử dụng trong quá trình triển khai, phát triển hệ thống truyền hình IPTV.  Chương III Nghiên cứu đề xuất phương án triển khai kênh truyền hình VTV ra nước ngoài trên cơ sở hạ tầng mạng của công ty VNPT Global. 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IPTV 1.1 Khái niệm IPTV Khi mới bắt đầu IPTV được gọi là Truyền hình giao thức Internet (Internet Protocol Television) hay Telco TV hoặc truyền hình băng rộng (Broadband Television),thực chất tất cả các tên đều được sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng. IPTV là một định nghĩa chung cho việc áp dụng để phân phối các kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng. 1.2. Sự khác nhau giữa IPTV và Internet TV Khái niệm về IPTV đôi khi nhầm lẫn với việc cung cấp truyền hình Internet. Mặc dù cả hai IPTV và Internet TV đều dựa trên cùng một nền tảng công nghệ giống nhau qua giao thức Internet Protocol (IP) nhưng chúng cũng có một số điểm khác nhau. 1.2.1 Sự khác biệt về nền tảng 1.2.2. Sự khác biệt về mặt địa lý 1.2.3. Sự khác biệt về cơ sở hạ tầng mạng 1.2.4. Sự khác biệt về cơ chế truy nhập 1.2.5. Sự khác nhau về giá thành 1.3. Cấu trúc mạng IPTV Trong phần này trình bày cấu trúc mạng IPTV theo hai vấn đề. Thứ nhất là cơ sở hạ tầng của mạng IPTV, đưa ra các thành phần của một hệ thống IPTV end to end. Vấn đề thứ hai là cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV, nội dung phần này nói lên chức năng của từng thành phần cụ thể tham gia vào công việc phân phối nội dung IPTV. 4 1.3.1. Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV 1.3.2. Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 1.3.3. Các công nghệ cho IPTV Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền IP khác nhau như VoIP và truy cập Internet tốc độ cao. Với mỗi loại dịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thức phân phối thích hợp. Hiện nay có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP là Unicast, Multicast và Broadcast. 1.4. Các công nghệ cho IPTV Có nhiều công nghệ khác nhau được yêu cầu để thực thi đầy đủ hệ thống IPTV trong thực tế, một số công nghệ chung đã được diễn giải trong các tài liệu khác nhau. Trong phần này chỉ đề cập tới một số công nghệ cơ bản được sử dụng cho các ứng dụng IPTV. 1.5. Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV Các ứng dụng cho triển khai IPTV cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng bá 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 lắp đặt hạ tầng mạng tại 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 theo yêu cầu VoD, dịch vụ truyền hình live Tivi, truyền hình tương tác. 5 CHƯƠNG II CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI, TRUY NHẬP VÀ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TRONG IPTV 2.1. Các loại mạng truy cập băng rộng Một thách thức cơ bản đặt ra đối với các nhà cung cấp dịch vụ là việc cung cấp đủ dung lượng băng thông trong mạng “sống” giữa mạng lõi backbone và thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao. Có một số định nghĩa được sử dụng để diễn giải về loại mạng này như mạng mạch vòng “ local loop”, mạng “last mile”, mạng biên “edge”. Nhưng trong luận văn này sử dụng định nghĩa mạng truy cập băng rộng. Có bốn loại mạng truy cập “có dây dẫn” băng rộng khác nhau có khả năng cung cấp đủ các yêu cầu về băng thông của dịch vụ IPTV là:  Mạng truy cập cáp quang  Mạng DSL  Mạng cáp truyền hình  Mạng Internet Các nhà cung cấp khác nhau lựa chọn các hệ thống phân phối tùy thuộc vào điều kiện tài nguyên mạng và nhu cầu thực tế. Các phần sau đưa ra một cách tổng quát các loại mạng truy cập băng rộng được sử dụng trong hạ tầng mạng IPTV end to end. 2.1.2. IPTV phân phối trên mạng truy nhập các quang 2.1.3. IPTV phân phối trên mạng ADSL 2.1.4. IPTV phân phối trên mạng Internet 2.1.5. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp 2.2. Các công nghệ mạng lõi IPTV Hạ tầng mạng IPTV đòi hỏi phải truyền tải được một số lượng lớn nội dung video tốc độ cao giữa trung tâm dữ liệu IPTV và mạng 6 phân phối băng thông rộng.Một số chuẩn truyền dẫn mạng lõi có các khả năng bảo về cần thiết để đảm bảo độ tin cậy cao. Mỗi chuẩn có một số đặc tính riêng biệt về tốc độ truyền dẫn tín hiệu và khả năng mở rộng. Có ba loại công nghệ truyền dẫn mạng lõi chính thức được sử dụng làm hạ tầng mạng IPTV là ATM trên nền SONET/SDH,IP trên MPLS và Metro Ethernet. 2.2.1 ATM và SONET/SDH ATM có thể hỗ trợ các ứng dụng như IPTV đòi hỏi băng thông cao và các truyền dẫn có độ trễ thấp. ATM hoạt động trên các mạng khác nhau bao gồm cả cáp đồng trục và cáp xoắn đôi, tuy nhiên nó chạy tốc độ tốt nhất là trên cáp quang. Lớp vật lý gọi là mạng quang đồng bộ SONET (Synchronous Otical Network) thường sử dụng để truyền tải các cell ATM trên mạng lõi. SONET là giao thức cung cấp truyền dẫn tốc độ cao sử dụng cáp quang. Thuật ngữ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) được đưa ra cho công nghệ truyền dẫn quang theo tiêu chuẩn Châu Âu. Tốc độ tín hiệu SONET được đo bằng các chuẩn sóng mang quang OC (Optical Carrier ). SONET sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing) để truyền nhiều luồng dữ liệu cùng một lúc. Với TDM, mạng SONET định rõ băng thông cho vị trí khe thời gian cụ thể trên dải tần số. Việc gán trước các khe thời gian như vậy sẽ hoạt động bất chấp có dữ liệu được truyền hay không. Trong môi trường IPTV, thiết bị SONET nhận một luồng bit và kết hợp thành một luồng đơn, các tốc độ được kết hợp thành một tốc độ chung. 2.2.2 IP và MPLS Một số lớn các công ty viễn thông đã bắt đầu triển khai giao thức Internet IP trên mạng lõi của họ. Mặc dù IP nguyên bản không bao giờ được thiết kế với các đặc tính như QoS hoặc khả năng phân biệt 7 lưu lượng, giao thức làm việc tốt nhất khi nó kết hợp với một công nghệ gọi là chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS(Multiprotocol Lable Switching). MPLS cho phép mạng hỗ trợ việc phân phối có hiệu quả các dạng lưu lượng video khác nhau trên một nền mạng chung. MPLS được thiết kế và xây dựng bằng việc sử dụng các router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) tiên tiến. Các router này chịu trách nhiệm thiết lập các tuyến kết nối có định hướng tới các đích riêng biệt trên mạng IPTV. Các tuyến ảo này được gọi là các tuyến chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) và được cấu hình với đầy đủ tài nguyên để chắc chắn truyền dẫn trôi chảy lưu lượng IPTV thông qua mạng MPLS. Việc sử dụng LSP làm đơn giản hóa và tăng tốc độ định tuyến các gói thông qua mạng vì việc giữ gói để kiểm tra chỉ xuất hiện tại các lối vào của mạng và không yêu cầu tại mỗi router hop. Chức năng chính khác của LSR là xác định các kiểu lưu lượng mạng. Đây là điều đạt được bằng việc thêm MPLS header vào phần đầu của mỗi gói tin IPTV. Trong khi lưu lượng IPTV đi ngang qua mạng, MPLS thiết lập cho các router một số bảng định tuyến nội bộ gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Bases) được tham khảo, một nhãn mới được ứng dụng để đóng gói và được chuyển tiếp tới cổng ra router thích hợp. Lợi ích khác của mạng MPLS là hỗ trợ các cấp độ phục hồi nhanh khi mạng xuất hiện lỗi. 2.2.3. Metro Ethernet Một công nghệ khác có thể được triển khai trong mạng lõi là Metro Ethernet. Một liên minh của các nhà cung cấp dịch vụ, cung cấp thiết bị và các công ty về mạng nổi tiếng đã được thành lập với tên gọi là MEF (Metro Ethernet Forum). MEF chịu trách nhiệm thiết lập các chi tiết kỹ thuật tích hợp các công nghệ Ethernet vào mạng backbone dung lượng cao và các mạng lõi. Ngoài việc phát triển các chi tiết kỹ 8 thuật,MEF có chứng nhận thiết bị Ethernet để sử dụng trong hạ tầng mạng của các nhà cung cấp dịch vụ. 2.3 Quản lý mạng IPTV 2.4 Quản lý cài đặt 2.5 Giám sát thực thi và kiểm tra mạng 2.6 Quản lý dự phòng 2.7 Quản lý không gian địa chỉ IP 2.8. Xử lý các sự cố IPTV 2.9. Quản lý quyền nội dung số 2.10. Quản lý chất lượng dịch vụ QoS 2.11. Các cam kết tốc độ dịch vụ 9 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI KÊNH TRUYỀN HÌNH VTV RA NƯỚC NGOÀI 3.1. Dự báo nhu cầu xem các kênh truyền hình Việt Nam ở Hoa Kỳ 3.2. Hiện trạng phủ sóng kênh truyền hình Việt Nam ở Hoa Kỳ 3.2.1 Truyền dẫn vệ tinh 3.2.2 Xem truyền hình VTV qua Internet công cộng 3.3 Nghiên cứu đề xuất giải pháp cung cấp dịch vụ truyền hình VTV trên mạng của công ty VNPT Global 3.3.1 Đề xuất phương án 3.3.2 Đề xuất phương án giải quyết Dựa trên cơ sở hạ tầng hiện tại của công ty VNPT Global và các yêu cầu đảm bảo QoS cho kênh truyền dẫn tín hiệu truyền hình VTV, giải pháp tốt nhất để truyền dẫn tín hiệu truyền hình VTV là sử dụng công nghệ MPLS điểm – điểm quốc tế, đây là giải pháp mới vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, tiết kiệm chi phí và đặc biệt rất linh hoạt cho việc mở rộng dung lượng hệ thống khi cần. 10 Sơ đồ tổng quan về mạng của VNPTG Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan về mạng của VNPTGLOBAL 3.4 Lựa chọn công nghệ MPLS VPN 3.4.1 Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN Để giải quyết được MPLS VPN, ta cần xây dựng một số khối cơ bảng trên PE. Những khối này là VRF, RD( Route Distinguisher) bộ 11 phân biệt tuyến, RT (Route Targets) tuyến đích, sự ánh xạ tuyến qua MP-BGP và chuyển tiếp gói được gán nhãn. 3.4.2 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN Mặt phẳng điều khiển trong MPLS VPN chứa mọi thông tin định tuyến lớp 3 và các tiến trình trao đổi thông tin của IP Prefix được gán và phân phối nhãn LDP. Mặt phẳng dữ liệu thực hiện chức năng chuyển tiếp các gói IP được gán nhãn đến trạm kế để về đích. Hình vẽ.. cho thấy sự tương tác của cac giao thức trong mặt phẳng điều kiển MPLS VPN/VNPTG. Hình 3.6 Sự tương tác giữa các giao thức trong mặt phẳng điều khiển 12 Các Router VTV# được kết nối với các PE, và một IGP được yêu cầu trên VTV# cùng với PE để thu thập và quảng bá thông tin NLRI. Trong MPLS VPN, LDP dùng để phân phối nhãn trong một miền MPLS VPN/VNPTG. IGP dùng để trao đổi thông tin NLRI, ánh xạ (map) các NLRI này vào MP-BGP. MB-BGP được duy trì giữa các PE trong một miền MPLS VPN/VNPTG và trao đổi cập nhật MPBG. Các gói từ VTV# đến PE luôn được quảng bá như các gói IPv4. Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN như hình vẽ sau: Hình 3.7 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 13 Sau đây là các bước hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN. Cập nhật IPv4 cho mạng 172.16.1.1/32 được nhận bởi Egress PE (mặt phẳng dữ liệu). PE_VN(AS45896) nhận và vận chuyển tuyến IPv4, 172.16.1.1/32, đến một tuyến VPNv4 gắn với RD 45896:1 dựa trên cấu hình VRF trên PE_VN(AS45896). Nó định vị một nhãn VPNv4 V1 tới cập nhật 172.16.1.1/32 và viết lại thuộc tính trạng kế tiếp cho địa địa PE_VN(AS45896). chỉ Sự 111.91.233.1/30 quảng bá cho của loopback 111.91.233.1/30 trên từ PE_VN(AS45896) tới PE_US(AS45897) nhanh chóng được thay thế ngay khi mạng MPLS VPN/VNPTG được thiết lập và thực hiện quảng bá VPNv4 trong mạng. Các bước thực hiện quá trình quảng bá nhãn cho 111.91.233.1/32.  Router PE_VN (AS45896) yêu cầu một nhãn cho 111.91.233.1/32 sử dụng LDP ánh xạ nhãn yêu cầu từ láng giềng xuôi dòng(downstream neighbor) của nó, P_VN (AS45896). PE_VN (AS45896) xác định một nhãn implicitnull cho 111.91.233.1/32, chỉnh sửa mức trong LFIB liên quan đến 111.91.233.1/32 và gửi đến P_VN (AS45896) bằng LDP reply.  P_VN(AS45896) sử dụng nhãn implicit-null nhận được từ PE_VN(45896) làm giá trị nhãn xuất (Outbound Label) của 14 nó,xác định một nhãn (L1) cho 111.91.233.1/32 và sửa mức trong LFIB cho 111.91.233.1/32. Sau đó P_VN (AS45896) gửi giá trị nhãn này đến P_US (AS45897) bằng LDP reply.  P_US (AS45897) dùng nhãn L1 làm giá trị nhãn xuất, xác định nhãn L2 cho 111.91.233.1/32 và sửa mức trong LFIB cho 111.91.233.1/32. Sau đó P_US (AS45897) gửi giá trị nhãn này đến PE_US (AS45897) bằng LDP reply. PE_VN (AS45896) có cấu hình VRF để nhận các tuyến với RT 45896:1 nên chuyển cập nhật VPNv4 thành Ipv4 và chèn tuyến trong VRF cho Customer VTV#1. Sau đó nó quảng bá tuyến này tới VTV#2. 15 Hình 3.8 Hoạt động thực tế của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN/VNPTG 3.4.3 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN Việc chuyển tiếp trong mạng MPLS VPN đòi hỏi phải dùng chồng nhãn (Label Stack). Nhãn trên (Top lable) được gán và hoán đổi (Swap) để chuyển tiếp gói dữ liệu đi trong lõi MPLS. Nhãn thứ hai (nhãn VPN) được kết hợp với VRF ở router PE để chuyển tiếp gói đến các CE. Hình sau mô tả các bước trong chuyển tiếp dữ liệu khách hàng của mặt phằng dữ liệu từ một site khách hàng CE2-A tới CE1-A trong hạ tầng mạng của VNPTG. 16 Hình 3.9 Các bước chuyển tiếp trong mặt phẳng dữ liệu Khi dữ liệu được chuyển tiếp tới một mạng cụ thể dọc theo mạng VPN qua lõi MPLS VPN/VNPTG, chỉ có nhãn trên (top lable) trong chồng nhãn bị hoán đổi (Swap) khi gói đi qua backbone. Nhãn VPN vẫn giữ nguyên và được bóc ra khi đến Router PE ngõ ra (exgress) xuôi dòng (downtream). Mạng gắn với một giao tiếp ngõ ra thuộc vào một VRF cụ thể trên router phụ thuộc vào giá trị của nhãn VPN. 17 Sau đây là những bước trong việc chuyển tiếp của mặt phẳng dữ liệu minh họa cho hình trên. VTV#2 tạo ra một gói dữ liệu với địa chỉ nguồn 172.16.2.2 và địa chỉ đích là 172.16.1.1. PE_US (AS45897) nhận gói dữ liệu, thêm vào nhãn VPN V1 và nhãn LDP L2 rồi chuyển tiếp gói đến P_US(AS45897). P_US(AS45897) nhận gói dữ liệu và chuyển đổi (Swap) nhãn LDP L2 thành L1. P_VN (AS45896) nhận gói dữ liệu và bóc (pop) nhãn trên (top label) ra vì nó nhận một ánh xạ nhãn implicit-null cho 111.91.233.1/32 từ PE_VN (AS45896). Kết quả, gói được gán nhãn (nhãn VPN là V1) được chuyển tiếp đến PE_VN (AS45896). PE_VN (AS45896) bóc nhãn VPN V1 ra và chuyển tiếp gói dữ liệu đến VTV#1 nơi có địa chỉ mạng 172.16.1.1 được định vị. 18 Hình 3.10 Hoạt động chuyển tiếp dữ liệu trong chế độ khung MPLS Các bước hoạt động của Data Plane trong chế độ khung MPLS VPN/VNPTG Như hình vẽ một gói dữ liệu được truyền từ PE_US tới địa chỉ đích là 111.91.233.1/32 Bước 1: PE_US gán nhãn 17 cho gói dữ liệu và truyền tới P_US Bước 2: P_US nhận được gói dữ liệu có nhãn là 17 và bắt đầu tìm trong LFIB. P_US chuyển nhãn 17 sang nhãn 18 và gửi cho P_VN. Bước 3: P_VN nhận được gói dữ liệu từ P_US vì là Hop gần cuối nên P_VN gỡ nhãn 18 ra khỏi gói tin và truyền tới PE_VN.