Mô hình và kiến trúc phát triển dịch vụ IPTV trên nền IMS

Để cung cấp cho thuê bao các dịch vụ truyền hình tương tác, hội tụ và cá nhân hoá, các nhà khai thác cần đến một kiến trúc mạng linh hoạt, vững mạnh  và giá rẻ. IMS (IP Multimedia Subsystem) được coi là giải pháp tiêu chuẩn thích hợp nhất để cung cấp IPTV trên các mạng quản lý.  Bài báo đưa ra 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.

 

Giới thiệu

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 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.

 

Kiến trúc IPTV  trên nền IMS

Nền tảng kiến trúc IPTV dựa trên IMS nhằm cung cấp các dịch vụ IPTV được điều khiển và xử lý bởi IMS cũng như phân phối các dịch vụ IPTV một cách độc lập với các mạng truyền tải IP. IPTV dựa trên IMS có một số ưu điểm như hỗ trợ tính di động, khả năng tương tác với các dịch vụ NGN, cá nhân hóa dịch vụ cũng như tích hợp thoại, dữ liệu, video và các dịch vụ di động. Hơn nữa, bằng cách triển khai và tái sử dụng các chức năng IMS có sẵn để hỗ trợ các dịch vụ IPTV, kiến trúc này còn giúp tối ưu và tái sử dụng các đặc tính NGN.

 

Ngoài ra, IPTV dựa trên IMS cho phép tương thích giữa luồng dịch vụ dữ liệu IPTV với các tài nguyên mạng có sẵn và các tính năng của các thiết bị đầu cuối người dùng. Do đó, NSD có thể truy nhập các dịch vụ IPTV không chỉ tại nhà mà cả khi di chuyển sử dụng một thiết bị đầu cuối di động. Do đó, IPTV dựa trên IMS cũng cho phép hội tụ các dịch vụ di động cố định.

 

IPTV dựa trên IMS cũng cho phép điều khiển linh hoạt các dịch vụ IPTV, nhờ việc điều khiển phiên thông qua giao thức SIP. Ví dụ, một NSD có thể sử dụng một thiết bị IMS để điều khiển bộ ghi IPTV từ xa.

 

Hình 1: Các khối chính trong IMS

Các thành phần chính của IMS là máy chủ/proxy SIP, được biết đến trong IMS như là CSCF. Để tương tác với những proxy này, các thiết  bị của NSD phải thực hiện các chức năng của một tác nhân người dùng SIP. Các CSCF xử lý tất cả các báo hiệu phiên SIP nhưng không tham gia và không có trong đường dữ liệu ứng dụng.

 

Mặc dù IMS tạo ra khả năng tự điều khiển nhiều dịch vụ , nó còn được thiết kế để tương tác với các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba và các máy chủ ứng dụng của nó (AS). Mục tiêu cuối cùng là xây dựng một môi trường dịch vụ phong phú, hấp dẫn đối với NSD. Trong đó, dịch vụ hứa hẹn nhất là IPTV.

 

Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV dựa trên IMS

Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV trên IMS (Hình 2) gồm có các chức năng chính và các điểm tham chiếu được định nghĩa trong ETSI TISPAN, bao gồm các chức năng điều khiển dịch vụ, chức năng điều khiển và phân phối phương tiện.

 

MCF: Media Control Function

MDF:Media Delivery Function

NASS: Network Attachment Subsystem

RACS: Resource and Admission Control Subsystem

SSF: Service Selection Function

SDF: Service Discovery Function

SCF: Service Control Function

UE: User Equipment

UPSF: User Profile Server Function

 

Hình 2: Kiến trúc chức năng các dịch vụ IPTV dựa trên IMS

 

Trong đó, thiết bị người dùng (UE) có thể giao tiếp với các máy chủ ứng dụng IPTV (bao gồm các chức năng điều khiển dịch vụ SCF thông qua các giao diện khác nhau cho các mục đích khác nhau. Cụ thể qua giao diện Gm tới lõi IMS cho quản lý phiên, qua giao diện Ut cho mục đích cấu hình hồ sơ NSD hay qua giao diện Xa để tương tác với các chức năng lựa chọn dịch vụ.

 

Mỗi UE có ít nhất 4 giao diện để điều khiển phương tiện thông qua Xc và phân phối phương tiện qua Xd cũng như là giao diện Gm tới IMS và giao diện ảo Xt cho các máy chủ ứng dụng IPTV. Các giao diện Gm và Ut hoàn toàn  tương thích với các đặc tả kỹ thuật của 3GPP IMS. Máy chủ ứng dụng IPTV sử dụng giao diện ISC (điều khiển dịch vụ IMS) để giao tiếp với các chức năng điều khiển dịch vụ NGN dựa trên IMS. Các chức năng điều khiển phương tiện MCF có thể điều khiển các chức năng phân phối phương tiện MDF qua điểm tham chiếu Xp mà cho phép xây dựng hạ tầng phân phối phương tiện phân tán và có khả năng mở rộng. Nội dung ngoài có thể được nhập từ các nguồn đa phương tiện bên ngoài (tức là các nhà cung cấp nội dung hay head-end IPTV) thông qua một giao diện bên ngoài tới MDF.

 

Các thành phần chức năng:

Phát hiện và lựa chọn dịch vụ (SDP &SSF)

Chức năng phát hiện và lựa chọn dịch vụ (SDP và SSF) cung cấp thông tin cần thiết cho một UE để lựa chọn một dịch vụ IPTV. SDF có nhiệm vụ cung cấp thông tin đi kèm với dịch vụ về các dịch vụ IPTV có thể truy nhập (khám phá dịch vụ cá nhân hóa). Trong IPTV dựa trên IMS, có thể sử dụng một hoặc một số SSF để cung cấp thông tin dịch vụ cũng như thông tin ưu tiên người dùng cá nhân. Ngoài ra, một số thông tin như chỉ dẫn chương trình điện tử (EPG) hay một chỉ dẫn chương trình dịch vụ chung chứa siêu dữ liệu cũng như thông tin về các tài nguyên phân phối phương tiện cũng cần thiết.

 

Các chức năng điều khiển dịch vụ IPTV (SCF)

SCF IPTV xử lý các yêu cầu liên quan đến dịch vụ IPTV và thực thi dịch vụ và điều khiển phiên đối với tất cả các dịch vụ IPTV. Các chức năng này cũng chịu trách nhiệm về khả năng làm việc liên mạng với lõi IMS trên lớp điều khiển dịch vụ.

 

Các chức năng phương tiện IPTV (MCF & MDF)

Các chức năng phương tiện IPTV bao gồm các chức năng điều khiển phương tiện (MCF) và các chức năng phân phối phương tiện (MDF). Một nguyên tắc thiết kế quan trọng đối với các chức năng phương tiện là thực hiện kiến trúc phân phối phương tiện phân cấp và linh hoạt để phân phối hiệu quả nội dung trong một môi trường phân tán.

 

Các chức năng phân phối phương tiện chủ yếu chịu trách nhiệm phân phối phương tiện (video, thoại và dữ liệu) đến thiết bị người dùng. Chúng được phân chia theo các loại dịch vụ (quảng bá, nội dung theo yêu cầu CoD, ghi video cá nhân PVR) hay theo các chức năng phụ chuyên dùng cho các nội dung phụ sau:

         Siêu dữ liệu (metadata): Mô tả  nội dung /asset (sở hữu) như dữ liệu SD&S, EPG hay danh mục VoD (siêu dữ liệu được mong đợi sẽ được sử dụng theo các định dạng chuẩn hóa)

         Asset: một gói các nội dung được phân phát tới thiết bị NSD; các asset đó được truyền đi trước bởi các SCF tới các MDF theo khả năng sẵn có, tính phổ biến và vùng nội dung bao hàm trong nó

 

Mô hình IPTV dựa trên IMS

Phần này đưa ra một mô hình đơn giản hóa của các giao thức IPTV dựa trên IMS và các mối tương quan.

 

Hình 3: Mô hình IPTV dựa trên IMS

 

Đầu tiên, cần phải khởi động một UE (một set-top box hay bất kỳ thiết bị nào với một client IPTV) và hoàn tất việc tham gia mạng để đạt được các thông số mạng (như địa chỉ IP hay địa chỉ proxy CSCF (P-CSCF)). Sau đó, UE có thể khởi tạo quá trình đăng ký IMS với lõi IMS và thực hiện các chức năng tham gia dịch vụ IPTV, bao gồm tìm kiếm dịch vụ để thực hiện các chức năng của SDF.

 

Tiếp theo, UE có thể khởi tạo quá trình lựa chọn dịch vụ (sử dụng HTTP qua giao diện Xa). Thiết bị người dùng IMS IPTV cần biết thông tin lựa chọn dịch vụ này để thiết lập phiên đa phương tiện phù hợp bằng cách tạo ra các bản tin SIP INVITE trong suốt quá trình thiết lập dịch vụ (thông qua giao diện Gm hướng tới S-CSCF nhà- Chức năng điều khiển phiên cuộc gọi). Lõi IMS có thể thiết lập quá trình dành riêng tài nguyên đối với các tài nguyên mạng cần thiết cho luồng IPTV theo các tính năng của UE. Việc dành riêng được thực hiện nhờ sử dụng các chức năng điều khiển truyền tải chuẩn hóa của các phân hệ NASS và RACS trong mạng NGN được kết nối tới lõi IMS.

 

Sau khi khởi tạo phiên thành công, thông qua lõi IMS, SCF thông báo tới MCF trong nền tảng phân phối phương tiện (mà chứa các chức năng phân phối phương tiện phân tán và điều khiển phương tiện) và sử dụng giao diện y2 để bắt đầu truyền nội dung đa phương tiện được lựa chọn. Sau khi thiết lập luồng dữ liệu ban đầu, NSD có thể điều khiển nó thông qua giao diện Xc giữa UE và máy chủ để thực hiện các chức năng điều khiển phương tiện. Giao thức RTSP được sử dụng trong giao diện này để điều khiển phân phối phương tiện với các tính năng như phát nội dung, tạm dừng, tiến tới, lùi lại hay chậm hơn hoặc nhanh hơn sử dụng RTSP như là PLAY và PAUSE. MDF thực hiện phân phối phương tiện qua giao diện Xd dựa trên phân phối luồng RTP.

 

Kết luận

Trong các dịch vụ mạng hiện tại, hỗ trợ khách hàng là nhằm mang lại một trải nghiệm chất lượng dịch vụ tốt. Do đó giao diện chính giữa NSD và dịch vụ – bộ giải mã- có vai trò quan trọng đối với việc chấp nhận dịch vụ của NSD. Ở góc độ này, các dịch vụ IPTV trên IMS cần bảo đảm các giao diện tiện lợi và khả năng tương tác giữa NSD với dịch vụ cả về phần cứng và phần mềm.

 

Trái ngược với các dịch vụ mới khác, dịch vụ IPTV cần phải cạnh tranh với những dịch vụ tương tự hiện có như TDT hay DVD, bởi vậy NSD mong đợi ít nhất là có chất lượng tương tự khi xem nội dung IPTV. Do đó, các dịch vụ IPTV trên nền IMS phải cung cấp các cơ chế và tài nguyên để đảm bảo chất lượng ngang bằng các dịch vụ video và audio. Cơ chế báo hiệu tiên tiến của IMS chính là nhân tố quan trọng nhằm giúp các nhà cung cấp IPTV phân phối tốt nhất dịch vụ IPTV của mình.

ThS. Nguyễn Vân Anh (Tapchibcvt)

About Tony Nguyễn
Tôi tên Tony tự Tèo trú tại thôn Tám, Trảng Thanh tỉnh Thừa Thiên. Thưở thiếu thời trí tuệ tôi thường thường, tuy thế tính tình thật thà thẳng thắng, thích thi thơ ...

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: