Введение
Современный этап характеризуется развитием широкополосных технологий на основе протокола IP, который позволяет осуществлять передачу по одной и той сети и данные, и телефонию и видео в соответствии концепции «Triple play». Во всем мире наблюдается неуклонный рост потребителей цифрового контента.
Сегодня пользователь активно использует контент «YouTube», блоггинг. Эти пользователи постоянно на связи, а некоторые сами создают свой контент.
IPTV(InternetProtocolTelevision, IP-телевидение) технология эффективной передачи телевизионного канала по протоколу IP в мультисервисной сети.IPTV отличается от других видов цифрового вещания (эфирного, кабельного и спутникового). При этом организуется тройная услуга. Она представляет интерактивные услуги по IP-сети. Эта технология использует экономную передачу и не имеет ограничений по количеству каналов, число которых может достигать от 30 до 100 и более, что в первую очередь зависит от пропускной способности магистрали. При этом один источник телепрограмм копируется лишь на мультикастовых маршрутизаторах и далее пользуются этой информацией большое количество пользователей. Из-за наличия многочисленных достоинств и обилия приложений это технология получила широкое распространение и повсюду разворачивается. Что касается оконечного устройства, то это телевизионная абонентская приставка, которая подключается на цифровую абонентскую линию или на широкополосную линию.
IPTV сети по-другому называют индивидуальные сети так как можно выбирать видео-контент по желанию, то есть хочет самостоятельно формировать свою программу передач. Помимо TV-онлайн, IPTV предоставляет развлекательные видео услуги, такие как VoD, nPVR,Time-ShiftTV. Возможно представление дополнительных услуг связи: web, электронная почта, игры, TV-коммерция и др.
В IPTV для вещания по проводам используются DVB пакеты, инкапсулированные в пакеты Ethernet. Передача по сети происходит в виде многоадресной рассылки, и доставляется только подписчикам, запросившим конкретный канал. При этом абонентские устройства IPTV должны быть подключены в сеть Ethernet или Radio Ethernet.
Услуги представляемые по сети IP-TV:
- «видео по запросу»;
- управляемая видеозапись;
- дистанционное управление видео средствами;
- поддержки нескольких камер;
- Internet-TV и др. Темой настоящей работы является «Предоставление услуг IPTV в городе Сарыагач».
Содержание
| Введение | |
| 1 Анализ существующей сети | |
| 1.1 Общая информация | |
| 1.2 Анализ существующей магистральной сети | |
| 1.3 Тенденции развития IPTV | |
| 1.4 Поколения телевидения | |
| 1.5 Требования к IPTV | |
| 1.6 Источники информационного ресурса | |
| 1.7 Преимущества и недостатки IPTV | |
| 1.8 Услуги видео по IPTV | |
| 1.9 Спектры услуг IPTV | |
| 1.10 Кодеки, используемые в IPTV | |
| 1.11 Передача видео в сетях протокола TCP/IP | |
| 1.12 Архитектура IPTV | |
| 1.13Постановка задачи | |
| Заключение |
Анализ существующей сети
Общая информация
Город Сарыагач расположен в Южно-Казахстанской области. На территории этого населенного пункта имеются источники минеральных вод, является центром санаторно-курортного лечения и на ней расположены заводы по бутилированию минеральной воды. Кроме того, там выращивают элитные сорта винограда и производят вина. На территории этого района имеются полезные ископаемые запасы газа, нефти, урана, золота, серебра и других элементов. По состоянию 2014 года численность населения составляет 320,3 тысяч человек. Населенных пунктов в Сарыагачском районе 154. Площадь района равна 7613 км2.
Анализ существующей магистральной сети
Транспортное оптико-волоконное кольцо протяжённостью 11 500км и есть внешняя магистраль, которая называется Национальная Информационная Супермагистраль (НИСМ). Эта магистраль соединяет между собой цифровыми потоками города Астана, Алма-Ата и 15 областных центров Казахстана. Скорость передачи данных в этой магистрали на сегодняшний день составляет 2,5 Гбит/с. НИСМ имеет стыки с оптико-волоконными телекоммуникационными сетями с соседними государствами: Китаем, Россией, Узбекистаном и Киргизией (рисунок 1.1). В 2005 году на базе НИСМ создана национальная магистральная сеть передачи данных IP/MPLS с пропускной способностью 622 Мбит/с [1].
Рисунок 1.1 – Национальная Информационная Супермагистраль
С 2007 года в некоторых участках сети используется технология DWDM, увеличивающая скорость передачи данных до 10 Гб/с.
В 2008 году произведена замена узлового оборудования НИСМ в 15 областных центрах и городах Астана и Алма-Ата.
В 2011 г. введена в эксплуатацию первичная магистральная волоконно-оптическая линия связи АО «Транстелеком» по Южно-казахстанской области с общей протяженностью 420 км на тракте Тюлькубас-Шымкент-Арысь-Сарыагач-Туркестан.
В данное время по магистральной ВОЛС запущены Ethernet каналы. Также подключены потоки Е1 на ЦАТС станций, расположенных вдоль линии магистральной ВОЛС.
Тенденции развития IPTV
В настоящее время во всем мире аналоговое телевидение сменяется цифровым. Так как цифровое телевидение повышает качество транслируемого видео и аудио, увеличивает число ТВ-программ, которые передаются в одном частотном диапазоне.
Согласно прогнозных данных Digital TV Research, общемировой годовой доход от этой услуги составил 6 млрд долларов США и уже через 5 лет он достигнет планки в 17 млрд (рисунок 1.2). В целом на долю IPTV приходится около 5% рынка платного ТВ в мире[2].
Рисунок 1.2 – Прогноз данных Digital TV Research
Самое распространенное семейство стандартов цифрового телевидения - DVB (DigitalVideoBroadcasting). Стандарты DVB подразделяются в зависимости от способа передачи сигнала: с помощью спутников (DVB-S, DVB-S2), через кабельную сеть (DVB-C) или через сети наземного эфирного телевидения (DVB-T). Однако интерактивных возможностей, позволяющих абонентам влиять на ход воспроизведения, в DVB нет, так как это одностороннее телевидение.
Следующим поколением телевидения можно считать двустороннее цифровое телевидение, позволяющее абонентам пользоваться интерактивными сервисами. Появилась возможность не просто смотреть передачи в одностороннем режиме, а управлять воспроизведением, например, поставить на паузу передачу и продолжить просмотр с того же момента, а потом промотать рекламный блок.
Классическое определение IP-телевидения таково: IPTV (InternetProtocolTelevision) – это технология цифрового телевидения в сетях передачи данных, в базе которой лежит протокол IP, который в РК представляет часть всего интернета. Эта особенность гарантирует широкий спектр клиентских устройств, среди которых следует назвать и традиционные ПК, и совместимые с IPTV телеприставки, и медиаплееры, и мобильные устройства, и, конечно, телевизоры с технологией SMART TV.
По своим технологическим возможностям, в том числе, интерактивным, IPTV находится на абсолютно новой эволюционной ступени, оставляя своих конкурентов (эфирное и кабельное ТВ) далеко позади. Арсенал возможностей IP-телевидения растет динамично: кроме традиционного и известного, большинству продвинутых пользователей VideoonDemand (видео по запросу), в списке уже классических сервисов для абонентов IPTV следует назвать TVoIP, TimeShifted TV, NetworkPersonalVideoRecorder, ElectronicProgramGuide и т.д. Важнейшим конкурентным преимуществом телевидения по IP является его интерактивность: потребитель подобных услуг не является более безучастным зрителем, а в ряде случаев формирует свой контент, исходя из индивидуальных предпочтений.
В Казахстане сложилось сочетание инфраструктурных факторов, среди которых рост покрытия широкополосного доступа, развитие интерактивных услуг, формирование контентных каналов и т.д. Но настоящий прорыв в IPTV в Казахстане произошел с момента технической реализации услуг DoublePlay и TriplePlay (DoublePlay– телевидение и доступ в интернет от единого оператора, TriplePlay– телевидение, телефония и доступ в интернет от единого оператора).
По состоянию на 2010 год по прогнозной оценке компании J’son&Partners, количество абонентов платного ТВ в Казахстане составило почти 700 тысяч, а в 2012 году, по оценкам этой же компании, проникновение кабельно-спутникового телевидения в Казахстане составляло 25%.
Сервис ID TV запущен в РК в 2009г., и уже в 2011 году стало 33 тысячи пользователей этой услуги, и далее в середине 2012 года – 100 тысяч абонентов.
В долгосрочной перспективе, с учетом продаж услуги ОТТ (webTV), АО «Казахтелеком» планирует сохранить восходящий тренд развития рынка.
Казахстан – является шестой страной мира по территории, характеризуется и имеет низкую плотность населения. Поэтому охвачено цифровым спутниковым телевидением до 350 тыс. абонентов еще в 2014 году.
Согласно Государственной программы «Информационный Казахстан-2020» предполагается охват эфирным цифровым телерадиовещанием населения Казахстана на уровне 95%.
IPTV требует направляющую систему опто-волоконно, и будет ориентироваться на компактное городское население.
Технология IPTV позволяет быстро и дешево масштабировать сервис, предлагать новые актуальные услуги в кратчайший срок. И в этом вопросе у IPTV нет конкурентов.
На рисунке 1.3 показан пример сети IPTV.
Рисунок 1.3 – Пример сети IPTV
Поколения телевидения
Эфирное (наземное) телевидение является самым распространенным в мире, но и наименее качественным. Оно транслируется на ультракоротких радиоволнах (УКВ). Программа в эфир передается в виде двух радиоволн с разными частотами — волны, несущей изображение, и волны, несущей звук. Две таких волны называют телевизионным каналом и их частоты строго регламентированы.
Приемная антенна телевизора может регистрировать поступающий сигнал, только если передающая антенна станции находится в зоне прямой видимости — в среднем, в зависимости от рельефа, эта зона имеет радиус 60-80 км. Для увеличения зоны трансляции используют ретрансляторы — телевизионные станции, которые принимают сигнал, усиливают и передают по другому каналу в эфир. Их радиус действия — 10-15 км. Чтобы обеспечить обмен программами на больших расстояниях, используются радиорелейные линии — цепочки приемно-передающих станций, располагающихся на расстоянии 40-60 км друг от друга. Они работают в диапазоне сантиметровых волн, и принять сигнал такой станции на бытовой телевизор нельзя.
Кабельное телевидение передает высокочастотный сигнал по кабельным сетям, что позволяет уменьшить количество внешних помех сигнала, а значит, передать его более качественно, чем эфирное. Кабельные сети — закрытая инфраструктура, доступ к которой можно получить только заключив договор с владельцем. Спутниковое телевидение использует те же принципы передачи, что и эфирное. Различие в том, что в роли передающей антенны используется находящийся на геостационарной орбите спутник. Зона покрытия ИСЗ, находящегося на высоте 36 тыс. км, составляет 9 тыс. км. Передающая антенна отправляет высокочастотный сигнал на спутник, который усиливает и ретранслирует его на всю зону покрытия.
Сотовое телевидение аналогично по принципу работы сотовой телефонной связи: на большой площади размещена сеть маломощных (100 — 300 мВт на канал) передатчиков, радиус покрытия которых составляет 3-6 км. Радиосигнал передается на частотах 27,5-29,5 Гц (Северная Америка) и 40,5-42,5 Гц (Европа), для его приема необходимо оборудование, аналогичное оборудованию для приема спутникового сигнала.
Интернет-телевидение (web-телевидение) — это открытая сеть, в которой множество мелких и средних видео-производителей предлагают свой контент. Поскольку этот контент находится в публичной сети Интернет, качество картинки и возможность просмотра ограничена возможностями Интернет-провайдера. Качество доставки контента Интернет-телевидения оператор производит с так называемым качеством best-effort — наилучшим из возможного. IРTV — новое поколение телевидения, телевидение в сетях передачи данных по Интернет-протоколу. IPTV — интерактивное телевидение в сети с закрытой инфраструктурой. Телевидение по IP-протоколу предоставляет доступ как к спутниковым и кабельным телеканалам, так и телеканалам виртуальным, единственная аудитория которых — пользователи закрытой сети. В отличие от Интернет-телевидения, доставка контента IPTV проводится по технологиям высокоскоростного доступа DSL (ADSL2, ADSL2+ и VDSL).
Требования к IPTV
Основными требованиями к технологии IPTV относится следующее[3]:
- достаточная пропускная способность -4 Мб/с для MPEG-2, и 2,2 Мб/с для MPEG-4;
- поддержка multicast на протяжении всей схемы для реализации услуг телевещания;
- система сквозного контроля качества услуг QualityofService (QoS), отслеживающая качество изображения, звука и т.д.;
- предоставление услуг потокового аудио и видео;
- предоставление услуг "видео по запросу";
- обеспечение доступа в Интернет;
- функционирование электронной почты;
- аккумулирование информационных ресурсов и обеспечение доступа к ним.
Для организации качественной передачи голоса и видео эти реализации должны удовлетворять следующим основным требованиям:
- поддержка транспортных протоколов реального времени;
- обеспечение должных механизмов качества обслуживания.
Под широкополосной сетью мы понимаем сети ADSL/ADSL2+ и FTTx. Сети кабельного телевидения также могут быть причислены к широкополосным, но они имеют несколько иную технологическую основу и, следовательно, другую техническую реализацию предоставления услуг. Также категорически нельзя рассматривать радиосети, сети WiMax и Wi-Fi как широкополосные сети по предоставлению услуг IPTV широкой аудитории. Дома, например, вы можете создать локальную Wi-Fi-сеть и пробовать транслировать получаемые программы через нее.
Основными требованиями к сети, предназначенной для трансляции IPTV, являются:
- поддержка multicast на всех элементах сети (если это ADSL, то на DSLAM; если это FTTx, то до последнего коммутатора перед абонентом);
- поддержка протоколов управления группами IGMP (InternetGroupManagementProtocol);
- поддержка протоколов IGMP Snooping;
- поддержка протоколов и IGMP Proxy;
- поддержка групповых протоколов многоадресной маршрутизации пакетов PIM-SM (ProtocolIndependentMulticast-SparseMode);
- поддержка Multicast MPLS (Mul-tiProtocol Label Switching).
1.6 Источники информационного ресурса
В качестве источников информационного ресурса для служб сети рассматриваются[4]:
- спутниковый телепорт, поставляющий ТВ-программы, транслируемые искусственными спутниками Земли ТВ-вещания;
- прямая подача ТВ-программ из собственных студий либо закупленных ТВ-программ;
- видеосерверы;
- серверы других информационных ресурсов (игр, аудиозаписей в формате MPEG-3, электронных книг, программ, прочих файлов);
- ресурсы сетей общего пользования, составляющих Интернет.
Набор предоставляемых услуг, особенно сервисов реального времени, предъявляет жесткие требования к транспортной подсистеме. Это необходимо учитывать при разработке архитектуры перспективной сети. Для примера отметим, что видео трафик характеризуется битовым потоком с относительно постоянной скоростью, при этом большинство абонентов услуги "видео по запросу" пользуются ею примерно в одно и то же время - вечером, что является причиной неравномерной нагрузки на сеть. Принципиальным в данном случае являются различия в требованиях, предъявляемых к необходимой полосе пропускания услуг "видео по запросу" и вещания. "Видео по запросу" предполагает передачу в режиме Unicast (индивидуальная рассылка), а IP-вещание реализуется в режиме Multicast (групповая рассылка).
Рассмотрим основные показатели нагрузок на сеть в зависимости от предоставляемого сервиса.
Потоковое видео. Обеспечивает пользователям просмотр каналов эфирного и спутникового телевидения, упакованных в IP-поток. С целью оптимизации использования доступной пропускной способности вещание должно производиться в режиме Multicast. В зависимости от выбранной системы кодирования и шифрования необходимо наличие пропускной способности на канал. Телевизионный трафик не предъявляет жестких требований к задержкам в транспортной сети, максимальный джиттер пакетов может составлять 50 мс.
Видео по запросу. С точки зрения транспортной подсистемы запрос и получение услуг "видео по запросу" представляет собой асимметричное взаимодействие, при котором по прямому каналу в Unicast-режиме передаются цифровые видеопотоки и интерфейс пользователя, а в обратном канале - запросы на получение информации. Требования к обратному каналу незначительные: максимально необходимая скорость не превышает 33,6 кбит/с. Скорость в прямом канале, указанная в таблице, представляет собой среднее значение полосы, занимаемой сигналом ТВ высокой четкости, поскольку в большинстве случаев сервис "видео по запросу" будет реализовываться в формате HDTV.
Доступ к ресурсам Интернета. Эта служба не предполагает каких-либо специальных требований к параметрам транспортной сети. Поскольку настройка политики качества обслуживания рассматривает Интернет-трафик как низкоприоритетный, он не становится "конкурентом" для приложений реального времени.
В том случае, если клиентам должен предоставляться Интернет-доступ с гарантированной скоростью, необходимо выполнение процедур traffic-shaping на маршрутизаторе, что значительно усложняет задачи эксплуатации сети. Поэтому оптимальной представляется модель с максимально возможной скоростью доступа и расширением доступной полосы пропускания по мере необходимости. При этом доступная полоса пропускания равномерно распределяется между активными клиентами. Данная схема позволит максимально удовлетворить ожидания клиента, увеличить потребление трафика и, следовательно, прибыль от предоставления услуги.
Сервис аудио/видеотелефонной связи. В рамках службы IP-телефонии возможно как предоставление стандартного телефонного сервиса, так и его расширение - за счет использования видеотелефонов различного типа (в том числе программных). Во втором случае системы фактически являются аналогами систем видео-конференц-связи и могут обслуживаться теми же управляющими комплексами, что и службы IP-телефонии. Для обеспечения нормального функционирования данных приложений необходимо создание симметричного канала со следующими показателями пропускной способности:
- аудиотелефонная связь: 83,44-91,56 кбит/с (G.711, Ethernet);
- видеотелефонная связь: 549,4 кбит/с (H.264, Ethernet).
Для достижения требуемого качества сервиса со стороны транспортной сети необходима поддержка механизмов QoS, обеспечение минимальной задержки прохождения голосового трафика от границы до границы сети (не более 60 мс), джиттер не более 20 мс.
Прочие услуги. К прочим услугам отнесем использование ресурсов транспортной сети в виде аренды определенной полосы пропускания (цифрового потока) или реализации корпоративной сети: L2, L3 VPN.
Одной из основных задач при построении сети IPTV является создание единой мультисервисной сети (либо эффективное использование существующей сети или ее сегмента), нейтральной к типу проходящего трафика (голос, видео, данные), но обеспечивающей необходимый уровень обслуживания каждому из приложений в соответствии с заданными параметрами.
Учитывая повсеместное распространение IP как основного формата представления информации на уровне сети, под передачей трафика в мультисервисной сети следует понимать передачу именно IP-трафика. Технически IP-технологии достигли такого развития, что необходимость использования специальных дорогих решений для передачи видео по широкополосным сетям практически отпадает. С экономической точки зрения технология IP позволяет создавать интеллектуальные масштабируемые сети, обеспечивающие защиту как ранее сделанных инвестиций (благодаря использованию уже имеющейся оптоволоконной инфраструктуры), так и новых вложений (ввиду универсальности оборудования IP).
По указанным причинам протокол сетевого уровня IP принимается как базовый для реализации сквозного транспорта пакетов во всей сети.
На канальном уровне Ethernet стал стандартом де-факто для локальных сетей. 100-мегабитный Ethernet доминирует в качестве стандарта для пользовательского доступа, а на магистральных каналах наблюдается рост использования 1- и 10-гигабитных скоростей. Доминирование технологии Ethernet обусловлено главным образом ее простотой и низкой стоимостью. В рассматриваемой сети технологии канального уровня Ethernet на базе различных сред передачи и скоростей применяются как на узлах сети, так и в сегментах пользовательского доступа.
При выборе телекоммуникационной технологии, реализуемой в магистральном компоненте сети, основное внимание необходимо уделять возможности динамического распределения ресурсов каналов связи, механизмам обеспечения качества обслуживания и диапазону поддерживаемых скоростей передачи.
Иной подход к организации магистральной сети обеспечивают технологии, использующие комбинированные методы коммутации 2-го и 3-го уровней модели OSI. Эта идея получила развитие при разработке MPLS - технологии многопротокольной коммутации IP-пакетов на основании меток, принятой в настоящее время в качестве стандарта IETF. Достоинствами метода MPLS являются:
- инвариантность по отношению к протоколам канального уровня (ATM, FrameRelay, PPP, Ethernet, DPT и др.);
- наилучшая совместимость с технологиями TCP/IP;
- высокая пропускная способность (коммутация осуществляется на канальном уровне);
- высокая масштабируемость;
- возможность задания и обеспечения класса обслуживания абонентского трафика.
Последнее обстоятельство позволяет создавать магистральные сети, ориентированные на передачу трафика, чувствительного к задержкам (голосового и видеотрафика). Таким образом, для передачи мультимедийного трафика в большинстве случаев целесообразно использовать IP/MPLS.