Аналіз сучасного стану і перспективи розвитку систем IP-телебачення (стр. 2 из 3)

В якості основного протоколу мережевого рівня (в термінах моделі OSI) в стеку використовується протокол міжмережевої взаємодії IP. Протокол IP спочатку проектувався як протокол передачі пакетів в складених мережах, що складаються з великої кількості локальних мереж, об'єднаних як локальними, так і глобальними зв'язками. Тому протокол IP добре працює в мережах зі складною топологією, раціонально використовуючи наявність в них підсистем і економно витрачаючи пропускну спроможність низькошвидкісних ліній зв'язку. Протокол IP включає набір правил, які втілюють в життя ідею ненадійної доставки пакетів. До основних функцій протоколу IP відносяться: перенесення між мережами різних типів адресної інформації в уніфікованій формі, маршрутизація по мережі, а також збірка і розбирання пакетів при передачі їх між мережами з різним максимальним значенням довжини пакету.

Методи передачі трафіку

Існує три основні методи передачі трафіку в IP-мережах: unicast, broadcast, multicast. Розуміння різниці між цими методами є дуже важливим для розуміння переваг IP-телечення і для практичної організації трансляції відео в IP-мережі. Кожен з цих трьох методів передачі використовує різні типи призначення IP-адресів відповідно до їх завдань і є велика різниця в ступені їх впливу на об'єм споживаного трафіку.

Unicast трафік (одноцільова передача пакетів) використовується перш за все для сервісів персонального характеру. Кожен абонент може запитати персональний відео контент в довільний, зручний йому час. Unicast трафік прямує з одного джерела до однієї IP-адреси призначення. Ця адреса належить в мережі тільки одному єдиному комп'ютеру або абонентському STB (рис. 1).

Рис. 1 Unicast трафік

Число абонентів, які можуть отримувати unicast трафік одночасно, обмежене доступною в магістральній частині мережі шириною потоку (швидкістю потоку). Для випадку Gigabit Ethernet мережі, теоретична максимальна ширина потоку даних може наближатися до 1 Гб/сек, за вирахуванням смуги, необхідної для передачі службової інформації і технологічних запасів устаткування. Припустивши, що в магістральній частині мережі, для прикладу, виділяється не більше половини смуги для сервісів, яким потрібний unicast трафік. Отже, для випадку 5Мб/сек на телевізійний канал MPEG2, число одночасно одержуючих unicast трафік абонентів не може перевищувати 100.

Broadcast трафік (широкомовна передача пакетів) використовує спеціальний IP-адрес, щоб посилати один і той же потік даних до всіх абонентів даної IP-мережі (рис.2). Наприклад, така IP-адреса може закінчуватися на 255 (192.0.2.255), або мати 255 у всіх чотирьох полях (255.255.255.255). Broadcast трафік приймається всіма включеними комп'ютерами (або STB) в мережі незалежно від бажання користувача. З цієї причини цей вид передачі використовується в основному для службової інформації мережевого рівня або для передачі іншої виключно вузькосмугової інформації. Для передачі відеоданих broadcast трафік не використовується.

Рис. 2. Broadcast трафік

Multicast трафік (групова передача пакетів) використовується для передачі потокового відео, коли необхідно доставити відеоконтент необмеженій кількості абонентів, не перенавантажуючи мережу (рис.3). Це найбільш часто використовуваний тип передачі даних в IP-TV мережах, коли одну і ту ж програму дивляться велике число абонентів.

Multicast трафік використовує спеціальний клас IP-адрес призначення, наприклад адреси в діапазоні від 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Це можуть бути IP-адреси класу D.

На відміну від unicast трафіку, multicast адреси не можуть бути призначені індивідуальним комп'ютерам (або STB). Коли дані посилаються по одному з multicast IP-адрес, потенційний приймач даних може ухвалити рішення приймати або не приймати їх, тобто буде абонент дивитися цей канал чи ні. Такий спосіб передачі означає, що головне устаткування IP-TV оператора передаватиме один єдиний потік даних по багатьом адресам призначення. На відміну від випадку broadcast передачі, за абонентом залишається вибір – приймати дані чи ні.

Важливо знати, що для реалізації multicast передачі в IP-сети повинні бути маршрутизатори підтримуючі multicast. Маршрутизатори використовують протокол IGMP для відстежування поточного стану груп розсилки (а саме, членство в тій або іншій групі того або іншого кінцевого вузла мережі).

Основні правила роботи протоколу IGMP наступні:

кінцевий вузол мережі посилає пакет IGMP типу report для забезпечення запуску процесу підключення до групи розсилки;

вузол не посилає ніяких додаткових пакетів при відключенні від групи розсилки;

маршрутизатор multicast через певні тимчасові інтервали посилає в мережу запити IGMP. Ці запити дозволяють визначити поточний стан груп розсилки;

вузол посилає у відповідь пакет IGMP для кожної групи розсилки до тих пір, поки є хоч би один клієнт даної групи.

Завантаження магістральної частини мережі multicast трафіком залежить тільки від кількості трансльованих в мережі каналів.

Рис. 3. Multicast трафік

У ситуації з Gigabit Ethernet мережею, припустивши, що половину магістрального трафіку виділяється під multicast передачу, виходить близько 100 телевізійних каналів MPEG-2, кожен з яких має швидкість потоку даних 5 Мб/сек.

Зрозуміло, в IP-TV мережі присутні одночасно всі три види трафіку – broadcast, multicast і unicast. Операторові, плануючому оптимальну величину пропускної спроможності мережі, необхідно враховувати різний механізм впливу різних технологій IP-адресації на об'єм трафіку. Наприклад, оператор повинен ясно уявляти собі, що надання послуги “відео по замовленню” великому числу абонентів вимагає дуже високої пропускної спроможності магістральної мережі. Одним з вирішень цієї проблеми є децентралізація в мережі відеосерверів. В цьому випадку центральний відеосервер замінюється на декілька локальних серверів, рознесених між собою і наближених до периферійних сегментів багаторівневої ієрархічної архітектури IP-мережі.

Можливості IP-телебачення

Можливості протоколу IP дозволяють надавати широкий пакет інтерактивних і інтегрованих послуг, таких, наприклад, як:

live TV (“власне IP-телебачення”). Віщання в реальному часі з використанням режиму IP-multicast. Базовою послугою, перш за все, є багатопрограмна трансляція телевізійних каналів, або власне IP-телебачення. Тут можуть бути реалізовані два варіанти проглядання телепрограм: перший – оператором формується декілька пакетів телеканалів, з яких глядачі можуть вибирати бажаний набір, причому кожен пакет має свою абонентську плату; другий – глядачі формують індивідуальні пакети з каналів, що транслюються оператором; абонентська плата визначається вартістю вибраних каналів, що входять в індивідуальний пакет;

near video on demand (“віртуальний кінотеатр”). Трансляція фільмів з відеосервера оператора з жорстко визначеним розкладом сеансів, коли абонент купує зручний йому за часом сеанс для проглядання фільму. Тобто декілька екземплярів кожного з фільмів запускається на відтворення “по кругу” із зсувом початку відтворення в часі, і підписчик дістає доступ до каналу, на якому відтворюється конкретний фільм. Незручність для абонента полягає в тому, що він не може почати проглядання фільму в будь-який довільний момент часу. Перевагою для оператора є використання звичайної технології IP-адресації multicast, яка дуже сильно економить об'єм трафіку в магістральній мережі оператора. Так само, для зниження об'ємів трафіку, оператора надає можливість перегляду не дуже великої кількості фільмів, що зазвичай не перевищує двох-трьох десятків, як правило, це нові фільми, що недавно вийшли в прокат;

video on demand (“відео по замовленню”). Фільм з відеосервера оператора персонально транслюється абонентові в будь-який довільно вибраний абонентом момент часу. В основі цього завдання достатньо складна технологія. В даному випадку кожному абонентові посилається його власний контент, який він запитав, і мережі передачі даних, у свою чергу, повинні мати велику пропускну спроможность. Об'єм трафіку тут залежить не від кількості фільмів, а від кількості користувачів цієї послуги, оскільки використовується персональна трансляції відеоданих абонентові за технологією IP-адресації unicast. На відміну від послуги “віртуальний кінотеатр” кількість фільмів тут набагато більше і може досягати іноді декількох тисяч. З'являється ряд дуже зручних призначених для користувача функцій віртуального відеоплеєра – перемотування назад, вперед, пауза;

pay per view (“платний перегляд”). Покупка і перегляд абонентом окремо вибраних програм (наприклад, фінал чемпіонату світу по футболу). Трансляція ведеться в режимі реального часу і використовується технологія IP-адресації multicast;

personal video recorder (“персональний відеомагнітофон”). Збереження контента в мережі або STB з метою подальшого індивідуального перегляду. На відеосервері оператора абонентові виділяється певний об'єм пам'яті і надається інтерфейс з аналогічними відеомагнітофону функціями для цифрового запису і відтворення телепередач. Абонент може по своєму бажанню записувати, стирати, відтворювати, перемотувати свої особисті записи. Тут також використовується технологія IP-адресації unicast;

time shifted TV (“телебачення із зрушенням за часом”). Можливість повтору вподобаних фрагментів передачі за допомогою каналу, що передає контент із затримкою (зазвичай кратною 1 годині). Абонент купує послугу проглядання заздалегідь записаних на відеосервері програм. Послуга і сервісні функції, що реалізовуються в ній, близькі до “відео по замовленню”. Також використовується технологія IP-адресації unicast;

services on demand (“сервіси по замовленю”). Замовлення товарів і послуг додому, різна довідкова інформація, розклад транспорту, готельний сервіс і тому подібне. Дані послуги близькі до аналогічних сервісів в Інтернеті;