Triple play mreže –
arhitekture i mogućnosti
Mr Nenad Krajnović
Katedra za telekomunikacije
Elektrotehnički fakultetu u Beogradu
e-mail: [email protected]
Triple play mreže?
„
Svaka informacija se može razložiti
na tri osnovna elementa:
• Video zapis
• Audio zapis
• Podatke
„
Mreže koje na kvalitetan način
prenose sva tri osnovna tipa
informacija nazivaju se Triple play
mreže
2
Servisi
„
„
„
„
„
„
„
„
IP TV – real time, PPV, Conditional
Access
VOD – Video on Demand
Prenos podataka i pristup Internetu
IP telefonija
Distance learning
Video nadzor
IP VPN
...
3
IP TV
„
„
„
„
„
Prenos TV slike u digitalnom obliku
što garantuje visok kvalitet
Može se ponuditi i HDTV
Kontrola distribucije video sadržaja
PPV – Pay per view
TV sa uslovnim (kontrolisanim)
pristupom (Conditional Access)
4
Prenos video signala
„
Imamo više vrsta video signala i
njihovog prenosa:
• TV distribucija (broadcast)
• video na zahtev (Video-on-demand,
VoD)
• video streaming (veza tačka-tačka dva
korisnika)
5
Prenos video signala
„
„
„
specifičan servis jer zahteva veliki
protok do korisnika
da bi se smanjio potreban protok,
vrši se kompresija video signala po
MPEG standardima
danas je važeći MPEG-2 standard i
svi DVB (Digital Video Broadcast)
sistemi se baziraju na njemu
6
Prenos video signala
„
„
MPEG-2 standard obezbeđuje dobar
kvalitet TV slike već sa protokom od
4Mb/s dok se većina operatora
opredeljuje za protok od 6Mb/s
protok od 6Mb/s obezbeđuje dobar
kvalitet TV slike čak i u uslovima
prenosa sportskih događaja koji
imaju veliku dinamiku slike
7
Prenos video signala
„
„
„
VoD servis je specifičan jer se video
signal prenosi od centra do samo
jednog korisnika
ovakav servis postavlja velike
zahteve pred okosnicu mreže
u zavisnosti od tipa pristupne mreže,
ovaj servis se lakše ili teže može
proslediti korisnicima
8
Prenos video signala
„
„
video streaming (conferencing) je
specifična vrsta distribucije video
slike jer ovde najčešće imamo
distribuciju u oba smera
Potrebni protoci su najčešće znatno
manji nego u slučaju video
distribucije
9
Video on Demand - VOD
„
„
„
„
Mogućnost praćenja video sadržaja
kada korisniku to odgovara
Omogućava realizaciju True VOD
servisa
Personalni mrežni video snimač
Broj kanala i sadržaj zavise od
veličine i snage servera i može se
praktično neograničeno širiti
10
Potrebni protoci
„
IP TV:
• 4-8Mb/s – MPEG-2 kompresija
• 2-4Mb/s – MPEG/4 kompresija
• 270Mb/s – SDI signal kontribucije
„
IP telefonija
• 80kb/s – G.711 digitalizacija govora
• 25Kb/s – G.729 kompresija govora
„
Pristup Internetu – od 64kb/s pa
naviše...
11
Triple play mreže - osnove
„
„
„
ATM – osnova broadband mreža u
prošlosti
IP + ethernet – osnova
multiservisnih (Triple play) mreža
danas
Optički kablovi i sistemi prenosa su
osnovni transportni mehanizam
12
Zašto ethernet?
„
„
„
„
„
Jednostavna i jeftina tehnologija
Svima dobro poznata
Standardizovani su veliki protoci
(10Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s, 10Gb/s)
Veliki dometi (do 100km)
Lako se integriše sa drugim
protokolima, prvenstveno sa IP
protokolom
13
Zašto IP?
„
„
„
„
Svima dobro poznat protokol
Raspoloživ veliki broj implementacija
i gotovih programa
Široko rasprostranjen zahvaljujući
Internetu
Može da prenosi (uz dodatne
protokole) sva tri osnovna tipa
informacija
14
Šta je bitno za globalnu TK mrežu?
„
„
„
„
„
Jeftina tehnologija
Može da prenosi sve tipove
informacija
Lako se integriše sa okruženjem
Jednostavna za održavanje i razvoj
novih aplikacija
Skalabilna
15
Triple play mreže - arhitektura
„
„
Head End – izvor servisa
Troslojna (dvoslojna) arhitektura
mreže:
• Okosnica (core)
• Distributivni deo (edge)
• Pristupni deo (access)
„
Uređaji kod korisnika – neophodni za
korišćenje servisa
16
Arhitektura mreže
xDSL
Real time TV
DSLAM
Encoder
IRD
HG/Modem
A/V Router
IP STB
Encryptor
IP Network
IPTV
Middleware
Core
IP STB
L2 switch
VOD system
Video Content
Management & DRM
Edge Video server
Central Video server
FTTH
Head End
17
Head End
okosnica
Real time TV
Encoder
IRD
A/V Router
Encryptor
Soft
switch
IPTV
Middleware
VOD system
Video Content
Management & DRM
Media
gateway
Central Video server
BRAS
Internet
PSTN
18
Head End
„
„
„
„
Izvor servisa u mreži
Vrši se konverzija TV sadržaja u IP
TV
Tu se nalaze i svi serveri odgovorni
za rad sistema (Middleware, NMS,
Billing, Accounting, Internet serveri)
Podsistem za VoIP
19
Triple play mreža - okosnica
„
„
„
„
Povezuje Head end sa distributivnim
slojem mreže
Koristi se za distribuciju servisa ka
korisnicima
Omogućava dislociranje servera, kao
što je VOD server
Potrebna je visoka pouzdanost i
veliki kapacitet
20
Triple play mreža - okosnica
„
Način realizacije
• IP switching/routing
• NG-SDH
• ATM (?)
„
Topologija
• Prstenasta
• Meshed
• Zvezdasta (retko)
21
Triple play mreža - okosnica
„
IP switching/routing
• Ethernet over fiber
• Rutiranje multicast i unicast saobraćaja
• Garantovanje QoS-a
• Brzo prerutiranje saobraćaja u slučaju
otkaza linka
• Klasifikacija saobraćaja pomoću MPLS-a
22
Multicast vs. Unicast saobraćaj
23
Prednost multicast prosleđivanja
24
Mane multicast prosleđivanja
„
„
„
Best effort prosleđivanje saobraćaja
pošto se koristi UDP
Nema mogućnosti kontrole protoka
jer ne poseduje mehanizam
pomičnog prozora kao TCP
Isporuka paketa drugim redosledom i
dupliranje paketa
25
Multicast grupe
„
„
Da bi klijent mogao da prima
multicast saobraćaj mora da se
prijavi
IGMPv1 (RFC1112), IGMPv2
(RFC2236), IGMPv3 (RFC3376) su
protokoli za prijavljivanje
26
Multicast rutiranje
„
PIM – Protocol Independent Multicast
• DM – Dense Mode
• SM – Sparse Mode
„
„
Distribucija podataka o multicast
saobraćaju između rutera
Obezbeđuju rutiranje multicast
saobraćaja u složenim mrežama
27
Multicast – PIM-DM
„
„
„
„
„
Koristi “Push” model
Saobraćaj se distribuira kroz
kompletnu mrežu ka korisnicima
Ako korisnik ne želi da prima
saobraćaj on ga otkazuje
Prosleđivanje/otkazivanje se dešava
tipično na svakih 3 min.
Troši dosta resursa u mreži
28
29
Multicast – PIM-SM
„
„
„
Koristi “Pull” model
Saobraćaj se šalje samo onim
korisnicima koji su ga eksplicitno
tražili
Pogodniji za triple play mreža od
PIM-DM-a
30
31
MPLS – Multi Protocol Label
Switching
„
„
„
„
Tehnologija koja donosi ATM karakteristike u IP
bazirane mreže
Svaki IP datagram dobija labelu fiksne dužine
Labela se ubacuje između Layer2 i Layer3 paketa
Koristi se za identifikaciju virtuelnog kanala
Lab
IP packet
Ethernet frame:
Preamb.
(8B)
Destin.
(6B)
Source
(6B)
Type
(2B)
Data (46-1500B)
CRC
(4B)
PPP frame:
Protocol
Data (variable)
Padding
32
MPLS – princip rada
In label
In label
Out
label
prefix
int
x
3
10.23.2.14
1
x
4
10.12.32.1
1
x
5
10.3.21.0
1
LSR1
D.A.
10.12.32.1
Out
label
prefix
int
3
1
10.23.2.14
0
4
6
10.12.32.1
1
5
3
10.3.21.0
0
0
LSR2
LSR3
1
…...
4
10.12.32.1
…...
1
6
D.A. - Destination Address
10.12.32.1
…...
LSR4
33
MPLS – rezultat primene
VOIP
video conferencing
data transfer
MPLS
domain
34
MPLS - mogućnosti
„
„
„
formiranje virtuelnih kanala u mreži
tipa Interneta
mogućnost brzog prerutiranja
saobraćaja
mogućnost traffic engineering-a
35
MPLS – rezultati iz prakse
Dobijene
vrednosti
Parametar
End-to-end delay
< 30 ms
Varijacija kašnjenja
< 20 ms
Maksimalni efektivni protok IP
datagrama na STM-1 linku za ATM
Maksimalni efektivni protok IP
datagrama na STM-1 linku za MPLS
120 Mb/s
140 Mb/s
36
Triple play mreže - okosnica
„
Next Generation SDH
• ITU-G.7041- Generic framing procedure
(GFP)
• ITU-T G.7042 - Link capacity
adjustment scheme (LCAS) for virtual
concatenated signals
• Ethernet kao pristupni interfejsi (fast
ethernet, gigabit ethernet)
• Veliki protoci, visoka pouzdanost, QoS
37
Prenos podataka preko SDH
sistema
„
„
„
SDH – klasični sistemi za digitalni
prenos podataka
optimizovani za prenos telefonskih
kanala u vidu TDM multipleksa
klasični SDH sistemi imaju na
raspolaganju tri vrste virtuelnih
kanala:
• VC-12 – 2Mb/s
• VC-3 – 34Mb/s (45Mb/s)
• VC-4 – 140Mb/s
38
Prenos podataka preko klasičnih
SDH sistema
„
„
„
„
mala granulacija protoka podataka
neefikasan prenos manje količine
podataka (512kb/s, 1Mb/s,...)
nije prilagođen prenosu podataka
problem enkapsulacije paketa
promeljive dužine u virtuelne
kontejnere SDH sistema
39
Prenos podataka preko nove
generacije SDH sistema
„
uočeni problemi su dobrim delom
rešeni novim standardima u oblasti
SDH sistema:
• ITU-T G.7041 - Generic framing
procedure (GFP)
• ITU-T G.7042 - Link capacity
adjustment scheme (LCAS) for virtual
concatenated signals
40
SDH - GFP
„
„
GFP definiše generički mehanizam za
adaptaciju saobraćaja sa viših
protokolskih slojeva na protokole
transportne mreže (SDH)
standardom su definisana dva radna
režima:
• Frame-Mapped GFP (GFP-F) – prenos
paketa
• Transparent GFP (GFP-T) – prenos
univerzalnog toka podataka
41
SDH - GFP
„
„
„
GFP omogućava enkapsulaciju u SDH
sisteme prenosa proizvoljnih
korisničkih signala
na ovaj način se obezbeđuje
garantovani prenos podataka sa
zadatim protokom
eliminasan je problem enkapsulacije
različitih signala u SDH virtuelne
kontejnere
42
SDH - LCAS
„
„
„
standard definiše metodologiju koja treba
da bude korišćena za promenu protoka
virtual concatenated signala koji se koristi
u transportnim mrežama
na ovaj način se prevazilazi ograničenje
koje je postojalo kod klasičnih SDH
sistema
LCAS omogućava dinamičku promenu
protoka kroz virtuelni kontejner
43
SDH – LCAS, GFP
„
LCAS i GFP se koriste zajedno u cilju
efikasnog prenosa podataka kroz
SDH mreže uz zadržavanje
garantovanja protoka i pouzdanosti
rada koju nudi SDH
44
Okosnica - SDH
„
„
„
Korišćenjem NG-SDH sistema
moguće je obezbediti garantovani
protok za kritične servise
Primer: postojanje posebnog kanala
kroz koji će biti prenošen samo IPTV
multicast saobraćaj
Mogućnost fleksibilne promene
kapaciteta za druge servise
45
Okosnica - SDH
„
„
„
Neophodno postojanje rutera/svičeva
koji će da prihvate saobraćaj kada
“izađe” sa okosnice i multipliciraju ka
više odredišta
Relativno mala skalabilnost rešenja
Upravljanje zahteva postojanje
posebnog NMS-a (problem
softverske integracije sa ostatkom
sistema)
46
Triple play mreže - okosnica
„
ATM
• Prva tehnologija koja je nudila
mogućnost realizacije multiservisne
mreže
• Zbog svoje složenosti i visoke cene nisu
se ispunila očekivanja
• Danas još samo Alcatel forsira
korišćenje ATM tehnologije
47
Triple play mreže – distributivni deo
„
„
„
Povezivanje okosnice i pristupnog
dela mreže
Po pravilu, koristi se gigabit ethernet
tehnologija
Tačka za multiplikaciju multicast
saobraćaja
48
Triple play mreže – pristupni deo
„
Načini realizacije:
• xDSL – (ADSL, ADSL2, ADSL2+, VDSL)
• FTTH – fast ethernet, gigabit ethernet
„
„
Alternativno wireless ali je problem
garantovanje QoS-a
Uspostavljanje veze do krajnjeg
korisnika
49
Šta se može ponuditi korisnicima?
„
ADSL2+ u pristupu:
• 3 istovremena TV kanala (MPEG-2,
6Mb/s) ili 9 istovremenih kanala (MPEG4, 2Mb/s)
• IP telefonija (2 govorna kanala)
• Pristup Internetu (do 4Mb/s)
„
FTTH – neograničen broj servisa
50
xDSL standardi
• HDSL (ITU-T G.991.1)
• SHDSL (ITU-T G.991.2)
• ADSL (ITU-T G.992.1, G.992.2)
• ADSL2 (ITU-T G.992.3, G.992.4)
• ADSL2+ (ITU-T G.992.5)
• VHDSL (ITU-T G.993.1)
• SDSL (proprietery)
51
xDSL - osnovna podela:
„
„
„
Simetrični i asimetrični sistemi
Simetrični DSL obezbeđuje isti protok
podataka u oba smera
Asimetrični DSL (ADSL) obezbeđuje
asimetrični protok; u smeru ka
korisniku je značajno veći protok
nego u smeru od korisnika ka mreži
52
53
54
Novi standardi ADSL2 i ADSL2plus
„
„
„
„
ADSL2 – ITU-T G.992.3 (G.dmt.bis) i
ITU-T G.992.4 (G.lite.bis)
ADSL2plus – ITU-T G.992.5
Povećanje protoka i dometa
ADSL2 – downstream do 12Mb/s,
upstream do 1Mb/s
55
Razlika u odnosu na ADSL
56
Rate adaptation kao odgovor na
povećanje smetnji
57
Kanalizovani govor preko DSL-a
„
ADSL2 uvodi i Channelized Voice
over DSL (CVoDSL) za prenos govora
u paraleli sa podacima
58
Razlika u odnosu na druge
tehnologije
59
ADSL2+ je duplirao korišćeni
frekvencijski opseg
60
ADSL2+ je povećao i maksimalni
protok ka korisniku
61
Smanjenje efekta preslušavanja
„
Smanjuje se efekat preslušavanja
ako se koristi u kombinaciji ADSL2 i
ADSL2+
62
Domet
1km ~ 3300 ft
24 AWG = 0,5 mm
26 AWG = 0,4 mm
63
Wireless sistemi
„
„
pošto izgradnja kablovske
infrastrukture znači kopanje i
polaganje novih kablova, neki
operatori se mogu opredeliti za radio
linkove u pristupnoj mreži
u cilju smanjenja troškova
realizacije, preuzimaju se rešenja
napravljena za mreže za prenos
podataka
64
Wireless sistemi
„
„
„
IEEE 802.11 serija standarda
IEEE 802.11a – praktično nije zaživeo u
praksi
IEEE 802.11b – najčešće korišćen
standard
•
•
•
protok do 1Mb/s, 2Mb/s, 5Mb/s i 11Mb/s
radi na 2.4GHz
relativno mala rastojanja (više stotina metara,
par kilometara uz posebne usmerene antene)
65
Wireless sistemi
„
„
„
„
IEEE 802.11g – novi standard,
omogućava protoke do 52Mb/s
wireless local loop – način realizacije
lokalne pretplatničke mreže
korišćenjem radio linkova
rade se kao sistemi tačka-više tačaka
relativno mali kapaciteti
66
Wireless sistemi
„
„
„
802.11 serija standarda omogućila jeftinu
izgradnju pristupnih mreža baziranih na
korišćenju radio sistema
veliki broj ISP-ova kod nas je na taj način
izgradio pristupnu mrežu za svoje
korisnike
svi veliki objekti u svetu (aerodromi,
železničke stanice, autobuske stanice,
sajmovi i slično) imaju izgrađenu mrežu
baziranu na 802.11b standardu koja nudi
pristup Internetu
67
Wireless sistemi
„
„
„
„
GSM – sistem mobilne telefonije
obezbeđuje mobilnost korisnicima u
korišćenju servisa telefonije
zbog malog digitalnog protoka
između korisnika, nije upotrebljiv za
neke druge servise
prenos podataka preko standardnog
telefonskog GSM kanala je 9,6 kb/s
68
Wireless sistemi
„
„
„
„
GPRS – General Packet Radio Service
modifikacija GSM sistema koja
omogućava veći protok podataka (do
43.2kb/s)
i dalje relativno mali protok tako da
se može koristiti samo za prenos
manje količine podataka
moguće je koristiti servis pristupa
Internetu
69
Wireless sistemi
„
„
„
UMTS – sistem mobilne telefonije
treće generacije
kao standardan servis nudi se video
telefonija
zbog nešto većeg protoka podataka,
moguće je koristiti i za pristup
Internetu
70
Wireless mreže u USA
71
Wireless sistemi
„
„
„
Pošto, sa stanovišta triple play
mreža, nude skroman protok, danas
se praktično ne koriste u ovim
mrežama
Zbog mobilnosti koju obezbeđuje,
postoji realna mogućnost da će se
koristiti u budućnosti
Garantovanje QoS-a ostaje glavni
problem u ovim mrežama
72
Oprema kod korisnika
„
Home gateway
• Kod xDSL-a je to modem sa ethernet
portovima i VoIP modulom
• Kod FTTH sistema je to L2 switch
„
„
STB – Set Top Box – terminira video
sadržaj i konvertuje ga u analogni
oblik za prikazivanje
VoIP gateway – može da bude i kao
poseban uređaj
73
Oprema kod korisnika
DSLAM
HG/Modem
IP STB
FTTH
xDSL
IP STB
L2 switch
74
IPTV Middleware
STB
DSLAM
EPG
Broadband
Network
BB Network
TV portal
Billing Data
BOSS
Mediator
IPTV
Middleware
Order Provisioning
Entitlement
NOSS/NMS
Existing
Operation
Systems
75
TV portal – Middleware softver
• Check
out out
User confirms
checks
the
successfully!
the VOD/PPV
purchase
by
• Customer
enjoys
product from
entering
PIN
the
the
show!
TV portal
TV Portal
(Web Server)
76
Subscription Flow Overview
Video
Source
Content Delivery
STB
Video
4. Channel
Request
DSLAM
3. Entitlement
Message
5. Grant
or Reject
NMS
2a. Entitlement Message
TV
Portal
Mediator
1a. Subscription
DSLAM controls what
subscriber can watch.
Grant or reject
channel switching
based on subscriber
entitlement.
2b. Billing
Data
1b. Subscription
Billing
system
STB service Flow summary
DHCP/PPPOE
Connect
DSLAM/
BRAS
DHCP with Option82
Radius with NAS Port ID
DHCP-PS
/AAA
Server
Secured
Session
Logged
Get STB Configuration File
STB
Download new channel list and new
software if newest version is detected.
Periodically get configuration file in
background to check for newest version
Boot
Server
Subscriber
Profile
DB
IPTV
Mediator
EPG, PPV,
VOD Data
EPG, VOD Catalogue
Online Subscription, Bill Inquiry, etc.
Circuit ID or NAS Port ID
Verification
Subscriber
Profile
TV Portal
Server
Subscription
Logging
Zaštita video sadržaja od
neovlaštenog pristupa - CA
Funkcija
Tradicionalni CA
Triple Play CA
Pravo na
gledanje
Smart card /
Encryption
Mrežni CA
Digital Copy
Protection
Smart card /
Encryption
Digital Video
Encryption
Analogue
Copy
Protection
Makrovizija
ugrađena u STB
Makrovizija
ugrađena u STB
79
Zaštita video sadržaja od neovlaštenog pristupa
No.
ch1
ch
2
ch3
port
1
√
X
√
port
2
X
√
√
STB
Video
Source
Content Delivery
Video
4. Channel
Request
DSLAM
3. Entitlement
Message
NMS
Controlled multicast
5. Grant
or Reject
2a. Entitlement Message
TV
Portal
Mediator
1a. Subscription
2b. Billing Data
BOSS
1b. Subscription
DSLAM controls what
subscriber can watch.
Grant or reject channel
switching based on
subscriber entitlement.
Jack, package 1: ch1, ch3
Mike, package 2:, ch2, ch3
80
CA Architecture Comparison
HFC Network
Shared Coaxial
Cable
DSLAM
Point to point
Svi video kanali se
šalju do korisnika
istovremeno
Smart Card bazirani CA
•Do klijenata se distribuira kompletan sadržaj
•Kontrola pristupa sadržaju zavisi od kripto zaštite
•Kontrola na klijentovom uređaju
•Slaba zaštita koja se lako razbija
Do korisnika se
šalje samo onaj
kanal koji se traži
Mrežni CA
•Multicast Access Control List (Controlled
multicast) omogućava kontrolu sadržaja
koji se šalje korisnicima bez mogućnosti
zloupotrebe
•100% sigurna zaštita (prema tvrdnjama
proizvođača)
81
Deployments and trials
Source: THOMSON & Huawei
Successful IPTV Service of PCCW
TV
Channel
pay for per channel per month(HK$)
1 month
6 month
12 month
Movie and Star
74
59
48
39
Movie
62
50
42
40
ST AR
25
20
17
45
Animax
35
28
21
1
Program
Free-T o-Air Channel
61
ABC Asia Pacific
Free-T o-Air Channel
64
Wor l d
Free-T o-Air Channel
65
Ger many St ar
Free-T o-Air Channel
62
Voyages
Free-T o-Air Channel
Satellite TV
Over 400K IP TV subscribers now.
¾ADSL subscribers:
3M 198HKD/month
6M 298HKD/month
NOW Broadband TV:6M
¾ Pay TV service
Source: Huawei
Prednosti triple play mreža u odnosu
na klasičnu kablovsku televiziju
„
„
„
„
„
„
„
Bolji kvalitet TV slike
Mogućnost neograničenog
povećavanja broj TV kanala
Veliki broj servisa
Garantovanje kvaliteta servisa
Veća fleksibilnost u naplaćivanju
servisa
Lako uvođenje novih servisa
...
84
Zaključak
„
„
„
Triple play mreže omogućile “jeftinu”
realizaciju multiservisnih mreža
Izuzetno visok kvalitet servisa koji su
na raspolaganju korisnicima
Neograničena mogućnost uvođenja
novih servisa
85
Da li je moguće prenositi video
signal preko IP mreže?
video klip je sa MPEG-4 kompresijom i protokom od 300kb/s
86
Triple play mreže –
arhitekture i mogućnosti
Mr Nenad Krajnović
Katedra za telekomunikacije
Elektrotehnički fakultetu u Beogradu
e-mail: [email protected]
Download

Triple play - Katedra za telekomunikacije