Мультисервисная сеть связи. Структура и услуги

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 7

1 МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ СВЯЗИ. СТРУКТУРА И УСЛУГИ.. 8

1.1 Услуги и принципы построения мультисервисной сети. 8

1.2 Услуги и технические характеристики IPTV.. 11

1.3 Сетевые протоколы для реализации услуг IPTV.. 17

1.4 Анализ требований по качеству предоставления услуг IPTV.. 21

2 СЕТИ ДОСТУПА И КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ IPTV.. 24

2.1 Методы передачи трафика IPTV в IP-сетях. 24

2.2 Сети доступа в IPTV сетях. 26

2.3 Архитектура МСС для передачи видеотрафика IPTV.. 33

3 РЕГИОНАЛЬНАЯ СЕТЬ METRO ETHERNET. 36

3.1 Выбор сети доступа. 36

3.2 Услуги IPTV на базе технологии Metro Ethernet 37

3.3 Технология Metro Ethernet 42

3.4 Расчет пропускной способности для технологии Metro Ethernet 48

3.5 Расчет пропускной способности для группы абонентов Triple play по технологии Metro Ethernet 53

3.6 Сравнительный анализ беспроводных широкополосных технологий для предоставления услуг IPTV 59

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.. 62

4.1 Краткая характеристика разрабатываемой системы реализации услуг IPTV на мультисервисной сети 62

4.2 Расчет себестоимости и цены научно–технической продукции. 62

5 ОХРАНА ТРУДА.. 73

5.1 Организация системы управления охраной труда на предприятии. 73

5.2 Требования пожарной безопасности при использовании средств вычислительной техники 74

5.3 Организационные, технические и иные решения по устранению опасных и вредных факторов 76

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 80

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 81

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Слайды презентации………………………….…………………………….. 82

ВВЕДЕНИЕ

Термин IPTV появляется в 1995 году, им был обозначен видеопродукт компании Percept Software, которая использовала IP–трафик для передачи аудио и видеоданных для индивидуальных подписчиков и абонентских групп в режиме “multicast” (групповой передачи данных, когда пакет информации предназначен для нескольких получателей в рамках группы).

После долгих попыток IP-телевидение преодолело первые технические трудности и стало доказывать свою ценность в реальных коммерческих сетях.

Сегодня при передаче телевизионных сигналов все чаще прибегают к использованию пакетной передачи, то есть передают телепрограмму с помощью IP–протокола (IPTV). Стандартные MPEG–телесигналы в данной технологии преобразуются для передачи в IP–сети. Основная система включает форматирование потоков головной станции и кодеры, преобразующие MPEG–2 в цифровой поток для IP–передачи. На головной станции установлено программное обеспечение для обслуживания абонентов. Система обслуживания абонентов контролирует каждую абонентскую приставку (Set–top–box), обслуживает подписку на каналы, открывает–закрывает каналы для каждого абонента, поддерживает электронные платежи, отправку сообщений. Изначально в абонентской приставке может быть и не загружено никакого программного обеспечения.

Когда новый абонент включает приставку и получает сигнал, то с головной станции загружается последняя программного обеспечения, что очень удобно для его обновления. Автоматизированная система расчетов рассылает счета абонентам. Если абонент не платит по счету, доступ к услуге закрывается из центра управления сетью.

Передача телевизионного изображения по интернет – сетям стала возможной только с появлением таких технологий, как ADSL 2+ и VDSL 2, а в дальнейшем – технологий пассивной оптической сети и оптического Ethernet. В настоящее время в основном существуют фрагменты сетей IPTV, опытные зоны.

IPTV строится на платформе интернета, эта сетевая система имеет возможность свести воедино мир Интернета и мир телевидения за счет конвергенции всех форм коммуникаций и развлечений в единую гибкую, полностью интегрированную мультимедийную инфраструктуру.

МУЛЬТИСЕРВИСНАЯ СЕТЬ СВЯЗИ. СТРУКТУРА И УСЛУГИ

1.1 Услуги и принципы построения мультисервисной сети

Концепция мультисервисности содержит ряд аспектов, относящихся к различным сторонам построения сети:

− конвергенция загрузки сети, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единого формата представления данных. Например, в настоящее время передача аудио и видеотрафика происходит в основном через сети, ориентированные на коммутацию каналов, а передача данных – по сетям с коммутацией пакетов. Конвергенция загрузки сети определяет тенденцию использования сетей с коммутацией пакетов для передачи и аудио– и видеопотоков, и данных сетей. Однако это не отрицает требования дифференцирования трафика в соответствии с предоставляемым качеством услуг;

− конвергенция протоколов, определяющая переход от множества существующих сетевых протоколов к общему (как правило, IP). В то время, как существующие сети предназначены для управления множеством протоколов, таких сети ориентируются на единый протокол и различные сервисы, требующие для поддержки различных типов трафика;

− физическая конвергенция, определяющая передачу различных типов трафика в рамках единой сетевой инфраструктуры. И мультимедийный, и голосовой трафики могут быть переданы с использованием одного и того же оборудования с учетом различных требований к полосе пропускания, задержкам и «дрожанию» частоты. Протоколы резервирования ресурса, формирования приоритетных очередей и качества обслуживания (QoS), позволяют дифференцировать услуги, предоставляемые для различных видов трафика;

− конвергенция устройств, определяющая тенденцию построения архитектуры сетевых устройств, способной в рамках единой системы поддерживать разнотипный трафик. Так, коммутатор поддерживает коммутацию Ethernet–пакетов, IP–маршрутизацию и соединения АТМ. Устройства сети могут обрабатывать данные, передаваемые в соответствии с общим протоколом сети (IP) и имеющие различные сервисные требования, (гарантии ширины полосы пропускания, задержку и др.). Кроме того, устройства могут поддерживать как Web–ориентированные приложения, так и пакетную телефонию;

− конвергенция приложений, определяющая интеграцию различных функций в рамках единого программного средства. Например, Web–браузер позволяет объединить в рамках одной страницы мультимедиа – данные типа звукового, видеосигнала, графики высокого разрешения;

− конвергенция технологий выражает стремление к созданию единой общей технологической базы для построения сетей связи, и способной удовлетворить требованиям и региональных сетей связи, и локальных вычислительных сетей. Такая база уже существует: например, асинхронная система передачи (АТМ) может использоваться для построения как региональных, так и локальных вычислительных сетей;

− организационная конвергенция, предполагающая централизацию служб сетевых, телекоммуникационных, информационных под управлением менеджеров высшего звена, например, в лице вице – президента. Это обеспечивает необходимые организаторские предпосылки для интегрирования голоса, видеосигнала и данных в единой сети.

Все перечисленные аспекты определяют различные стороны проблемы построения мультисервисных сетей, способных передавать трафик различного типа, как в периферийной части сети, так и в ее ядре.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к построению мультисервисной сети связи:

− мультисервисность − независимость технологий предоставления услуг от транспортных технологий;

− мультимедийность − способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;

− интеллектуальность − возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;

− инвариантность доступа − возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;

− многооператорность − возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

К услугам мультисервисной сети можно отнести:

– высокоскоростной доступ в сеть интернет;

– IP–телефония, в которую включены ряд функций (разные виды переадресации, ограничение связи, выбор номера, функция определения номера и т.д.);

– объединение удаленных корпоративных сетей;

– создание виртуальных корпоративных сетей (VPN).

На рисунке 1.1 представлена функциональная структура региональной цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи.

Рисунок 1.1 – Функциональная структура региональной цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи.

В состав мультисервисной сети связи входит следующие элементы:

– сеть широкополосного абонентского доступа обеспечивает высокоскоростной доступ в сеть Internet для предоставления всех услуг мультисервисной сети связи;

– инфотелекоммуникационная транспортная система (ИТС) – область взаимодействия инфокоммуникационной сети в терминах модели взаимодействия открытых систем образует цифровая телекоммуникационная мультисервисная сеть связи, в которой основные сетевые характеристики интегрального обслуживания трафика различной природы обеспечивает ее коммуникационное мултипротокольное ядро. В котором реализуется услуги переноса (bearer service) мультимедийной информации между сетевыми окончаниями, называемые инфокоммуникационными услугами связи. При этом доставка информационных услуг осуществляется на единый мультимедийный пользовательский терминал через стандартный широкополосный интерфейс;

– цифровая телекоммуникационная мультисервисная сеть связи страны включает в себя все виды цифровой сети связи объединяющая все сети связи, входящие в состав страны;

– мультимедийный терминал включает в себя систему обработки цифровых аудиовизуальных и мультимедийных данных и память, необходимые для работы в цифровой телекоммуникационной мультисервисной сети связи, и корректного отображения получаемой информации из сети.

1.2 Услуги и технические характеристики IPTV

Видео, передаваемое по IP, чрезвычайно чувствительно к потерям пакетов. Потеря одного или нескольких пакетов практически не отразится на восприятии картинки, но если сбой продолжается более секунды, это заметно сказывается на качестве изображения. Возможности приставок в плане компенсации потерь пакетов достаточно ограничены. Многие приставки борются с появлением видимых артефактов, связанных со сбоями в сети, используя возможности помехоустойчивого кодирования (FEC) для маскировки потерь или для повторного запроса недошедших пакетов, технически оба метода достаточно сложны. Уровень джиттера в сети также является существенным параметром, так как приставки имеют с ним ограниченные возможности борьбы (обычно в пределах 150 мс). Абсолютная задержка видеопотока, в общем–то, не важна, если она постоянна во времени; но это постоянство надо обеспечить. И, наконец, важна возможность одновременной передачи в сети видео VoIP и других потоковых трафиков, чувствительных к временным параметрам. Когда по сети передается множество разноплановых услуг, возникает потребность в гибких схемах очередности передачи потоков и других механизмах борьбы с заторами. Создаваемые очереди должны иметь разные схемы приоритетов и разные размеры буферов. Это должно быть сделано на сетевом уровне.

Управление допуском потоков в сеть: удачные схемы внедрения видеоуслуг приво–дят к стремительному росту на них числа подписчиков. Реальные проекты видео–по–требованию демонстрировали десятикратные увеличения числа подписчиков за несколько лет. При проектировании сети нельзя допускать ее перегрузки, так как она влечет за собой неконтролируемые потери пакетов, одновременно ухудшающие качество всех видеоуслуг, передаваемых в сети. Для предотвращения перегрузки сеть должна иметь механизмы взаимодействия с источниками видеопотоков и давать «добро» на запуск каждого нового видеопотока только в случае, если он не создаст затора в сети.

Время переключения с канала на канал. Хотя скорость переключения между каналами не будет единственным критерием в пользу или против подписки на услугу, но от этого параметра в сильной мере зависит удовлетворенность абонентов IP вещанием. Поэтому весьма важно спроектировать сеть таким образом, чтобы минимизировать скорость переключения. Комплексный подход к обеспечению услуг: видео–по–требованию и ТВ вещание предъявляют принципиально разные требования в плане их бесперебойности.

Вещание каналов осуществляется в многоадресном режиме. При потере в сети одного мультикастового потока без услуги могут остаться тысячи абонентов.

Поэтому сеть должна быть четко оптимизирована для прохождения таких потоков и должна обеспечивать возможности восстановления потерянной информации от мультикастовых источников. Для возможности восстановления сигнала является географическое разнесение дублирующих друг друга источников мультикастового сигнала, чтобы при необходимости сеть смогла бы быстро переключиться на альтернативный источник. Видео–по–требованию, напротив, индивидуальная услуга, поэтому потеря такого потока не столь катастрофична. В то же время ошибки при создании очередей потоков видео–по–требованию или при их администрировании могут приводить к серьезным заторам в сети. Например, если в сети случится авария, а резервные каналы окажутся слишком узкими, то неконтролируемые потери отдельных пакетов из разных потоков могут повлечь за собой сбой всех телевизионных услуг одновременно. Поэтому для вещания и видео–по–требованию необходимо разрабатывать разные схемы поддержки.

Жизненный цикл услуги: при запуске видеоуслуги темпы подписки на нее будут зависеть от плотности населения на территории ее внедрения, времени присутствия услуги на рынке, успешности рекламных кампаний и многого другого. Иными словами, абонентская база не является чем–то постоянным, и сеть не должна потребовать существенных изменений при любых темпах ее роста. При ее расчете должна быть учтена вся потенциальная аудитория. Следует также принять во внимание возможность изменений параметров самой услуги; они должны требовать минимального изменения в «логистике» потоков. Сеть должна безболезненно допускать добавление услуг, связанных, например, с сезонными интересами или с изменением требований абонентов.

Классификация услуг, предоставляемые в системах IPTV, разделены на три основные группы:

– базовые (канальные) услуги(Basic Channel Service);

– расширенные (избираемые) услуги (Enhanced Selective Service);

– интерактивные услуги по обмену данными (Interactive Data Service).

Базовый комплекс IPTV включает в себя стандартный набор услуг, предоставляемых в сетях кабельного и эфирного телевидения. Реализация этого комплекса обеспечивает возможность трансляции по сетям IР радио и телевизионных программ в сочетании с базовым комплексом услуг сетей передачи данных. При этом предполагается, что услуги базового комплекса не являются взаимосвязанными и могут предоставляться независимо.

Услуги расширенного комплекса IPTV реализуются в комплексах, которые обеспечивают активное взаимодействие абонента с системой, которая предоставляет услугу. Для таких комплексов характерно наличие и активное использование обратных каналов. К услугам, предоставляемым в составе расширенного комплекса IPTV, относятся:

– различные варианты реализации услуги "Видео по запросу" – VoD(Video On Demand);

– трансляция музыкальных программ по запросу абонента – MOD (Music On De–mand);

– услуга электронного вида по транслируемым программам – EPG (Electronic Program Guide);

– услуга "Персональный видеоплеер" – PVP (Personal Video Player) – имеет функции для интерактивного просмотра видео с функциями видеоплеера;

– услуга "Деловой канал" – В2В hosting (Business to Business Hosting) – предполагает организацию выделенного канала для обмена оперативными данными и проведения видеоконференций между подразделениями одной компании;

– услуга "Персональный канал" – С2С hosting (Channel to Channel Hosting) – обеспечивает организацию выделенного канала внутреннего обмена групп пользователей;

– услуга "Углы зрения" – (Multi–angle Service) – обеспечивает пользователю возможность оперативно изменять ракурс обзора представляемого в видеопрограмме объекта.

Комплекс интерактивных услуг по обмену данными сетей IPTV представляет собой расширенный набор информационных сервисов сети Интернет, объединенных в пяти тематических категориях:

– информационная категория (T– Information);

– коммерческая категория (Т–commerce);

– коммуникационная категория (Т–communication);

– развлекательная категория (Т–entertainment);

– образовательная категория (Т–learning).

Услуги информационной категории обеспечивают возможность получения оперативных сообщений информационных служб, например, региональные и мировые новости, прогноз погоды.

Услуги IPTV, отнесенные к коммерческой категории, предназначены для поддержки сервисов, связанных с финансовыми расчетами и требующих повышенный уровень информационной безопасности. К таким сервисам в первую очередь можно отнести электронные покупки, участие в электронных аукционах, электронные операции с платежными средствами.

К услугам коммуникационной категории в описываемом документе отнесены классические информационные сервисы сети Интернет — электронная почта, различные службы обмена сообщениями. В эту же категорию включены услуги VoIP и видеоконференция.

Развлекательная категория включает в себя сервисы, которые обеспечивают организацию сетевых видеоигр, фотоальбомов и караоке.

Услуги образовательной категории предназначены для организации и поддержки дистанционного обучения различных уровней – начиная от начальной школы вплоть до высших учебных заведений. Специальные образовательные услуги, такие, например, как изучение иностранных языков, также отнесены к данной категории.

Основным преимуществом телевизионных систем, основанных на протоколе сети Интернет, является способ организации доставки телевизионных программ. В отличие от классических систем телевидения, которые основаны на вещании всем абонентам всего комплекса программ, абонент IPTV сам определяет состав и насыщенность приходящего к нему информационного потока, что существенно снижает требования к пропускной способности наиболее протяженной части канала доставки программ.

Системы, предназначенные для предоставления услуги VoD, обеспечивают абоненту возможность заказать доставку или трансляцию выбранного видеофильма, или видеопрограммы. Абонент, использующий такую услугу, получает возможность просматривать заказанную видеопрограмму на собственном телевизионном приемнике или персональном компьютере. В процессе просмотра программы абонент может использовать стандартный набор функций управления воспроизведением, например, функции остановки кадра, прямой и обратной перемотки фильма.

Системы VoD могут быть построены на основе двух различных схем доставки заказанных программ абоненту:

– потоковая доставка видеопрограмм;

– доставка видеопрограмм по расписанию.

В первом случае процесс доставки видеопрограммы абоненту выполняется в реальном масштабе времени на фоне ее просмотра. При этом очередные фрагменты просматриваемой программы доставляются абоненту по высокоскоростному каналу прямым потоком или блоками с периодом 10—15 минут. Такой режим доставки обеспечивает возможность просмотра видеофильма практически сразу после оформления заказа и не предъявляет высоких требований к аппаратуре воспроизведения. Системы потоковой доставки, в свою очередь, подразделяются на две категории:

– упрощенные потоковые системы;

– полные потоковые системы – T–VoD (True Video On Demand).

Системы T–VoDиспользуют прямую потоковую доставку и поэтому способны обеспечить абоненту возможность полного управления режимом просмотра принимаемой видеопрограммы. В отличие от T–VoD, в упрощенных потоковых системах применяется блоковая доставка видеопрограмм, что может существенно ограничить возможности абонента по управлению воспроизведением принимаемой видеопрограммы. Применение обоих вариантов потоковой доставки видеопрограмм в системах VoDцелесообразно только при наличии высокоскоростного канала (не менее 6 Мбит/сек) у абонента до провайдера данной услуги.

В системах VoD, которые применяют доставку видеопрограмм по расписанию, абонент во время заказа видеопрограммы должен определить удобный для себя момент начала доставки с учетом расписания трансляции данной программы по сети провайдера. Абонент также должен соответствующим образом обеспечить возможность записи транслируемой программы на воспроизводящее устройство. Сама доставка видеопрограммы в данном случае может осуществляться по относительно низкоскоростным каналам.

Передача данных в потоковых системах VoDможет быть выполнена только в цифровом формате. Эти системы, безусловно, более привлекательны для клиента, но их реализация требует больших ресурсов.

Доставка видеопрограмм по расписанию в соответствующих системах VoDможет быть выполнена в аналоговом или цифровом виде, причем форма доставки в данном случае определяется возможностями используемого канала. В системах VoDможет также применяться гибридная доставка, когда при помощи специальной приставки передаваемая в цифровом формате видеопрограмма записывается на аналоговый видеомагнитофон.

Среди множества IPTV–услуг, наиболее перспективным являются:

Видео по требованию, «почти» видео по требованию, интерактивное телевидение, трансляция каналов в реальном времени, интерактивное телевидение, трансляция каналов в реальном времени, интерактивная программа передачи и персональный видеомагнитофон. Данный выбор основан на востребованности услуг на рынке, а также в связи с существующими различиями на физическом уровне.

Наряду с предложением принципиально новых продуктов, таких как Video–on–Demand, iTV и др., поставщики услуг и операторы мультисервисной сети имеют также возможность предоставлять традиционные услуги трансляции телевизионных каналов в реальном времени.

Поставщик услуг может предлагать различные тематические пакеты канало, которые могут включать как традиционные эфирные каналы, так и цифровые кабельные и спутниковые каналы. При этом абонент избавлен от необходимости приобретать такое оборудование, как спутниковый ресивер и антенну для приема спутниковых каналов, кабельный декодер для кабельных канало и оплачивать услуги различных провайдеров.

Вместо этого он получает выбранный пакет каналов с помощью своего единого абонентского устройства (в пределах набора каналов, ретранслируемых оператором) и оплачивает единый счет за все предоставленные ему услуги мультисервисной сети. Поскольку передача видеосигнала по мультисервисной сети ведется в цифровом виде, то потери качества сигнала при ретрансляции не происходит.

Благодаря применению современных цифровых технологий при ретрансляции телеканалов, в пакете цифровых услуг поставщики услуг могут предоставлять абонентам также:

– электронную программу передачи (EPG, Electronik Program Guide);

– персональный видеомагнитофон (PVR, Personal Video Recorder);

– мультиязычное звуковое сопровождение;

– мультиязычные субтитры.

В зависимости от выбранного абонентам тарифного плана ему может предоставляться доступ к различным каналам, ретранслируемым оператором.

В дополнение к перечисленным выше основным возможностям при ретрансляции телеканалов по мультисервисной сети оператором также дополнительно могут быть предоставлены следующие возможности:

– просмотр прошедших за последнее время (например, 24 часа) телепрограмм, которые абонент не успел просмотреть;

– персональная приостановка трансляции на ограниченное время (например, на 1 час), с последующим продолжением просмотра с места приостановки.

Перечисленные выше возможности часто называют функцией Shifted–TV. Они, фактически, дают абоненту все базовые возможности цифрового видеомагнитофона без необходимости иметь таковой.

Ряд дополнительных функций связан с возможностями распределенной платформы VoD по трансляции региональной рекламной информации, уникальной в пределах области покрытия каждого узла предоставления услуг. Ниже перечислены основные такие функции:

– воспроизведение рекламной информации в виде бегущей строки или в виде рекламного объявления (так называемого баннера) на выделенном участке экрана;

– вставка региональных рекламных блоков в последовательность вещания канала (в рамках выделенных для этих целей временных интервалов);

– возможность выбора абонентом режима просмотра телеканала: с рекламой (по пониженной стоимости или бесплатно) или без нее (за полную стоимость).

При просмотре фильмов доступны следующие дополнительные возможности:

– перемотка фильма вперед и назад, режим паузы, продолжение просмотра, временная приостановка просмотра с запоминанием позиции;

– трансляция фильма в режиме, позволяющим осуществить его запись на имеющиеся цифровые устройства записи;

– вывод на экран блока с рекламной информацией.

1.3 Сетевые протоколы для реализации услуг IPTV

Протокол RTP

Протокол RTP (Real–Time Transport Protocol) является транспортным протоколом реального времени, который гарантирует доставку данных одному или более адресатам с задержкой в заданных пределах, т. е. данные могут быть воспроизведены в реальном времени.

RTP не поддерживает каких–либо механизмов доставки пакетов, обеспечения достоверности передачи или надежности соединения. Эти все функции возлагаются на транспортный протокол. RTP работает поверх UDP и может поддерживать передачу данных в реальном времени между несколькими участниками RTP–сеанса.Для каждого участника RTP сеанс определяется парой транспортных адресов назначения пакетов (один сетевой адрес – IP и пара портов: RTP и RTCP).

Пакеты RTP содержат следующие поля: идентификатор отправителя, указывающий, кто из участников генерирует данные, отметки о времени генерирования пакета, чтобы данные могли быть воспроизведены принимающей стороной с правильными интервалами, информация о порядке передачи, а также информация о характере содержимого пакета, например, о типе кодировки видеоданных (MPEG, Indeo и др.). Наличие такой информации позволяет оценить величину начальной задержки и объема буфера передачи.

Поскольку RTP определяет (и регулирует) формат полезной нагрузки передаваемых данных, с этим напрямую связана концепция синхронизации, за которую частично отвечает механизм трансляции RTP – микшер. Принимая потоки пакетов RTP от одного или более источников, микшер, комбинирует их и посылает новый поток пакетов RTP одному или более получателям. Микшер может просто комбинировать данные, а также изменять их формат, например, при комбинировании нескольких источников звука. Предположим, что новая система хочет принять участие в сеансе, но ее канал до сети не имеет достаточной емкости для поддержки всех потоков RTP, тогда микшер получает все эти потоки, объединяет их в один и передает последний новому члену сеанса. При получении нескольких потоков микшер просто складывает значения импульсно–кодовой модуляции. Заголовок RTP, генерируемый микшером, включает идентификатор отправителя, чьи данные присутствуют в пакете.

Более простое устройство – транслятор, создает один исходящий пакет RTP для каждого поступающего пакета RTP. Этот механизм может изменить формат данных в пакете или использовать иной комплект низкоуровневых протоколов для передачи данных из одного домена в другой. Например, потенциальный получатель может оказаться не в состоянии обрабатывать высокоскоростной видеосигнал, используемый другими участниками сеанса. Транслятор конвертирует видео в формат более низкого качества, требующий не такой высокой скорости передачи данных.

Протокол IP

Протокол IP является самым главным во всей иерархии протоколов семейства TCP/IP. Именно он используется для управления рассылкой TCP/IP пакетов по сети Internet. Среди различных функций, возложенных на IP обычно выделяют следующие:

– определение пакета, который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet. Многие зарубежные авторы называют такой IP-пакет датаграммой;

– определение адресной схемы, которая используется в сети Internet;

– передача данных между канальным уровнем (уровнем доступа к сети) и транспортным уровнем (другими словами мультиплексирование транспортных датаграмм во фреймы канального уровня);

– маршрутизация пакетов по сети, т.е. передача пакетов от одного шлюза к другому с целью передачи пакета машине-получателю;

– "нарезка" и сборка из фрагментов пакетов транспортного уровня.

Главными особенностями протокола IP является отсутствие ориентации на физическое или виртуальное соединение. Это значит, что прежде чем послать пакет в сеть, модуль операционной системы, реализующий IP, не проверяет возможность установки соединения, т.е. никакой управляющей информации кроме той, что содержится в самом IP-пакете, по сети не передается. Кроме этого, IP не заботится о проверке целостности информации в поле данных пакета, что заставляет отнести его к протоколам ненадежной доставки. Целостность данных проверяется протоколами транспортного уровня (TCP) или протоколами приложений.

Протокол UDP

Протокол UDP (User Datagram Protocol) описан в документе RFC 768. Протокол, обеспечивающий негарантированную доставку данных без установления виртуального соединения между программами, которым требуется использовать сетевые услуги. Он ориентирован на сервис без установления соединений и не обеспечивает надежную передачу сегментов между сетевыми приложениями. Это очень простой протокол, который развивает возможности IP–протокола лишь в части демультиплексирования потока пакетов по признаку принадлежности их определенному приложению и контроля целостности данных.

Взаимодействие между прикладными процессами UDP реализует посредством механизма протокольных портов. Протокольный порт можно определить, как абстрактную точку присутствия конкретной прикладной программы, выполняющейся на конкретном хосте. Когда рабочая станция получает пакет, в котором указан ее IP–адрес, она может направить его определенной программе, используя уникальный номер порта, назначенный этой программе в ходе выполнения процедуры установления соединения. Таким образом, в стеке протоколов TCP/IP порт является механизмом поддержания рабочей станцией одновременного выполнения нескольких прикладных процессов.

Протокол RIP.

Внутренний протокол маршрутизации RIP (Roeting Internet Protocol) является одним из наиболее распространенных протоколов маршрутизации в компьютерных сетях, который позволяет маршрутизаторам динамически обновлять маршрутную информацию, получая её от соседних маршрутизаторов.

Алгоритм маршрутизации RIP (алгоритм Беллмана – Форда) был впервые разработан в 1969 году как основной для сети ARPANET. В1994 г. был разработан протокол RIP2, который является расширением протокола RIP, обеспечивающим передачу дополнительной маршрутной информации в сообщениях RIP и повышающим уровень безопасности. Для работы в среде IPv6 была разработана версия RIPng.

Максимальное количество переприемов, разрешенное в RIP – 15. Каждый RIP–маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд.

В современных сетях возможности RIP уступают более современным протоколам, например, OSPF, так как 15 переприемов ограничивает применение протокола в больших сетях. Единственным преимуществом этого протокола является простота конфигурирования.

Протокол OSPF.

Протокол выбора наикратчайшего пути OSPF (Open Shortest Pass First) – протокол динамического маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала и использующий для нахождения кратчайшего пути алгоритм Дейкстры.

Протокол OSPF разработан IETF в 1998 году. OSPF распространяет информацию о доступных маршрутах между маршрутизатором одной автономной системы и обеспечивает решение следующих задач:

– поддержка сетевых масок переменной длины;

– достижимость сети;

– использование пропускной способности;

– метод выбора пути.

Протокол BGP.

Протокол граничного шлюза BGP (Border Gateway Protocol) является основным протоколом динамической маршрутизации в Интернете. BGP, в отличии от других протоколов динамической маршрутизации, предназначен для обмена информации о маршрутах не между отдельными маршрутами, а между целыми автономными системами, и поэтому, помимо информации о маршрутах в сети, переносит также информацию о маршрутах на автономные системы. BGP не использует технические метрики, а осуществляет выбор наилучшего маршрута исходя из правил, принятых в сети.

BGP поддерживает бесклассовую адресацию и использует суммирование маршрутов для уменьшения таблиц маршрутизации. BGP является протоколом сетевого уровня, однако функционирует поверх протокола уровня TCP.

Протокол IGMP.

Данные мультимедиа передаются, обычно, в режиме без установления соединения (протокол UDP-RTP). Наиболее типичной схемой в этом случае является наличие одного передатчика и большого числа приемников. Эта схема реализуется с использованием многоадресной передачи, которая может осуществляться на IP и MAC уровнях. Так как соотношение IP и MAC адресов не являются однозначным, драйверы должны обеспечить обработку адресов с тем, чтобы интерфейсы получали только те кадры, которые действительно им предназначены. Для того чтобы информировать маршрутизатор о наличии участников обмена мультивещания в подсети, связанной с тем или иным интерфейсом, используется протокол IGMP.

Протокол IGMP (Internet Group Management Protocol) используется для видеоконференции и передачи звуковых сообщений. Для того чтобы участвовать в коллективных обменах, локальная сеть должна быть снабжена программой, которая поддерживает этот режим. При этом сервер локальной сети информируется о намерении использовать мультивещание. Сервер передает эту информацию другим серверам IP–сети. Следует иметь в виду, что мультикастинг также как и широковещательный ражим, заметно загружает сеть. IGMP для передачи своих сообщений использует IP дейтограммы. Для подключения к группе сначала посылается IGMP сообщение всем узлам о включении в группу, при этом локальный сервер мультивещании подготавливает маршрут. Локальный сервер мультивещания периодически проверяет узлы и определяет, не покинули они группу. Все обмены между узлами и сервером мультивещания производится в режиме мультивещания, т.е. любое сообщение адресуется всем участникам группы. Узлы не принадлежащие группе, IGMP сообщений не получают, что снижает нагрузку на сети.

При использовании мультивещания MAC переключатели переадресуют пакеты через все имеющиеся интерфейсы, что заметно ухудшают эффективность сети. Чтобы решить эту проблему компания Cisco Systems разработала протокол CGMP (Cisco Group Management Protocol), который позволяет взаимодействовать маршрутизаторам и переключателям, что позволяет передавать пакеты мультивещания только на те интерфейсы, где имеются активные члены группы.

1.4 Анализ требований по качеству предоставления услуг IPTV

Для предоставления услуг IPTV мультисервисная сеть связи должна обеспечить требуемое качество соединения и предоставляемых сервисов, т.е. должен быть обеспечен определенный уровень качества обслуживания (QoS). Но так как разнородный трафик в мультисервисных сетях предъявляет различные требования к качеству обслуживания, то сеть оператора связи должна поддерживать несколько уровней QoS, каждый из которых имеет набор нормированных параметров.

Для построения региональных (зоновых) компонентов национальной ЦТМСС рекомендованы две базовые пакетные технологии IP–QoS (технология интегральных услуг с резервированием ресурсов (Integrated Services, IntServ), технология дифференциальных услуг (Differentiated Services, DiffServ) в сочетании с технологией многопротокольной коммутации по метке (Multi–Protocol Label Switching, MPLS)).

Далее рассмотрим международные стандарты для предоставления качественной услуги IPTV.

Стандарты ITU–T для услуг IPTV.

В Международном союзе электросвязи (ITU) разработкой стандартов IPTV занимается фокус–группа IPTV (ITTV–FG), которая состоит из рабочих групп. В рамках деятельности IPTV–FG была предложена архитектура IPTV на разных уровнях детализации функций участников процесса предоставления IPTV–услуг (пользователя, оператора сети, поставщика услуг и поставщика контента). При этом на среднем уровне рассматривается несколько вариантов архитектуры: без учета возможностей сети NGN, в составе сети NGN на базе подсистемы IMS, в составе сети NGN без подсистемы IMS и конвергенция первого и второго вариантов. На верхнем уровне выделяются функции, общие для всех четырех архитектур. В области стандартизации ITU–T также входят:

– стандарты сжатия видео при предоставлении IPTV–услуг, например, MPEG–4/ AVC (H.264):

– технологии сети доступа предоставления IPTV–услуг, например:

а) APON (ATM PON, пассивная оптическая сеть поверх ATM);

б) GPON (Gigabit PON, гигабитная пассивная оптическая сеть);

в) ADSL (Asymmetric DSL, асимметричная цифровая абонентская линия);

г) ADSL2;

д) ADSL2+;

е) VDSL (Very High Speed DSL, цифровая абонентская линия с высокой пропускной способностью);

ж) VDSL2;

з) FS–VDSL (Full Service–VDSL, VDSL с полным набором услуг).

Стандарты ATIS для услуг IPTV.

Альянс по решениям в области электросвязи (ATIS) осуществляет стандартизацию IPTV, в основном, в рамках комитета IPTV Interoperability Forum (IIF), занимающегося совместимости, взаимодействия и реализации IPTV– систем и услуг.

Деятельность IIF связана с архитектурой IPTV в составе сети NGN на базе платформы IMS и без подсистемы IMS, с подсистемой защиты контента DRM, а также с разработкой требований по совместимости, надежности и устойчивости компонентов архитектуры.

Стандарты ETSI для услуг IPTV.

Европейский институт стандартизации в электросвязи (ETSI) разрабатывает архитектуру IPTV в составе сети NGN на базе подсистемы IMS и без подсистемы IMS в рамках технического комитета TISPAN. Важным направление в деятельности ETISI является цифровое вещание DVB. Основные стандарты ETSI по IPTV:

TS 102 034 V1.2.1 Transport of MPEG–2 TS based DVB Service over IP based networks;

TS 102 005 V1.2.1 Implementation Guidelines for the use jf Audio–Visual Content in DVB services delivered over IP;

EN 300 468 V1.7.1 Specification for Service Information (SI) in DVB systems.

При разработке стандартов ETSI DVB используются существующие стандарты DVB, учитываются спецификация IETF, используются технологии XML и IP.

Стандарты DSL Forum для услуг IPTV.

DSL-Форум стандартизирует предоставление IPTV–услуг по широкополосному доступу, в том числе:

– технологии ADSL2+/VDSL2, объединение несколько технологий DSL, решения PON;

– управление многоадресной передачи данных и сетями VLAN – протокол IGMP и поддержка различных сетей VLAN;

– управлением доступом к IPTV-услугам и управление качеством обслуживания – получение сведений в режиме реального времени о топологии сети, о доступной ширине полосы пропускания (ШПП), возможность динамического перераспределения ресурсов для обеспечения требуемых ШПП и показателей QoS;

– домашняя сеть – первичная настройка абонентского оборудования, автоматическое распознавание, удаленное управление и самодиагностика;

– качества восприятия QoE – мониторинг и измерение показателей, определяющих качество восприятия IPTV-услуг пользователем.

Стандарты MPEGIF для услуг IPTV.

Форум MPEGIF разрабатывает спецификацию стандартов сжатия аудио и видео, таких как, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7.

Стандарты MPEG-1 и MPEG-2 сделали возможным интерактивное видео на CD-ROM и цифровое телевидение. Стандарт MPEG-4 предоставляет стандартизированные технологические элементы, позволяющие осуществлять доступ к содержимому в области цифрового телевидения, к интерактивной графике и интерактивному мультимедиа.

MPEG-7 является стандартом ISO/IEC, разработанным MPEG (Moving Picture Experts Group) – комитетом, который разработал стандарты MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4.

MPEG-7 формально называется «Мультимедиа–интерфейс для описания содержимого». Он имеет цель стандартизовать описание мультимедийного материала, поддерживающего некоторый уровень интерпретации смысла информации, которая может быть передана для обработки ЭВМ. Стандарт MPEG-7 не ориентирован на конкретное приложение. Он стандартизирует некоторые элементы, которые рассчитаны на поддержку широкого круга приложений.