Структурная схема IPTV- ceти

В заключение этого раздела рассмотрим укрупненную структур­ную схему возможной IPTV- ceти, представленную на рис. 2.11.

Антенный пост и магистральная сеть не будут комментировать­ся, состав ЦУСа имеет смысл коротко осветить. Центральное место естественно принадлежит ГС, которая, будучи правильно сконфи­гурирована, обеспечивает на выходе нормализованные по скорости IP-потоки нужных телеканалов.

Приведем пример конфигурирования ГС для IPTV-сети. Для се­ти «Стрим» была спроектирована, смонтирована и конфигурирована ГС для IPTV-сети, способная вещать более 100 ТВ программ.

Если попытаться встроить 100-канальную ГС в сеть со струк­турой, рекомендуемой рис. 2.11, то в случае, если каждый транс­портный поток выделяется своим ресивером-декодером, от антенного поста до ЦУС надо проложить 80 коаксиальных кабелей (десять ка­налов считаем телеканалами собственного производства и десять - резерв на будущее развитие). Даже, если антенный пост находится на расстоянии 50 м, все равно надо уложить в слаботочные каналы 1 км коаксиального кабеля! Сказанное еще раз говорит о целесо­образности децентрализации головных станций. Другими словами, лучше на территории антенного поста поставить первую ГС, кото­рая будет выделять из транспортных потоков нужные спутниковые телепрограммы и нормализовывать их под стандарт кабельного те­левидении (диапазон 47...860 МГц).

Рис. 2.11. Примерная структурная схема организации сети интернет-телевидения

Ранее при феноменологическом описании оборудования ЦУСа, говорилось о некотором устройстве формирования, кодирования и биллинга Интернет-потоков. Теперь рассмотрим ком­плектацию ЦУСа подробнее. Рядом со второй ГС расположено сле­дующее оборудование:

сервер управления сервисами и подписчиками SMS ^* (Subscriber Management System);

сервер Middleware;

сервер биллинга;

три видеосервера;

просмотровый стеллаж для мониторинга изображений телепрограмм;

аппаратура системы условного доступа (IP CAS);

маршрутизатор Ethernet-сети, через который взаимодействует все оборудование.

Серверы биллинга, управления и видеосерверы не требуют до­полнительных пояснений. Аппаратура IP CAS - вещь в себе, ин­сталлируется поставщиком и тоже не обсуждается.

А вот система middleware является сердцем всего процесса и по мере эксплуатации IPTV-сети эта система должна развиваться и совершенствоваться, поэтому на ней стоит еще раз заострить внимание.

Системы middleware

Сам термин middleware родился от слов middle (середина) - это программное обеспечение, которое обеспечивает взаимодействие клиентского оборудования (чаще всего это STB) и IPTV-сети, т.е. оно находится посередине между абонентом и поставщиком услуг. Вторая часть ware, также как у software, значит программное обеспечение. Таким образом, получился перевод; «серединное ПО».

Функции сервера middleware и соответствующего программного обеспечения имеют исключительно большое значение для понимания работы IPTV-систем, поэтому остановимся на них подробнее.

В самом общем случае, под middleware понимают промежуточное программное обеспечение дли содействия процессам обмена информацией между клиентом и сервером, между приложениями и ресурсами. Факти- чески в контексте интерактивного телевидения middleware выполняет функции управления видеоуслугами и доступом к ним.

С одной стороны, middleware может предоставлять графический интерфейс для всех транзакций со стороны абонента (например, подписка на тот или иной пакет каналов, покупка фильма в соответствии с услугой VoD, управление персональным видеомагнитофоном (услуга PVR) и для всех других сервисов, предоставляемых абоненту). С другой стороны, middleware взаимодействует с внешними серверами сети IPTV (например, это могут быть серверы системы биллинга, системы управления абонентами, системы условного доступа, сервер «видео по заказу», сервер PVR и т.п.). Серверы и абонентские STB обмениваются информацией, используя IР-протокол. Middleware предоставляет абоненту возможность самостоятельно управлять процессом трансляции выбранного им видеоконтента, получать и отправлять оперативную информацию.

Middleware обеспечивает аутентификацию и авторизацию поль­зователей (абонентов и администраторов), сбор статистики о предо­ставленных абоненту услугах.

Middleware предоставляет абоненту и оператору разнообразные интерфейсы для доступа к системе, например следующие:

• биллинговый интерфейс для проведения транзакций по оплате и для доступа к информации о счете абонента;

• интерфейс управления подпиской на услуги и пакеты; интерфейс взаимодействия с серверами VoD, PVR и другими;

• интерфейс EPG (Electronic Programme Guide) - хорошо известен в обычном цифровом кабельном телевидении - это электрон­ная программа передач (ЭПП), выводимая на экран в виде меню телевизора, которое указывает номер и название принимаемых каналов, категорию программ, время передачи и т.п.

Как правило, middleware предоставляет абоненту и оператору разные уровни доступа к системе, и для каждого уровня доступа имеются интерфейсы с разными наборами возможностей, поэтому различают абонентский интерфейс для взаимодействия системы с пользователем и служебный (административный) интерфейс управ­ления, дающий расширенные возможности контроля, управления и конфигурирования сервисов.

В общем случае middleware поддерживает следующие функции системы IPTV:

• аутентификация и авторизация пользователей;

• предоставление графического интерфейса пользователя (GUI);

• поддержка передачи EPG-информации;

• управление передачей видеопотоков в реальном времени для пре­доставления сервисов в режиме multicast (как при ретрансляции ТВ каналов в реальном времени и при предоставлении услуги «виртуальный кинозал»);

• поддержка услуг, предоставляемых управляемыми видеосерве­рами в режиме unicast (сервис «видео по запросу», сервис PVR, сервис Time Shifting TV и т.п.);

• формирование пользовательского интерфейса STB;

• управление встроенным в STB собственным видеорекордером, который записывает видео на жесткий диск (если есть встроен­ный PVR);

• поддержка передачи телетекста;

• интерфейс управления учетными записями абонентов с подпис­кой на пакеты программ и другими услугами (т.е. сбор статисти­ки, доступной абоненту и оператору);

• интеграция с биллинговой системой.

Для создания middleware используют как лицензионные (плат­ные) программные продукты, так и открытое программное обеспече­ние, например Linux, SQL, HTTP, XML и Java и т.д.

Абонентский интерфейс может как располагаться па сервере в сети, так и быть «прошитым» в собственной памяти STB на уровне микропрограммного обеспечения (firmware). Также возможно использование оперативной памяти STB для «кэширования» абонентского интерфейса. Такие решения позволяют снизить объем трафика в сети и разгрузить сервер middleware.

Таким образом, middleware это важнейшая интегральная часть любого проекта IPTV. Разработке middleware должна предшествовать тщательная проработка общей системной задачи, определение всех возможных сервисов и последующая детализация ТЗ.

В действительности все функции и сервисы middleware трудно за­ранее определить во всех возможных деталях, и, как правило, при до­ведении проекта IPTV до стадии коммерческой эксплуатации middleware приходится не один раз дорабатывать под конкретную ситуацию. Например, в процессе работы решено изменить разбивку пакетов телепрограмм, что может потребовать новых опций middleware.

Абонентские терминалы

Наиболее распространенным видом абонентских терминалов (клиентских устройств) для обеспечения интерактивности в IPTV являются приставки для телевизора. Термин «устройство на ящике» STB (Set Top Box) появился еще в начале прошлого века, когда для простых радиоприемников (длинные и средние волны) выпускали приставки, позволяющие принимать короткие волны. Эти приставки-конвертеры (в просторечье - коробка) часто ставили в приемник.

Наибольшее количество STB (только фурма Motorola произвела 25 млн. STB) было выпущено для пользователей СКТ, так как СКТ до недавнего времени доминировали. Теперь начинается массовый выпуск STB для IPTB (только фирма ADB произвела 7 млн. STВ для IPTV). Иногда в литературе встречаются названия IP-STB (приставка для IPTV), C-STB (приставка для кабельного ТВ) и D-STH (приставка для обычного аналогового телевизора, позволяющая принимать передачи цифрового телевидения). Далее будем использовать только сокращение STB, полагая, что это IP-STB.

Современные STB достаточно дешевы и обладают большими воз-можностями: телезритель в режиме интерактива может выбирать, интересную побочную информацию к программе ТВ, делать повторы действия, смотреть происходящее в различных ракурсах, если в MPEG-потоке микшированы видеоданные от нескольких камер. К тому же на многих STB устанавливают дополнительное ПО для различных интерактивных сервисов. Приставки принято делить на три категории: вещательные (broadcast TV), расширенные (enhanced TV) и с усовершенствованными услугами (Advanced services).

Первые по сути дела осуществляют перевод IP-пакетов в MPEG, декодирование, дескремблироваиие и перевод телесигнала в аналоговый формат, так как большинство телевизоров у абонентов — ана­логовые. Такая приставка позволяет смотреть один MPEG канал из многих (если только телезритель не приобретал несколько при­ставок). Эта тенденция изменилась с появлением так называемых подчиненных приставок (slave-STB), т.е. подключаемых к основной, чтобы смотреть другой телевизор.

Простые и дешевые D-STB наверняка будут пользоваться спро­сом в России в связи с внедрением цифрового телевещания, так как большинство телезрителей долгое время будет эксплуатировать ана­логовые телевизоры и видеомагнитофоны. Эти STB будут выполнять роль цифровых адаптеров. В настоящее время такие STB предлага­ются провайдерами СКТ в форме отдельных адаптеров, позволяю­щих выделить и декодировать цифровые каналы. Ввиду того, что в большинстве городов будет внедрятся эфирное цифровое теле­вещание, телезрители (так же быстро, как в свое время и мобильные телефоны) начнут покупать STB. Это напоминает процесс освоения дециметровых диапазонов, когда вначале применялись приставки.

Большинство STB, предлагаемых как часть операторского под­писного пакета, предназначено для использования только в рамках этого пакета. Сегодня наблюдаются попытки создания более стан­дартизированных и трансформируемых STB. Поскольку ПО различ­ных приставок (AmiNET, Media High Way, ADB, Microsoft TV и др.) не всегда совместимо друг с другом, было объявлено о важном шаге на пути обеспечения совместимости интерактивных систем на базе DVB МНР (Multimiedia Home Platform): Европейский институт стан­дартизации в области телекоммуникаций (ETSI) стал единым кура­тором испытаний на соответствие техническим требованиям МНР. Голько STB, прошедшие эти испытания, могут использовать марку МНР.

Совершенствование STB первым делом коснулось возможности записывать нужные телепрограммы. Появились приставки со встро­енным видеорекордером (VR) на жестком диске. Другими словами, это был не просто видеорекордер, а интеллектуальный видеорекордер, работающий под управлением процессора STВ. Процессор такой усовершенствованной STB в пять раз мощнее, чем у простой STB. Это второе поколение абонентских терминалов, как уже более солид­ное (и более дорогое) изделие в англоязычной литературе называют PVR (Personal Video Recorder). Будем далее такой абонентский тер­минал просто называть PVR. Хотя на самом деле он является сим­биозом STB и цифрового видеомагнитофона. В нем запись осуществляется на встроенный жесткий диск HDD (Hard Disk Drive). Этот терминал способен либо в реальном времени принимать выбранную абонентом телепрограмму, либо по заранее запрограммированному таймеру принимать и записывать одну телепрограмму (а некоторые PVR — одновременно две, если телепрограммы разных каналов пе­рекрываются во времени). Если записываются две телепрограммы, то одна записывается сразу на HDD, а вторая вначале записывается в оперативную память и уже затем переносится на HDD. Программ­ное обеспечение PVR позволяет ему автоматически программировать время записи и номер (номера) ТВ каналов. Пользователь должен вызвать электронную телепрограмму (guide), отметить с помощью программы-навигатора в ней нужные телепрограммы (по принципу щелчка компьютерной мышки) и оставить PVR в ждущем режиме. На один HDD PVR может записать 80...100 часов видеоинформации. Особо понравившиеся фильмы и программы пользователь может затем переписать с помощью обычного видеомагнитофона или CDR- рекордера в свою личную видеотеку в нужном аналоговом или циф­ровом формате. Есть сообщения о разработке PVR, способных при записи телепрограмм исключать рекламные вставки, опознавая их по специальным маркерам, находящимся в начале и в конце каждого рекламного блока. Соответственно, если абонент запрограммирует опцию исключения рекламных вставок, то ему будет записана нужная телепрограмма без рекламных «прокладок». Это экономит как объем записываемых файлов, так и время пользователя.

Третьим и весьма перспективным видом абонентских термина­лов становятся домашние серверы-шлюзы, называемые еще центрами цифрового дома или медиацентрами МС (Media Center). Вычислительная мощность процессора МС на порядок больше, чем у STBпервого типа. Медиацентр содержит высокоскоростные интерфейсы для работы в домашней локальной сети.

Из зарубежных разработок известен МС Moxi Media Center (далее— Moxi МС). По сути дела он является PVR с временем за­писи видеопрограмм 60 ч. К нему можно подключать внешние HDD, увеличив время записи до нескольких сотен часов.

Для Moxi МС разработана оригинальная программа-навигатор Moxi Media Guide. Эта программа обеспечивает удобный поиск же­лаемого контента (например, по артисту, по режиссеру или по иным признакам) в электронных телепрограммах на ближайшие недели. Эта программа-навигатор обеспечивает планирование и управление записью заказанных телепрограмм на PVR. Системой навигаций можно управлять с помощью пульта дистанционного управления.

Moxi МС избавляет пользователя от пирамиды устройств на те­левизоре и рядом с ним (видеомагнитофон, спутниковый ресивер, STB, DVD-плеер, музыкальный центр и др.) и соответственно от батареи пультов дистанционного управления на журнальном столи­ке. Можно «коммутировать» потоки так, чтобы они следовали за пользователем по дому, например, освободившись от кухонной рабо­ты и присев отдохнуть на диван в гостиной, пользователь может «пе­ревести» за собой и любимый сериал, отослав детей досматривать мультик по телевизору в детскую. При этом не нужно переносить кассеты или устройства, не нужно тянуть проводку. Используются технологии цифровой записи, базирующиеся на методах непрерывно резервного копирования, они обеспечивают необходимую приостанов­ку обеих передач на время перемещения пользователя.

Итак, существует три класса абонентских устройств: STB, PVR и МС. Они выпускаются многими фирмами. Пока нет общих стандар­тов.

Несомненно, возобладает тенденция услож­нения абонентских устройств, т.е. крена в сторону создания муль­тимедийных центров (помимо Moxi есть удачные разработки фирм Samsung, TiVo Peplay, Thomson, Motorola, Pace и др.). Конкурентная борьба разворачивается не в плане создания «железа» (hard-ware), a в области написания должного ПО, стыкующегося с любыми систе­мами middleware илюбыми системами условного доступа (CAS).

Корпорации Intel и AMD также не остают­ся в стороне от этого большого сектора телекоммуникаций. Они, во-первых, активно участвуют в выработке единых международных стандартов на домашние медиацентры, а, во-вторых, создают специа­лизированные мощные двухъядерные процессоры, чипсеты и сетевые контроллеры к ним. В 2006г. были анонсированы системные платы для домашних медиацентров Intel-ViiV и AMD-Live.

Глава 3.

ПАССИВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕТИ ДЛЯ ДОСТАВКИ контентА IPTV

3.1 Основные топологии оптических сетей доступа

3.2 Принцип действия PON

3.3 Стандарты PON

3.4 APON

ОАО «Таттелеком» в апреле 2011 г. заявил о завершении первого этапа внедрения новой технологии прокладки оптических сетей PON (Passive Optical Network). Презентация прошла в опытной зоне, где по этой технологии подключены уже 3 дома с общим охватом в 515 квартир. В тестовом режиме (абсолютно бесплатно) сейчас подключены 76 абонентов – квартиры и офис управляющей компании жилого комплекса «Казань 21 век».

Технология PON открывает абонентам ОАО «Таттелеком» абсолютно новый виртуальный мир. PON позволяет подключить комплекс услуг сети передачи данных в каждую квартиру (телефон+Интернет+интерактивное телевидение IP TV), при этом обеспечивая отличную скорость. Скорость доступа по GPON на последней миле (то есть на кабеле, уже входящем в квартиру) значительно выше, чем у сети, построенной по технологии предыдущего поколения (ETHERNET по витой паре - 100Мбит/С), и абсолютно не сравнима с ADSL по медной паре, где скорость не превышает 24 мбит/с.

По сравнению с этими уже классическими технологиями организации доступа GPON обеспечивает качество и практически исключает зависания или отключения. А учитывая то, что здесь отсутствует взаимное влияние, как в многопарном кабеле (ADSL), технология гарантирует постоянную скорость без потери информационных пакетов, что особенно важно для передачи мультимедиа.

Что при этом получает пользователь: скорость до 2.5 гбит, доступ к ТВ, СПД, телефонии даже при отключении света (при обеспечении пользователем бесперебойного питания модема). Отсутствие влияния других пользователей в пучке магистрального кабеля: то есть, нет потери пакетов, минимальные задержки. Возможность увеличения скорости доступа без замены кабеля в квартире. Еще одно преимущество PON – стоимость услуг, предоставляемых по этой технологии, не будет существенно отличаться от тарифов на услуги, предоставляемые по технологиям предыдущего поколения.

Сервисы, доступные при использовании технологии PON:

• Голосовые услуги. Дает возможность использовать аналоговые телефонные линии (FXS порты), IP телефония (VoIP), Skype.

• Web-технологии: Работа с персональными Web-сайтами, блогами и сайтами для социального общения на высоких скоростях.

• Сервисы, ориентированные на удаленном хранении информаци: дает возможность создавать персональные хранилища файлов в Internet, полезен, в особенности, для домашних работников и цифрового фото.

• Игровые приставки нового поколения (Microsoft Xbox 360): высокая скорость доступа к сети для игр в режиме on-line.

• Обмен файлами. Дает возможность быстрого скачивание ресурсов с FTP-серверов.

• IP телефидение (IP-TV).

• Увеличение количества видеопотоков. Одновременный прием нескольких видеопотоков. Развитие сервисов PVR (персональный видеомагнитофон).

• Кабельное телевидение (CTV).

• Телевидение высокой четкости (HDTV).