Současné a budoucí možnosti řešení přístupové sítěpro IPTV

Transkript

1 Rok / Year: Svazek / Volume: Číslo / Number: Současné a budoucí možnosti řešení přístupové sítěpro IPTV Current and Future Possibilities and Solutions of Access Network for IPTV Jaroslav Krejčí, Pavel Lafata krejcja1@fel.cvut.cz, lafatpav@fel.cvut.cz Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze Abstrakt: Článek analyzuje současné a budoucí možnosti distribuce vysílání IPTV v přístupové síti. Jsou popsány typic-ké nároky na přenosové rychlosti a další parametry přístupo-vých sítí nezbytných pro spolehlivý příjem IPTV vysílání, pří-spěvek rovněž obsahuje rozbor nejčastěji se vyskytujících rušení a nepříznivých vlivůna kvalitu vysílání. Vzhledem k postupnému rozvoji optických přístupových sítí je v článku představena možná varianta pasivní optické přístupové sítě upravená pro distribuci televizního vysílání a IPTV. Abstract: The paper deals with current and future possibilities of IPTV transmission in access network. It is described to typically requirements for transfer rate and other parameters of access networks, which are necessary for reliable income of IPTV. Report also contains analysis of most frequently occurring disturbances and adverse effects on the image quality. The considering progressive development of optical access networks, in the paper it is mentioned possible alternative - passive optical access network adapted to distribute television broadcasting and IPTV.

2 Současné a budoucí možnosti řešení přístupové sítě pro IPTV Jaroslav Krejčí, Pavel Lafata Katedra telekomunikační techniky, Fakulta elektrotechnická, České vysoké učení technické v Praze {krejcja1, lafatpav }@fel.cvut.cz Abstrakt Článek analyzuje současné a budoucí možnosti distribuce vysílání IPTV v přístupové síti. Jsou popsány typické nároky na přenosové rychlosti a další parametry přístupových sítí nezbytných pro spolehlivý příjem IPTV vysílání, příspěvek rovněž obsahuje rozbor nejčastěji se vyskytujících rušení a nepříznivých vlivů na kvalitu vysílání. Vzhledem k postupnému rozvoji optických přístupových sítí je v článku představena možná varianta pasivní optické přístupové sítě upravená pro distribuci televizního vysílání a IPTV. 1 ÚVOD Pro distribuci digitálního televizního a rozhlasového lze v současnosti použít několik cest, nejčastěji se jedná především o satelitní vysílání (DVB-S, DVB-S2), kabelové vysílání (DVB-C), pozemní digitální vysílání (DVB-T, DVB-T2) mobilní vysílání (DVB-H) a dále také IPTV. IPTV (Internet Protocol Televison) představuje televizní a rozhlasové vysílání a také video na přání VoD (Video on Demand) poskytované přes vysokorychlostní datové sítě pomocí běžného internetového protokolu IP. Pro koncového uživatele se IPTV služba chová a funguje jako běžné televizní vysílání. Z pohledu poskytovatele IPTV služba představuje zpracování a spolehlivé poskytování video a audio obsahu prostřednictvím lokálních datových nebo přístupových telekomunikačních sítí založených na IP protokolu. Základními požadavky při distribuci IPTV jsou zejména dostatečná úroveň kvality služby QoS (Quality of Service) zajišťující kvalitu prožitku uživatele QoE (Quality of Experience), dále např. dostatečné zabezpečení dat při přenosu, interaktivita pro specifické aplikace, spolehlivost aj. Digitální televizní signál je na straně poskytovatele vhodně komprimován, nejčastěji pomocí MPEG-2, MPEG-4/H.264 nebo VC-1, a dále přenášen páteřní sítí (např. SDH, IP/MPLS aj.) do přístupové sítě (tzv. poslední míle) až ke koncovému uživateli. Zde v prostoru koncového uživatele je přístupová síť zakončena (např. pomocí xdsl modemu, či optické síťové jednotky ONU) a signál IPTV je veden do IP set-top boxu (IP STB). Ten následně provádí dekódování přicházejících IP paketů obsahujících digitální televizní signál a převádí je na videosignál ve formátu vhodném pro uživatelův televizor [1]. Celý tento distribuční řetězec je znázorněn na obr. č. 1. Současné přístupové sítě jsou tvořeny zejména digitálními účastnickými přípojkami xdsl, případně bezdrátovými sítěmi WiFi. Vzhledem k omezené kapacitě těchto přístupových sítí, není možné ke každému uživateli vysílat celou programovou nabídku daného poskytovatele, proto je nejčastěji vysílán typicky jen jeden zvolený televizní kanál. Avšak i tento jeden kanál vyžaduje takovou přenosovou rychlost a propustnost, že pro spolehlivou distribuci IPTV vysílání lze v praxi použít pouze varianty xdsl (Digital Subscriber Line) přípojek, které nabízí vysokou přenosovou rychlost v sestupném směru, tedy např. ADSL2+, VDSL či VDSL2. Tyto přípojky vhodně využívají stávající symetrické páry a místní metalické rozvody původně určené pro analogovou telefonii pro realizaci vysokorychlostních datových sítí. Nevýhodou tohoto řešení je však značná závislost přenosové rychlosti na vzdálenosti mezi koncovým modemem a přístupovým multiplexorem DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexor) na straně Obrázek 1: Distribuční řetězec IPTV 64 1

3 Technologie Standard ITU-T Max. rychlost sestupně [Mbit/s] Max. rychlost vzestupně [Mbit/s] Linkový kód/modulace Metoda duplexního přenosu SHDSL G ,3 2,3 16-PAM EC Použití přenos E1, připojení LAN, Frame Relay ADSL G DMT FDD, EC přístup na ADSL2 G DMT FDD, EC Internet, IPTV, služby ADSL2+ G DMT FDD, EC VoD VDSL G nebo 26 6,4 nebo 26 QAM DMT FDD VDSL2 G DMT FDD multimediální přístup na Internet, IPTV, HDTV VoD Tab. č. 1: Nejčastější varianty xdsl přípojek a možnost jejich použití pro distribuci IPTV [2], [3] provozovatele. Výkonnost xdsl přípojek je rovněž negativně ovlivněna přítomností rušení z okolních zdrojů, přeslechů vznikajících mezi jednotlivými přípojkami v rámci jednoho metalického kabelu aj. Tyto jevy často negativně ovlivňují i kvalitu vlastního přenášeného televizního obsahu. 2 PŘENOS IPTV V SÍTÍCH XDSL Tab. č. 1 obsahuje souhrnné parametry nejčastějších typů digitálních xdsl přípojek, kde jsou dále vyznačeny varianty vhodné pro distribuci IPTV vysílání. Dosahované přenosové rychlosti jsou rovněž ovlivněny parametry přenosového prostředí, v tomto případě metalických kabelů, které v případě přístupových sítí obsahují typicky až stovky symetrických párů. 2.1 RUŠENÍ V PROSTŘEDÍ XDSL PŘÍPOJEK A JEHO VLIV NA PŘENOS IPTV Při přenosu signálů působí vedle vlastností symetrických párů (měrný útlum) také vzájemné vazby mezi jednotlivými páry v kabelu a rušivé vlivy z okolí. Rušení snižuje odstup užitečného signálu od šumu a tím snižuje informační propustnost kanálu. Podle typu zdroje rušení lze rozlišit zejména přeslech na blízkém konci (NEXT), přeslech na vzdáleném konci (FEXT), radiové rušení (RFI) a impulsní rušení [4]. Přeslech na blízkém konci NEXT (Near End Crosstalk) vzniká přenosem části signálu ze zdroje (rušícího páru) do ostatních párů (rušených párů) umístěných v tomtéž kabelu pomocí kapacitních a induktivních vazeb a šíří se směrem k témuž konci kabelu. Přeslech na vzdáleném konci FEXT (Far End Crosstalk) vzniká stejným způsobem, na rozdíl od přeslechu NEXT se však projevuje na opačném konci vedení. Mezi další významné typy rušení patří radiové rušení RFI (Radio Frequency Interference), které ovlivňuje všechny páry v kabelu a to v celém kmitočtovém pásmu s různou intenzitou. Radiové rušení může být navíc v každém páru různé a časově proměnné. Nejkritičtější částí rušení je ta, která leží ve stejném frekvenčním pásmu jako přenášený signál, tedy např. v případě přípojek ADSL rušení od radiových vysílačů středních vln. Impulsní rušení je způsobeno různými zdroji (nejčastěji z energetické sítě), které generují krátké přechodové jevy, jež mohou mít v přístupové síti za následek vznik shluků chyb při digitálním přenosu. Obr. č. 3 zobrazuje dopad impulsního rušení na přenos obrazu (Obr. č. 3 byl získán na základě provedených měření bližší informace o metodice v [1]). Impulsní rušení nelze zcela odstranit, ale jeho vliv lze potlačit například použitím opravných kódů a pomocí prokládání dat [5]. Důsledkem těchto rušivých vlivů může být omezena propustnost přípojky, nebo nastat chyby při přenosu dat, na které jsou multimediální služby s přenosem obrazu a zvuku v reálném čase zvláště citlivé. Paketový režim přenosu dat použitý v IP sítích může rovněž negativně ovlivnit výslednou kvalitu přenášeného video toku v několika ohledech. Jde zejména o zpoždění (latency), změnu pořadí paketů (packet order), kolísání zpoždění (jitter) a ztrátu paketů (packet loss). Výčet možných chyb a deformací vzniklých vlivem je zobrazen v tab. č. 2. Celkové zpoždění (latency) je čas, který uplyne od odeslání zprávy zdrojovým uzlem po její přijetí v uzlu cílovém; zahrnuje zpoždění v přenosové trase a na zařízeních, které jsou její součástí. Změna pořadí paketů (packet order) je přímým důsledkem kolísání zpoždění i principem individuálního směrování každého paketu. Kolísání zpoždění (jitter) způsobuje přetečení nebo podtečení vyrovnávací paměti v set-top boxu. Ztrátovost paketů (packet loss) je průměrný počet ztracených paketů za určité období vyjádřený v % vzhledem k celkovému počtu přenesených paketů. Zpoždění přenosem sítí (delay) jedná se o čekání (zpoždění) paketů při přenosu ze zdrojového uzlu do cílového uzlu na prvcích, kterými paket prochází při směrování k cíli. 64 2

4 Deformace zvuku Deformace Ztráta synchronizace zvuku a obrazu (Lip Sync) Šum ve zvuku Ztráta zvuku Kostičkování obrazu Typ 1 Možná příčina Ztráta synchronizace mikrofonu, špatné A/V multiplexování, chyba set-top boxu Ztráta paketů Ztráta paketů Ztráta paketů, malá přenosová rychlost Kostičkování obrazu Typ 2 Deformace videa Ztráta paketů, malá přenosová rychlost Trhání obrazu Zamrznutí obrazu Žádný obraz Rozostření obrazu Šum v obraze Ztráta paketů, vysoký jitter, chybný systémový čas, ztráta synchronizace Hlavně ztráta paketů, vysoký jiter, chybný systémový čas, ztráta synchronizace Výpadek příjmu video signálu, přílišná ztráta paketů, ztráta synchronizace Chyba kodéru, set-top boxu, kamery Chyba kodéru, set-top boxu, kamery Tabulka 2: Výčet možných chyb a deformací vzniklých vlivem rušení Obr. č. 3: Vliv impulsního rušení na přenos obrazu 2.2 Požadované přenosové rychlosti Tab. č. 3 podává přehled a srovnání typicky požadovaných přenosových rychlostí pro některé základní aplikace a služby v přístupové síti. Údaje byly čerpány především z [6], [7] a uvedené hodnoty platí vždy pro jednu aktivní službu (např. jeden TV kanál, jeden kanál rozhlasu apod.). Z porovnání přenosových rychlostí jednotlivých služeb vyplývá, že náročné multimediální služby, jako je např. IPTV, VoD a obecně distribuce TV vysílání a videa ve vysokém rozlišení (HD), vyžadují několikanásobně vyšší přenosovou 64 3

5 rychlost (v závislosti na typu použitého kodeku a kompresi) v porovnání s ostatními telekomunikačními službami pro přenos hlasu či dat. Aplikace Typicky požadovaná přenosová rychlost [Mbit/s] Hovorové služby 0,064 Běžná práce na Internetu (http) 1-2* Stahování fotografií, obrázků 6 Mpix 2 Video telefonie 2 Poslech online rozhlasu (streamované vysílání rádia) 0,128 Online hry a zábava 2 TV vysílání ve standardním rozlišení - SDTV MPEG-2 TV vysílání ve standardním rozlišení - SDTV MPEG-4/H.264 TV vysílání ve vysokém rozlišení - HD- TV MPEG-2 TV vysílání ve vysokém rozlišení - HD- TV MPEG-4/H.264 TV vysílání ve formátu LSDI - MPEG-4 od 4,5 od 3,5 od 20 od 8 maximálně 240, 300** Tabulka 3: Porovnání typických přenosových rychlostí některých základních služeb Pozn.: * Statisticky získaný údaj pro chování typického koncového uživatele. ** Předpokládané maximální hodnoty datového toku pro různé složkové kódování barev a rozlišení obrazu. Tyto nároky se budou nadále zvyšovat, v doporučení ITU-T J.601 [8] byly definovány nové formáty pro distribuci videa a TV vysílání LSDI (Large Screen Digital Imagery) s velmi vysokým rozlišením (rozlišení 3840x2160 a 7680x4320), pro které je uvažován datový tok až 240 či 300 Mbit/s. Obrazové parametry v současnosti nejrozšířenějších formátů videa SD a HD představuje následující porovnání (Tab. č. 4). Následující obr. č. 4 prezentuje graf naměřených a simulovaných závislostí přenosových rychlostí na délce vedení pro technologii ADSL2+ (varianta FDD over ISDN). Graf také obsahuje vyznačené hraniční přenosové rychlosti pro jednotlivé typy IPTV vysílání. Ze vzájemného porovnání je patrný výrazný pokles přenosových rychlostí v případě ovlivnění použité ADSL2+ přípojky rušícími profily A, B, které simulují vliv přeslechů od ostatních přípojek v kabelu a které představují typické přenosové rychlosti dosahované v běžné přístupové síti. Průběhy bez rušení, rušení A a rušení B byly získány pomocí online programu Simulátor přípojek xdsl [9]. Průběh ADSL2+ naměřený byl získán měřením v laboratorních podmínkách (pouze šum na pozadí) bez umělého vkládání rušení a jiných xdsl systémů v kabelu. Standardní televize (SDTV) Televize s vysokým rozlišením (HDTV) Formát 4:3 nebo 16:9 16:9 Rozlišení Zvuk Snímky 576 aktivních řádků, 720 obrazových bodů na řádek (720x576) mono nebo stereo Prokládané (i) 720 nebo 1080 aktivních řádků, 1280, 1440 nebo 1920 obrazových bodů na řádek (1280x720, 1440 x 1080, 1920x1080) Zvuk 5.1 Dolby Digital (surround) prokládané (i) nebo neprokládané (p) Tabulka 4: Přehled parametrů současných formátů videa Použité modelové profily rušení A a B představují typické situace, které se v přístupové síti tvořené xdsl přípojkami mohou vyskytnout. Model A je určen pro modelování vysoké úrovně přeslechového rušení a představuje situaci v kabelu, který obsahuje stovky symetrických párů. V tomto simulovaném kabelu je zároveň provozováno 90 systémů SDSL, 90 systémů ISDN-BA s linkovým kódem 2B1Q, 40 systémů HDSL a v dvou párové konfiguraci, dalších 90 párů symetrických vedení je využíváno pro systémy ADSL souběžně s PO- TS a nakonec je dalších 90 párů používáno pro systémy ADSL provozovaných souběžně s ISDN-BA. Model B je určen pro modelování situace se střední úrovní rušení. Testovaný systém xdsl je používán v kabelu s desítkami symetrických párů, z nichž většina je již obsazena jinými přenosovými systémy 15 párů je využito pro SHDSL, 10 párů pro ISDN-BA (2B1Q), 4 systémy HDSL (2B1Q) ve dvou párové konfiguraci, 10 párů je využito pro systém ADSL-lite a nakonec na 5 párech vedení je systém ADSL over ISDN. Z obr. č. 4 je vidět, že vlivem rušení (A nebo B) je možný přenos pouze 1 kanálu HDTV vysílání do vzdálenosti přibližně 2 km na technologii ADSL2+. Jeden televizní kanál ve standardním rozlišení (SDTV) je pak možné přenášet do vzdálenosti zhruba 3,5 km v závislosti na použité kompresní technice (MPEG-2, MPEG-4/H.264, příp. VC-1) a poměru komprese. 3 Optické přístupové sítě Z předchozích závěrů, výsledků a údajů v tab. č. 3 je zřejmé, že pro pokrytí budoucích požadavků náročných multimediálních služeb, zejména distribuce TV vysílání a videa ve vysokém (HD) rozlišení, bude potřeba podstatným způsobem navýšit přenosové kapacity a celkovou výkonnost přístupových sítí. Současná řešení pro pokrytí běžných domácností či menších firemních subjektů jsou založena převážně na digitálních metalických přípojkách xdsl, rozvodech kabelové televize po koaxiálních vedeních CATV či bezdrátových sítích WiFi. Z pohledu efektivního využití a celkové kapacity se však tyto uvedené systémy již blíží ke svým maximálním výkonnostním hranicím, které jsou dány zejména limity použitých přenosových médií metalická vedení v případě přípojek 64 4

6 xdsl a bezlicenční frekvenční pásma pro bezdrátové sítě. Jedním z perspektivních způsobů pro vytvoření výkonných přístupových sítí s dostatečnou přenosovou kapacitou je použití optických vláken a vybudování potřebné optické infrastruktury pro provoz optických přístupových sítí. Obrázek 4: Závislost přenosové rychlosti přípojky ADSL2+ na překlenutelné vzdálenosti Mezi nejperspektivnější řešení z oblasti optických přístupových sítí jsou považovány zejména pasivní optické sítě PON (Passive Optical Network), pomocí nichž bude možné efektivně přivést optické vlákno až k samotným koncovým uživatelům FTTH (Fiber To The Home). Tam, kde je požadavek na částečné zachování původních metalických rozvodů a lokálních metalických sítí například z důvodu úspory nákladů na vybudování síťové infrastruktury, vznikají hybridní optickometalické přípojky, označované zkratkou FTTC, FTTB (Fiber To The Curb, Building) [10]. Současná generace pasivních optických přístupových sítí, představovaná zejména variantami GPON (Gigabit PON), EPON (Ethernet PON) a nově rovněž 10GEPON (10 Gigabit EPON), nabízí dostatečnou přenosovou kapacitu pro plné pokrytí současných nároků na přenosové rychlosti, překlenutelnou vzdálenost aj. [11], [12]. S ohledem na odhadovaný vývoj a růst požadavků pro budoucí aplikace je však již dnes zřejmé, že bude nutné přenosové parametry těchto optických sítí dále zvyšovat. V úvahu přichází zejména využití vlnového multiplexování WDM (Wavelength Division Multiplex) a přenos většího množství vlnových délek v jednom optickém vlákně [13]. Potřeba vysoké přenosové rychlosti v případě budoucích náročných multimediálních služeb (např. LSDI) povede k plnému využití optické přístupové infrastruktury. Kromě zvyšování přenosové rychlosti však bude narůstat i narůstat požadavek na více souběžných toků IPTV v rámci jedné domácnosti. Z údajů a odhadů uveřejněných v [7], které vychází z průzkumů uživatelů optických přípojek FTTx (zejména z východní Asie a USA) vyplývá, že v rámci jedné domácnosti mohou být zároveň spuštěny až 3 kanály HDTV vysílání, což v případě použití pokročilé komprese videa pomocí standardu MPEG-4/H.264 představuje výslednou potřebnou přenosovou rychlost až téměř 30 Mbit/s. Při uvažování videa ve formátu LSDI lze dospět k požadovaným přenosovým rychlostem řádově až 1 Gbit/s na uživatele, což navozuje představu sítě PON budoucnosti s celkovou rychlostí 100 Gbit/s. Rozšiřování optických přístupových sítí v praxi však dnes naráží zejména na problém vysokých vstupních nákladů na vybudování optické síťové infrastruktury a optických distribučních sítí ODN (Optical Distribution Network) a vysokých pořizovacích nákladů optických koncových jednotek a zařízení. Za účelem snížení těchto nákladů proto vzniklo několik možných řešení, jedním z nich je již představená varianta hybridních opticko-metalických přípojek FTTx, dále pak použití levnějších plastových optických vláken POF (Plastic Optical Fiber) pro koncové úseky optické sítě aj. Neméně nákladné pro lokální poskytovatele síťového připojení a služeb je výměna jejich stávajících systémů a vybavení pro správu, řízení, monitorování sítě a pro poskytování služeb koncovým uživatelům. Z tohoto důvodu vzniklo několik možných návrhů pro částečné zachování již vybudované síťové infrastruktury a zakoupených koncových zařízení a jednotek. Lze se setkat s koncepcemi označovanými jako DPON (DOCSIS PON) [14] či RFoG (Radio Frequency over Glass). 64 5

7 4 DPON Jednu z možností takovéto kombinované sítě představuje varianta označovaná jako DPON (DOCSIS PON) či DEPON (DOCSIS EPON). Toto řešení bylo navrženo zejména pro poskytovatele místních sítí a služeb prostřednictvím rozvodů koaxiálních kabelů pro kabelové televize CATV. Tyto sítě jsou v praxi vybudovány nejčastěji v hustě obydlených městských aglomeracích a z původního účelu distribuce TV vysílání se postupně vyvinuly do podoby plnohodnotného přístupového řešení pro koncové uživatele. Struktura sítě představuje typicky rozvětvenou stromovou strukturu s použitím trasových rozbočovačů a zesilovačů. V centrálním prostoru poskytovatele se nachází koncové zařízení označované CMTS (Cable Modem Termination System, či také Headend), které provádí zejména modulaci/demodulaci přenášených signálů a řízení a správu kabelových modemů CM (Cabel Modem), které jsou umístěny u jednotlivých koncových uživatelů. Do nezbytného vybavení provozovatele sítě dále patří systém pro registraci koncových uživatelů, systém správy adres a jejich řízení, billingový systém pro fakturaci a správu poplatků, databázové systémy pro ukládání síťových událostí aj. Vzájemnou komunikaci a pravidla obousměrného přenosu mezi kabelovými modemy a koncovým zařízením CMTS specifikuje standard DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) v aktuální verzi 3.0, více viz [15]. Z pohledu provozovatele představují pořizovací náklady na dodatečné systémy a nástroje pro správu, řízení a monitorování sítě rovněž nemalou část celkových nákladů. Vznikl proto požadavek na jejich zachování a integraci do uvažovaných pasivních optických sítí PON. Výsledkem je navržená varianta DPON, která kombinuje parametry a výhody pasivní optické přístupové sítě (uvažována zejména varianta EPON díky nativní podpoře protokolu Ethernet) se strukturou a funkcemi stávajících kabelových sítí rozvodu CATV. Předpokládané uspořádání tohoto řešení představuje následující obr. č. 5 Obrázek 5: Návrh řešení sítě DPON Vlastní přístupová síť je řešena na principu pasivní optické přístupové sítě, tedy rozvětvená stromová topologie s použitím optických vláken a pasivních optických rozbočovačů. V prostoru koncových uživatelů se počítá s použitím standardních optických síťových jednotek ONU (Optical Network Unit) a na straně provozovatele bude optická síť zakončena pomocí jednotky optického linkového zakončení OLT (Optical Line Termination). Z pohledu vrstvového modelu RM-OSI bude optická přístupová síť zajišťovat funkce pouze dvou spodních vrstev tedy vrstvy fyzické a spojové. Pasivní optická síť bude provádět zejména registraci a přihlašování optických síťových jednotek ONU, nastavení přenosových parametrů optické části sítě, procedury měření zpoždění, nastavení vhodných vysílacích úrovní aj. [11]. Funkce vyšších vrstev bude odpovídat jednotlivým vrstvám standardu DOCSIS a jejich realizaci převezme emulační softwarové vybavení v použitých optických jednotkách. Toto řešení umožní využití stávajících obslužných a podpůrných systémů pro správu a řízení dosavadní sítě, neboť koncové optické jednotky ONU i OLT se budou navenek chovat jako původní koncová zařízení CMTS a CM. Hlavní úkol řízení uvedeného řešení převezme nově implementované centrální zařízení označované DOCSIS Management server, které bude vykonávat komplexní správu a řízení celé DPON sítě. Jeho úkolem bude tedy zejména řešit vzájemnou spolupráci a předávání důležitých informací a řídících zpráv mezi stávajícími systémy správy a řízení sítě a vlastní jednotkou optického linkového zakončení OLT. V rámci této činnosti bude provádět konverzi a převod služebních a řídících zpráv mezi formátem použitým v pasivní optické síti a formátem komunikace řídících, kontrolních a databázových systémů zachovaných z původní kabelové sítě. Tento princip je znázorněn na obr. č

8 Obrázek 6: Způsob komunikace mezi jednotlivými částmi DPON sítě Při prvním spuštění sítě nejprve zařízení DOCSIS Management server (DM server) získá z centrálního DHCP serveru základní informace o konfiguraci a správě adres koncových zařízení v celé síti. Souběžně s tím proběhne proces inicializace optické části sítě, registrace optických síťových jednotek ONU, nastavení parametrů optického přenosu apod. Následně DM server stáhne z lokálního TFTP serveru konfigurační soubor určený pro nastavení parametrů koncových zařízení a jednotek a zahájí úvodní proces, ve kterém proběhne nejprve konfigurace vlastního DM serveru, následně je provedena konverze konfiguračních souborů a parametrů sítě do formátu služebních zpráv použité pasivní optické sítě a prostřednictvím jednotky OLT jsou tyto zprávy odeslány všem aktivním optickým síťovým jednotkám ONU. Tímto procesem jsou vytvořeny virtuální kabelové modemy CM nad optickými jednotkami ONU a jednotka CMTS pracující nad jednotkou optického linkového zakončení OLT. Takto vytvořené virtuální jednotky pak již standardně komunikují s ostatními zařízeními a servery v síti, potřebnou konverzi formátu zpráv zprostředkovává DM server. Uvedené řešení DPON přístupové sítě bylo prozatím navrženo pouze teoreticky. Jeho výhodou je možnost zachování části již existují kabelové sítě systémů a serverů pro její správu, řízení a monitorování. Na druhou stranu však bude potřeba implementovat vhodný systém pro konverzi formátů a komunikace mezi optickou částí sítě a původní zachovanou infrastrukturou. Toto řešení by tedy mohlo mít negativní vliv na některé přenosové charakteristiky sítě, její spolehlivost a nabízí se tedy otázka, zda není vhodnější přebudovat síť čistě pouze pomocí prvků pasivní optické sítě. Současná generace pasivních optických sítí GPON i EPON má totiž již implementovanou podporu přenosu a distribuce videa a triple play služeb. 5 závěr Pomocí IPTV je možné distribuovat ucelenou nabídku programů, je také možné přijímat televizní kanály, jejichž příjem není běžně dostupný z jiných zdrojů (DVB-T, DVB-S, aj.). Nevýhody současného systému distribuce IPTV vysílání vyplývají převážně z charakteristik a omezení použitých přenosových médií v přístupových sítích v praxi převážně metalických kabelů. V případě IPTV provozované na technologii xdsl představuje limit zejména dosahovaná přenosová rychlost použité digitální přípojky. Tato rychlost je závislá na vzdálenosti uživatelova modemu od jednotky DSLAM, kde s rostoucí vzdáleností rychlost rapidně klesá a kromě toho je rovněž negativně ovlivněna rušením a přeslechy v metalickém kabelu. Pro přenos jednoho televizního kanálu ve standardním rozlišení je technologie ADSL2+ dostačující do vzdálenosti přibližně 3,5 km (závisí na kompresní metodě MPEG- 4/H.264) od jednotky DSLAM. Při vysílání dvou televizních kanálů současně na jedné telefonní přípojce už však vzniká problém, vzhledem k tomu, že pro kvalitní příjem je potřeba přenosová rychlost alespoň 10 Mbit/s. Z toho vyplývá, že v takové situaci je překlenutelná vzdálenost od jednotky DSLAM typicky 1 km a pro vyšší počet souběžně přenášených televizních kanálů již není technologie ADSL2+ dostačující. Televizní kanál ve vysokém rozlišení je na technologii ADSL2+ možné distribuovat jen do vzdálenosti cca 1 km a to pouze jen jeden samostatný kanál, v případě požadavku na jejich vyšší počet již technologie není vhodná. Pro další zvýšení přenosové rychlosti je možné použít digitální přípojky VDSL či VDSL2, které umožní současný přenos více TV kanálů i ve vyšším rozlišení, avšak na úkor krátkého dosahu ve stovkách metrů, maximálně do vzdálenosti 1 km. Mezi další perspektivní alternativy pro poskytování IPTV v přístupové síti patří např. technologie PLC (Powerline Communication) přenos dat po elektrických rozvodech NN a VN. Uplatnění může nalézt zejména v rozlehlých objektech, kde nelze či je problematické vybudovat samostatnou datovou síť (např. rozvod strukturované kabeláže) a využití silových vedení je tak jednou z možností. Nedostatkem této technologie je problém s rušeními a EMC (elektromagnetickou kompatibilitou). Možnost distribuce IPTV pomocí digitálních přípojek xdsl byla diskutována v kapitole 2 tohoto článku. Je zřejmé, že přenosové rychlosti nabízené dnes nejběžnější variantou ADSL2+ nejsou z pohledu budoucích multimediálních aplikací již dostačující. Zavedením digitálních přípojek VDSL2 by se situace xdsl přípojek zřejmě zlepšila, bylo by však nutné nejprve odstranit některé negativní jevy, které vznikají v prostředí mnohapárových metalických kabelů (přeslechy, rušení), což by si vyžádalo dodatečné náklady a úpravu přístupové infrastruktury (zavedení modulace VDMT, dynamické správy spektra, aj.). Z bezdrátových technologií je jednou z perspektiv WiMAX, kde lze dosáhnout přenosových rychlostí až 75 Mbit/s při vzdálenostech 10 km (zástavba) až 50 km (volný prostor teoretické maximum) s podporou služby QoS. Sou- 64 7

9 časné bezdrátové standardy WiFi (802.11a, b, g, n) nejsou pro poskytování náročných multimediálních služeb příliš vhodné, zejména s ohledem na omezené možnosti pásma 2,4 GHz, problémy s kolísáním zpoždění, rušeními, interferencemi, odrazy apod. Ze současných trendů je zřejmé, že nároky multimediálních služeb, a tedy i IPTV, budou dále narůstat. Těmto nárokům však současná řešení využívající převážně metalická vedení nebudou již brzy dostačovat. Stále častěji se tak budou uplatňovat optické přístupové sítě (GPON, EPON, 10GEPON) dnes již běžné např. v Japonsku. Částečné zachování stávajících podpůrných systémů a vybudované infrastruktury současných kabelových operátorů nabízí např. uvažovaná varianta DPON, též označovaná jako DOCSIS 4.0. Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory Výzkumného záměru MSM LITERATURA [1] KREJČÍ, J., ZEMAN, T.: Úvod do IPTV. Access server [online]. 2008, roč. 6, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [2] VODRÁŽKA, J.: Přehled systémů pro metalické přípojky. Access server [online]. 2004, roč. 2, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [3] ŠIMÁK, B., VODRÁŽKA, J., SVOBODA, J.: Digitální účastnické přípojky xdsl - Díl vyd. Praha: Sdělovací technika, s. ISBN X. [4] VODRÁŽKA, J.: Přenosové systémy v přístupové síti. [s.l.], Nakladatelství ČVUT, s. ISBN [5] VODRÁŽKA, J.: Vliv radiového rušení na přípojky xdsl. Access server [online]. 2006, roč. 4, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [6] GIRARD, A.: FTTx PON, Technology and Testing. EXFO Electro-Optical Engineering Inc., Quebec City, Canada ISBN [7] El-SAYED, M.: Fiber-To-The-X: Technologies & Economics. IEEE Xplore [online], [cit ]. 13th Internation Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium. Networks 2008, Budapest, Hungary. Dostupný z < [8] ITU-T: J Transport of Large Screen Digital Imagery (LSDI) applications for its expanded hierarchy. ITU-T, November 2005, [online], [cit ]. Dostupný z < [9] VODRÁŽKA, J., JAREŠ, P., HUBENÝ, T.: Simulátor přípojek xdsl. Matlab server [online]. 2007, č , [cit ]. Dostupný z < >. [10] LAFATA, P., VODRÁŽKA, J.: Rozvoj přípojek FTTx. Elektrorevue [online]. 2010, roč. 12., [cit ]. Dostupný z < cni-technologie/>. ISSN [11] LAFATA, P., VODRÁŽKA, J.: Pasivní optická síť GPON. Access server [online]. 2009, roč. 7, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [12] LAFATA, P.: Pasivní optická přístupová síť EPON. Access server [online]. 2009, roč. 7, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [13] LAFATA, P.: Pasivní optické sítě WDM-PON. Access server [online]. 2009, roč. 7, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN [14] BRONSTEIN, V., O CONNOR, M.: DOCSIS Management for Ethernet PON Network. Ethernet Academy Articles [online], November [cit ]. Dostupný z WWW : < /Ethernet-Academy-Articles/docsisnetwork-management-architecture-for-ethernetpon-networks.html> [15] HÁJEK, J.: Vývoj standardů pro kabelové modemy. Access server [online]. 2005, roč. 3, č , [cit ]. Dostupný z >. ISSN