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| Arquitectura |
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O sistema IPTV pode ser dividido em três sub-arquitecturas:
· Instalação principal (lado do operador), que compreende a grande inteligência do sistema IPTV;
· Instalações regionais onde pode, ou não, haver equipamentos idênticos aos existentes no core da
rede do operador, dependendo se a arquitectura é centralizada ou distribuída;
· Instalações do cliente.
Neste trabalho será ainda dado enfâse às redes de acesso, que podem diferir de operador para operador,
ou até mesmo, diferindo dentro do mesmo operador.
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| IPTV sobre xDSL |
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Nas soluções de IPTV através da Internet (sobre xDSL), o equipamento IPTV emissor envia streams para os utilizadores finais (clientes) utilizando ligações TCP (Transmission Control Protocol) ou UDP (User Datagram Protocol) em Unicast (VoD) ou Multicast (TV em tempo real).
Os débitos binários permitidos por tecnologias como ADSL2+ e VDSL2 tornam possível uma fácil integração de serviços de voz, vídeo e dados, sobre uma simples linha telefónica. A partir desta evolução tecnológica tornou-se prática e económica a prestação de múltiplos serviços, canais em Standard Definition (SD) e high-definition (HD), ao utilizador residencial.
Após feita a codificação de fonte e de canal, o conteúdo de vídeo está pronto a ser distribuído por um streaming de pacotes IP utilizando UDP, que é o método preferido na distribuição de pacotes IP com vídeo, devido à sua baixa latência. Uma vez no seu destino final, a casa do subscritor do serviço, o vídeo é descodificado por uma set-top box (STB) e reproduzido na TV.
Em qualquer implementação baseada em ADSL, a qualidade para o consumidor não se mede apenas com base na largura de banda da rede (ADSL2+/ADSL). Até chegar à TV terminal ou à STB, o stream de vídeo passa por uma enorme variedade de níveis protocolares (p.e. nível da camada física ADSL, camada ATM (Asynchronous Transfer Mode), camada IP, camada de transporte, etc. É a interacção entre estes níveis e o efeito de influências externas, que influenciam a qualidade do vídeo observado pelo consumidor. Esta qualidade é vulgarmente referida como Quality of Experience (QoE).
Uma configuração típica de IPTV desde a linha digital de acesso do subscritor (DSLAM), até aos equipamentos terminais é mostrada na figura seguinte.
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Figura 1: Arquitectura de IPTV sobre uma rede xDSL. |
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Como se pode verificar na mesma figura, o stream de vídeo é distribuído utilizando ADSL2+ desde o DSLAM baseado em IP, até ao router ADSL2+ do utilizador. O router, que já suporta voz e dados (Internet), encaminha o stream de vídeo para a STB para ser descodificado. A STB converte o stream para os sinais adequados às TVs do consumidor. |
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| IPTV sobre Cabo |
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O cabo é uma das soluções de distribuição dos canais IPTV até casa do subscritor. Esta distribuição local é feita após o sinal ter sido recebido por antenas (soluções terrestre ou satélite) ou mesmo por TV por cabo, e tem como base o protocolo DOCSIS QAM-RF (Quadrature Amplitude Modulation-Radio Frequency).
Soluções de distribuição por cabo nas casas dos clientes, tipicamente ligam múltiplas TVs e outros terminais através da utilização de splitters. Os splitters dividem o sinal e adaptam as impedâncias da linha, de modo a evitar reflexões ou distorções de sinal. Além das perdas de sinal através dos splitters, existem também perdas de sinal derivadas da atenuação do próprio cabo coaxial.
Existem pelo menos três formas dos fornecedores de IPTV prestarem o serviço aos seus clientes, como por exemplo:
· O CMTS (Cable Modem Termination System) é responsável pela entrega do stream IPTV;
· Em alternativa ao CMTS, fazer a entrega do stream através dos moduladores de QAM;
· Utilizar uma classe de gateways que tenha a capacidade de encapsular o vídeo digital baseado em QAM e de poder ser utilizado com serviços orientados ao IP.
Uma configuração típica de IPTV desde a linha digital de acesso do subscritor (DSLAM), até aos equipamentos terminais é mostrada na figura seguinte. |
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Figura 2: Arquitectura de IPTV sobre uma rede de cabo. |
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| IPTV sobre Fibra |
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Uma rede de distribuição óptica é um sistema de linhas de transmissão óptica e respectivo hardware óptico que interliga várias componentes da rede até chegar aos terminais (p.e. TV) do subscritor.
O core da rede serve para fazer a transferência dos streams do Head End (lado do fornecedor do serviço) para o Edge End (última milha, lado do cliente). O core poderá transportar simultaneamente centenas de canais de TV que poderão ser visualizados pelos múltiplos subscritores. O número de canais televisivos que um cliente poderá estar a receber a cada instante está dependente do meio de transporte e largura de banda permitida. No caso da fibra deixa de haver a limitação tão restritiva como a existente no xDSL, em que um cliente só podia ter no máximo três TVs ligadas em canais diferentes, visto que a largura de banda dessa solução é claramente inferior à fibra óptica.
De modo a aumentar a capacidade de cada fibra, é possível utilizar vários comprimentos de onda em simultâneo numa linha. A partir do core da rede poderá ser transferido (simulcast) simultaneamente canais (TV) quer em analógico como em digital. Quando um utilizador deseja ver um destes canais, a STB deste está simplesmente ligada a um destes canais partilhados através de um nó de acesso. Quando um utilizador deseja aceder a funcionalidades VoD, ele requisita uma ligação para a fonte do conteúdo desejado. As fontes deste tipo de conteúdos poderão estar localizadas próximo do cliente, ou noutras localizações externas à rede core.
A figura 3 mostra como é que uma funcionalidade VoD poderá funcionar a partir de uma rede core em anel, em que os servidores de conteúdos VoD estão localizados próximos do subscritor.
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Figura 3: Arquitectura de IPTV sobre uma rede de fibra. |
A rede de acesso óptico liga o cliente ao sistema IPTV através de fibra ou ligações ópticas de espaço livre. Estas ligações ópticas poderão ser uma mistura de formatos únicos (proprietários) ou formatos standard (tais como BPON, GPON ou EPON).
As distâncias necessárias de fibra dentro da casa de um cliente ou pequena empresa, são relativamente pequenas. Uma rede óptica de distribuição poderá utilizar fibra de baixo custo (plástico) em vez de fibra de alto custo (vidro).
A velocidade de uma PON (Passive Optical Network) é actualmente de 100 Mbps, mas já são esperadas no futuro velocidades de 1 Gbps. A distância máxima para uma linha óptica domestica é de aproximadamente 40 a 100 metros. |
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| Componentes de uma arquitectura IPTV |
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Application Servers:
Disponibilizam serviços típicos de IPTV como por exemplo o guia de programação electrónico (EPG) e de gravação de vídeo personalizada (PVR). Os EPGs podem ser fornecidos pelos próprios fornecedores de conteúdos ou criados pelos fornecedores do serviço de IPTV.
Content Acquisition/Head-End:
O head-end é uma das peças principais da arquitectura IPTV dado que é onde chega o conteúdo audiovisual de várias fontes, como por exemplo satélite, cabo ou terrestre. Posteriormente é codificado o conteúdo de áudio e vídeo com os devidos protocolos, criando os pacotes IP de maneira a ficar com o conteúdo pronto a distribuir na rede.
Video Servers:
São servidores de alta capacidade de armazenamento para disponibilizar conteúdo de Video on Demand (VoD) aos clientes.
Conditional Access / DRM:
Tem como objectivo o controlo de acesso, controlo de cópia, autenticidade da fonte, confidencialidade e disponibilidade do conteúdo protegido, sejam eles canais ou vídeos do serviço VoD. A visualização do conteúdo pode estar limitada a um certo período de tempo, ao número de vezes que pode ser visualizado ou a um número máximo de cópias permitidas.
Middleware:
É um elemento crítico na estrutura da IPTV pois interliga todos os outros componentes do lado do operador. O middleware tem definido em si os serviços, canais e conteúdos disponíveis para os clientes. Entre os serviços disponibilizados destacam-se o EPG e o serviço de VoD. Para os operadores o middleware também fornece ferramentas imprescindíveis para a monitorização, gestão de conteúdos e de clientes entre outras.
OSS/BSS gateway:
Útil para manter um inventário, integrar novos serviços, configurar componentes e gestão de faltas na rede. Este elemento é também utilizado do ponto de vista económico (e Telecommunications billing), onde é possível lidar com clientes, processar contas e contabilizar pagamentos.
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| Cinco passos para garantir uma boa qualidade nos serviços IPTV sobre xDSL |
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Passo 1: Verificar os débitos binários da ligação ADSL/ADSL2+
Os débitos binários de downstream e upstream deverão ser suficientemente altos para suportar IPTV. Mesmo com compressões de vídeo como MPEG-2 ou MPEG-4, é necessária uma velocidade de 3 Mbps por canal descendente. Este caso “agrava-se” se falarmos de HDTV.
Passo 2: Assegurar que a linha DSL está estável
A margem da relação sinal ruído SNRm (Signal-to-noise ratio margin) deverá ser melhor (maior) que 6 dB e preferencialmente melhor que 10 dB. Alguns modems DSL e DSLAMs estão pré-configurados para funcionar com o maior débito possível através da redução do valor de SNRm. A redução da SNRm para aumentar os débitos irá provocar uma maior quantidade de erros. Esta consequência é tolerável do ponto de vista dos dados transportados por TCP/IP, no entanto não podemos concluir o mesmo relativamente à qualidade do serviço IPTV, que sairá significativamente prejudicado.
Passo 3: Assegurar um ritmo baixo de erros ATM
A presença de ruído de impulso poderá originar múltiplos erros ao nível da camada DSL, especialmente quando o valor SNRm é baixo, como mencionado anteriormente. Alguns outros problemas no loop (ver imagem X) poderão afectar o payload ATM directamente. Estes erros são vulgarmente relacionados com o local loop (ver imagem X), sendo recomendada uma avaliação na banda estreita e banda larga no copper loop (ver Figura 1).
Passo 4: Fazer testes à camada de vídeo IP e MPEG
Uma vez que o acesso ADSL ou ADSL2+ já foi testado quanto ao débito útil, o próximo passo será testar a camada de vídeo IP e MPEG. Qualquer correlação existente entre os erros e a variação repentina dos débitos do stream de dados, poderá ser indicativo que o vídeo está a exceder a largura de banda. Neste caso seriam necessários alguns ajustes na fonte deste stream.
Por outro lado, o utilizador deve garantir que os pedidos IGMP (Internet Group Management Protocol), utilizados para juntar e deixar os canais IPTV, estão a ser correctamente tratados pela rede.
Passo 5: Confirmar a qualidade do vídeo pelo menos durante 15 minutos
Avaliar a qualidade do vídeo durante um certo período de tempo (15 minutos é o recomendado). Se um erro na camada ATM resultar num erro na camada IP, isso irá influenciar também a qualidade do vídeo. Um erro na camada IP que não coexista com um erro na camada ATM, geralmente é originado mais “atrás” na rede IP, e será provavelmente notado por múltiplos subscritores. Alguns indicadores da qualidade de serviço (QoS) como o jitter, perda de pacotes e o tempo que um canal demora a aparecer na sua TV após a mudança para esse canal (zapping time), poderão ser analisados para qualificar a qualidade do video recebido.
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