Передача трафика Multicast

Multicast трафик (групповая передача пакетов) используется для передачи потокового видео, когда необходимо доставить видео-контент неограниченному числу абонентов, не перегружая сеть. Это наиболее часто используемый тип передачи данных в IPTV сетях, когда одну и ту же программу смотрят большое число абонентов.

Multicast трафик использует специальный класс IP-адресов назначения, например адреса в диапазоне 224.0.0.0 ….. 239.255.255.255. Это могут быть IP-адреса класса D.

Multicast адреса не могут быть назначены индивидуальным компьютерам (или STB). Когда данные посылаются по одному из multicast IP-адресов, потенциальный приемник данных может принять решение принимать или не принимать их, то есть будет абонент смотреть этот канал или нет. Такой способ передачи означает, что головное оборудование IPTV оператора будет передавать один единственный поток данных по многим адресам назначения.

Чтобы не формировать отдельный канал передачи данных до каждого пользователя, поток данных передается до ближайшего узла, где данные уже дублируются для всех членов группы.

Это позволяет существенно разгрузить ресурсы сети. Но чтобы добиться это­го, узлы сети должны обмениваться специальной информацией о составе групп и указаниям, кому какой контент доставлять.

Важно знать, что для реализации multicast передачи в IP-сети должны быть маршрутизаторы, поддерживающие multicast. Маршрутизаторы используют протокол IGMP для отслеживания текущего состояния групп рассылки (а именно, членство в той или иной группе того или иного конечного узла сети).

Загрузка магистральной части сети multicast трафиком зависит только от числа транслируемых в сети каналов. В ситуации с Gigabit Ethernet сетью, предположив, что половину магистрального трафика мы можем выделить под multicast передачу, мы получаем около 100 телевизионных MPEG-2 каналов, каждый имеющий скорость потока данных 5 Мб/сек.

2.3.2 Передача трафика Unicast.

Unicast трафик (одноцелевая передача пакетов) используется прежде всего для сервисов «персонального» характера. При этом устанавливается абонентская приставка, и каналы передачи данных в сети соединяются по топологии точка-точка. Запрос на обслуживание задает несколько параметров, включая скорость передачи, качество обслуживания и задержку.

Каждый абонент может запросить персональный видео-контент в произвольное, удобное ему время.

Unicast трафик направляется из одного источника к одному IP-адресу назначения. Этот адрес принадлежит в сети только одному единственному компьютеру или абонентскому STB.

Ожидается, что все большая доля услуг, по причине интерактивности и персонализации IPTV, будет доставляться в виде одноадресного трафика (как отдельный медиапоток к каждому потребителю). Вследствие этого возникнет необходимость персонифицировать контент как можно ближе к абонентам, чтобы свести к минимуму распространение одноадресных потоков и, соответственно, снизить объемы трафика в магистральной сети. В простых случаях решение может состоять в подключении персонального видеомагнитофона на дому.

Но все же для расширения спектра оказываемых услуг потребуется сетевой медиакэш. Медиакэш серверы уже получили некоторое распространение. Однако в настоящее время рассматриваются более эффективные решения, способные обеспечить масштабируемость. Одним из решений является интеграция распределенного медиакэша с узлами широкополосной сети, например, с пограничным IP-маршрутизатором, оптимизированным для передачи пользовательских данных, включая видеопотоки.

Число абонентов, которые могут получать unicast трафик одновременно, ограничено доступной в магистральной части сети шириной потока (скоростью потока). Для случая Gigabit Ethernet сети теоретическая максимальная ширина потока данных может приближаться к 1 Гб/сек за вычетом полосы, необходимой для передачи служебной информации и технологических запасов оборудования. Предположим, что в магистральной части сети мы можем для примера выделить не более половины полосы для сервисов, которым требуется unicast трафик. Легко подсчитать для случая 5Мб/сек на телевизионный канал MPEG2, что число одновременно получающих unicast трафик абонентов не может превышать 100.

2.3.3 Передача трафика Broadcast.

Broadcast трафик (широковещательная передача пакетов) использует специальный IP-адрес, чтобы посылать один и тот же поток данных ко всем абонентам данной IP-сети. Например, такой IP-адрес может оканчиваться на 255, например 192.0.2.255, или иметь 255 во всех четырех полях (255.255.255.255).

Важно знать, что broadcast трафик принимается всеми включенными компьютерами (или STB) в сети независимо от желания пользователя. По этой причине этот вид передачи используется в основном для служебной информации сетевого уровня или для передачи другой исключительно узкополосной информации. Разумеется, для передачи видео-данных broadcast трафик не используется.

2.4 Компоненты и архитектура системы IPTV Минского филиала РУП «Белтелеком».

Минский филиал РУП «Белтелеком» является крупнейшим оператором связи на территории Минской области. Лицензионная территория составляет 22 района с населением 1,345 миллионов жителей. Минской филиал предоставляет услуги широкополосного доступа к сети Интернет, услуги фиксированной связи и услуги виртуальных частных корпоративных сетей.

В качестве опорной транспортной сети связи используется собственная межрегиональная сеть представлена на рисунке 2.1, построенная на базе волокнно-оптической линий связи между региональными филиалами с пропускной способностью – 60 Гигабит в секунду. Данная сеть используется для передачи Интернет-трафика, трафика виртуальных частных сетей, корпоративных приложений (ERP, системы документооборота), организации служебной видеоконференции связи и передачи трафика IPTV.

Рисунок 2.1. МТСС Минского филиала.

Архитектура системы формирования и доставки контента для системы IPTV, схематично представлена на рисунке 2.2. Телеканалы для проекта принимаются с различных спутников в виде транспортных потоков и по выделенным каналам из технических центров каналов. На главной станции IPTV из транспортных потоков выделяются необходимые каналы, они дескремблируются и инкапсулируются в IP пакеты. Каналы, принимаемые из технических центров компенсируются, и так же инкампсулируются в IP пакеты. Сформированные мультикастовые группы доводятся по магистральным каналам до технических центров связи. Для корректировки сетевых ошибок (джиттер, задержки) данные каналы поступают на вход стримера и далее в сеть оператора.

Региональный контент принимается из технического центра регионального канала, компрессируется кодерами, инкамсулируется в IP и передается в сеть доступа.

Рисунок 2.2. Архитектура системы формирования и доставки контента.

Middleware является центральным звеном управления процессом предоставления услуг IPTV. Middleware обеспечивает взаимодействие всех компонентов платформы между собой и с внешним информационными системами оператора связи. Система Middleware состоит из серверов баз данных и серверов приложений. Все компоненты Middleware располагаются у регионального оператора связи. С целью резервирования сервера дублируются. Middleware реализует следующие функции:

· Обеспечение инерактивного взаимодействия потребителя с платформой IPTV.

· Информирование потребителя о доступных сервисах и ресурсах.

· Информирование потребителя о содержательно части контента.

· Реализации системы самообслуживания для подключения и отключения сервисов и ресурсов.

· Получение статистики по использованию контента потребителями оператора связи для организации расчетов между оператором связи и потребителем.

· Взаимодействие в реальном времени с расчетными и информационными системами оператора связи для онлайновой тарификации интерактивных сервисов.

Рисунок 2.3 Взаимодействие систем платформы IPTV.

Для формирования статистики для межоператорских расчетов используется данные MiddleWare по использованию контента потребителями. Данные из MiddleWare аккумулируются в Репорт – сервере, установленном на головной станции IPTV. Данные о потребителях стримового и интереактивного контента собираются в натуральных показателях, что позволяет сформировать единый отчет со статистическими данными о потреблении всех видов контента.

2.4.1 Компоненты системы предоставления услуг IPTV Минском филиале РУП «Белтелеком».

В г. Минске установлен MSAN UA5000 (MSAN большой емкости). Надежное, устойчивое, легко масштабируемое, решение HONET UA5000 компании HUAWEI является мультисервисной платформой интегрированного доступа, объединяющей в себе мощный функционал предоставления широкополосных и узкополосных услуг. Оборудование предоставляет пользователям различные мультимедийные услуги высокого качества, такие как услуги традиционной телефонии, высокоскоростной доступ в Интернет, услуги IPTV и Video-on-Demand. Кроме того, функциональные возможности HONET UA5000 обеспечивают плавную миграцию от существующих сетей к сетям NGN/IMS.

Возможности:

- Множество услуг в одном узле

Устройство HONET UA5000 способно предоставлять множество абонентских интерфейсов, таких как POTS, ISDN PRI, ISDN BRI, ADSL, ADSL2+, VDSL, ATM SHDSL, FE, TDM SHDSL, 2/4-проводные линии, Nx64 кбит/с, E&M, E1, V.35 и V.24. Более того, все эти услуги (традицонная и IP-телефония, выделенные линии, широкополосный доступ и услуги Triple-Play) реализуются на одной платформе.

- Доступ к нескольким сетям через одно устройство

HONET UA5000 предоставляет множество интерфейсов восходящего направления, таких как FE, GE и E1. Устройство также поддерживает одновременный доступ к DDN, ATM, IP-сетям широкополосной и узкополосной передачи данных.

- Одна плата с множеством функций

HONET UA5000 одновременно поддерживает протоколы V5 и H.248. Последняя версия сombo-платы позволяет предоставлять одновременно как узкополосные услуги голосовой связи (POTS), так и широкополосный доступ xDSL.

Преимущества

- Расширяемые услуги и экономия ресурсов

Оборудование HUAWEI HONET UA5000 поддерживает разнообразные абонентские интерфейсы (POTS, ISDN, ADSL и ADSL2+), позволяя расширить спектр услуг, предоставляемых оператором. Кроме того, устройство поддерживает плавный переход от ТфОП к NGN, обеспечивая защищенность капиталовложений. HUAWEI HONET UA5000 поддерживает смешение плат услуг широкополосной связи и плат услуг узкополосной связи, а также повторное использование плат абонентов узкополосной связи. Все это позволяет максимально эффективно использовать существующие ресурсы сети и снизить затраты на оборудование связи.

- Гибкость в применении

HUAWEI HONET UA5000 предоставляет гибкий доступ к разнообразным сетям (ТфОП, NGN, DDN, ATM и IP). Оборудование HONET UA5000 способно хорошо адаптироваться к сетям доступа с различной топологией и сложной организацией.

- Безопасность и надежность

Система HONET UA5000 обеспечивает высочайший уровень безопасности во всех аспектах ее использования. Устройство обеспечивает MSTP, RSTP для восходящих интерфейсов FE/GE, SNCP и MSP для интерфейсов SDH, функцию “Dual-homing” для двойного подключения к AG-шлюзам H.248, защиту системы SCC, сети коммутации, синхронизации, модуля обработки услуг и платы интерфейсов восходящих каналов, а также программного обеспечения. Таким образом, гарантируется безопасность сети связи.

- Простота в эксплуатации и обслуживании

Оборудование HONET UA5000 можно администрировать с помощью системы iManager N2000 BMS. Система iManager N2000 BMS предназначена для повседневной эксплуатации и обслуживания и выполняет такие функции, как управление аварийными сигналами, сбор статистики рабочих характеристик системы, выделение номеров и предоставление услуг. Кроме того, система iManager N2000 BMS поддерживает автоматическое обновление всей сети в пакетном режиме и управление безопасностью пользователей.

Через транспортную сеть потоки от MSAN будут поступать на оборудование Huawei OptiX OSN 6800/3800.

Huawei OptiX OSN 6800/3800 – это интеллектуальная мультисервисная платформа WDM на базе OTN/ASON, которая позволяет сетевым операторам перейти от традиционных, ориентированных на передачу речи, сетей к сетям ориентированным на передачу данных. Она разработана для сетевых операторов, которым нужна гибкая, рентабельная система, позволяющую мультиплексировать, передавать и коммутировать высокоскоростные данные, видео, речь и сервисы SAN.

Решение предоставляет отдельную, управляемую и рентабельную платформу, поддерживающую множество услуг, сетевых топологий, протоколов прозрачной передачи в городских и региональных сетях.

Рисунок 21 – DWDM оборудование OptiX OSN

OptiX OSN объединяет в себе многие технологии сетей следующего поколения (NGN), такие как G.709 OTN, ROADM, сменной настраиваемой оптики, ASON/GMPLS, 40G, коммутации данных, ODB, позволяя поддерживать гибкую, рентабельную и оптимизированную для передачи данных структуру.

Выдающееся отличие OSN 6800/3800 по сравнению с традиционным WDM – это полное предоставление сервисов end-to-end с помощью реализованного G.709 OTN. OSN 6800/3800 выступает не только как система WDM для увеличения ёмкости передачи, но и как оптическая сеть передачи по разным спектральным каналам (OTN), которая обеспечивает полную end-to-end группировку и распределение трафика.

Независимость от протоколов и скорости передачи – ключевое преимущество WDM/OTN, которое позволяет оптическим транспортным сетям передавать разные типы трафика по оптическим каналам независимо от протокола (IP/Ethernet, ATM, SDH, Fibre Channel, ESCON, цифровое видео и т.д.) или скорости передачи (от 16 Мбит/с до 2.5, 5, 10, 40 Гбит/с и т.д.).

Платформа OSN 6800/3800 использует протокол цифровой упаковки G.709, который позволяет получать прозрачный доступ к сервису со скоростью от 16 Мбит/с до 40 Гбит/с.

Мощный мультиплексор-транспондер с возможностями ADM помогает провайдерам услуг экономить ресурсы полосы частот и обеспечивает рентабельную передачу низкоскоростного трафика путем уменьшения количества необходимых оптических каналов.

OptiX OSN6800/3800 предоставляет 40-каналов DWDM (готов к передаче 80 каналов) и 18-канальную CWDM с расстоянием передачи до 1500 км без электрической регенерации.

Протяженность большинства колец городских сетей – 200 ~ 300 км.OptiX OSN6800/3800 использует уровень электрической передачи на базе защиты SNCP на уровне суб-лямбд.

С оборудования OptiX OSN6800/3800 потоки будут поступать на универсальный служебный маршрутизатор серии NE40E.

Рисунок 22 – Блок NE-40

NE40E (сокращенно NE40E) - высок для выбора трактов опроизводительное сетевое устройство, обычно применяемое в пограничных сегментах опорных сетей IP, городских сетей IP (MAN), и других крупномасштабных сетей IP. Магистральные маршрутизаторы NE40E, NE5000E и NE80E обеспечивают комплексное многоуровневое решение для сетей IP.

Блок NE40E основан на платформе 400G, созданной с целью энергосбережения. Каждый слот обладает мощностью переадресации в 400Гб/сек, а ширина полосы частот для каждого слота может быть расширена от 40Гб/сер до 400Гб/сек, полностью удовлетворяя спрос на ширину полосы частот на следующие три-пять лет.

Созданная на основе VRP, система NE40E совместима с различными линейными картами, используемыми в сетях, и обеспечивает защиту инвестиций за счет полного использования существующих компонентов. NE40E характеризуется компактностью дизайна и плотностью интерфейса, достигающей 160 x 10G для одного NE40E и 240 x 10G для одного шкафа, что значительно экономит площадь помещений.

NE40E имеют встроенную видео кэш-память, которая позволяет предоставлять пользователям услугу IPTV без искажений изображения. Функции быстрого переключения каналов FCC (Fast Channel Change), функции запроса на повторную передачу RET (Retransmission request) и функции внутриполосного контроля потока в режиме реального времени устройства NE40E предоставляют услуги качественно нового уровня, реализуют оптимизированные функции OAM, позволяют оптимизировать процесс использования ресурсов полосы пропускания.

NE40E обеспечивает функции MSE (Multi Service Edge) для контроля доступа и управления пользователей DHCP, IP over Ethernet (IPoE) и выделенных линий. MSE обеспечивает динамический пользовательский доступ управление пользователями, пользовательскую аутентификацию и учет, а также планирование QoS. Кроме того, MSE реализует функцию предоставление полосы по требованию BoD (Bandwidth on Demand) для корпоративных услуг и отдельных пользователей DHCP.

NE40E обеспечивает надежность на различных уровнях: на уровне оборудования, сетевом уровне и уровне услуг. NE40E может устранить различные неполадки сети для обеспечения восстановления обслуживания и обеспечивает эксплуатационную готовность системы операторского класса на уровне 99,999 %.

В оборудовании NE40E используются энергосберегающие технологии, которые позволяют экономить электроэнергию и снижать уровень вредного излучения. NE40E оснащаются современной системой охлаждения и сохранения электроэнергии, которая включает современную систему вентиляции и рассеивания тепла, интеллектуальные вентиляторы и систему распределения электропитания. Благодаря функции автоматического определения и регулировки температуры, NE40E позволяет значительно оптимизировать энергопотребление.

В основе NE40E лежит универсальная платформа маршрутизации VRP (Versatile Routing Platform) компании Huawei, обладающая повышенной надежностью, расширяемостью и удобством обслуживания. Устройства NE40E представляют собой идеальную платформу для создания городских сетей MAN операторского класса. На сети MAN операторского класса NE40E позволяют создавать и предоставлять услуги широкополосного Интернет, услуги телевещания по протоколу Интернет (IPTV), услуг multiplay для домашней сети, услуги выделенной линии IP, услуги взаимосоединения учрежденческих сетей и услугу VPN предприятия.

Для предоставления таких услуг, как высокоскоростной интернет, интерактивное телевидение, организации виртуальных частных сетей (VPN) предлагается использование мультиплексора DSLAM MA5600.

DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) — мультиплексор доступа цифровой абонентской линии xDSL. Со стороны сети у него WAN-порты, а со стороны клиента — xDSL-полукомплекты (модемы), к которым подключается абонентская линия. На другом конце абонентской линии у клиента стоит абонентский полукомплект xDSL (модем) или IAD (Integrated Access Device — устройство интегрального доступа). Последнее используется в случаях, когда по xDSL линии реализуется одновременная передача данных и голоса в цифровом виде, то есть VoDSL (Voice over DSL). Он оснащается 32- или 64-портовыми сервисными платами ADSL2+ со встроенными сплиттерами, с помощью которых одна полка может обслуживать до 896 абонентов.

Основные характеристики DSLAM MA5600:

- Улучшенный доступ к цифровой абонентской линии (DSL)

MA5600 поддерживает технологии множественного доступа, включая VDSL2, ADSL/ADSL2/ADSL2+, G.SHDSL и G.SHDSL.bis. Кроме того, MA5600 поддерживает технологию G.SHDSL.bis для передачи данных по четырем парам, а также дистанционный доступ в режиме Annex L с максимальной скоростью передачи 245 кбит/с и на расстояние до 6,5 км.

- Большое разнообразие предоставляемых услуг

Для обеспечения операций эксплуатации, техобслуживания и расширения MA5600 предоставляет следующие сервисные функции:

возможности маршрутизации/переадресации голоса по протоколу IP, многопротокольная коммутация с использованием меток (MPLS), сквозная эмуляция псевдо-провода (PWE3), протокол множественных связующих деревьев (MSTP), протокол управления агрегацией каналов (LACP), эксплуатация, администрирование и техобслуживание (OAM) в сети Ethernet, простой протокол управления сетью (SNMP) v3, Annex M и Ethernet-доступ.

- Улучшенные возможности эволюции сети

Благодаря сквозным решениям по плавной эволюции от сети ATM в сеть IP, MA5600 позволяет пользователям получать максимальную прибыль от эксплуатации сети. Использование протокола IPv6 в MA5600 позволяет пользователям получать будущий доход от сегодняшних инвестиций. Кроме того, возможности передачи в восходящем направлении EPON позволяют MA5600 предоставлять услуги в сети FTTx.

- Применение и преимущества

Huawei стала лидером на мировом рынке широкополосного IP-доступа.

MA5600 поддерживает режимы мультисервисного доступа, что обеспечивает богатый спектр предоставляемых услуг и позволяет операторам строить собственные стратегии конкурентной борьбы.

MA5600 обеспечивает минимальную полосу пропускания 30 Мбит/с для каждого абонента и поддерживает 1000 каналов многоадресной передачи для потокового мультимедиа, такого как видео по запросу, видеоконференции, онлайновые игры, высокоскоростная передача данных, передача видео высокой четкости, а также любые комбинации этих услуг.

В качестве помещения для эксплуатации оборудования используем универсальные климатические телекоммуникационные шкафы (ТКШ).

Шкаф уличный климатический предназначен для размещения и автономного функционирования радиоэлектронной, телекоммуникационной и любой другой аппаратуры с защитой от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды. В шкафу предусмотрен монтаж систем обогрева и охлаждения, оборудования электропитания. Установка шкафа осуществляется на улице. Шкаф обеспечивает возможность гибкой компоновки устанавливаемого оборудования и удобный доступ к нему, работоспособность в широком диапазоне температур окружающей среды (-50÷+45°С), низкий уровень шума и высокую надежность работы. Шкаф имеет герметичную конструкцию. Крепление шкафа обеспечивает устойчивость к порывам ветра до 30 м/с. Габаритные размеры шкафа 705х1100х1890 мм. Масса шкафа (без кондиционера) – 250 кг. Полезная высота шкафа – 32U. Выделяемое оборудованием тепло удаляется с помощью кондиционера, установленного на двери телекоммуникационного отсека.

При большом количестве устанавливаемого оборудования есть возможность модульного наращивания шкафов, с установкой размещенного на дополнительном цоколе кондиционера, питающегося от трехфазной сети. При этом телекоммуникационное оборудование и кроссовый отсек располагаются в одном шкафу, а отсек электропитания – в другом. Габаритные размеры двух шкафов 1750х1100х1890 мм. Масса (без кондиционера) – 490 кг.

В качестве абонентского оборудования используем домашний шлюз ZXV10 H208L, сочетающий функции ADSL-модема, маршрутизатора, WiFi точки доступа, клиента SIP телефонии с FXS-портом.

В качестве основного инфраструктурного элемента, использующегося для предоставления услуг IPTV используется областная сеть передачи данных Минского филиала РУП «Белтелеком». Транспортная сеть, которой строиться по кольцевому принципу. Основное преимущество этой топологии - лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток - запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Услуги IPTV предоставляются во всех районах Минской области. Во всех районных центрах Минской области в узлах связи РУП «Белтелеком» установлено маршрутизирующее оборудование Huawei LS8500 (NE40), связанное с аналогичным оборудованием в областном центре волоконно-оптическими каналами связи с применением оборудования волнового мультиплексирования DWDM.

Предоставление услуг IPTV в конкретном населенном пункте Минской области, находящимся ниже районного центра, зависит от существующих каналов передачи транспортной сети связи, связывающих его с районным центром. Услуга предоставляется в множества селах Минской области, имеющих волоконно-оптические каналы связи до районного центра.

В большинстве сел Минской области в качестве последней мили для предоставления телекоммуникационных услуг, включая услуги IPTV, используется многожильный кабель и применяется технология ADSL и ADSL2+. Так как технологическая реализация услуги IPTV предусматривает выделение для данного сервиса отдельного VLAN, еще одним ограничением для оператора является оборудование мультиплексоров цифровых абонентских линий, которые должны поддерживать использование несколько VLAN. Другим фактором, сдерживающим повсеместное предоставление услуг IPTV является ограничение технологии семейств ADSL по дальности, а также снижение скоростных характеристик передачи трафика на длинных дистанциях.

2.4.2 Состав оборудования для предоставления услуг IPTV в Молодечненском УЭС Минского филиала РУП «Белтелеком».

На рисунке 2.5 представлен состав оборудования находящегося в Молодечненском узле электросвязи для предоставления услуг широкополосного доступа сети.

Рисунок 2.5 Состав оборудования Молодечненского УЭС.

Весь внешний сетевой трафик проходит через внешний сетевой шлюз системы DWDM со скоростью 60G, после он перенаправляется на корневой маршрутизатор NE-40 для распределения по маршрутизаторам низшего уровня входящие в состав городских и сельских сетей связи Молодечненского УЭС, представленных схематично в приложении А.