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IPTV

1 Introdução

O serviço IPTV consiste na transmissão do sinal de vídeo, por meio da utilização do protocolo mais difundido na Internet, o IP. O transporte do sinal IPTV na rede IP pode ser usado os protocolos TCP, UDP e RTP, que integram a arquitetura IPTV. A transmissão de TV é feita em broadcast, ou seja, o sinal de vídeo é enviado a um grande número de usuários.

 A arquitetura IPTV deve ser capaz de implantar essa comunicação broadcast, podendo utilizar, para tanto, os protocolos RSTP ou IGMP V2. O conteúdo de vídeo na arquitetura IPTV pode ser implementado de forma centralizada ou distribuída, de acordo com a arquitetura escolhida para o projeto.

  O serviço IPTV vem se expandindo cada vez mais, permitindo tanto que as operadoras de Telecom captem receita, como a manutenção da carteira de clientes banda larga. Para tal, é de grande importância analisar que arquitetura dessa rede é mais adequada às necessidades da operadora e dos clientes.

  No serviço IPTV, o sinal de vídeo deve ser compactado para sua transmissão, sendo essa, também, um elemento de escolha no projeto dessa arquitetura a ser implementado. Portanto, no projeto de uma arquitetura de rede IPTV, há várias opções de implementação, desde a distribuição até a entrega do vídeo ao usuário.

O serviço de IPTV, ou TV sobre IP, é provido de maneira fechada por empresas de telecomunicações, da mesma forma que os serviços de TV a cabo. Neste caso, o provedor de serviços e o provedor de acesso compreendem a mesma entidade, que também é responsável por fornecer o dispositivo de visualização para o cliente. Em geral, o provedor de serviço adota a solução de um determinado fabricante para construir uma infra-estrutura de serviço fim-a-fim, inteiramente localizada em seu próprio ambiente, composta por codificadores de vídeo, servidores de vídeo ao vivo e sob demanda, plataformas de gerenciamento de usuários e dispositivos de visualização do cliente. Toda a informação trafega em uma rede fechada, segura e totalmente gerenciada pelo provedor de serviço, o que garante a qualidade de serviço necessária e o controle sobre o conteúdo distribuído. A abrangência do serviço fica restrita à localidade atendida pelo provedor do serviço. O conteúdo e a programação são semelhantes aos oferecidos pelos provedores de TV a cabo e satélite, porém com um potencial muito maior para oferecer vídeo sob demanda e permitir a interatividade do usuário.

 

2 Arquitetura genérica

Antes da análise das arquiteturas IPTV, deve-se definir os respectivos componentes, para atendimento às exigências do usuário. O diagrama abaixo mostra esses elementos, para uma arquitetura IPTV baseada em tecnologia ADSL:

 

Figura 1: Componentes de uma rede IPTV.

 

Headend

 

Representa a extremidade principal de vídeo, ou seja, ponto no qual se encontra o conteúdo total de vídeo (filmes, programas etc.), com conexões com operadoras de TV convencionais, para transmissão de programas ao vivo.

  O headend possui vários componentes que podem variar de rede para rede, incluindo: fontes de vídeo analógico e digital; provedores de conteúdo; codificadores/ decodificadores e transcodificadores para adaptar as taxas de streaming, switches, servidores para softwares de vídeo e de aplicação, servidores de gerência e outros.

  No headend, o vídeo é codificado (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4) e processado com qualidade, sendo depois entregue ao backbone IP, no qual todo sinal é encapsulado por meio do protocolo IP e distribuído aos usuários.

  A localização do headend é uma opção de implementação da arquitetura, podendo ser centralizado ou distribuído. Serviços interativos como IPTV e o VoD são providos a partir de servidores de conteúdo em formato MPEG e enviam uma cópia ao usuário, quando requisitado.

  O servidor de vídeo precisa estar dimensionado tanto para o conteúdo total, que deve armazenar, como também para o número de usuários ativos que estejam requisitando dados. A distribuição do serviço IPTV e VoD oferecido pela operadora faz parte da escolha da arquitetura de rede.

 

Core IP Network

 

São redes preparadas para a transmissão de vídeo, garantindo um Quality of Service (QoS) que reflete um Quality of Experience (QoE) aceitável pelo usuário. Sua qualidade é comparável a das TVs a cabo ou TV via satélite, podendo ser superior. Em termos gerais, o Core IP é uma rede cuja estrutura física é baseada em fibra ótica ou em rede de transporte (Ex.: DWDM).

  Agrupa os canais codificados de vídeo transportando-os sobre a rede IP do provedor de serviço (backbone IP da operadora). Dotado de implementações de QoS, que possam garantir jitter, atraso e, principalmente, a perda de pacotes em limites aceitáveis, resultando em uma qualidade de vídeo satisfatória para o usuário final.

 

Rede de Acesso

 

A rede de acesso faz parte da arquitetura de uma rede IPTV, representando a ligação entre o fornecedor de serviço (operadora de Telecom) e a casa do usuário, ou seja, "a última milha”. A conexão do usuário pode ser realizada por meio de uma variedade de tecnologias de rede de acesso.

  As operadoras de telecomunicações vêm utilizando a tecnologia DSL (linha digital de assinante) e também estão iniciando o uso da tecnologia de fibra, como redes Networking Optical Passive (PON), permitindo a extensão de distâncias e o aumento da velocidade.

  O Digital Subscrieber Access Multiplexer (DSLAM) conecta os usuários através do par telefônico, e sua saída pode ser ATM ou Ethernet, a depender da tecnologia utilizada. O DSLAM ainda concentra os usuários e possui conectividade com o Broadband Remote Acess (BRAS).

  Esse tem como função fornecer o endereço IP ao usuário IPTV. Contém também o endereço IP dos servidores de autenticação e redireciona sua autenticação a esses servidores, fazendo conexão com o Core IP, para que o usuário busque seu conteúdo de vídeo no headend.

 

Ambiente do Usuário

 

O modem ADSL2/ADSL2+ é utilizado quando sua rede de acesso é a tecnologia xDSL, caso da análise deste trabalho. O modem permite velocidade de até 24 Mbit/s em downstream e 1 Mbit/s para upstream, preservando o canal de voz.

  O set-top box é o elemento terminal de usuário que converte os streams para a saída composta de vídeo ou outra qualquer outra saída, de acordo com o padrão do aparelho de TV do usuário. Geralmente, é baseado em tecnologia de PC, podendo incorporar interfaces xDSL para conexão direta a DSLAM’s.

2.1 Arquitetura tipo A

A arquitetura IPTV tipo A define um alto nível padrão para a entrega de vídeo, dados e de serviços da voz (triple-play), sobre uma rede de acesso utilizando a tecnologia de ADSL2/ADSL2+.

 

A arquitetura IPTV do tipo A é ilustrada na figura abaixo:

Figura 2: Arquitetura IPTV Tipo A.

Os elementos desta arquitetura têm a formação apresentada a seguir.

 

Distribuição de Vídeo Descentralizada

 

Essa forma de distribuição de vídeo reduz o tempo de acesso do usuário e a operadora pode implantar instâncias intermediárias numa estrutura distribuída hierarquicamente. Os servidores armazenam o conteúdo, que é popular em sua área de atuação, e os segmentos iniciais dos programas mais acessados. Nessa distribuição de arquitetura, há um servidor que é responsável pela localização dos programas disponíveis em todo o sistema, ilustrado na figura abaixo.

Figura 3: Distribuição de vídeo descentralizada.

Codificação MPEG-1

 

O requisito básico para provimento de serviços de vídeo é a utilização de mecanismos de compressão dos sinais. Atualmente, os padrões Moving Picture Experts Group (MPEG) são os mais empregados: o MPEG-1 (padrão ISO/IEC 11172) provê resolução de 352x240 pixels NTSC e de 352x288 pixels PAL. É necessária uma taxa de pelo menos 1 Mbit/s a 1,5 Mbit/s, para se obter qualidade de Video Cassette Recorder (VCR) com MPEG-1.

Middleware

 

O Middleware se refere às plataformas de software que integram as várias partes do controle da solução de vídeo sobre IP desde a disponibilização dos serviços e aprovisionamento dos clientes até a bilhetagem. O Middleware é instalado ao longo de toda a cadeia do sistema, desde o headend até o set-top box.

 

Protocolo TCP

 

O TCP é um protocolo orientado à conexão que fornece um serviço confiável de transferência de dados fim a fim. O TCP provê meios para que o receptor possa determinar o volume de dados que o transmissor pode enviar, ou seja, controlar o fluxo dos dados. Isso é muito importante, quando o fluxo de dados for de vídeo, não ao vivo.

  O mecanismo de controle de fluxo baseia-se no reconhecimento e no envio do número de octetos que o receptor tem condições de receber (tamanho da janela de recepção), contado a partir do último octeto da cadeia de dados recebido com sucesso.

  Com base nessa informação, o transmissor atualiza sua janela de transmissão, ou seja, calcula o número de octetos que pode enviar antes de receber outra liberação. Nesse caso, tem-se uma quantidade grande de informações trocadas na rede IP para uma grande número de usuários IPTV, aumenta o processamento dos equipamentos e pode, ainda, ampliar a vazão dos enlaces até o headend. O protocolo TCP apresenta uma overhead que varia de 20 bytes a 24 bytes.

 

Protocolo de Sinalização IGMP

 

O IP Multicast baseado em Internet Group Management Protocol (IGMP) possibilita maior eficiência na utilização da rede. O IGMP permite a distribuição de conteúdo a um grande número de usuários sem causar impactos na rede, pois o tráfego é enviado somente a um Group Destination Address (GDA).

  Os clientes utilizam o IGMP para se registrar e receber um determinado grupo multicast. Por meio do IGMP, o cliente pode manifestar sua intenção de se juntar, aceitar ou deixar um streaming do grupo multicast.

  Só clientes registrados para um GDA específico são influenciados pelo tráfego multicast. Uma das características do IPTV é a transmissão em broadcast, já que o conteúdo é enviando a uma grande quantidade de usuários. Esse protocolo é de suma importância para esse tipo de aplicação.

 

Distribuição do Serviço IPTV

 

A recomendação H.610 do ITU é baseada na arquitetura de distribuição xDSL. A arquitetura do sistema e o equipamento do cliente definem uma arquitetura de alto nível padrão para a entrega do vídeo, dos dados e dos serviços da voz, em uma rede de acesso de ADSL2/ADSL2+.

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