IPTV over DOCSIS! Авторы: Чичков А.Н., менеджер комплексных проектов компании "Контур-Медиа", Овчинников М.А., главный инженер "Пушкино-Телеком".

	Дата публикации: 04 августа 2008г.		"Вы можете выбрать любой цвет автомобиля, если этот цвет черный" Генри Форд
	Статья была опубликована в журнале "Кабельщик" №7 2008г.

Появление формата VHS знаменовало мини-революциею в области управления, хранения и удобства использования видео. Широкие народные массы с радостью распахивали свои двери и впускали в дома невиданную ранее технологию. Более того, VHS пользовался ажиотажным спросом, что породило стремительное развитие нового сектора экономики – продажи видео контента… Появление формата DVD серьезно пошатнуло позиции VHS на рынке, и в последствии просто вытеснил его. Формат DVD дал совершенно иной, более высокий уровень качества и удобства управления, который высоко оценили потребители. Все это хорошо, но вот прямая трансляция матча по футболу остается неподвластной нашим желания, ведь в дверь постучали и надо открыть, и можно пропустить САМЫЙ интересный момент. Представьте, что сидя в любимом кресле, протянув руку, Вы получаете множество каналов телепередач с ТВ программой, каталог фильмов доступных к просмотру, а также теперь вы получите возможность поставить на паузу матч, открыть дверь, вернуться и продолжить просмотр. Теперь это возможно, в наши дома приходит интерактивная услуга – IPTV.

В данной статье авторы продолжат рассказ о кабельном операторе «Пушкино Телеком», который, инсталлировав CMTS Casa Systems C2200, решил не останавливаться и продолжил расширять количество сервисов своим абонентам, предоставив им новую услугу – IPTV!

Напомним, что для успешной конкуренции на рынке широкополосного доступа «Пушкино Телеком» произвел замену головного оборудования на CMTS с поддержкой FULL DOCSIS 3.0. После долгого и предметного изучения CMTS на рынке, оператором была приобретена Casa Systems C2200, которая превзошла конкурентов по таким параметрам как:

• Экстремально высокая плотность портов
• Самая низкая стоимость на рынке
• Самая высокая оценка по итогам тестовых сессий Cable Labs (сегодня поставляется только в версии FULL DOCSIS 3.0)
• Возможность реализации IPTV и DVB- C

Хотелось бы отметить, что после апрельских тестовых сессий Cabel Labs, CMTS Casa Systems C2200 и C3200, единственные в мире получили золотой сертификат DOCSIS 3.0.

Если читателя заинтересует детальный доклад о выборе оборудования, то с ним можно ознакомиться на сайте http://www.konturm.ru в разделе «наши публикации».

Итак, воодушевленный успехом запуска FULL DOCSIS 3.0, оператор принимает решение о расширении числа сервисов абонентам, и выбор падает на перспективную услугу – IPTV. Сегодня, число запусков в коммерческую эксплуатацию услуг IPTV по технологии Ethernet не много, а по коаксиалу, честно говоря, даже не слышал.

На рынке достаточно много вендоров предлагают свои решения в области IPTV, и выбирать есть из чего. Однако комплекс такой системы состоит из некоторых «кусков», а именно:

• Middleware – интерфейс взаимодействия пользователя с набором услуг IPTV. 
• VOD – видео сервер, который позволяет просматривать видео с возможностью поставить на паузу, перемотать, возобновить просмотр с того же места. 
• NVOD – так называемый «виртуальный кинозал». Видео контент идущий по расписанию. 
• Timeshift TV – телевидение со сдвигом. Дает возможность абоненту поставить на паузу передачу и возобновить просмотр в дальнейшем или перемотать на начало, если опоздал.
• nPVR – функция сетевого видео магнитофона. Абонент может записать понравившуюся телепередачу и посмотреть ее в любое удобное для вас время. 
• EPG – электронная программа передач, дает возможность посмотреть программу телепередач на любое время. 
• Billing – система учета платежей и построения отчетов для контроля состояния счетов пользователей.
• CAS/ DRM – система «закрытия», шифрования контента.

Для получения единого образа необходимо эту мозаику собрать. В результате может возникнуть сложности в едином управлении и обслуживании. Куда более привлекательным выглядит предложение от одного вендора, которое закрывает все интересующие оператора позиции. Как следствие – единый и удобный центр управления, централизованная поддержка всего комплекса и главное, такое решение для оператора будет ДЕШЕВЛЕ.

Как нельзя кстати к нам в руки попало оборудование от московской компании NetUp.

NetUP IPTV Complex содержит все необходимые инструменты для развертывания интерактивного телевидения. Все системы тесно взаимосвязаны и имеют единый центр управления, рис. №1

Рис.№1. Единый центр управления

В качестве системы, осуществляющей прием видеосигнала извне и формирования потоков контента по IP, используется сервер NetUP Power Stream, рис №2. Он позволяет принимать спутниковый или эфирный сигнал непосредственно с антенн (в различных форматах – DVB-S, DVB-T, RF) или же посредством кабельных линий, из студии, от стримеров сторонних производителей (в формате ASI или A/V). При обработке аналогового источника (эфир RF, A/V), сигнал "на лету" кодируется в MPEG-2 аппаратными средствами (до 12 аналоговых потоков). Полученные потоки мультиплексируются в формат MPEG-2 Transport Stream и экспортируются в локальную сеть в виде IP-мультикаста. Система настраивается через веб-интерфейс.

Рис.№2. Сервер NetUP Power Stream

Сервер для предоставления услуг "видео по запросу" (Video on Demand, VoD) и "виртуального кинозала" (near Video on Demand, nVoD) поддерживает до 100 одновременных сессий при потоке 4 Мб/с на одно устройство, рис №3. Как правило, количество абонентов, одновременно пользующихся услугой "видео по запросу" в пиковой нагрузке составляет около 10% от общего числа. Поэтому один сервер способен обслужить до 1000 абонентов при стандартной компрессии видеотрафика. Сервер комплектуется четырьмя жесткими дисками SATA-II с возможностью "горячей замены", размером по 750 ГБ каждый. 3 ТБ контента – это более 700 фильмов стандартного разрешения (DVD). Уровень компрессии может быть изменен в большую либо меньшую сторону в зависимости от мощности клиентской приставки (IP Set-Top Box). Контент так же возможно хранить и вещать в формате H.264 (MPEG-4), что особенно актуально для передачи видео высокого разрешения (HD).

Рис.№3. Сервер "видео по запросу" (Video on Demand, VoD)

Важнейшей частью программно-аппаратного комплекса IPTV является система Middleware, рис №4, так как именно с ее графическим интерфейсом приходится взаимодействовать абоненту услуг интерактивного телевидения. Существует два основных варианта реализации этой системы с точки зрения взаимодействия с конечным оборудованием клиента. Самый простой – это использовать встроенный в клиентскую приставку веб-браузер. Отсюда вытекают ограничения наложенные этим самым браузером, – неполное использование возможностей IP- STB и, следовательно, снижение быстродействия.

Другой вариант – низкоуровневая система Middleware (на C/С++), использующая возможности IP-STB по-максимуму. Базовый графический интерфейс и разнообразный программный функционал находятся на самой приставке, а не на сервере. Этим снимаются проблемы скудных возможностей браузера, и значительно улучшается быстродействие того же интерфейса.

Рис.№4. Система Middleware

Система сокрытия, CAS/DRM, рис №5, позволяет производить шифрование мультимедийных потоков и затем передавать их по незащищенным каналам связи. Только авторизованные абоненты, подписанные на данную услугу, смогут воспроизводить такие потоки. Именно благодаря системе сокрытия, оператор IPTV может четко контролировать доступ к контенту и строить финансовые взаимоотношения с абонентами.

Система условного доступа состоит из двух компонентов – серверного и клиентского. Клиентская часть загружается в IP-STB и осуществляет дешифрование потока. Параллельно ведется процесс обновления ключей с серверной части. Серверная часть занимается шифрованием и контролем IP-потоков, генерацией разовых ключей и управлением подписками.

Рис.№5. Система сокрытия, CAS/DRM

Биллинговая система, рис №6, может быть интегрирована в бизнес-модель любого предприятия и совмещена с уже функционирующей системой, тарифицирующей услуги другого характера (доступ в интернет, классическая, IP-телефония, и т.д.).

Рис.№6. Биллинговая система

Также у NetUp есть очень интересное решение, которое идеально подходит для небольших операторов, бизнес центров и гостиничных комплексов. Это NetUP IPTV Combine размером 1 RU, в котором реализованы основные, необходимые составляющие для быстрого развертывания услуги IPTV. В состав предоставляемых сервисов может войти:

• DVB-IP стример (DVB-to-IP gateway);
• VoD – сервер "видео по запросу";
• Middleware – интерфейс интерактивного доступа абонента;
• Аппаратный MPEG-2 кодер;
• EPG – электронная программа передач;
• DHCP, DNS сервера;
• Сервер для прошивки и загрузки абонентских устройств;
• IGMP querier, маршрутизатор широковещательных потоков;
• Маршрутизатор IP-пакетов, передача данных;
• IP-телефония.

Именно NetUP IPTV Combine и заинтересовал «Пушкино Телеком». Его характеристики идеально вписывались в потребности оператора. Быстрое развертывание и низкая стоимость оборудования позволяют в кротчайшие сроки предоставить абонентам новую услугу, что, собственно, было и нужно.

И вот NetUP IPTV Combine уже получен, монтирован в стойку и ждет настройки. С подобным оборудованиям инженеры «Пушкино Телеком» сталкивались впервые, но уже через несколько часов вносили изменения в конфигурации без посторонней помощи. Очень понятный интерфейс! После настройки NetUP IPTV Combine наступила очередь CMTS.

Существующая версия прошивки для С2200 позволяет при минимальных изменениях в конфигурационном файле включить обработку multicast трафика, необходимого для реализации услуги IPTV. Фактически, это сводится к активации IGMP и прописки multicast адресов каналов, все остальные изменения вносятся автоматически. Но все же без трудностей не обошлось…

Как известно, неотъемлемой частью системы Provizion в DOCSIS является DHCP сервер, который обеспечивает IP адресами кабельные модемы. Подобная схема реализована и на NetUP IPTV Combine, только DHCP сервер необходим для инициализации IP STB. В результате, мы получили целых два подобных сервера, которые работают в одной подсети. Расширение маски на сетевом интерфейсе Combine и перевод DHCP сервера Combine в другую подсеть не помогли, IP STB упрямо обращались не туда… После долгих попыток обмануть «приставки» было решено перенести сервер NetUP IPTV Combine на DHCP сервер DOCSIS. Именно это позволило нам решить все трудности и запустить весь комплекс полностью. Все выглядело отлично и работало превосходно, но лишь в лабораторных условиях. Как будет работать комплекс «под нагрузкой» нам предстояло выяснить.

Теоретически, для конечного абонента можно использовать кабельный модем стандарта DOCSIS 2.0, ведь для просмотра, фактически, не требуется ширина полосы равная сумме скоростей всех ТВ каналов. Принцип прост, когда абонент хочет посмотреть ТВ канал №1, он подключается к определенной multicast группе, но при переключении на другой, связь с первым рвется и происходит переключение к другой группе. Все хорошо, когда число ТВ каналов равно десять, а абонентов два, тогда никаких проблем не возникает. Если же число ТВ каналов и абонентов увеличивается, то ширины канала Down Stream попросту не хватает и изображение начинает «сыпаться».

Для решения подобной проблемы необходимо увеличить ширину канала до конечного пользователя с возможностью распределения нагрузки на каналы. В DOCSIS версий 2.0 и ниже подобное сделать просто невозможно. Вот здесь приходит на помощь FULL DOCSIS 3.0.

Casa Systems C2200 имеет функцию load balancing уже в стандартной комплектации. Данная функция позволяет гибко и быстро распределять нагрузку на нисходящих каналах по одному из двух параметров:

• По числу модемов
• По загрузке downstream в режиме реального времени

В случае агрегации нескольких каналов downstream, кабельный модем абонента при сканировании частот, подключается к первой попавшейся, если она не задана в конфигурационном файле модема. При большом числе абонентов, их разделение «вручную», на различные downstream, выглядит абсурдным, а точнее практически невозможным. Функция load balancing позволяет ограничивать число модемов на один канал автоматически. При достижении заданного администратором числа абонентов на любом из downstream, CMTS автоматически перенапраляет остальные кабельные модемы на свободные. Это позволяет без постороннего вмешательства равномерно распределять модемы на имеющиеся downstream.

Однако никто не может предположить, кто и когда будет смотреть тот или иной ТВ канал. Если представить, что число транслируемых ТВ каналов будет равно пятидесяти, а уже подключенных кабельных модемов сотни и все абоненты начнут пользоваться IPTV, то становится ясным, что ширины даже агрегированных каналов не хватит. Необходим анализ загрузки и перераспределение модемов на свободные downstream. Однако это подразумевает смену частот и как следствие перерывы в работе… Но Load balancing в Casa Systems C2200 производит смену частот за считанные доли секунды!!! Столь короткая задержка никак не сказывается на качестве услуг, абонент этого просто не замечает.

Не надо забывать, что интерактивная услуга IPTV, а так же передача данных подразумевает двунаправленную связь. В любой из версий DOCSIS обратный канал требует к себе более внимательного отношения. Можно сказать, что обратный канал – это одно из самых слабых мест. Для предоставления максимальных скоростей абоненту, необходимо использовать высокую степень модуляции, а также высокие показания по сигнал/шум. Однако неожиданно появившиеся шумы могут привести к выходу из строя реверсного направления. Для предоставления гарантированной работы, инженеры Casa Systems создали Spectrum management. После включения Spectrum management CMTS постоянно отслеживает уровень сигнал/шум и в случае его критического падения автоматически изменяет три параметра в настройке обратного канала. А именно:

• перестройка частоты
• регулировка ширины канала
• динамическое изменение модуляции

Очередность изменения задается администратором в нужной ему последовательности. Подобное решение позволяет оператору эффективно справляться с возникшими проблемами в сети без сбоев предоставления большого количества услуг абоненту.

Можно сколько угодно рассуждать о перспективах и рисках развертывания IPTV, однако плюсы очевидны, нужно только показать их абонентам. Конечно, конкуренция сервису по запросу будет составлять как розница, так и развивающиеся видео-сервисы в глобальной сети, но упускать время нельзя…

Решения по IPTV уже сейчас становятся доступными для, практически, любого оператора. Представленный пример говорит о том, что даже кабельный оператор имеет возможность предоставлять перспективные услуги. Более того, коаксиал дает колоссальное преимущество. «Пушкино Телеком»., как и любой кабельный оператор, имеет возможность предоставления «мультиформатного» телевиденья и широкополосного доступа. В одной сети сконцентрируются и аналоговое, цифровое ТВ в форматах IPTV и DVB-C, а также доступ в Интернет. И каждая из услуг найдет своего покупателя в зависимости от его предпочтений. Однако для подобного сценария требуется правильно подобрать оборудование. Как это наглядно показывает реальный пример «Пушкино Телеком».

«Вы можете выбрать любое решение
по IPTV, если оно от Контур Медиа»
мы. :)

Авторы с удовольствием ответят на все вопросы по затронутой теме по тел.: +7 (495) 221-81-88 или E-mail:

Комментарии и обсуждение:

Не обсуждалось.