UA-IPTV

Introducción

Emparejadas con la estandarización del transporte stream, hay muchas tecnologías que han activado el "papel" de la IPTV. Esto supone muchos cambios técnicos incluyendo nuevas tecnologías de compresión como el H.264/AVC y el VC1 (dando más efectividad al limitado ancho de banda que llega a las casas) y núcleos de redes IP y tecnologías de acceso mas rápidas y efectivas (como Wimax, ADSL, etc...). IPTV representa la convergencia del mundo de las telecomunicaciones y de las emisiones.

El concepto de la televisión por IP corresponde a un sistema de televisión en un entorno controlado, en el cual un proveedor de servicios gestiona la red de transmisión y de acceso, así como también la de los contenidos a ofrecer. Esto es lo que se ha denominado redes IP gestionadas. La IPTV emplean IP (Internet Protocol) como protocolo de transmisión de paquetes. El acceso es una de las diferencias claves en las Plataformas de Servicios IPTV, ya que el medio de transmisión en lo que se denomina la 'última milla', está completamente dedicado al usuario, a diferencia de otros medios de radiodifusión, donde el ancho de banda en el acceso está compartido por todos o un conjunto significativo de usuarios.

Una de las ventajas de este tipo de redes es que permite situar un control de acceso en la red, incorporando filtros en el DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) en función del perfil contratado por el usuario, que impide el envío físico de los canales a los usuarios que no los han contratado, frente a las soluciones basadas solo en encriptación que se utilizan en cable y satélite, más vulnerables a la piratería.

Las redes IP ofrecen dos vías,por un lado, capacidades interactivas junto con la televisión tradicional, que activará la distribución "one to one", permitiendo a los espectadores tener el control de los contenidos elegidos con el llamado modo truco, con facilidades como el pause en vivo, rebobinar y avanzar. También puede ser utilizado para que cada usuario reciba la publicidad que le interese. Esto puede incluir la reacción instantánea por parte del usuario final y otros servicios emparejados a la programación como compras en Internet, juegos, etc..., y también la posibilidad del video bajo demanda y una red de grabación de video digital (NDRV), que son los dos pilares básicos de la IPTV.

Arquitectura básica de una plataforma IPTV

En la imagen siguiente se muestra un esquema sobre la arquitectura básica de una plataforma IPTV

Imagen:Arquitectura.JPG

La Plataforma de Servicios contiene los Servidores de Aplicaciones, Servidores de Bases de datos, de contenidos, clientes, datos de uso, sistemas de gestión, contratación, tarificación, etc.

Contiene la arquitectura formada por los elementos de la cabecera de TV, donde las señales de TV son tratadas para su inyección en la red de transporte de TV, que puede ser una red dedicada en el caso de redes gestionadas.

Contiene la arquitectura formada por los codificadores y las herramientas que permiten gestionar los contenidos bajo demanda. Para la provisión de CbD se pueden diseñar arquitecturas centralizadas o distribuidas. Se considera que en ambos casos, este elemento incorpora los servidores de contenidos, así como los elementos que gestionan la carga de contenidos en los diferentes servidores de vídeo. Esta distribución está basada igualmente en técnicas multicast, en el caso de redes gestionadas.

Red bidireccional que proporciona conectividad IP entre la Plataforma de Servicios y las redes de acceso. En los servicios IPTV se pueden distinguir tres tipos de flujos cuyas características, en cuanto a los parámetros de ancho de banda, calidad de servicio, retardo, latencia, robustez ante errores de transmisión, etc son muy diferentes: Flujos de vídeo en tiempo real, como por ejemplo los canales de TV y eventos PPV (pay per view); Flujos de vídeo en descarga que no requieren tiempo real, como por ejemplo la distribución de CbD hacia los servidores de vídeo en una arquitectura distribuida; y Flujos de datos, que pueden ser tanto para el acceso a Internet, como para realizar el transporte de los datos que manejan las Aplicaciones Interactivas, flujos de gestión, operación y mantenimiento, etc.

La red de acceso está formada actualmente por una serie de conmutadores IP en una agrupación lógica del tipo MAN (Metropolitan Area Network), y los DSLAMs que terminan la capa física xDSL del bucle de abonado.

Mecanismos de entrega de contenido IPTV

Según la especificación, la transmisión de servicios IPTV puede realizarse a único usuario mediante IP unicast, o bien a muchos usuarios simultáneamente utilizando IP multicast. Según el tipo de servicio se utilizara un mecanismo u otro; El modo multicast se utiliza para hacer entrega de los servicios DVB tradicionales (Live TV) y el modo unicast se utiliza para servicios DVB personalizados, como es el caso del video bajo demanda (VoD).

El tráfico multicast se puede enviar simultáneamente a múltiples destinos que lo soliciten. La infraestructura de red replica estos paquetes de forma inteligente, encaminando los datos de acuerdo con la topología de receptores interesados en esa información sin necesidad de replicar la información. De esta forma, la red no se ve afectada por el número de usuarios, ya que existe un único flujo de datos para todos. En estos casos, presenta claras ventajas cuando se compara con los mecanismos de transmisión unicast y broadcast, puesto que en unicast, es necesario que la fuente replique varios flujos de datos idénticos con el objeto de transmitirlos a cada uno de los receptores, desperdiciando ancho banda, o en el caso del sistema broadcast, en el que se envían los datos a todos los receptores de la red de forma indiscriminada, dando como resultado el desperdicio de recursos.

Equipamiento para el usuario

En la figura se muestra un esquema de conexionado de elementos en la casa del Cliente. Entre el equipamiento de usuario se puede considerar el modem router xDSL,los descodificadores de TV digital y las pantallas. Aunque en la actualidad algunas pantallas están empezando a incorporar el descodificador integrado (Este tipo de terminales integrados se denominan iDTV), para medios de transmisión como TDT, en Plataformas de IPTV todavía no es habitual, debido a la falta de estándares de IPTV lo suficientemente extendidos.

Imagen:Equipamiento.JPG

La interconexión entre el modem router y el descodificador se suele realizar mediante una LAN Ethernet. También es posible utilizar PLC (Power Line Communications) para dicha interconexión.La tecnología PLC permite implementar una LAN Ethernet entre el módem router y el descodificador a través de la red de distribución eléctrica del hogar, mediante unos adaptadores en los dos extremos. El principal problema de esta tecnología es que actualmente no existen estándares del IEEE para este tipo de aplicación. Las normas existentes han sido desarrolladas por diferentes empresas dentro del marco definido por las organizaciones estadounidenses HomePlug Powerline Alliance y Universal Powerline Association.

También están empezando a aparecer soluciones del tipo inalámbricas, sobre todo utilizando el estándar IEEE 802.11n, que ofrece unas características de calidad de servicio más adecuadas para la transmisión de flujos de vídeo en redes del hogar inalámbricas. El principal inconveniente que presentan las conexiones inalámbricas es que las implementaciones actuales de los protocolos multicast reducen mucho el ancho de banda, siendo insuficiente incluso para servicios de SD. La solución a estos problemas es incorporar un adaptador al descodificador que permita implementar una conexión 'unicast' entre el módem router inalámbrico y dicho adaptador.

Definición de servicios

A continuación se van a definir los tipos de servicio que pueden soportar estas Plataformas, gestionadas y no gestionadas:

Los servicios de datos ofrecidos por los sistemas IPTV corresponden básicamente a servicios de tipo informativos (teletexto, publicidad, programación, etc.), servicios de señalización, que permiten la personalización de cada usuario para utilizar por ejemplo el servicio de Video bajo Demanda, así como la gestión, operación y mantenimiento del servicio, el flujo de datos que utilizan las Aplicaciones Interactivas y el acceso a Internet.

Este servicio no requiere de más especificaciones estrictas en término de retardo y pérdidas de paquetes ni de ancho de banda, por lo que las redes actuales sean gestionadas o no gestionadas son capaces de suministrarlos.

Los servicios de televisión se pueden dividir en dos categorías en función principalmente del modelo de negocio: Servicios de suscripción y servicios de PPV (Pay per View). Ambos están enfocados a la difusión de contenidos en vivo, es decir en tiempo real. Los servicios de suscripción corresponden a la difusión de contenidos audiovisuales comunes para todos los usuarios del sistema, en un esquema similar a los clásicos canales de televisión. Suele haber distintos paquetes de canales con precios de suscripción distintos. En un esquema de IPTV sobre redes gestionadas, la transmisión de estos canales se realiza a través de canales multicast.


Los servicios de Contenidos bajo Demanda consisten en que un usuario puede escoger y reproducir en cualquier momento un contenido audiovisual dentro de un catálogo de contenidos o base de datos. El contenido es enviado desde los servidores del proveedor de servicio y el usuario tiene la facultad de controlar de forma individual su reproducción (ej: pausar, avanzar y rebobinar).


Los servicios de videoconferencia permiten la interacción visual y auditiva entre dos o más usuarios ubicados en diferentes localizaciones. La evolución de estos sistemas ha ido de la mano del progreso en tecnologías de red: desde las conexiones RDSI hasta las actuales conexiones del tipo Ethernet, así como también del uso de mecanismos de señalización como H.323 y SIP (protocolo de inicio de sesiones). Dado los restrictivos requerimientos de red (bajos retardos y jitter, ancho de banda, etc.) para su implementación, este tipo de servicio siempre ha estado muy ligado a redes privadas controladas y en menor medida a Internet, aunque eso ha ido cambiando con el aumento de ancho de banda en las redes de acceso.

IPTV y el triple play

El término Triple-Play, se utiliza para describir el envío de servicios de telefonía fija, acceso a internet y video/Tv en un mismo paquete. Hay muchas empresas que ofrecen estos servicios al cliente a través de diferentes tipos de tecnologías, pero el verdadero Triple-Play, normalmente da este servicio al usuario a través de una sola conexión, por ejemplo fibra óptica.

Las tecnologías IP no se usan necesariamente para emitir estos servicios. IPTV es un componente del triple Play, que describe el envío de señal de video de calidad a través de la red IP.

Cómo funciona la IPTV

En los sistemas de video estándar, todos los canales de video se envían al Set top box(el decodificador instalado en los hogares), ya sea vía cable, satélite o terrestre. Pueden haber cientos de canales y todos ellos estar enviandose simultáneamente, realizando el cambio del canal en el decodificador.

Con la intención de preservar el ancho de banda hasta la vivienda, los sistemas de IPTV están diseñados para enviar sólo el canal solicitado por el STB. A la hora de cambiar de canal, se envían una serie de comandos especiales a la red de acceso solicitando el canal deseado (usando el IGMP "leave" y "join"), esto requiere un tiempo finito para completarse; este tiempo es muy influenciable por los retrasos de la red, lo cual tiene un impacto directo en el tiempo de cambio de canal del sistema. En los sistemas de IPTV el cambio de canal se realiza en la red, no el decodificador de la casa.

Los sistemas de difusión de TV hacen uso del multicasts para enviar la programación correctamente a través del sistema IP. Un sistema multicast está diseñado para permitir a múltiples usuarios el acceso simultáneo a la sesión.

El servicio de Video bajo demanda, en cambio, utiliza servicios unicast, usando el control RTST localizado dentro de la red .

Retos a la hora de enviar servicios IPTV

El transporte "stream", transporta la señal de video demandada a una velocidad constante y conocida, con el mínimo retraso e interferencias. Las características que diferencian estos servicios, contribuyen a la complejidad del diseño, desarrollo y mantenimiento que las redes requieren para enviar alta calidad al usuario.

Las redes IP son susceptibles de perder o distorsionar paquetes de datos cuando hay más interferencias. La mayoría de las veces estas pérdidas no significan un gran impacto en el servicio de datos , las cuales pueden arreglarse mediante el reenvío de paquetes desordenados.

Los requerimientos de los servicios de video en cuanto a calidad se refiere,QoS,son los siguientes :

El video requiere más ancho de banda que la voz y los datos. A la hora de asegurar un servicio de calidad,son esenciales unas políticas de control de la red efectivas unidas a un buen diseño y una red robusta. El estandar de video es MPEG-2, que usa 3,75 Mbps del ancho de banda de una red. En alta definición la cifra sube ligeramente hasta los 12 o 15 Mbps. Además al mezclar servicios como video bajo demanda ,televisión estándar y canales de alta definición, se comprende que la administración del ancho de banda de muchos de los accesos a estas tecnologías serán restrictivos. Cualquier servicio IPTV será como mínimo igual o mejor que cualquier otra alternativa. El factor que hace referencia a la calidad de la experiencia,QoE, se ha convertido en el elemento crítico de los servicios IPTV. QoS es tan importante como QoE. Un buen QoS proporciona un fundamento QoE atractivo. QoS se centra en el rendimiento de la red y su capacidad de enviar el contenido a los usuarios. Dar calidad de servicio y calidad de experiencia son los puntos vitales para preguntarse si los usuarios recibirán un producto de calidad.

Algunos de los componentes más importantes de los sitemas IPTV que pueden tener un gran impacto en cuanto a QoS y QoE son los siguientes:

  1. Middleward:es el software y hardware infraestructural que conecta los componentes de la IPTV.
  2. STB(Set top box):es el CPE(Customer Premises Equipment, equipo del abonado) usado como interfaz entre el usuario y el proveedor de servicios IPTV a través de la red.
  3. Video encoder/transcoder/stream processor:es el responsable de trasformar la señal de llegada hacia el CPE.
  4. Core network elements:son los elementos clave usados para construir la red.
  5. Access Network Technologies:son los elementos capaces de proporcionar el ancho de banda requierido para enviar los servicios de IPTV al usuario.
  6. Video servers:es un ordenador basado en el multi-stream conectado con los sistemas de almacenamiento.
  7. CAS/DRM:El CAS(Conditional Access System) permite el envío seguro del contenido y el DRM (Digital Rigths Management) controla el uso del abonado del contenido repartido.

Protocolo de la red

Entre los protocolos que utilizan los sistemas IPTV se incluyen protocolos de transmisión, como Internet Potocol o UDP(User Datagram Protocol)y también protocolos de señalización como IGMP y RTSP.

UDP o User Datagram Protocol

Está definido en IETF RFC 768 y es uno de los protocolos que se encuentra en los núcleos de las redes. El termino "datagram" se usa para describir trozos de datos IP. Cada datagram contiene unos cambios específicos en un orden determinado y el receptor debe saber cómo decodificar los datos. Muchos protocolos pueden ser encapsulados dentro de los datagram IP. Una de las características del UDP es la simplicidad comparado con la cantidad de datos que hay en el payload. El datagram contiene:

Los 16 bit de longitud del campo definen un límite teórico de 65,5 bytes para los datos transportados por un único datagram UDP. La longitud de este paquete UDP significa que puede llevar hasta 7 (188 byte), paquetes stream. No hay fiabilidad o garantías del control de flujos como en el sistema TCP, el cual puede identificar paquetes perdidos y reenviarlos, si fuera necesario. El sistema UDP es también llamado "fire and forget" debido a la dificultad de descubrir si hay paquetes perdidos.


RPT o Real Time Protocol

Está define en IETF RFC 3550 o ETF RFC 3551. Describe un sistema de paquetes para el envío de datos, audio y video, consistente en las siguientes partes enlazadas:

RTP ha sido diseñado para ser independiente de los protocolos de red subyacentes y es mucho más empleado que UDP. Cuando MPEG-2 video esta siendo transportado, la señal de tiempo del RTP se deriva directamente de los 27 Mhz del reloj de muestra utilizado por el PCR llevado dentro del transporte extremo. De este modo se asegura una buena sincronización de tiempo.

RTSP o Real Time Streaming Protocol

Está definido en IETF RFC 2326. Describe un modo VCR para controlar el streaming medio. Los mensajes RTSP se envían desde el cliente al servidor. Existen algunas excepciones donde el servidor envía mensajes al cliente. En los sistemas IPTV el RTSP se usa para aplicaciones VoD, para que el cliente acceda al control del contenido almacenado en los servidores.

IGMP o Internet Group Management Protocol

Está definido en IETF RFCs, la última versión es RCF 3376. IP multicasting está definido como la transmisión de un datagrama IP hacia un "host group". Este "host group" está identificado por una sola dirección de IP destino. En el sistema IPTV, el "host group"puede ser un número de suscritores que desean recibir un programa en particular. En la práctica, IGMP no envía todo el contenido a todos los usuarios, no obstante permite el control de qué contenido va hacia qué usuario y por lo tanto controla la cantidad de datos que están siendo enviados a través de la red en un momento determinado. El protocolo IGMP se usa para manejar el cambio de canal en el sistema IPTV.

Tecnologias de acceso de red

xDSL

DSL es una tecnología de corta distancia que hace uso de las infraestructuras existentes de cobre de par trenzado. En general, cuanto mayor sea la distancia de intercambio, la velocidad de datos necesitará ser fiable para garantizar la entrega del servicio. Se puede observar que el ancho de banda, tanto en subida(los datos de los consumidores) como en bajada (datos para el consumidor), puede variar considerablemente en función de la distancia. Esto necesita ser cuidadosamente considerados en el diseño de las Redes de acceso a contenido de vídeo. En la siguiente tabla se muestran algunas características de las distintas tecnologías xDSL.

Tecnología Bajada Subida Alcance
ADSL original 8Mbps 684 Kbps 3000m
ADSL2 hasta 14Mbps hasta 800Kbps limitado hasta 5000m
ADSL2+ hasta 24Mbps 800Kbps <1500m
VSDL >50 Mbps >2Kbps 300m


Hibrid Fiber Coax

Los sistemas Híbridos de fibra y coaxial (HFC) combinan el uso de fibra de alta velocidad para proporcionar datos a la orilla de la red, utilizando cable coaxial para el funcionamiento de la "última milla" que conecta el abonado a la columna vertebral. HFC es un medio más eficiente que xDSL, siendo capaz de proporcionar un mayor ancho de banda a largas distancias.

FTTx

EL cable de fibra óptica es capaz de transportar datos de alto ancho de banda en grandes distancias. Por consiguiente, con los distintos tipos de FTTx , Fibra al Hogar (FTTH), fibra para los locales (FTTP) o fibra a la acera (FTTC), es posible entregar 100 Mbps o superior al hogar. Los dos principales sistemas de fibra que se estan utilizando son FTTP activos y Redes ópticas pasivas (PON). El coste de instalación suele ser muy superior a otras tecnologías de acceso FTTx, pero tiene la ventaja de proporcionar una única línea de banda ancha capaz de ofrecer simultáneamente vídeo, voz y servicios de datos bajo el control del operador de la red

WiMAX

WiMAX puede ser utilizada para proporcionar en el último kilómetro conectividad de banda ancha y poder ofrecer un coste inferior a otras tecnologías de acceso alternativas (por ejemplo, xDSL o de fibra). Los posibles escenarios de uso incluyen a las zonas rurales, a los poco tradicionales proveedores de servicios (por ejemplo, empresas proveedoras de electricidad) que carecen de redes de acceso, y los proveedores de satélite, que carecen de un canal de retorno o de fácil acceso a tecnologías IP.

Red IPTV y errores de transmisión

Como se mencionó anteriormente,el éxito de la transmisión de vídeo a través de una Red IP requiere:

  • Alta disponibilidad y sufiente ancho de banda garantizado que permita el éxito en la entrega del servicio.
  • Retardo bajo en la transmisión a través de la red.
  • Red de baja fluctuación.
  • Baja pérdida de paquetes.

De éstos, la pérdida de paquetes tiene el mayor impacto en el QoE.

En la siguiente figura[1] se muestra una representación conceptual de un modelo IPTV multicapa. La imagen proporciona una idea del tipo de errores que pueden aparecer, sus posibles causas y su impacto.



En la capa física IP, los errores se manifiestan como pérdida de paquetes, jitter y retrasos. En la capa media los errores se suelen producir por la excesiva fluctuación de PCR,por la pérdida de sincronización, y por errores de continuidad y pixelado. Progresando hacia la mitad superior de la imagen, los errores pasan a ser más visibles ante el consumidor , por esta razón se clasifican como QoE.


Herramientas de comprobación y tecnologías

Para las pruebas y medidas en el MPEG se utiliza el estándar DVB TR 101 290. Puede ser usado para detectar problemas a la hora del transporte de la imagen o una pérdida o desorden de los paquetes usando un comprobador de la continuidad. La monitorización puede ayudar a ver cómo de grande es el error que se está produciendo en la red, pero saber cuándo y cómo un servicio no está disponible o tiene una baja calidad es más complicado.


  1. ↑ Figure:Physical Layer and Protocol Stack Problems(A Guide to IPTV: The Technologies, the Challenges and How to Test IPTV,Tektronix)

Otros enlaces

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Difusión de HDTV mediante IP

 Televisión IP multicast
 UA-IPTV
 UA-SST-Television P2P
 UA-Sistemas de TV a través de Internet basada en redes P2P
 UA-Televisión P2P (peer to peer)



Aportación Universitaria
Facultad
Universidad Universidad de Alicante
Facult/Asign Escuela politecnica superior
Profesor Adolfo Albaladejo Blazquez
Autores y Trabajo
Autores rmm67, mdc5,Ana Bernal
Tipo de trabajo PFC
Fecha de evaluación
Editable por terceros SI
Categorías propuestas IPTV
Comentarios
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