Русский English
ДонНТУ Перейти на портал магистров ДонНТУ

Реферат за темою випускної роботи

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: червень 2020 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Зміст

Вступ

Зовсім недавно густий ліс антен на дахах багатоповерхівок змінили кабелі з сотнями імпортних каналів, а якщо не дотяглися оператори – супутникові тарілки. Тепер очікується новий перехід – в епоху інтерактивного телебачення IPTV. Це пояснюється не тільки плюсами технології, а й фактором, який спочатку може здаватися неочевидним – у випадку з IPTV вже не телебачення управляє глядачем, як тривало століття, а глядач – телебаченням. IPTV не транслюються через інтернет, для його передачі лише використовується інтернет-протокол передачі даних, технологія залежить не від світової мережі, а від провайдера, що надає послугу. IPTV може передаватися по закритих мереж, підтримку яких здійснює телекомунікаційна компанія. Це найсучасніший і оптимальний варіант з точки зору якість+можливості. У будинок приходить по тому ж кабелю, що і інтернет, потенційно може постачати необмежену кількість каналів, завжди висока якість картинки, великий вибір додаткових послуг (IPTV містить певний набір функцій і доступний тільки передплатникам послуги).

1. Актуальність теми

Сучасні телекомунікаційні технології практично не обмежують Операторів і користувачів в області послуг, що надаються. На даний момент наібольпшй інтерес для більшості послуг викликають властивості інтерактивності (коли користувач стає активним учасником процесу надання послуги), персоналізації (коли користувач отримує індивідуальний для нього контент) і мобільності (коли доступ до послуги можливий не тільки за фіксованими мережами). Разом з тим, властивості нових послуг можуть пред'являти настільки несумірні (в порівнянні з властивостями традиційних послуг) вимоги до телекомунікаційних ресурсів, що можуть стати нерентабельними для Оператора зв'язку. З цієї причини всебічне дослідження властивостей сучасних телекомунікаційних послуг є вкрай актуальним. Об'єктом дослідження в даній роботі є сімейство послуг систем IPTV, число абонентів яких неухильно зростає. За даними дослідницьких фірм Digital TV Research і TeleGeography, кількість абонентів систем IPTV в світі перевищило 155 мільйонів, що становить близько 25 відсотків від клієнтської бази широкосмугової мережі Інтернет. Серед усіх способів доставки телевізійного контенту, саме технологія цифрового телебачення по протоколу IP (IPTV) максимально задовольняє новим властивостям послуг, що робить її все більш затребуваною на ринку телекомунікаційних послуг і тому актуальною з точки зору наукових досліджень.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

Метою даної роботи є підвищення ефективності надання інтерактивних послуг системами IPTV в мережах ISP за рахунок кешування даних.

Основні задачі дослідження:

  1. Провести аналіз структури мультисервісної мережі, що надає послугу IPTV.
  2. Описати модель процесу організації інтерактивної послуги Відео за запитом.
  3. Розробити алгоритм кешування для реалізації інтерактивної послуги Відео за запитом, що допускає розрахунок входить смуги пропускання проксі-сервера.
  4. Провести моделювання роботи мережі з наданням послуги IPTV.
  5. Провести техніко-економічне обґрунтування.

Об'єкт дослідження: сімейство послуг систем IPTV.

Предмет дослідження: кешування даних у відеосерверах мережі IPTV.

3. Огляд досліджень та розробок

Оскільки інтерактивне телебачення є однією з найважливіших телекомунікаційних систем, то проблеми їх побудови і реалізації були широко досліджені як американськими, європейськими, японськими вченими, так і вітчизняними фахівцями.

3.1 Огляд міжнародних джерел

Книга зарубіжних авторів Фатхі Сулейман Мохамеда, Азад Сайфул, Патхан Аль Сакиб Хан IPTV мережі доставки: архітектура нового покоління для послуг Live і Video-on-Demand[1] є керівництвом за сучасними технологіями, пов'язаним з процесом надання послуг як в реальному часі, так і за запитом в рамках мереж доставки IPTV. Автори міжнародної групи експертів вводять рамки для мережі доставки, застосовної для послуг live і video-on-demand. Вони розглядають фундаментальні проблеми мереж доставки IPTV і вивчають проблему якості обслуговування (QoS) для мереж доставки IPTV, яка підкреслює питання безпеки і виявлення аномалій в зв'язку з якістю.

Оскільки IPTV є постійно розвивається системою, то вона часто є темою наукових робіт на здобуття різних наукових ступенів. Гергес Мансоур Салама Мансоур в своїй дисертації Дослідження мережевих моделей IPTV[2] пропонує дослідження мережевих аспектів IРТV і аналіз чисельних характеристик IРТV-трафіку і якості послуг через IРТV-мережу.

3.2 Огляд національних джерел

Питання пов'язані з технологією IPTV можна зустріти в багатьох міжнародних і національних джерелах, таких як навчальні посібники, наукові статті та дисертації. Кірєєва Н. В. і Буранова М. А. в своїй роботі Забезпечення якості обслуговування в мультисервісних мережах[3] наводять відомості про побудову мережі IPTV, IP-телефонії, проводять розрахунок характеристик передачі голосових пакетів і методику оцінки параметрів якості передачі пакетної мови.

В дисертації Маколконіної М. А. Розробка та дослідження моделей оцінки якості передачі відео в IP-мережах[4] наводиться аналіз архітектури та можливостей існуючих систем на прикладі надання послуг IPTV, розробка комплексу параметрів якості обслуговування, що роблять істотний вплив на оцінку якості передачі відео по IP-мереж, розробка моделі оцінки якості передачі відео по IP-мереж, що враховує мережеві характеристики і параметри, специфічні для відеопріложеній, проведення імітаційного моделює ания для перевірки коректності припущень, які були зроблені в моделі для спрощення розрахунку, а також для оцінки придатності використання моделі. У науковій роботі к.т.н. Бородінського А. А. Моделі і методи управління послугами IPTV в мережах NGN[5] були вирішені такі наукові завдання як розробка аналітичної моделі організації послуги Телебачення, зрушене по часу, розробка алгоритму кешування для реалізації послуги Телебачення, зрушене по часу, що допускає розрахунок входить смуги пропускання в проксі-сервер, формулювання задачі оптимізації входить смуги пропускання проксі-сервера IPTV за рахунок керування розміром буфера, дослідження можливостей бездротових технологій широкосмугового доступа з метою надання послуги IPTV, експеримент надання послуг інтерактивного IPTV з оцінкою ефективності використання спільного кешування в проксі-серверах, які також отримали практичне поширення.

4. Структура мережі IPTV

Технологія IPTV представляє собою технологію доставки мультимедійних послуг (ТБ, аудіо/відео, текст, графіка, дані) на базі мереж IP в режимі мовлення і в інтерактивному режимі.

IPTV відноситься до класу закритих приватних систем телевізійного мовлення. Подібне до існуючим сьогодні системам кабельного телебачення і відрізняється від них тим, що телевізійні програми доставляються абонентам по безпечним IP-каналам. Це дозволяє значно поліпшити управління доставкою контенту. При цьому основна перевага послуг IPTV полягає в наявності постійної зворотного каналу.

Особливістю IPTV є те, що контент поставляється в будинок абонента через частково замкнуту мережну інфраструктуру, в яку не можна здійснити доступ через мережу Інтернет. Ця інфраструктура знаходиться під управлінням якого-небудь телекомунікаційного оператора або Інтернет-провайдера (ISP). IPTV оператори при наданні послуг використовують вдосконалені технології стиснення, що призводить до поліпшення якості зображення.

В загальному випадку мережа IPTV будується на основі розподілених інформаційних ресурсів. Як правило, оператор передбачає розміщення в мережі IPTV декількох відеосерверов, заряджених різним контентом.

Переваги IPTV:

 

Недоліки IPTV:

Для реалізації IPTV необхідна головна станція (Head-End) – це серверний програмно-апаратний комплекс, який приймає, зберігає і записує контент, управляє послугами та абонентами.

Також потрібно клієнтське обладнання – Set-Top-Box приставки для телевізорів, які є клієнтами для головної станції.

Компоненти опорної (магістральної) транспортної мережі, в тому числі:

Головна станція складається з ряду компонентів:

  1. IP стример – це пристрій, який приймає супутниковий, кабельний або ефірний телесигнал і транслює його в локальну IP-мережу в режимі multicast.
  2. Middleware – це проміжне програмне забезпечення для управління IPTV. Це основний компонент IPTV комплексу, так як він визначає набір послуг, доступних користувачеві, задає призначений для користувача інтерфейс.
  3. Біллінгова система (система управління користувачами) – займається обліком і тарифікацією послуг, споживаних користувачами.
  4. Сервер VoD/nVoD – це окремий пристрій, що зберігає базу фільмів, які можуть надаватися за запитом абонентів.
  5. Система приховування контенту (CAS) – за допомогою цієї системи оператор може контролювати доступ до контенту для окремих абонентів, підписаних на певні послуги. Система шифрує потоки в мережі і керує роздачею ключів доступу до цих потоків.

Клієнтське обладнання:

  1. IPTV PC клієнт – для доступу до послуг IPTV через персонального комп'ютера існує програмний клієнт. За допомогою нього абонент зможе переглядати телеканали і користуватися всіма додатковими сервісами IPTV на своєму ПК.
  2. Абонентські приставки – для використання абонентами сервісів IPTV на телевізорах необхідні спеціальні приставки Set-Top-Box (STB). Вони є сполучною ланкою між системою Middleware, джерелами контенту в мережі і телевізором абонента. [6]

Типова схема мережі IPTV приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Типова схема мережі IPTV

Рисунок 1 – Типова схема мережі IPTV

5. Метод построения сети IPTV для операторов связи

На сьогоднішній день в світі очікується новий перехід – в епоху інтерактивного телебачення IPTV. А одне з головних вимог користувача, для будь-якої послуги, є якість прийнятого ним контенту, яке безпосередньо залежить від швидкості передачі. Для врівноваження цих показників в системі послуг IPTV потрібно вміло розмістити контент на імєємих серверах, при мінімальному їх кількості.

У даній роботі пропонується розглянути спосіб побудови мережі з двома рівнями серверів (рис.2).

Рисунок 2 – Мережа IPTV, побудована на базі двох рівнів серверів

Рисунок 2 – Мережа IPTV, побудована на базі двох рівнів серверів (анімація: 7 кадрів, 8 циклів, 144 КБ)

У мережі IPTV, побудованої на базі двох рівнів серверів, сервера першого рівня використовуються для зберігання перших 15 хвилин телепрограм, що дозволяє збільшити кількість зберігається контенту, а також час доступу абонента до потрібних йому телепрограм. Другий рівень серверів зберігає, безпосередньо, телепрограми без початкових 15 хвилин. Мережа побудована на базі топологій кільце[7] і зірка[8], яке збільшують відмовостійкість даної мережі.

Розглянемо алгоритм кешування послуг Відео за запитом. Так як доцільно зберігати тільки сегменти телепрограми, то обсяг серверів може бути обмежений до кількох гігабайт, що дозволить, в свою чергу, скоротити обсяг ресурсів центрального сервера IPTV, і в результаті знизити вартість розгортання послуги.

Рисунок 3 – Алгоритм кешування з використанням двох рівнів серверів

Рисунок 3 – Алгоритм кешування з використанням двох рівнів серверів

На рисунку 3 представлені основні принципи алгоритму кешування. Протягом інтервалу tз запити перегляду програми абонентами надходять на сервери. Якщо початок програми не зберігається на найближчому абоненту сервері, запит здійснюється до сусіднього сервера. У разі, коли програми ще немає і в сусідньому сервері, трансляція починається з центрального IPTV сервера (наприклад, кінопрем'єра тільки відбулася, і відео ще не встигло кешуватися в сервера). Щоразу показник популярності П оновлюється на сервері для програми tvi. Цей показник буде використовуватися для визначення популярності програми, беручи до уваги значення віддаленості сервера, на якому вона зберігається. Це означає, що популярна програма не зберігатися в кеш, оскільки сусідній сервер вже зберіг цю програму [5].

Висновки

Виходячи з отриманих даних можна зробити висновок, що розглянуте в статті побудова мережі IPTV, є вигідним як для провайдерів, так і для абонентів. Оскільки, провайдер в даному випадку мінімізує навантаження на центральний сервер IPTV, так як кількість запитів від абонентів значно скорочуються, а також отримує можливість збільшити кількість зберігається в серверах контенту. Абонент ж, в свою чергу, отримує великий вибір телепрограм і малий час на їх запит.

Список використаної літератури

  1. Fati Suliman Mohamed, Azad Saiful, Pathan Al-Sakib Khan (eds.) IPTV Delivery Networks: Next Generation Architectures for Live and Video-on-Demand Services. Wiley, 2017. – 372 p.
  2. Гергес Мансоур Салама Мансоур. Исследование сетевых моделей IPTV. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Санкт-Петербург. 2012. – 19 стр.
  3. Киреева Н. В., Буранова М. А. Обеспечение качества обслуживания в мультисервисных сетях. – ПГУТиИ, Кафедра МСИБ, Самара, 2013. – 35 с.
  4. Маколкина М. А. Разработка и исследование моделей оценки качества передачи видео в IP-сетях. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Санкт-Петербург. 2014. – 18 стр.
  5. Бородинский А. А. Модели и методы управления услугами IPTV в сетях NGN.: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург. 2013. – 16 стр.
  6. Барсков А. Г. ТВ в сетях IP. Сети и системы связи. 2004. № 11.
  7. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 5-е изд. – СПб.: Питер, 2016. – 992 с.: ил. – (Серия Учебник для вузов).
  8. Куроуз Джеймс Ф., Росс Кит В. Компьютерные сети. Настольная книга системного администратора. 6-е изд. – Эскимо, 2016. – 912 с.