+380 44 323 88 88
вул. Маричанська, 18,
м. Київ, Україна, 03040
Написати нам

Моніторинг сучасних систем цифрового телебачення

24 січня 2016

Надання повноцінної послуги triple-play стало практично нормою для операторів широкосмугового доступу. Традиційні широкомовні мережі цифрового кабельного телебачення дозволяють організувати передачу даних і телефонії з використанням технології DOCSIS. Однак, внаслідок обмеженості частотного ресурсу, виникає проблема забезпечення високої швидкості обміну при нарощуванні абонентської бази. Подальша модернізація таких мереж, зокрема перехід на новий стандарт DOCSIS 3.0, вимагає істотних матеріальних вкладень.

Моніторинг сучасних систем цифрового телебачення

У той же час, технологія Ethernet давно перестала використовуватися тільки в локальних мережах передачі даних. Внаслідок істотного збільшення продуктивності активного обладнання і зниження його вартості, на стандарті Ethernet активно будуються сучасні мережі широкосмугового доступу. Застосування волоконно-оптичних технологій на магістральній і розподільчій ділянках дозволило істотно збільшити широкосмуговість таких мереж. Швидкості передачі, що надаються провайдерами для кінцевих абонентів, цілком дозволяють передавати такий ресурсомісткий трафік, як телевізійні потоки IPTV (Internet Protocol Television) стандартної та високої якості. Надання послуги IPTV дозволяє невеликим інтернет-провайдерам конкурувати з традиційними кабельними операторами, надаючи користувачеві ті ж пакети телепрограм, але ще і з додатковим переліком послуг, недоступних клієнтам операторів кабельного ТБ.
Телевізійні послуги нового покоління не тільки дозволяють користувачам оптимізувати витрати на одержуваний контент, але і отримати доступ до нових можливих відео-послуг («відео на замовлення», «замовлення програми зі зрушенням», «мережевий відеомагнітофон» т.ін.).

Побудова мережі IPTV

Для реалізації технології IPTV необхідна побудова мережі (Рис. 1), що складається з головної станції IPTV, власне мережі передачі даних, і абонентських терміналів. Також для надання послуг традиційного телебачення на мережі можуть бути розміщені спеціальні IP/DVB-шлюзи (Arris Edge-QAM D5, Appear TV т.ін.), які перетворять потоки IPTV в сигнал одного зі стандартів цифрового телебачення (DVB).

mon_html_7a73c691.png

  Рис. 1 Структура мережі IPTV

Однак не будь-яка мережа Ethernet придатна для надання можливих послуг IPTV. При впровадженні відео-послуг мережа також повинна відповідати наступним вимогам:

  • підтримка усіма вузлами мережі протоколу групової передачі IGMP (Internet Group Management Protocol) версії не нижче 2.

  • підтримка функції IGMP query (запит про склад групи) на маршрутизаторі або комутаторі, на який приходять мультикастові потоки з усіх джерел.

  • якщо передбачається маршрутизація мультикастових потоків, то необхідна також підтримка протоколу PIM (Protocol Independent Multicast).

Тим не менш, навіть у сучасних широкосмугових мережах Ethernet можуть виникати складнощі із забезпеченням якісного телевізійного сигналу, пов'язані зі специфікою роботи пакетної мережі передачі даних. Невірний розрахунок мережі, неправильна настройка мережевого обладнання, тимчасові затримки пакетів, зашумленность мідних ліній та інші проблеми призводять до видимого погіршення «картинки», зависань, «розсипання» кадрів т.ін.

Система IPTV, як і будь-яка інша система передачі даних, працює правильно тільки тоді, коли:

  • пакети з даними доходять до одержувача;
  • коли вони приходять вчасно і в правильному порядку. 

Тому оператору IPTV принципово важливо об'єктивно і вчасно визначити причину погіршення параметрів відео-сигналу, подивитися зміну параметрів якості в часі. Як показує практика експлуатації мереж IPTV, пошук вирішення деяких проблем може зайняти багато часу, а часом і зовсім неможливий без використання спеціалізованих засобів діагностики.

Організація моніторингу в мережах IPTV

Розглянемо узагальнену схему проходження сигналу від джерела до споживача і етапи контролю показників якості (Рис. 2). На першому етапі «ідеальний» нестиснутий сигнал (270 Мбіт/с для стандартної якості) надходить на пристрій кодування для перетворення його у формат, зручний для передачі по мережі. Природно, що при зменшенні швидкості потоку, наприклад, в 100 разів, відбувається незворотне погіршення якості відеосигналу. Далі цей кодований сигнал надходить у мережу передачі даних, з якої потрапляє до кінцевого абонента, де декодується за допомогою абонентського терміналу - сет-топ боксу (STB).

mon_html_m3346b1ee.png

Рис. 2 Схема контролю якості роботи мережі IPTV

 

На якість зображення може вплинути тільки робота кодера на передавальній стороні (тут все залежить від ступеня стиснення і якості застосовуваних кодеків) і сет-топ боксу. Ці елементи перевіряються раз на початковому етапі перед установкою їх в мережу. Для коректного відновлення сигналу на приймальній стороні необхідно, щоб всі UDP пакети (User Datagram Protocol), що формуються джерелом, надійшли до одержувача вчасно і в правильній послідовності. Тому мережа повинна бути об'єктом постійного спостереження.

Контроль параметрів джитера в мережах IPTV

Всі пакети UDP приходять до одержувача один за іншим через деякий інтервал часу, Inter-arrival time (IAT, інтервал часу між прибуттям пакетів). Цей проміжок часу в ідеальному випадку повинен бути постійним. Але в реальності він постійно змінюється як в позитивну, так і в негативну сторону (Рис. 3), і може досягати неприпустимих значень.

mon_html_25b9da18.png

Рис. 3 Джитер пакетів UDP

 

Зміна інтервалу часу прибуття пакетів щодо середнього значення називається джитером. Відповідно до стандарту ETSI TS 102 034, розбіжність між максимальними відхиленнями в позитивну і негативну сторону не повинна перевищувати 40 мс. В іншому випадку, можливе переповнення або спустошення буфера абонентського сет-топ боксу, що може призвести до видимих ​​дефектів зображення.

Причини виникнення підвищеного джитера можуть бути різними, але до основних можна віднести:

  • Неправильно сконфігуровані маршрутизатори або комутатори (відсутність пріоритетів по QoS, програмна обробка мультикастових потоків, перевантаження устаткування).
  • Зашумлення ліній DSL, що призводить до утворення черг і переповнення буферів на станційних мультиплексорах DSLAM.
  • Різний час пересилки між маршрутизаторами, що може бути наслідком різних маршрутів проходження пакетів одного потоку.

Розглянемо відображення джитера вимірювальним обладнанням на прикладі інтерфейсу аналізатора потоків BridgeTech VB120 через сервер моніторингу мережі VideoBridge Controller (Рис. 4). Найбільш наочним способом відображення джитера є гістограма, що відображає кількість пакетів. Нормальною картиною для джитера є гістограма у вигляді нормального гауссового розподілу з дисперсією, що не перевищує 20 мс, тобто половини максимального джитера. Як видно з ілюстрації для першого потоку, максимальний джитер становить менше 2 мілісекунд, що є дуже незначним порівняно з пороговим значенням.

mon_html_9a91802.png

Рис. 4 Відображення джитера аналізатором потоку BridgeTech VB120

На рис. 5 проілюстрована інша ситуація для тієї ж мережі. Різниця полягає в тому, що перша діаграма побудована для потоку з постійною швидкістю (бітрейтом), а друга - зі змінним. Зміна швидкості потоку на виході кодера тягне за собою істотну зміну інтервалу відправки пакетів UDP і часте перевищення порога в 20 мс. Такий графік не може відображати реальний стан речей. Бо далеко не завжди у провайдера є можливість вирівнювати швидкості потоків, які в основному віщаються із змінним бітрейтом. Для контролю внесеного мережею розкиду використовується генератор еталонних потоків BridgeTech VB230 з постійною швидкістю, який встановлюється на головній станції, а значення джитера знімаються в точках контролю за допомогою аналізаторів серій VB12, VB120, VB20 або VB220.

mon_html_m56400123.png

Рис. 5 Відображення джитера в мережі зі змінним бітрейтом

Визначення параметрів помилок у мережах IPTV

Оскільки одним із завдань системи моніторингу є контроль доставки пакетів кінцевому абоненту, то другим важливим параметром є інтенсивність втрат пакетів або MLR (Media Loss Rate). Оскільки при формуванні передавальним устаткуванням посилки UDP в неї, як правило, інкапсулюється до семи 188-байтових транспортних пакетів TS (Transport Stream), то втрата хоча б однієї UDP посилки призведе до появи видимих ​​дефектів зображення. Стандартом ETSI TS 102 034 допускається інтенсивність втрат пакетів не більше одного на годину.

Найбільш поширеними причинами появи MLR є: 

  • Переповнення буферів мережевого обладнання.
  • Перешкоди в лініях зв'язку, що призводять до помилок CRC.
  • Зміна порядку проходження пакетів.
  • Неузгодженість між маршрутизаторами, неправильні контрольні суми (часто зустрічається в мережах, побудованих на обладнанні різних поколінь і різних виробників).
  • DoS атаки.
  • Вихід за порогові значення кількості абонентів, які користуються ресурсоємними послугами (наприклад, 90% користувачів дивляться відео за запитом).

Важливим параметром якості, похідним від IAT, є коефіцієнт поширення в середовищі передачі MDI-DF (Media-delivery index - delivery factor). Він обчислюється як максимальне значення IAT за період вимірювання 1 с.
Якщо протягом секундного інтервалу вимірювання стався викид IAT за межі порогового значення або ж сталася втрата пакета (MLR), то така секунда вважається помилковою (Errored Second, ES).
Оскільки параметри мережі можуть бути схильні до коливань з плином часу, для оператора важливо оцінити розподіл параметрів якості IPTV в часі. Прикладом такого вдалого рішення може бути технологія швидкого відображення стану потоку BridgeTech MediaWindow (Рис. 6), реалізована у всьому обладнанні лінійки VB IP-PROBE і microVB. Суть даної технології полягає в тому, що горизонтальна вісь є віссю часу, а вертикальна - двонаправлена: по позитивному напрямку відкладаються значення DF, або розмір займаної смуги, по негативному - MLR. При перевищенні певних порогів стовпці забарвлюються у відповідний колір - жовтий чи червоний, з урахуванням ступеня перевищення порога.

mon_html_5058ebdd.png
Рис. 6 Інтерфейс відображення стану потоку в часі (BridgeTech MediaWindow)

Відображення інформації в системі моніторингу BridgeTech

Дуже важливим є спосіб відображення статистичної інформації про потоки. Вона повинна бути наочною, легко читатися, такою, щоб по ній з першого погляду можна було оцінити якість передачі потоку, періодичність і величину помилок. Зручно, коли інформація видається в графічному вигляді відразу для декількох каналів (Рис. 7), що зменшує необхідність численних перемикань в інтерфейсі.
За допомогою технології BridgeTech MediaWindow можна оцінювати вхідний джитер навіть для потоків із змінним бітрейтом шляхом порівнювання їх значення DF відразу після джерела і в точці контролю на мережі.

mon_html_5af3056b.png

Рис.7 Розподіл параметрів джитера в часі для різних потоків 

Обладнання моніторингу для різних ділянок мережі

Ідеологія побудови ефективної системи моніторингу має метою розміщення обладнання контролю в наступних точках на мережі.

1. Головна станція

 Тут (Рис. 8) основними завданнями системи є:

  • Контроль якості джерела сигналу (сюди входить моніторинг потоків з приймача/дескриптора, а також візуальний контроль зображення на предмет наявності завмирань картинки і звуку).
  • Контроль стану підключення абонентів (часто трапляються ситуації, коли про те, що картка не пролонгувалася і, відповідно, канал перестав відкриватися, провайдер дізнається з дзвінків абонентів до кол-центру, замість того, щоб раніше помітити дану ситуацію і усунути проблему до того, як її помітить велика кількість абонентів).
  • Контроль систем обробки потоків (скремблери, трансрейтери, мультиплексори т.ін.).
  • Генерування контрольних потоків CBR для моніторингу джитера, внесеного мережею на різних ділянках.
  • Збір інформації з усіх пристроїв системи моніторингу на мережі. Цю функцію, зокрема, виконує сервер Controller.

mon_html_7a73c691.png

Рис. 8 Збір інформації з головної станції системою моніторингу VideoBridge

2. Опорна мережа та мережа доступу

Основною метою розміщення аналізаторів тут є контроль джитера і втрат, внесених мережевим обладнанням в ядрі мережі, а також комутаторами і маршрутизаторами рівня доступу. Як уже згадувалося, через перешкоди в лініях зв'язку на деяких ділянках, в маршрутизаторах можуть утворюватися черги пакетів, що може призводити до їх затримки і втрати. Також слід зазначити, що обладнання, яке розміщується в ядрі мережі, повинно вміти працювати з трафіком в різних віртуальних локальних мережах (VLAN), а також проводити одночасний моніторинг великої кількості потоків IPTV. Прикладом такого пристрою може бути аналізатор BridgeTech VB220, який здатний аналізувати до 260 потоків одночасно.
На іншій стороні опорної мережі (Рис. 9) може використовуватися аналізатор BridgeTech VB20, що дозволяє контролювати якість потоків на комутаторі доступу або DSLAM (мультиплексорі доступу цифрової абонентської лінії xDSL).

mon_html_52f98ab1.png

Рис. 9 Збір інформації системою VideoBridge на опорній мережі та мережі доступу

 

3. Абонентське обладнання

Устаткування моніторингу, встановлене в приміщенні користувача, насамперед, переслідує мету вирішення проблем, що виникають або через неправильні дії самих абонентів, або через проблеми, пов'язані з «останньою милею». Таким чином, досягається економія коштів за рахунок зменшення виїздів фахівців на місце установки абонентського обладнання. Установка пристроїв моніторингу такого типу не повинна вимагати високої кваліфікації установника, також повинна бути передбачена можливість встановлювати його силами самого абонента. Прикладом такого рішення є BridgeTech microVB - аналізатор, що встановлюється на стороні абонента, в розрив абонентської лінії (Рис. 9), який при включенні самостійно реєструється в системі моніторингу мережі.

Організація моніторингу в цифрових широкомовних мережах

Система моніторингу BridgeTech принципово придатна не тільки для використання на мережах IPTV. Можливе використання мережі IP як транспортної для побудови регіональних і місцевих мереж цифрового телебачення (ефірного, кабельного). В окремих сегментах таких мереж важливо контролювати параметри сигналів, переданих у форматах DVB-C, DVB-T, DVB-S (Рис. 10).
Тут необхідно здійснювати контроль параметрів самого радіосигналу на виході мультиплексора і модулятора (SNR, BER, MER, рівень сигналу), а також перевіряти зміст службової інформації, переданої в потоці, на відповідність стандарту ETSI ETR 101 290. Ці можливості реалізовані в лінійці приладів VB120/220 із застосуванням додаткових інтерфейсних модулів для роботи в широкомовних мережах стандартів DVB-S/S2 (VB270), DVB-T (VB250), DVB-C (VB260, VB262).

mon_html_69371b09.png

Рис. 10 Контроль якості сигналу в мережах DVB-C/T/S

Формування звіту про результати моніторингу

Для надання інформації про роботу мережі і про якість наданих послуг за конкретний період часу повинна бути передбачена можливість формування інформативних звітів. На рис. 11 показаний приклад сторінки звіту, сформованого на сервері моніторингу VideoBridge Controller. Тут відображена загальна інформація про сформований звіт, показані діаграми, що відображають відсоток каналів, на яких з'являлися помилки («no signal», MLR і DF), графік зміни в часі параметрів IAT, MLR і «no signal» (із зазначенням кількості помилкових секунд). Також наведені порогові значення ключових параметрів, встановлені відповідно до SLA (Service Level Agreement).

mon_html_5593f92.png

Рис. 11 Зразок сторінки звіту, сформованої VideoBridge Controller

 

Таким чином, побудова ефективної системи моніторингу є комплексним завданням, кожен з чинників якої в тій чи іншій мірі впливає на її ефективність, а, отже, і на якість надаваних послуг. Система моніторингу повинна бути гнучкою і масштабованою, мати можливість адаптації під будь-які вимоги провайдера. Такою властивістю володіють рішення на базі обладнання компанії BridgeTech, офіційним представником якої на території України є компанія DEPS.

Відділ системної інтеграції

Компанія DEPS.

Следите за последними новостями компании DEPS и телекоммуникационного рынка на нашем Telegram канале: Telegram

0 SELECT i.id iid, i.name, i.elements img, i.`publish_up` AS modified, c.id cid FROM `vjprf_zoo_item` i LEFT JOIN `vjprf_zoo_tag`t ON t.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category_item` ci ON ci.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category`c ON ci.`category_id`=c.`id` WHERE t.`name` IN ('') AND i.`id`<>63029 AND c.id >0 AND i.`type`='article' AND c.`parent` = 7169 GROUP BY i.`id` ORDER BY `publish_up` DESC LIMIT 0,3
Схожі матеріали
  • Каталог товарів
  • Системна інтеграція
  • Сервіс-центр
  • Послуги
  • Акції