Τηλεπικοινωνιακά Μέσα για Πολυµεσικές Εφαρµογές. ρ. Η. Μαγκλογιάννης Πανεπιστήµιο Αιγαίου Τµήµα Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων

Transcript

1 Τηλεπικοινωνιακά Μέσα για Πολυµεσικές Εφαρµογές ρ. Η. Μαγκλογιάννης Πανεπιστήµιο Αιγαίου Τµήµα Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστηµάτων

2 Πρωτόκολλα και Πρότυπα Πρωτόκολλο = Σύνολο από κανόνες που διέπουν την επικοινωνία 2 συστηµάτων Πρότυπο = Πρωτόκολλο που υποστηρίζεται από οργανισµό προτυποποίησης De facto Πρότυπα (OSI/ISO - TCP/IP) Μεταγωγή Κυκλώµατος Φυσικό Κύκλωµα Νοητό Κύκλωµα (σταθερό bit-rate) Μεταγωγή µε Πακέτα Νοητό Κύκλωµα (µεταβλητό bit-rate) Με σύνδεση (hand-shaking) Χωρίς σύνδεση 2

3 Μέτρα Αξιολόγησης Ενός ικτύου (I) Ρυθµός Εξυπηρέτησης Ο ρυθµός µεταφοράς των δεδοµένων µεταξύ δύο συστηµάτων ορίζεται ως το πλήθος των δυαδικών ψηφίων (ή πακέτων) που µπορεί να δεχτεί και µεταδόσει το δίκτυο στη µονάδα του χρόνου. Καθυστέρηση Μεταφοράς (Transit Delay) Η καθυστέρηση µεταφοράς του δικτύου είναι το χρονικό διάστηµα µεταξύ της αποστολής του πρώτου bit ενός κοµµατιού πληροφορίας και της λήψης του από το άλλο άκρο της επικοινωνίας 3

4 Μέτρα Αξιολόγησης Ενός ικτύου (II) Καθυστέρηση Μεταφοράς 4

5 Μέτρα Αξιολόγησης Ενός ικτύου (IIΙ) Μεταβλητότητα της Καθυστέρησης (Delay Variation) Ισοχρονισµός (Isochronism) Μια από άκρο σε άκρο επικοινωνία ονοµάζεται ισόχρονη, εάν το bit rate της σύνδεσης είναι εξασφαλισµένο και αν η µεταβλητότητα της καθυστέρησης είναι επίσης εξασφαλισµένη και µικρή. Multicasting Multicasting είναι η ιδιότητα ενός δικτύου να αντιγράφει, σε καθορισµένα σηµεία του δικτύου, τα δεδοµένα που εκπέµπει µια πηγή. Τα δεδοµένα που αντιγράφονται προωθούνται στα συστήµατα-παραλήπτες που αποτελούν µέλη ενός multicast group, µε τέτοιο τρόπο ώστε να ελαχιστοποιηθούν τα τµήµατα του δικτύου, στα οποία περνούν πολλά αντίγραφα της ίδιας πληροφορίας. Ρυθµοί Λαθών (Error Rates): Αλλοίωση των δεδοµένων, Χάσιµο δεδοµένων, Data Duplication, Λήψη σε λάθος σειρά. 5

6 Μετρήσεις και διόρθωση λαθών (Error Metrics and Recovery ) Bit Error Rate Packet Error Rate ή Cell Error Rate Packet Loss Rate ή Cell Loss Rate Error Detection Cyclic Redundancy Check (CRC) Error Recovery Forward Error Corrections (FEC) 6

7 Απαιτήσεις Από µια Εφαρµογή Πολυµέσων (I) Οι εφαρµογές πολυµέσων έχουν το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό ότι απαιτούν διάφορα είδη ροών πληροφορίας Ικανότητα του δικτύου να διατηρεί ένα σταθερό, και συνήθως αρκετά µεγάλο, ρυθµό µεταφοράς δεδοµένων. Ο συγχρονισµός της πληροφορίας στο δέκτη µπορεί να γίνει µόνοαντοδίκτυοέχειµικρές καθυστερήσεις µεταφοράς µε ανεκτή µεταβλητότητα. 7

8 Απαιτήσεις Από µια Εφαρµογή Πολυµέσων (II) Interactive εφαρµογές έχουν την τάση να µεταδίδουν πληροφορία µε εκρήξεις(bursts). Η παρούσα τεχνολογία παρουσιάζει εναλλακτικές λύσεις για κάθε είδος ξεχωριστά: τα δίκτυα µεταγωγής κυκλώµατος προσφέρονται για ισόχρονη µεταφορά πληροφορίας ενώ τα δίκτυα µεταγωγής µε πακέτα για ασύγχρονη. Οι εφαρµογές πολυµέσων απαιτούν δίκτυα που να προσφέρουν και τα δύο χαρακτηριστικά ταυτόχρονα. 8

9 Εκρηκτικότητα - Burstiness Peak Bit Rate (PBR): Μέγιστος αριθµός bits που περιέχονται στο stream για µικρή και προκαθορισµένη χρονική περίοδο. Mean Bit Rate (MBR): Μέσος όρος των bits που περιέχονται στο stream για µεγάλη περίοδο ή ολόκληρο το session. Η διάρκεια της αιχµής (peak duration). Burstiness ratio: Λόγος MBR και PBR. 9

10 Τοπικά ίκτυα (LANs) Ethernet Ταχύτητα πρόσβασης 100Mbps. H πρόσβαση των κόµβων στο δίκτυο γίνεται µε µια µέθοδο που ονοµάστηκε Carrier Sense Multiple Access Collision Detection (CSMA/CD). Η τοπολογία του δικτύου είναι δακτύλιος. Το φυσικό µέσο είναι ένα οµοαξονικό καλώδιο διαµέτρου 0.5 inches ή καλώδιο UTP. Token Ring Ρυθµός Μετάδοσης 4 ή 16 Μbps Τοπολογία ακτυλίου FDDI Ρυθµός Μετάδοσης 100 Μbps Τοπολογία ακτυλίου Οπτικές Ίνες 10

11 ΑΤΜ Το ΑΤΜ έχει σχεδιαστεί για WANs, αλλά µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για LANs Η πληροφορία µεταφέρεται σε σταθερού και µικρού µήκους τµήµατα που ονοµάζονται κελιά (cells). Η αρχική µορφή του ορίζει ως βασική ταχύτητα τα 155Mbps αλλά υπάρχει δυνατότητα για 622Mbps. 11

12 ίκτυα Ευρείας Κλιµακας (WANs) - Internet Protocol Το ΙΡ προσφέρει επικοινωνία χωρίς σύνδεση. Το δίκτυο απλώς αναγνωρίζει και µεταφέρει πακέτα πληροφορίας, τα οποία ονοµάζονται datagrams. Το δίκτυο παρέχει κάθε στιγµή την καλύτερη υπηρεσία που µπορεί (best effort protocol), χωρίς να παρέχεται καµία εγγύηση για την ποιότητα αυτής. Σε περίπτωση υπερφόρτωσης είναι δυνατόν να χαθούν πακέτα ή να καθυστερήσει υπερβολικά η µετάδοση τους. Υπάρχουν διάφορα πρωτόκολλα δροµολόγησης : στατικά και δυναµικά. 12

13 Multi point µετάδοση σε ΙP δίκτυα Unicasting περισσότερο χρησιµοποιούµενη µέθοδος αυτή τη στιγµή χρησιµοποιεί το bandwidth του δικτύου παντού ανεξάρτητα αν τα υποδίκτυα ενδιαφέρονται για το µήνυµα ή όχι Broadcasting πρακτική υπηρεσία µετάδοσης για δεδοµένα που αποστέλλονται σε µεγάλο κοινό χρησιµοποιεί πολύ bandwidth χωρίς να είναι απαραίτητο στην περίπτωση που ίδια δεδοµένα αποστέλλονται σε πολλούς hosts περιορίζεται σε χρήση σε LAN όπου κι εκεί µπορεί να θεωρηθεί ανεπιθύµητο γιατί απαιτεί από όλες τις µηχανές να εκτελέσουν κάποια επεξεργασία ώστε να καθορίσουν αν ενδιαφέρονται ή όχι για τα δεδοµένα Multicasting περιορίζει την κατανάλωση του bandwidth καθώς τα multicasted δεδοµένα αποστέλλονται µόνο στους hosts που ενδιαφέρονται γι' αυτά 13

14 Η διευθυνσιοδότηση σε Multicast Στο IP multicasting, όταν θέλουµε να στείλουµε πληροφορία σε µία οµάδα από διευθύνσεις τότε αναγράφουµε ένα ID που λέγεται multicast group ID. Στην multicast διευθυνσιοδότηση τα τέσσερα πιο σηµαντικά bits των διευθύνσεων της Class D θέτονται ως Ο 28µπιτος αριθµός που ακολουθεί ονοµάζεται «multicast group ID». Η διάταξη των IP διευθύνσεων της Class D φαίνεται στο σχήµα 14

15 Πρωτόκολλα ροµολόγησης Πολλαπλής Εκποµπής Ηδροµολόγηση των multicast πακέτων γίνεται µε ειδικά πρωτόκολλα, τα οποία θα πρέπει να υποστηρίζονται από όλους τους routers κορµού ενός δικτύου. ιαµορφώνονται multicast νησίδες, οι οποίες επικοινωνούν µέσω της δηµιουργίας νοητών συνδέσµων (tunnels), που µεταφέρουν multicast πακέτα ενσωµατωµένα σε unicast πακέτα. Τα multicast πρωτόκολλα δροµολόγησης απαιτούν να γνωρίζουν την προέλευση ενός πακέτου και όχι τον προορισµό του. Τα περισσότερα multicast πρωτόκολλα δροµολόγησης στηρίζονται στην τεχνική της δηµιουργίας ενός spanning tree (δέντρου διανοµής) που συνδέει όλους τους ενδιαφερόµενους σταθµούς. 15

16 Θέµατα Ασφάλειας Η εξασφάλιση του απορρήτου της επικοινωνίας από µη συµµετέχοντες χρήστες αποτελεί ένα σηµαντικό µέρος που πρέπει να επιλυθεί. Τα µηνύµατα κρυπτογραφούνται µε διάφορους αλγόριθµους. υσκολία της αναγνώρισης του πραγµατικού εκποµπού (ακόµα και αν έχει συµβεί IP spoofing) είναι ένα πρόβληµα που αυτή τη στιγµή λύνεται µε τη χρήση ψηφιακών υπογραφών. Απαραίτητη η αποτελεσµατική διαχείριση της πρόσβασης του καθένα (πχ. σε περίπτωση που κάποιοι δεν θέλουν να λαµβάνουν ένα γεγονός). Αυτή τη στιγµή οι έλεγχοι αυτοί γίνονται από τους multicast routers. Η φύση του δικτύου Internet στο οποίο βασίζεται αυτό το virtual network δεν υποστηρίζει multicasting, δυστυχώς είναι πολύ δύσκολη η επιτυχία υπηρεσιών υψηλής αξιοπιστίας. 16

17 ίκτυα ΙSDN (I) Αρχιτεκτονική ικτύου που παρέχει µε σύνδεση point to point ψηφιακή επικοινωνία µεταξύ των συνδροµητών µε στόχο την κοινή εξυπηρέτηση ποικιλίας εφαρµογών (CCITT) Κανάλια ISDN Κανάλι B (κύριο κανάλι επικοινωνίας, δεδοµένα, φωνή, εικόνα) 64 Kbps Κανάλι D (σηµατοδότηση και δεδοµένα σε χαµηλές ταχύτητες) 16 ή 64 Kbps Κανάλι H (δεδοµένα υψηλών απαιτήσεων - video) 384 ή 1536 ή 1920 Kbps Συνδέσεις ISDN Βασική (basic rate) 2Β+D = 144 Kbps (128) Πρωτεύουσα (primary rate) 30B+D =1984 Kbps (1920) 17

18 Περιορισµοί στο ΙSDN Ηχρήση των υφισταµένων καλωδιώσεων Τροφοδοσία των τερµατικών από το δίκτυο Περιορισµένες Αποστάσεις 0,6 mm διάµετρος / 1km µήκος 10 m Απόσταση Τερµατικού - Πρίζας 8 Τερµατικά Μέγιστο σε Παθητικό ίαυλο 18

19 Τρόποι σύνδεσης στο ISDN δίκτυο 19

20 Πλεονεκτήµατα / Μειoνεκτήµατα ISDN Πλεονεκτήµατα Μειονεκτήµατα Κόστος ικανοποιητικό για λογική χρήση Ικανότητα µετάδοσης φωνής, εικόνας, δεδοµένων εν επαρκεί για µεταφορά µεγάλης ποσότητας δεδοµένων Ακριβό για συνεχή µεταφορά δεδοµένων Χρήση υπάρχουσας υποδοµής - Ιδανικήγιαχρήσησαν εφεδρικής γραµµής - 20

21 ίκτυα Σταθερής Πρόσβασης ADSL Cable - Satellite Κανάλι ADSL Ψηφιακή Επεξεργασία Σήµατος για να εξαλείψει τους θορύβους στο χάλκινο PSTN Downstream 1,536 Mbps - Upstream 16 Kbps 4 KHz analog channel Cable 4 Mbps / user εν δεσµεύει τηλεφωνική γραµµή Satellite 400 Kbps Κόστος εξοπλισµού Επίγειο upstream 21

22 RT applications Audio CD Quality Stereo: 10Hz-20KHz MPEG L3 (MP3) Broadcast Quality (G.722): 50Hz-7KHz Telephony (PCM,G.711): 0.2Hz-3.4KHz Low bit rate telephony (G.723.1) Low bit rate telephony (G.728) Low bit rate telephony (G.729.1) Video HDTV MPEG-2 MPEG-1 MPEG-4 RealVideo Videoconferencing (H.261) Low bitrate videoconferencing (H.263) BW requirements 256 Kbps Kbps 64/56/48 Kbps 64 Kbps 6.4/5.3 Kbps 16 Kbps 8 Kbps ~20 Mbps ~ Mbps ~1-3 Mbps 16 Κbps Κ bps 16 Κbps Κ bps 64 Kbps 2 Mbps 28.8 Kbps - less than 2 Mbps 22

23 Εισαγωγικά Η τεχνολογία xdsl είναι τεχνολογία modem, η οποία χρησιµοποιεί την υπάρχουσα τηλεφωνική καλωδίωση για τη µεταφορά ευρυζωνικών δεδοµένων όπως είναι το video και τα multimedia. Τα αρχικά DSL (Digital Subscriber Line) πρωτοχρησιµοποιήθηκαν σα συντοµογραφία της κωδικοποίησης για µεταδόσεις βασικού ρυθµού ISDN (BRI), µέσα από δισύρµατητηλεφωνικήγραµµή. 23

24 Χωρητικότητα modem Όλα τα modem που λειτουργούν µε συχνότητες ανάλογες της συχνότητας της φωνής, υπακούουν στο νόµο των Shannon- Hartley οπότε η χωρητικότητα τους είναι: Χωρητικότητα = Εύρος Ζώνης * log 2 ( 1+ Σήµα/ Θόρυβος) Τα xdsl σήµατα είναι σχεδιασµένα να µεγιστοποιούν το ρυθµό µετάδοσης ψηφιακών σηµάτων, χρησιµοποιώντας τις συχνότητες που είναι µεγαλύτερες από 1MHz, αρκετά δηλαδή πάνω από τα 3000Hz που είναι δεσµευµένα για µετάδοση φωνής. 24

25 Χωρητικότητα xdsl Με το DSL, η επικοινωνία γίνεται εξ ολοκλήρου ψηφιακά, επιτρέποντας τη χρήση πολύ µεγαλύτερου εύρους ζώνης για τη µεταφορά των δεδοµένων, µε αποτέλεσµα την επίτευξη πολύ υψηλότερων ταχυτήτων. Ηταχύτηταµεταφοράς, σε σχέση µε αυτέςπουέχουµε συνηθίσει οι πιο πολλοί, είναι τεράστια και µπορείναφτάσειτα52,8 Mbps από το Internet (downstream) προς το χρήστη και τα 2,3Mbps απότοχρήστη(upstream) προς το Internet. Επειδή, όµως, τίποτε δεν έχει µόνο θετικές πλευρές, το DSL έχει µια µεγάλη δέσµευση: την απόσταση. 25

26 Τεχνολογίες DSL (1) Asymmetric DSL (ADSL): ονοµάζεται ασύµµετρη διότι η ταχύτητα από προς τον καταναλωτή (downstream) είναι µεγαλύτερη από την ταχύτητα προς το κέντρο (upstream). Το ADSL λειτουργεί έτσι διότι οι περισσότεροι χρήστες παίρνουν πιο πολλές πληροφορίες από το Internet από ότι στέλνουν. High bit-rate DSL (HDSL): δίνει ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων εφάµιλλους µε εκείνους που δίνει η T1 γραµµή (1,5 Mbps). Στέλνει και λαµβάνει δεδοµένα στην ίδια ταχύτητα, αλλά απαιτεί δύο γραµµές διαφορετικές από την κανονική τηλεφωνική γραµµή. 26

27 Τεχνολογίες DSL (2) ISDN DSL (IDSL): τεχνολογία κυρίως για τους χρήστες του ISDN. Είναι πιο αργή από τις υπόλοιπες DSL και λειτουργεί στα 144Kbps και για τις δύο κατευθύνσεις. Το πλεονέκτηµα είναιότι χρησιµοποιείται ο εξοπλισµός της IDSN, αλλά το κέρδος είναι µόλις 16 Kbps (αφού η ISDN λειτουργεί στα 128 Kbps). Multirate Symmetric DSL (MSDSL): είναι συµµετρική DSL που µπορεί να µεταφέρει µε πολλούς διαφορετικούς ρυθµούς δεδοµένων. Ορυθµός καθορίζεται από τον παροχέα της υπηρεσίας, και βασίζεται κυρίως στο κόστος της σύνδεσης. 27

28 Τεχνολογίες DSL (3) Rate Adaptive DSL (RADSL): είναι µια παραλλαγή της DSL η οποία επιτρέπει το Modem να ρυθµίσει την ταχύτητα της σύνδεσης ανάλογα µε το µήκος και την ποιότητα της γραµµής. Symmetric DSL (SDSL): λαµβάνει και στέλνει δεδοµένα στην ίδια ταχύτητα. Χρειάζεται ξεχωριστή γραµµή από το τηλέφωνο όπως η HDSL, αλλά χρησιµοποιεί µία γραµµή αντίγιαδύο. Very high bit-rate DSL (VDSL): ασύµµετρη DSL η οποία δουλεύει σε µικρές αποστάσεις χρησιµοποιώντας απλές τηλεφωνικές γραµµές. 28

29 Σύγκριση των DSL τεχνολογιών DSL Type Maximum Send Speed Maximum Receive Speed ADSL 800 Kbps 8 Mbps Maximum Distance 18,000 ft (5,500 m) Phone Support Lines Required 1 Yes HDSL 1.54 Mbps 1.54 Mbps 12,000 ft (3,650 m) 2 No IDSL 144 Kbps 144 Kbps 35,000 ft (10,700 m) 1 No MSDSL 2 Mbps 2 Mbps 29,000 ft (8,800 m) 1 No RADSL 7 Mbps 1 Mbps 18,000 ft (5,500 m) 1 Yes SDSL 2.3 Mbps 2.3 Mbps 22,000 ft (6,700 m) 1 No VDSL 52 Mbps 16 Mbps 4,000 ft (1,200 m) 1 Yes 29

30 Πλεονεκτήµατα του ADSL Επιτρέπει ταυτόχρονη χρήση της τηλεφωνικής συσκευής και του modem γιασύνδεσηστο ιαδίκτυο, µε υψηλές ταχύτητες για τη λήψη δεδοµένων. Ησύνδεσηµε τον παροχέα διαδικτύου (ISP) είναι µονίµως διαθέσιµη, 24 ώρες το 24ωρο. Συνεπώς δε χρειάζεται να περιµένουµε διαθέσιµο modem ή ελεύθερη γραµµή πρόσβασης προκειµένου να συνδεθούµε στο ιαδίκτυο, όπως γίνεται µέχρι σήµερα. Ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισµός που πρέπει να αγοράσουµε είναι προσιτός. Το ADSL, λόγω των υψηλών ταχυτήτων που προσφέρει, µπορεί να υποστηρίξει υπηρεσίες πολυµέσων 30

31 Ταχύτητες του ADSL Στο παραπάνω σχήµα φαίνεται ενδεικτικά ο χρόνος (σε λεπτά) που απαιτείται για το "κατέβασµα" του trailer του Star wars (αρχείο µεγέθους 25 MB). 31

32 Η τεχνολογία FTTx Η τεχνολογία που κάνει χρήση οπτικής ίνας µέχρι ένα ορισµένο σηµείο του δικτύου πρόσβασης καλείται FTTx (Fiber To The x). Το σηµείο x µπορεί να είναι η γειτονιά ή το κράσπεδο του πεζοδροµίου οπότε έχουµε αντίστοιχα FTTN (Fiber To The Neighborhood) και FTTC (Fiber To The Curb), το κτίριο οπότε έχουµε την περίπτωση FTTB (Fiber To The Building), ή το σπίτι µε το FTTH (Fiber To The Home). Όλα τα FTTx δίκτυα βασίζονται στις αρχές των PONs (Passive Optical Networks). Το PON είναι ένας από τους τρόπου κατανοµής των πόρων σε περίπτωση που οι χρήστες δεν χρησιµοποιούν µεγάλο όγκο δεδοµένων. 32

33 ίκτυα πρόσβασης µε οπτική ίνα 33

34 Παθητικά Οπτικά ίκτυα 34

35 FTTC/FTTB H FTTC αρχιτεκτονική αποτελείται από οπτική ίνα στο δίκτυο πρόσβασης µέχρι το µονάδα τερµατισµού της οπτικής ίνας, που τοπολογικά βρίσκεται στο κράσπεδο του πεζοδροµίου (FTTC) ή µέχρι ένα συγκεκριµένο κτίριο (FTTB) εξυπηρετώντας µερικές δεκάδες συνδροµητές. Το τελευταίο τµήµα µέχρι τη συσκευή του χρήστη έχει τυπικά µήκος περίπου 300 µέτρα και αποτελείται από οµοαξονικό καλώδιο ή δισύρµατη τηλεφωνική γραµµή. Κάθε χρήστης συνδέεται µε το δικό του καλώδιο µέχρι τη µονάδα τερµατισµού της οπτικής ίνας, δηµιουργώντας µιας τοπολογία αστεριού 35

36 FTTH (Fiber To The Home) Η τεχνολογία FTTH (Fiber To The Home) χρησιµοποιεί οπτική ίνα µέχρι το σπίτι. Μπορεί να συνδυαστεί είτε µε παθητικό τερµατισµό τηςοπτικήςίναςοπότεέχουµε έναpon δίκτυο, είτε µε ενεργητικό τερµατισµό τηςίνας. Στην τελευταία περίπτωση είναι πιθανό τα σήµατα να µεταφέρονται µε διαφορετικό µέσο µέχρι την τερµατική συσκευή. Τέλος είναι πιθανό οι ενεργοί τερµατισµοίτηςίναςνα χρησιµοποιηθούν για τη δηµιουργία τοπολογίας αστεριού µέχρι το τερµατικό. 36

37 FTTH µε ενεργό τερµατισµό δικτύου 37

38 FTTH µε Πολυπλεξία ιαίρεσης Χρόνου (TDM) και Κύµατος (WDM) 38

39 ίκτυα Καλωδιακής Τηλεόρασης Σύγχρονα δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης µπορούν να µεταδώσουν πάνω από οµοαξονικό καλώδιο από 50 έως 100 κανάλια, ανάλογα µε την άνω συχνότητα του δικτύου. Η εξέλιξη του δικτύου της καλωδιακής τηλεόρασης βασίζεται σε ένα υβριδικό σύστηµα πουσυνδυάζειοπτικήίνακαιοµοαξονικό καλώδιο (Hybrid Fiber-Coax, HFC). Η οπτική ίνα εκτείνεται από το τέλος του δικτύου πυρήνα και φτάνει µέχρι ένα κόµβο ανά γειτονιά. Ο κόµβος αυτός τυπικά εξυπηρετεί 100 µε 500 χρήστες. 39

40 Κατανοµή φάσµατος πάνω από οµοαξονικό καλώδιο 40

41 Βασικά πλεονεκτήµατα της HFC µετάδοσης εν χρειάζεται επιπλέον εξοπλισµό στο χρήστη για να µετατρέψει το σήµα σεµορφή κατάλληλη για τις συσκευές που χρησιµοποιεί. Έτσι µπορεί να χρησιµοποιεί την καλωδιακή τηλεόραση και ραδιόφωνοόπωςκαιπριν. Σήµατα µπορούν να µεταδίδονται αποδοτικά ανάλογα µε τις υπηρεσίες που µεταφέρουν Το εύρος ζώνης δεν είναι από πριν καθορισµένο. Μπορεί να δεσµεύεται και να µεταβάλλεται από υπηρεσία σε υπηρεσία π.χ. καλωδιακή τηλεόραση σε ταινίες µε επιλογή ανάλογα µε τη ζήτηση. 41

42 SDV (Switched Digital Video) Η SDV αρχιτεκτονική είναι µια αρχιτεκτονική FTTC αστεριού. Μια οπτική ίνα µε πολύ µεγάλο εύρος ζώνης (>1Gb/s), µεταφέρει τόσο τα αναλογικά κανάλια τηλεόρασης, όσο και τα ψηφιακά. Η οπτική ίνα φτάνει µέχρι ορισµένα σηµεία τερµατισµού, και από εκείνα τα σηµεία και µέχρι το σπίτι χρησιµοποιεί ένα συνδυασµό από οµοαξονικό καλώδιο και δισύρµατη τηλεφωνική γραµµή. 42

43 Αρχιτεκτονική SDV 43

44 Ήχος και Εικόνα στο ίκτυο IP Multicast Μεταδίδει την ίδια πληροφορία µία φορά µόνο σε πολλούς χρήστες. Όταν ένας ακροατής θέλει να ακούσει κάτι οι routers βρίσκουν τον πλησιέστερο κόµβο που διαθέτει την πληροφορία και την αντιγράφουν. MBONE Εικονικό δίκτυο πάνω από κοµµάτια του πραγµατικού διαδικτύου που επιτρέπουν τη δροµολόγηση πακέτων για multicast καθώς αυτή η λειτουργία δεν υποστηρίζεται από όλους τους εµπορικούς δροµολογητές. Το ΜΒΟΝΕ αποτελείται από νησίδες, που υποστηρίζουν άµεσο multicast -τοπικά δίκτυα Ethernet- και είναι συνδεδεµένες µεταξύ τους µε απ άκρο εις άκρο συνδέσεις που ονοµάζονται «tunnels». Αυτή τη στιγµή υπάρχει ένας σχετικά µικρός αριθµός κόµβων που συµµετέχει στο ΜΒΟΝΕ αλλά διαρκώς οι νέοι κόµβοι που το υποστηρίζουν αυξάνονται. 44

45 Πρωτόκολλα µεταφοράς πραγµατικού χρόνου (Ι) (RTP Real-time Transfer Protocol) -RFC 1889 Από άκρη σε άκρη λειτουργίες δικτύου µεταφοράς κατάλληλες για εφαρµογές που µεταδίδουν δεδοµένα πραγµατικού χρόνου, όπως ήχο, εικόνα ή δεδοµένα προσοµοίωσης µέσω multicast ή unicast δικτυακών υπηρεσιών. Οι υπηρεσίες του RTP περιλαµβάνουν προσδιορισµό του τύπου του φορτίου, αρίθµηση της ακολουθίας, χρονικό χαρακτηρισµό και έλεγχο παραλαβής. εν προσφέρει κανένα µηχανισµό χρονικής εξασφάλισης της αποστολής εν εγγυάται παράδοση των πακέτων ούτε µπορεί να αποτρέψει εκτός σειράς παράδοση ενώ ούτε στηρίζεται στην αξιοπιστία του υποκειµένου πρωτοκόλλου. Τα νούµερα της αλληλουχίας που περιλαµβάνονται στο RTP επιτρέπουν στον παραλήπτη να επανασυνθέσει την αλληλουχία των πακέτων του αποστολέα. 45

46 Λειτουργία του RTP payload type (PT): 7 bits. Identifies the format of the RTP payload and determines its interpretation by the application. sequence number: 16 bits. Increments by one for each RTP data packet sent, may be used by the receiver to detect packet loss and to restore packet sequence. The initial value is randomly set. timestamp: 32 bits. The sampling instant of the first octet in the RTP data packet. May be used for synchronization and jitter calculations. The initial value is randomly set. 46

47 Πρωτόκολλα µεταφοράς πραγµατικού χρόνου (ΙΙ) RTSP (Real -Time Streaming Protocol) Υποστηρίζει έναρξη και η παύση της µετάδοσης σε πραγµατικό χρόνο, συγχρονισµό πολλαπλών µορφών δεδοµένων και άλλους ελέγχους Tα δεδοµένα χωρίζονται σε πακέτα, ανάλογα µε το είδος της µεταφερόµενης πληροφορίας και το ρυθµό µεταφοράς µεταξύ πελάτη και εξυπηρετητή. Όταν ο πελάτης έχει λάβει επαρκή αριθµό πακέτων, το λογισµικό του χρήστη µπορεί να παίζει ένα πακέτο, ταυτόχρονα όµως να λαµβάνει ένα άλλο και να αποκωδικοποιεί ένα τρίτο. To RTSP επιτρέπει τη συνεργασία του µε άλλα, καθιερωµένα πρωτόκολλα στο χώρο των δικτύων, όπως το HTTP (HyperText Transfer protocol) ή το RTP (Real Time Transfer Protocol). Tο RTSP παρέχει µηχανισµούς ελέγχου και φροντίζει για ζητήµατα υψηλού επιπέδου όπως για παράδειγµα την εγκαθίδρυση συνόδου (session establishment) ή ζητήµατα licensing. 47

48 Πρωτόκολλα µεταφοράς πραγµατικού χρόνου (ΙΙΙ) ASF (Active Streaming Format) Αναφέρεται συχνά όχι σαν πρωτόκολλο αλλά σαν τύπος αρχείου (file format) και θεωρείται κοµµάτι της συνολικής στρατηγικής των ActiveX. Αρχεία που περιέχουν πολλαπλά αντικείµενα (ήχο, εικόνα κ.τ.λ.) και αποστέλλονται ενοποιηµένα µέσα από τα frames του δικτύου. εν υποκαθιστά το MPEG αντίθετα frames παραγόµενα από MPEG κωδικοποιητές µπορούν να ενσωµατωθούν στα frames τoυ ASF. Το ASF χρησιµοποιείται σαν file format και µπορεί να µεταφερθεί πάνω από χαµηλότερου επιπέδου πρωτόκολλα µεταφοράς περιλαµβανοµένων των TCP/IP, UDP/IP, και το RTP. Ακόµη και ακροατές που βρίσκονται πίσω από firewalls που µπλοκάρουν όλα τα UDP πακέτα µπορούν µέσω HTTP να λάβουν τα σήµατα. 48

49 Πρωτόκολλα µεταφοράς πραγµατικού χρόνου (ΙV) RSVP (Resourse Reservation Protocol) Το πρωτόκολλο αυτό διασφαλίζει τη µεταφορά µέσω ενός δικτύου και επιτρέπει στους χρήστες να ζητούν συγκεκριµένης ποιότητας υπηρεσίες για δεδοµένη ροή πληροφοριών. Οι ακροατές µπορούν να προσδιορίζουν τι εύρος ζώνης θα χρειασθούν και τη µέγιστη καθυστέρηση που µπορούν να ανεχθούν και όλες οι συσκευές που εµπλέκονται κρατούν το εύρος για τη ροή αυτή. Ένας χρήστης είτε θα εξυπηρετηθεί είτε θα ενηµερωθεί ότι δεν υπάρχει διαθέσιµο κανάλι. Ένα µεγάλο µειονέκτηµα είναι ότι όλοι όσοι εµπλέκονται ανάµεσα στον προµηθευτή και τον ακροατή θα πρέπει να υποστηρίζουν το RSVP. Το RSVP λειτουργεί πάνω από IP, καταλαµβάνοντας τη θέση του επιπέδου µεταφοράς αλλά προσφέρει και υπηρεσίες επιπέδου συνόδου 49

50 Προϊόντα Μεταφοράς Ήχου & Εικόνας (I) Real Media - Real Player H εταιρεία ενώ πουλά τον κωδικοποιητή δίνει δωρεάν σε όλους τους χρήστες του δικτύου τον αποκωδικοποιητή (player). Μετάδοση σε πραγµατικό χρόνο αρχείων ήχου, κινούµενης εικόνας, MIDI, κείµενο, εικόνες, animation και παρουσιάσεις. Μετάδοση δεδοµένων συγχρονισµένα. Έλεγχος των πακέτων και από τις δύο πλευρές δηλαδή τόσο από αυτόν που µεταδίδει όσο και από αυτόν που λαµβάνει. Επιτρέπει τη µείωση των λαθών, την συνεννόηση για την σύνδεση (bandwidth negotiation), την ζωντανή µετάδοση και τον έλεγχο της και τέλος την πολλαπλή µετάδοση(multicast). 50

51 Προϊόντα Μεταφοράς Ήχου & Εικόνας (II) Λογική πελάτη εξυπηρετητή (client-server) και διαθέτει µια ανοιχτή αρχιτεκτονική για όλους τους τύπους δεδοµένων. Ένα plug-in προστίθεται στον εξυπηρετητή ή την εφαρµογή για τους χρήστες και επεξηγεί πως να διαβαστούν τα εκάστοτε δεδοµένα. H πλατφόρµα επιτρέπει να µεταδώσει κάποιος το περιεχόµενό που θέλει, στην περίπτωσή µας τον ήχο µε τη βοήθεια οποιουδήποτε πρωτοκόλλου για το δίκτυο όπως TCP/IP, UDP/IP, ή HTTP. Οι εξυπηρετητές δίνουν τη δυνατότητα για µετάδοση σε ένα ή περισσότερους πελάτες ταυτόχρονα (unicast,multicast) ενώ υποστηρίζουν αµέτρητο αριθµό ταυτόχρονων συνδέσεων. Περίπου χρήστες κάθε εβδοµάδα επισκέπτονται το site της Real Media για να «κατεβάσουν» για πρώτη φορά ή να αναβαθµίσουν το πρόγραµµα τους (player). 51

52 Προϊόντα Μεταφοράς Ήχου & Εικόνας (III) Microsoft s Netshow Το πρωτόκολλο που χρησιµοποιεί το Netshow είναι το ASF. Το Netshow βελτιστοποιεί τη µεταφορά τους ενώ περιέχει και εργαλεία για την µετατροπή όλων των γνωστών file formats σε ASF format. Τηλεφωνία (Voice over IP) VoIP πακέτα µεταδίδονται µε το πρωτόκολλο RTP (Real- Time Transport Protocol) µέσα σε UDP-IP πακέτα Το RTP αναλαµβάνει αρίθµηση της ακολουθίας, χρονικό χαρακτηρισµό και έλεγχο παραλαβής των πακέτων 52

53 Άλλοι Real Time Video Streamers MacroMedia s Streaming Shockwave StreamWorks της Xing Technology VDOLive της VDONet Vosaic (University of Illinois) Vxtreme Vivoactive 53

54 Σύστηµα VoD Satellite Adapted CATV infrastructure. Conventional copper telephone wires. Optical fibre infrastructure. Mixed fiber/coaxial cable infrastructure. Wireless microwave distribution. Μεταγωγέας Οπτική Ίνα Εξυπηρετητής Video ίκτυο ιανοµής Εξυπηρετητής Ήχου Τοπικός Εξυπηρετητής 54

55 Βασικά Μέρη Συστήµατος VoD Ο video server στον οποίο τοποθετούνται οι ταινίες σε ψηφιακή µορφή (MPEG 2) Το δίκτυο διανοµής (Ψηφιακό π.χ. ΑΤΜ ή αναλογικό RF) Οι αποκωδικοποιητές MPEG 2 Το set top box που ρυθµίζει την επικοινωνία του συνδροµητή µε τον server Τη συσκευή προβολής 55

56 Είδη υπηρεσιών Broadcast (no-vod): υπηρεσία η οποία είναι παρόµοια µε την παραδοσιακή TV στην οποία ο χρήστης είναι παθητικός δέκτης και δεν έχει καθόλου έλεγχο. Pay-Per-View (PPV): υπηρεσία όπου οι χρήστες αφού εγγραφούν και πληρώσουν έχουν τη δυνατότητα να παρακολουθήσουν συγκεκριµένα προγράµµατα, όµοια µε τις υπάρχουσες υπηρεσίες CATV PPV. Quasi Video-on-Demand (Q-VoD): υπηρεσία όπου οι χρήστες χωρίζονται σε οµάδες µε βάση ένα κατώφλι ενδιαφέροντος. Ένας χρήστης µέσω της επιλογής µιας άλλης οµάδας µπορεί να ελέγξει τι θα πρόγραµµα θα παρακολουθήσει. Near Video-on-Demand (N-VoD): υπηρεσία όπου λειτουργίες όπως forward και reverse εξοµοιώνονται µε µεταβάσεις σε διακριτά χρονικά διαστήµατα (περίπου κάθε 5 λεπτά). Αυτή η δυνατότητα παρέχεται µε την επανεκποµπή του ίδιου προγράµµατος σε τακτά χρονικά διαστήµατα από διάφορα κανάλια. True Video-on-Demand (T-VoD): υπηρεσία στην οποία ο χρήστης έχει τον απόλυτο έλεγχο πάνω στην παρουσίαση του προγράµµατος. Adaptive Video-on-Demand: υπηρεσία στην οποία ο χρήστης κάνει αίτηση για να παρακολουθήσει ένα πρόγραµµα. Η απόφαση αν η αίτηση του θα γίνει αποδεκτή ή όχι εξαρτάται από έναν αλγόριθµο δροµολόγησης. 56

57 Κατηγορίες χρηστών Μεµονωµένοι συνδροµητές: αποτελούν µια πολύ µεγάλη οµάδα δυνητικών χρηστών για την περίπτωση του VoD, αφού µε µια σύνδεση της τάξης των 32 ή 64 Kbps, είναι δυνατή η µεταφορά µίας ταινίας σε ικανοποιητικό χρονικό διάστηµα. Εταιρίες ψυχαγωγίας: οι χρήστες στην περίπτωση αυτή είναι εταιρείες ψυχαγωγίας, οι οποίες µπορούν να εγκαταστήσουν τοπικά συστήµατα παιχνιδιών κατ απαίτηση, που θα δίνουν ηλεκτρονικά παιχνίδια στο τερµατικό του τελικού χρήστη. Ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις: πολλές µεγάλες ξενοδοχειακές εγκαταστάσεις, κυρίως στο εξωτερικό, παρέχουν True ή Near βίντεο κατ απαίτηση. Η εφαρµογή έγκειται στην εγκατάσταση ενός τοπικού συστήµατος βίντεο κατ απαίτηση, το οποίο παρέχει βίντεο ή παιχνίδια στην τηλεοπτική συσκευή ή στο τερµατικό κάθε δωµατίου, ή ακόµα και σε ειδικές κοινόχρηστες αίθουσες. Φορείς εκπαίδευσης: οι φορείς εκπαίδευσης µπορούν να χρησιµοποιήσουν µια τοπική εγκατάσταση True βίντεο κατ απαίτηση για την υποστήριξη µαθηµάτων και σεµιναρίων. Η εγκατάσταση µπορεί να χρησιµοποιηθεί σαν ένα σύστηµα offline εκπαίδευσης από απόσταση, µε εφαρµογή σε τοπική κλίµακα. Ειδησεογραφικοί σταθµοί: οι ειδησεογραφικοί σταθµοί µπορούν να παρέχουν σε ιδιώτες ειδησεογραφικό δελτίο (On Line News) κατ απαίτηση. ιαφηµιστικά γραφεία: τα διαφηµιστικά γραφεία µπορούν να χρησιµοποιήσουν τα συστήµατα VoD για να συγκεντρώνουν πληροφορίες από τους καταναλωτές µε κόστος πολύ µικρότερο από το συνηθισµένο. 57

58 Κατηγορίες Εφαρµογών 58