ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΚΡΗΤΗΣ 2000-2006 ΜΕΤΡΟ 1.2 Κοινοπραξίες Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης σε τομείς Εθνικής Προτεραιότητας Παροχή υπηρεσιών τουριστικού και αρχαιολογικού ενδιαφέροντος μέσω πλατφόρμας επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Κωδικός Έργου: ΚΡ_22 ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 08 Π08 Υλοποίηση υποδομής ενδιάμεσων κόμβων διανομής Τελική Έκδοση Σελίδα 1 από 29
Συγγραφείς: Φορείς: Έκδοση: Μήνας Παράδοσης: Δρ. Ευάγγελος Πάλλης Δρ. Χαράλαμπος Μάντακας Δρ. Βασίλειος Ζαχαρόπουλος Γεώργιος Μαστοράκης Ευάγγελος Μαρκάκης Ανάργυρος Σιδέρης Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης Τελική Μ15 Ημερομηνία Παράδοσης: 04/10/2007 Ενότητα Εργασίας: ΕΕ4 Copyright Κοινοπραξία ΠΑΣΙΦΑΗ, 2007 Τελική Έκδοση Σελίδα 2 από 29
Η κοινοπραξία του ΠΑΣΙΦΑΗ αποτελείται από: Εμπλοκή στο Έργο* Φορέας Συντομογραφία Φορέα Περιφέρεια Α Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης KTE Κρήτη Σ ΤΕΧΝΕΤΡΟΠΙΑ ΕΠΕ ΤΝΕΤ Κρήτη Σ Ίκαρος Ραδιοτηλεοπτικές Επιχειρήσεις Α.Ε. Κρήτη TV CTV Κρήτη *Α = Ανάδοχος Σ = Συνεργαζόμενος Τελική Έκδοση Σελίδα 3 από 29
Ιστορικό Παραδοτέου Ημερομηνία Έκδοση Φορέας Περιγραφή Έκδοσης 02/06/07 Προσχέδιο v0.1 ΚΤΕ Κρήτης Δημιουργία Έκθεσης 22/07/07 v0.6 ΚΤΕ Κρήτης Έκθεση Υλοποίησης 25/09/07 Final ΚΤΕ Κρήτης Τελική Έκθεση Τελική Έκδοση Σελίδα 4 από 29
Περίληψη Το παραδοτέο Π08 του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ αναφέρεται στην περιγραφή των διαδικασιών για την υλοποίηση της κατάλληλης υποδομής του δικτύου πρόσβασης και τη δημιουργία κομβικού σημείου το οποίο θα αξιοποιηθεί για την παροχή του πολυμεσικού και Διαδικτυακού υλικού ενημέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζονται αναλυτικά οι διάφορες λειτουργικές μονάδες του λογισμικού και του υλικού που χρησιμοποιηθήκαν για την υλοποίηση των κόμβων πρόσβασης στις υπηρεσίες. Επιπλέον σε αυτή την έκθεση περιγράφονται με λεπτομέρεια οι εντολές ενεργοποίησης των διεπαφών που απαιτούνται για την ορθή παραμετροποίηση και λειτουργία των κόμβων αυτών. Στη συνέχεια παρουσιάζονται όλες οι απαραίτητες εντολές δρομολόγησης οι οποίες διασφαλίζουν την ορθή μεταφορά των δεδομένων βασισμένων στο πρωτόκολλο IP τα οποία μεταφέρονται κατά τη διαδικασία της παροχής του πολυμεσικού και διαδικτυακού περιεχομένου του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Τελική Έκδοση Σελίδα 5 από 29
Περιεχόμενα 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ...8 1.1 Σκοπός Παραδοτέου...8 1.2 Γενική Επισκόπηση...8 2 ΔΙΚΤΥΟ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΑΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ...9 2.1 Αρχιτεκτονική ενδιάμεσων κόμβων διανομής...10 3 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΚΟΜΒΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ...15 3.1 Υλοποίηση μονάδων υλικού...15 3.2 Ανάπτυξη λογισμικού...16 3.3 Δρομολόγηση δεδομένων στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής...18 4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...29 Τελική Έκδοση Σελίδα 6 από 29
Λίστα Σχημάτων Σχήμα 2-1: Γενική αρχιτεκτονική δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης...9 Σχήμα 2-2: Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής με Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής...11 Σχήμα 2-3: Αρχιτεκτονική Ενδιάμεσου Κόμβου Διανομής (Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής)...12 Σχήμα 2-4: Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής με Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής...13 Σχήμα 2-5: Αρχιτεκτονική Ενδιάμεσου Κόμβου Διανομής (Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής)...14 Σχήμα 3-1: Ηλεκτρονικός Υπολογιστής...15 Σχήμα 3-2: Κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης...16 Σχήμα 3-3: Κάρτα Ethernet...16 Σχήμα 3-4: Ενεργοποίηση προώθησης πακετών (forwarding)...19 Σχήμα 3-5: Εκτέλεση της εντολής xconfig...19 Σχήμα 3-6: Επιλογή advance router στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος...20 Σχήμα 3-7: Ενεργοποίηση DVB-T κάρτας στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος...21 Σχήμα 3-8: Απενεργοποίηση rp filtering...22 Σχήμα 3-9: Εντολή δρομολόγησης...22 Σχήμα 3-10: Τελικές δρομολογήσεις στο CMN...23 Σχήμα 3-11: Εντολή φίλτρου προστασίας...24 Σχήμα 3-12: Παραμετροποίηση του αρχείου ανίχνευσης ψηφιακών καναλιών...25 Σχήμα 3-13: Ανίχνευση καναλιών ψηφιακής τηλεόρασης...25 Σχήμα 3-14: Συντονισμός του CMN στη συχνότητα εκπομπής των αμφίδρομων υπηρεσιών...26 Σχήμα 3-15: Ενδιάμεσος κόμβος διανομής...27 Σχήμα 3-16 Κεραία λήψης UHF και Ασύρματο κανάλι επιστροφής...28 Τελική Έκδοση Σελίδα 7 από 29
1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Σκοπός Παραδοτέου Ο σκοπός του παραδοτέου Π08 Υλοποίηση υποδομής ενδιάμεσων κόμβων διανομής είναι να παρουσιάσει την υλοποίηση του ενδιάμεσου κόμβου διανομής του προτεινόμενου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης για την παροχή των διαδραστικών υπηρεσιών ενημέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος που έχει δημιουργηθεί στα πλαίσια του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. 1.2 Γενική Επισκόπηση Οι δυνατότητες της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης δε βρίσκουν μόνο εφαρμογή στη μετάδοση πολλαπλών ψηφιακών προγραμμάτων αλλά επεκτείνονται και σε σύγχρονες δικτυακές και διαδραστικές εφαρμογές όπως είναι η δικτύωση μίας περιοχής, η δημιουργία ευρυζωνικών υποδομών καθώς και η παροχή νέων υπηρεσιών δεδομένων στους τελικούς χρήστες. Στο έργο ΠΑΣΙΦΑΗ αξιοποιείται η δυνατότητα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης για τη δημιουργία ενός δικτυακού κορμού στην πόλη του Ηρακλείου ο οποίος θα επιτρέπει τη διασύνδεση ενδιάμεσων κόμβων διανομής που θα προσφέρουν ταχεία πρόσβαση στις αμφίδρομες διαδικτυακές υπηρεσίες ενημέρωσης. Στο παραδοτέο αυτό παρουσιάζεται η διαδικασία για την υλοποίηση των ενδιάμεσων κόμβων διανομής καθώς και του δικτύου πρόσβασης τα οποία χρησιμοποιούνται για την παροχή των αμφίδρομων υπηρεσιών τουριστικού ενδιαφέροντος στους τελικούς χρήστες. Τελική Έκδοση Σελίδα 8 από 29
2 ΔΙΚΤΥΟ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΔΙΚΤΥΑΚΩΝ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ Η γενική αρχιτεκτονική του προτεινόμενου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ (Σχήμα 2.1) αποτελείται από δύο βασικά υποσυστήματα: α) ένα κεντρικό σημείο εκπομπής και β) δύο ενδιάμεσους κόμβους διανομής (Cell Main Nodes, CMN) οι οποίοι βρίσκονται μέσα στην περιοχή κάλυψης DVB-T. Η υλοποίηση του κεντρικού σημείου εκπομπής παρουσιάζεται αναλυτικά στο παραδοτέο Π07 Υλοποίηση και προσαρμογή υποδομής κεντρικού σημείου εκπομπής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης ενώ σε αυτό το παραδοτέο παρουσιάζεται αναλυτικά η υλοποίηση του ενδιάμεσου κόμβου διανομής μέσω του οποίου θα παρέχεται η πρόσβαση στις πολυμεσικές και διαδικτυακές υπηρεσίες του έργου. Εκπομπή UHF (DVB-T) Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής (Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής) Κεντρικό Σημείο Εκπομπής Περιοχή Εκπομπής DVB-T Περιοχή Ασύρματου Δικτύου Υπόμνημα Ασύρματο κανάλι επιστροφής Εκπομπή DVB-T Περιοχή εκπομπής Κεραία Λήψης UHF Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής (Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής) Περιοχή Ασύρματου Δικτύου Κανάλι επιστροφής PSTN Σχήμα 2-1: Γενική αρχιτεκτονική δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Τελική Έκδοση Σελίδα 9 από 29
Κάθε ενδιάμεσος κόμβος δίνει τη δυνατότητα σε έναν αριθμό τελικών χρηστών (γεωγραφικά κοντά στον κόμβο) να έχουν πρόσβαση στις Διαδικτυακές υπηρεσίες ενημέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος που προσφέρονται από το προτεινόμενο δίκτυο επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Οι συγκεκριμένες υπηρεσίες ενθυλακώνονται μέσα στο κοινό ψηφιακό μπουκέτο και μεταδίδονται σε όλη την περιοχή εκπομπής μαζί με τα πολλαπλά ψηφιακά τηλεοπτικά προγράμματα σε μία κοινή ροή μεταφοράς η οποία σχηματίζει το τελικό τηλεοπτικό μπουκέτο. Η εκπομπή του μπουκέτου πραγματοποιείται σύμφωνα με το πρότυπο DVB-T και κάθε τελικός χρήστης λαμβάνει τις κατάλληλες δικτυακές υπηρεσίες μέσω του ενδιάμεσου κόμβου διανομής στον οποίο είναι συνδεδεμένος ενώ παράλληλα μπορεί να λαμβάνει τα πολλαπλά ψηφιακά προγράμματα από το κανάλι των UHF με τη χρήση συσκευής set-top-box /αποκωδικοποιητής DVB-T. 2.1 Αρχιτεκτονική ενδιάμεσων κόμβων διανομής Η γενική διάταξη ενός ενδιάμεσου κόμβου διανομής με ασύρματο κανάλι επιστροφής παρουσιάζεται στο Σχήμα 2-2. Το δίκτυο πρόσβασης στις αμφίδρομες υπηρεσίες δημιουργείται σε αυτήν τη διάταξη με τη χρήση ασύρματης ζεύξης σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 802.11b/g. Ένα τέτοιο ασύρματο δίκτυο πρόσβασης επιτρέπει την point-to-multipoint επικοινωνία του τελικού χρήστη με τον ενδιάμεσο κόμβο σε αρχιτεκτονική κυψέλης. Τελική Έκδοση Σελίδα 10 από 29
Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής Εκπομπή DVB-T (Προγράμματα TV + Δεδομένα IP) Κεραία Λήψης UHF UHF/OFDM Δεκτής Κεντρικό Σημείο Εκπομπής Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής Διαμορφωτής Μετατροπέας MPEG-2 Ροής Μεταφοράς σε IP δεδομένα IP Δρομολογητής Ροή Μεταφοράς DVB-T MPEG-2 αποπολυπλέκτης \ ETHERNET 1 st σημείο πρόσβασης ασύρματου δικτύου Ν st σημείο πρόσβασης ασύρματου δικτύου Ασύρματη κάρτα Κεραία Λήψης UHF Αποκωδικοποιητής Ασύρματη κάρτα Ασύρματη κάρτα Η/Υ TV Η/Υ Η/Υ Διαδραστικός Χρήστης Παθητικός Δεκτής Τηλεόρασης Διαδραστικός Χρήστης Διαδραστικός Χρήστης Σχήμα 2-2: Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής με Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής Οι διαδραστικοί χρήστες έχουν έτσι τη δυνατότητα να ζητούν το Διαδικτυακό περιεχόμενο το οποίο προσφέρεται από το δίκτυο της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης στέλνοντας τις αιτήσεις τους στον ενδιάμεσο κόμβο ο οποίος αναλαμβάνει να τις δρομολογήσει στο κεντρικό σημείο εκπομπής μέσω του μονόδρομου καναλιού επιστροφής. Οι υπηρεσίες κατά απαίτηση εκπέμπονται στη συχνότητα των UHF και λαμβάνονται από τη διεπαφή λήψης του ενδιάμεσου κόμβου ο οποίος προωθεί τη Διαδικτυακή κίνηση στους τελικούς χρήστες μέσω του ασύρματου δικτύου πρόσβασης. Με αυτόν τον τρόπο ο τελικός χρήστης χρησιμοποιώντας μία μόνο διεπαφή (ασύρματη κάρτα δικτύου) επικοινωνίας με τον πάροχο των υπηρεσιών (αρχιτεκτονική δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης) έχει τη δυνατότητα λήψης περιεχομένου με τη χρήση ενός απλού Η/Υ (Σχήμα 2-3). Τελική Έκδοση Σελίδα 11 από 29
Σχήμα 2-3: Αρχιτεκτονική Ενδιάμεσου Κόμβου Διανομής (Ασύρματο Κανάλι Επιστροφής) Στο Σχήμα 2-4 παρουσιάζεται η διάταξη ενός ενδιάμεσου κόμβου διανομής ο οποίος χρησιμοποιεί ενσύρματο κανάλι επιστροφής (PSTN) διασύνδεσης του κόμβου με το κεντρικό σημείο εκπομπής για τη μεταφορά των αιτήσεων/επιβεβαιώσεων της Διαδικτυακής κίνησης των τελικών χρηστών. Μία τέτοια διάταξη χρησιμοποιείται σε απομακρυσμένες περιοχές όπου δεν υπάρχει η δυνατότητα πρόσβασης σε ευρυζωνικές υπηρεσίες επεκτείνοντας έτσι τις δικτυακές υποδομές με τη χρήση της τεχνολογίας DVB-T. Στα σχήματα των διατάξεων που αφορούν τους ενδιάμεσους κόμβους διανομής παρατηρείται ότι αποτελούνται από τρεις διαφορετικές διεπαφές. Η πρώτη αφορά την αλυσίδα λήψης των σημάτων επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης για την κατάλληλη αποδιαμόρφωση και αποκωδικοποίηση για την ανάκτηση της ψηφιακής τηλεοπτικής ροής μέσα στην οποία μεταφέρονται όλες οι υπηρεσίες των ψηφιακών τηλεοπτικών προγραμμάτων και των διαδικτυακών υπηρεσιών. Η διεπαφή αυτή μαζί με την διεπαφή του καναλιού επιστροφής, το οποίο μεταφέρει την αντίστροφη διαδικτυακή κίνηση στο κεντρικό σημείο εκπομπής θα αποτελέσουν τα βασικά στοιχεία για την προσπάθεια δημιουργίας ενός αμφίδρομου δικτύου επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Με αυτόν τον τρόπο πραγματοποιείται και η σύγκλιση μεταξύ των τηλεπικοινωνιακών δικτύων και των δικτύων ευρυ-εκπομπής δημιουργώντας έτσι μία υποδομή η οποία θα δίνει τη δυνατότητα παροχής σε υπηρεσίες ενημέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος. Η τρίτη διεπαφή αφορά το δίκτυο πρόσβασης των τελικών χρηστών, και μέσω αυτής μεταφέρονται τα δεδομένα από και προς τους τελικούς χρήστες. Τελική Έκδοση Σελίδα 12 από 29
Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής Εκπομπή DVB-T (Προγράμματα TV + Δεδομένα IP) Κεραία Λήψης UHF UHF/OFDM Δεκτής Κεντρικό Σημείο Εκπομπής PSTN Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής PSTN Modem Μετατροπέας MPEG-2 Ροής Μεταφοράς σε IP δεδομένα IP Δρομολογητής Ροή Μεταφοράς DVB-T MPEG-2 αποπολυπλέκτης \ ETHERNET 1 st σημείο πρόσβασης ασύρματου δικτύου Ν st σημείο πρόσβασης ασύρματου δικτύου Ασύρματη κάρτα Κεραία Λήψης UHF Αποκωδικοποιητής Ασύρματη κάρτα Ασύρματη κάρτα Η/Υ TV Η/Υ Η/Υ Διαδραστικός Χρήστης Παθητικός Δεκτής Τηλεόρασης Διαδραστικός Χρήστης Διαδραστικός Χρήστης Σχήμα 2-4: Ενδιάμεσος Κόμβος Διανομής με Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής Στην αρχιτεκτονική του ενδιάμεσου κόμβου διανομής του σχήματος 2-5 αξιοποιείται μία γραμμή χαμηλού εύρους ζώνης (PSTN), η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός ασύμμετρου δικτύου όπου η εμπρόσθια διαδικτυακή κίνηση μεταφέρεται μέσω της κοινής τηλεοπτικής ροής μεταφοράς DVB-T που εκπέμπεται από το κεντρικό σημείο εκπομπής μαζί με τα πολλαπλά ψηφιακά τηλεοπτικά προγράμματα αρχαιολογικού ενδιαφέροντος ενώ η κίνηση επιστροφής μεταφέρεται μέσω του καναλιού επιστροφής. Η λήψη των απαραίτητων υπηρεσιών στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής πραγματοποιείται με υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης παρόλο την χρήση γραμμής PSTN λόγω του μικρού ρυθμού μετάδοσης που απαιτείται για τη μεταφορά των αιτήσεων/επιβεβαιώσεων της διαδικτυακής κίνησης επιστροφής. Οι ευρυζωνικές υπηρεσίες δρομολογούνται στη συνέχεια μέσω ενός μηχανισμού δρομολόγησης, προς το δίκτυο πρόσβασης για τη μετάδοσή τους στους τελικούς χρήστες που χρησιμοποιούν τις κατάλληλες κάρτες ασύρματου δικτύου. Τελική Έκδοση Σελίδα 13 από 29
Σχήμα 2-5: Αρχιτεκτονική Ενδιάμεσου Κόμβου Διανομής (Ενσύρματο Κανάλι Επιστροφής) Τελική Έκδοση Σελίδα 14 από 29
3 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΥΠΟΔΟΜΗΣ ΕΝΔΙΑΜΕΣΩΝ ΚΟΜΒΩΝ ΔΙΑΝΟΜΗΣ 3.1 Υλοποίηση μονάδων υλικού Ο ενδιάμεσος κόμβος διανομής (CMN) που χρησιμοποιείται στο δίκτυο της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ έχει υλοποιηθεί με τη χρήση ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή (Σχήμα 3-1) και των κατάλληλων μονάδων hardware και software. Ο Η/Υ απαιτεί ως ελάχιστα τεχνικά χαρακτηριστικά έναν επεξεργαστή Pentium 3, ένα σκληρό δίσκο χωρητικότητας 10GB και μία μνήμη RAM 256ΜΒ. Σχήμα 3-1: Ηλεκτρονικός Υπολογιστής Από το κεντρικό σημείο εκπομπής DVB-T στο Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης εκπέμπεται μία κοινή ροή μεταφοράς πακέτων MPEG-2 TS μέσα στην οποία έχει ενθυλακωθεί η διαδικτυακή κίνηση πακέτων IP. Η εκπομπή αυτή πραγματοποιείται στο κανάλι 29 του εύρους συχνοτήτων των UHF. Η συγκεκριμένη ροή μεταφοράς λαμβάνεται από την κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης (Σχήμα 3-2) που έχει εγκατασταθεί στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής και έτσι με αυτόν τον τρόπο υπάρχει η δυνατότητα λήψης της κίνησης πακέτων IP από τη διεπαφή λήψης. Τελική Έκδοση Σελίδα 15 από 29
Σχήμα 3-2: Κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης Η κάρτα αυτή διαδοχικά προωθεί τα πακέτα προς την κάρτα Ethernet του δικτύου πρόσβασης των τελικών χρηστών, όπου απορρίπτονται όσα πακέτα δεν αντιστοιχούν στο συγκεκριμένο υποδίκτυo. Η βασική λειτουργία της κάρτας δικτύου πρόσβασης είναι να προωθεί την κίνηση προς τους τελικούς χρήστες μέσω ενός δικτύου Ethernet (Σχήμα 3-3). Με αυτόν τον τρόπο οι τελικοί χρήστες έχουν τη δυνατότητα να λαμβάνουν τα πακέτα και να στέλνουν τις επιβεβαιώσεις (ΑCKs) της συγκεκριμένης κίνησης μέσω του δικτύου πρόσβασης και του δικτύου επιστροφής. Η κίνηση των πακέτων αυτών προωθείται μέσω της κάρτας του δικτύου πρόσβασης στην κάρτα του δικτύου επιστροφής που διασυνδέει τον ενδιάμεσο κόμβο διανομής με το κεντρικό σημείο εκπομπής. Σχήμα 3-3: Κάρτα Ethernet 3.2 Ανάπτυξη λογισμικού Οι ενδιάμεσοι κόμβοι διανομής έχουν υλοποιηθεί με βάση το λειτουργικό σύστημα των Linux το οποίο είναι ένα ελεύθερου "τύπου-unix" και αποτελεί μία ανεξάρτητη POSIX υλοποίηση (συλλογικό όνομα μίας οικογένειας σχετικών προτύπων που διευκρινίζονται από το IEEE για να καθορίσουν τη διεπαφή προγραμματισμού εφαρμογής (API) για λογισμικό συμβατό με τις παραλλαγές του λειτουργικού συστήματος Unix). Στα χαρακτηριστικά του συμπεριλαμβάνει πολλαπλές διεργασίες, Τελική Έκδοση Σελίδα 16 από 29
πραγματικό πολυχρηστικό περιβάλλον, εικονική μνήμη, κοινές βιβλιοθήκες, φόρτωση απαιτήσεων, δικτύωση TCP/IP και πολλά άλλα χαρακτηριστικά που δικαιολογούν τον τίτλο "τύπου-unix". Ο πηγαίος κώδικάς του λειτουργικού συστήματος Linux είναι διαθέσιμος σε όλους τους χρήστες ενώ για τη συγκεκριμένη υλοποίηση του ενδιάμεσου κόμβου διανομής χρησιμοποιήθηκε η έκδοση Debian ETCHE. Πριν την εγκατάσταση των εντολών για τη σωστή δρομολόγηση των πακέτων IP έπρεπε να δοθούν οι IP διευθύνσεις των τριών δικτυακών interfaces (dvb_0, eth_1 και eth_0) σε κάθε CMN. Στην περίπτωση του CMN που κάνει χρήση του δικτύου επιστροφής modem 56k η κατανομή των ip είναι η παρακάτω. Στην dvb_0, η οποία λαμβάνει τη ροή μεταφοράς MPEG-2 TS που εκπέμπεται από το κεντρικό σημείο εκπομπής που περιέχει τις Διαδικτυακές και πολυμεσικές υπηρεσίες για τους τελικούς χρήστες, τέθηκε η διεύθυνση IP 14.14.14.14. Η διεπαφή του δικτύου πρόσβασης υλοποιήθηκε με την κάρτα eth_1. Το συγκεκριμένο interface λαμβάνει την προωθημένη κίνηση με τις δικτυακές υπηρεσίες από την κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και την προωθεί στη συνέχεια στους τελικούς χρήστες του υποδικτύου που υλοποιείται με κάποια τεχνολογία δικτύου πρόσβασης. Το συγκεκριμένο interface συγκεντρώνει επίσης όλη την IP κίνηση (αιτήσεις, επιβεβαιώσεις) που προέρχεται από τους τελικούς χρήστες του CMN και την προωθεί προς την άλλη κάρτα δικτύου eth_0. Έτσι τέθηκε ως διεύθυνση IP η 192.168.0.1 και ως Subnet Mask η 255.255.255.0 ανάλογα με το υποδίκτυο των τελικών χρηστών. Πρέπει να σημειωθεί ότι δε χρειάζεται να δοθεί συγκεκριμένη Gateway διεύθυνση και αυτό γιατί η κίνηση των πακέτων δρομολογείται με βάση συγκεκριμένων εντολών δρομολόγησης (rooting commands). Το τρίτο interface έχει υλοποιηθεί με ένα ψηφιακό modem το οποίο προωθεί όλη την IP κίνηση (αιτήσεις, επιβεβαιώσεις) που προέρχεται από την κάρτα eth_1 προς το κεντρικό σημείο εκπομπής. Στο modem αυτό τέθηκε ως IP διεύθυνση η 10.0.67.20, ως Subnet Mask η 255.255.255.0 και ως Default Gateway η 10.0.67.1 η οποία αποτελεί την IP διεύθυνση του Cisco router (firewall) που βρίσκεται στο κεντρικό σημείο εκπομπής της πλατφόρμας DVB-T. Στην περίπτωση που στο CMN αξιοποιηθεί η χρήση ασύρματου δικτύου επιστροφής IEEE 802.11g, η κατανομή των IP διευθύνσεων είναι η παρακάτω. Στην dvb_0, η οποία λαμβάνει τη ροή μεταφοράς MPEG-2 TS που εκπέμπεται από το κεντρικό σημείο εκπομπής που περιέχει τις Διαδικτυακές και πολυμεσικές υπηρεσίες για τους τελικούς χρήστες, τέθηκε η διεύθυνση IP 13.13.13.13. Επίσης η διεπαφή του δικτύου πρόσβασης υλοποιήθηκε με την κάρτα eth_1. Το συγκεκριμένο interface λαμβάνει την προωθημένη κίνηση με τις δικτυακές υπηρεσίες από την κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και την προωθεί έπειτα στους τελικούς χρήστες του υποδικτύου που υλοποιείται με κάποια τεχνολογία δικτύου πρόσβασης. Το συγκεκριμένο interface συγκεντρώνει επίσης όλη την IP κίνηση (αιτήσεις, επιβεβαιώσεις) που προέρχεται από τους τελικούς χρήστες του CMN και την προωθεί προς την άλλη κάρτα δικτύου eth_0. Έτσι τέθηκε ως διεύθυνση IP η 172.16.0.1 και Τελική Έκδοση Σελίδα 17 από 29
ως Subnet Mask η 255.255.255.0 ανάλογα με το υποδίκτυο των τελικών χρηστών. Πρέπει να σημειωθεί ότι δε χρειάζεται να δοθεί συγκεκριμένη Gateway διεύθυνση και αυτό γιατί η κίνηση των πακέτων δρομολογείται με βάση συγκεκριμένων εντολών δρομολόγησης (rooting commands). Το τρίτο interface έχει υλοποιηθεί με μια ασύρματη PCI κάρτα η οποία προωθεί όλη την IP κίνηση (αιτήσεις, επιβεβαιώσεις) που προέρχεται από την κάρτα eth_1 προς το κεντρικό σημείο εκπομπής. Στην κάρτα αυτή τέθηκε ως IP διεύθυνση η 10.0.67.99, ως Subnet Mask η 255.255.255.0 και ως Default Gateway η 10.0.67.1 η οποία αποτελεί την IP διεύθυνση του Cisco router (firewall) που βρίσκεται στο κεντρικό σημείο εκπομπής της πλατφόρμας DVB-T. 3.3 Δρομολόγηση δεδομένων στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής Στα πλαίσια της υλοποίησης του ενδιάμεσου κόμβου διανομής πρέπει να προηγηθεί η εκτέλεση κάποιων εντολών που θα βοηθήσουν στη σωστή δρομολόγηση των πακέτων IP έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η μεταφορά της διαδικτυακής κίνησης του δικτύου. Παρακάτω παρουσιάζεται αναλυτικά η υλοποίηση του CMN που κάνει χρήση του ασύρματου δικτύου επιστροφής. Με τον ίδιο τρόπο υλοποιείται και ο CMN που κάνει χρήση PSTN καναλιού επιστροφής. Για να μπορέσουν να οριστούν οι εντολές δρομολόγησης (routes), βασική προϋπόθεση είναι να ενεργοποιηθεί το ip_forwarding, το οποίο είναι μία εφαρμογή που προωθεί τα πακέτα μεταξύ διαφορετικών interfaces (dvb_0 eth_1 και eth_1 eth_0). Πρώτα, πρέπει να γίνει ο έλεγχος για το αν έχει ενεργοποιηθεί η συγκεκριμένη εντολή, πληκτρολογώντας την σε ένα terminal των linux. Εφόσον το αποτέλεσμά της είναι 0, όπως φαίνεται στην πρώτη εντολή του screenshot στο Σχήμα 3-4, στο terminal, τότε είναι απενεργοποιημένη. Αν το αποτέλεσμα είναι 1 τότε είναι ενεργοποιημένη και την αφήνουμε ως έχει. Για την ενεργοποίησή της πρέπει να πληκτρολογηθεί η δεύτερη εντολή που φαίνεται στο screenshot του ίδιου σχήματος. Τέλος, επαναλαμβάνεται ο έλεγχος, όπου φαίνεται πως ενεργοποιήθηκε κι έγινε 1. Τελική Έκδοση Σελίδα 18 από 29
Σχήμα 3-4: Ενεργοποίηση προώθησης πακετών (forwarding) Άλλη μία εντολή που χρησιμοποιείται είναι η εντολή xconfig που παριστάνει μια γραφική προσομοίωση του πυρήνα του λειτουργικού συστήματος και παρουσιάζει όλα τα στοιχεία του. Αρχικά, πρέπει να γίνει είσοδος στο CMN ως root στο φάκελο με τον πηγαίο κώδικα του πυρήνα. Έπειτα πληκτρολογείται η αντίστοιχη εντολή ώστε να ενεργοποιηθεί η xconfig εφαρμογή όπως φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα 3-5. Σχήμα 3-5: Εκτέλεση της εντολής xconfig Τελική Έκδοση Σελίδα 19 από 29
Όταν ανοίξει η εφαρμογή πρέπει να ενεργοποιηθούν οι παρακάτω επιλογές στο menu Networking. Networking tcp/ip networking Ip:advanced router, όπως φαίνεται και στο screenshot του Σχήματος 3-6 που ακολουθεί. Σχήμα 3-6: Επιλογή advance router στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Για να ενεργοποιηθεί η κάρτα επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης πρέπει στην ίδια εφαρμογή να βρεθεί και να επιλεγεί, όπως φαίνεται και στο screenshot του Σχήματος 3-7 που ακολουθεί. Τελική Έκδοση Σελίδα 20 από 29
Σχήμα 3-7: Ενεργοποίηση DVB-T κάρτας στον πυρήνα του λειτουργικού συστήματος Επίσης στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής χρησιμοποιείται η εντολή rp-filter, η οποία χρησιμοποιείται για να εξασφαλιστεί η αποδοχή των πακέτων μόνο από τα δικτυακά interfaces στα οποία απευθύνονται τα πακέτα IP. Ακόμα δίνει τη δυνατότητα σε αυτά τα interfaces να απορρίπτουν αυτόματα εισερχόμενα πακέτα των οποίων ο πίνακας διευθύνσεων δεν ταιριάζει με τις δικές τους διευθύνσεις. Ο έλεγχος για το αν έχει ενεργοποιηθεί η συγκεκριμένη εντολή γίνεται πληκτρολογώντας την σε ένα terminal των linux. Εφόσον το αποτέλεσμά της είναι 0, όπως φαίνεται στην εντολή του screenshot του Σχήματος 3-8 στο terminal, τότε είναι ενεργοποιημένη. Αν είναι 1, τότε είναι απενεργοποιημένη και απορρίπτει όλα τα πακέτα που διέρχονται από ένα interface και φεύγουν από άλλο. Έτσι πρέπει να πληκτρολογηθεί η αντίστοιχη εντολή με την ip_forwarding, αλλά αυτή τη φορά θα έχουμε echo 0 > proc/sys/net/ipv4/conf/all/rp_filter. Τελική Έκδοση Σελίδα 21 από 29
Σχήμα 3-8: Απενεργοποίηση rp filtering Σημαντική εντολή είναι η ip-route με την η οποία δίνεται η δυνατότητα να δηλωθούν default εντολές δρομολόγησης της κίνησης, μέσα στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής. Έτσι από το screenshot που ακολουθεί βλέπουμε ότι μέσω της εντολής ip-route προωθούνται οποιαδήποτε IP πακέτα που προέρχονται από τους χρήστες, στην eth_1 κι από εκεί στην eth_0, έχοντας ως τελικό προορισμό την πλατφόρμα DVB-T (Σχήμα 3-9). Σχήμα 3-9: Εντολή δρομολόγησης Τελική Έκδοση Σελίδα 22 από 29
Ενώ αντίθετα η δρομολόγηση της κίνησης που έρχεται από την κάρτα ψηφιακής τηλεόρασης dvb_0 και προωθείται προς την κάρτα δικτύου eth_1 ενεργοποιείται αυτόματα, με τον καθορισμό της IP Address της κάρτας δικτύου eth_1. Ακολουθούν οι δρομολογήσεις των κινήσεων μέσα στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής (CMN) και οι οποίες παρουσιάζονται με δύο τρόπους. Είτε με την εντολή ip route show είτε με την εντολή route n (σχήμα 3-10). Σχήμα 3-10: Τελικές δρομολογήσεις στο CMN Στο συγκεκριμένο δίκτυο υπάρχει μία προεπιλογή η οποία πρέπει να αποκλειστεί. Πρόκειται για την περίπτωση που φτάσουν στον ενδιάμεσο κόμβο διανομής ΙP πακέτα μέσω της dvb_0 τα οποία δεν προορίζονται για αυτόν. Το αποτέλεσμα είναι να στέλνονται πίσω στον αποστολέα με αποτέλεσμα να φορτώνεται το δίκτυο με επιπλέον κίνηση. Έτσι λοιπόν για την αποφυγή τέτοιου είδους προβλημάτων χρησιμοποιείται ένα φίλτρο που «κόβει» την κίνηση η οποία φτάνει στην κάρτα dvb_0 και δεν προορίζεται για το υποδίκτυό μας. Η εντολή για την ενεργοποίηση του φίλτρου είναι η iptables που παρουσιάζεται στο screenshot (Sχήμα 3-11) που ακολουθεί. Τελική Έκδοση Σελίδα 23 από 29
Σχήμα 3-11: Εντολή φίλτρου προστασίας Όταν ολοκληρωθούν όλες οι παραπάνω διαδικασίες, πρέπει να γίνει στον κόμβο ο εντοπισμός των τηλεοπτικών προγραμμάτων που εκπέμπονται από το κεντρικό σημείο εκπομπής. Για αυτό τον σκοπό χρησιμοποιείται ένα αρχείο το οποίο περιέχει όλα τα απαραίτητα στοιχεία του modulator της πλατφόρμας DVB-T. Τα στοιχεία αυτά είναι τα εξής: Carrier 8k Code rate 1/2 Guard interval 1/8 Constellation 64 QΑΜ Frequency 538 Mhz Αυτά τα χαρακτηριστικά μετάδοσης έχουν καθορισθεί στο κεντρικό σημείο εκπομπής στο διαμορφωτή DVB-T. Τα παραπάνω στοιχεία φαίνονται και από το screenshot που ακολουθεί στο Σχήμα 3-12. Τελική Έκδοση Σελίδα 24 από 29
Σχήμα 3-12: Παραμετροποίηση του αρχείου ανίχνευσης ψηφιακών καναλιών Με την εντολή scan εντοπίζονται όλα τα τηλεοπτικά κανάλια που εκπέμπονται από την πλατφόρμα DVB-T, όπως φαίνεται και στο παρακάτω screenshot (Σχήμα 3-13). Έτσι ανιχνεύονται τα τηλεοπτικά προγράμματα τα οποία αποθηκεύονται στη συνέχεια σε ένα αρχείο που το ονομάζουμε mychannels. Σχήμα 3-13: Ανίχνευση καναλιών ψηφιακής τηλεόρασης Τέλος, με την εντολή tzap, παρέχεται η δυνατότητα για συντονισμό σε κάποιο από τα ανιχνεύσιμα προγράμματα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα, όπως παρατηρείται και από το screenshot (Σχήμα 3-14). Τελική Έκδοση Σελίδα 25 από 29
Σχήμα 3-14: Συντονισμός του CMN στη συχνότητα εκπομπής των αμφίδρομων υπηρεσιών Η παραπάνω διαδικασία πραγματοποιήθηκε για την υλοποίηση ενός ενδιάμεσου κόμβου διανομής (CMN) με σκοπό την εξυπηρέτηση των τελικών χρηστών, παρέχοντας τους πρόσβαση στο ευρυζωνικό δίκτυο της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Στο Σχήμα 3-15 απεικονίζεται το σημείο επίδειξης για την παροχή των διαδραστικών υπηρεσιών ενημέρωσης τουριστικού και αρχαιολογικού ενδιαφέροντος του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ αξιοποιώντας ένα πλήρως λειτουργικό σύστημα ενός ενδιάμεσου κόμβου διανομής ο οποίος χρησιμοποιείται για την μεταφορά των αμφίδρομων υπηρεσιών στους τελικούς χρήστες. Τελική Έκδοση Σελίδα 26 από 29
Σχήμα 3-15: Ενδιάμεσος κόμβος διανομής Το σημείο επίδειξης επιλέχθηκε να είναι στην αίθουσα συνεδριάσεων της Νέας ΣΤΕΦ του ΤΕΙ Κρήτης η οποία βρίσκεται σε κτήριο που είναι μέσα στην περιοχή κάλυψης της επίγειας ψηφιακής τηλεοπτικής δέσμης DVB-T. Στο Σχήμα 3.16 παρουσιάζεται η οροφή του κτηρίου στην οποία έχουν εγκατασταθεί οι λειτουργικές μονάδες για την απαραίτητη λήψη των σημάτων της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και τη δημιουργία του ασύρματου κατευθυντικού καναλιού επιστροφής το οποίο διασυνδέει τον ενδιάμεσο κόμβο διανομής με το κεντρικό σημείο εκπομπής στο Κέντρο Τεχνολογικής Έρευνας Κρήτης. Τελική Έκδοση Σελίδα 27 από 29
Σχήμα 3-16 Κεραία λήψης UHF και Ασύρματο κανάλι επιστροφής Τελική Έκδοση Σελίδα 28 από 29
4 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Το παραδοτέο Π08 Υλοποίηση υποδομής ενδιάμεσων κόμβων διανομής του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ αναφέρθηκε στην περιγραφή για την υλοποίηση του ενδιάμεσου κόμβου διανομής που χρησιμοποιείται για την παροχή των διαδικτυακών υπηρεσιών ενημέρωσης τουριστικού ενδιαφέροντος στους τελικούς χρήστες που διασυνδέονται στο προτεινόμενο δίκτυο. Παρουσιάσθηκαν αναλυτικά όλες οι μονάδες υλικού και λογισμικού που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση του κόμβου και κατά επέκταση του δικτύου πρόσβασης των αμφίδρομων υπηρεσιών που παρέχονται στα πλαίσια του ερευνητικού έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Επίσης δόθηκε μία λεπτομερής περιγραφή των εντολών που απαιτούνται για την ενεργοποίηση των διεπαφών που χρησιμοποιεί ο ενδιάμεσος κόμβος διανομής κατά τη μεταφορά των αμφίδρομων υπηρεσιών που παρέχονται στα πλαίσια του έργου προς τους τελικούς χρήστες. Με την υλοποίηση των λειτουργικών δικτυακών μονάδων που παρουσιάζονται σε αυτή την έκθεση θα υπάρχει έτσι η δυνατότητα πρόσβασης σε πολυμεσικό και διαδικτυακό περιεχόμενο το οποίο έχει αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια του έργου ΠΑΣΙΦΑΗ. Τελική Έκδοση Σελίδα 29 από 29