Передача Данных через DVB

Передача Данных через DVB

Главная Спутниковый Интернет Передача Данных через DVB

 Купить DVBT приемник в Казани 

В поисках повсеместного широкополосного доступа

Рост использования персоналом мультимедийных услуг Интернет, и в частности использование world wide web, привел к всевозрастающей потребности в широкополосном доступе. Акценты сместились с простейшего Интернет доступа к ожиданию, что высокоскоростной доступ будет предоставлен где бы то ни было. Это бросило новый вызов индустрии сетевых решений, и вскоре привело к созданию таких комбинированных ассиметричных систем доступа к Интернет с широкополосным спутниковым приемным каналом, как уже ставшая классикой система DirecPC американской Hughes Network Systems

Вместе с ростом использования Интернет во всем мире наблюдалась и революция в передаче телевидения, с все более утверждающимся стандартом Digital Video Broadcast (DVB). Помимо высокого качества передачи и разнообразия сервисов, одной из основных задач, реализованных в DVB явилась DTH (Direct To Home) доставка большого количества цифровых каналов непосредственно на терминал получателя. Таким образом уже известный к этому моменту ассиметричный доступ к Интернет получил возможность интеграции во множество спутниковых DVB систем, а пользователи получили возможность высокоскоростного (до 45 Мбит/сек) приема Интернет данных с использованием доступного комплекта состоящего из небольшой спутниковой антенны и конвертора - (LNB -Low Noise Block), соединенных высокочастотным кабелем на ПЧ с приемным адаптером в виде PCI карты или Set Top Box (STB). В большинстве потребительских систем обратный канал строится с использованием существующей наземной инфраструктуры и запросы пользователей отправляются стандартным модемом по обычному коммутируемом соединению с локальным ISP, обеспечивая таким образом экономичный двунаправленный доступ с требуемой полосой. В ряде случаев, например HNS IP Advantage (DirecPC Enterprise Edition), в качестве обратного канала используется дешевый низкоскоростной обратный канал, имеющийся в уже работающих корпоративных спутниковых сетях. Все эти системы обеспечивают низкую стоимость и широкую полосу доступа к Интернет для любой точки в пределах зоны покрытия спутника, используемого DVB системой.

Производительность TCP/IP в спутниковых сетях

Имеет место известное заблуждение об эффективности передачи данных с помощью протокола TCP (используемого большинством Интернет-приложений) по спутниковм каналам. Масла в огонь подливают неверные представления, успевшие стать расхожими. Основа непонимания произрастает из трех областей:

  • Множество людей имеют опыт работы с реализациями таких соединений, которые на сегодняшний день устарели. Документы исследований, опубликованные в начале 90-х, связывали все проблемы с TCP, хотя большинство из них уже давно разрешены.
  • Во многих известных экспериментах использовались неправильно настроенные TCP-стеки. До недавнего времени не многие TCP-стеки допускали установки, необходимые для использования в спутниковых соединениях.
  • К сожалению, большинство исследователей все еще не в состоянии понять способ, по которому фактически функционирует TCP. Это свидетельствует об их плохой осведомленности. IETF недавно были вынуждены издать два документа, разъясняющих эти вопросы.

Результат всего этого – это то, что у большинства остались чувства опасения, неопределенности и сомнения относительно того, функционирует ли TCP в спутниковых соединениях. Эти сомнения фактически не обоснованы, поскольку множество пользователей спутникового сервиса могут свидетельствовать об обратном. Первоначальная цель научно-исследовательской работы, в ходе которой был создан TCP, состояла в том, чтобы связать пилотную спутниковую сеть (SATNET) с наземным Интернет-сегментом (ARPANET). Хотя нет никаких практических ограничений  производительности TCP  (максимальная теоретическая производительность - 1.5 Gbps - быстрее, чем любое спутниковое соединение), существует ряд важных проблем, которые непосредственно не затрагивают эффективность, но о которых пользователи должны иметь правильные представления. Это основные отличия спутниковой связи от наземных каналов, оказывающие воздействие на производительность TCP:

  • Ошибки в спутниковом соединении
  • Временные задержки спутникового соединения
  • Ширина полосы частот и ассимметрия соединений
  • Доступ к каналам и взаимодействия в сети

Сегодня существует целый ряд организаций, исследующих эти проблемы и разрабатывающих методы для уменьшения эффекта воздействия свойств спутниковой связи на TCP соединение.

Передача данных в Прямом канале

Как правило в DТН системах данные занимают только часть полосы MCPC DVB канала и передаются в отдельном транспортном потоке MPEG-2 вместе другими с потоками видео и радио каналов. В SCPC системах данные являются единственным транспортным потоком, однако, содержащим всю служебную информацию DVB пакета. Помимо DVB DTH систем используются и другие варианты упаковки данных, как например в DirecPC. Передача данных может быть одно или двунаправленной (используя в качестве обратного канал управления) и может быть unicast (точка-точка), multicast (точка-многоточка) или broadcast (все адаптеры получают выделенный PID).

Основным элементом данной конфигурации, отличающей ее от чисто телевизионной DVB системы, является IP/DVB шлюз (gateway, encapsulator), осуществляющий упаковку данных в формат транспортного потока DVB

Несколько лет назад DVB адаптеры для приема данных выпускались как правило фирмами, разрабатывавшими и сами IP/DVB шлюзы. Однако в настоящий момент стандартизация способов передачи данных в DVB системах позволяет выпускать адаптеры на готовых чипсетах все большему числу производителей. В стремлении стандартизировать эти устройства, DVB спецификации предполагают что данные могут передаваться одним из пяти способов:

Data Piping
дискретные порции данных доставляются по назначению используя транспортные пакеты. Синхронизация между пакетами данных и другими PES пакетами отсутствует.

Data Streaming данные принимают форму непрерывного потока который может быть

  • Асинхронным, т.е. без временных меток, как пакеты данных в Интернет
  • Синхронным, т.е. привязанным к постоянной тактовой частоте передачи для эмуляции синхронного канала связи
  • Синхронизированным, т.е. связанным временными метками с внутренними часами декодера и таким образом с другими пакетами PES, как при отображении видеозаписей. Данные несет непосредственно PES.

Multi-Protocol Encapsulation (MPE)
наиболее часто используемая сегодня технология, основанная на DSM-CC и предназначенная для эмуляции локальной сети при обмене пакетами данных

Data Carousels
схема сборки в буфере наборов данных, которые многократно прокручиваются в периодических передачах. Наборы данных могут иметь любой формат или тип. Одним из примеров является передача данных Electronic Programme Guides (EPGs). Данные передаются используя DSM-CC секции фиксированного размера.

Object Carousels
Карусели "прокручивающие" Карусели Данных, первоначально предназначенная для услуг вещания (broadcast) services. Наборы данных определены спецификацией DVB Network Independent Protocol и могут использоваться к примеру для загрузки данных в DVB декодеры.

Для передачи Интернет данных рекомендуемой процедурой является использование MPE схемы. Обратная совместимость с нестандартными схемами передачи данных использующими piping/streaming механизмы достигается присвоением зарегистрированного Service Information (SI) кода каждому формату данных. Каждый SI код который распознается приемником/декодером обрабатывается, обеспечивая поддержку нестандартного кодирования соответствующими аппаратными средствами.

Команды и Управление Цифровыми Носителями (Digital Storage Media Command and Control)

DSM-CC является набором средств для разработки каналов управления связанных с MPEG-1и MPEG-2 потоками. DSM-CC может быть использован для управления видеоприемом, обеспечивая возможности обычно присутствующие в видемагнитофонах - ускоренный показ, перемотка, пауза и т.п. Он также может использоваться для великого множества других целей, включая транспорт данных.  Он определен серией весомых стандартов, в частности MPEG-2 ISO/IEC 13818-6 (часть 6 стандарта MPEG-2: Расширения для DSM-CC) и использует модель клиент/сервер, связанных через опорную сеть.

DSM-CC может работать в сочетании с такими Интернет протоколами как RSVP, RTSP, RTP и SCP.

В отличие от  других протоколов загрузки (download), DSM-CC загрузка разработана для облегченного и быстрого выполнения в соответствии с требованиями устройств, имеющих ограниченный объем оперативной памяти. DSM-CC загрузка работает по гетерогенным соединениям и применима к ряду сетевых моделей одной из которых является широковещательная модель без обратного канала. Маханизмами используемыми при DSM-CC загрузке являются:

  • Изменяемый размер окна
  • Отсутствие ACK для использования в вещательном (broadcast) режиме
  • Вписаность в Транспортный Поток MPEG-2 для аппаратного мультиплексирования

DSM-CC Multi Protocol Encapsulation (MPE)

При DSM-CC МРЕ каждый кадр данных инкапсулируется в Ethernet-подобную секцию.

Каждому пользователю (т.е. DVB/MPEG-2 приемник) присвоен MAC адрес (например из базы пользователей) в соответствии с IP адресом оборудования на удаленной точке. Уникальные MAC адреса используются для идентификации оборудования пользователя.

Архитектура протокола (a) Исходящего к клиенту и (b) обратного от клиента потоков Каждый кадр данных инкапсулируется путем добавления заголовка секции - MAC адреса и, при необходимости, дополнительного заголовка с Logical Link Control (LLC) / Sub Network Access Protocol (SNAP). Достоверность данных защищена CRC-32 контрольной суммой. Весь блок данных называется секцией. Длинна секции регулируется добавлением пустых байтов для сегментации на целое число транспортных ракетов MPEG-2 длинной 188 бит. Транспортным пакетам присваивается PID, основанный на информации о маршрутизации на передающем хабе. Группе пользователей может быть выделен один и тот же PID дл формирования Virtual Private Network (VPN), или же каждому пользователю может быть выделен отдельный PID. Обычно пакеты передаются в Unicast режиме (т.е. точка-точка), при котором только один приемник доставляет данные, а другие приемники в сети принимают, но отбрасывают эти данные так как или MAC адрес и/или PID не соответствует их внутренним фильтрам. Multicast передача также возможна, используя multicast адреса. Управление группами не предусмотрено и должно обеспечиваться другими способами, например используя наземный обратный канал. Пакты в DSM-CC секции могут быть скремблированы используя управление условным доступом (conditional access) который шифрует MAC адрес (предотвращая возможность связи поступающих данных с конкретным MAC адресом) и/или пакет данных. Шифрование управляется битами флажков в заголовке DSM-CC инкапсуляции.

Передача Данных в Обратном канале

DVB-S стандарты обеспечивают передачу данных от передающего спутникового операционного центра на абонентские приемники. Использования DVB для передачи данных обеспечивает невысокая цена компонентов системы (массовая продукции) и возможность интеграции передачи данных и цифрового телевидения. Однонаправленая передача данных (с использованием UDP) требует только наличия приемника, но для обеспечения двунаправленной связи (как требуется для TCP), дополнительно необходим обратный канал (return channel/path), иногда называемый каналом "взаимодействия" (interaction channel). Полная система состоит из процессора пакетов данных на операционном центре (обычно форматирующем IP-пакеты используя MPE) и приемника клиента. Клиент посылает серверу запросы на передачу данных (а затем подтверждения об их получении в течение сеанса) через наземную сеть, в то время как сервер передает данные клиенту по более высокоскоростным спутниковым каналам.

Несмотря на то, что спутниковая система способна обеспечить широкополосную однонаправленную передачу данных пользователю, обратная связь обычно обеспечивается по низкоскоростным наземным линиям. Это приводит к сетевому соединению с различной пропускной способностью в направлении к серверу и от него. Большинство пользователей в действительности больше получают информации, чем передают, поэтому такая ассиметрия оправдана. Однако, высокая степень ассиметрии пропускной способности прямого и обратного каналов потенциально становится критическим параметром для эффективности.

Немного статистики

Общая пропускная способность TCP/IP-соединения ограничена временем возвращения - RTT (round trip time) и размером TCP окна при передаче данных. Высокая производительность DVB систем основана на возможности IP-шлюза устанавливать предельные размеры TCP окна — 65535 байт. Использование абонентскими приемниками современных реализаций TCP стеков ОС позволяет IP/DVB шлюзам поддерживать спецификацию RFC-1323, позволяющей запрашивать увеличение размера окна для повышения пропускной способности.

Ограничения обратного канала представляют более серьезную угрозу для общего быстродействия соединения наблюдаемого в обычном WWW-трафике. Трафик, сгенерированный удаленным клиентом в форме подтверждений должен быть обработан web-прокси хоста до того, как клиенту будут посланы дополнительные данные. Это особенно негативно отражается на www-серфинге при котором IP протокол с медленным стартом становится эффективным только в момент, когда основной объект уже получен (поскольку содержание web-страницы обычно меньше 400 байт).

TCP соединение начинается с запроса клиентом TCP-соединения с Интернет. Это приводит к обмену несколькими SYN пакетами как частью трехстороннего вхождения в связь в протоколе TCP. Затем клиент запрашивает HTML-файл, например, главную страницу. Сервер подтверждает этот запрос и затем начинает отправлять пакеты данных. В начале отсылается только один пакет, и клиент подтверждает его получение. Так как обычно главная страница слишком большая для одного пакета, сервер пошлет столько пакетов, сколько требуется, увеличивая каждый раз их количество. Например, вторая передача данных будет состоять из двух пакетов, следующая — из четырех, следующая - из восьми и т.д. Клиент подтверждает получение данных финальным (FIN) пакетом, который закрывает TCP-соединение.

Затем клиент анализирует HTML- файл, чтобы извлечь URL-ы встроенных сообщений и открыть соответствующие новые TCP-соединения а затем извлечь графические файлы. Далее клиент повторяет обмен SYN пакетами с сервером, как описано выше, чтобы загрузить HTML-файл и отправляет FIN пакет, когда эти действия будут выполнены. Наконец, клиент загрузил всю web страницу, и переходит к ее просмотру.

Используя эту модель посредством мониторинга HTTP пакетов в FDDI backbone Georgia Tech были собраны определенные данные, которые Sunil Khaunte и John Limb обобщили в "Статистические характеристики web-серфинга" (GIT-CC-97-17, GIT-CC-97-17):

 

3 пакета 

Таблица 1 Статистика WWW Траффика

 

Mean

Median

 

Размер web-страници

18КБайт 

7.5КБайт 

 

Соотношение выходные\входные данные 

10 

7.5 

 

Время обдумывания 

21 сек 

9.8сек 

 

Round trip time 

0.14 сек 

0.06 сек 

 

Число in-lines на web-страницу

2 (благодаря кэшированию) 

 

 

Число сегментов встроеннных обектов 

8 пакета данных 

 

Число сегментов для основного объекта

9 пакета 

4 пакета

 

Сегмент - это пакет данных, посланный сервером клиенту. Как отмечено выше, медленный старт, свойственный TCP/IP отправляет для начала только один сегмент и ждет подтверждения. Потом отправляет два пакета и т д. Основной объект требует четырех ACK, в то время как встроенный объект - трех. Как только основной объект получен и выделены URL встроенных объектов, несколько TCP/IP соединений могут быть открыты одновременно для загрузки встроенныех объектов. Основываясь на трехсторонней процедуре установления связи на рисунке 14 и данных в Таблице 1, можно привести такой пример:

Таблица 2 Зависимость времени загрузки HTML страницы

 

Встроенные объекты
передаются паралельно

Встроенные объекты
передаются последовательно

Основной объект 

1.50 сек 

1.50 сек 

Встроенные объекты (2) 

1.25 сек 

2.50 сек 

Всего 

2.75 сек

4.0 сек

Таким образом, средняя скорость наблюдаемая клиентом при серфинге сети через спутниковый канал:
(Размер web-страници) / (общая задержка)
18КБайт / (от 2.75 до 4.0 секунд)
ТО есть, от 52.4 до 36 Кбит/сек

Естественно, чем больше количество встроенных объектов на страницу тем выше скорость передачи данных. Если все встроенные объекты посылаются параллельно, применима следующая таблица:

Кол-во встроенных Объектов

Время передачи

Скорость, Кбит/сек

2

2.75 sec

52.4

4

2.75 sec

87.3

8

2.75 sec

157

16

2.75 sec

297

32

2.75 sec

576

Основываясь на этом анализе, для того, чтобы достичь скорости 400Кбит/сек в сеансе web-серфинга, необходима страница с 32 встроенными объектами. Основываясь на характеристиках, наблюдаемых в модели WWW-трафика, это мало вероятно и типичная скорость web-серфинга будет составлять около 30-90kbps. Для преодоления ограничений обратного канала необходимо применять новые стандарты выборочных подтверждений как RFC 2018.

Приемник на основе PCI-шины позволяет принимать до 8Мбит/сек IP-траффика, который может состоять из одной или более UDP сессий и/или множества TCP сессий.

 

Ответим на все Ваши вопросы    

8(843)2468791 городской ,     89046633743  мобильный ,     89586220483  WhatsApp,     module@list.ru

УСЛУГИ