Laurinei Fergutz Redes de Computadores e de Telecomunicações 2 IPTV Laurinei Fergutz Redes de Computadores e de Telecomunicações 2 PUC-PR PPGIA – Curitiba – Novembro de 2007

Agenda Introdução Arquitetura IPTV Serviços IPTV Protocolos e Padrões IPTV Video Digital MPEG QoS/QoE Pontos de Atraso na Rede Mecanismo Para Reduzir Atraso/Perdas Conclusão e Ref. Bibliográficas

Introdução IPTV - Internet Protocol TeleVision

Introdução Baixo custo - devido ao aproveitamento da infraestrutura já existente; Flexibilidade – utilização da rede IP; Utilização de serviços integrados Conjunto de funcionalidades: Interatividade com a internet Personalização de acordo com o perfil do cliente Facilidades da TV convencional Controle de Acesso Gerenciamento de conteúdo Multiplas formas de transmissão Compressão de Video Digital MPEG

Arquitetura IPTV

Arquitetura IPTV HeadEnd ou Fonte de Conteúdo o Captura de midia para distribuição. o Esquema de codificação (MPEG-2 ou MPEG-4). o Encapsulamento em pacotes IP. o Broadcast – responsável por toda a media ao vivo nos canais de TV. (Multicast) o Serviços de Video Sob Demanda (VoD) com fonte de armazenamento de mídia. (Unicast)

Arquitetura IPTV Nós de Serviço ou Rede Core WAN o  Ponto de entrada para o conteúdo de midia vindo de diferentes fontes para ser multiplexado dentro da rede de dados. o Reformatados e encapsulados para serem transmitidos com apropriada qualidade de serviço WAN o Backbone de dados usado para o transporte da mídia. o Suporte a multicast, otimização para reduzir transporte redundante de dados. PIM-SSM (fonte de endereços multicast muda frequentemente). PIM/LSP (provedores de serviços são estáveis).

Arquitetura IPTV Links de acesso do cliente ou Rede de Acesso Linhas de acesso da rede para cliente. (ADSL2+, VDSL, PON) - lastmile Equipamento do Cliente (CPE) ou Rede Doméstica Conhecido também como Home gateway ele pode ligar os outros equipamentos da casa a rede, tal como telefone VoIP, conectividade a internet, caracterizando o cenário triple play. Cliente IPTV STB - Recebe o tráfego IPTV e apresenta a midia ao usuário. Autenticação, decodifica, encaminha o conteúdo para o especifico dispositivo, interatividade e gravação. A interface com o usuário deve ser bastante amigável e de fácil utilização.

Comunicação STB 1) Baixa imagem de boot de um servidor TFTP 2)  Registra-se ao servidor middleware 3)  Recebe lista de canais, diretórios de aplicativos 4)  Membro do IGMP reporta indicando o canal atual ou um próximo a ser indicado 5) Todo canal toma um endereço multicast 6)  IGMP - fica em um canal ou deixa o atual canal STB tem um serviço recebendo o conteúdo do canal. 8) IGMP - deixar o grupo 9)  Pacote desligado

Serviços IPTV IPTV Broadcast Distribuida usando IP Multicast Dimensionado de acordo a taxa de bit (CBR) Cable Multiplos programas por grupo ou canal multicast DSL Entrega end2end: Video HE para IP STB Único Programa por grupo canal multicast Seleção de Serviço com IGMP Etth/Ftth Menos largura de banda imposta por VBR e HD Multiplos streams concorrentes Utilização – eventos esportivos, catastrofes, finais de grandes programas.

Serviços IPTV IPTV – Video sobre Demanda (VoD) Distribuido usando IP Unicast Dimensionado de acordo concorrência na hora de pico. Cable Distribuição10GE – RHE para Hubs DSL Entrega End2end – PoP Cidade para IP STB Seleção de Serviço com HTTP ou RTSP ETTH/FTTH Sem imposição de VBR e HD Múltiplos streams concorrentes

Serviços IPTV Processo de chaveamento de canal: 1 - Usuário inicia com um requesição (botão ou controle) 2 - Se o canal não está sendo transmitido para o STB, ele traduz a requesição de IGMP Leave enviada para rede. 3 – O roteador final responde com uma query IGMP ou encaminha a mensagem Leave para o próximo roteador, este processo continua até ele encontrar o servidor final. 4 – O STB envia um IGMP Join Request. 5 – O nó servidor prepara um novo stream para o requesitado canal e inicia a transmissão de video. 6 – STB inicia a recepeçào do stream vindo da rede, faz um buffer e inicia a decodificação enviando a imagem para TV.

Serviços IPTV

Protocolos e Padrões - IPTV RFC2326 (Video Sob demanda) - Real-Time Streaming Protocol – RTSP RFC2250 – RTP Payloads for MPEG-1/2 streams. RFC 1889 – RTP e RTCP, provisionando um método de transporte independente e camada de rede. RFC 768 – UDP, rede de pacotes chaveada. RFC 2236 – IGMPv2 (Internet Group Management Protocol). RFC 791 – Internet Protocol. VoIP – SIP (Signaling protocol) Serviço de transporte provido conjuntamente por UDP e RTP.

Modelo OSI para IPTV

Encapsulamento de Video

Video Digital MPEG Quadros I Quadros P Quadros B

QoE / QoS QoS (Quality Of Service) - atraso e perda de pacotes. Métricas QoE (Quality Of Experience): Chaveamento de Canal – atraso aceitável seria da ordem de 200ms. Qualidade de Midia –1 instante de degradaçao da imagem no decorrer de 2 horas de programação (requer QoS para perda de pacotes menor que uma perda a cada 1 milhão de pacotes) Estabilidade – tempo real Segurança – controle de acesso apropriado e proteção contra pirataria.

Pontos de Atraso na Rede 1 – Atraso no link de acesso – depende da tecnologia empregada, (VDSL, Fibras) 2 – Fim de largura de banda – número de streams simulatâneos. Por exemplo transmitindo MPEG-4 streams de alta qualidade (HD) o limitante seria de 2 streams em um link de acesso ADSL. 3 – Atraso no processamento no STB – poder de processamento do STB, fundamental protocol de rede que está sendo usado. 4 – Mecanismo de acesso – mecanismo usado para o sistema enviar uma requisição para um nó de serviço e recuperar a resposta. 5 – Tempo de preparação do conteúdo – redistribuição configurarem o stream para entregar via links de acesso.

Mecanismos Para Reduzir Atrasos e Perdas A) Streams Múltiplos – transmitir o máximo de canais possíveis. Semelhante a TV.  B) Multicast adjacente - expectativa que canais adjacentes são sendo assistidos mais frequentemente pelos usuários. Se um canal é requesitado em um grupo multicast ele também é enviado ao restante do grupo até que o limite de banda seja atingido.  C) Seleção estatistica de streams simultâneos Lista local de favoritos. Escolhas não variam rapidamente em um localizadade.  D) Mudança de canal instantânea Ele antecipa a transmissão guardando num buffer. Unicast (Microsoft TV) E) Análise de Conteúdo Análise do conteúdo MPEG-4

Conclusão Vários pontos necessitam de melhoramentos no sistema IPTV. Aumentar a qualidade e continuidade do serviço - análise de conteúdo. A compressão de vídeo MPEG tem uma característica específica de ter quadros com importâncias diferentes.

Questão Considerando os sistemas de IPTV associe as duas colunas: (A) QoE ( ) Quadros do tipo I, P e B (B) QoS ( ) Set Top Box (C) MPEG-4 ( ) Para IPTV o atraso e perda de pacotes são métricas importantes (D)STB ( ) Chaveamento de Canal com atraso máximo de 200ms (E) Rede de Acesso ( ) ( ) Qualidade de Midia ( ) LastMile – xDSL, Fibra, Cabo   Justifique a questão relativa ao item de qualidade de midia:

Referências Bibliográficas [1]     E. N. Caçador, “Estudo da Transmissão Multimídia em Redes IP”, Dezembro de 2004, Jundiai – SP Disponível em maio de 2007: www.fatepa.anchieta.br/TCC/2004/Monografia_PFC_Eder_N_Ca%E7ador.pdf [2]     R. A. Siscoutto, “Sistema de Videoconferência em Redes de Computadores”, Dissertação de Mestrado, Fevereiro 1997, São Carlos-SP [3]     L. Fergutz, “Aplicação de uma Política Inteligente de Descarte de Pacotes (PIDP) em Múltiplos Tráfegos de Vídeo MPEG”, ERI 2004 - Guarapuava-PR [4]     O. Landsiedel, G. Minden, “MPEG-4 for Interactive Low-delay Real-time Communication.”, Information and Telecommunication Technology Center – University Of Kansas. Disponível em Maio 2007: www.ittc.ku.edu/publications/documents/landsiedel2003_FY2004-TR-23150- 10.pdf [5]     A.S.Tanenbaum, “Redes de Computadores” 3 ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997 pp. 829 – 848. [6]     M.R. Ito and Y. Bai, “A Packet Discard Scheme For Loss Control In Ip Networks With Mpeg Video Traffic”, ICCS archive - Proceedings of the The 8th International Conference on Communication Systems - Volume 01 table of contents, pp: 497-503, ISBN:0-7803-7510-6, 2002. [7]     I. Miranda, O. Coutinho Jr, R. Arruda: “Avaliando Desempenho de Políticas de Fila DropTail e SFQ diante de um ataque Distributed Denial of Service” – Universidade da Amazônia, Belém, Disponível em: www.cci.unama.br/margalho/portaltcc/tcc2002/DropTailxSFQ.pdf [8]     Mandal, Suman K. and Mburu, Michael, “Intelligent Pre-fetching to Reduce Channel Switching Delay in IPTV Systems” - Electrical and Computer Engineering Department Texas A & M University [9]     Murer, Ricardo, “O Que é IPTV” disponível em: www.softv.com.br