iptv: distribuição da ultíma milha

Transcrição

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
PROJETO DE FINAL DE CURSO
IPTV: DISTRIBUIÇÃO DA ULTÍMA
MILHA
por
LEONARDO THOMAZ MAYA TABOSA
Recife, 09 de Maio de 2010.
UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
IPTV: DISTRIBUIÇÃO DA ULTÍMA MILHA
por
LEONARDO THOMAZ MAYA TABOSA
Monografia apresentada ao curso de Engenharia
Elétrica – modalidade Eletrônica da Universidade de
Pernambuco, como parte dos requisitos necessários à
obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
ORIENTADOR: JULIANO BANDEIRA LIMA,
doutor.
Recife, 09 de Maio de 2010.
© Leonardo Thomaz Maya Tabosa, 2010.
AGRADECIMENTOS
A DEUS, que me deu vida e inteligência, e que me dá força para continuar a caminhada
em busca dos meus objetivos.
Ao Professor Juliano Bandeira Lima pelo incentivo e sugestões dadas para a realização da
monografia.
Aos meus pais, Claudio Fernando de Oliveira Tabosa e Valéria Thomaz de Souza Maya
Tabosa que me ensinaram a não temer desafios e a superar os obstáculos com humildade.
À minha noiva, Camilla Lopes de Almeida por sua dedicação e paciência durante o meu
período de graduação.
Aos meus colegas da turma de Engenharia por terem contribuído para um descontraído
ambiente de estudo que me motivou à conclusão do curso.
E aos demais, que de alguma forma contribuíram na elaboração desta monografia.
Resumo da Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica de
Pernambuco.
IPTV: DISTRIBUIÇÃO DA ULTÍMA MILHA
Leonardo Thomaz Maya Tabosa
Maio/2010
Orientador: Juliano Bandeira Lima, Doutor.
Área de Concentração: Convergência IP.
Palavras-chave: IPTV, Streaming de vídeo, última milha.
Número de Páginas: 53.
O presente trabalho aborda um assunto muito atual, a utilização das redes de computadores de banda
larga para aplicações de tempo real de streaming de vídeo IPTV. O estudo tem como objetivo analisar
os diversos dispositivos utilizados para entrega da última milha IPTV. Para tal, é realizada uma
pesquisa qualitativa e descritiva, onde é feito um estudo de caso de alguns tipos de tecnologias de
entrega e suas características em comparação com os requisitos básicos IPTV, objetivando mostrar
qual a tecnologia que melhor se adéqua a este serviço. No decorrer do trabalho são abordados alguns
assuntos e conceitos importantes para um maior entendimento sobre a prestação de serviço IPTV.
Verifica-se que apesar da grande quantidade de tecnologias banda larga existentes no mercado, são
poucas as que permitem um tráfego de vídeo em alta definição pela rede IP, como o IPTV. Conclui-se
apresentando sugestões de qual serviço deve ser escolhida para uma melhor satisfação do usuário na
utilização da nova tecnologia.
Abstract of Dissertation presented to UPE.
IPTV: DISTRIBUTION OF LAST MILE
Leonardo Thomaz Maya Tabosa
May /2010
Supervisor(s): Juliano Bandeira Lima, Doutor.
Area of Concentration: IP convergence.
Keywords: IPTV, Video streaming, last mile.
Number of Pages: 53.
This paper presents the use of broadband computers network for IPTV video streamming real
time applications. The study aimed to analyze the various devices used to deliver the last
IPTV mile. To this end, a qualitative and descriptive research was performed. The case study
in this research was about delivery technologies and their characteristics compared to IPTV
basic requirements. This case study aimed to show which technology best fits this service.
Important issues and concepts are discussed throughout this paper in order provide a better
understanding on rendering of IPTV services. It was found that despite the large amount of
broadband technologies in the market, there are few that allow traffic of high-definition video
over the IP network, such as IPTV. We conclude with suggestions on which service should be
used in order to improve user satisfaction in using the new technology.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1- Número de casas com IPTV no mundo. ................................................... 17
Figura 2.2- Arquitetura IPTV das Prestadoras dos Serviços. ....................................... 18
Figura 2.3- Sistema de entrega VoD. .......................................................................... 22
Figura 3.1- Rede Óptica Passiva. ................................................................................ 27
Figura 3.2- FTTH utilizando tecnologia PON............................................................. 28
Figura 3.3- Coexistência do GPON e do GPON 10G.................................................. 30
Figura 3.4- Tipos de uso do GPON. ........................................................................... 31
Figura 3.5- Rede Óptica Ativa. ................................................................................... 32
Figura 3.6- Tecnologia IP sobre uma arquitetura ADSL. ............................................ 34
Figura 3.7- Rede de distribuição IPTV centrada em Satélite. ...................................... 40
Figura 3.8- Diagrama de blocos de um sistema WiMAX para tráfego IPTV. .............. 42
Figura 3.9- Arquitetura de rede mesh municipal. ........................................................ 44
Figura 4.1- Visão Geral das tecnologias banda larga existentes. ................................. 45
Figura 4.2- Porcentagem de cada tecnologia a nível mundial. ..................................... 46
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1- Valores recomendados para compactação MPEG-2 em qualidade HD. .... 21
Tabela 3.1- Comparação entre os diferentes tipos de tecnologia DSL. ........................ 37
Tabela 3.2- Características do terminal DOCSIS. ....................................................... 39
Tabela 4.1- Velocidade das tecnologias estudadas ...................................................... 47
Tabela 4.2- Custos de instalação................................................................................. 49
Tabela 4.3- Máxima distância percorrida. ................................................................... 50
Tabela 4.4- Principais caractersticas das tecnologias de entrega da última milha. ....... 52
LISTA DE ABREVIATURAS / SIGLAS
Termo
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line
AON
APON
ATM
AWG
BPI+
BPON
Active Optical Network
ATM Passive Optical Network
Asynchronous Transfer Mode
Arrayed Waveguide Grating
Baseline Privacy Interface Plus
Broadband Passive Optical Network
Carrierless Amplitude and Phase
Modulation
Conditional Access System
Category 5
CAP
CAS
CAT5
CO
Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplexing
Carrier Sense Multiple Access with
CSMA/CD
Collision Detection
DMT
Discrete Multi-Tone
DRM
Digital Rights Management
DSL
Digital Subscriber Line
Digital Subscriber Line Access
DSLAM
Multiplexer
DVB
Digital Vídeo Broadcasting
Digital Video Broadcasting - Return
DVB-RCS
Channel via Satellite
Dense Wavelength Division
DWDM
Multiplexing
EFM
Ethernet in the First Mile
EMEA
Europe, the Middle East and Africa
EV-DO
Evolution Data Optimized
FSAN
Full Service Access Network
FTTA
Fiber to the Apartment
FTTC
Fiber to the curb
FTTH
Fiber to the home
FTTN
Fiber to the neighbourhood
FTTRO
Fiber to the regional office
FTTx
Fiber Access Networks
GB
GigaByte
HFC
Hybrid Fiber Coaxial
C-OFDM
HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
Descrição
Linha Digital Assimétrica de
Assinantes
Rede Óptica Ativa
Rede Óptica Passiva ATM
Modo de Transferência Assíncrono
Grades de Guias de Onda
Interface de patamar privado mais
Rede óptica passiva de banda larga
Modulação de Amplitude e Fase Sem
Portadora
Sistema de Acesso Condicional
Categoria 5
Centro Operacional
Multiplexação por Divisão de
Frequência Ortogonal - Codificado
Acesso múltiplo com detecção de
portadora e detecção de colisão
Técnica de modulação do ADSL
Gestão de direitos digitais
Linha Digital de Assinante
Multiplexador de acesso das linhas
digitais de assinantes
Transmissão de Vídeo Digital
Transmissão de Vídeo Digital – Canal
de Retorno via Satélite
Multiplexo de Divisão de
Comprimento de Onda Denso
Ethernet na primeira milha
Europa, Oriente Médio e Africa
Evolução Apenas de Dados
Rede de Acesso de Serviço Completo
Fibra para o apartamento
Fibra para os armários
Fibra para casa
Fibra para o bairro
Fibra para o escritório regional
Rede de Acesso por Fibra
Hibrida fibra/coaxial
Técnica de transmissão de dados usada
na UMTS
LNBF
Low Noise Block With Feed Horn
LOS
MDUs
Line of Sight
Multiple Dwelling Units
MPEG
Moving Picture Experts Group
MSOs
Multiple Service Operators
NGN
New Generation Network
NLOS
ODN
Non Line Of Sight
Optical Distribution Network
Orthogonal Frequency-Division
multiplexing
Orthogonal Frequency-Division
Multiple Access
Optical Line Termination
Optical Network Terminals
Point-to-point
Personal Computer
Passive optical network
Plain Old Telephone System
Public Switched Telephone Network
Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Experience
Quality of Service
Quadrature Phase-shift Keying
Instituto de Engenharia Elétrica e
Eletrônica
Sistema Multimídia Integrado
Protocolo de Internet
Protocolo de Internet via satélite
Televisão baseada em protocolo de
Internet
Decodificador e receptor integrados
União Internacional de
Telecomunicações
União Internacional de
Telecomunicações com Foco em IPTV
Internet TV
Bloco conversor e amplificador de
baixo ruído
Linha de Visada
Unidades de Habitação Múltipla
Grupo de Especialistas em Imagens
com Movimento
Operadores de serviços múltiplos
Rede da nova geração, convergência de
dados e voz
Sem linha de visada
Rede óptica passiva
Multiplexação por divisão de
frequência ortogonais
Acesso múltiplo por divisão de
frequências ortogonais
Fim de linha óptica
Terminais de rede óptica
Ponto-a-ponto
Computador Pessoal
Redes ópticas passivas
Sistema de telefone analógico padrão
Rede telefônica pública comutada
Modulação por amplitude
Qualidade de Experiência
Qualidade de Serviço
Modulação digital por fase
ADSL-Reach Extended
ADSL – Alcance estendido
Radio-Frequency
Rádio Frequência
IMS
IP
IPoS
IP-STB
Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Integrated Multimedia Subsystem
Internet Protocol
Internet Protocol over Satelite
IP Set-top Box
IPTV
Internet Protocol based Television
IEEE
IRD
Integrated receiver/decoder
International Telecommunication
ITU
Union
ITU-T FG International Telecommunication
IPTV
Union focus group on IPTV
ITV
-
OFDM
OFDMA
OLT
ONTs
P2P
PC
PON
POTS
PSTN
QAM
QoE
QoS
QPSK
READSL2
RF
RTP
Real-Time Transport Protocol
Protocolo de transporte em tempo real
SD
SDV
SONET
Standard Definition
Switched Digital Video
Synchronous Optical Network
Transmission Control
Protocol/Internet Protocol
Definição Padrão
Vídeo Digital Comutado
Rede Óptica Síncrona
Protocolo de Controle de
Transmissão/Protocolo de Internet
Divisão de Tempo com Acesso
Múltiplo
Protocolo de datagramas de utilizador
Cabo par trançado não blindado
Linha Digital de Assinante de
Velocidade Muito Alta
Vídeo sob Demanda
Rede de longa distância
Multiplexação por divisão de
comprimento de onda
Padrão de redes locais sem fio
Interoperabilidade Mundial para
Acesso de Micro-ondas
TCP/IP
TDMA
Time Division Multiplex Acess
UDP
UTP
VOD
WAN
User Datagram Protocol
Unshielded twisted pair
Very-high-bit-rate Digital Subscriber
Line
Video-on-demand
Wide Area Network
WDMs
Wavelength-division multiplexing
Wi-Fi
Wireless-Fidelity
Wideworld Interoperability for
Microwave Access
VDSL
WiMAX
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO........................................................................................................... 12
1.1 MOTIVAÇÃO............................................................................................................ 13
1.2 OBJETIVOS................................................................................................................ 14
1.3 METODOLOGIA....................................................................................................... 14
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO................................................................................ 14
2. EVOLUÇÃO DA TRANSMISSÃO DE VÍDEO..................................................... 16
2.1 VÍDEO SOBRE IP..................................................................................................... 17
2.2 IPTV............................................................................................................................ 18
2.3 IPTV VS ITV ............................................................................................................ 19
2.4 QUALIDADE DE SERVIÇO (QOS) VS QUALIDADE DE EXPERIÊNCIA
(QOE)................................................................................................................................ 20
2.5 VIDEO-ON-DEMAND (VOD) ................................................................................. 21
2.6 SEGURANÇA ........................................................................................................... 23
2.6.1 Acesso Condicional – CA (conditional access) .................................................... 23
2.6.2 DRM (Digital Rights Management) ...................................................................... 23
2.7 PROTOCOLOS/TRANSPORTE ............................................................................... 24
3. TECNOLOGIAS IPTV............................................................................................... 25
3.1 IPTV ATRAVÉS DE FIBRA ÓPTICA (FTTX) ....................................................... 25
3.1.1 Redes PON ............................................................................................................. 26
3.1.1.1 APON/BPON ....................................................................................................... 28
3.1.1.2 EPON.................................................................................................................... 29
3.1.1.3 GPON.................................................................................................................... 29
3.1.1.4 10G GPON............................................................................................................ 29
3.1.1.5 Acessos baseados em DWDM (WDM-PON) ...................................................... 30
3.1.2 Redes AON ............................................................................................................. 32
3.2 TECNOLOGIAS DSL ............................................................................................... 32
3.2.1 ADSL....................................................................................................................... 32
3.2.1.1 Equipamentos ADSL ............................................................................................ 34
3.2.2 ADSL2+ .................................................................................................................. 35
3.2.3 VDSL ...................................................................................................................... 35
3.3 IPTV SOBRE REDES CABO TV ............................................................................. 37
3.3.1 Tecnologias HFC ................................................................................................... 37
3.3.2 Implantação IPTV através de rede de TV a cabo .............................................. 38
3.3.3 IPTV via DOCSIS ................................................................................................. 38
3.3.4 EuroDOCSIS ......................................................................................................... 39
3.4 IPTV VIA SATÉLITE ............................................................................................... 40
3.5 IPTV EM REDES SEM FIO ...................................................................................... 41
3.5.1 WiMAX Fixo .......................................................................................................... 41
3.5.2 WiMAX Móvel ....................................................................................................... 43
3.5.3 Rede municipal Wireless Mesh............................................................................. 43
3.5.4 Tecnologias de rede 3G.......................................................................................... 44
4. ANÁLISE COMPARATIVA..................................................................................... 45
4.1 LARGURA DE BANDA ........................................................................................... 47
4.2 CUSTO ....................................................................................................................... 48
4.3 DISTÂNCIA SUPORTADA POR CADA TECNOLOGIA ..................................... 49
4.4 QUALIDADE DE SERVIÇO .................................................................................... 50
5. CONCLUSÃO............................................................................................................. 53
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 54
12
1. INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento das tecnologias banda larga, serviços como IPTV se tornaram
uma realidade. Técnicas de compressão de imagem e vídeo oferecem a possibilidade de
transmitir grande quantidade de informações de forma confiável e eficiente. Novos
dispositivos foram possíveis devido à codificação de vídeo. Com a utilização de serviços com
alta capacidade de transmissão, serviços IPTV se tornaram uma realidade nos meios de
transmissão IP.
Em 1988, a Organização Internacional para Padronização (ISO – International
Organization for Standarlization) formalizou o Grupo de Especialistas em Imagem em
Movimento (MPEG – Moving Picture Experts Group) para o desenvolvimento de padrões de
compressão de vídeo digital. O IPTV regulamentou o MPEG2 como seu padrão de
codificação mínima para os seus vídeos digitais (10 Mbps).
Tecnologias de acesso como DSL,
FTTx, WiMAX e DOCSIS permitiram uma
convergência de serviços de várias naturezas. Com o desenvolvimento da tecnologia IP,
operadoras de telecomunicações começaram a afunilar três ofertas para pacotes Triple-Play:
voz, vídeo e dados suportados por uma mesma tecnologia. A convergência de serviços
baseados em IP resultou no aparecimento de uma nova tecnologia de distribuição de TV, esta
nova tecnologia ficou conhecida como Internet Protocol Television (IPTV) [13].
Esta nova tecnologia utiliza o streaming para transmissão de vídeo no formato digital,
através de uma rede IP. Suas características devem ser capazes de satisfazer níveis adequados
de qualidade de serviço (QoS), experiência (QoE), interatividade e disponibilidade.
O IPTV apresenta uma infra-estrutura diferente dos serviços tradicionais de TV. A
utilização de protocolos IP dá ao IPTV uma possibilidade de canal interativo bidirecional, ou
seja, os conteúdos são requisitados pelos assinantes de acordo com as suas preferências e
interesses. Sua implementação se torna um desafio para as prestadoras devido às diferentes
operadoras, diferentes infra-estruturas, estabilidade e disponibilidade da rede em longo prazo,
e níveis de QoS competitivos com as redes de TV a Cabo. [13].
De acordo com a União Internacional das Telecomunicações (ITU), são quatro subdivisões
no papel IPTV: o prestador de conteúdos, que produz e vende conteúdos; o prestador de
serviço, que adquire os conteúdos e os disponibilizam aos clientes através da rede; o operador
da rede, que assegura a ligação entre clientes e prestadores de serviço; e os clientes, que são
os consumidores finais dos conteúdos.
13
Existem várias tecnologias concorrentes que podem fornecer a largura de banda para
fornecer serviços de banda larga, mas cada tecnologia tem seus limites em termos de largura
de banda, confiabilidade, custo ou cobertura. O objetivo final para provedores de banda larga,
hoje, é ser capaz de oferecer voz, dados e vídeo sobre uma mesma rede Triple-Play. Algumas
empresas estão bem posicionadas para fazer isso, enquanto outras não.
Fibra óptica oferece capacidade de largura de banda ilimitada, tem uma excelente
confiabilidade e está se tornando, cada vez mais, econômica para a instalação.
Conseqüentemente, a fibra parece ser insuperável em sua superioridade sobre as tecnologias
de banda larga. No entanto, outras tecnologias muito competitivas estão se desenvolvendo em
um ritmo significativo. Estas tecnologias conseguiram satisfazer as exigências, cada vez
maiores, de largura de banda do consumidor. Comparações com as exigências IPTV são feitas
para determinar qual a melhor tecnologia que se encaixa neste novo conceito de conectividade
banda larga.
1.1 MOTIVAÇÃO
Nos dias atuais, cada prestador de serviço IPTV apresenta sua própria solução para prestar
este tipo de serviço. As soluções são fechadas e caracterizem-se por diferentes tipos de
dispositivos, e cada dispositivo possui uma plataforma própria de acesso ao serviço.
Como na transmissão de vídeo sobre redes IP é necessário o fornecimento adequado de
qualidade de serviço, a solução encontrada, atualmente, é através de uma plataforma
dedicada.
Quando se compara o nível de experiência de um usuário de televisão residencial com um
usuário de televisão móvel, percebe-se uma expectativa vista de forma diferente. Para a rede
IP, esta diferença é notada pelas larguras de banda, perdas na rede, atrasos e variação na rede.
As dimensões do sistema necessitam de adaptações de Qualidade de Serviço (QoS) e
capacidade da rede. Com o surgimento da convergência fixo-móvel, surge a necessidade da
existência de uma plataforma IPTV que seja convergente, independente do meio de acesso.
Este novo conceito deverá adaptar-se às condições da rede e necessidades de cada assinante.
Esta nova rede deverá adaptar-se a necessidade de cada utilizador, oferecendo sempre uma
máxima qualidade de satisfação dos assinantes.
14
Neste trabalho, serão apresentadas as principais tecnologias de entrega de última milha,
fazendo uma descrição de suas principais funcionalidades e como cada novo desenvolvimento
da tecnologia levou a uma melhor condição para aplicação IPTV. Este desenvolvimento tem
crescido devido à grande concorrência que as empresas estão tendo que travar para
fornecerem um serviço Triple Play de melhor qualidade e aceitação no mercado.
1.2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo fazer uma análise da arquitetura IPTV (Internet Protocol
based Television), mostrar sua evolução no cenário da transmissão de streaming de vídeo e
definir suas principais características. A pesquisa também vai mostrar as diferentes
tecnologias utilizadas para a entrega da última milha, comparar estes meios de entrega,
explicando quais são os métodos mais apropriados para a utilização deste serviço. Por fim, o
trabalho vai abordar como está o processo de entrada do serviço IPTV no cenário nacional,
nos dias atuais.
1.3 METODOLOGIA
Para a realização deste trabalho foram realizadas pesquisas em artigos acadêmicos, livros,
revistas e sites para obtenção de embasamento teórico. A evolução da banda larga pôde trazer
uma maior facilidade para a compreensão da transmissão de vídeo.
Foram feitos estudos de todas as tecnologias utilizadas para a entrega da última milha,
sendo este estudo direcionado para o IPTV.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este projeto é um estudo acerca do serviço de entrega IPTV e está estruturada da seguinte
maneira:
No capítulo 1 (Introdução) é feita uma contextualização do assunto pesquisado,
justificando a motivação para escolha do tema e apresentando os objetivos a serem
alcançados.
No capítulo 2 (Evolução da transmissão de vídeo) é apresentado um breve histórico da
transmissão de vídeo, e são definidas algumas tecnologias, com o objetivo de melhorar o
entendimento da tecnologia IPTV.
15
No capítulo 3 (Tecnologias IPTV) são definidas as principais características das
tecnologias de entrega da última milha IPTV, observando suas vantagens para uma boa
qualidade de operação e de aceitação junto ao assinante.
No capítulo 4 (Estudo de caso) são contextualizadas todas as tecnologias abordadas
anteriormente em níveis de largura de banda, custo, distância e qualidade de serviço, é
descrito como algumas destas tecnologias podem se tornar uma alternativa muito boa quanto
ao fornecimento de tecnologia IPTV.
No capítulo 5 (Conclusão) são feitas as considerações finais sobre os assuntos abordados
no projeto, explicitando os objetivos alcançados.
16
2. EVOLUÇÃO DA TRANSMISSÃO DE VÍDEO
Televisão Digital é o avanço mais significativo na tecnologia da televisão desde que o
meio foi criado, há pouco mais de um século atrás. A TV Digital oferece aos consumidores
uma tecnologia de visualização mais interativa, mais moderna e atual.
O sistema analógico de transmissão televisiva tem estado em vigor por mais de 60 anos.
Durante este período, o telespectador experimentou a transição dos televisores preto-e-branco
para os televisores a cores. Com a mudança da televisão preto-e-branco para cores foi
necessário que os espectadores adquirissem novos televisores que as emissoras adaptar os
equipamentos ao novo tipo de transmissão.
Hoje, a indústria está passando por uma profunda transição, a migração da TV
convencional para uma nova era da tecnologia digital. Exatamente como aconteceu com a
transição preto-e-branco para a TV em cores, a maioria das operadoras de TV está atualizando
suas redes existentes e implantando avançadas plataformas digitais, em um esforço para
migrar seus assinantes dos serviços analógicos tradicionais para o serviço digital mais
sofisticado.
Uma nova tecnologia chamada de televisão via Protocolo de Internet (IPTV), começou a
ganhar as manchetes de todo o mundo com histórias sobre comunicações via cabo, satélite,
terrestre, e uma série de empresas iniciantes de Internet, através de uma transmissão de
serviço de vídeo baseado em Protocolo de Internet (IP) [4].
A história da IPTV está relacionada com a evolução dos serviços da Internet, uma vez que
a IPTV é fruto da fusão de áudio, vídeo e dados. Os passos tecnológicos que foram essenciais
para o aparecimento da IPTV aconteceram nas últimas duas décadas, com a evolução que vem
do ADSL de 1988 até o aparecimento do ADSL2+ em 2002, no qual foi possível ter os
requisitos mínimos para uma eficiente implantação do IPTV [5].
Com o aumento de conexões à banda larga e o crescimento de sua velocidade, cada vez
mais pessoas estão tendo acesso à transmissão de vídeo pela Internet. A previsão é que no
próximo ano (2011), 60% do tráfego da Internet devem ser de vídeo e em 2013 este número
subirá para 70% [5].
Na Figura 2.1 podemos ver o crescimento que teve o IPTV nos últimos anos.
17
Figura 2.1 – Números de casas com IPTV no mundo
2.1 VIDEO SOBRE IP
Vídeo sobre IP é a entrega de vídeo e áudio (normalmente comprimidos) através de redes
de Protocolo de Internet (IP). Vídeo sobre IP está diretamente ligado à história da entrega de
áudio e vídeo, através de Wide Area Network (WAN).
Originalmente as tecnologias de Vídeo Digital e transporte IP não combinam
perfeitamente. O transporte de vídeo é efetuado em canal próprio. O protocolo IP funciona
por comutação de pacotes de diferentes tipos pelo mesmo canal. Apesar de uma aparente
incompatibilidade, o Vídeo sobre IP vem tornando-se popular.
Como as redes de banda larga estão, cada vez mais, crescendo, os serviços de vídeo estão
expandindo sem necessidade de uma nova infra-estrutura. Com a dupla direção do IP, o
usuário pode criar serviços de vídeo mais interativos.
A integração do IP com o Vídeo Digital desperta interesses relacionados a qualidade do
vídeo. Vários fatores afetam no nível de qualidade como: nível de compressão introduzido
pelo codificador, características dos meios de transmissão e o congestionamento da rede. O
codificador pode provocar distorção no sinal e atraso no processamento afetando diretamente
a qualidade do vídeo. Perdas de dados e atrasos na rede podem ser provocados pelo meio de
transmissão, já o congestionamento da rede pode provocar perdas, atrasos e variações de
18
atrasos (jitter). Ou seja, há uma necessidade de garantir níveis de serviços adequados à
transmissão de Vídeo sobre IP [8].
2.2 IPTV
IPTV é um serviço de entrega segura de TV digital em alta definição via rede banda larga.
Geralmente este nome é dado à entrega de canais de TV tradicionais através de uma rede
privada. Para o usuário final, IPTV funciona como um serviço de televisão por assinatura
normal [4].
Segundo o grupo de trabalho em IPTV da União Internacional de Telecomunicações (ITUT FG IPTV), pode-se definir IPTV como:
“IPTV é definido como sendo os serviços de multimídia, tais como televisão, vídeo, áudio,
texto e gráficos, transportados em redes IP dedicadas de um provedor qualquer, oferecendo
garantia de qualidade, segurança, interatividade e confiabilidade” [5].
Para as prestadoras dos serviços, IPTV envolve a aquisição, processamento e entrega
segura do conteúdo de vídeo (Figura 2.2) através de uma estrutura de rede baseada em IP.
Figura 2.2 - Arquitetura IPTV das Prestadoras dos Serviços
IPTV oferece uma série de aplicações de televisão interativa devido à utilização de
transmissão baseada em Protocolo de Internet, esta interação permite que o usuário
personalize seus hábitos televisivos ao decidir o que quer ver e quando querem ver. Esta
característica se dá devido à comunicação bidirecional dos dados na rede. Dentre os serviços
19
oferecidos, é possível incluir a TV ao vivo padrão, TV de alta definição (HDTV), jogos
interativos e internet de alta velocidade de navegação [4].
Outra característica importante quando se fala em IPTV é que a prestadora transmite
(streaming) apenas aquilo que o usuário final solicitou. Dentre os prestadores de serviços
IPTV, é possível citar as companhias de TV por satélite ou a cabo, as companhias telefônicas
e as prestadoras de serviços de internet.
2.3 IPTV VS ITV
Muitas pessoas confundem IPTV com Internet TV (ITV). Mesmo que as duas utilizem o
mesmo núcleo de tecnologias, elas possuem algumas diferenças. Primeiro, a ITV utiliza a
internet publica para trafegar o seu conteúdo de vídeo para os usuários finais, já a IPTV utiliza
de rede segura, dedicada e privada para fazer a entrega do conteúdo.
As redes privadas são geridas e exploradas pelos prestadores de serviço IPTV. Estas redes
não são acessíveis aos usuários de internet e estão localizadas em áreas geográficas fixas. Já a
internet pode ser acessada de qualquer parte do globo sem limitação geográfica.
Uma das características dos prestadores de IPTV é a garantia na prestação de um serviço
de alta qualidade, enquanto que no ITV os pacotes transmitidos podem chegar atrasados ou
até não chegar, quando atravessam as varias redes que compõem a Internet, que gera uma
perda de qualidade na hora da visualização. Quando comparada às transmissões tradicionais
de TV a cabo ou por satélite este meio de transmissão não adquire confiança suficiente para
aquisição de novos utilizadores. Pode-se perceber esta má qualidade facilmente, quando o
vídeo transmitido pela internet aparece sacudido na tela da TV e a resolução da imagem é
muito baixa.
No IPTV o mecanismo de acesso e decodificação do vídeo é um aparelho denominado de
set-top box. Já no ITV o acesso é muitas vezes realizado com auxilio de um PC, e que requer
a instalação de software para a visualização dos vários formatos disponíveis de entrega.
Com relação aos custos para se ter disponível tais serviços, o ITV, geralmente, esta
disponível de forma gratuita na internet, enquanto o IPTV é cobrado taxas semelhantes ao
modelo de assinatura adotado pelas prestadoras de TV paga.
Na maioria das vezes a metodologia de geração de imagens na ITV é feita pelos próprios
usuários, enquanto na IPTV a distribuição é fornecida pelas grandes empresas de mídia [4].
20
2.4 QUALIDADE
DE
SERVIÇO
(QOS)
VS
QUALIDADE
DE
EXPERIÊNCIA (QOE)
O IPTV trouxe uma necessidade de se aumentar a velocidade de transmissão para redes
locais e domésticas, com isso o controle de erros e dos mecanismos foram melhorados
diminuindo a necessidade de retransmissão. Os streams de vídeo no IPTV podem apresentar
atrasos quando comparados aos outros dados da rede, afetando a qualidade da imagem.
Quando se tem o sentido inverso, no caso de uma mudança de canal, o tempo de resposta
também pode ser afetado devido às perdas de pacotes.
A Qualidade de Serviço (QoS) está diretamente ligada aos parâmetros necessários para a
utilização de determinada aplicação pelo usuário, garantindo-lhe uma melhor qualidade ao
longo da rede. Dentre os parâmetros que definem a qualidade de serviço podemos citar: jitter,
latência e largura de banda. Assim podemos definir QoS como: “A capacidade da rede de
fornecer tratamento especial a certos tipos de tráfego de forma previsível” [2].
O Jitter garante que as informações (pacotes) sejam processadas em período de tempo bem
definidos. A latência é a soma dos atrasos impostos pela rede e pelos equipamentos utilizados
na comunicação. O atraso de propagação é o tempo que o sinal elétrico/óptico leva quando se
propaga pelos meios, que podem ser: fibras ópticas, cabos coaxiais, satélites e outros. O
gerente de rede não tem qualquer influencia sobre a mudança neste parâmetro, e o elevado
intervalo de tempo em que um pacote trafega da origem para o destino pode causar perda de
sincronismo na rede. Como o IPTV utiliza de protocolos UDP e RTP, os pacotes não são
retransmitidos e a perda de pacotes afeta diretamente na qualidade de serviço. Por último, a
vazão (banda) deve ser bem dimensionada para a aplicação [2].
Outro fator importante quando falamos de qualidade de serviço é a Qualidade de áudio que
é a habilidade do sistema de recriar o sinal de áudio original. Esta qualidade pode ser afetada
por vários fatores como o tipo de codec de áudio (compressão de áudio), o sistema de
transmissão e o limite de banda. Em geral quanto mais o áudio é comprimido menor é a sua
qualidade. Com relação ao sistema de transmissão pode-se notar pela distorção do áudio que é
provocado pela perda de pacotes ou este pacote estar corrompido. Esta falha pode ocorrer
devido a um congestionamento na rede ou falha de equipamento.
Pacote corrompido é a modificação do dado durante a transmissão. Isto pode ocorrer
devido a uma fraca comunicação da linha ou uma perda momentânea do sinal elétrico. Como
resultado pode-se ver um sinal muito diferente do esperado [4].
21
Na tabela 2.1 têm-se alguns valores recomendados para uma boa qualidade de transmissão
na compactação MPEG-2 em qualidade HDTV.
Tabela 2.1: Valores recomendados para compactação MPEG-2 em qualidade HDTV [2].
Fluxo
de
Latência
Vídeo
(Mbit/s)
Jitter
8
<200ms
<50ms
10
<200ms
<50ms
12
<200ms
<50ms
Perda
Período de
de
Coleta 30
pacotes
minutos
IP
1 evento de
1 Pacote
erro a cada
IP
4 horas
1 evento de
1 Pacote
erro a cada
IP
4 horas
1 evento de
1 Pacote
erro a cada
IP
4 horas
Taxa média de
perda de pacotes
IP
9.14E-08
7.31E-08
6.09E-08
A Qualidade de Experiência (QoE - Quality of Experience) está relacionada com o ponto
de vista do telespectador, verificando a satisfação que ele tem em relação ao serviço que está
sendo oferecido, ou seja, se sua expectativa de qualidade esta sendo atingida. O usuário
sempre considera como um parâmetro de comparação os serviços de TV a cabo e TV por
satélite [2].
2.5 VIDEO-ON-DEMAND (VOD)
Esta tecnologia permite aos usuários assistir aos vídeos que eles desejam. Esta tecnologia é
amplamente utilizada em redes de IPTV em todo o mundo, já que ele dá uma oportunidade
aos usuários a pagar por um filme que deseja assistir. VoD pode ser descrita como um serviço
de TV paga, que permite ao usuário escolher o programa usando um menu determinado.
Neste caso, o programa de TV ou qualquer outro vídeo que um usuário IPTV ordenou
imediatamente começa a ser mostrado na tela da TV de um usuário. O usuário é capaz de
utilizar algumas funcionalidades adicionais, tais como pausar, voltar, avançar, etc.
Geralmente VoD IPTV é de dois tipos diferentes. VoD online, o que significa ver online. O
filme é mostrado na tela da TV sem ter que baixar os dados do servidor, o vídeo vai
diretamente para a tela do usuário através de uma ligação permanente à Internet de alta
velocidade. Neste caso, o usuário paga por um show, um filme ou um programa de TV que
22
ele solicitou. Este tipo de VoD geralmente requer uma transmissão de alta velocidade de
conexão com a internet (pelo menos 1Mbit/s). Pode-se utilizar este tipo de IPTV e VoD para
assistir aos filmes da forma descrita acima usando o IPTV set-top box ou um computador com
acesso à Internet [3].
O outro tipo de VoD que, muitas vezes, é usado em sistemas de IPTV pode ser chamado de
download VoD. Neste caso, o usuário primeiramente baixa todo o filme para o computador ou
para a IPTV set-top box, mas recebe uma chave que determina o período de tempo que o
vídeo estará disponível. Durante este período o usuário é capaz de assistir ao vídeo que baixou
quantas vezes desejar e pelo tempo que desejar. O tempo habitual que é usado para vídeos
baixados é de 24 horas.
Um exemplo muito conhecido de Video on Demand é o YouTube. É um site de
armazenamento de vídeos muito utilizado no mundo inteiro. O site apresenta uma média de
acessos diários de mais de 20 milhões de vídeos assistidos, e soma-se a isto um acervo com
tempo total de vídeos de mais de 10 mil anos [3]. Pode-se ver um exemplo de sistema de
entrega VoD na Figura 2.3.
Figura 2.3 – Sistema de entrega VoD
23
2.6 SEGURANÇA
Os produtores de vídeo estão apreensivos em conceder direitos de licença para distribuição
dos seus conteúdos através das redes digitais, isto leva aos prestadores de serviço de IPTV a
necessidade de possuir um poderoso mecanismo de segurança que vai garantir esse conteúdo.
Um recente artigo de Mark Sullivan dizia: “ Talvez a principal preocupação de Hollywood
sobre a IPTV, ou qualquer outro canal de distribuição de seus conteúdos, é a segurança do
conteúdo” [5].
Os objetivos principais de segurança para o serviço de IPTV são: apenas pessoas
autorizadas (assinantes) podem acessar e operar os canais de serviços de IPTV e os serviços
de IPTV deve ser protegido por direitos autorais. Existem dois regimes de proteção IPTV
disponíveis no mercado: Acesso condicional (CA) e Gestão de Direitos Digitais (DRM).
2.6.1 Acesso Condicional - CA (Conditional Acess)
O sistema de CA é a proteção de conteúdos, que exige alguns critérios a serem cumpridos
antes de conceder acesso a este conteúdo. O CA habilita uma criptografia do conteúdo que
limita o direito de visualização somente para os clientes que estão pagando pelo serviço.
O CA decide se determinado stream deve ou não visualizado pelo usuário. Assim, o
sistema partilha o conteúdo de maneira que ele seja acessível apenas pelos utilizadores que
tenham permissão. Partilhar o conteúdo gera também uma proteção contra a pirataria [5].
2.6.2 DRM (Digital rights management)
DRM são várias tecnologias juntas que limitam o uso de conteúdos de vídeo, áudio ou
imagens. É um termo que se refere ao acesso às tecnologias de controle utilizadas pelos
fabricantes de hardware, editores e detentores de direitos autorais para limitar o uso de meios
digitais ou dispositivos. O gerenciamento de direitos digitais permite que o prestador dos
serviços IPTV possa controlar em detalhe o que pode e o que não pode ser feito com uma
única instância [5].
24
2.7 PROTOCOLOS/TRANSPORTE
Para entrega de IPTV existem muitos protocolos envolvidos. A codificação dos conteúdos
de IPTV são MPEG-2 e são entregues em multicast. São utilizados os protocolos Internet
Group Management Protocol (IGMP) e o Real Time Streaming Protocol no IPTV.
O protocolo IGMP 2 serve como sinalização quando há mudanças no canal de transmissão
na televisão em tempo real. Já o RTSP é geralmente utilizado para VoD na reserva de
caminhos.
Na transmissão de IPTV pode-se utilizar tanto o protocolo User Datagram Protocol (UDP)
como o Real Time Protocol (RTP). O UDP é um protocolo da camada de transporte que
envia um datagrama encapsulado num pacote IPv4 ou IPv6 e envia-o para o destino sem
garantia de que o pacote chegou ou não [6]. Mesmo o RTP sendo um protocolo de
transmissão em tempo real de uma conexão ponto a ponto ou multicast (utilizando
multidestinatarios), este protocolo não garante qualidade de serviço (QoS), mas ele faz uma
freqüente monitoração da comunicação [7]. A desvantagem na utilização do UDP é que ele
não garante a entrega da transmissão, sendo este problema resolvido pelo RTP.
O formato transmitido para o usuário através da rede é o MPEG-2 transport stream (TS).
Já a Transmissão de Vídeo Digital (DVB) é baseada no padrão europeu de televisão digital,
que trabalha seu conteúdo nas três configurações de imagem: HDTV, Enhanced Definition
Television (EDTV) e Standard Definition Television (SDTV).
25
3. TECNOLOGIAS IPTV
Existem duas tecnologias na arquitetura IPTV, uma é a última milha e a outra consiste na
distribuição centralizada ou backbone. Neste estudo, serão analisadas todas as tecnologias
utilizadas na entrega da última milha, bem como suas dificuldades encontradas na distribuição
IPTV. A distribuição de IPTV requer uma grande quantidade de largura de banda, a
tecnologia de entrega tem que ser de tal forma que garanta a qualidade de transmissão do
vídeo para o usuário IPTV [1,4].
Quando se fala em implementar uma nova tecnologia, muitas pessoas pensam em como
isto afetará nos custos que elas teriam para adquirir o novo serviço. Com a IPTV isto não é
diferente. O desafio das empresas prestadoras deste serviço é implantar uma nova conexão de
Internet que seria acessível e de qualidade.
3.1 IPTV ATRAVÉS DE FIBRA ÓPTICA (FTTx)
Alguns fatores, como o crescimento da largura de banda junto com menores custos de
operação e desenvolvimento das tecnologias dando uma maior imunidade a interferência
eletromagnética, estão impulsionando a implantação de redes baseadas em fibra óptica. Essas
redes têm sido muito utilizadas pelos operadores de serviços para construção de redes com
maior durabilidade.
Com a redução do tamanho dos equipamentos e dos custos de implantação, as redes
baseadas em fibra óptica estão, cada vez mais, aumentando, e são oferecidos aos serviços
IPTV com mais frequência. Soma-se a isto a capacidade da fibra oferecer aos consumidores
finais uma conexão dedicada. Este tipo de conexão se torna bastante adequada na entrega de
conteúdos IPTV.
Com a necessidade de garantir maior capacidade de largura de banda aos usuários, a
tecnologia de fibra pode utilizar as seguintes arquiteturas de rede:
• Fibra para o escritório regional (FTTRO) – Instalação de fibra que vai desde o centro
operacional de dados IPTV até o escritório regional da empresa prestadora. Da
prestadora ao usuário final são utilizadas as fiações de cobre já existentes.
• Fibra para o bairro (FTTN) – Também conhecida como fibra para o nó, baseia-se na
instalação de fibra que vai desde o centro operacional IPTV até um divisor localizado
26
na vizinhança. Este divisor geralmente localiza-se a 5000m de distância do usuário.
Para a conexão final é utilizado outro tipo de mecanismo, como o DSL.
• Fiber to the curb (FTTC) – Instalação de fibra óptica a uma distância de
aproximadamente 500m do usuário. Este cabo termina em um armário, onde é
distribuído para os usuários através de cabo coaxial ou cabo de par metálico. Este tipo
de configuração só se torna viável quando a urbanização ainda está em fase de
construção.
• Fiber to the home (FTTH) – Com este tipo de arquitetura todo o percurso de entrega,
que vai do centro de dados IPTV até as casas dos usuários, são compostas por fibra
óptica. Com o FTTH é possível transportar um grande volume de dados através deste
sistema. Sua implantação vem se tornando popular quando se fala em novas
construções, pois seu custo é aproximadamente o mesmo dos cabos de par metálico.
Sua comunicação é full-duplex, ou seja, suporta a interatividade proposta pelo serviço
IPTV.
• Fiber to the apartment (FTTA) – É uma arquitetura de rede de transmissão óptica, onde
a rede termina no edifício (Comercial ou Residencial) chegando a uma sala de
equipamentos. A partir desta sala, o sinal óptico pode sofrer uma divisão através do
uso
de
divisores
ópticos
(splitters),
sendo
posteriormente
encaminhado
individualmente a cada apartamento ou escritório. É semelhante ao FTTH.
3.1.1 Redes PON
Redes ópticas passivas (PON) utilizam fontes de luz de diferentes cores para transportar
dados entre o centro de dados IPTV e o destino do sinal, ou seja, não necessita de sinais
elétricos. Geralmente a PON consiste de um Terminal de Linha Óptica (OLT) que estão
localizados no centro de dados IPTV e em alguns casos nos Terminais de Rede Óptica (ONT),
que é o local onde se localiza o usuário final do IPTV. Em alguns casos estes terminais ONT
podem ser instalados em algum local do bairro e ser distribuído para os usuários através de
tecnologias de grande velocidade como o DSL. Para a transmissão através de OLT pode-se
utilizar tanto a interligação de fibras como os divisores de rota. Um exemplo de rede PON é
mostrado na Figura 3.1 [1,4].
27
Figura 3.1 – Rede Óptica Passiva
As interligações das ONT podem ser feitas através de cabo de fibra OLT. Este tipo de
conexão resulta em poucas perdas na transmissão, baixa interferência e alta largura de banda
suportada pela rede. Estas características fazem deste tipo de conexão um meio quase que
ideal quando se fala em transmissão de dados. Devido ao melhoramento da qualidade desta
tecnologia, a fibra pode percorrer grandes distâncias (máximo 20 km sem amplificação do
sinal).
Os divisores de rota ópticos são utilizados para dividir um único sinal em vários sinais
ópticos múltiplos do sinal original, sem atenuação deste sinal. Este tipo de conexão permite
sua divisão em até 32 divisões.
Estes elementos passivos eliminam a necessidade de alimentação o que diminui no custo
tanto operacional quanto de manutenção do sistema.
O objetivo principal para a ONT é o fornecimento de uma interface com a PON. Ele recebe
o sinal óptico e o converte em sinal elétrico. Geralmente alimentado por uma fonte, ele possui
uma interface Ethernet o tráfego de dados, uma conexão RJ-11 para conectar-se ao telefone, e
uma interface coaxial para o fornecimento de conexão com a TV. Para estes sistemas a fibra
pode suportar uma largura de banda que varia de 622 Mbps até vários gigabytes por segundo
(GB/s). É possível citar como exemplos de tecnologias de PON a APON/BPON, EPON e
28
GPON que suportam tanto os serviços tradicionais de TV baseado em RF como os novos
IPTV [9].
Podemos ver através da Figura 3.2 uma rede FTTH utilizando tecnologia PON.
Figura 3.2 – FTTH utilizando tecnologia PON [4].
3.1.1.1 APON/BPON
Modo de Transferência Assíncrono PON (ATM PON), Broadband PON ou BPON é
baseado na especificação ITU-T G.983. Foi a primeira PON definida, segundo as
especificações da comissão Full Service Access Network (FSAN). A utilização do termo
APON levou os usuários a acreditarem que os serviços de ATM só seriam possíveis aos
usuários finais, o que não é verdade. Esta forma de pensar fez com que a FSAN mudasse o
nome para Broadband PON (BPON). Este serviço fornece suporte a vários serviços de banda
larga Ethernet, que inclui a distribuição de vídeo. Este tipo de topologia suporta taxas de
downstream de até 622 Mbps e para o upstream esta taxa chega a 155Mbps.
O BPON utiliza ATM como protocolo de portadora, sendo este tipo de rede muito popular
na entrega de dados em alta velocidade, voz e aplicações de vídeo. Todas as informações a
serem transferidas são divididas em células, estas células se dividem em duas partes a que
29
contém as informações a serem transferidas e o cabeçalho que contém as informações
relevantes para o funcionamento do protocolo ATM. Este protocolo estabelece uma conexão
entre o emissor e o receptor antes que os dados de vídeo sejam enviados. Isto faz com que ele
reserve uma quantidade de banda necessária para a informação que será trafegada. Esta
característica faz do ATM uma ferramenta muito importante na prestação de serviço IPTV
[9].
3.1.1.2EPON
Ethernet PON ou EPON é uma tecnologia de acesso óptica desenvolvido por uma
subdivisão do grupo IEEE, o EFM (Ethernet First Mile – Ethernet na primeira milha). Este
sistema suporta apenas o tráfego de rede Ethernet e suas larguras de bandas dependem das
distâncias entre OLT e ONT. Funciona em modo full-duplex, ou seja, não necessita de
protocolo CSMA/CD que são inerentes ao Ethernet. As ONT’s enxergam apenas os tráfegos
vindos dos centros de dados IPTV ou OLT, ou seja, ela não pode ver os tráfegos que são
transmitidos por outras ONT’s, caso haja necessidade de conexão entre duas ONT’s, só será
possível por intermédio da OLT. Cada ONT transmite para OLT em turnos que utilizam o
protocolo TDMA (Time Division Multiplex Acess) para a multiplexação dos acessos.
3.1.1.3 GPON
As redes GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) são baseadas na especificação
ITU-T G.984. São na verdade atualizações da especificação BPON. Possui taxas de
transmissão de 2,5Gbps para downstream e 1,5Gbps para upstream quando as distâncias não
ultrapassam os 20 Km. Possui suporte aos protocolos Ethernet, ATM e SONET, bem como
recursos avançados de segurança [9].
3.1.1.4 10G GPON
Com o aumento da banda larga crescendo cada vez mais, os sistemas atuais 2,5 GPON
estão sendo atualizados para suportar 10 Gbps para downstream. Para um cenário residencial
o 10GPON será capaz de suportar milhares de streams de vídeo simultaneamente, como no
caso da HDTV. Para upstream o sistema 10G GPON deve suportar 2,5Gbps. Os componentes
30
ópticos, bem como sua camada física, devem ser atrativos do ponto de vista do custo e devem
oferecer os mesmos atrativos da GPON. Devido ao elevado número de ONT’s, este fator de
custo se torna muito importante [4].
Através de exigências da FSAN, o sistema 10G GPON tem que ser capaz de coexistir com
um sistema GPON. Esta coexistência é viável devido a utilização de comprimentos de ondas
diferentes para os dois sistemas. Para o OLT esta combinação é feita através de filtro óptico
de coexistência chamado de WDM1 (Wavelength-Division Multiplexing) na recomendação
G.984.5. Para os ONT’s, estes filtros são chamados de WFB (Wavelength Blocking Filter –
Filtro de bloqueio de comprimento de onda) que bloqueia comprimentos de ondas
indesejados.
Pode-se ver na Figura 3.3 que os ONT’s GPON podem ser facilmente substituídos por
ONT’s 10G GPON, e também se pode adicionar novos ONT’s 10G GPON ao sistema ODN
já existente.
Figura 3.3: Coexistência do GPON e do GPON 10G
3.1.1.5 Acessos baseados em DWDM (WDM-PON)
Dando continuidade ao conhecimento das NG-PON2 (Next Generetion PON), muitas
operadoras estão visualizando acessos baseados em DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing), ou seja, o WDM-PON com tecnologia PON será mais interessante em um
longo prazo.
A tecnologia de acesso DWDM é utilizada para transporte de uso geral, pois diferentes
serviços podem coexistir em uma mesma fibra através da utilização de diferentes
comprimentos de onda. A principal diferença entre os sistemas WDM-PON e GPON (GPON
ou 10G GPON) é que o WDM-PON pode não utilizar o protocolo GPON, podendo como
31
alternativa utilizar o Gigabit Ethernet. Na utilização do WDM-PON, soluções hibridas serão
suportadas para poder transportar sinais GPON.
Podemos ver na Figura 3.4 que com a substituição do divisor óptico passivo (Optical
Power Splitter) por um filtro seletivo de comprimento de onda (wavelenght selective filter),
que pode ser um AWG (Arrayed Waveguide Grating, grades ordenadas em guias de onda)
poderemos ter um exemplo de arquitetura WDM-PON.
Figura 3.4: Tipos de uso do GPON
- Vantagens e desvantagens da utilização WDM-PON:
Como vantagens podem citar a largura de banda da camada física que não necessita de
programação, como no caso do GPON, pode-se utilizar até 64 assinantes por fibra (mesmo
que o GPON), com a utilização do AWG pode-se percorrer grandes distâncias sem atenuação.
Com um comprimento de onda de 1550 nm pode alcançar até 80 km. Separação física dos
sinais dos assinantes.
Uma desvantagem do WDM-PON é o custo, sendo um fator muito delicado quando pensamos
em ONT’s, pois este custo será diretamente passado para os assinantes. No lado do site central
este custo pode ser diminuído com a utilização de componentes com integração óptica. Já do
lado do assinante este custo pode ser reduzido com a utilização de hardwares reduzidos, onde
seriam diminuídos os custos com estoque e instalação. Para isto, é introduzida uma
característica com comprimentos de ondas adaptativos no lado das ONT’s, esta característica
denomina-se de “colorless” (incolor).
O colorless faz uma abordagem do laser através de sintonia, que é configurado quando há a
ativação do serviço, isto da uma maior flexibilidade e desempenho ao sinal. Um grande
problema para utilização de componentes sintonizáveis é a necessidade de utilização de
lockers de comprimentos de ondas [9].
32
3.1.2 Redes AON
Redes ópticas ativas (AON – Active Optical Network) – utiliza componentes eletrônicos
entre o centro de dados IPTV e o utilizador final. São utilizados switches Ethernet para a
interligação entre estes dois pontos. Um exemplo de topologia AON é mostrado na Figura
3.5.
Figura 3.5: Rede Óptica Ativa
3.2 TECNOLOGIAS DSL
3.2.1 ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) é a forma de transmissão DSL mais utilizada
nos dias atuais no mercado residencial, competindo com a transmissão via cabo. Este tipo de
conexão banda larga de alta velocidade é uma tecnologia ponto-a-ponto. Permitindo aos
provedores de telecomunicações oferecerem serviços como o vídeo IP através de linhas
telefônicas. O nome assimétrico é utilizado, pois a transmissão das informações da central de
dados para o IPTVCD (IPTV Consumer Devices – dispositivos consumidores) é mais rápida
que a transmissão do IPTVCD para a central de dados.
33
O serviço ADSL possui uma taxa de downstream de 8Mbps e para upstream 1,5Mbps, ou
seja, esta característica faz com que ela suporte as normas MPEG-2 de transmissão de canais
de televisão e conexão com a internet em alta velocidade. A grande desvantagem desta
tecnologia é a distância. Quanto mais distante do centro de dados central, pior será a
qualidade do sinal. Este serviço suporta uma quantidade de 18 mil assinantes dentro do centro
regional.
Como as linhas telefônicas foram criadas para transmitir tráfego de baixa frequência de
voz, a necessidade de envio de altas frequências leva a uma grande quantidade de distorções e
interferências. Uma forma de diminuir este problema é a utilização de repartição da largura de
banda da linha telefônica, o que aumenta as taxas de dados. Para se transmitir um serviço de
telefone é necessário frequências inferiores a 4 kHz, enquanto para transmissões downstream
e upstrem é necessário de 26kHz a 1,1MHz. Os equipamentos ADSL proporcionam uma
conexão digital através de rede PSTN, como a transmissão tem que ser feita através de meios
analógicos, um modem é utilizado para fazer a modulação do um sinal digital para um sinal
analógico aceitável para a transmissão.
Existem duas formas de modulação dos sinais digitais IPTV para sinais analógicos, para
uma transmissão ADSL:
1) CAP (Carrierless Amplitude and Phase Modulation - Modulação de Amplitude e Fase
Sem Portadora) foi a abordagem inicial da modulação de sinais digitais em sinais
analógicos. Opera com a divisão da linha telefônica em 3 bandas: o sinal de conversão
de voz é transportado através de uma banda que se situa entre 0 e 4kHz, para o sinal
upstream é utilizado uma banda entre 25 e 160kHz, e finalmente para o downstream
utiliza-se uma banda que vai desde 240kHz até um máximo de 1.5MHz, dependendo
das condições da linha, do número de utilizadores e do ruído. Nota-se que existe um
espaçamento entre as bandas, para impedir que haja uma interferência entre estes
sinais [11].
2) DMT (Discrete Multi-Tone – Multitone Discreto) – É a alternativa preferida para a
modulação CAP. Este tipo de modulação separa a faixa de frequência em 247 canais
separados de 4 kHz cada, pois as frequências se mantém razoavelmente estáveis em
canais de 4kHz. Cada canal possui um modem conectado e os 247 canais trafegam a
taxa de dados total. O DTM não utiliza bandas específicas para o downstream e
upstream, para estes são utilizadas canais bidirecionais situados nas frequências mais
baixas (começam com 8 kHz). Cada canal é monitorado de forma constante e se o
34
canal possuir um sinal fraco ele será transmitido para outro canal com melhor
transmissão e recepção. Esta procura constante de uma melhor qualidade faz do DMT
um sistema mais complexo de implementar e, ao mesmo tempo, oferece mais
flexibilidade e garantia de qualidade em linhas de qualidade incerta [4].
3.2.1.1 Equipamentos ADSL
Quando falamos de equipamentos ADSL é necessário lembrar que esta tecnologia é
utilizada para ampliar a largura de banda que são utilizadas nas linhas telefônicas já
existentes. Uma abordagem destes equipamentos pode ser vista através da Figura 3.6.
Figura 3.6: Tecnonoliga IP sobre uma arquitetura ADSL [4].
Na casa do assinante localiza-se um modem que se conecta através de USB ou Ethernet
com a rede do assinante e também é conectado para com a linha DSL. Através do POTS
(Plain Old Telephone System) Splitter é possível separar os sinais de dados a partir do sinal de
voz. As baixas frequências serão utilizadas para o telefone e as altas frequências serão
utilizadas para dados da rede doméstica. Já a DSLAM (Digital Subscriber Line Acess
35
Multiplexer) é responsável por receber as chamadas telefônicas dos assinantes e ligar para o
centro de dados IPTV. Para a utilização do IPTV, o DSLAM faz uso de transmissões
multicast, o que anula a necessidade de se replicar o sinal para cada assinante separadamente.
Esta tecnologia tem como finalidade global: a distribuição do conteúdo IPTV para os
assinantes na última milha da transmissão.
ADSL é a tecnologia ideal para diferentes serviços interativos, mas por outro lado, ela não
é ideal para a entrega de conteúdos IPTV. Primeiro, a máxima largura de banda é de apenas
8Mbps, o que não é suficiente para programações de alta definição que são pretendidas pelos
provedores de IPTV. Outro ponto é que a taxa de upload é menor que a de download, não
sendo ideais para serviços de iteratividade como o ponto-a-ponto, que exige que estas taxas
sejam iguais.
3.2.2 ADSL2
A tecnologia ADSL2 foi criada devido à necessidade de maiores larguras de bandas
exigidas por algumas tecnologias, como IPTV. Existem 3 tipos de ADSL2: O ADSL2,
ADSL2+ e o RE-ADSL2. ADSL2 foi a primeira versão implantada com maiores taxas de
downstream de dados e maior alcance entre o centro operacional (CO) e o modem do
assinante. No caso do ADSL2+, as prestadoras oferecem velocidades de até 25 Mbps para
assinantes a uma distância máxima de 1,5 km do CO. Esta tecnologia opera com taxas entre
138 kHz e 2.208MHz. O RE-ADSL2 (Reach Extended ADSL2 – Alcance estendido ADSL2)
ofereceu aos prestadores de serviço a possibilidade de aumentar a distância dos assinantes ao
CO para 6 km.
3.2.3 VDSL
VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber Line) é a tecnologia mais recente de DSL e
foi desenvolvida para superar as deficiências anteriores do ADSL. Ela elimina gargalos na
última milha e suporta grandes quantidades de transmissão, o que leva os prestadores IPTV a
incluírem uma grande gama de serviços, como VoD e transmissões de TV de alta definição.
Este serviço tem a característica de poder suportar a transmissão de trafego IP, bem como a
ATM.
36
VDSL1 opera com limites máximos de 55 Mbps para downstream e 15 Mbps para
upstream. Mas seu alcance é muito curto e geralmente são instalados em unidades de
habitação múltipla (MDUs). Possui um espectro de frequência de 12MHz.
VDSL2 é definido na recomendação G.993.2 do ITU-T. Pode ser dividido em duas
ramificações: o VDSL2 (Longo Alcance) e VDSL2 (Curto Alcance).
VDSL2 (Longo Alcance) foi criado para prestar serviços a quantos clientes for possível.
Com a característica de longo alcance, os clientes IPTV podem ter acesso a uma velocidade
de 30 Mbps, a uma distância entre 1.2 e 1.5km do CO. Esta capacidade só é possível devido
aos altos níveis de potência que são transmitidos. Um espectro de frequência de 30MHz é
utilizado para alcançar estas longas distâncias [12].
VDSL2 (Curto Alcance) utiliza o esquema de modulação DMT, ela separa 4.096 tons entre
as faixas 4 e 8 kHz. As técnicas utilizadas por esta tecnologia fazem com que sua velocidade
possa ser até 12 vezes maior que o ADSL. Pode chegar a 100Mbps de downstream em uma
distância relativamente curta de 350m. Embora as taxas de upstream, que não chegam aos
100Mbps, não excedam as taxas do ADSL2+, estes serviços sofrem pouquíssimas
interferências, e sua qualidade de cabo são geralmente muito boas. A possibilidade de
oferecer aos assinantes IPTV um serviço de 100Mbps permite que os operadores ampliem
para uma variedade de serviços interativos para seus clientes [12].
A nova VDSL2 possui recursos avançados de QoS, tráfego IPTV multicast e
melhoramento das técnicas de codificação, que são qualidades adequadas para transmissões
triple-play (oferta tripla de voz, dados e vídeo). Possui compatibilidade com as versões
anteriores de ADSL, permitindo aos provedores IPTV a migração gradativa para o VDSL
baseado em redes na próxima geração (NGN). Primeiramente, será necessária a instalação de
novos equipamentos VDSL2 em paralelo com os já existentes ADSL, permitindo que os já
existentes DSL continuem em operação. Outra necessidade será a localização do VDSL2 mais
próxima do assinante, através de armários nas ruas ou em câmaras subterrâneas em novas
instalações habitacionais [4].
Na tabela 3.1 a seguir é possível observar os comparativos entre as tecnologias DSL
abordadas anteriormente.
37
Tabela 3.1 – Comparação entre os diferentes tipos de tecnologia DSL [4].
Tipo de
DSL
Máxima
largura de
banda
downstream
(Mbps)
ADSL
8
ADSL2
Máxima
largura de
banda
upstream
(Mbps)
Máxima distância
(depende da
qualidade da infraestrutura)
Tipos de serviços suportados
1
5,5 Km
12
1
5,5 Km
1 canal de vídeo SD comprimido
em MPEG-2
2 canais de vídeo SD comprimido
em MPEG-2 ou 1 canal de alta
definição (HD)
ADSL2+
25
1
1,5 Km
em MPEG-2 ou 2 canais HD
comprimido em MPEG-4
READSL
25
1
6 Km
VDSL1
55
15
Utilizado nas unidades
de habitação múltipla
(MDUs). Tem um
alcance de centenas de
metros.
VDSL2
Longo
Alcance
30
30
1,2 e 1,5 Km
VDSL2
Curto
Alcance
100
100
350m
A grande vantagem na utilização do DSL para os assinantes IPTV é que ele utiliza dos fios
de telefone existentes, por outro lado, a sua necessidade de grande velocidade de acesso faz
com que seja necessária a diminuição da distância entre os assinantes, aumentando, assim, o
número de CO’s [4].
3.3 IPTV SOBRE REDES DE TV CABO
As operadoras de TV a cabo têm realizado muitos investimentos para atualizar suas redes
com a possibilidade de suportar serviços avançados de comunicação, como o IPTV.
3.3.1 TECNOLOGIAS HFC
Redes de Televisão de TV a cabo estão modificando suas tecnologias para redes HFC
(fibra/cabo coaxial). Este tipo de tecnologia é ideal para lidar com a próxima geração de
38
serviços de comunicação, como o IPTV. As redes HFC são capazes de transmitir
simultaneamente sinais analógicos e digitais, esta característica faz com que ela possa migrar
gradativamente para o serviço digital IPTV. Ela tem a característica de ser expansível e, ao
mesmo tempo, apresenta grande confiança. Sua expansão pode ser feita de forma incremental,
sem a necessidade de mudanças muito grandes na infra-estrutura da rede. A utilização em
conjunto destas duas tecnologias, coaxial e fibra, faz com que o HFC suporte grandes
velocidades na casa dos Gbps [4].
3.3.2 IMPLANTAÇÃO IPTV ATRAVÉS DE REDE DE TV A CABO
Dentro da indústria de TV a cabo é bastante discutido a execução de tráfego de vídeo
através de uma arquitetura baseada em IP. Ameaças aos seus negócios devido às operadoras
de telecomunicações estarem aumentando as suas capacidades de transmissão IP levam os
operadores de TV a cabo a começarem a migrar suas transmissões de vídeo para um serviço
mais centrado em tecnologia IP. A mudança de redes baseadas em rádio frequência (RF) para
o serviço baseado em vídeo digital comutado (SDV) requer uma aquisição de novos
equipamentos como roteadores, caixas top-boxes e switches para redes de alta velocidade. A
vantagem para os ambientes SDV é a grande largura de banda que é transmitido para um
conjunto de assinantes IP top-box, o que diferencia dos atuais meios que fazem esta
transmissão para todos os assinantes ao mesmo tempo. Esta limitação na transmissão faz com
que os operadores possam controlar o conteúdo de vídeo que é transmitido e, ao mesmo
tempo, aumentar as receitas com publicidade. As empresas utilizam de tecnologias IP e RF
para transmissão de vídeo para o sistema IPTV.
O sinal RF é modulado através de Edge, que converte os pacotes baseados em RF em
conteúdo de vídeo IP para serem transmitidos pelo HFC para os set-top boxes.
3.3.3 IPTV VIA DOCSIS
Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS1) foi concebida para transporte
de tráfego de Internet em alta velocidade. A última versão do DOCSIS é capaz de suportar os
serviços IPTV através de redes HFC.
Uma visão geral de cada geração DOCSIS é demonstrada na tabela 3.2.
39
Tabela 3.2: Características do terminal DOCSIS [4].
DOCSIS1.0
DOCSIS1.1
DOCSIS2.0
DOCSIS3.0
Máximo comprimento de
banda downstream
(Mbps)
40 e 55
40 e 55
40 e 55
160
Faixa de frequência
downstream (MHz)
50-750
50-750
88-870
88-1002
Máximo comprimento de
banda upstream (Mbps)
10
10
30
Acima de 120
Faixa de frequência
upstream (MHz)
5-42
5-42
5-42
5-42
Suporta a versão 6 do
endereçamento IP
Não
Não
Não
Sim
Pode-se ver que as versões DOCSIS podem chegar a uma taxa de dados de 160 Mbps de
downstream. Como a entrega dos canais IPTV é através de multicast e cada canal ocupa uma
faixa entre 2,5 e 4 Mbps, será possível uma faixa de 40 a 65 streams IPTV individualmente.
A última versão do DOCSIS é a DOCSIS 3.0 que é capaz de fornecer serviços de IPTV aos
seus clientes. É a tecnologia banda larga da próxima geração que permite às operadoras
realizarem ligações por múltiplos canais. Entre suas características podemos citar: o suporte a
próxima geração de endereços IPv6, melhor segurança das redes e mecanismos IP-multicat e
QoS. O sistema DOCSIS 3.0 possui mecanismos que garantem que a privacidade do assinante
não seja comprometida. Este sistema de segurança é baseado no regime Baseline Privacy
Interface Plus (BPI+). Esta privacidade é conseguida através da encriptação dos pacotes IPTV
permitindo uma forte proteção contra furto de serviço das operadoras.
3.3.4 EURODOCSIS
A indústria de cabo Européia desenvolveu suas próprias normas de transferência de dados
em alta velocidade através de redes de TV a cabo. A principal diferença entre as duas normas,
Americana e Européia, é a diferença de largura de banda. Na Americana, são utilizados canais
que usam 6 MHz, enquanto na Européia são utilizados set-top boxes com 8 MHz. Assim, a
configuração para da indústria Européia tem uma largura de banda cerca de 33% maior que a
Americana[4].
40
3.4 IPTV VIA SATÉLITE
Esta forma de distribuição vem emergindo ao longo dos anos devido a sua característica de
fornecer maior largura de banda, quando comparado com as redes terrestres. O fornecedor via
satélite está começando a mudar sua plataforma de redes para IP na entrega de vídeos.
Podendo, assim, ser possível a entrega de IPTV.
Figura 3.7: Rede de distribuição IPTV centrada em satélite [4].
Como é possível observar na Figura 3.7, o sinal original é recebido e codificado em
MPEG-2, MPEG-4 ou no formato Windows Media e é criptografado no centro de operações
de vídeo do satélite. Após este processo ele é enviado ao satélite que tem a finalidade de
redistribuir estes sinais para as várias plataformas de vídeos que podem ser operados por
empresas de TV a cabo ou por empresas de telecomunicações. Estas, por sua vez,
redistribuem o sinal para os assinantes através de suas infra-estruturas já existentes.
A implantação de satélite IP set-top boxe permite que aos consumidores um acesso a
conexão banda larga de alta velocidade, possibilitando a entrega de serviços IPTV. Devido às
exigências de grande capacidade de vídeo on-demand, os set-top boxes se tornam meios
impraticáveis para o serviço IPTV. Este problema está sendo corrigido com a implantação de
set-top boxes com Hard Disk (HD) acoplados aos seus dispositivos. Que faz com que o
41
conteúdo VoD sejam transferidos para este HD. Na tecnologia via satélite pode-se utilizar
modens de banda larga para a modulação/demodulação do sinal.
1) IP via satélite (IPoS) – utiliza tecnologia DVB-S2 e suporta uma transmissão de
dados de até 120 Mbps.
2) DVB canal de retorno via satélite (DVB-RCS) – Possui uma taxa de transmissão
de dados de 40 Mbps e uma capacidade de canal de retorno de aproximadamente 2
Mbps.
3) Satélite DOCSIS – Versão adaptada do DOCSIS para satélite, onde a principal
diferença do DOCSIS é a utilização do Fase Quadratare Shift Keying (QPSK) para
modulação do sinal, em vez do QAM utilizado nas redes HFC. Inicialmente
possuía um suporte para velocidades de 1,5 Mbps, atualmente estas taxas são
muito maiores [4].
3.5 IPTV EM REDES SEM FIO
Com o desenvolvimento das redes banda larga sem fio em ascensão, os serviços IPTV
podem utilizar desta alternativa para expandir os seus horizontes.
3.5.1 WIMAX FIXO
A demanda de consumidores WiMAX como plataforma de transmissão de conteúdo IPTV
tem crescido constantemente. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) é
uma plataforma de banda larga que vem sendo considerado pela indústria a tecnologia que irá
substituir a família Wi-Fi dos padrões wireless.
É possível observar na Figura 3.8 uma amostra simplificada do funcionamento de duas
células WiMAX interligadas entre si para entrega de vídeo a usuários finais.
42
Figura 3.8: Diagrama de blocos simplificado de um sistema WiMAX para tráfego IPTV [4].
WiMAX opera na faixa de frequências licenciadas e não licenciadas, a banda licenciada é a
opção operacional preferida para aplicações em tempo real, tais como o IPTV, pois existem
menores chances de ocorrência de interferências. O WiMAX fixo opera na faixa de
frequência 3400 a 3600 MHz. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) é a
escolha mais utilizada pelos fabricantes de equipamentos WiMAX, pois tem habilidade de
lidar com a questão da propagação multipath (vários caminhos). As características OFDM
WiMAX se tornam, desta forma, adequadas para a prestação de serviços IPTV. O conteúdo de
vídeo possui uma Privacy Sublayer (Privacidade de subcamada) que criptografa este conteúdo
fazendo com que a transmissão se torne mais segura [15].
Para garantia de prestação de serviços IPTV, é utilizado o WiMAX Transport Layer
Properties Standard TCP/IP.
Quando falamos de transmissão WiMAX vários fatores podem interferir na distância em
que o consumidor IPTV tem que estar da estação base. A geografia da região, as
especificações dos equipamentos e as condições meteorológicas são algumas destas condições
43
que tem que ser levado em consideração na hora da implantação desta tecnologia. A
velocidade máxima do WiMAX é de 60 Mbps para uma área de cobertura entre 6 e 10 km,
podendo variar de acordo com as condições expostas anteriormente. É importante notar que o
WiMAX pode suportar linha de visada (LOS) e linha de visada parcial (NLOS) [15].
3.5.2 WIMAX MÓVEL
O IEEE 802.16 não fornece serviços de banda larga em ambientes móveis. Por conta disto,
surgiu em 2005 uma alteração na norma com o IEEE 802.16e, que também é conhecido como
WiMAX móvel. As faixas de espectro licenciadas para esta norma são 2.5, 3.3 e a faixa entre
3.4 e 3.8 GHz. Algumas características do WiMAX móvel são fundamentais para o transporte
de serviços IPTV.
Este tipo de tecnologia suporta velocidades de pico que varia de 32 a 46 Mbps. Utiliza
tecnologias OFDMA otimizadas que permite aos espectadores um acesso IPTV multicast em
áreas geográficas sensíveis às vias de transmissão multipath (vários caminhos). Utiliza o IMS
(IP Multimedia Subsystem) para acelerar e simplificar a implantação de serviços baseados em
IP. O WiMAX móvel fornece um suporte avançado de Qualidade de Serviço (QoS), sendo
isto muito bom para as aplicações em tempo real do IPTV [16].
3.5.3 REDE MUNICIPAL WIRELESS MESH
Redes Municipais Wireless Mesh são outra plataforma sem fio que promete apoiar os
serviços IPTV. Possui uma licença de operação entre 2.4 e 5GHz. A tecnologia utilizada para
construção de redes Mesh foi o Wi-Fi, pois a maioria dos dispositivos portáteis e notebooks
são fabricados com esta interface já embutida. Para a construção de redes Wi-Fi em um
ambiente livre é necessário a utilização de pontos de acessos (AP) interligados e também uma
conexão com fio que fornecesse o serviço de banda larga para a rede. Pode-se ver um
exemplo deste tipo de conexão na Figura 3.9.
44
Figura 3.9: Arquitetura de rede mesh municipal [4].
Wi-Fi Mesh Access Points (AP’s) cobrem uma área muito maior que as convencionais
AP’s internas. Geralmente são instaladas em postes, prédios e torres de comunicações. Todos
os AP’s se comunicam entre si e com um gateway AP, através de configurações de cluster. O
gateway é conectado com a rede banda larga através de uma porta Ethernet. O número de
AP’s em um cluster varia entre as implementações.
A taxa média de dados em uma rede municipal sem fio é de aproximadamente 1 Mbps, que
é suficiente para aplicações de acesso a Internet. No entanto, quando pensamos nas
necessidades de banda do IPTV, observamos que esta tecnologia não se aplica nas
transmissões de vídeo.
3.5.4 TECNOLOGIAS DE REDE 3G
Redes móveis baseadas em tecnologias 3G EV-DO e HSDPA são capazes de oferecer
aplicações móveis ao IPTV. Evolution-Data Optimized (EV-DO) é uma tecnologia de banda
larga sem fio com taxas de 4,9 Mbps. Já o HSDPA (High Speed Downlink Packet Acess) é
uma tecnologia que suporta taxas de até 14 Mbps. Apesar destas tecnologias não serem ideais
no fornecimento de serviços IPTV, elas são importantes para consumidores que estão em
áreas mal servidas pelo serviço DSL e a cabo [10].
45
4. ANÁLISE COMPARATIVA
Chamado de Internet em alta velocidade, a banda larga tem uma alta taxa de transmissão
de dados. Qualquer conexão maior que 256 Kbps é considerada Internet de banda larga.
Várias tecnologias como satélite, DSL, cabo, WiMAX, entre outras, permitem o acesso a
velocidades de conexão banda larga. Estas tecnologias competem entre si, principalmente na
prestação de última milha, pois as grandes distâncias que compõem o backbone de Internet
são essencialmente feitos por fibra óptica. Algumas destas tecnologias estão prontas para o
crescimento, enquanto outras não serão capazes de competir em longo prazo, principalmente
em relação ao limite de velocidade de conexão. Na Figura 4.1 podemos ver alguns exemplos
de diferentes tecnologias de banda larga e também ter uma noção das empresas que vão
ganhar ou perder a briga pelos serviços de banda larga.
Figura 4.1: Visão geral das tecnologias banda larga existente
46
Já na Figura 4.2, é possível observar melhor que a tecnologia DSL ocupa uma maior
hegemonia em relação aos outros concorrentes, isto se dá principalmente pela utilização da
infra-estrutura já existente de telefonia fixa na maioria das residências pelo mundo.
Figura 4.2: Porcentagem de cada tecnologia a nível mundial
Hoje, a transmissão de um canal IPTV exige uma largura de banda de 4 Mbps (podendo
chegar a 2,5 Mbps com novos formatos de compressão e equipamentos mais robustos). Na
transmissão de um canal de alta definição exige-se uma largura de banda entre 7 e 8 Mbps
reais. Estas mínimas características são fundamentais quando se pensa na qualidade de serviço
e experiência da tecnologia IPTV [14]. Tanto as velocidades downlink quanto uplink devem
apresentar velocidades dentro dos intervalos de garantia de qualidade IPTV, isto por causa da
capacidade interativa apresentada por este serviço.
A grande revolução apresentada pelo IPTV aos usuários de TV a Cabo é a possibilidade de
se escolher os vários canais da preferência do utilizador e pagar apenas por estes canais, ou
seja, o usuário não é obrigado a pagar por canais que não são de seu agrado. Desta forma, o
serviço IPTV poderá atingir a todo o tipo de público alvo.
Mas como qualquer outra tecnologia, o IPTV também apresenta suas desvantagens. Como
é um sistema baseado em protocolo IP ele apresenta algumas limitações em termos de perda
de pacote e atrasos dependendo da taxa de transmissão que lhe é designada. Outro impasse
encontrado em relação a esta taxa é com relação à transmissão HDTV que requer quantidade
de banda muito maior.
47
Para este estudo IPTV serão analisados alguns parâmetros comparativos entre as
tecnologias de entrega da última milha, como: velocidade, custo, disponibilidade e qualidade
de serviço.
4.1 LARGURA DE BANDA
Vídeos sobre a arquitetura IP continuam aumentando suas exigências de velocidade de
largura de banda, levando os prestadores de serviços a continuarem com seus investimentos
em melhoria de suas tecnologias. Enquanto tecnologia, como satélite, está quase chegando a
máxima largura de banda teórica suportada por tecnologias IP, outras, como fibra, cabo e
WiMAX, terão um caminho longo a percorrer para chegar a estes limites extremos. Na tabela
4.1 podem-se verificar as velocidades relativas a cada tecnologia pesquisada.
Tabela 4.1: velocidade entre tecnologias estudadas [1,12,15,16].
Tecnologia de rede
Velocidade
FTTH
Vários gigabits por segundo
DSL
Entre 1 e 100 Mbps
HFC
Mais de 100 Mbps
Satélite
Mais de 155 Mbps
Wireless Fixo
Entre 1 e 10 Mbps
WiFi
Até 54 Mbps
3G
2,4 a 73,5 Mbps (downlink) e 153 Kbps a 27
Mbps (Uplink)
WiMAX
Até 75 Mbps
Cabo
40 a 160 Mbps (downlink) e 10 a 120 Mbps
(Uplink)
Fazendo uma analise das tecnologias apresentadas e verificando suas capacidades de
transferência de dados, pode-se concluir que:
- No caso do ADSL a largura de banda varia muito pouco, sofrendo algumas reduções
apenas no horário de pico, já a desvantagem, neste tipo de serviço, está em relação à
velocidade de uplink que é bem menor que a de downlink, o que para a interatividade do IPTV
48
não é uma característica boa e também a variação da largura de banda em relação à distância,
tendo como exceção o VDSL que possui uma transmissão simétrica e é uma solução
importante para o DSL.
- Diferentemente do ADSL a conexão a Cabo não sofre do mesmo problema de grande
diferença entre downlink e uplink, sendo assim, uma vantagem na utilização do IPTV. Como
esta tecnologia possui uma divisão de sua conexão, isto se torna uma desvantagem quando
muitas pessoas estão utilizando o serviço ao mesmo tempo, o que diminui a velocidade de
transmissão por cada assinante.
- A tecnologia 3G ainda não possui velocidades satisfatórias para a transmissão IPTV. Este
tipo de tecnologia não suporta a transmissão de vídeos em formato HD.
- A transmissão via Satélite possui uma garantia da largura de banda, além de uma
velocidade de download muito superior à maioria das tecnologias utilizadas para entrega da
última milha.
- As tecnologias FTTH e HFC são tecnologias que apresentam grandes capacidades de
transmissão de dados. Possui velocidade de downlink e uplink iguais. São, devido a estas
características, tecnologias que cabem perfeitamente na transmissão IPTV.
- O WiMAX se torna o principal produto móvel que pode concorrer com as outras
tecnologias fixas quando o assunto é velocidade de transmissão. Esta tecnologia possui
velocidade de uplink e downlink iguais, e pode chegar a uma taxa de transmissão de até 11,3
Mbps real [15].
4.2 CUSTO
Enquanto a melhoria das redes custa muito dinheiro para as empresas prestadoras de
serviço IPTV, os clientes não estão dispostos a pagar tão caro pelos serviços de alta
velocidade. Mesmo sem esta disposição, os usuários estão cada vez mais exigentes com as
necessidades de tecnologias mais velozes e com menor preço.
Comparando as diversas tecnologias apresentadas neste trabalho, as tecnologias que
apresentam melhor características para transmissão IPTV são sem dúvida aquelas com
maiores velocidade de transmissão, mas nem sempre estas tecnologias apresentam preços que
o mercado pode acolher para serem utilizados. No caso da transmissão via Satélite, a
tecnologia em si já é muito cara, sem contar com os equipamentos que teriam que ser
adquiridos para ter acesso a esta transmissão que também é muito cara.
49
Na tecnologia DSL o custo é um fator a favor, pois devido a já existente infra-estrutura
presente na maioria da casa dos utilizadores, este apenas terá o custo em adquirir um modem
que fará a modulação do sinal para que este possa trafegar em uma rede analógica.
Comparando com o DSL, a tecnologia a Cabo se torna um pouco mais cara, pois necessita
de cabeamento de televisão e modem específico para esta aplicação, a alternativa encontrada
pelas empresas prestadoras na hora de concorrerem com a tecnologia DSL é a utilização deste
modem de forma emprestada, ou seja, o assinante não é dono do modem que está em sua
residência.
Já o WiMAX apresenta uma certa vantagem em relação a este parâmetro, ele é o que
apresenta menor custo de equipamento e de tecnologia de implementação.
Na Tabela 4.2 tem alguns preços destas tecnologias que foram extraídos do Bookings
Institute na Univeridade da Califórnia.
Tabela 4.2: Custos de instalação de algumas tecnologias.
Tecnologia
Instalação (x1000)
Instalação domiciliar
DSL
$270,00
$30,00-$50,00
Cabo
$65,00
$1.200,00
3G
$405,00
$50,00
FTTH
$93,00
$1.250,00
WiMAX
$3,00
$8,00
O fator mais desgastante para o prestador de serviço destas tecnologias mais caras é o fato
de que após um investimento de muitos bilhões para atender uma pequena região, uma
operadora WiMAX pode entrar no mercado por um custo muito menor.
4.3 DISTÂNCIAS SUPORTADAS POR CADA TECNOLOGIA
O serviço de banda larga chega, quando chega, sempre mais lentamente nas regiões menos
povoadas, devido a pouca demanda de utilizadores. Os serviços mais populares são o DSL e
cabo, mas mesmo estes não estão disponíveis em algumas áreas. Este fator é de grande
importância para o crescimento de fornecimento de outras tecnologias, como satélite e
WiMAX.
50
Na Tabela 4.3, está descrito qual a máxima distância que cada tecnologia pode percorrer
para garantir o serviço oferecido.
Tabela 4.3: Máxima distância percorrida por cada tecnologia [4].
Tecnologia
Máxima distância
ADSL
5,4 Km
VDSL
1,3 Km
ADSL2+
2,7 Km (qualquer outra taxa é semelhante ao ADSL)
FTTH
20 Km
3G (WCDMA, CDMA200)
Cobre a área de cobertura da rede de acesso
WiFi
Mais de 100m
WiMAX
LOS - 10 a 16 Km
NLOS - 1 a 2 Km
Instalação interna NLOS - 0,3 a 0,5 Km
Satélite
Grande área de cobertura entre 1000 e 36000 Km
Cabo
100Km ou mais
Com base na tabela pode-se concluir que as tecnologias que melhor podem satisfazer os
clientes mais distantes é o FTTH, WiMAX e Satélite. Como na maioria das vezes os
assinantes não possui de condições suficientes para bancar a implantação de tecnologias caras
como o FTTH e Satélite, a principal escolha se torna o WiMAX que possui um custo
beneficio mais acessível e também possui padrões satisfatórios para a transmissão IPTV.
4.4 QUALIDADE DE SERVIÇO
No fornecimento de algumas aplicações, a interrupção se torna uma questão muitas vezes
inaceitável, como no caso do IPTV. A tecnologia de banda larga fixa sempre teve certa
vantagem sobre as tecnologias móveis (wireless). Entretanto, mesmo as tecnologias fixas
possuem diferenças entre si e sofrem de constantes comparações para uma melhor
disponibilidade de stream de vídeo. A qualidade de serviço está ligada diretamente com a
quantidade de banda que se é transmitida por cada tecnologia e a capacidade mínima
requerida pelos serviços IPTV. Sendo neste sentido as tecnologias que apresentam suas taxa
de transmissão de downstream e upstream superiores aos 7 ou 8 Mbps ideais para prestação
de serviço IPTV.
51
Fornecedores de serviços de vídeo pela rede IP estão cada vez mais evoluindo as suas
tecnologias para atingirem melhores qualidades e confiança do assinante na tecnologia IPTV.
Existe uma infinidade de meios de transmissão da última milha, e cada tecnologia possui
suas características particulares na hora de entrega de serviços de vídeo. Tecnologias de
transmissão fixa têm sua largura de banda limitada pela natureza do meio de transmissão, no
caso da transmissão sem fio esta largura também é limitada, mas não pela natureza da
transmissão e sim pela quantidade de espectros RF disponíveis licenciados. A tecnologia mais
promissora é o WiMAX, que possui capacidades de transmissão banda larga promissora, que
pode suportar a tecnologia IPTV sem perda de qualidade de serviço e de experiência [16].
A fibra é incontestavelmente um meio de comunicação que oferece uma infinita largura de
banda em comparação aos seus concorrentes. Outros benefícios da fibra são o maior nível de
segurança e confiabilidade, pois apresenta imunidade a interferências eletromagnéticas. A
confiabilidade leva este sistema a baixos custos de operação, o que leva a fibra a ser um
objeto de desejo de muitos assinantes. Nos últimos anos, o preço da fibra, bem como de seus
equipamentos, vem baixando gradativamente devido ao aumento da demanda por esta
tecnologia. Capacidade de largura de banda máxima, alta confiabilidade, segurança e baixo
custo operacional estão começando a tornar realidade na prestação de serviço IPTV.
Na Tabela 4.4 podem-se observar detalhadamente todas as características das principais
tecnologias de entrega de última milha que foram mostradas neste projeto.
52
Tabela 4.4: Principais características das tecnologias de entrega da última milha [1,4].
Tecnologia
Utilização
do Spectrum
Capacidade
de divisão
Capacidade
Máxima distância
Vantagens
Limitações
ADSL
Acima de 1,1 MHz
Não
12 Mbps - 0,3 Km
8,4 Mbps - 2,7 Km
6,3 Mbps - 3,6 Km
2 Mbps - 4,8 Km
1,5 Mbps - 5,4 Km
5,4 Km
Existência de POTS
largura de banda limitada, que é
sensível à distância - assimétrica
de magnitude menor para taxa de
upstream
VDSL
Acima de 1,1 MHz
Não
52 Mbps - 0,3 Km
26 Mbps - 0,9 Km
13 Mbps - 1,3 Km
1,3 Km
Principalmente existência
de POTS
largura de banda sensível à
distância
ADSL2+
Acima de 2,2 MHz
Não
26 Mbps - 0,3 Km
20 Mbps - 1,5 Km
7,5 Mbps - 2,7 Km
2,7 Km (qualquer outra
taxa é semelhante ao
ADSL)
Existência de POTS
largura de banda sensível à
distância
FTTH
THz
PON: Sim
P2P: Não
Mais de 1 Gbps
por fibra por canal
20 Km
Comprimento de banda
relativamente ilimitado
requer novas fibras para sobrepor
o acesso à rede
3G
(WCDMA,
CDMA200)
1,92 - 1,98 GHz
2,11 - 2,17 GHz
Sim
Mais de 2 Mbps
por assinante registrado
Cobre a área de
cobertura da rede de
acesso
Terminais móveis.
Percorre infra-estrutura
celular existente
Espectro caro.
Aplicações Limitadas
WiFi
2.4,5.7 GHz
Sim
11,54 Mbps
Mais de 100m
Compatível com Ethernet
Apenas aplicações LAN.
Requer segurança
WiMAX
Padrão
3,5 GHz
Sim
2,8 a 73,5 Mbps por Downlink
por equipamento do assinante e
2,8 a 73,5 Mbps por Uplink por
equipamento do assinante
LOS - 10 a 16 Km
NLOS - 1 a 2 Km
Auto instalação interna
NLOS - 0,3 a 0,5 Km
NLOS a ser normalizado
(exceto para a versão
802.16)
taxa de bits na prática é de 2
Mbps por assinante e tamanho
máximo das células NLOS entre
1 e 2 km
Satélite
licenciados em 1.5 a
3.5, 3.7 a 6.4, 11.7 a
12.7, 17.3 a 17.8, 20
a 30 GHz
Sim
Mais de 155 Mbps por downlink
Grande área de cobertura
entre 1.000 e 36.000 Km
Grande área de cobertura.
Adequado para aplicações
multicast.
Caro para construir.
Capacidade de assinantes
limitada.
Cabo
(DOCSIS
3.0)
Downstream 881002MHz
Upstream 5-42MHz
Não
Downstream 160Mbps
Upstream 120 Mbps
100Km ou mais
Controle do material
enviado aos assinantes;
Percorre infra-estrutura
existente.
Aquisição de DOCSIS modem.
5. CONCLUSÃO
Atualmente, os operadores de telecomunicações possuem uma grande variedade de meios
de transmissão na implementação de serviços IPTV. Sem dúvida, as tecnologias baseadas em
fibras se tornam uma plataforma ideal no fornecimento desta tecnologia, podendo, com a
diminuição do custo, se tornar a principal forma de distribuição.
Tecnologias como DSL e Cabo possuem limitações que, com o passar do tempo e a
evolução das outras tecnologias, tais como fibra e WiMAX, se tornarão obsoletas, devido a
suas grandes limitações, tanto de banda quanto de distância. Mesmo com o futuro incerto
destes tipos de soluções, são tecnologias que dominam o mercado atual de fornecimento
IPTV, devido principalmente à utilização da infra-estrutura já existente.
Outra tecnologia de entrega de serviços IPTV é a abordagem sem fio, que através do
WiMAX pode oferecer serviços de banda larga a lugares sem nenhuma infra-estrutura e com
qualidade de serviço e experiência.
A capacidade de distribuir TV com grande eficiência através de protocolo IP irá
transformar radicalmente a indústria de TV digital. Uma das grandes dificuldades encontrada
pelos prestadores de serviços IPTV é a garantia de qualidade de serviço. Atrasos,
congestionamento da rede, pacotes IP corrompidos são algumas das condições que os
prestadores de serviço IPTV têm que lidar diariamente, ou seja, o serviço tem que ter alguns
requisitos rigorosos em sua infra-estrutura, oferecendo adequada capacidade de largura de
banda que suportem toda a banda IPTV.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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http://www.citeulike.org/user/dcastro/article/1921865. Acesso em: 01 mai. 2010.
em:
[14]SÉNECA, H., O futuro da televisão. Ed. 140, p. 88-92. São Paulo: Exame Informática,
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[15] NAKAHATI, Y. W., OLIVEIRA, F. A. R., LIMA S., Padrões para redes sem fio (IEEE
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[16]TOMIYOSHI, M. M., WiMAX – Acesso à Internet Banda Larga Sem Fio. Rio de
Janeiro, 2008.

iptv: distribuição da ultíma milha

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