CC BY
127
ИССЛЕДОВАНИЕ ДОСТАВКИ ВИДЕОКОНТЕНТА НА БЕСПРОВОДНЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЕ ТЕРМИНАЛЫ
Ивакин А.А.,
Астраханский Государственный Технический Университет, [email protected] Дмитриев В.Н., д.т.н., профессор, Астраханский Государственный Технический Университет, v.dmitriev@ astu.org
Ключевые слова:
Triple Play, Quadruple Play, DVB-H, WiMAX, LTE, OTT, CDN, Torrent-TV.
АННОТАЦИЯ
Статья посвящена анализу возможных сценариев оказания услуг по доставке видеоконтента на беспроводные пользовательские терминалы. Предметом исследования выступает доставка видеоконтента с использованием беспроводных технологий. Цель исследования - определить оптимальный с точки зрения оператора технический вариант реализации услуг доставки видеоконтента в сетях беспроводного доступа. Для этого проведен анализ возможных сценариев реализации такой услуги, для каждого из которых определены достоинства и недостатки. В качестве таких сценариев выделены: построение оператором отдельной сети для передачи видеоконтента, использование одной сети для предоставления пакета услуг, включающего видео, а так же использование в качестве базы для передачи видеоконтента сети Интернет. Основой для первого сценария может выступать технология DVB-H. В ходе ее анализа было обосновано, что этот сценарий не может быть оценен как предпочтительный, поскольку требует излишних затрат и не имеет изначальной поддержи интерактивности, что является неотъемлемым требованием современных видеоуслуг. Основой для второго сценария может выступать сеть LTE или WiMAX. Анализ их технических характеристик показал, что вещательные услуги в них реализованы схожим образом, однако сеть LTE потенциально обеспечивает большую емкость сети. При анализе третьего сценария приведена архитектура предоставления сервисов на базе сети Интернет, такие услуги так же известны под названием OTT. В этом случае оператор теряет значительную часть прибыли, поскольку организует только среду для предоставления услуги третьей стороной. Проанализировав технические недостатки этого сценария, предложены возможные варианты их решения - использование сетей CDN и торрент-технологий. В заключении сформулированы рекомендации для оператора. Наиболее оптимальным сценарием видится эксплуатация сети LTE с последующим использованием того же видеоконтента для реализации оператором собственного сервиса OTT, дополненного сетями CDN или торрент-технологиями для сервисов Video on Demand.
US
RESEARCH
Введение
Вступление в силу закона об услуге по переносу мобильных номеров (Mobile Number Portability, MNP) [1], т.е. отмене так называемого «мобильного рабства», поставил операторов беспроводной связи в сложное положение. Перед ними стоит угроза сокращения своей абонентской базы. На середину мая 2014 года более 221 тысячи абонентов уже совершило переход. Федеральное агентство связи прогнозирует, что в дальнейшем число успешных переносов будет только расти [2].
Сохранить свою абонентскую базу оператор может, предложив более выгодные для абонента тарифные планы, повысив качество предоставляемых оператором услуг или же реализовав совершенно новую услугу, которая бы выделяла его среди других операторов [3]. Такой услугой может выступить доставка видеоконтента. Помимо прочего, это позволит оператору предоставлять свои услуги в виде пакета - передачи голоса, данных и видеоконтента. Такая модель получила название Triple Play, а для беспроводных операторов - Quadruple Play, что отражает добавление мобильности как услуги. Нельзя так же не брать во внимание, что крупнейшие из сотовых операторов в России представлены так же и в фиксированном сегменте рынка. Внедрив доставку видеоконтента через беспроводную сеть, оператор получит возможность предоставлять одни и те же пакеты услуг в обоих сегментах своей сети. Перспективность услуги мобильного телевидения подтверждается так же и аналитическим отсчетом компании J'son & Partners Consulting. На рис. 1 наглядно представлена перспектива роста абонентской базы рынка мобильного телевидения в России [4]. Далее определим, каким образом организовать такую услугу наиболее эффективно.
рии и определить для каждого из них достоинства и недостатки;
З.Выбрать сценарий, который позволит организовать услугу наиболее эффективно.
Сценарий 1
Логичным вариантом видится организация обособленной сети, чьей задачей будет исключительно доставка видеоконтента. Таким образом, основная сеть оператора будет освобождена от излишней нагрузки. Учитывая ориентацию на беспроводные пользовательские терминалы, дополнительная сеть может быть построена на технологии MediaFlo (Media Forward Link Only), DMB (Digital Media Broadband) или DVB-H (Digital Video Broadcasting -Handled), причем последняя из них наиболее популярна в мире [5, 6].
Технология DVB-H относится к группе стандартов DVB. В нее же входит и технология DVB-T2 (Digital Video Broadcasting — Second Generation Terrestrial), которая определена в качестве стандарта цифрового телевидения в России [7]. Сети DVB-H характеризуются ориентацией на поддержку мобильности и, как следствие, использование технологий, направленных на энергосбережение. Однако данная технология не имеет поддержки интерактивности, необходимой для современных видео услуг. В качестве канала связи от пользовательского терминала к оборудованию оператора используется любая сеть передачи данных. Такая конвергентная система получила название IPDC (Internet Protocol Data Cast), ее архитектура изображена на рис. 2.
Абонентский терминал DVB-UMTS/GSM
Рис.1. Абонентская база рынка мобильного телевидения в России в 2010-2015 гг. в тыс. чел.
Рис.2. Архитектура сети DVB-H с поддержкой интерактивности
Предмет исследования - доставка видеоконтента посредством беспроводных сетей.
Цель исследования - определить оптимальный технический сценарий реализации услуги доставки видеоконтента на беспроводные пользовательские терминалы. Для достижения этой цели будут решены следующие задачи:
1.Определить способы организации доставки видеоконтента с использованием беспроводных сетей и сформулировать, таким образом, технические сценарии;
2.Проанализировать полученные технические сцена-
На рисунке обозначены следующие элементы:
- BCP (Broadcast Content Provider) — оператор вещания;
- ISP (Internet Service Provider) — оператор сети доступа к Интернет (может быть тот же, что и BCP);
- BSP/ISP-платформа — платформа согласования BCP и ISP для обеспечения мультимедийного вещания.
- MUX — мультиплексор [6, 8].
Техническая необходимость использовать две сети требует дополнительных затрат на обслуживание, что говорит против данного сценария. Помимо этого, к недо-
H&ES
RESEARCH
статкам можно отнести ограниченное количество моделей пользовательских терминалов с поддержкой DVB-H.
Сценарий 2
В качестве следующего сценария можно рассмотреть использование одной сети для всего предоставляемого оператором пакета услуг, включая доставку видеоконтента. Как основу такого сценария рассмотрим сети, построенные на базе технологий WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) и 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution), поскольку они наиболее популярны в реализации.
Технология WiMAX обеспечивает скорость в нисходящем направлении в 40 Мбит/с для мобильного доступа. Осуществление доставки видеоконтента возложено на службу MBS (Multicast and Broadcast Service). Благодаря ее использованию поддерживается режим энергосбережения. Архитектура сети WiMAX с интеграцией службы MBS представлена на рис. 3.
поддержки MBMS выступает BM-SC (Broadcast Multicast Service Center). На рис. 4 представлена архитектура сети LTE с интеграцией MBMS.
Рис.3. Архитектура сети WiMAX с интеграцией MBS
На рисунке указаны следующие элементы:
- ASP (Application Service Provider) - провайдер сервиса приложений;
- CSN (Connectivity Service Network) - сеть обеспечения услуг;
- ASN-GW (Access Service Network Gateway) - узел, в котором сводятся воедино трафик и сигнальные сообщения от базовых станций;
- MBS-контроллер - функциональный узел реализации службы MBS;
- BS (Base station) - базовая станция [8, 9].
Технология LTE, оправдывая свое название, является дальнейшей эволюцией технологии UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), однако обеспечивает большую скорость доступа в направлении вниз, от базовой станции. Так, стандарт LTE Rel. 8 предусматривает скорость 100 Мбит/с [9]. Для доставки видеоконтента используется сервис MBMS (Multimedia Broadcast and Multicast Service), который схож по функциям с сервисом MB S в технологии WiMAX. Как архитектурный элемент
Рис.4. Архитетура сети LTE с сервисом MBMS
На схеме указаны следующие элементы:
- ASP (Application Service Provider) - провайдер сервиса приложений;
- BM-SC (Broadcast Multicast Service Center) - центр вещательных услуг;
- MBMS GW (Multimedia Broadcast Multicast Service Gateway) - шлюз MBMS, в котором сводятся воедино трафик и сигнальные сообщения;
- MME (Mobility Management Entity) - узел управления мобильностью;
- MCE (Multi-cell/multicast Coordination Entity) - узел координации многосотовой / мультикастовой передачи [10].
Такие сервисы, как MBS и MBMS, применяются так же для разного рода услуг, связанных с доставкой однотипного контента на все устройства в сети, например, для оповещения о чрезвычайной ситуации.
Очевидно, что технология LTE, поддерживая большую скорость передачи данных, может обеспечить большую емкость сети.
Сценарий 3
Сеть Интернет сама по себе может выступать в качестве основы для видеоуслуг. Такая модель получила название OTT (Over the Top). При таком сценарии от абонента не требуется специальное программное обеспечение, достаточно обычного браузера. Оператор OTT получает доход от размещения рекламы, или же напрямую от абонентских платежей, однако оператор связи при этом получает прибыль только за использование его инфраструктуры. Архитектура такой системы включает в себя следующие компоненты (рис. 5):
- Система транскодирования Transcoding преобразует исходный видеоконтент в пригодный для передачи по сети;
- Система условного доступа CA/DRM (Conditional Access / Digital Right Management) отвечает за защиту контента;
- Видеосерверы VOD (Video on Demand) и Live TV осуществляют непосредственное предоставление услуг конечным пользователям;
- Межплатформенное программное обеспечение Middleware выступает в качестве центра управления всеми сервисами;
- Сервер биллинга Billing выполняет тарификацию [11].
us
RESEARCH
Content Production
— 4
%
Transcoding
-K;
CA/DRM
-N!
Middleware
4
Live TV Server
>t
â
Client
Billing
â
Client
Ö
Client
Рис.5. Архитектура сервиса OTT
Недостаток сервиса OTT - использование протокола HTTP (HyperText Transfer Protocol) нестандартным образом. Однако это частично решается использованием сетей, созданных по технологии CDN (Content Delivery Networks). Далее рассмотрим работу такой системы.
Копия видеоконтента хранится не только на главном сервере, но и на нескольких серверах (именуемых узлами CDN), географически распределенных по территории, на которой производит свою деятельность оператор. Пользователь делает запрос на передачу видеоконтента. Эти запросы перенаправляются на узлы, и если интересующий пользователя контент уже имеется на нем, вещание ведется с этого узла. Такая древовидная структура позволяет обеспечивать гибкость сети, сократить время ожидания до начала воспроизведения, а так же помогает оператору разгрузить свои магистральные сети [12].
Помимо CDN, помочь оператору разгрузить основной сервер хранения контента и сеть в целом может использование torrent-технологий, применительно к передаче видеоконтента - Torrent-TV. В своей работе она использует сети p2p (peer-to-peer). Их отличительной особенностью является то, что каждый узел в такой сети может быть как клиентом, так и сервером. Пользовательский терминал, с которого был отправлен запрос на контент, получает его от других пользовательских терминалов, так же отправивших на него запрос, и наоборот. Система Torrent-TV сохраняет работоспособность при любом количестве узлов и, как следствие, эффективность работы системы будет тем выше, чем большее число пользовательских терминалов отправили запрос на доставку контента. Передача в таких сетях обходится оператору значительно дешевле, чем реализация сетей CDN. Однако недостаток такой системы - оператор не может гарантировать ста-
бильное качество своих услуг. Более того, и сети CDN, и технология Torrent-TV наиболее эффективны для применения с услугой видео по запросу (Video on Demand, VoD).
Заключение
Активная информатизация общества привела к взрывному росту продаж устройств-потребителей контента, использующих для этого беспроводные сети. Даже персональные компьютеры не были для пользователей столь персональными, какими сейчас стали смартфоны и планшеты. Очевидно, что современный абонент хочет получать все возможные услуги на свое устройство. Целью данной работы было определить наиболее эффективный способ доставки видеоконтента на базе беспроводных сетей. Для этого было сформулировано три технических сценария.
Анализ рассмотренных технических сценариев позволяет сделать вывод, что к современным условиям наиболее приспособлены сети, построенные на базе технологий WiMAX и LTE. В них обеих заложена возможность эффективной доставки видеоконтента, однако потенциальная емкость сетей LTE за счет большей скорости в нисходящем направлении говорит об их преимуществе. В то же время технологии, подобные DVB-H, в настоящее время видятся не перспективными. Однако нельзя не заметить потенциала услуг OTT, а особенно их удобства для абонента. Для оператора они могут стать или угрозой, или конкурентным преимуществом.
Таким образом, в качестве оптимальной стратегии для оператора, желающего предложить на рынке передачу видеоконтента на беспроводные пользовательские терминалы, видится использование сети LTE с перспективой применения тех же видеопотоков и контента для реализации собственной, операторской системы оказания услуг OTT в фиксированном сегменте сети. Оператор, таким образом, получит максимальный доход. При этом нельзя отрицать, что услуги OTT имеют ряд ограничений, решаемых для услуг VOD за счет использования torrent-технологий и сетей CDN.
Литература
1. Федеральный закон Российской Федерации от 25 декабря 2012 г. N 253-Ф3 [Электронный ресурс]. - 2012. - Режим доступа : http://www.rg.ru/2012/12/27/telefon-dok. html (дата обращения: 16.09.2014).
2. Шадрина, Т. Каждый месяц число перенесенных номеров абонентов удваивается [Электронный ресурс]. -2014. - Режим доступа : http://www.rg.ru/2014/05/14/ nomer-site-anons.html (дата обращения: 16.09.2014).
3. Пищин, О.Н. Инновационная активность оператора сотовой подвижной связи [Текст] / О.Н. Пищин // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2009. - № 2. - С. 127-133.
4. Рынок мобильного телевидения: варианты приёма телевизионных данных на телефон [Электронный ресурс]. - 2014. - Режим доступа : http://json.tv/ict_telecom_analytics_view/ rynok-mobilnogo-televideniya-varianty-priema-televizionnyh-dannyh-na-telefon (дата обращения: 16.09.2014).
Internet
us
RESEARCH
5. ITU-R BT.1833-1. Broadcasting of multimedia and data applications for mobile reception by handheld [Text]. -Geneva: ITU-R, 2011. - 69 p.
6. Тихвинский, В.О., Терентьев С.В. Мобильное цифровое телевизионное вещание: анализ технологий и бизнес-моделей [Текст] / В.О. Тихвинский, С.В. Терентьев // Информационные телекоммуникационные сети. - 2008. -№ 7. - С. 16-22.
7. Цифровое эфирное телевидение и стандарт DVB-T2 [Электронный ресурс]. - 2013. - Режим доступа : http:// rtrs.ru/dtv/dvb_t2/ (дата обращения: 16.09.2014).
8. Дмитриев, В.Н. Анализ технологий предоставления мультимедиауслуг на мобильные терминалы [Текст] / В.Н. Дмитриев, А.А. Ивакин // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2014. - № 1. - С. 105-111.
9. Ivakin, A.A., Comparison of technologies of wireless broadband access for IPTV service [Text] / A.A. Ivakin, I.A. Beresnev // Science and Education: materials of the III international research and practice conference. - Munich, Germany, 2013. - Vol. I. - P.115-121.
10. Cox, C 2012 An Introduction to LTE: LTE, LTE-Advanced, SAE and 4G Mobile Communications, John Wiley & Sons Inc., 352 p.
11. Яшенкова, Н. OTT — новый виток развития телевидения [Текст] / Н. Яшенкова // Мобильные телекоммуникации. - 2011. - № 1. - С. 24-28.
12. Таненбаум, Э. Компьютерные сети [Текст] / Э. Танен-баум. - СПб.: Питер, 2003. - 992 с.
13. Torrent-TV. How does it work? [Torrent-TV. Kak e'to rabotaet?], viewed 11 September 2014, http://torrent-tv. ru/h_how_works.php (дата обращения: 16.09.2014).
His
RESEARCH
STUDYING VIDEO CONTENT DELIVERY TO WIRELESS USER TERMINALS
Ivakin A.,
Postgraduate of the Department of Communication,
Astrakhan State Technical University,
Dmitriev V.,
Dr. Sc., Professor,
Head of the Department of Communication, Astrakhan State Technical University, [email protected]
Abstract
The article analyzes the possible scenarios of providing services for the video content delivery to the wireless user terminals. The subject of the study is the delivery of video content using wireless technologies. The purpose of the study is to determine the optimal in the operator's point of view technical solution of video content delivery services over wireless access networks. To reach this, the analysis of possible scenarios for the implementation of such services is made, for each of which advantages and disadvantages are identified. As such scenarios are highlighted: the construction of a separate operator network to transmit video, the use of the same network to provide a package of services, including video, and the use of the Internet as a base for the transmission of video content. The basis for the first scenario may be the DVB-H technology. In the course of its analysis it is proved that this scenario cannot be assessed as the preferred, because it requires unnecessary costs and does not have the original interactivity support that is an essential requirement of the advanced video services. The basis for the second scenario can be the LTE or WiMAX network. Analysis of their technical characteristics pointed out, that broadcast services are implemented in a similar way, but the LTE network is potentially provides greater network capacity. In the analysis of the third scenario it is shown the architecture of providing services based on the Internet, these services are also known as OTT. In this case, the operator loses a significant portion of the profits, because it only organizes environment for the service providing by a third party. After analyzing the technical disadvantages of this scenario, the possible solutions are offered - the use of CDN networks and torrent technology. The recommendations for the operator are presented in the conclusion. The optimal scenario is the use of the LTE network and further the use of the same video content for the implementation of the operator's own OTT service, supplemented with the CDN networks or torrent technologies for the Video on Demand service.
Keywords: Triple Play, Quadruple Play, DVB-H, WiMAX, LTE, OTT, CDN, Torrent-TV
References
1. Federal Law of the Russian Federation from December 25, 2012 2012 [Federal'nyj zakon Rossijskoj Federacii ot 25 dekabrja 2012 g.], viewed 16 September 2014, http:// www.rg.ru/2012/12/27/telefon-dok.html.
2. Shadrina, T 2014 Each month the number of ported numbers of subscribers is doubled [Kazhdyj mesjac chislo perenesennyh nomerov abonentov udvaivaetsja], viewed 16 September 2014, http://www.rg.ru/2014/05/14/nomer-site-anons.html
3. Pischin, O 2009 Innovative activity of the operator of the cellular mobile communication [Innovacionnaya aktivnost' opera-tora sotovoj podvizhnoj svyazi], Vestnik Astrakhanskogo gosu-darstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Upravlenie, vychislitel'naia tekhnika i informatika, no. 2, pp. 127-133.
4. Mobile TV market: options for receiving television data to phone 2014 [Rynok mobil'nogo televidenija: varianty prijoma televizionnyh dannyh na telefon], viewed 16 September 2014, http://json.tv/ict_telecom_analytics_view/rynok-mobilno-go-televideniya-varianty-priema-televizionnyh-dannyh-na-tele-fon.
5. ITU-R BT.1833-1. Broadcasting of multimedia and data applications for mobile reception by handheld 2011 Geneva, ITU-R, 69 p.
6. Tihvinskij, V, Terentev, S 2008 Mobile digital TV broadcasting: an analysis of technologies and business models [Mobilnoe cifrovoe televizionnoe veshhanie: analiz tehnologij i biznes-mod-elej], Informacionnye telekommunikacionnye seti, no. 7, pp. 16-22.
7. Digital terrestrial television and DVB-T2 standard 2013 [Cifrovoe jefirnoe televidenie i standart DVB-T2], viewed 16 September 2014, http://rtrs.ru/dtv/dvb_t2/.
8. Dmitriev, V, Ivakin, A 2014 Analysis of the technologies to provide multimedia services to mobile terminals [Analiz tex-nologij predostavleniya mul'timedia uslug na mobil'ny'e termi-naly'], Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Upravlenie, vychislitel'naia tekhnika i informatika, no. 1, pp. 105-111.
9. Ivakin, A, Beresnev, I 2013 Comparison of technologies of wireless broadband access for IPTV Science and Education: materials of the III international research and practice conference, Munich, Germany, vol. 1, pp. 115-121.
10. Cox, C 2012 An Introduction to LTE: LTE, LTE-Advanced, SAE and 4G Mobile Communications , John Wiley & Sons Inc., 352 p.
11. Yashenkova, N 2011 OTT - a new stage in the development of television [OTT — novy'j vitok razvitiya televideniya], Mobil'ny'e telekommunikacii, no. 1, pp. 24-28.
12. Tannenbaum, A 2003 Computer network, St. Petesburg, Piter, 992 p.
13. Torrent-TV. How does it work? [Torrent-TV. Kak e'to rabo-taet?], viewed 16 September 2014, http://torrent-tv.ru/h_ how_works.php.
