IPTV a través de DOCSIS

8/3/2019 IPTV a travs de DOCSIS

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IPTV a travs de DOCSIS

Especificacin de Interfaz para Servicios de Datos sobre Cable (DOCSIS) y su especificacin

hermana europea, EuroDOCSIS, fueron diseadas originalmente para transportar el trfico de

Internet de alta velocidad a travs WAN. Las especificaciones han evolucionado a lo largo de los

aos y la ltima versin de DOCSIS proporciona suficiente capacidad para soportar la prestacin

de servicios IPTV a travs de redes HFC.

Comprendiendo DOCSIS

Las redes de televisin por cable de dos vas desplegadas en los Estados Unidos que soporten los

servicios de banda ancha de alta velocidad probablemente utilizan una especificacin llamada

DOCSIS. CableLabs, un consorcio de investigacin y desarrollo de los operadores de sistemas de

televisin por cable, desarrolla esta tecnologa. La especificacin define los protocolos y formatos

de modulacin utilizados para la prestacin de servicios banda ancha de IP en una red de

televisin por cable.

La primera revisin de la tecnologa, conocida como DOCSIS 1.0, fue aprobada como un estndar

por la UIT en 1998 y ha habido una familia de especificaciones DOCSIS emitida en los ltimos 8

aos.

Las versiones de DOCSIS hasta DOCSIS 2.0 soportan una velocidad de unos 40 Mbps en la

descarga. Esta capacidad de ancho de banda se utiliza normalmente para servir a un nmero de

suscriptores alta velocidad a Internet. Si este ancho de banda iba a ser utilizado para la entrega de

canales IPTV de televisin multicast, se podran transmitir desde 10 hasta posiblemente 15 flujos

de canales IPTV simultneamente en cualquier canal descendente individual. Este clculo se basa

en la transmisin de definicin estndar 10-15 canales de IPTV que cada uno ocupa entre 2,5 y 4

Mbps de ancho de banda. Una vez que los canales estn configurados, los operadores de cableutilizan una tcnica de red llamada multicasting para asignar varios usuarios a cada secuencia de

IPTV.

La ltima versin de la especificacin, DOCSIS 3.0, mejora la capacidad del operador de televisin

por cable para ofrecer servicios de IPTV y VoD IP multicast a sus clientes. DOCSIS 3.0 es una

tecnologa de prxima generacin de banda ancha que permite a los operadores de cable enlazar

mltiples canales entre s para formar tubos de alta velocidad IP capaz de operar a cientos de

megabits por segundo. En Amrica del Norte canales de 6 MHz estn unidos entre s, mientras que

en Europa los canales unidos entre s poseen una capacidad de 8 MHz. Teniendo en cuenta que la

funcin de unin se aplica a los canales de entrada y de salida. Otras caractersticas de DOCSIS 3.0

incluyen su soporte incorporado para la gestin de direcciones de prxima generacin IPv6.

Soporte avanzado para seguridad de red mejorada, multidifusin IP y los mecanismos asociados a

calidad de servicio son las caractersticas principales de DOCSIS 3.0.

Dentro de la especificacin Tcnica DOCSIS 3.0


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Una visin grfica muy simplificada de un sistema de extremo a extremo de DOCSIS 3.0 se muestra

en la fig. 2.6.

Como se ilustra el cable mdem se comunica a travs de una red HFC de dos vas a un dispositivo

situado en la cabecera llamado Sistema de Terminacin Cable Modem (CMTS).DOCSIS define dos

variantes de CMTSs; un CMTS integrado y uno modular. Un CMTS integrado consiste en una sola

unidad con interfaz de radiofrecuencia y la interfaz de red de entrada. Un CMTS modular (M-

CMTS) implementa las interfaces RF de subida y la interfaz de red, sin embargo, el trfico de

bajada se procesa por separado a travs de moduladores de cable.

En la figura 2.6 tambin incluye una conexin desde el CMTS a la red de sistema de gestin (NMS)y sistemas de aprovisionamiento. El sistema de suministro se compone de una serie de servidores

que proporcionan diferentes tipos de funcionalidad, incluyendo Dynamic Host Configuration

Protocol (DHCP) la asignacin de direcciones IP, parmetros de configuracin del mdem por

cable, y la prestacin de servicios el tiempo. El NMS proporciona servicios de supervisin y gestin

de la arquitectura de red de extremo a extremo. Se proporciona tambin una conexin a Internet

para facilitar el acceso del suscriptor a servicios de acceso a Internet de alta velocidad. La

tecnologa DOCSIS 3.0 en s es un estndar importante, que se divide en cuatro especificaciones.

FIGURA 2.6 vista de alto nivel de la infraestructura de redes DOCSIS 3.0

1. CM-SP-PHYv3.0. Esta especificacin se refiere a los aspectos de la capa fsica de latecnologa.


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2. CM-SP-MULPIv3.0. Esta especificacin incluye los detalles de implementacin para elcontrol de acceso a medios (MAC) y los protocolos de la capa superior utilizada en un

sistema de extremo a extremo de DOCSIS 3.0.

3. CM-SP-OSSIv3.0. Esta especificacin define los requisitos para configurar y administrar lasnuevas funciones de DOCSIS 3.0.

4. CM-SP-SECv3.0. Esta especificacin final proporciona los detalles necesarios paragarantizar DOCSIS 3.0 de extremo a extremo los sistemas.

EuroDOCSIS

La industria del cable Europea ha desarrollado sus propios estndares de alta velocidad de

transferencia de datos a travs de una red de televisin por cable. En la mayora de los detalles

tcnicos siguen muy de cerca al sistema DOCSIS. La principal diferencia entre las dos normas es la

diferencia de ancho de canal. Los set-top boxes europeos usan 8 MHz, mientras que los

sintonizadores de set-top boxes desplegados en los hogares estadounidenses estn optimizadospara acceder a los canales que utilizan 6 MHz del espectro radioelctrico. El ancho de canal ms

amplio permite a los operadores de cable desplegar servicios de banda ancha con un ancho de

aproximadamente un 33% ms de lo que normalmente se configura en un sistema que cumpla con

DOCSIS.

IPTV a travs de una red satelital

IP tambin est emergiendo como un mtodo preferencial de distribucin de contenido de vdeo a

travs de enlaces va satlite. Los enlaces por satlite pueden proporcionar mayor ancho de banda

que las redes de transporte terrestre y estn empezando a utilizarse para servicios IP basados en

triple-play que forman parte del contenido de vdeo digital, VoIP y acceso a Internet de alta

velocidad.

Muchos de los proveedores de la red por satlite han comenzado a utilizar sus plataformas para

entregar el contenido de vdeo IP a las cabeceras de las compaas de cable, telecomunicaciones y

centros de datos de IPTV. La infraestructura de red utilizada para apoyar este mecanismo de

distribucin de IPTV se muestra en la fig. 2.8.


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Figura 2.8 Ciclo de extremo a extremo de sistema de distribucin centralizado de IPTV por satlite.

Como se muestra, el contenido original es recibido, agregado, codificado en MPEG-2, MPEG-4 o

Windows Media y encriptado en el centro de operaciones del satlite. Una vez procesadas en el

centro de operaciones, el contenido enviado a un satlite y retransmitida de nuevo a los

diferentes centros de vdeo. Estos centros de video son generalmente operados por empresas de

telecomunicaciones y usan su propia infraestructura de red para ofrecer servicios de IPTV a

clientes residenciales.

Con respecto a la prestacin de servicios de IPTV directamente a los consumidores una serie de

opciones estn disponibles actualmente.

Implementar set-top boxes IP hbridas satelitales. Esto permite a los consumidores acceder a losservicios tradicionales de satlites a travs de enlaces satelitales y a servicios de IPTV a travs de

una conexin de banda ancha estndar.

Utilizar set-top boxes IP estndar. Este modelo consiste en la entrega de canales de programacin

usando tcnicas estndar de transmisin por satlite a grandes conjuntos de viviendas,

convirtiendo los canales a IP y transmitindolos a los set-top boxes IP.


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Ofrecer a los suscriptores Set-top boxes que incluyan un disco duro. Los requisitos de ancho de

banda de gran capacidad para entregar contenidos bajo demanda hace que aplicaciones basadas

en IP-VoD sean poco prcticas para la mayora de los sistemas de satlite. Sin embargo, algunos

proveedores de servicios de satlite han comenzado a sortear las limitaciones de los sistemas

basados en satlites mediante el despliegue de decodificadores que incorporan un disco duro. Una

vez instalado en la casa de los suscriptores, el contenido de IP-VoD se descarga automticamente

en el disco duro. Esto permite a los usuarios finales IPTV para ver el contenido a su propia

conveniencia.

Uso de mdems banda ancha por satlite. Mdems de banda ancha tambin se pueden utilizar

para ofrecer servicios de IPTV por satlite. Estos mdems en general, deben cumplir con una de las

tres normas internacionales:

1. IP por satlite (OPI). Esta norma ha sido ratificado por EE.UU. basada en laTelecomunications Industry Association (TIA) y ETSI. Utiliza una tecnologa denominada

DVB-S2 y soporta caudales de datos de hasta 120 Mbps.

2.

El canal de retorno DVB va satlite (DVB-RCS). DVB-RCS fue desarrollado por la DVBEuropea. Define un tipo de cambio forward-link de transmisin de datos de 40 Mbps y una

capacidad de canal de retorno de aproximadamente 2 Mbps. DVB-RCS es oficialmente

definido en ETSI EN 301 790.

3. DOCSIS a travs de satlite. Este mecanismo de transmisin de contenidos IPTV a travs deun enlace por satlite se basa en una versin adaptada de la norma DOCSIS. La principal

diferencia entre el cable DOCSIS y DOCSIS satlite es el uso de la fase de QPSK en lugar de

la modulacin QAM, que ha sido diseado para las redes HFC. Las primeras versiones del

protocolo proporcionan soporte para velocidades de 1,5 Mbps, mientras que las versiones

ms nuevas pueden alcanzar velocidades de datos mayores. Estas nuevas velocidades

significan que los operadores de satlite pueden empezar a aprovechar las tecnologas

basadas en IP para entregar el contenido de vdeo a travs de sus redes.

IPTV A TRAVS DE INTERNET

Mejorar la velocidad de banda ancha a los avances en las tecnologas de compresin y mayores

opciones de visualizacin son algunas de las razones por las que los consumidores han comenzado

a optar cada vez ms por Internet para el entretenimiento en vdeo en el ltimo par de aos. IPTVa travs de Internet est disponible en varios formatos.

Streaming de canales de TV por Internet

La entrega de canales de televisin a travs de Internet es una popular aplicacin de IPTV y

consiste en la transmisin de contenido de vdeo desde un servidor a un dispositivo de cliente, que


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es capaz de procesar y mostrar el contenido de vdeo. El tipo de dispositivo que se utiliza para ver

canales de TV por Internet suele ser un PC o un PC Media Center. Sin embargo, tambin se puede

acceder al streaming de canales de TV por Internet a travs de un telfono mvil o un IP set-top

box. El contenido disponible a travs de Internet por los canales de TV streaming es entregado en

tiempo real, y la experiencia visual imita el enfoque tradicional de ver la televisin, es decir, un

canal se elije y la visualizacin se inicia inmediatamente. El proceso tcnico de transmisin de un

canal de TV por Internet por lo general se inicia en el servidor de streaming, donde se rompe el

contenido de vdeo en paquetes IP mltiples, se comprime y luego se transmite o se transmiten a

travs de Internet al PC cliente. El PC incluye el software, normalmente un navegador, que

descomprime el contenido del vdeo y genera un canal de video en vivo. El perodo de tiempo

entre la seleccin de un canal de televisin y el comienzo de la visin por lo general es muy corto y

depende de la velocidad de conexin que est disponible entre el cliente y el servidor. Una visin

muy simplificada de la grfica de una arquitectura de red utilizada para prestar un solo canal de

streaming de televisin a travs de Internet se presenta en la (Fig. 2.12).

En todas las implementaciones de canales de TV por Internet un servidor de streaming es

necesario. Adems de reproducir contenido de vdeo a cabo a solicitud de un suscriptor de

televisin por IP, un servidor estndar de streaming tambin prestar apoyo a las siguientes

funciones:

Almacenamiento y recuperacin de contenido de la fuente de vdeo. Control de la velocidad a la que los paquetes de vdeo IP se entregan en el dispositivo de

visualizacin del cliente.

Ejecucin de comandos hacia delante y atrs a lo solicitado por el espectador de TV porInternet.

Un nico servidor de streaming funciona bien para la entrega de un pequeo nmero de canales

de TV por Internet a un nmero limitado de usuarios. Para apoyar la entrega de mltiples canalesa miles y quiz cientos de miles de suscriptores de IPTV, es necesario implementar una serie de

servidores de streaming en diferentes partes de la red.

Desde la perspectiva de la seguridad de la transmisin de contenido de vdeo es muy seguro, ya

que el material no se almacena en el dispositivo de acceso del cliente. Por lo tanto, la copia no

autorizada de contenidos est prohibida. Otras ventajas de este sabor de IPTV incluyen su

capacidad para operar con eficacia a travs de conexiones de bajo ancho de banda y los

espectadores tienen la posibilidad de empezar a ver el contenido en cualquier momento del

streaming de IPTV.


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Figura 2.12 Infraestructura de la red de los canales TV por internet.

Lo que separa a la entrega de televisin por Internet con los otros mecanismos de ejecucin es el

hecho de que los sitios de portal de Internet no poseen ni controlan la infraestructura base

utilizada para transmitir servicios de video IP a los usuarios de Internet. La infraestructura de red

es generalmente de propiedad de cualquiera de los proveedores de televisin por cable o las

empresas de telecomunicaciones.

Descargas de Internet

Como el nombre sugiere que este formato de IPTV permite a los consumidores descargar y ver

contenidos bajo demanda. La mayora de los servicios de descarga de Internet estn basados en

una suscripcin o pago por descarga, y pueden incluir una mezcla de noticias locales y el clima,

cine, pelculas y msica locales, una gua de entretenimiento y anuncios clasificados. Algunos de

los principales sitios en lnea del portal de Internet basado recientemente han comenzado a

ofrecer sus propias bibliotecas de contenido descargable de programacin de TV IP para los

usuarios de Internet. En la mayora de los casos PCs estndares o Media Center se utilizan para ver

las descargas de Internet, sin embargo, algunas empresas han comenzado a ofrecer set-top boxes

IP banda ancha habilitados para los consumidores que no quieren ver videos en sus PC.

Peer-to-Peer (P2P) Video Sharing

Una aplicacin de video peer-to-peer para compartir archivos permite a los usuarios ver,

compartir y crear contenido de video en lnea. Mediante una aplicacin de video peer-to-peer

para compartir archivos es muy sencillo y por lo general implica la descarga e instalacin desoftware especializado. Una vez que el software est operativo en el PC, el usuario simplemente

hace clic en un enlace para descargar un archivo de vdeo en particular. Una vez que el proceso de

descarga se inicia, el intercambio P2P de vdeo de software de aplicacin establece conexiones y

comienza a recuperar el contenido del vdeo solicitado a una variedad de fuentes diferentes. Una

vez que el archivo de vdeo se descarga en el disco duro local, puede comenzar a ver.


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TECNOLOGAS BACKBONE DE IPTV

El backbone o ncleo de una infraestructura de redes IPTV es requerido para transportar grandes

volmenes de contenido de vdeo a alta velocidad entre el centro de IPTV de datos y la red de

banda ancha de distribucin de ltima milla. Hay varios tipos de estndares de transmisin troncal

que proporcionan mltitrayecto y la capacidad de proteccin de vnculos que son necesarios para

asegurar las capacidades de alta fiabilidad. Cada nivel tiene una serie de caractersticas como la

velocidad de transferencia de datos y escalabilidad. Tres de las principales tecnologas de

transmisin troncal utilizadas en las infraestructuras de redes IPTV son ATM sobre SONET / SDH, IP

sobre MPLS y Metro Ethernet. Como se ilustra en la figura. 2.13 estas tecnologas de redes

centrales proporcionan conectividad entre el centro de datos centralizado IPTV y varios tipos de

redes de acceso.

Figura 2.13 Redes de infraestructura ncleo de IPTV.

ATM y SONET / SDH

Como se ha descrito, ATM puede soportar aplicaciones exigentes, tales como IPTV que requieren

gran ancho de banda y la demora en la transmisin. ATM operar a travs de medios de red

diferentes, incluyendo cables de par trenzado y coaxial, sin embargo, corre a su velocidad ptima a

travs de cable de fibra ptica. Una capa fsica llamada Synchronous Optical Network (SONET) esutilizada habitualmente por un nmero de operadores de telecomunicaciones para transportar

clulas ATM a travs de la red troncal. SONET es un protocolo que permite la transmisin de alta

velocidad con fibra ptica de los medios de comunicacin. El trmino jerarqua digital sncrona

(SDH) se refiere a la tecnologa ptica fuera de los Estados Unidos. La tasa de seal de SONET se

mide por normas de portador ptico (OC). La tabla 2.7 muestra las velocidades de transmisin

disponibles (llamados niveles de OC). SONET utiliza la multiplexacin por divisin de tiempo (TDM)

para enviar mltiples flujos de datos simultneamente. Con TDM, la red SONET asigna ancho de


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banda a una cierta porcin de tiempo en una frecuencia especfica. Los intervalos de tiempo

previamente asignados se activan independientemente de si se dispone de datos para transmitir.

En el contexto de un entorno de red IPTV el equipo SONET recibe una serie de flujos de bits y las

combina en una sola corriente, que luego se enva a la red de fibra con un dispositivo emisor de

luz. Las tasas de las tarifas de entrada combinada ser igual a la tasa emite desde el dispositivo

SONET. Por ejemplo, cuatro flujos de entrada y llevar el trfico IPTV a 1 Gbps ser combinada con

el dispositivo SONET y una corriente de 4 Gbps se enva a la red de fibra.

Tabla 2.7 Tasas de transmisin de los niveles OC

Nivel OC Tasa de transmisin de seal

OC-1 (tasa base) 51.84 MbpsOC-3 155.52 MbpsOC-12 622.08 MbpsOC-24 1,244 GbpsOC-48 2,488 GbpsOC-192 10 Gbps

OC-256 13,271 GbpsOC-768 40 Gbps

IP y MPLS

Un nmero de grandes compaas de telecomunicaciones ha comenzado a implementar el

Protocolo de Internet en sus redes bsicas. A pesar de que IP no se dise originalmente con las

caractersticas tales como calidad de servicio y las capacidades de la segregacin del trfico del

protocolo funciona bastante bien en estos entornos cuando se combina con una tecnologa

denominada Multiprotocol Label Switching (MPLS). Una red MPLS habilitada apoya la prestacin

eficiente de los diferentes tipos de vdeo trfico a travs de una plataforma de red comn. Unaplataforma MPLS est diseada y construida utilizando avanzadas Label Switch Routers (LSRs).

Estos LSRs son responsables de establecer las rutas orientadas a la conexin a destinos especficos

en la red IPTV. Estos caminos virtuales se denominan Label Switched Paths (LSP) y se configuran

con los recursos suficientes para garantizar una transicin sin problemas de trfico de IPTV a

travs de una red MPLS. El uso de LSP simplifica y acelera el enrutamiento de paquetes a travs de

la red porque inspeccin profunda de paquetes slo se produce en el ingreso a la red y no se

requiere en cada salto router. La otra funcin principal de LSRs es identificar los tipos de trfico de

red. Esto se logra mediante la adicin de una cabecera MPLS en el comienzo de cada paquete

IPTV. Como se ilustra en la figura. 2.14 en el encabezado se agrega en el LSR de ingreso y es

removido por el LSR de salida, ya que deja el ncleo de la red MPLS. Mientras que el trfico viaja a

travs de la red MPLS, enrutadores habilitados para una serie de tablas local llamado Bases deInformacin de la etiqueta (LIB) son consultados para determinar los detalles sobre el prximo

salto en la ruta. Adems de examinar el cuadro, una nueva etiqueta se aplica a los paquetes y es

enviada hacia el puerto del router de salida correspondiente. Otros beneficios adicionales de las

redes MPLS incluyen su soporte a los altos niveles de resistencia cuando se produce un error.


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Figura 2.14 Topologa ncleo de la red MPLS

Metro Ethernet

Otra tecnologa, que puede ser desplegada en la red principal, es Metro Ethernet. Una alianza de

proveedores de servicios lderes, proveedores de equipos, y otras empresas de redes prominente

llamada el Metro Ethernet Forum (MEF) es responsable de establecer las especificaciones para la

integracin de las tecnologas de Ethernet en la red troncal de alta capacidad y las redes centrales.

Adems de establecer las especificaciones de desarrollo el MEF tambin certifica a los equiposEthernet para uso en las infraestructuras de proveedores de servicios de red bsicos. Entre las

principales caractersticas tcnicas y operativas de las redes centrales de Metro Ethernet se

encuentran:

Cumple con los diversos requisitos que son tpicos de una tecnologa de red principal, esdecir, la resistencia, alto rendimiento y escalabilidad.

Algunos de los componentes modernos de Metro Ethernet de red puede operar avelocidades de hasta 100 Gbps a travs de largas distancias geogrficas. Esto proporciona

a los proveedores de servicios una plataforma ideal para la entrega eficiente de nuevos

servicios de valor aadido tales como IPTV dispersos geogrficamente las oficinas

regionales.

Se implementa un mecanismo de recuperacin sofisticado en el caso de un fallo deconexin de red por lo tanto, asegura que los servicios tales como IPTV no se vean

afectados por cadas elctricas.

Las tecnologas Metro Ethernet apoyan el uso de orientado a conexin de circuitosvirtuales que permiten a los proveedores de servicios de IPTV para garantizar el suministro


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de contenido de vdeo de alta calidad en el ncleo de la red. Estos enlaces dedicados se les

llama Conexiones virtuales Ethernet (EVCs). La Figura 2.15 muestra cmo cuatro EVCs seutilizan para proporcionar conectividad entre el centro de la IPTV de datos y una serie de

oficinas regionales.

Adems de las caractersticas anteriores, el bajo retardo y las caractersticas de prdida de

paquetes de Metro Ethernet hacen que sea una tecnologa de ncleo de red ideal para la

realizacin de los servicios de IPTV.

FIGURA 2.15 Uso de EVCs para ofrecer interconectividad IPTV a travs del ncleo de la red

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