Puncte de acces la satelit in tehnologie DVB-S Studiu de · PDF file2.2 Punctul de acces la...
22
HOTSAT 2006 Puncte de acces la satelit in tehnologie DVB-S Studiu de caz
Transcript of Puncte de acces la satelit in tehnologie DVB-S Studiu de · PDF file2.2 Punctul de acces la...
HOTSAT 2006
Puncte de acces la satelit in tehnologie DVB-S
Studiu de caz
HOTSAT 2006
1. Introducere
Aceast document descrie modul de realizare a unui punct de acces via satelit la servicii de date
DVB-S (Digital Video Broadcasting by Satellite) si experimentarea unor optiuni de conectare a
utilizatorului la punctul de acces.
In cele ce urmeaza, sunt descrise componentele, arhitectura si principiul de functionare a
sistemului utilizat in experimente cât si rezultate experimentale care ilustreaza performantele
conexiunii prin satelit.
2. Arhitectura si principiul de functionare a sistemului utilizat in experimente
2.1 Platforma satelitara
In vederea transmiterii de date prin satelit a fost utilizata o platforma satelitara IP-DVB
detinuta de EUTELSAT. Aceasta platforma satelitara multimedia are capacitatea de a furniza
servicii de banda larga (Internet, televiziune si multe alte aplicatii) utilizatorilor aflati in
Europa si bazinul Marii Mediterane.
Platforma satelitara are trei componente majore: (1) sateliti geostationari Eutelsat, (2)
platforma IB-DVB aflata in Rambouillet (F) care asigura legatura dintre sistemul de
telecomunicatii satelitare si Internet, si (3) terminalele de receptie a datelor satelitare aflate la
utilizatori.
2.1.1 Satelitul utilizat in experimente
Dintre solutiile disponibile, pentru implementarea serviciilor de date DVB-S vizate de
HOTSAT, au fost alesi transponderii C3 si C12 de pe satelitul EUTELSAT W3 (aflat la 70 Est)
intrucat au semnal puternic in Romania – Fig. 1-2.
HOTSAT 2006
Fig. 1-2. Principalele caracteristici ale satelitului W3 si ale transponderului utilizat in experimente.
2.1.2 Platforma IP-DVB utilizata
EMT (Eutelsat Multicast Toolkit) este o facilitate “la cheie” pentru implementarea de catre
operatori a unor servicii de date in format DVB-S. EMT este o platforma comeciala deci este in
principiu accesibila oricarei companii pe baza de contract si, evident, contra plata.
EMT (vezi Fig.3) permite trei tipuri de aplicatii majore: emisie video in timp real (posturi TV
digitale), emisie video la cerere (ca moment si durata a emisiei) si transmisie de fisiere de date
in format DVB. In special aceasta ultima aplicatie prezinta interes din perspectiva proiectului
HOTSAT intrucat permite implementarea de servicii de tip internet.
Un alt avantaj major, care deriva din faptul ca transmisia datelor se face prin intermediul unor
sateliti geostationari, consta in faptul ca un servici implementat pe aceasta platforma este
accesabil oriunde in aria de acoperire a transponderului (vezi fig. 1-2).
HOTSAT 2006
Fig.3. Multiplele facilitati oferite de platforma EMT. BITNET a inchiriat pentru experimente intervale
din timpul de emisie al platformei si banda satelitara.
EMT furnizeaza interfete si pachete software standard care permit dezvoltatorilor de aplicatii
ale platformei sa isi conecteze prin internet propriul sistem informatic.
Fig. 4. Aplicatiile tipice ale EMT.
HOTSAT 2006
Arhitectura platformei EMT este schitata in Fig.5.
PRINCIPALELE SALE MODULE ALE EMT SUNT:
� Serverul broadband – este compus din:
o Programator
o Serverul push
Programatorul are rolul de a mentine toate informatiile referitoare la evenimentele de
transmitere de fisiere si controleaza locul si momentul transmiterii datelor catre utilizator.
Fiecare utilizator sau grup de utilizatori poate fi adresat individual si cu precizie. Datele sunt
transmise criptat pentru ca cel care le transmite sa poata controla cine are acces la ele.
Serverul push este responsabil cu transmiterea efectiva a continutului (fisierelor), in acord cu
informatia furnizata de serverul programator.
Serviciul multicast IP este utilizat pentru a transmite un singur fisier simultan unei comunitati
de utilizatori.
� Sistemul de management al securitatii si abonatilor (SMS)
Intrucit fiecare utilizator sau grup de utilizatori este adresat individual, fiecare transfer de date
este insotit de generarea automata a unui fisier log care contine toate datele relevante
referitoare la utilizator (timpul de conectare la platforma, volum de date transferat, etc.). Acest
sistem este interfatat cu o baza de date a utilizatorilor, cu inregistrari contabile (de exemplu
intervalul de timp si cantitatea de date pentru care a fost inchiriat serviciul satelitar) iar prin
intermediul unui modul de acces conditionat, abonatului i se activeaza/dezactiveaza accesul la
platforma la un moment dat.
� Pachetul client
Pachetul client este un nivel intermediar pe care rezida aplicatia client a EUTELSAT.
Principalul sau modul, agentul de receptie multicast, este raspunzator pentru receptia canalelor
broadband transmise. Acest agent, utilizând informatiile din fisierul log al utilizatorului, decide
daca fisierul transmis este relevant pentru utilizator si daca acesta are acces la el. Daca e cazul,
fisierul este memorat pe hardul local si apoi re-transmis interfetei EUTELSAT front-end.
� Sistemul de routare DVB dinamica
Acest instrument permite logarea pe platforma a unui utilizator prin intermediul oricarui punct
de acces la Internet (nu este necesara utilizarea unui serviciu internet furnizat de EUTELSAT).
Astfel, de la orice punct de acces internet din lume, un utilizator aflat in aria acoperita de satelit
poate receptiona transmisiile broadband EUTELSAT.
2.1.3 Servicii de transmisie de date suportate de platforma EMT
1. De tip unicast (interactiv): in acest caz fiecare utilizator (destinatar al datelor
transmise) este identificat dupa IP si numarul MAC al cardului DVB al
receptorului. Acest tip de serviciu necesita utilizarea concomitenta a unei linii
terestre de comunicatii pentru upload la platforma satelitara si sistemul
propriuzis de receptie satelitara a datelor.
HOTSAT 2006
2. De tip multicast: in acest caz datele sunt transmise unui grup tinta identificat
dupa numarul MAC al cardului DVB. Nu necesita utilizarea unei conexiuni
terestre.
3. De tip broadcast: transmisie de date de catre utilizatori având orice MAC. Nu
necesita linie terestra.
Fig. 5. Arhitectura platformei EMT.
Dintre facilitatile oferite de EMT, s-a urmarit in special realizarea unor puncte de acces la
transmisii unicast via EMT
Fig. 6 este o reprezentare schematica a principiului de functionare a unui serviciu de date
unicast sau multicast via EMT.
HOTSAT 2006
Fig. 6. Principiul de functionare a unui serviciu de date unicast sau multicast via EMT.
Utilizatorul transmite catre un server al EMT, prin intermediul unei conexiuni terestre, URL-ul
fisierului de interes. Platforma EMT downloadeaza automat fisierul de pe internet, il codifica
in format IP-DVB si-l transmite prin satelit in toata aria acoperita de acesta. In functie de tipul
serviciului de date prin care este transmis fisierul via satelit, acesta poate fi decodificat de un
singur utilizator (unicast) sau de un grup de utilizatori (multicast). De regula transmisia unicast
este utilizata pentru aplicatii interactive (de ex. Navigare pe internet) si in acest caz este
necesara conectarea PC-ului utilizatorului la internet printr-o conexiune terestra (de ex. Dial-
up). In acest caz transmisia de date, de regula trafic mic, se face prin conexiunea terestra iar
receptia datelor se face prin satelit.
Transmisiile multicast sunt de regula destinate aplicatiilor ne-interactive, cum ar fi diseminarea
de fisiere unui grup de utilizatori cu dispersie mare geografica. In acest caz nu este necesara
existenta unei conexiuni internet terestre la utilizator. Operatorul serviciului multicast este
singurul care uploadeaza fisiere pe EMT iar platforma le transmite via satelit utilizatorilor.
2.2 Punctul de acces la satelit in tehnologie DVB-S
2.2.1 Terminalul satelitar pentru implementarea unui punct de acces
Orice terminal satelitar IP-DVB este compus din urmatoarele module principale:
a) O parabola satelitara offset sau prime focus care trebuie sa aiba un diametru suficient de mare pentru a avea semnal rezonabil de la satelit.
Pentru Romania si pentru transponderii utilizati este recomandabil un diametru de 110 cm sau
peste, desi este posibil (functie de locatie) sa fie suficienta o antena mai mica. De asemenea, in
timpul furtunilor semnalul scade.
Mai este nevoie de un LNB (low noise block) standard in banda Ku (el este utilizat de exemplu
la receptia programelor TV via satelit). Parabola trebuie indreptata spre satelitul care
HOTSAT 2006
furnizeaza serviciul de date, in cazul nostru Eutelsat W3 aflat in planul ecuatorului la 7° Est.
Vezi Fig. 13.
Fig.12. Reprezentarea schematica a unui terminal satelitar aflat la utilizator.
Fig.13. Parabola pentru receptia datelor DVB-S.
b) Un card de receptie satelitara DVB-IP
Cardul DVB-IP trebuie instalat in PC, impreuna cu software-ul aferent cardului. Este posibil sa
fie utilizat si un periferic DVB-IP extern (de regula are port USB) pentru conectare la un
notebook. In cazul experimentelor noastre a fost utilizat un receptor DVB marca Skystar 2
produs de Technisat, atât in varianta de card cât si USB.
HOTSAT 2006
Urmatoarele patru ferestre indica setarile relevante utilizate pentru accesarea unor servicii de
date prin platforma EMT.
HOTSAT 2006
Fig. 14. Setari tipice pentru receptia serviciilor de date DVB-S de la satelitul W3. In acest
exemplu, serviciul de date Opensky pe transponder c3.
HOTSAT 2006
De mentionat ca setarile referitoare la PID care pot fi observate in ferestre sunt corecte dar nu
acoperitoare. Diverse servicii de date sunt furnizate pe PID-uri satelitare diferite.
c) Un PC (notebook) multimedia
Nu exista cerinte deosebite dar performantele sale trebuie sa fie rezonabile intrucit decodarea
unor fisiere multimedia in timp real presupune o oarecare putere de procesare si multa
memorie disponibila (RAM si hard). De asemenea unele aplicatii furnizate de platforma EMT
functioneaza fara erori doar sub Windows XP.
d) O conexiune internet pe PC-ul terminalului
Aceasta conexiune este necesara doar in cazul in care sunt utilizate aplicatii interactive, precum
ar fi navigarea pe internet, caz in care trebuie asigurata calea de transmisie a datelor solicitate
de la platforma satelitara (upload). In principiu poate fi utilizata orice conexiune, dar e
recomandabil sa fie de minim 32 kbps altfel unele aplicatii sunt incetinite.
Intrucit in perspectiva este vizata realizarea de hotspoturi satelitare in conditii de teren, in
experimente au fost utilizate pentru upload conexiuni radio terestre: (GPRS) sau chiar un
sistem independent de comunicatii prin satelit (vezi partea III a raportului).
Fig. 15. PC-ul utilizatorului utilizeaza un modem DVB-S pentru receptia si decodarea datelor
de la platforma satelitara. In cazul aplicatiilor interactive, este utilizat un modem GPRS pentru
upload-ul la platforma satelitara.
e) Software pentru receptia datelor multicast sau broadcast
Acest software specializat este dependent de platforma satelitara si este necesar doar pentru
receptia datelor transmise in regin multicast sau broadcast. In cazul platformei EMT a fost
utilizat un pachet software multifunctional, denumit Opensky client, furnizat de Eutelsat.
Modem GPRS
Modem DVB-S
HOTSAT 2006
2.3 Teste privind parametrii conexiunii care deserveste punctul de acces al
retelei wireless
In aceasta sectiune sunt prezentate spre ilustrare citeva dintre testele efectuate. In esenta este
vorba de conexiuni hibride, din categoria celora mentionate anterior, in care uploadul la
platforma satelitara EMT se face printr-o conexiune radio terestra iar downloadul se face
intotdeauna prin satelitul W3. De asemenea, pentru a putea compara cit mai obiectiv diverse
tipuri de conexiuni, masuratorile au fost facute alternativ si utilizindu-se aceleasi situri de
referinta (servere aflate in centre de date in USA).
2.3.1. Conexiune GPRS (terestra) bi-directionala, furnizata de VODAFONE (fara
download prin satelit)
Acest set de experimente a vizat studierea parametrilor conexiunii GPRS terestre pentru a se
putea compara apoi caracteristicile unei conexiuni hibride: upload prin GPRS si download prin
satelit W3.
HOTSAT 2006
HOTSAT 2006
Fig. 16. Testarea unor parametri ai unei conexiuni GPRS terestre. De remarcat pingul mare,
spre 1 s, care este caracteristic unei conexiuni prin satelit geostationar. Rezulta ca reteaua de
date GPRS a Vodafone include un segment spatial. O alta observatie, pentru a intelege cum
functioneaza o retea hibrida de tipul celei prezentate in acest raport, este ca in cazul unei
conexiuni bi-directionale, cazul GPRS, la executarea unor instructiuni de tip “ping” sau
“tracert”, traficul de date este aproximativ simetric (cam tot atitea pachete trimise si
receptionate). In cazul unui “download” predomina numarul de pachete receptionate in raport
cu cele trimise. Aceste caracteristici sunt ilustrate in figura.
Pur teoretic un hotspot se poate implementa prin conectarea punctului de acces wireless direct
la o retea GPRS. Exista insa doua probleme: traficul foarte limitat pe care il poate suporta o
conexiune GPRS si, de asemenea, costurile mari in cazul deservirii unui LAN: zeci de
centi/MB in interiorul tarii si citiva Euro/MB in regim de roaming.
HOTSAT 2006
2.3.2 Conexiune hibrida: upload prin GPRS si download prin satelit W3
HOTSAT 2006
Fig. 17. Parametrii unei conectari hibride la internet a punctului de acces a unei retele wireless.
In fapt, dupa cum se poate observa din figura, sunt utilizate doua conexiuni radio: una terestra
(GPRS) pentru upload si una satelitara pentru download. Se observa “splitarea” traficului pe
cele doua conexiuni, receptie si transmisie.
Pingul este mare, in parte datorita si contributiei conexiunii GPRS, ceea ce este un dezavantaj
in unele aplicatii speciale. Totusi se observa cresterea semnificativa a vitezei de download.
Marele avantaj in raport cu o simpla conexiune GPRS rezida insa in costurile mult mai scazute.
In special, daca traficul este preponderent de download, acesta se face prin conexiunea
satelitara care este de citeva ori mai ieftina decit cea GPRS si in plus costul este independent de
locatie.
In cazul particular al utilizarii hotspotului pentru aplicatii de multicast (exclusiv receptie)
diferenta de costuri si de viteza intre cele doua solutii (terestru si satelit) este net in favoare
solutiei satelitare.
HOTSAT 2006
2.4 Optiuni privind realizarea de hotspoturi in jurul unui terminal satelitar DVB-S
Solutia prezentata anterior permite accesarea unor servicii de date furnizate prin satelit de catre
utilizatori individuali. In fapt, limitarea cea mai mare vine de la necesitatea conectarii
utilizatorului la terminalul satelitar. De aceea, o alta problematica abordata in aceasta etapa a
fost cea referitoare la solutii de accesare a fisierelor furnizate de satelit intr-o arie situata in
jurul terminalului satelitar. In esenta este vorba despre posibilitatea implementarii unor retele
wireless in jurul unui terminal DVB-S, pentru accesarea serviciilor de date de catre mai multi
utilizatori simultan.
Desi exista o multitudine de solutii comerciale pentru implementarea unor retele de date
wireless, compatibilizarea acestora cu tehnologia prin care sunt furnizate datele via satelit in
tehnologie DVB-S ridica diverse probleme, in special derivate din protocoalele de securizare a
datelor care au fost implementate pe platforme satelitare. Din aceasta cauza este mult mai
dificila implementarea unui hotspot satelitar in tehnologie DVB-S pentru utilizatori multipli
decit varianta in care punctul de acces la satelit este realizat intr-o tehnologie DVB-RCS sau
similara – vezi partea III a raportului.
In primul rind trebuie facuta distinctie intre datele receptionate de la satelit in regim unicast
(conexiune interactiva) sau multicast / broadcast (doar receptie), metodele de implementare
fiind distincte.
2.4.1. Retele pentru receptia datelor unicast
Dintre variantele posibile, cea mai interesanta este arhitectura unei retele locale ca cea din Fig.
18.
In aceasta varianta, un singur terminal deserveste un LAN (inclusiv Wi-Fi).
Este varianta cea mai versatila pentru accesarea serviciilor unicast. Fiecare dintre clienti poate
solicita independent receptia unui fisier prin satelit.
Dezavantajul major al acestei retele este ca serviciile satelitare multicast pot fi receptionate
direct doar pe serverul retelei. Daca este vorba de un fisier, acesta poate fi salvat initial pe
server, si accesat ulterior prin LAN.
Fig. 18. Un LAN tipic deservit de un singur terminal DVB-S. Utilizabil pentru accesarea serviciilor
unicast in retea. Reteaua poate fi si wireless, in acest caz conectindu-se un access poit wireless la
serverul retelei.
HOTSAT 2006
2.4.2. Retele pentru receptia datelor multicast
Problema majora in cazul receptiei “in retea” a datelor multicast este aceea ca pachetele de date
sunt destinate unui anume MAC de placa DVB. Aceasta se traduce prin faptul ca fiecare PC
client, indiferent de topologia retelei, ar trebui sa posede un card DVB, caz in care este nevoie
si sa receptioneze semnal de la satelit.
Varianta cea mai simpla de asemenea retea arata ca in Fig. 19, dar in mod evident nu este prea
rentabil de implementat. Ea a fost utilizata de BITNET pentru testarea unor servicii.
Fig. 19. Varianta de LAN pentru receptia datelor multicast de la platforma EMT. O parabola cu LNB
multiplu deserveste mai multe PC-uri, fiecare dotat cu card DVB.
Acest tip de retea permite receptia independenta a datelor multicast si broadcast. Calculatorele
pot fi conectate in retea pentru eventuale alte aplicatii dar nu este necesar, asa cum nu este
necesara nici existenta unei legaturi internet. In fapt este o retea conectata prin satelit la
platforma EMT, prin intermediul unei singure parabole, dar in care fiecare client poate doar
“receptioneaza” date de la platforma.
Pentru realizarea unui hotspot care sa permita accesarea serviciilor satelitare multicast si
broadcast, variantele aflate actualmente in studiu sunt:
• includerea unui router satelitar capabil sa re-transmita intr-o retea wireless inclusiv
pachetele multicast / broadcast, caz in care nu ar fi nesara utilizarea a cite unui card
DVB la fiecare PC sau
• re-transmiterea insasi a semnalului receptionat de la LNB-ul parabolei prin radio (de
exemplu in tehnologie MMDS) – vezi Fig. 20 – caz in care devine posibila
implementarea aplicatiilor wireless pentru receptia datelor multicast intr-o anumita
arie.
HOTSAT 2006
Fig. 20. Retransmiterea datelor satelitare multicast / broadcast in tehnologie MMDS (Multichannel
Multipoint Distribution Service) permite receptia acestora printr-o conexiune radio in banda (2.5-2.7
GHz), fara a fi necesara instalarea unei parabole.
Variantele de construire a unei retele wireless pentru accesarea serviciilor multicast sunt inca in
stadiu de studiu.
In toate cazurile in care serviciile de date pot fi receptionate prin intermediul unei conexiuni
wireless stabilita intre terminalul satelitar si client, devine posibila implementarea aplicatiilor
mobile si a unor servicii de tip Hotspot pentru utilizatori multipli.
3. Studiu de caz privind realizarea unui hotspot DVB-S, bazat pe platforma EMT
(Eutelsat Multicast Toolkit)
Aceastã variantã de hotspot satelitar, aflatã înca în fazã de studiere şi testare a soluţiilor, este
destinatã sã asigure conectarea utilizatorilor prin intermediul unui card wi-fi la urmatoarele
servicii prin satelit:
⇒⇒⇒⇒ Servicii de date de tip broadcast (de exemplu download de fişiere multimedia) ;
⇒⇒⇒⇒ Acces la unele posturi TV transmise în format DVB.
O reţea tipicã de transmisii de date şi canale TV sau video în format DVB-S rste reprezentatã
în Fig. 10. In esenţã, fişierele de date şi canalele TV sunt transmise prin satelit şi recepţionate
de orice terminal satelitar aflat în raza de acoperire a satelitului. In cazul platformei EMT,
întreaga Europã. Prin intermediul unei conexiuni terestre (cum ar fi o linie telefonicã), pot fi
implementate şi aplicaţii interactive. De exemplu, sã fie transmise fişiere solicitate de
utilizator.
Ideea de bazã a aplicaţiei aflatã în dezvoltare este ca în jurul unui astfel de terminal satelitar sã
fie asiguratã retransmisia automatã a canalelor satelitare într-o reţea wi-fi. Deci, pe raza de
acţiune a hotspotului, recepţia canalelor satelitare sã fie efectuate fãrã a fi nevoie de un
terminal satelitar.
HOTSAT 2006
Fig. 21. Arhitectura unei reţele tipice de transmisie de date şi canale TV în format DVB-S.
Schema de principiu a soluţiei studiate este prezentatã în Fig. 22.
Fig. 22. Scenariu de retransmitere într-o reţea wi-fi a canalelor de broadcast satelitar în format
DVB. Semnalele recepţionate de la satelit sunt decodificate şi retransmise de routerul satelitar
unui punct de acces wi-fi. Este posibilã şi utilizarea unei conexiuni terestre pentru comunicarea
HOTSAT 2006
cu platforma satelitarã (fie pentru teste şi setãri, fie eventual pentru implementarea unor
aplicaţii interactive).
Fig. 23 Experiment de recepţie şi retransmitere într-o reţea localã a unui canal de broadcast
satelitar în format DVB.
Prima variantã de asemenea hotspot este bazatã pe utilizarea unui router satelitar produs de
firma Broadsat pentru distribuţia internetului prin satelit într-o reţea localã de calculatoare şi
care a fost completat cu module necesare aplicaţiilor vizate de Hotsat.
Caracteristicile RF şi de demodulare ale routerului satelitar utilizat:
Controlul benzii: C şi Ku;
Controlul LNB: (polarizare orizontala şi vericalã);
DiSEQ: 1.0;
Controlul frecvenţei satelitare locale: 950 MHz – 2.150 MHz;
Ajustarea fina a frecvenţei: 0 MHz – 1,0 MHz;
Demodulare: QPSK sau BPSK;
Symbol Rate (2 MSPS – 45 MSPS)
Viterbi rate (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8, Auto)
Funcţionalitate:
Poate susţine 30 de utilizatori simultani;
Banda localã: 100 Mbps;
Proxy-cache: http, https, ftp;
HOTSAT 2006
Proxy transparent, socks5 (eliminã necesitatea de a seta proxy-ul http din navigatorul aflat pe
fiecare calculator client din reţea);
Firewall;
Routare trafic: unicast şi multicast;
VPV
Server DHCP (seteazã automat parametrii de reţea ai clientului);
IP masquerading (posibilitatea de a acţiona ca şi un gateway pentru reţeaua localã);
Controlul traficului.
