Microsoft Word - Zaletelj Mitja.doc

Transkripcija

1 ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE LJUBLJANA VIŠJA STROKOVNA ŠOLA DIPLOMSKA NALOGA MITJA ZALETELJ Ljubljana, junij 2008

2 ŠOLSKI CENTER ZA POŠTO, EKONOMIJO IN TELEKOMUNIKACIJE LJUBLJANA VIŠJA STROKOVNA ŠOLA Študijski program: telekomunikacije DIPLOMSKA NALOGA ARHITEKTURA OMREŽJA ZA PODPORO STORITVI VOD Diplomant: Mitja Zaletelj Mentor: Alojz Vindiš, univ. dipl. ing. el. Lektor: Marjeta Sladič, učiteljica razrednega pouka Vpisna številka: Ljubljana, junij 2008

3 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, ZAHVALA Zahvala je namenjena g. Alojzu Vindišu, ki me je vodil pri izdelavi diplomske naloge. Svetoval mi je pri vsebinskih in oblikovnih vprašanjih. Zahvaljujem se mu za njegov prosti čas, vloženo energijo in koristne nasvete, ki so me vodili ob ustvarjanju naloge in so pripomogli h končnemu izdelku.

4 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, IZVLEČEK Diplomska naloga opisuje storitev videa na zahtevo (VOD). V uvodu sem najprej predstavil osnovne pojme in bralcu približal pomen VOD-a. Nato sem zajel osnovne gradnike v omrežju, ki omogočajo pretok video vsebin. Opisal sem protokole, ki omogočajo čim bolj optimalen prenos podatkov, in dodatne funkcije, ki nam jih ponujajo ti protokoli. V osrednjem delu sem predstavil elemente, ki so potrebni za predvajanje vsebin VOD pri uporabniku. Glavno pozornost sem namenil optimizaciji omrežja. VOD je za prenosno omrežje zelo zahtevna storitev. Za to obstaja kar nekaj rešitev, kako optimizirati pretoke. Opravil sem tudi nekaj meritev pretoka vsebin VOD. Na koncu sem predstavil še načine zaračunavanja in zaščite video vsebin. Ključne besede Video na zahtevo, H323, medijski strežnik, linijski strežnik, enotočkovno, večtočkovno, protokoli, pretočni medij, pasovna širina, MPEG2, MPEG4, P2P ABSTRACT This degree work describes video on demand (VOD) service. The first thing I have represented to you in the introduction, are the basics of Video on Demand service and its meaning. Further on, I presented the basic components in the network, which allow the free movement of video contents. I described the protocols, which perform the function of optimal data transmission and other additional functions. In the main part of my degree work, I have represented the elements necessary for user s reproducing of VOD contents. I put the main emphasis on the optimization of the network. According to the transfer network, VOD is a very complicated system. There are some solutions how to optimize the streaming. I made a couple of measures of VOD contents streaming. The final part of my degree work includes some methods of charging and protecting the Video contents. Keywords Video on Demand, H323, media server, line server, unicast, multicast, protocols, streaming media, bandwidth, MPEG2, MPEG4, peer to peer

5 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, KAZALO VSEBINE SEZNAM KRATIC OPIS STORITVE VOD VRSTE VIDEA NA ZAHTEVO NEAR VOD PUSH VOD TRUE VOD STANDARD H ELEMENTI, POTREBNI ZA PRENOS STORITEV VOD MEDIJSKI STREŽNIK (web strežnik) PROTOKOLI ZA PRENOS VIDEA TRANSPORTNI IN APLIKACIJSKI SLOJ PRETOČNI MEDIJI PRENOS PODATKOV PASOVNA ŠIRINA (bandwidth) STANDARDI IN FORMATI ZA ZGOŠČEVANJE VIDEA OSNOVE TELEVIZIJSKIH SIGNALOV IN STANDARDOV KODIRANJE MPEG KODIRANJE MPEG PREDVAJALNIKI FIZIČNI VMESNIKI PROGRAMSKI VMESNIKI OMREŽJE IN OMREŽNE POVEZOVALNE STORITVE TOPOLOGIJE OMREŽIJ PREGLED PRIMERNIH TOPOLOGIJ ZA STORITEV VOD OBROČASTA TOPOLOGIJA DECENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA CENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA + OBROČ OMREŽJE P2P OMREŽJE PEER TO PEER ZA PRENOS VOD OPTIMIZACIJA OMREŽJA SLABOSTI OMREŽJA P2P MERITVE PRETOKA... 34

6 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, ZARAČUNAVANJE ZAŠČITA VSEBIN ZAKLJUČEK VIRI IN LITERATURA KAZALO SLIK Slika 1: ZGRADBA VOD... 9 Slika 2: RAZLIKA MED UNICAST IN MULTICAST ODDAJANJEM. 10 Slika 3: STRUKTURA STREŽNIKA NA PONUDNIKOVI STRANI. 13 Slika 4: POSTAVITEV STREŽNIKOV DO UPORABNIKA Slika 5: STREŽNIKI V CENTRALNI POSTAJI PONUDNIKA.. 15 Slika 6: PRIKAZ UPORABE PROTOKOLOV PRI PRETOKU VIDEO VSEBIN. 20 Slika 7: FIZIČNI VMESNIK NA STRANI UPORABNIKA Slika 8: REAL TIME, WINDOWS MEDIA PLAYER, QUICK TIME PROGRAMSKI VMESNIKI.. 25 Slika 9: VLC PLAYER OMOGOČA OGLEDE MNOGIH VSEBIN VOD.. 25 Slika 10:PROGRAM ADITEYA ZA OGLEDOVANJE TV VSEBIN PO INTERNETU.25 Slika 11: EDEN NAJBOLJ RAZŠIRJENIH PROGRAMOV ZA OGLED PRETOČNIH VSEBIN Slika 12: CENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA + OBROČ 29 Slika 13: SLIKI PONAZARJATA ODNOSE MED RAČUNALNIKI (VSAK RAČUNALNIK JE OBENEM TUDI STREŽNIK) 30 Slika 14: VSEBINA VOD PREK PROGRAMSKEGA VMESNIKA Slika 15: MERITEV PRETOKA RADIO Slika 16: MERITEV PRETOKA POP TV (VISOKA KAKOVOST) Slika 17: MERITEV PRETOKA RTVSLO (NIZKA KAKOVOST). 36 Slika 18: MERITEV PRETOKOV SIOL TV. 36 Slika 19: MERITEV PRETOKA JOOST Slika 20: PRIKAZ PRETOKA NA JOOSTU. 37

7 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 1: Arhitektura serije protokolov TCP/IP..17 Preglednica 2: Preglednica pasovnih širin za nekatere storitve...21

8 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, SEZNAM KRATIC VOD VCR LAN/WAN DVD IP TCP UDP RTP/RTPS RSVP PNA IP-TV CAT- TV FPS MBR VIDEO ON DEMAND VIDEO NA ZAHTEVO VIDEO CASSETTE RECORDING VIDEO REKORDER LOCAL AREA NETWORK/ WIDE AREA NETWORK LOKALNO OMREŽJE/ PROSTRANO OMREŽJE DIGITAL VIDEO DISK DIGITALNA VIDEO ZGOŠČENKA INTERNET PROTOCOL INTERNETNI PROTOKOL TRANSMISION CONTROL PROTOCOL PROTOKOL KONTROLE PRENOSA USER DATAGRAM PROTOCOL PROTOKOL PRENOSA REAL TIME (STREAMING) PROTOCOL PROTOKOL ZA POŠILJANJE PODATKOV V REALNEM ČASU RESERVATION PROTOCOL PROTOKOL ZA REZERVACIJO PROGRESSIVE NETWORKS AUDIO NAPREDEN OMREŽNI AVDIO (ZVOK) INTERNET TELEVISION INTERNETNA TELEVIZIJA CABLE TELEVISION KABELSKA TELEVIZIJA FRAMES PER SECOND ŠTEVILO SLIK NA SEKUNDO MULTI BIT RATE ENCODING KODIRANJE V DOLOČENAM PASU PASOVNIH ŠIRIN

9 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, MPEG HDTV SDTV NTSC PAL SECAM DVB-(T,S) AVC ADSL IPSec MPLS P2P PPV DRM MOVING PICTURE EXPERTS GROUP ZBIRKA STANDARDOV ZA KODIRANJE ZVOKA IN SLIKE HIGH DEFINITION TV TELEVIZIJA VISOKE LOČLJIVOSTI STANDARD DEFINITION TV STANDARDNA TELEVIZIJA NATIONAL TELEVISION SYSTEM COMMITTEE STANDARD TELEVIZIJSKE SLIKE (AZIJA, AMERIKA) PHASE ALTERNATING LINE STANDARD TELEVIZIJSKE SLIKE (OBRAČA FAZO) SEQUENTIAL COLOR WITH MEMORY FRANCOSKI TELEVIZIJSKI STANDARD DIGITAL VIDEO BRODCAST DIGITALNI TV SIGNAL (SATELITSKI, ZEMELJSKI) ADVANCED VIDEO CODING ZAHTEVNJEŠE VIDEO KODIRANJE ASYMMETRIC DIGITAL SUBSCRIBER LINE ASIMETRIČNA NAROČNIŠKA LINIJA IP SECURE PROTOKOLI ŠIFRIRANJA NA NIVOJU IP MULTI PROTOCOL LABEL SWITCHING VEČPROTOKOLNA KOMUTACIJA Z ZAMENJAVO LABEL PEER TO PEER VSAK Z VSAKIM (VSI RAČUNALNIKI V OMREŽJU SO ENAKOPRAVNI) PAY PER VIEW PLAČAJ ZA OGLED DIGITAL RIGHTS MANAGEMENT UPRAVLJANJE DIGITALNIH PRAVIC

10 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, OPIS STORITVE VOD Kratica VOD (video on demand) označuje prenos videa in avdia prek nekega strežnika, da uporabniki lahko gledajo določeno vsebino po TV-ju ali računalniku takrat, ko si želijo. Na voljo imajo tudi standardne kontrole, kot jih recimo ponuja videorekorder (pomik nazaj/naprej, premor,...). Zvok in video vsebujeta veliko podatkov za realistični prikaz. Pri prenosu po internetu to lahko pomeni velik problem, še posebej zaradi premalo zmogljivih ali nekakovostnih povezav. Pretočni video (angl. streaming) je način dostopa do zvočnih, video in multimedijskih virov po internetu ali intranetu, kjer se prikaz vsebine izvaja sprotno z nalaganjem oziroma z majhno zakasnitvijo. To pomeni, da se vsebina iz video strežnika po internetu nalaga v pomnilnik predvajalnika gledalca, istočasno pa predvajalnik predvaja video vsebino na zaslonu. Slika 1: Zgradba VOD (

11 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, Unicast, multicast podatki se prenašajo iz ene točke samo na eno točko podatki se prenašajo iz ene točke na več točk Za VOD se ponavadi uporablja unicast. Unicast si lahko privoščijo samo največji ponudniki. Ta način prenosa močno obremenjuje omrežje. Z novejšimi načini prenosa videa na zahtevo se vse bolj uporablja tudi multicast. Ta način se uporablja v omrežjih Peer-to-Peer. Slika 2: RAZLIKA MED UNICAST IN MULTICAST ODDAJANJEM ( 1.2 VRSTE VIDEA NA ZAHTEVO NEAR VOD V bistvu ne gre za pravi sistem videa na zahtevo, ampak za simulirano oddajanje, tako da isto vsebino predvajamo na različnih kanalih (ali na različnih multicast naslovih v primeru IP distribucije), z določenimi časovnimi zamiki, npr. 5, 10, 15 ali več minut. Uporabnik se poveže na kanal, ko mu to časovno najbolj ustreza. Gre za oddajanje, kjer uporabnik poleg omejene izbire začetka predvajanja in omejene izbire vsebine nima možnosti večje interaktivnosti.

12 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, PUSH VOD Pri sistemu»push VOD«se video vsebina znotraj ene ali več datotek prenese k uporabniku, kjer je pripravljena na ogled. Vsebina se lahko pred ogledom prenese v celoti, ali pa sistem omogoča prenos posameznih delov po želji. Uporabnik mora imeti odjemalca (računalnik z ustrezno programsko in strojno opremo ali namenski set-top box) z dovolj velikim pomnilnikom, ki hrani prenesene datoteke. Zaradi velikosti datotek se za shranjevanje običajno uporabi trdi disk. Slaba stran tega načina so dragi odjemalci, čeprav se cene medijev za shranjevanje hitro znižujejo in se njihova zmogljivost povečuje. Poleg tega mora uporabnik počakati na začetek predvajanja, ki pa ni občutljivo na motnje in/ali prekinitve v distribucijskem kanalu. Zaradi načina distribucije lahko izkoristimo proste zmogljivosti prenosnih kanalov, ko se le-ti manj obremenjeni. Tako dosežemo večjo izkoriščenost pasovnih širin. Druga pomanjkljivost tega načina VOD je, da je težje poskrbeti za zaščito vsebin, ker je le-ta shranjena lokalno pri uporabniku. Zato je lažje priti do njih in jih nepooblaščeno kopirati. To lastnike vsebin moti in zato tudi težje zaupajo svoje vsebine v distribucijo s takšnimi sistemi TRUE VOD»Pravi«sistem videa na zahtevo (analogno s prejšnjim sistemom bi ga lahko poimenovali tudi»pull VOD«) naj bi v realnem času omogočal ogled vsebine, ki je hranjena na strežnikih ponudnika, brez zakasnitev predvajanja z možnostjo funkcije»trick play«, to je uporabnikovega nadzora nad ogledom vsebine, kakršno ponujajo npr. DVD predvajalniki: zaustavljanje vsebine, hitro predvajanje naprej/nazaj, takojšni»skok«na poljubni del vsebine, izbiro poglavij filmske vsebine ipd. Slabost tega načina distribucije je, da zahteva zelo zmogljiva, zanesljiva in stabilna omrežja ter seveda dovolj veliko prepustnost povezav do končnega uporabnika. Prednost takšnih sistemov je tudi enostaven odjemalec, kar zmanjša njegovo ceno in oteži nepooblaščeno kopiranje vsebin ter nadzor nad ogledom vsebin. Zaradi lažje zaščite vsebine pred nepooblaščenim kopiranjem in ogledom lastniki vsebin raje zaupajo njihovo distribucijo takšnim sistemom.

13 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, STANDARD H.323 Standard H.323 je osnova za zvočno, slikovno in podatkovno komunikacijo po IP omrežjih. Razvit je bil za komunikacijo multimedijskih vsebin različnih proizvajalcev. Njegove glavne prednosti so: mrežna neodvisnost delovanje v vseh mrežnih arhitekturah, postavljanje standardov v multimediji upravljanje s pasovno širino vsak terminal lahko upravlja s pasovno širino za posamezno sejo, kar zvišuje in zmanjšuje prepustnost videa glede na obnašanje in zasičenost omrežja medomrežne komunikacije neodvisnost od platforme in aplikacij ni vezan na strojno in programsko opremo podpira konference več lokacij z zahtevo ali brez po centralizirani multipoint enoti večuporabnost standardi kodekov vsebuje standarde za kompresijo in dekompresijo zvoka, slike in podatkov fleksibilnost

14 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, ELEMENTI, POTREBNI ZA PRENOS STORITEV VOD medijski strežniki protokoli prenos podatkov standardi oziroma formati za zgoščevanje videa predvajalniki 2.1 MEDIJSKI STREŽNIK (web strežnik) Medijski strežnik je zmogljiv računalnik v omrežju z zmogljivim diskom. Na njem je shranjena video vsebina. Slika 3: STRUKTURA STREŽNIKA NA PONUDNIKOVI STRANI ( Ko se uporabnik odloči, kaj bi rad gledal prek videa na zahtevo, svojo željo posreduje lokalnemu servisu, ki ponuja storitev VOD. Ko računalnik pri ponudniku vsebin VOD najde želene video datoteke, ki so shranjene v video podatkovnih bazah, jih pošlje v kodiranem in kompresiranem formatu na linijski strežnik (video strežnik, ki je najbližje uporabniku, ki zahteva video vsebino), z njega se video podatki prenašajo do uporabniškega računalnika, kjer se s posebnimi pretvorniki dekodirajo in dekompresirajo.

15 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, Slika 4: POSTAVITEV STREŽNIKOV DO UPORABNIKA ( Zaradi velike količine podatkov, ki jih vsebuje video vsebina, običajni datotečni sistemi ne zadoščajo. Poleg tega niso dovolj hitri, saj mora sistem omogočati zelo hiter hkraten dostop do več različnih vsebin. Na sistem za hrambo video vsebine je hkrati vezanih več odjemalcev, katerim je treba zagotoviti stalen dostop do podatkov s hitrostjo nekaj Mbps ali več. Poleg tega mora sistem omogočati tudi hkraten vnos novih vsebin brez prekinitve obstoječih procesov. Zato proizvajalci video sistemov običajno razvijejo lastne datotečne sisteme, ki v kombinaciji z ustreznimi diskovnimi polji zagotavljajo potrebne zmogljivosti. Za nemoteno pretakanje podatkov iz sistema za hrambo vsebin v omrežje se uporabljajo namenski video strežniki, običajno razviti prav za potrebe takih procesov. Video strežniki morajo podpirati ustrezne protokole za prenos podatkov in imeti sistem za rezervacijo in razporeditev procesov, da lahko zagotovijo nemoten prenos vsebin do končnih uporabnikov. Običajno se takšni strežniki postavijo na rob omrežja, čim bližje končnim uporabnikom, s čimer se zmanjšajo potrebe po pasovni širini omrežja. Pri postavitvi sistema je vedno potrebno doseči kompromis med hrambo podatkov ter prepustnostjo omrežja. Če postavimo strežnike blizu odjemalcev, moramo vsebine podvajati, kar ni

16 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, optimalno glede na velikost, ki jo zasedejo video vsebine. Zato omogočajo sistemi videa na zahtevo kompleksne algoritme za t. i. propagacijo, prenašanje (angl. propagation) vsebin glede na različne parametre, na primer popularnost vsebine, in jo temu primerno prenašajo med video strežniki glede na potrebe. Za podporo sistemu zaračunavanja (billing) morajo video strežniki podpirati tudi beleženje (logging) ogleda vsebin. Ponavadi je potrebnih več video strežnikov na določeni lokaciji, zato se le-ti povežejo v gruče (clusters), kar lahko poveča zanesljivost sistema pred izpadi in omogoča podporo večjemu številu odjemalcev. Sistem mora nadzirati delovanje posameznih strežnikov in omogočiti enakomerno porazdelitev zasedenosti. Slika 5: STREŽNIKI V CENTRALNI POSTAJI PONUDNIKA (

17 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, PROTOKOLI ZA PRENOS VIDEA IP (INTERNET PROTOCOL) Internet protokol določa način pretoka podatkov s strojno opremo in obliko informacij na poti med računalniki, ne določa pa tega, kaj naj računalnik počne z njimi. Določa delovanje naslovov (pozna IP številko pošiljatelja in prejemnika) oziroma zagotavlja načine za prepoznavanje vsakega računalnika v internetu. Vsak paket obravnava neodvisno, kar pomeni, da mora vsak paket vsebovati vse informacije o naslovu, zato te naslove imenujemo IP naslovi. Promet paketkov usmerjajo t. i. usmerjevalniki (angl. router). TCP/IP je protokol za sporazumevanje v internetu. Vsak računalnik se s protokolom TCP/IP sporazumeva z drugimi računalniki v internetu. TCP/IP si lahko predstavljate kot podvozje vozila, ki potuje po avtocesti. Pravila potovanja od začetne do končne postaje in prehodi skozi vmesne postaje so določeni v protokolu TCP/IP. Na podvozja imamo naložene uporabniške podatke oziroma aplikacijske/storitve interneta. Ti so v različnih zabojnikih, eden zagotovi medsebojno komunikacijo (elektronsko pošto), drugi prenos datotek (FTP), tretji kaj drugega. Vsi pa imajo enotno standardno podvozje in pravila potovanja TCP/IP. Za celoten sklop (zabojniki in podvozja) se uporablja ime serija protokolov TCP/IP (angl. TCP/IP protocol suite).

18 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, TRANSPORTNI IN APLIKACIJSKI SLOJ Na transportnem nivoju že preidemo nivo omrežja in usmerjanja prometa. Posvetimo se predvsem komunikaciji med dvema končnima napravama. Najbolj pomembna in uporabna protokola sta UDP in TCP. Obema je skupno, da s pomočjo portov izvajata mutipleksiranje in demultipleksiranje paketov k odgovarjajoči aplikaciji. Preglednica 1: Arhitektura serije protokolov TCP/IP APPLICATION Telnet FTP Gopher SMTP HTTP BGP Finger POP DNS SNMP RIP Ping TRANSPORT TCP UDP ICMP OSPF INTERNET IP ARP NETWORK Ethernet Token FDDI X.25 Frame SMDS ISDN ATM SLIP PPP INTERFACE Ring Relay UDP (User Datagram Protocol) Namenjen je aplikacijam, ki ne zahtevajo povezavne in zanesljive storitve. Je preprost, nepovezavno orientiran protokol. Ne zagotavlja kakovosti storitve in zanesljivega prenosa podatkov. Prednost tega protokola je kljub njegovi nezanesljivosti v tem, da ima v glavi le štiri polja. To omogoča, da je procesiranje hitro in ima bistveno krajše zakasnitve kot TCP protokol. Zato je ta protokol zelo uporaben prav na področju prenosa govora, zvoka in videa v realnem času, saj te aplikacije ne potrebujejo tolikšne zanesljivosti prenosa, zelo pomembne pa so zakasnitve. Izguba enega paketa v nizu ne predstavlja take napake, kot bi jo predstavljale velike zakasnitve. Uporablja se za prenos IP telefonije, VOD in ostalih aplikacij, kjer je pomemben prenos v realnem času.

19 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, TCP (Transfer Control Protocol) Namenjen je aplikacijam, ki zahtevajo orientiran in zanesljiv prenos. Za delovanje uporablja IP protokol na omrežnem sloju. Popolno zanesljivost mu omogoča potrjevanje in povezavni način delovanja. Poglavitna naloga je zanesljiv prenos sporočil aplikacijskega sloja. Za vzpostavitev povezave mora ta protokol najprej preveriti, ali je naprava sploh vključena v omrežje. Ko si napravi med sabo izmenjata parametre zveze, se med njima lahko ustvari navidezna zveza. TCP torej zagotavlja prenose brez napak in izgub paketov. Zagotavlja potrditev, da je paket prišel na cilj in omogoča optimalno izkoriščanje omrežja. RTP (Real Time Protocol) Je UDP protokol, ki omogoča označevanje vsebine, zaporedno številko detagrama in časovno označevanje. Ta protokol nam omogoča enostavno sestavljanje video vsebine v pravilnem zaporedju. Uporablja se s sorodnim protokolom RTCP, ki omogoča periodično kontrolo paketov, če slučajno pride do izgube paketa. Video je na izgube močno občutljiv. RTSP (Real Time Streaming Protocol) Spada med aplikacijske protokole. Deluje v povezavi z ostalimi protokoli (TCP, UDP, RTP in IP Multicast). Omogoča nam funkcije videorekorderja, kar je nadvse primerno za storitve VOD. Poleg tega podpira unicast in multicast streaming. RSVP (Reservation Protocol) Omogoča QoS (kakovost storitve). Aplikacija s pomočjo RSVP lahko rezervira pasovno širino, pomnilnik in zmogljivosti CPE, ki zadoščajo zahtevam aplikacije. Vse komponente v mreži morajo podpirati ta protokol.

20 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, IP MULTICAST Omogoča pošiljanje iz ene točke v več točk. Primer: strežnik-računalniki. Pomembno je, da vsi usmerjevalniki v omrežju podpirajo to funkcijo in jo imajo vključeno. Nekatere aplikacije pa gredo lahko tudi skozi usmerjevalnike, ki te funkcije ne omogočajo. QoS Vsebuje mehanizme, s katerim uporabnik lahko zahteva takojšen dostop, zadostno pasovno širino in druge parametre, za boljšo kakovost storitve. Tudi tukaj je pomembno, da so na mrežnih napravah te funkcije vključene. RSVP zagotavlja konstantno pasovno širino skozi vso povezavo. QoS je zelo pomemben v primeru, če multimedijske storitve zahteva veliko računalnikov. Večina mrež uporablja kontrolo dostopa: ko število uporabnikov preseže določeno mejo, se novi uporabniki ne morejo več priključiti, dokler se tok ne sprosti. Druga možnost je, da strežnik dodeli vsakemu enako pasovno širino. REAL SERVER Za povezavo z odjemalci uporablja dve povezavi, eno za komunikacijo z odjemalcem (control channel), drugo pa za dejanski prenos podatkov (data channel). Za komunikacijo z odjemalci se uporabljata dva glavna protokola Real Time Streaming protocol (RTSP) in Progressive Networks Audio (PNA). Za prenos instrukcij in podatkov Real Server uporablja: - TCP protokol za pošiljanje ukazov odjemalca (npr. začetek predvajanja, premor...) ter pošiljanje ukazov strežnik odjemalcu (naslovi in podobno) - UDP protokol za pošiljanje pretočne vsebine Ko uporabnik izbere povezavo, ki kaže na pretočni video, odjemalska aplikacija odpre dvosmerno TCP povezavo s strežnikom. Po odobritvi zahtevka se poleg omenjenega kanala vzpostavi še enosmerni UDP kanal.

21 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, Slika 6: PRIKAZ UPORABE PROTOKOLOV PRI PRETOKU VIDEO VSEBIN ( 2.3 PRETOČNI MEDIJI PRENOS PODATKOV Obstajata dva načina prenosa multimedijskih vsebin po internetu. Pri klasičnem načinu uporabnik prenese celoten film na svoj računalnik in ga šele potem lahko pogleda. Čas, potreben za prenos, je razmeroma dolg. Poleg tega vsebina zasede tudi pomnilnik na disku računalnika. Prednost tega načina prenosa pa je v tem, da je kakovost slike lahko zelo dobra, vsebina pa ponavadi brezplačna. Prenos videa na zahtevo, IP TV in CAT TV s tem postopkom niso možni. Za prenos teh vsebin se uporablja sodobnejši način, imenovan pretočni medij (streaming media). Prednost tega načina je v tem, da uporabnik pregleduje vsebino sproti in prenos lahko vmes tudi prekine. Predvajanje se začne takoj, ko je na voljo dovolj podatkov in je nadaljnji dotok podatkov zadosten. Vsebina se lahko prenaša v živo s kamero ali pa z določenih pomnilniških medijev. Podatki so stisnjeni in kodirani v pretočnem formatu. Zaradi tega, ker je vsebina kodirana, mora uporabnik imeti ustrezno programsko opremo (predvajalnik pretočnega medija). Ta predvajalnik skrbi za dekodiranje podatkov in sestavljanje informacij v pravilnem vrstnem redu. Ker bi bilo omrežje samo z medijskimi strežniki preobremenjeno, se za to uporabljajo posebni predpomnilniki (caching devices), ki so vključeni med uporabnike in strežnike. S tem se razbremenijo tudi medijski strežniki. Naloga predpomnilnikov je

22 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, zagotavljanje pravilnega vrstnega reda slik, usklajevanje hitrosti predvajanja, osveževanje paketov in ugotavljanje izgubljenih paketov. Te naprave pobirajo zahtevne vsebine z medijskega strežnika in vsebine shranijo čim bližje uporabnika, ki zahteva vsebino. Uporabniki potem komunicirajo kar s predpomnilnikom, ki je ponavadi bližje kot medijski strežnik. Predpomnilnik razdeli avdio in video z medijskega strežnika v tokove za posamezne uporabnike in tako zmanjša potrebo po pasovni širini omrežja in obremenitvi strežnika PASOVNA ŠIRINA (bandwidth) Pomeni količino podatkov (bitov), ki jih lahko (internetna) povezava prenese v sekundi (angl. kilo bits per second ali kbps). Preglednica 2: Preglednica pasovnih širin za nekatere storitve ( Storitev Bitna hitrost govor mobilna telefonija govor fiksna telefonija avdio + predstavitev (ilustriran avdio) animacije pretočni avdio (strujanje) pretočni video (strujanje) videokonferenca video na zahtevo 9.6 kb/s 64 kb/s 28 kb/s 64 kb/s 14 kb/s 150 kb/s 20 kb/s 220 kb/s 28 kb/s 2 Mb/s 128 kb/s 5 Mb/s 400 kb/s 5 Mb/s Bitno hitrost lahko zmanjšamo na več načinov: zmanjšamo okvir predvajanega videa zmanjšamo število slik na sekundo (fps) število informacij v vsakem okvirčku lahko zmanjšamo s kompresijo zmanjšamo kakovost s kodiranjem v asortimanu pasovnih širin (multi bit rate encoding MBR)

23 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, STANDARDI IN FORMATI ZA ZGOŠČEVANJE VIDEA Pomemben del sistema za distribucijo video vsebin v digitalni obliki so načini stiskanja podatkov. Daleč najbolj uporabljen standard za distribucijo videa ali TV programov v digitalnih obliki je MPEG2. Z uvajanjem standarda HDTV (High Definition Television) se počasi uveljavlja tudi MPEG4, ki omogoča večjo stopnjo stiskanja vsebine. Video je zaporedje ločenih slik, ki jih predvajamo hitreje, kot jih je naše oko sposobno zaznati. Tako jih vidimo kot gladko premikajočo se sliko. Vsaka slika je v digitalnem svetu sestavljena iz posameznih pik, ki jih opišemo s tremi osnovnimi barvami: rdečo, zeleno in modro (RGB). OSNOVE TELEVIZIJSKIH SIGNALOV IN STANDARDOV Digitalni zapisi za prenos slike izhajajo iz analognih sistemov. Najbolj znani so: NTSC, PAL in SECAM. Uporabljajo se na različnih koncih sveta. Vsak od njih ima tudi več podvariant. Te danes imenujemo SDTV (Standard Definition TV), analogno oznaki HDTV (High Definition TV). Tudi slednji vsebuje več različnih ločljivosti. Spodaj so naštete ločljivosti, ki so najbolj razširjene, s tem, da prva številka označuje število vrstic, črka»p«ali»i«določa, ali je slika neprepletena (angl. progressive) ali prepletena (angl. interlaced). Zadnja številka pa označuje število predvajanih slik v sekundi. Vsi analogni sistemi uporabljajo prepleteno sliko, z uvedbo HDTV pa se uvaja neprepletena, ki omogoča neprimerno boljšo kakovost na sodobnih HD zaslonih. EDTV (Enhanced Definiton TV) prav tako uvrščamo pod HDTV. - LDTV 240i60, 288i50 (CIF) - SDTV 480i60 (NTSC), 480p30, 576i50 (PAL, SÉCAM), 576p25 - EDTV 480p60, 576p50, 720i50, 720i60, 720p24, 720p25, 720p30 - HDTV 720p50, 720p60, 1080p24, 1080p25, 1080p30, 1080i50, 1080i60

24 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, KODIRANJE MPEG2 Standard je nastal že v letu 1991 in je namenjen shranjevanju in prenašanju avdia in videa, pokriva pa nivoje ločljivosti slike od 288p do 1080p. Podpira prepletene zapise video slike in je danes daleč najbolj razširjen kot zapis na DVD medijih. Uporabljajo ga tudi za prenos slike z digitalnimi satelitskimi signali (DVB), v kabelskih omrežjih ter v omrežjih IP. Prednosti sta njegova razširjenost in široka podpora tako s strani proizvajalcev strojne kot tudi programske opreme. Pri prenosu slike v ločljivostih HD pa zahteva dokaj visoko pasovno širino. Za prenos ločljivosti PAL (720i25) potrebuje npr. od 4 do 20 Mbps (studijska kakovost), pri ločljivosti HDTV npr. 720p25 pa zahteva že v osnovi 20 Mbps, kar zaenkrat še ni primerno za sedanjo širino prenosnih poti KODIRANJE MPEG4 Standard MPEG4 so predstavili v letu Sprva so z njim hoteli prenašati video vsebine predvsem z manjšimi hitrostmi (nekaj Kbps do 64 Kbps), ki so bile primerne tedanjim hitrostim internetnih povezav. Kasneje so ga uporabili tudi za širokopasovne prenose video vsebin. Sestavljen je iz več podstandardov. Značilno zanj je, da upošteva vsebino slike, ki jo razdeli na t. i. video objekte. S tem dosega vsaj enkrat boljšo kompresijo v primerjavi z MPEG2. Podpira ga veliko neodvisnih manjših proizvajalcev, združenih v konzorcij. Najbolj pomembna različica standarda je MPEG4 Part 10, ki ga označujemo tudi s kratico AVC (angl. Advanced Video Coding) in izhaja iz razvoja podstandarda H.264. MPEG4 zahteva pri kodiranju kot tudi pri dekodiranju veliko več procesne moči v primerjavi z MPEG2, kar je razlog za nekoliko počasnejšo širitev strojne podpore kljub vsem prednostim, ki jih ima pred svojim predhodnikom. Prednost AVC je predvsem v porabi pasovne širine za prenos slike v kakovosti SDTV in HDTV. Za ločljivosti SDTV je dovolj že ca. 1,5 do 2 Mbps, za 720p25 pa zadostuje že 8 Mbps, kar je primerno za distribucijo po današnjih širokopasovnih povezavah (DSL, kabelski internet).

25 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, PREDVAJALNIKI FIZIČNI VMESNIKI Uporabimo lahko osebni računalnik ali namensko napravo, t. i. set-top box, ki podpira sprejem vsebine prek omrežja, dekodiranje vsebine ter prikaz le-te na ustreznem zaslonu, običajno TV sprejemniku. Slika 7: FIZIČNI VMESNIK NA STRANI UPORABNIKA ( Set-top box je običajno kar preprost računalnik s strojnim dekodirnikom za ustrezne standarde video/avdio signala. Zgradba je zaradi cene in velikosti preprosta, deluje pa skupaj z vmesno programsko premo, ki omogoča uporabniku izbiro in nakup vsebine, predvajanje (s podporo»trick play«) in upravljanje z ostalimi storitvami, ki jih nudi sistem videa na zahtevo. Set-top box je običajno prirejen za posameznega ponudnika vsebin in ni uporaben na ostalih sistemih, zato omogoča daljinsko upravljanje za nadgradnje in sprotno nalaganje odjemalskega dela vmesne programske opreme. Najbolj popularna je rešitev z uporabo okrnjenega namenskega spletnega brskalnika s podporo HTML/JavaScript, ki omogoča razvoj uporabniškega vmesnika na dovolj visokem programskem nivoju in uporabo obstoječih spletnih strežnikov. Takšna rešitev omogoča tudi dostop do spleta kar prek televizijskega sprejemnika.

26 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, PROGRAMSKI VMESNIKI Real Time, Windows Media, Quick Time Slika 8: REAL TIME, WINDOWS MEDIA PLAYER, QUICK TIME PROGRAMSKI VMESNIKI ( Slika 9: VLC PLAYER OMOGOČA OGLEDE MNOGIH VSEBIN VOD (VLC) Slika 10: PROGRAM ADITEYA ZA OGLEDOVANJE TV VSEBIN PO INTERNETU (ADITEYA) Slika 11: EDEN NAJBOLJ RAZŠIRJENIH PROGRAMOV ZA OGLED PRETOČNIH VSEBIN (WINDOWS MEDIA PLAYER)

27 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, VLC Media Player: Preprost, a zmogljiv player, napisan v jeziku C. Namenjen je bil med drugim tudi mrežnim pretakanjem video vsebin, streaminga ipd. Z njim boste lahko odprli (skoraj) vsako video vsebino in jo pogledali. Omogoča tudi predogled nepopolnih datotek (tistih, ki jih še prenašate), tako da si jih lahko ogledate po delih, ki so že preneseni na disk. Po izgledu predvajalnik ni privlačen in prilagodljiv. Omogoča predvajanje podnapisov, njegova prednost je v tem, da omogoča predvajanje skoraj vseh datotek. Tudi pri zahtevnejših računalniških opravilih je uspešen in ustreza pričakovanjem. Real Player: Ima media library, ki se poveže z spletom in ponuja še spletno multimedijo. Bere večino datotek, za ostale pa ponuja vtičnike, ki so na voljo na spletni strani. Izgled je povprečen ali nadpovprečen. Podpira in je uradni predvajalnik za formate realmedia (.rm/.ra/.rv/.rmvb). Sprva je bil namenjen predvajanju spletnih vsebin in še danes je na mnogih multimedijskih straneh potreben vtičnik real. Tega uporabnega programa pri nas še ne poznamo dovolj dobro. Windows Media Player: programska oprema, ki jo Microsoft že dolga leta vključuje v svoje operacijske sisteme. Ta multimedijski predvajalnik podpira različne preobleke. Podpira tudi vizualizacije in nudi več vtičnikov. Načeloma se ne uporablja pogosto, ker ne podpira podnapisov, lahko pa ga kdaj pa kdaj uporabite za predvajanje DVD vsebin. Njegova uradna datoteka je WMV (windows media video) in je najboljši v tem (če drugega ne, bo zagotovo predvajal wmv datoteke). Do popolnega predvajalnika mu manjka veliko, a ker je Microsoftov in je prisoten na večini računalnikov, je znan pri uporabnikih. Opažam, da ga veliko ljudi uporablja za predvajanje glasbe, kar se pa tiče filmov, ga večina uporablja za gledanje DVD-jev. QuickTime: Applov predvajalnik, najprej za spletne vsebine (enako kot Real Player), kasneje pa splošni multimedijski predvajalnik z značilno Quicktime movie datoteko (.mov). Z njim lahko napravimo ActiveX control, ki se obnaša kot QT in ga lahko vključimo na številne spletne strani ali aplikacije. Njegova uporaba je zelo razvejana. Lahko bi ga primerjali z Real Playerjem, ker sta oba imela isti izvor. Je potencialno dober predvajalnik, a ne za filme. Uporablja se predvsem za Applove vsebine, video na zahtevo in datoteke.mov.

28 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, OMREŽJE IN OMREŽNE POVEZOVALNE STORITVE Širokopasovne storitve se lahko zagotavljajo prek različnih žičnih in brezžičnih omrežij (kanalov). Najpomembnejša omrežja in omrežne povezovalne storitve so: - na fizičnem nivoju (optična omrežja, xdsl, CATV, GSM/GPRS/EDGE, UMTS, Wi-Fi, Wi-Max, Ethernet itd) - na logičnem nivoju (IPv4, IPv6, navidezna zasebna omrežja, IPSec, MPLS, preklapljanje, usmerjanje, mobilnost, signalizacija, interworking med različnimi omrežji) Klasično gradnjo omrežij danes dopolnjujejo novi pristopi, kot so grid, mesh omrežja in samonastajajoča omrežja ter peer-to-peer omrežja (na fizičnem in na logičnem nivoju). Temu se prilagajajo tudi sodobne storitve, ki se razvijajo tudi v smeri izrabe teh funkcionalnosti. 3.1 TOPOLOGIJE OMREŽIJ Odnos med napravami (in uporabniki), ki smo ga danes vajeni v omrežjih, je v večini primerov zasnovan na modelu odjemalec-strežnik. V tem primeru v omrežju obstajajo specializirana vozlišča, ki odjemalcem ponujajo najrazličnejše storitve. Vse te storitve so osnovane na streženju različnih vrst podatkov. Pogosto je število odjemalcev, ki dostopajo do istih podatkov na strežniku, zelo veliko. To povzroča nepotrebno visoke obremenitve delov omrežja, saj se po njih pogosto pretakajo isti podatki. Če bi lahko kopije teh podatkov porazdelili po posameznih vozliščih, bi to pomenilo ob zahtevi dostopa do teh podatkov bistveno krajše prenosne poti, kar pa bi bistveno razbremenilo omrežje in enakomerno porazdelilo promet. Poleg tega je takšen način bistveno bolj zanesljiv. Če so podatki porazdeljeni, izpad ene od enot zaradi redundance v omrežju ne pomeni izpada celotnega sistema, saj je redundanca v primeru porazdeljenega omrežja neprimerno večja kot v primeru centraliziranega omrežja. V primeru, ko v centraliziranem sistemu odpove strežnik ali pa povezava do njega, to pomeni odpoved celotnega omrežja oziroma vseh storitev, ki jih je ponujal strežnik.

29 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, PREGLED PRIMERNIH TOPOLOGIJ ZA STORITEV VOD OBROČASTA TOPOLOGIJA Obročasta topologija je uporabljena v primeru, ko posamezen strežnik ne prenese obremenitve odjemalcev. S pomočjo obročaste topologije zgradimo t. i. porazdeljeni strežnik. Vsa vozlišča v obroču nudijo isto funkcionalnost in si med sabo porazdelijo obremenitev streženja odjemalcev (load balancing). Če katero od vozlišč odpove, lahko njegovo delo prevzamejo ostala vozlišča. Zaradi tega je obročasta topologija zanesljivejša od povsem centralizirane topologije. Ker imajo sistemi obročaste topologije ponavadi samo enega vzdrževalca, imajo ti sistemi še vedno vse dobre lastnosti centraliziranih sistemov. Edina razlika je večja zanesljivost in veliko preprostejše razširitve sistema DECENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA Decentralizirana topologija je topologija omrežja, pri kateri je celoten sistem decentraliziran. V njem vsa vozlišča med sabo komunicirajo simetrično in imajo spremenljive vloge. Ni več klasičnega odnosa strežnik odjemalec, ampak vlogi strežnika in odjemalca privzema po potrebi katerokoli vozlišče. Povsem decentralizirani topologiji najbližji danes obstoječi veliki sistemi so na primer: Gnutella, KaZaA in Morpheus. Ti sistemi se sedaj večinoma uporabljajo za razširjanje večpredstavnih vsebin med uporabniki. Omenjeni sistemi so zelo razširjeni, zaradi njihove decentraliziranosti jih praktično ni možno onemogočiti. Pri teh sistemih je edini del, ki je do neke mere centraliziran, postopek vključitve novega člana v skupino, znotraj katere se potem razširjajo iskalna sporočila in se izvaja prenos podatkov. Sistemi, v katerih je uporabljena decentralizirana topologija imajo skoraj povsem nasprotne lastnosti kot centralizirani sistemi. Vzdrževanje teh sistemov je dokaj težko, prav tako je z osnovnimi prijemi zelo težko zagotoviti koherentnost podatkov v sistemu. Prav tako je v takšnem sistemu dokaj težko zagotavljati varnost, saj so ti sistemi običajno odprti in se lahko vsak preprosto vključi v sistem in začne vanj pošiljati neustrezne podatke. Glavne prednosti decentraliziranih sistemov so njihova odpornost na posamezne okvare in

30 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, skalabilnost. Težava decentraliziranih sistemov je tudi velika količina prometa, ki je potreben samo za vzdrževanje koherentnosti podatkov v sistemu z velikim številom uporabnikov CENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA + OBROČ Ta topologija je uporabljena pri močno obremenjenih spletnih strežnikih. Strežnik je sestavljen iz več enakih vozlišč, ki so povezana v obroč. Strežnik se navzven obnaša kot centralizirana enota. Tak strežnik lahko porazdeli zahteve posameznih odjemalcev med posamezna vozlišča in lahko zato prenese velike obremenitve. Zasnova je tudi dokaj zanesljiva. Če odpove eno od vozlišč, lahko njegovo delo prevzamejo ostala. Dobre lastnosti te topologije so skoraj enake centralizirani topologiji, izboljšana pa sta zanesljivost in skalabilnost sistemov. ODJEMALEC ODJEMALEC Internet ODJEMALEC Slika 12: CENTRALIZIRANA TOPOLOGIJA + OBROČ ( OMREŽJE P2P Je novi koncept organiziranja omrežij. Vsak peer je enakovreden član omrežja. Novi koncept omrežja P2P, ki ga lahko vidimo na sliki, ne temelji več na konceptu strežnik odjemalec, kot smo ga vajeni v večini aplikacij, ki jih poznamo danes. Temelji na predpostavki, da so vsa vozlišča, ki v sistemu komunicirajo med sabo, enakovredna. Tako povezan sistem enakomerno porazdeli naloge na celoten ali pa vsaj na večji del sistema. Takšen sistem je sposoben probleme reševati veliko učinkoviteje, kot bi jih lahko centralizirani sistem. Vozlišča delijo svoje vire s preostalimi vozlišči uporabniki sistema.

31 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, Potrebno je sicer žrtvovati nekaj virov za zagotavljanje delovanja sistema, vendar dobimo v zameno za to dostop do virov ostalih vozlišč. Slika 13: SLIKI PONAZARJATA ODNOSE MED RAČUNALNIKI (VSAK RAČUNALNIK JE OBENEM TUDI STREŽNIK) (

32 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, OMREŽJE PEER TO PEER ZA PRENOS VOD OPTIMIZACIJA OMREŽJA Čeprav internetne povezave, ki jih imamo doma in v službi, niso več ozko grlo, saj se hitrosti kabelskih, ADSL in VDSL linij gibljejo med 1 in 10 megabiti proti uporabniku ter med 0,5 in 2 megabita od uporabnika, pa se je pri dosedanjih sistemih distribucije videa na zahtevo ozko grlo pojavljalo na strani vira vsebin, saj so bili video tokovi prenašani za vsakega odjemalca posebej. Če za spodoben video potrebujemo konstantno pasovno širino ca. 1 megabit, to v praksi pomeni, da je moral imeti pošiljatelj videa za vsakega sočasnega gledalca svojega videa tolikšno pasovno širino. Pri tisoč odjemalcih, kar za internetni svet ni nič posebnega, je hitrost linije ponudnika videa morala preseči gigabitno, da je bila storitev še kakovostna... Seveda je strošek na strani pošiljatelja ogromen, hkrati pa rešitev še zdaleč ni optimalna, saj se lahko za priljubljene video storitve število uporabnikov hitro veča... Primer sta YouTube in GoogleVideo, pri katerih težko govorimo o videu na zahtevo, ki iz meseca v mesec povečujeta svoje zmogljivosti. Le redki si to lahko privoščijo na dolgi rok. Zamisel delovanja omrežij P2P temelji na razbremenitvi centralnih strežnikov, ki ob velikih sočasnih zahtevah uporabnikov preprosto ne zmorejo opraviti zahtevanega dela. Omrežje P2P to spremeni, saj vlogo centralnega strežnika prevzamejo uporabniki, ki so hkrati tudi odjemalci. Vsebina, ki jo želimo prenašati, se razdeli na veliko majhnih delov in se nato prenaša med uporabniki. Dele vsebine, ki jo že imamo, lahko drugi uporabniki prenesejo od nas, podatke, ki jih še potrebujemo, pa v omrežju P2P dobimo od drugih uporabnikov. Tako vsi sočasno pošiljamo in prejemamo podatke. Zaradi dvosmernega prenosa podatkov smo tako odjemalec kot strežnik. Pri tem velja pravilo, da se hitrost prenosa posamezne vsebine povečuje s številom uporabnikov, ki opravljajo enako opravilo. Torej ravno nasprotno kot pri sistemu centralnega strežnika, kjer odzivnost in uporabnost pada s številom uporabnikov. Rešitev lahko poleg uporabe za prenos datotek koristno izrabimo tudi za prenos živega TV programa. P2P omogoča, da se podatki prenašajo od vira do omejenega števila uporabnikov ter od teh naprej do tretjih uporabnikov ter od teh spet naprej k novim uporabnikom... Na spletu lahko najdemo zanimiv progam Joost, ki so ga začeli razvijati

33 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, konec leta Sledilo je njegovo izredno hitro napredovanje. Čeprav je gledanje zaenkrat bolj omejeno na računalnik, se utegne z novo strojno opremo Joostova vsebina kmalu razširiti tudi na veliki zaslon sredi dnevne sobe. Pogoj je le širokopasovni dostop do interneta. Storitev za zdaj deluje v vseh operacijskih sistemih Windows. Tehnična zahteva za uporabo programa Joost je širokopasovna povezava preizkušeno brez težav deluje že pri hitrosti 1 Mb/s. V Sloveniji drugih težav ni, a kjer imajo internetne povezave vezane na mesečni promet, lahko kaj hitro naletijo na mesečni limit, saj se v povprečju vsako uro gledanja programa izmenja kar 320 MB prometa proti gledalcu in dobrih 100 MB od njega. Pri tem je pomembno vedeti, da se odjemalec obnaša podobno kot Kazaa tudi če prenehamo gledati TV oddajo, program v ozadju še deluje (pomanjša se v ikono v opravilni vrstici desno spodaj) in še naprej prenaša podatke v obe smeri. Kakovost videa je odvisna od kanala, čeprav nekaj postaj že oddaja v kakovosti blizu HD. Kanali, oddajani v široko zaslonskem načinu 16 : 10 so v manjšini, pri mnogih pa opazimo starejše vsebine... Kakovost Joosta se bo povečala z novimi programi in če je verjetni namigom razvijalske ekipe, se aktivno pogovarjajo o vključitvi velikih medijskih hiš. Ker gre za brezplačni video na zahtevo, je vse skupaj kar predobro, da bi bilo resnično. Ponekod bomo pred ogledom izbranega programa najprej morali pogledati reklamno sporočilo, a to je cena, ki jo danes plačujemo že lokalnim in na sramoto celo nacionalnim televizijam. Joost pa ni edini program, ki nam omogoča video na zahtevo in deluje na principu P2P. Naj omenim še TVU Player, ki je bil zasnovan na priljubljenem programu VLC ter TVants in Octoshape. 4.1 SLABOSTI OMREŽJA P2P Pri P2P-TV in VOD žal ni vedno mogoče zagotoviti povsem nemotenega sprejema izbranega kanala, saj je odvisen od števila gledalcev in njihovega sodelovanja pri redistribuciji. Prav tako P2P-TV in VOD glede na druge distribucijske poti nista ravno najvarčnejša, saj se prenese tudi do 40 odstotkov več podatkov kot pri klasični internetni distribuciji video vsebin. Ponudniki P2P-TV nimajo nadzora nad spremljanjem TV

34 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, programa, tako ne morejo onemogočiti sprejema na določenih območjih, ne morejo spremljati gledanosti ali kakor koli drugače od gledalcev dobiti povratnih podatkov. P2P-TV in VOD omogočata preprosto distribucijo tako legalnih kot avtorsko zaščitenih vsebin, zato sta, podobno kot uporaba omrežij P2P v namene prenosa datotek, tudi P2P-TV in VOD lahko tarči nezakonitega delovanja. V internetu že lahko zasledimo spletne strani, ki nam v zameno za nekaj denarja ponujajo dostop do skorajda poljubnega števila televizijskih, radijskih in drugih programov. P2P-TV sprva deluje dostopno tako ponudnikom vsebin kot končnim uporabnikom, vendar se stroški prenosa podatkov samo preselijo s ponudnika na uporabnika, kar dolgoročno pomeni višje stroške za gledalca, saj se bo zaradi povečanega prometa dražilo tudi vzdrževanje omrežja. Slika 14: VSEBINA VOD PREK PROGRAMSKEGA VMESNIKA (Joost)

35 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, MERITVE PRETOKA Meritve pretoka sem opravljal na svojem računalniku. Omrežna povezava mi dopušča nekje do 160 mbps, poleg tega imam dostop do dveh SIOL-ovih televizij. Meritve sem opravljal s programom Bandwith Meter Pro. Izmeril sem nekaj pretokov VOD in video vsebin na različnih lokacijah. Bandwitdth Meter Pro je enostaven program za opazovanje prometa, ki teče med omrežjem in računalnikom ter obratno. Program pregleduje vse omrežne povezave na računalniku in izpisuje statistiko prometa v realnem času. Prednost programa je tudi grafična predstavitev pretoka. Za primerjavo sem meritev opravil tudi za pretok navadne vsebine MP3. Razlike v hitrosti pretoka so očitne. Prav tako je očitna razlika pasovne širine pri kanalu HD. Nekoliko presenečen sem bil le nad kakovostjo Joostove vsebine, saj že s precej nizko prenosno hitrostjo dosežemo zelo kakovostno sliko.

36 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, Radio Salamon Winamp Slika 15: MERITEV PRETOKA RADIO 24ur Flash Player 9 (dobra kakovost) Slika 16: MERITEV PRETOKA POP TV (VISOKA KAKOVOST)

37 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, RTV SLO nizka kakovost. Visoka kakovost, približno enaki podatki kot pri 24ur. Windows Media Player Slika 17: MERITEV PRETOKA RTVSLO (NIZKA KAKOVOST) SIOL TV Preizkusil sem dva programa. HBO potrebuje približno 4,2 mbps. Drugi program pa je bil v formatu HD. Hitrost je bila 15,7. Kakovost slike je bila porazna. Ocenjujem, da bi za normalen prikaz slike v HD potreboval konstantno hitrost 21 mbps. Slika 18: MERITEV PRETOKOV SIOL TV

38 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, JOOST vsebino najprej prenese na računalnik. Ob naslednjih predvajanjih vsebina ostane v pomnilniku računalnika. S tem tvoj računalnik postane strežnik P2P. Slika 19: MERITEV PRETOKA JOOST Kakovost je zelo dobra. Ko je vsebina prenesena, jo računalnik oddaja nazaj v omrežje. Slika 20: PRIKAZ PRETOKA NA JOOSTU

39 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, ZARAČUNAVANJE Poznamo več načinov zaračunavanja ogleda vsebin. Najbolj znan je verjetno način plačila za ogled (angl. Pay Per View PPV), ki se največkrat uporablja pri storitvi Movies on Demand, znan pa je že iz digitalne satelitske distribucije vsebin. Proti plačilu ima uporabnik pravico do enega ali večkratnega ogleda filma, ali pa ima za ogled na voljo določen čas, kar sistem približa principu izposojevalnic filmov ali videotekam. Prednost je seveda v tem, da je strošek takšnega»posojanja«vsebin manjši in se ena»kopija«načeloma izposoja neomejeno, brez obrabe medija. Ponudnik lahko da določene vsebine na ogled tudi proti mesečnemu plačilu naročnine (angl. flat rate), uporabniki pa imajo možnost neomejenega ogleda teh vsebin. Obstaja tudi možnost distribucije propagandnega gradiva, pri čemer oglede teh vsebin s strani uporabnikov plačajo oglaševalci. Možnost zaslužka nudi tudi že omenjena storitev NPVR v kombinaciji z IP TV, kjer se uporabniku proti plačilu ponudi določen prostor za snemanje vsebin ali pa dostop do arhiva, na primer popularnih TV oddaj, ki jih posname ponudnik. To je samo nekaj primerov dodatnega zaslužka, ki ga lahko prinesejo ponudnikom sistemi VOD.

40 ZALETELJ, Mitja. Arhitektura omrežja za podporo storitvi VOD: dipl. nal. Ljubljana, ŠC PET, VSŠ, ZAŠČITA VSEBIN Digitalna tehnologija prenosa in hranjenja slikovnega in zvočnega zapisa je prinesla tudi enostavno možnost kopiranja in širjenja vsebin brez izgube kakovosti originala. Seveda to pomeni veliko večjo možnost nelegalnega/nepooblaščenega razmnoževanja vsebin, kar pomeni izpad prihodka za lastnike. Pri zaščiti, ki jo mora omogočiti sistem videa na zahtevo, gre v bistvu za varno dostavo vsebine do uporabnika in nadzor nad njo, kot je preprečevanje nepooblaščenega kopiranja in razmnoževanja. Tehnologijo/pravila, ki to omogoča, označimo tudi s kratico DRM (angl. Digital Rights Management). Za varno dostavo vsebine sistemi DRM uporabljajo šifriranje podatkov. Le-to mora biti implementirano na dovolj nizkem nivoju, da lahko dosežemo predvajanje vsebine brez zakasnitev. Običajno se to izvede na nivoju paketov. Za sledenje morebitnemu nepooblaščenemu razmnoževanju se uporablja tudi t. i. vodni žig, ki omogoča iz kopije razbrati izvor vsebine. Vsebine lahko šifriramo že pred samo distribucijo, ob samem vnosu v sistem ali pa sproti. Slednje zahteva s strani strežnika dodatno procesorsko moč, vendar nudi boljšo zaščito, ker se za vsakega uporabnika lahko uporabi drug ključ. Zaščita vsebine je ključnega pomena pri predvajanju filmov znanih filmskih hiš, ker le-te ne zaupajo distribucije sistemu brez ustrezne zaščite proti kopiranju in razmnoževanju.