6 distribucion video por satelite (2007) - ocw...

1sistemas de telecomunicacisistemas de telecomunicacióón (STELn (STEL--2007) 2007)

tema 6

DISTRIBUCION DE VIDEODISTRIBUCION DE VIDEOPOR SATELITEPOR SATELITE

(SISTEMAS (SISTEMAS DVBDVB--S/S2)S/S2)


PILAS DE PROTOCOLOS

MODELO DE REFERENCIA

ARQUITECTURA DE RED

EJEMPLOS DE DIMENSIONADO

NORMATIVA TECNICA:

DVB-S/DVB-S2 , SMATV, y DVB-RCS


PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



video por satélite: modelo de referencia /1

SE AYUDA A LA NAVEGACION MEDIANTE INDEXACION DECONTENIDOS Y GENERACION DE METADATOS:

.- tipo DESCRIPTIVODESCRIPTIVO ( tipo CATALOGO ): Por Título, Director, Actores,..

.- tipo CONTENIDOCONTENIDO: Canales Mosáico (tomas, escenas,...)

.- tipo ESTRUCTURALESTRUCTURAL ( por elementos SEMANTICOS ): tomas de un mis-mo Actor, de un mismo Entorno,....

SUPUESTO UN SERVICIO VoDVoD (VIDEO on DEMAND), EL USUARIOPUEDE NAVEGAR, BUSCAR (SEARCH ), Y BAJAR EN TIEMPOREAL (STREAMING ) UN CONTENIDO AUDIOVISUAL.

EXISTE UN CANAL INTERACTIVO PARA FACILIDADES-VCR(VIDEO CASSETTE RECORDER).



EL SERVICIO VoD (VIDEO on DEMAND) SE SUSTENTA SOBRE UN MODE-

LO CLIENTECLIENTE--SERVIDORSERVIDOR, CON LAS CUATRO ETAPAS BÁSICAS SIGUIEN-

TES:

2_ EL SERVIDOR DISPONE DE UNA BASE DE DATOS ( BROWSING DATA-

BASE ), QUE PERMITE AL USUARIO REALIZAR QUERIES, AUXILIADO

POR CIERTA INDEXACION DE CONTENIDOS.

1_ UN USUARIO ABRE UN CANAL DE BUSQUEDA ( SEARCH, vía WebTV,

OpenTV, EPG, ..) CONTRA UN SERVIDOR SITO EN EL NODO DE ACCE-

SO ( CAP ).


4_ SI EL CONTENIDO DESEADO NO RESIDIESE EN EL CAP, ESTE ABRE

OTRA SESION CONTRA OTRO SERVIDOR, VIA UN SERVIDOR INTER-

MEDIO ( BROKER ), QUE SE ENTIENDE CON BASES DE DATOS HETE-

ROGENEAS.

3_ TRAS ENCONTRAR EL CONTENIDO DESEADO, EL USUSARIO ABRE

UN CANAL INTERACTIVO CON EL SERVIDOR DE VIDEO ( VIDEO SER-

VER o VIDEO PUMP ), COMO SI FUERA UN VCR, GENERANDOSE UNA

DESCARGA EN TIEMPO REAL ( STREAMING ).



CAP

Browsingdatabase

Broker

Search and Open IC

Interactivechannel

Interactivechannel

ServerApplication

Video Pump

Open Interactive channel(if appropriate)

Search

Customer

Content ProviderArchive

Video Pump

Browsingdatabase

ServerApplication

Interactivechannel

Client Application

Viewer

SearchOpenInteractive channel

Video Stream Control

Customer

Content ProviderArchive

Video Pump

Browsingdatabase

ServerApplication

Interactivechannel

Client Application

Viewer

SearchOpen

Interactive channel

Video Stream Control

Search Search

Search and Open IC

Search

Update Update

Open ICOpen IC

12

4

1 2

33

3 3

4



PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



podrían serla misma Red

interfacesindependientespara cada canal

video por satélite: arquitectura de red /1



ARCHIVOPROVEEDOR DECONTENIDOS

PROVEEDOR DECONTENIDOS

ARCHIVO

NODO DEACCESO

NODO DEACCESO

ARCHIVO

USUARIOUSUARIO

USUARIOUSUARIO

USUARIOUSUARIO

PUNTO DE ACCESOA INFORMACION DEL

PROVEEDOR DE SERVICIOSDONDE SE REPLICAN LOS

CONTENIDOS MASDEMANDADOS

CAP( Common Access Point )

RED DETRANSPORTE

RED DEACCESO



Canal de BROADCAST

IP-MPLS / ATM

SDH / EO

RDSI Internet

ADSL

downstream

channel

ADSL

interactive

channel

SAT

DVB-S

SITRDSI

Inte

rne

t

Canal de BROADCASTCanal de BROADCAST

Canal INTERACTIVO Canal INTERACTIVO

RED DE ACCESORED DE TRANSPORTE

DVB-RCS

ADSLADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)DVBDVB--SS (Digital Video Broadcasting - Satellite)DVBDVB--RCSRCS (DVB – Return Channel Satellite)RDSI RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)

IPIP (Internet Protocol)MPLSMPLS (MultiProtocol Label Switching)ATM (Asynchronous Transfer Mode)SDHSDH (Synchronous Digital Hierarchy)EOEO (Ethernet Optica)RDSI RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)



SI CANAL INTERACTIVO TIPO_RDSI ( 2B+D ):

.- UN CANAL-B PARA NAVEGACION

.- OTRO CANAL-B PARA VIDEO PUMP (SIMULACION VCR)

LAS TECNOLOGIAS ATM Y RDSI ESTAN EN DESUSO EN LA AC-TUALIDAD.

SI CANAL INTERACTIVO TIPO-SIT (SATELLITE INTERACTIVETECHNLOGIES) -> TECNOLOGIA_VSAT

EL CANAL INTERACTIVO VIA SATELITE (DVB-RCS) PUEDE SERDE INTERES EN AQUELLOS ENTONOS GEOGRÁFICOS CON ES-CASA PRESENCIA DE LA RED FIJA.



DVB For

ward L

ink

DVB Forward LinkSIT Return Links

SIT

Ret

urn

Link

s

HubStation

FeederStation

BroadcastServiceProvider

BroadcastNetworkAdapter

InteractiveServiceProvider

InteractiveNetworkAdapter SIT SIT SIT SIT

FIP (dentro del canal BROADCAST) y RIP

con tecnología SIT

FIP FIP (Forward Interactive Path)RIPRIP (Return Interactive Path)


PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



DATOS MPEG-2 ( AUDIO )

MPEG-2 ( PS )

PDH / SDH

MPEG-2 ( VIDEO )

MPEG-2 ( PES )

MPEG-2 ( TS )

AAL-1

ATM

Canal BROADCAST / Red de TRANSPORTE ( Opción_1 )

para SAC (Servicio de AccesoCondicional), por ejemplo

Private Section(ni audio ni video)

ATM Adaptation Layer – 1 (AAL1), quesolo soporta CBR (Constant Bits Rate)

video por satélite: pilas de protocolos /1



ATM / PDH / SDH

MPEG-2 / PS

Canal BROADCAST / Red de TRANSPORTE ( Opción_2 )

MPEG-2 ( TS )

IP

UDP TCP

para datos auxiliares(sistema de acceso

condicional,…)

si sobre ATM -> AAL-5que admite VBR (Variable Bits Rate)

para audio y video;evita el retardoasociado a TCP


Canal BROADCAST / Red de ACCESO

DATOS MPEG-2 ( AUDIO )

MPEG-2 ( PS )

MPEG-2 ( VIDEO )

MPEG-2 ( PES )

MPEG-2 ( TS )

para SAC, por ejemplo Private Section

ADSL / DVB-S



Canal INTERACTIVO ( Red de TRANSPORTE )

SDH / PDH

AAL-5

IP

DSM-CC ( UU ) HTTP

TCP

ATM

Digital Storage Media,Command and Control,User to User interaction admite VBR

para manejo interactivo del canal de vídeo( VCR like Control ), destinando a ello, por

ejemplo, un canal-B

para NAVEGACION, Búsqueday Selección (el otro canal_B,

por ejemplo )



Canal INTERACTIVO - Red de ACCESO ( sobre RDSI )

DSM-CC ( UN )

IP

PPP

TCP

Point to Point Protocol ( Multilink PPP )( Conexión entre redes a nivel de enlaces )

Digital Storage Media,Command and Control

( User - Network )




Canal INTERACTIVO - Red de ACCESO ( sobre SIT )

10-Base-T

802.3MPEG-2 / PS

DVB-RCS

MPEG-2 / TS

IP

FIP

10-Base-T

802.3

IP

RIP

802.3

IP

UDP / TCP

10-Base-T

APLICACION

IDU -> In Door Unit

ODU -> Out Door Unit

UIUNIU

MPEG-2 / TS

MPEG-2 / PS

DVB-S

NIUNIU (Network Interface Unit)UIUUIU (User Interface Unit)


RxTx

IDU

User Device/Client(e.g. PC, IRD, TV)

e.g. 10 base T,IEEE 1394,

USB

10 MHz Ref.

2500 - 3000 MHz;Tx On/Off (22kHz PWK)

950 - 2150 MHz

IDU(In Door Unit)

ODU (Out Door Unit):Antena + Low Noise Block



PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



video por satélite: estándar DVB-S /1

RELOJ

MPEG-2

(8)(8)

(I)FORMACIONBANDA BASE (Q)

CABLE (RF)ModuladorQAM

(m) (m)CODIFICADORDIFERENCIAL

CONVERSOR

BYTE -> m

(8)

(8)

S

ENTRELAZADOCONVOLUCIONAL

CodificadorREED-SOLOMON

Inversión SYNC1ALEATORIZADOR

INTERFAZFISICO (BB)

estándar DVB-Cestándar DVB-C

las primeras etapas (aleatorización, codificación RS y entrelazado) del estándar DVBDVB--SS(Digital Video Digital Video BroadcastingBroadcasting –– SatelliteSatellite) son similares a las correspondientes del estándarDVB-C, ya analizada en el tema anterior.

la diferencia entre ambos radica en que, debido a la mayor “agresividad” del medio radioe-léctrico, el estándar DVB-S incorpora una codificación adicional, de tipo convolucional, y utili-za una modulación más “robusta” (menos densa) que la n-QAM del estándar DVB-C.



modulación QPSK(en lugar de la n-QAM del DVB-C)

aleatorización, codificación Reed-Solomony entrelazado convolucional,

(similares a los del estándar DVB-C)

codificación convolucional(que no existe en DVB-C)



modulador modulador QPSK QPSK

codificadorcodificadorconvolucionalconvolucional

Q

I

razón de codificación:1/2 , 2/3 , 3/4 , 5/6 , 7/81/2 , 2/3 , 3/4 , 5/6 , 7/8

roll-off:αα ≤≤ 0,350,35

I

QI=0Q=0

I=0Q=1

I=1Q=0

I=1Q=1 ( ) ( )WWQPEB −≈⋅≈ exp22

si si EEbb/N/N00 >> >> la probabilidad de error en bitsla probabilidad de error en bits

(PEB, o BER) ser(PEB, o BER) seráá::

RB

NC

BNRC

NE

W b ⋅

=== /

/0



SS22SS00 SS11

CC22

CC11

CODIFICADOR CONVOLUCIONALCONVOLUCIONAL:

registro de Desplazamiento de k etapasn sumadores módulo-2

TABLADE ESTADOS

Y TRANSICIONES

ESTADO INICIAL SALIDA

S0 S1ESTADO

ENTRADAESTADO C1 C2

0 00 0

aa

01

ab

0 01 1

0 10 1

cc

01

ab

1 10 0

1 01 0

bb

01

cd

1 00 1

1 11 1

dd

01

cd

0 11 0

r = razón = bits salida/bits entrada = 2 tra

nsparencia de refresco

transparencia de refre

sco

(ya vista en el tema 3)




OUTER CODE ( REED-SOLOMON )INNER CODE ( VITERBI )

10-11 / 10-12≈ 2 x 10-410-1 / 10-2

ganancia de los códigos convolucional y RS, hasta obtener el flujo QEF (QuasiError Free), y relación Eb/N0 en función de la razón del código convolucional


( ) ( ) Mbpsrr

nR

rr

RR

SREEDCONVC

S

SREEDCONVC

bU 6,34

188/2042/3

2125,28

..

=⋅

⋅=

⋅⋅

=⋅

=−−

( ) ( ) MHzB

RRn

RB SS

b 125,2828,1

36)1(

11 ==+

=→+=+=α

αα



el estándar DVBDVB--S2S2 (EN 302307), aprobado en 2005, introdu-ce las siguientes novedades (con relación al DVB-S):

flexibilidad ACM (Adaptative Coding and Modulation), que permite implementar esquemas de protección diferentes para cada servicio (TV, HDTV,..), sin perjuicio del BC-BS (Backwards Compatible Broadcast Services), merced al que los receptores DVB-S puedan descodificar parte de la señal DVB-S2.

-->> con el ACM, tanto la FEC como el esquema de modulación se establecen trama a trama, y estación por estación, en función de las condiciones meteorológicas y/o los requerimientos del cliente.

video por satélite: estándar DVB-S2 /7


DVB-S2 soporta cuatro modos de modulación: QPSK y 8PSK para transpondedores no-lineales (cerca de saturación), y 16APSK y 32APSK para transpondedoressemi-lineales (en los que prima el throughput frente a la eficiencia en potencia), así como tres factores de redondeo: 20%, 25%, y 35%.

-->> en términos de C/N, DVB-S2 puede operar desde -2 dBcon modulación QPSK hasta 16 dB con modulación 32 APSK (Amplitude-Phase Shift Keying).



como FEC (Forward Error Correction), y en lugar de la concatenación Reed-Solomon más Viberbi del DVB-S, usa una concatenación de código externo tipo BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) con código interno LDPC (LowDensity Parity Check, con razones 1/4, 1/3, 2/5, 1/2,… 8/9, y 9/10), que alcanza prestaciones tan solo 0,7 dB por debajo del límite de Shannon.

-->> a efectos de FEC, y según la sensibilidad de la aplicación al retardo, se utilizan dos tramas: la normal, de 64.800 bits, y la corta, de 16.200 bits.




y más concretamente, en el estándar DVBDVB--S2S2 se utilizan los shortenedshortened BCH BCH

shortenedshortened BCH BCH n* = (2m – 1) - s bits

palabra-código

k* = k - s bits

palabra-fuente

verificándose también que: n* n* -- k* k* ≤≤ mm x t t (tal que mm ≥≥ 33) ddminmin = 2= 2 x t t -- 11

los códigos BCH BCH (Bose Chaudhuri Hocquenghem ) son un subconjunto de códigos cíclicos, bien de tipo binario o bien de tipo no-binario (como los

Reed-Solomon, por ejemplo); los de tipo binario verifican:

codificador BCH codificador BCH n = 2m – 1 bits

palabra-código

k bits

palabra-fuente

verificándose que: n n -- k k ≤≤ mm x t t (tal que mm ≥≥ 33) ddminmin = 2= 2 x t t -- 11



00 -> 00001 -> 01110 -> 10111 -> 110

palabra-código errónea

palabra-código asociada auna secuencia de fuente

100 -> 101 ->110 -> 111 ->

000 -> 001 ->010 -> 011 ->

dmín

1t t

capacidad del código para corregircorregir errores = t = (1/2) • [dmín – 1]

capacidad del código para detectar detectar errores = dmín - 1 = 2t


sco


sco





los códigos LDPC LDPC (Low Density Parity Check ) fueron propuestos por R. Gallageren 1960, y se caracterizan por su matriz de paridad HH, con nn--kk filas y nn columnas,

tiene muy pocos “1” y éstos se distribuyen de forma aleatoria

codificador LDPC codificador LDPC n bits

palabra-código

k bits

palabra-fuente razrazóón = n = nn // kkddminmin ≤≤ nn -- k +1k +1

ff3 3

productos de chequeo

palabra-código palabra-código

ff1 1

ff0 0

ff2 2

en la figura de abajo se representa la matriz de paridad, HH, de un código LDPCcon k=4k=4 y n=8n=8; si la palabra-código recibida (ccii) fuese correcta, todos los productos

de chequeo (ffii) debieran se iguales a cero



la concatenación de codificadores Reed-Solomon y Convolucional del estándar DVB-S se sustituye en el DVB-S2 por la concatenación de codificadores BCH y LDPC,

ambos de bloque, porque esta última concatenación “escala” mejor(es más fácil de implementar en el caso de regímenes binarios elevados)

outerouterencoderencoder

((N,KN,K))DDminmin

equivalentequivalentencoderencoder((Nn,KkNn,Kk))DDminmin ddminmin

innerinnerencoderencoder

((n,kn,k))ddminmin

innerinnerencoderencoderLDPCLDPC

(raz(razóón=3/5) n=3/5) (38.880 x 5/3)

64.800 bits38.880 bits38.688 bits

(38.688 + m x t)ejemplo de

configuración DVB-S2

outerouterencoderencoder

BCHBCH(m=16 / t=12) (m=16 / t=12)


32APSK32APSK

QPSKQPSK 8PSK8PSK

16APSK16APSK




DVBDVB--S2 S2 versusversus DVBDVB--S S ( B ≈ 37 MHz )

22

( )Mbps

razonnB

RLDPC

UTIL 5932

25,13371

1 ≈⋅⋅

=⋅+⋅

=α

48/8,334311/8,334216/8,332120/8,332

→⇒→⇒→⇒→⇒

MPEG

MPEG

MPEG

MPEG



SDTV HDTV 576i 720p 1080i 1080p

Cuadros/seg 25 50 25 50Campos/Cuadro 2 1 2 1Barrido Entrelazado Progresivo Entrelazado ProgresivoLíneas/Cuadro 625 750 1.125 1.125L.Activas/Cuadro 576 720 1.080 1.080Muestras/Línea 864 1.650 2.640 2.640M.Activas/Línea 720 1.280 1.920 1.920Pixels/Cuadro 414.720 921.600 2.073.600 2.073.600Flujo Binario 270 Mbps 1,485 Gbps 1,485 Gbps 2,97 Gbpscon MPEG-2 12/16 Mbps 16/20 Mbps 24/30 Mbpscon MPEG-4 6/12 Mbps 8/15 Mbps 12/15 Mbps

estándares 720p (SMPTE 296M-2001) y 1080i (UIT-R/BT.709-5), ambos tipo 16:9

MPEG-4 part.10 (H.264 o AVC).transparencia de refre

sco


sco




PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



RECEPCION COLECTIVACOLECTIVA ( SMATV, EN 300 473 ) :( SatelliteMaster Antenna TV )

RECEPCION INDIVIDUALINDIVIDUAL : directamente en FI ( 950-2.050 MHz )con cableado específico al efecto.

BandaBanda--SS ( 230-470 MHz ) : escasa capacidad.

DTM DTM ( Digital TransModulation ):remodulación desde QPSK a 16/32/64-QAM

FIFI ( Frecuencia Intermedia: 950-2.050 MHz ):salvo en los edificios que disponen de IICCTT, exigiría nuevocableado.

video por satélite: recepción SMATV /1



BANDAESPECTRO

( MHz )NUMEROCANALES CANALES

VHF I 47 -68 3 2 - 4

VHF III 174 - 223 7 5 - 11

UHF IV 470 - 590 15 21 - 35

UHF V 590 - 862 34 36 - 69

como se aprecia, la Banda-S (230 – 470 MHz) no se utiliza para recepción de televisión terrenal, por lo que podría emplearse para el transporte de la

televisión vía satélite por el cableado interior de los edificios

canalizacicanalizacióón del espectro para televisin del espectro para televisióón terrenal n terrenal



DTMDTM

QPSKQPSK -->> QAMQAM

CABLEADOCABLEADOINTERIOR DEL EDIFICIO INTERIOR DEL EDIFICIO

R = 40 MbpsB64-QAM = (40/6) x 1,15 ≈ 7,7 MHz

BQPSK = (40/2) x 1,35 ≈ 27 MHz

como se aprecia, merced a la remodulaciónQPSK -> 64QAM, los 27 MHz del trans-

pondedor de un satélite pueden “com-primirse” hasta los 8 MHz de

un canal UHF de televisión

DigitalDigitalTransModulationTransModulation


DTMDTM




bloques funcionales de la recepcibloques funcionales de la recepcióón SMATV enn SMATV enlas modalidades de Frecuencia Intermedialas modalidades de Frecuencia Intermedia

(superior) y de Banda(superior) y de Banda--S (inferior) S (inferior)


BLOQUES FUNCIONALES DEL IRDIRD ( Integrated Receive andDecoder ) PARA EL ESTANDAR DVBDVB--S S Y LA RECEPCION EN

FRECUENCIA INTERMEDIA (IF)

DESCODIFICACION MPEG-2

DEMODULACION_QPSK

DESCODIFICACION DE VITERBI

DESENTRELAZADO

DESCODIFICACION REED_SOLOMON

DESALEATORIZACION



PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



los RCST (Return Channel Satellite Terminal).

DVB-RCS (DVB - RETURN CHANNEL SATELLITE), aprobado porel ETSI en Marzo de 2000.

Arquitectura de red articulada sobre:

el NCC (Network Control Centre) y el NCR (Network Clock Reference).

TR 101 790, DVB I.C.S.D.S.: Guideline for use EN 301 790

Estándar sustentado en dos documentos:

EN 301 790, DVB Interaction Channel for Satellite Distribution System

video por satélite: canal de retorno DVB-RCS /1


DVB-RCS -> articulado sobre DSM-CC (Digital Storage Media – Command and Control),para el control de la bomba de video.

-> con modelo Cliente – Servidor.-> con mecanismo de “sliding windows”.-> con encapsulamientoencapsulamiento MPEMPE, que encapsula los datos en tramas

Ethernet, las cuales se insertan en paquetes MPEG-2/TS (al e-fecto, cada RCST dispone de una dirección_MAC).

tipos de receptores (RCST):

CONSUMER PROSUMER CORPORATE

entre 64 y 144 Kbps 384 Kbps 2 Mbps

≈ 0,75 metros de φ ≈ 0,95 metros de φ ≈ 1,2 metros de φ

≈ 40 dBW de EIRP ≈ 45 dBW de EIRP ≈ 50 dBW de EIRP

≈ 1.000 euros ≈ 3.000 euros ≈ 50.000 euros



enteisotrópico

antena real

EantenaEiso

2

==

isotrópica

antena

EE

GGanancia

= 2

22

ληπ D

G

D

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) == PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Equivalente)== Potencia del Transmisor x Ganancia de la antena



el RCST accede al NCC vía SLOTTED-ALOHA, tras lo cual se produce una asignación de canal tipo FM-TDMA (“Multiple Frecuency, Time Division Mul-tiple Access”): una frecuencia, y, en la misma, uno o varios intervalos de tiempo.

Modulación QPSK con roll-off (α) de 0,35 0,35

DVB-RCS -> banda C (4-8 GHz), banda Ku (12-18 GHz), o banda Ka(~30 GHz)

Codificación Reed-Solomon más codificación Convolucional (de razón 1/2,2/3, 3/4, 4/5, y 6/7), o, en su lugar, turbo-códigos.



acceso múltiple FM-TDMA(se asigna una frecuencia, FM, y, dentro de ella, uno o varios

intervalos de tiempo, TDMA)




HubStaion SIT SIT SIT SIT

RCSTRCST RCSTRCST RCSTRCST RCSTRCSTNCCNCC

ASK

ASK ASK

ASK

mismo canal(compartido)

COLISION

HubStaion SIT SIT SIT SIT

RCSTRCST RCSTRCST RCSTRCST RCSTRCSTNCCNCC

ASK

ACK

ASK

AC

K 2

1

1

2

mismo canal(compartido)

al no recibir el asentimiento ASKlos terminales RCST entienden

que ha habido una colisión,por lo que transmitirán de nuevo(retransmitirán) la solicitud ACK

la solicitud de recursos (frecuenciala solicitud de recursos (frecuenciae intervalo temporal) se realiza mee intervalo temporal) se realiza me--diantediante el protocolo el protocolo SlottedSlotted--ALOHAALOHA

ilustracciilustraccióónn del protocolo Sdel protocolo S--ALOHA ALOHA


REDREDSSII GG

retransmisiones ALOHA: S = G x e-2G

S-ALOHA: S = G x e-G

( ) ( ) ( )

( ) ( ) G

i

k

i

kEXITO

GEXITO

ep

ppkkPkNMI

ppkPentoskenP

eGS

pP

==−⋅⋅=⋅=

−⋅==

===

∑∑∞

=

−∞

=

−

−

11

1int

1

1

1

1

throughtputtráfico ofrecido

número medio de intentos, NMI, hasta envío con éxito (incluido)



D = (eG - 1) x [1,5 m + 2a + W + 0,5 m (K+1)] + 1,5 m + 2a

a -> TIEMPO DE PROPAGACION (EN UN SENTIDO) SATELITAL≈ (2 x 36.000) / 300.000 = 0,24 seg.

eG - 1 -> NUMERO MEDIO DE RETRANSMISIONES FALLIDAS= (G/S) - 1

K -> VALOR MEDIO VARIABLE ALEATORIA DE ESPERA PARARETRANSMISION (típicamente, K= 5)

m -> DURACION DEL PAQUETE = longitud del paquete (L) / capacidad del canal (C)

W -> TIEMPO DE PROCESO EN NCC (típicamente, W ≈ 10 mseg.

tiempo de envío de paquete (hasta intento, final, con éxito)




HubStaion

SITRCSTRCSTNCCNCC

aaaa

1,5 x m

m m

transmisióndel paquete

paquete preparado(media)

m m

W -> tiempo de procesode paquete en el NCC

caso de no recibir el asentimiento en un tiempo 2a+W el terminalentiende que ha habido colisión,por lo que retransmitirá de nuevoel paquete, pero no inmediata-mente (pues volvería a repetirsela colisión), sino tras esperar untiempo aleatorio entre 1xm y Kxm

[ media = m x (1+K) / 2 ]


0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0

0,15 0,3

0,45 0,6

0,75 0,9

1,05 1,2

1,35 1,5

1,65 1,8

1,95 2,1

2,25 2,4

2,55 2,7

2,85 3th

roug

htpu

tS (

norm

aliz

ado

a ca

paci

dad

del c

anal

,C)

tráfico ofrecido GG (normalizado a capacidad del canal,C)

máximo: G=1 -> S=e-1=0,368

S-ALOHA: S = G x e-G

throughtput (S)

tiem

po d

e en

vío

hast

a éx

ito ( DD

)

al objeto de que el retardo DD sea pequeño,se trabaja con un throughtput SS inferior al máximo

(típicamente, S = Smáx/2 =0,368/2 = 0,184)



PILAS DE PROTOCOLOS


ARQUITECTURA DE RED


NORMATIVA TECNICA:



video por satélite: ejemplos de dimensionado /1

como supuesto de partida, se asume que en la red de transportese dispone de un E3se dispone de un E3 (nivel-3 de la PDH, con 34,367 Mbps) y queen dicha red únicamente se aplica la codificación de canal Reed-Solomon, con lo que la capacidad neta será:

34,367 x (188/204) = 31,67231,672 Mbps

MPEG-2 PES

MPEG-2 PES

MPEG-2 PES

MPEG-2 TSTS

MUX 31,672 Mbps

8

1

2

considerando que los canalesde video se codifican según elestándar MPEG-2, a razón (me-dia) de unos 44 Mbps por canal,en la capacidad neta de 31,672Mbps se podrán alojar unos 88canales de video.



supuesta, finalmente, una recepción comunitaria tipo SMAVSMAV--TDMTDM,considerando una modulación 64-QAM con factor de redondeo (α)de 0,15 y recordando que en el cableado interior del edificio sólo se aplica la codificación Reed-Solomon, la banda necesaria será:

[34,367 / 6] x (1+0,15) = 6,59 6,59 MHz

para la cual se puede utilizar un canal de UHF (8 MHz) de la redinterior de distribución de televisión del edificio.

tras la red de transporte, viene el segmento espacialsegmento espacial, en el que,de acuerdo con el estándar DVB-S, hay que añadir la codificaciónconvolucional (supuesta de razón = 2/3) a la de Reed-Solomon,resultando un régimen binario de:

34,367 x (3/2) = 51,5551,55 Mbpsque, en base al estándar DVB-S, requerirá un transpondedor de:

[51,55 / 2] x (1+0,35) = 34,8 ≈ 3636 MHz


NODO DEACCESO



ARCHIVO

NODO DEACCESO

ARCHIVO

RED DETRANSPORTE

( WDM WDM )

( ) ( )( ) 3367,34188/204672,31

672,31/48EMbps

MbpscanalMbpscanalesTV

≡=⋅→=≈⋅

( )

( )UHFcanalMHz

MHzB

QAMDTM

859,659,615,16

367,3415,064/

≤

=⋅=

=− α

( )

MHzB

Mbps

368,3435,1255,51

55,512/3367,34

→=⋅=

=⋅

12 GHz

17 GHz




supuesto el marco inicial ya establecido en las transparencias pre-cedentes (8 canales de televisión digital, codificados a una mediade 4 Mbps/canal, que contabilizan un total de 31,672 Mbps), a con-tinuación se realiza el balance energbalance energééticotico del enlace satelitaldel enlace satelital.

el objetivo de dicho análisis es comprobar que la probabilidad deerror en bits esperada se sitúa dentro del entorno recomendadopor el estándar DVBDVB--S S (es decir, entre 1010--11 y 1010--22).

a continuación, y para una más fácil comprensión del balance e-nergético, en las cuatro transparencias que siguen a continuaciónse refrescan las nociones más básicas de la propagación radioe-léctrica.



RCXbfTRX

RCXTRXTRXRCX LLL

GGPP

⋅⋅⋅⋅

=

RCXRCXbfTRXTRXTRXRCX LGLGLPP −+−+−=

GRCX

PRCX

LRCX

GTRX

LTRX

PTRX

22 44

=

=

cdfd

Lbf

πλπ

d2d1

21

216,0dddd

+⋅

⋅ λ

( )dBdfd

L kmsMHzbf log20log205,324 2⋅+⋅+≡

=λπ



HUBHUBETRETR

ETRETR

ETRETRETRETR

bf

RCXTRXTRX

RCXbfTRX

RCXTRXTRXRCX L

GGPLLLGGP

P⋅⋅

≈⋅⋅⋅⋅

=

BTkLGGP

NC

NLGGP

NP

bf

RCXTRXTRX

bf

RCXTRXTRXRCX

⋅⋅⋅

=→⋅⋅⋅

=

PIREPIRE

( ) kBLTGPIRENC bfETRSATETR −−+= )/(/dB = dBW + (dB/ºk) – dB – (dBW/ºk)

constante de Boltzmann = k = 1,38 x 10-23 Julios/ºk



HUBHUBETRETR

ETRETR

ETRETRETRETR

(WTOT)-1 = (WASC)-1 + (WDES)-1

HUBHUBETRETR

ETRETR

ETRETRETRETR

transpondedorNo-Regenerativo(sólo amplifica y

traslada de frecuencia)

transpondedorRegenerativo

(amplifica, regenera, ytraslada de frecuencia)

PEBTOT = PEBASC + PEBDES

PEBASC

WASC WDES

PEBDES



ENLACEENLACEDESCENDENTE DESCENDENTE

ENLACEENLACEASCENDENTE ASCENDENTE

CC

NDESC

C

NASC DESCASCTOT NNC

NC

+=

( ) ( ) ( ) 111111

−−−−−−

+=→

+

=

→ DESCASCTOT

DESCASCTOT

WWWBR

WBR

WBR

W

111 −−−

+

=+=

+=

→

DESCASC

DESCASCDESCASC

TOT NC

NC

C

N

C

N

C

NN

NC



Número de Canales de TV 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 34,367 x (3/2) Potencia de ETT (P, dBW) 11,761 ETT = Estación Terrena Transmisora Portadora enlace Ascendente (f, GHz) 17 Longitud de onda (λ, metros) 0,018 λ = c/f Diámetro Antena ETT (D, metros) 2,5 Eficiencia de la antena ETT (η, %) 55 Ganancia Antena ETT (G, dB) 50,372 10 x log [η π2 D2 / λ2] PIRE ETT (dBW) 62,133 potencia (P) + ganancia (G) Distancia ETT-Satélite (d, kms) 36.000 (distancia aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, dB) 208,235 32,5 + 20 log f(MHz) + 20 log d(kms) Factor calidad del Satélite (G/T, dB/ºk) 6 Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 C/N nominal (dB) 12,936 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kB) Eb/N0 nominal (W, dB) 11,377 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, dB) 3 (margen para imprevistos: lluvia,…) C/N efectiva (dB) 9,936 (C/N) nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W, dB) 8,377 W nominal - margen(M)

ENLACE ASCENDENTE - TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVO



Número de Canales de TV 8 8 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 36 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 PIRE del Satélite (dBW) 60 60 60 Portadora enlace Descendente (f, GHz) 12 12 12 Longitud de onda (λ, metros) 0,025 0,025 0,025 λ = c/f Distancia Satélite-Usuario (d, kms) 36.000 36.000 36.000 (distancia, aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, dB) 205,210 205,210 205,210 32,5 + 20 log f(MHz) + 20 log d(kms) Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eficiencia de antena de Usuario (η, %) 55 55 55 Ganancia antena de Usuario (G, dB) 33,367 36,290 38,473 10 x log [η π2 D2 / λ2] Temperatura de ruido equipo Usuario (T, ºk) 1.000 1.000 1.000 celeste (60) + del receptor (940) Factor calidad equipo Usuario (G/T, dB/ºk) 3,367 6,290 8,473 G(dB) - 10 log T(ºk) Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 1,38E-23 1,38E-23 C/N nominal (dB) 11,196 14,118 16,301 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kB) Eb/N0 nominal (W, dB) 9,636 12,559 14,742 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, dB) 3 3 3 (margen para imprevistos: lluvia,…) C/N efectiva (dB) 8,196 11,118 13,301 (C/N) nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W, dB) 6,636 9,559 11,742 W nominal - margen(M)

ENLACE DESCENDENTE - TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVO



Número de Canales de TV 8 8 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 36 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eb/N0 efectiva E.Ascendente (WASC, dB) 8,377 8,377 8,377 Eb/N0 efectiva E.Ascendente (WASC) 6,881 6,881 6,881 antilog (WASC, dB) Eb/N0 efectiva E.Descendente (WDES, dB) 6,636 9,559 11,742 Eb/N0 efectiva E.Descendente (WDES) 4,609 9,034 14,934 antilog (WDES, dB) Eb/N0 efectiva Enlace Satelital (WTOT) 2,760 3,906 4,711 (WTOT)-1 = (WASC)-1 + (WDES)-1 Probabilidad de Error en Bits (PEB) 6,3E-02 2,0E-02 9,0E-03 QPSK -> PEB ≈ exp (-WTOT)

TRANSPONDEDOR NO-REGENERATIVOENLACE SATELITAL TOTAL (ASCENDENTE "más" DESCENDENTE)

como se aprecia, la probabilidad de error en bits del enlace satelital total (ascendente “más” descendente) se inscribe en el entorno recomendado por el estándar DVB-S, es decir entre 10-1 y 10-2



igual que en el caso de


transpondedor

transpondedor nono--re

generativo

regenerativo

Número de Canales de TV 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 34,367 x (3/2) Potencia de ETT (P, dBW) 11,761 ETT = Estación Terrena Transmisora Portadora enlace Ascendente (f, GHz) 17 Longitud de onda (λ, metros) 0,018 λ = c/f Diámetro Antena ETT (D, metros) 2,5 Eficiencia de la antena ETT (η, %) 55 Ganancia Antena ETT (G, dB) 50,372 10 x log [η π2 D2 / λ2] PIRE ETT (dBW) 62,133 potencia (P) + ganancia (G) Distancia ETT-Satélite (d, kms) 36.000 (distancia aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, dB) 208,235 32,5 + 20 log f(MHz) + 20 log d(kms) Factor calidad del Satélite (G/T, dB/ºk) 6 Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 C/N nominal (dB) 12,936 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kB) Eb/N0 nominal (W, dB) 11,377 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, dB) 3 (margen para imprevistos: lluvia,…) C/N efectiva (dB) 9,936 (C/N) nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W, dB) 8,377 W nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W) 6,881 antilog (W, dB) Probabilidad de Error en Bits (PEB) 1,0E-03 QPSK -> PEB ≈ exp (-WTOT)

ENLACE ASCENDENTE - TRANSPONDEDOR REGENERATIVO





transpondedor

transpondedor nono--re

generativo

regenerativo

Número de Canales de TV 8 8 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 36 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 PIRE del Satélite (dBW) 60 60 60 Portadora enlace Descendente (f, GHz) 12 12 12 Longitud de onda (λ, metros) 0,025 0,025 0,025 λ = c/f Distancia Satélite-Usuario (d, kms) 36.000 36.000 36.000 (distancia, aproximada) Pérdidas de propagación (Lbf, dB) 205,210 205,210 205,210 32,5 + 20 log f(MHz) + 20 log d(kms) Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 Eficiencia de antena de Usuario (η, %) 55 55 55 Ganancia antena de Usuario (G, dB) 33,367 36,290 38,473 10 x log [η π2 D2 / λ2] Temperatura de ruido equipo Usuario (T, ºk) 1.000 1.000 1.000 celeste (60) + del receptor (940) Factor calidad equipo Usuario (G/T, dB/ºk) 3,367 6,290 8,473 G(dB) - 10 log T(ºk) Constante de Boltzmann (k, Julios/ºk) 1,38E-23 1,38E-23 1,38E-23 C/N nominal (dB) 11,196 14,118 16,301 PIRE + (G/T) - Lbf -10 log (kB) Eb/N0 nominal (W, dB) 9,636 12,559 14,742 (C/N) + 10 log (B/R) Margen operativo de Seguridad (M, dB) 3 3 3 (margen para imprevistos: lluvia,…) C/N efectiva (dB) 8,196 11,118 13,301 (C/N) nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W, dB) 6,636 9,559 11,742 W nominal - margen(M) Eb/N0 efectiva (W) 4,609 9,034 14,934 antilog (W, dB) Probabilidad de Error en Bits (PEB) 1,0E-02 1,2E-04 3,3E-07 QPSK -> PEB ≈ exp (-WTOT)

ENLACE DESCENDENTE - TRANSPONDEDOR REGENERATIVO



como se aprecia, para un mismo balance energético el transpondedor regenerativo aporta mayor calidad (menor probabilidad de error en bits) que el no-regenerativo;

no obstante, y por razones varias (tecnológicas, económicas,..), la gran mayoría de lostranspondedores actuales son de tipo no-regenerativo

Número de Canales de TV 8 8 8 Régimen medio por Canal (Mbps) 3,959 3,959 3,959 Régimen binario resultante (Mbps) 31,672 31,672 31,672 8 x 3,959 Corrección por Reed-Solomon (Mbps) 34,367 34,367 34,367 31,672 x (204/188) Corrección por C.Convolucional (R, Mbps) 51,551 51,551 51,551 34,367 x (3/2) Ancho banda del Transpondedor (B, MHZ) 36 36 36 QPSK -> B ≈ (R/2) x 1,35 Diámetro antena de Usuario (D, metros) 0,5 0,7 0,9 PEB enlace Ascendente (PEBASC) 1,0E-03 1,0E-03 1,0E-03 PEB enlace Ascendente (PEBDES) 1,0E-02 1,2E-04 3,3E-07 Probabilidad de Error en Bits Total (PEBTOT) 1,1E-02 1,1E-03 1,0E-03 PEBASC + PEBDES

ENLACE SATELITAL TOTAL (ASCENDENTE "más" DESCENDENTE)TRANSPONDEDOR REGENERATIVO



por último, y supuesto un canal de retorno canal de retorno también satelitalsatelital, acor-de con el estándar DVBDVB--RCSRCS, en las siguientes transparencias serealiza un ejemplo de dimensionado del mismo; en dicha línea:

primero se dimensiona la parte destinada a solicitud de recur-sos: solicitud de frecuencia y de intervalo temporal, medianteel protocolo S-ALOHA, para el establecimiento del canal de retorno propiamente dicho.

y a continuación se dimensiona el canal de retorno (propia-mente dicho) que se utilizará para controlar la descarga de los programas multimedia.



premisas de partida (11):

portadoras de 512 512 kbpskbps de capacidad neta (a nivel de flujo-IP,sin contar las cabeceras-Ethernet, la codificación de canal,...);cada portadora se estructura en 88 intervalos temporales, de64 kbps de capacidad cada uno.

canales SS--ALOHAALOHA, de 64 64 kbpskbps, “mapeados” sobre las portado-ras “físicas” de 512 kbps, con eficiencia (throughtput ) del 20%

codificacicodificacióónn Reed-Solomon 204/188, y codificación convolu-cional de razón 6/7.

abono de 1.000 clientes1.000 clientes, cada uno de los cuales, en la hora cargada (HC) y de media, activa trestres veces el canal de retorno.


premisas de partida (22):

la activación del canal de retorno comienza con el envío (conéxito, es decir sin colisión) de un paquete de 300 paquete de 300 bytesbytes de so-licitud de recursos (frecuencia e intervalo temporal) según elprotocolo SS--ALOHAALOHA.

tras ello, el usuario utiliza el canal de retorno (frecuencia y slot, con 64 kbps de capacidad) durante una media de 22 mi-nutos por activación.

como requisito de calidad, se fija disponer de intervalos tem-porales libres para el 99%99% de las solicitudes (para lo que la Erlang-B exige unos 1,2 servidores por cada erlang ofrecido).

en el régimen binario final se estimará una sobrecarga sobrecarga del10% debido a cabeceras (Ethernet, MPEG-2/TS,…).




número de canalescanales SS--ALOHAALOHA (de 64 kbps) necesarios:

capacidad soportada por los canales S-ALOHA

capacidad demandada por los usuarios ≤

n CANALES S-ALOHA x (64 kbps/canal x 0,2) = (12,8 x n) kbps

1000 clientes x 3 activaciones/cliente/HC x 300 bytes/activación= 900.000 bytes/HC = 900.000 (8/3600) bps = 2 2 kbps

2 ≤ (12,8 x n) -> n = 1n = 1 canal S-ALOHA(un intervalo temporal, de 64 kbps)



retardoretardo en la asignación del canal de retorno:

D = (eG - 1) x [1,5 m + 2a + W + 0,5 m (K+1)] + 1,5 m + 2a

a -> TIEMPO DE PROPAGACION (UN SENTIDO) SATELITAL= (2 x 36000) / 300000 = 0,24 seg.

eG - 1 -> NUMERO MEDIO DE RETRANSMISIONES FALLIDAS= (G/S) - 1 = (0,26/0,2) - 1 = 1,3 - 1 = 0,3

K -> VALOR MEDIO VARIABLE ALEATORIA = 5

m -> DURACION DEL PAQUETE = (300 x 8) / 64000 = 0,0375 seg.

D = 0,726 seg.

W -> TIEMPO DE PROCESOS = 0,010 seg.



número de canales de trcanales de trááficofico (de 64 kbps) necesarios:

tráfico por cliente = t = tiempo ocupación / tiempo observación= 3 x 2 minutos / HC = 6 / 60 = 0,10,1 erlangs

tráfico total = A = número de clientes x t = 1000 x t = 100100 erlangs

Gos = 0,99 -> B(N,A) = 0,01 -> 1,21,2 servidores por erlang ofrecido

N = número de servidores = número de canales de tráfico= 100 x 1,2 = 120120 canales de tráfico



ancho de bandaancho de banda requerido para el canal de retorno:

1 canal S-ALOHA + 120 canales de tráfico = 121121 canales

1 portadora de 512 kbps ≡ 8 x 64 kbps ≡ 8 canales-> 121 / 8 = 15,1 -> 1616 portadoras

régimen total por portadora:512 x (204/188) x (7/6) x 1,1 = 713713 kbps

ancho de banda por portadora:(713/2) x (1+0,35) = 481,275481,275 kHz

ancho de banda total = 16 x 481,275 kHz ≈ 7,7 7,7 MHzMHz


gracias

6 distribucion video por satelite (2007) - ocw...

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