: архив : архив журнала "625" : 2003 : #05

Но это моя сеть! Ловушки распределенных сетей
Дэнни Вилсон

Дэнни Вилсон (Danny Wilson) является президентом компании Pixelmetrix. В его активе – 15 лет работы в фирме Hewlett-Packard, где он участвовал в работе по созданию анализатора транспортного потока MPEGScope и первой в мире тестовой системы ATM/B-ISDN. Появление этих устройств значительно ускорило развитие и распространение технологии ATM.

От редакции: во время пребывания на выставке NAB 2003 редакторы журнала "625" встретились и пообщались с представителями компании Pixelmetrix. По ряду причин эта статья не вошла в обзор, посвященный телевизионным измерениям ("625", 2003 г., №4). Однако мы посчитали, что она может быть интересна широкому кругу наших читателей, особенно в свете все большего широкого распространения сетевых технологий для передачи телевизионных программ.

Совершенствование технологии цифровой компрессии MPEG-2 и построения сетей в сочетании с многопотоковой передачей данных при помощи пакетирования должно позволить операторам использовать одну сеть для реализации сразу нескольких услуг. И хотя такое распределение сетей приводит к повышению эффективности и качества услуг, в этом есть и определенный риск. Имея это в виду и базируясь на опыте, накопленном фирмой Pixelmetrix, автор статьи хочет обратить внимание на некоторые возможные проблемы. Обеспечение непрерывности вещания с учетом этих проблем требует наличия мощных инструментов мониторинга и эффективной системы обеспечения качества, целостности и достоверности сигнала и информации. Стратегия состоит в эффективном мониторинге, который позволяет выявлять проблемные участки и обеспечивает генерацию и доставку важной технической информации соответствующим специалистам своевременно и в удобном для восприятия виде. Это дает возможность облегчить разрешение неопределенностей, возникающих в процессе совершенствования сетевых технологий.

Технологический прогресс
Прогресс в области компрессии и цифрового кодирования изображения, звука, данных и сопутствующей информации позволил поставщикам мультимедиаинформации и вещателям предложить своим клиентам широкий ассортимент современных и весьма выгодных услуг. Этот прогресс в сочетании с тенденцией глобализации предоставляет возможность охвата большего количества людей на значительно больших территориях. С этим же связана необходимость предоставления услуг по максимально низкой цене, что, в свою очередь, требует снижения численности персонала, занятого обслуживанием географически удаленных сетей.

В то же время, вещательные сети видоизменились от простых телевизионных до мультисервисных информационных, по которым теперь передаются потоки видео в формате MPEG, цифровой звук, данные и метаданные. Пакетирование и многопотоковая технология в телевидении и MPEG-2 для видеокомпрессии широко используются сегодня телевещателями для распространения множества каналов со сложным контентом, включающим в себя, помимо видео, звуковое сопровождение на разных языках, титры и крупные планы персонажей, а также интегрированные мультимедиаданные. Все это позволяет операторам транспортных сетей, будь то спутниковые, телекоммуникационные или IP-сети, консолидировать трафик различных типов в одной унифицированной сети.

Теория и практика
Хотя в теории эта тенденция должна привести к повышению эффективности и качества услуг, сложности, которые ей сопутствуют, делают задачу выяснения того, что же реально происходит в сети (и какие неполадки следует устранять), как никогда трудной. Сегодня путь прохождения сигнала абсолютно изменился с того момента, когда он представлял собой простую линию, зачастую состоящую из компонентов одного производителя или поставщика. Сейчас это сложная комбинация оборудования, больше напоминающая компьютер или телекоммуникационную сеть, как правило, состоящая из частей, произведенных различными фирмами, и собранная воедино при помощи узлов третьих производителей.

С другой стороны, эволюция в сфере вещательных технологий привела к изменению динамики самой телевизионной индустрии, которая стала невероятно сложной. Такие проблемы обслуживания сетей, как ослабление сигнала или ошибки, накапливающиеся по мере его прохождения, должны быть выявлены и откорректированы до того, как это приведет к фатальным последствиям.

В этом ключе обеспечение надежности вещания требует немедленной информации в режиме реального времени, для того, чтобы предпринимать соответствующие действия.

Использование человеческого зрения для проверки качества изображения больше не представляется допустимым, более того, эта задача является практически невыполнимой. Даже если артефакты можно заметить визуально, определить причину их появления не так-то просто. Если все же это возможно, структура реальных проблем гораздо более сложна и выражается не только в ухудшении качества изображения.

Сбор и анализ информации о качестве услуг (Quality of Service) – это первый шаг. Однако удостовериться в том, что сигналы отправлены корректно, недостаточно для того, чтобы быть уверенным в правильной доставке программ потребителю. Именно на этом этапе необходима проверка качества сигнала и целостности контента. И наконец, если проблема выявлена, сигнал тревоги и информация об ошибке доставляются тем, кто должен предпринимать определенные действия по устранению неисправности.

Соглашения об уровне услуг (Service Level Agreements (SLAs))
Хотя распределение сети помогает снизить расходы путем максимизации полосы пропускания и минимизации потерь благодаря возможности вставки дополнительных данных, существует риск того, что из-за этого пострадает целостность сигнала. В тех случаях, когда возникает необходимость вставки дополнительных данных, может сложиться ситуация, при которой общий объем данных, подлежащих передаче, превышает возможности сети по полосе пропускания. Это может привести к "выпадению данных из трубы", то есть большой объем информации стоит в очереди на передачу, но передача невозможна. Риск потери данных из-за недостаточной пропускной способности или неэффективного управления ею – это слишком высокая цена для всех участников цепи передачи видео.

Поэтому высокоэффективные измерения являются весьма важными для определения соглашений об уровне услуг (SLA) и штрафов за недоставку услуг с заданными параметрами. SLA – это договор, определяющий как условия оказания услуг, так и компенсации, которые получает пользователь в случае нарушения этих условий. Фактически, это документ, призванный помочь всем заинтересованным сторонам избежать неопределенных ситуаций.

Параметры качества услуг
Определение параметров и уровней качества услуг позволяет создать взаимопонимание, поскольку знание об исключениях из этих норм помогает вещателям и операторам передачи отстаивать свои позиции корректно. Качество услуг обычно состоит из двух факторов: качества сигнала и целостности контента.

Качество сигнала обычно определяется такими физическими факторами, как ВЧ-мощность, частота и уровень ошибок BER. На эти факторы воздействуют в основном природные причины (топография местности), износ оборудования, кабелей, а также величина зоны покрытия. Вероятность воздействия каждой из этих причин определяет своевременность доставки услуги и уровень ошибок.

Помимо этого, в условиях такой сложной обстановки вещатели должны уделять еще больше внимания доставке контента от точки к точке и убеждаться в том, что отправленное доставлено по назначению. Проверка того, что сигнал отправлен "правильно" еще не гарантирует, что определенные программы успешно доставлены целевой аудитории. Некоторые информационные профили программы могут быть изменены в процессе кодирования, мультиплексирования, декодирования, перекодирования и ремультиплексирования. В результате параметры услуги, такие, как язык, звук или субтитры, могут быть сформированы некорректно.

Реклама, будучи основным источником дохода вещателей, также представляет собой объект вставки региональных субъектов телевизионной деятельности. И понятно стремление рекламодателей убедиться в том, что их реклама не только вышла в эфир в оговоренное время, но она вышла еще и в оговоренном виде. Система верификации вставки рекламы – части контента – позволяет рекламодателям убедиться в этом, что добавляет ценности услуге, обеспечиваемой владельцем медиаструктуры.

Хотя соглашение об уровне услуг определяет условия обеспечения этих услуг для их поставщика и потребителя и очерчивает параметры, которым эти услуги должны соответствовать, возникает вопрос: "А как узнать, нарушаются эти параметры или нет? Где подтверждение?"

Испытание
Если бы каждая транспортная сеть была предназначена только для одной цели или единственного пользователя, все было бы просто. Однако транспортные сети сегодня содержат данные потокового вещания, Интер- нет, другую информацию плюс телевизионные сигналы. Проблемы, возникающие в результате "деликатных взаимоотношений" различных типов медиаданных, являются серьезным испытанием для системы управления сетью: Как обнаружить, что увеличение трафика данных вредит телепрограммам? И даже если это удается выяснить, кого в этом винить?

Для решения проблемы вещатели вынуждены осуществлять мониторинг этих новых цифровых сетей. В связи со все большим распространением дистанционного управления работой устройств и систем становится обычной ситуация, когда один оператор отвечает за мониторинг сотен каналов и тысяч путей сигнала. Сюда могут входить программы со звуковыми дорожками и субтитрами на различных языках.

Хотя мы все знаем, что доставка контента по цифровым сетям от точки до точки без потерь и вовремя является очень важной, есть большая вероятность того, что по мере прохождения сигнала будет наблюдаться его ослабление и накопление ошибок. Это может привести к параличу сети, что сделает передачу невозможной.

Тот ряд проблем, что будет рассмотрен дальше, является исключительно следствием прогресса в сфере цифровой транспортной инфраструктуры. Вследствие широкого применения видеокомпрессии для доставки большого числа каналов, содержащих ценный программный контент, необходимо использовать новые средства мониторинга, позволяющие убедиться в качестве и надежности сети.

Сегодня важна комплексная стратегия превентивного мониторинга, позволяющая обеспечить высокий уровень не только качества сигнала, но и соответствие заданным параметрам всего программного контента. Сохранение целостности сигнала на всем протяжении тракта передачи видео представляется существенным требованием к любой эффективной стратегии мониторинга. В настоящее время есть насущная необходимость в системе мониторинга, управления и обслуживания нового поколения сетей с большим числом пользователей, различными медиаданными и широким географическим покрытием.

Превентивный мониторинг
Эффективный мониторинг цифровых телевизионных сетей требует постоянной и одновременной оценки состояния большого числа контрольных точек вещательной цепи от студии до приемника в режиме реального времени. Эти контрольные точки должны давать информацию, позволяющую оценить качество как самого сигнала, так и услуги в целом. Имея в виду сложную структуру современного программного мультиплексированного потока, определение соответствия или несоответствия программного контента параметрам вряд ли можно считать простой задачей. Для минимизации конфигурации системы и упрощения процесса настройки важно, чтобы мониторинговая платформа быстро "запоминала" вещательные настройки или получала основные установки от внешнего источника, например, системы автоматизации. После включения любые отклонения мультиплексированной структуры от желаемых параметров должны быть немедленно выявлены и по возможности устранены.

Полученная в результате мониторинга (в режиме реального времени) важная информация в простой для понимания форме должна быть доступна и для удаленных рабочих мест. Элементарные сигналы типа "красный огонек, зеленый огонек" предназначаются для нетехнического персонала, в чьей ответственности может находиться огромное число различных функций вещательной станции.

Как только проблема выявлена, необходимо своевременно отправить сообщения и информацию о ней тем, в чью компетенцию входит решение этой проблемы. Предупреждения о нестабильности системы должны быть легко доступными по корпоративным сетям LAN, Интернету, электронной почте, могут доставляться на карманный пейджер и даже в виде текстовых сообщений на мобильный телефон. А для того, чтобы обслуживающие инженеры получали четкое объяснение о характере отклонения системы от нормы, необходимо генерирование комплексных предупреждающих сообщений.

Семейство DVStation
Компания Pixelmetrix сконцентрировалась на создании полнофункциональных станций мониторинга, способных анализировать тысячи параметров сотен цифровых телевизионных сигналов. Благодаря использованию дополнительных модулей и параллельной обработке информации мониторинг параметров осуществляется в режиме реального времени, непрерывно и одновременно. Назначение производимых устройств – обеспечение качества сигнала, целостности программ и услуг и своевременна доставка важной технической информации соответствующим специалистам.

Разработка приборов началась со следующей предпосылки: "Эффективный мониторинг цифровых телевизионных сетей должен выполняться в реальном времени, давать возможность одновременно оценивать тысячи точек цепи передачи". Чтобы получить о сети всю необходимую информацию, сбор данных, их анализ и корреляцию необходимо выполнять по трем позициям (осям): время, уровень, география. Мониторинг всех уровней – физического, транспортного, кодирования и качества – является очень важным для получения полной картины сети.

Подключаемые модули обеспечивают гибкость и позволяют быстро реагировать на стремительное развитие технической инфраструктуры. Поэтому компания сосредоточила усилия на трех категориях модулей: интерфейсных (ASI, SPI, RF, ATM и т.д.), процессорах транспортного потока (TSP) и процессорах качества изображения.

Семейство DVStation насчитывает четыре линейки изделий, которые классифицируются в зависимости от числа входов для одновременного мониторинга. Самый маленький из приборов – DVStation-Remote – поддерживает до четырех портов, тогда как компактный (размером с книгу) DVStation-Pod хорошо подходит для тестирования и установки в полевых условиях. И наконец, DVStation-IP представляет собой специализированную платформу, ориентированную на тех, кто использует сеть TCP/IP (интерфейс Ethernet) для передачи видео.

DVStation
DVStation обеспечивает мониторинг ВЧ-сигнала, транспортного потока MPEG-2 и контента в рамках интегрированной среды. Прибор отличается высокой плотностью портов и хорошо подходит для использования там, где большое число сигналов сосредоточено в одном месте, например, в центре подачи сигнала на спутник, на головных кабельных станциях, у операторов DHT.

Конструктивно система отличается большим числом интерфейсных модулей, которые извлекают транспортный поток MPEG-2 из основного сигнала и передают данные в TSP – процессор транспортного потока. Все модули обеспечивают мониторинг на физическом уровне. Для ВЧ-интерфейсов (QPSK, QAM, COFDM и т.д.) реализована возможность индикации качества модуляции. Оптический интерфейс ATM 155 Мбит/с, в дополнение к выявлению ошибок на физическом уровне и определению параметров Sonet/SDH, извлекает транспортный поток MPEG из нескольких VP/VC.

DVStation-Remote
Эта система ориентирована на дистанционную работу с небольшим числом сигналов, источники которых расположены в различных местах. Конструктивно она представляет собой блок управления высотой 1U и до четырех интерфейсных адаптеров. Удаленная диагностика может проводиться одновременно с нескольких рабочих мест или, наоборот, персонал может получать данные телеметрии, непосредственно подключив к блоку управления клавиатуру и монитор. Доступ к файлам данных телеметрии и записанным транспортным потокам можно получить либо дистанционно, либо загрузив их на свой компьютер для последующего анализа.

DVStation-IP
Недавнее стремительно развитие Интернета обеспечило вещателей новыми альтернативными способами распространения программ. Хотя IP-сети обещают высокую экономическую эффективность доставки различных типов данных, приведение этих сетей в состояние онлайн остается пока вопросом скорее искусства, нежели науки.

Система DVStation-IP обеспечивает возможность анализа видео и контента, а также мониторинга работоспособности IP-сетей. Компактный прибор высотой 1RU оснащен многоскоростным интерфейсом для работы с сетями 10, 100 и 1000 Мбит/с. 

DVStation-Pod
Имея те же ПО и пользовательский интерфейс, что DVStation и DVStation-Remote, этот ряд устройств состоит из нескольких компактных модулей с различными интерфейсами. Каждый модуль подключается к ноутбуку или настольному ПК.