IPTV: Qualidade de Serviço e Experiência do Usuário

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1 IPTV: Qualidade de Serviço e Experiência do Usuário Este tutorial apresenta os conceitos de Qualidade de Serviço (QoS) e Qualidade de Experiência (QoE) do usuário aplicados aos serviços de IPTV, com ênfase no mecanismo de qualidade de serviço e nos parâmetros indicados pela recomendação WT-126 do DSL Fórum. Amanda Abreu Menezes É graduada em Telecomunicações Móveis e Fixas pela Faculdade de Negócios e Tecnologias da Informação (FACNET, 2006) e Técnica em Eletrônica pela Escola Tecnica de Brasília (ETB, 2001). Atualmente está fazendo curso de Especialização em Redes de Telecomunicações também na FACNET/Anhanguera.E trabalhando na FACNET/ANHANGUERA como Técnica de Laboratória nos Laboratórios de Eletrônica e Telecomunicações. amanda@facnet.com.br Débora Mendes É graduada em Telecomunicações Fixas e Móveis pela Faculdade de Negócios e Tecnologias da Informação (FACNET), e está cursando pós-graduação em Redes de Telecomunicações também na FACNET. Atua como Técnica em Telecomunicações, exercendo atividades de monitoração remota de alarmes de infra-estrutura em Estações Rádio Base (ERB s) e em torres de telefonia celular nos territórios do Centro-Oeste e Norte, e de manutenção em PABX. ms_debynha@hotmail.com 1

2 Juliano Spósito Galdino É graduado em Telecomunicações Móveis e pós graduando em Criptografia e Segurança de Redes, em Redes de Telecomunicações e Pericia Digital. Atualmente trabalha como Analista de Suporte e Telecomunicações, exercendo atividades junto à equipes de projeto de implantação de infra-estrutura de rede e telefonia, de projeto de segurança da informação, de prospecção tecnológica, de suporte técnico e auditoria em infra-estrutura de rede da ABDI - Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial. sposito.juliano@gmail.com Luciano Henrique Duque É Engenheiro Eletricista, com Ênfase em Eletrônica e Telecomunicações, pelo Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL, 1994) e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade de Brasília (UnB, 2008). Atualmente é professor Mestre da Faculdade ANHANGUERA/FACNET (Brasília, DF) e professor Mestre no Instituto de Educação Superior de Brasília (IESB) no curso de Engenharia Elétrica. Atua ainda como Consultor de Telecomunicações da Oi/Brasil Telecom desde Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Telecomunicações, atuando principalmente nas áreas de TV Digital, IPTV e TI. luciano.duque@brturbo.com.br 2

3 Shirley de Moura É graduada em Telecomunicações Móveis e Fixas pela Faculdade de Negócios e Tecnologias da Informação (FACNET, 2006). Atualmente está fazendo curso de Especialização em Redes de Telecomunicações também na FACNET. Trabalha como Técnica em Telecomunicações, exercendo atividades relacionadas a PABX dos fabricantes Nortel e Siemens. shirley.moura@gmail.com Categoria: Banda Larga Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 18/08/2008 3

4 IPTV: Introdução A rede IPTV oferece uma enorme gama em possibilidades de serviços interativos por meio da TV, como navegação na web, home banking, comércio eletrônico e . Entretanto, é essencial compreender quais as tendências relativas às necessidades dos usuários de serviços em IPTV bem como as maiores metas em geração de negócios, estabelecidas pelas operadoras. Diante desse cenário destaca se a qualidade de serviço para IPTV, que é condição essencial para garantir o êxito das operadoras em fornecimento de serviços IPTV. A Qualidade de Serviço (QoS) de uma rede é garantida pelos componentes e equipamentos nela utilizado, estando baseada em um mecanismo fim-a-fim para garantir a entrega das informações e que deve atuar na comunicação dos equipamentos envolvidos visando o controle dos parâmetros de Qualidade de Serviço. No entanto a implantação de qualidade de serviço (QoS) na rede é fundamental para o sucesso de aplicações avançadas, como o IPTV. O IPTV necessita de garantia de largura de banda, jitter adequado e um mínimo possível de perdas de pacotes. Nesse caso, é preciso garantir que a transmissão do sinal de IPTV seja feita de forma à atender as exigências dos usuários. Arquitetura IPTV O IPTV é um serviço de transmissão de sinais de mídia tais como: Televisão/Vídeo/Texto/gráfico, transportados sob um backbone IP dedicado de um provedor de serviço. Em geral o serviço é acessado pelo usuário doméstico através de uma conexão banda larga. A arquitetura IPTV baseada em ADSL pode se demonstrada na figura abaixo: Onde: Figura 1: Componentes de uma rede IPTV com acesso ADSL [9]. Vídeo Headend: é o ponto da rede onde estão disponíveis os sinais de televisão e seus conteúdos de vídeo, de forma a serem preparados para posterior distribuição em uma rede IP. A principal função deste elemento é codificar os conteúdos em um formato de vídeo digital, por exemplo, MPEG-2/4, e encapsular em pacotes IP. Também é responsável pela integridade dos conteúdos e a gerência dos mesmos. Os sinais de vídeo podem ser transmitidos nos formatos: SDTV (definição padrão de TV) e HDTV (alta definição de TV). Core IP do Fornecedor de Serviço: é a rede principal, que será responsável pelo transporte eficiente do vídeo ao longo da rede onde são aplicados os mecanismos de qualidade de serviço (QoS) para um transporte eficiente dos sinais de mídia. 4

5 Rede de Acesso do Fornecedor de Serviços: a rede de acesso é a responsável pela ligação da rede do fornecedor de serviços até a rede doméstica do cliente. A rede de acesso deverá cumprir os requisitos de qualidade necessários ao transporte de vídeo. Rede Doméstica do Usuário: é a rede responsável por distribuir o serviço de IPTV através da residência do cliente. O equipamento terminal ao qual se liga o televisor é o set top box (STB), que é um decodificador que converte sinais digitais em analógicos permitindo que televisores convencionais possam reproduzir imagem e som, com qualidade digital. 5

6 IPTV: Qualidade de Serviço A Qualidade de Serviço (QoS) pode ser definida com parâmetros específicos necessários para uma determinada aplicação do usuário. Estes parâmetros de serviços podem ser definidos em termo de largura de banda, latência e jitter, de forma que a aplicação possa obter uma melhor qualidade ao longo da rede. Assim, podemos definir QoS como: A capacidade da rede de fornecer tratamento especial a certos tipos de tráfego de forma previsível. O mecanismo de QoS nível 3 recomendado pela WT-126 [1] é o Diffserv (Differentiated Services). Esse mecanismo tem como característica a diferenciação dos pacotes, os quais são marcados de acordo com classes de serviços pré-determinadas. Esse mecanismo se destaca por oferecer uma característica indispensável a escalabilidade, que pode ser obtida por meio de agregação de fluxos e da separação das funções dos roteadores (borda e núcleo), em grandes redes de backbone. As redes que implementam DiffServ recebem o nome de Domínios DS. Estes domínios negociam garantias mínimas de QoS para o IPTV. Para uma abordagem mais aprofundada deverão ser consultados os RFC 2474 [2] e RFC 2475 [3]. Além desse mecanismo, podemos destacar outros parâmetros que afetam o QoS na rede IPTV. Dentre eles destacam-se: Jitter, latência, Perda de Pacotes e a Vazão, apresentados a seguir. Jitter O jitter é importante para as aplicações executadas em rede cuja operação adequada depende de alguma forma da garantia de que as informações (pacotes IPTV) devam ser processadas em períodos de tempo bem definidos. Do ponto de vista de uma rede IP, o jitter pode ser entendido como a variação no tempo e na seqüência de entrega das informações (ex.: pacotes) devido à variação na latência (atrasos) da rede. Latência e Atraso A latência e o atraso são parâmetros importantes para a qualidade de serviço das aplicações IPTV. Ambos os termos podem ser utilizados na especificação de QoS, embora o termo "latência" seja convencionalmente mais utilizado para equipamentos e o termo "atraso" seja mais utilizado quando se consideram as transmissões de dados (ex.: atrasos de transmissão, atrasos de propagação). De maneira geral, a latência da rede pode ser entendida como a somatório dos atrasos impostos pela rede e pelos equipamentos utilizados na comunicação. Do ponto de vista da aplicação, a latência (atrasos) resulta em um tempo de resposta (tempo de entrega da informação, ou pacotes) para a aplicação. Os principais fatores que influenciam a latência de uma rede são os seguintes: (1) atraso de propagação (Propagation Delay), (2) velocidade de transmissão e (3) processamento nos equipamentos. O atraso de propagação corresponde ao tempo necessário para a propagação do sinal elétrico ou propagação do sinal óptico no meio utilizado (fibras ópticas, satélite, coaxial e outros). Este é um parâmetro imutável, e o gerente de rede não tem nenhuma influência sobre ele. O intervalo de tempo em que um pacote sai da origem e chega ao seu destino, quando elevado, pode causar perda de sincronização. Para uma boa qualidade em comunicação de voz a latência deve possuir um valor menor que 150 ms. Perda de Pacotes A perda de pacotes tem influência na qualidade de serviço, e pode causar o estouro de buffers em 6

7 roteadores e switchs. Por utilizar protocolos UDP e RTP, esses pacotes não podem ser retransmitidos e a própria retransmissão não é tolerável em aplicações IPTV. Vazão A vazão (banda) é o parâmetro mais básico de QoS e é necessário para a operação adequada de qualquer aplicação. Em termos práticos as aplicações geram vazões que devem ser atendidas pela rede. Valores Recomendados Nas tabelas abaixo são apresentados os valores recomendados para latência, jitter, perda de pacotes e taxa de erro para fluxos IPTV, segundo a recomendação WT-126 [1]. Tabela 1: Valores recomendados para compactação MPEG-2 em qualidade SDTV. Fluxo de Vídeo (Mbit/s) Latência Jitter Perda de pacotes IP 3.0 <200ms <50ms 1 pacote IP 3.75 <200ms <50ms 1 pacote IP 5.0 <200ms <50ms 1 pacote IP Período de Coleta 30 minutos Fonte: Vide referência, adaptado de [1]. Taxa média de perda de pacotes IP 1.9E E E-06 Tabela 2: Valores recomendados para compactação MPEG-4 em qualidade SDTV. Fluxo de Vídeo (Mbit/s) Latência Jitter Perda de pacotes IP 1.75 <200ms <50ms 1 pacote IP 2.0 <200ms <50ms 1 pacote IP 2.5 <200ms <50ms 1 pacote IP 3.0 <200ms <50ms 1 pacote IP Período de Coleta 30 minutos Fonte: Vide referência, adaptado de [1]. Taxa média de perda de pacotes IP 3.3E E E E-06 7

8 Tabela 3: Valores recomendados para compactação MPEG-2 em qualidade HDTV. Fluxo de Vídeo (Mbit/s) Latência Jitter Perda de pacotes IP 8 <200ms <50ms 1 Pacote IP 10 <200ms <50ms 1 Pacote IP 12 <200ms <50ms 1 Pacote IP Período de Coleta 30 minutos 1 evento de erro a cada 4 horas 1 evento de erro a cada 4 horas 1 evento de erro a cada 4 horas Fonte: Vide referência, adaptado de [1]. Taxa média de perda de pacotes IP 9.14E E E-08 8

9 IPTV: Qualidade de Experiência A Qualidade de Experiência (QoE - Quality of Experience) é um parâmetro que representa o desempenho global de uma rede IPTV do ponto de vista dos usuários, e que coloca uma perspectiva pessoal de satisfação dos sinais de mídia oferecidos pelo provedor. Para os usuários IPTV, o que importa é como um serviço satisfaz os seus objetivos e expectativas a sua qualidade de experiência. O usuário utiliza como parâmetros para avaliar a QoE do IPTV, os serviços de TV a cabo e TV por satélite. O fluxograma da figura 2, mostra o efeito da aplicação da QoS e seu reflexo na QoE, onde se ajustam os parâmetros de QoS em função das necessidades do usuário final. O fluxograma mostra: Exigências e análise do usuário final; Definição de aplicativos e requisitos de qualidade da experiência (QoE); Garantia do serviço fim-a-fim, arquitetura de rede e requisitos de desempenho para o usuário final. Figura 2: Interdependência QoS e QOE, figura adaptada da WT-126 [1]. Como pode ser visto na figura 2, o usuário terá a sensibilidade de analisar o sinal de vídeo e avaliar o grau de qualidade. Se a QoE não obtiver o resultado desejável para o cliente então, a Qos deverá ser ajustado pelo provedor. 9

10 IPTV: Diferenças entre QoS e QoE O termo QoE refere-se à percepção do usuário sobre a qualidade de um serviço IPTV. Exprime-se em sentimentos humanos como 'bom', 'excelente', 'pobre', etc. Por outro lado o QoS é organização do tráfego da sua rede definindo prioridades e limites de forma a melhorar a percepção do usuário. A figura 3 ilustra as diferenças entre eles. Figura 3: Visualização do QoS e QoE. A figura 3 acima, mostra que a QoS refere-se aos mecanismos aplicados na rede IPTV no nível dos equipamentos de rede, e a QoE refere-se a opinião do usuário quanto a qualidade do serviço IPTV fim-a-fim. No que se refere às medidas, estas estatísticas dizem muito pouco acerca de um operador. A perfeita transmissão de pacotes tem por objetivo fazer felizes os usuários. Portanto, a inferência que é melhor, porque a QoE e os mecanismos QoS são utilizados para garantir jitter, atraso e vazão. A fim de satisfazer expectativas do usuário, a implementação de QoS no serviço de IPTV deve ser centrada na perspectiva do usuário final, de forma a garantir a qualidade de serviço necessária para atender os níveis de QoE do usuário. 10

11 IPTV: Considerações Finais A utilização de uma rede IP para oferecer serviços de IPTV aos usuários está em amplo crescimento no mundo, em particular na Europa. O serviço IPTV é geograficamente limitado á localidade atendida pela rede de acesso do provedor, e o modelo é semelhante ao dos serviços de TV a cabo, porém com transmissão do fluxo de mídia e de dados sobre IP pela linha telefônica, através das tecnologias ADSL, FTTH e redes PON. Entre os principais provedores de serviço já em operação estão as empresas: PCCW, de Hong Kong, FastWeb, da Itália, e Telefonica, da Espanha. Diversos fabricantes de hardware e software estão investindo nessa tecnologia criando soluções para os provedores de serviços investindo em QoE e QoS. Com as grandes possibilidades fornecidas pelas redes IPTV faz-se necessária a implementação de QoS e QoE nas redes de comunicações. Atualmente é praticamente impossível imaginar o avanço da tecnologia das redes e de suas aplicações, sem que essas tenham a implementação desses mecanismos. O número de usuários tem se multiplicado a cada dia, tornando-se cada vez mais feroz a batalha entre os fornecedores de serviços. E por meio da garantia de níveis elevados de serviços (QoE e QoS) que as prestadoras podem captar novos clientes e mantê-los fieis. Referências DSL Forum, Triple-play Services Quality of Experience Requirements and Mechanism, Working text WT-126 version 0.5, February 21, DiffServ_ K. Nichols, S. Blake, F. Baker, D. Black, Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers, RFC 2474, December DiffServ_ S. Blake, D. Black, M. Carlson, E. Davies, Z. Wang, W. Weiss, An Architecture for Differentiated Services, RFC 2475, December QoS and QoE Management in UMTS Cellular Systems, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester. IPTV ARQUITECTURAS, PROTOCOLOS E SERVIÇOS. Frederico Silva, Nizarali Badrudino, Tiago Sousa - Instituto Superior Técnico - Taguspark Qualidade de Video IPTV:; QoS e QoE. MRGCO - O QUE É IPTV. Ricardo Murer. SOFTV THE IPTV REVOLUTION, GSI Globecomm, 9. IPTV: Avaliação de Arquiteturas em Redes de Banda Larga. Luciano Henrique Duque, Publicado em: 06/08/

12 IPTV: Teste seu Entendimento 1. O que é IPTV? É um serviço de transmissão de sinais de mídia, tais como: Televisão/Vídeo/Texto/gráfico, utilizando uma rede IP dedicada de um provedor de serviço. É o ponto da rede onde são adquiridos os sinais de televisão e seus conteúdos de forma a serem preparados para posterior distribuição em uma rede IP. É a rede responsável por distribuir o serviço através da residência do cliente. A TV aberta (terrestre) transmitida para os televisores existentes em 90% das residências brasileiras utiliza canais analógicos com largura de banda de 6 MHz. 2. O que é QoS? Qualidade de Experiência. Velocidade de transmissão. Qualidade de Serviço. Atraso de Serviço. 3. Qual é a arquitetura de uma rede IPTV? Vídeo Headend, Vazão, Jitter, Latência, Rede Doméstica, Core IP do Fornecedor de Serviço. Rede de Acesso do Fornecedor de Serviços, Atraso, Rede Doméstica. Vídeo Head End, Rede de Acesso do Fornecedor de Serviços, Rede Doméstica. Vídeo Head End, Core IP do Fornecedor de Serviço, Rede de Acesso do Fornecedor de Serviços, Rede Doméstica. 4. O que exprime a QoE em IPTV? Insatisfação do cliente quanto a imagem. Satisfação do usuário quando a qualidade da transmissão dos sinais de mídia. Qualidade de transmissão do dados. Distúrbios da imagem com relação a transmissão. 12