В следующем десятилетии бытовая электроника с подключением к интернет и возможностью показа видео станет широкораспространенной. Аналитическая компания The Diffusion Group (TDG) предвидит, что к 2020 году в домах по всему миру появится миллион стационарных устройств, рассчитанных на работу в сетевой среде, а к 2030-му их будет более 5 миллионов.
Домашние видеоуслуги подразумевают видео по запросу(VoD); сетевые игры, музыку, фото и совместное использование домашнего цифрового видеомагнитофона (mDVR), системы безопасности и автоматизации. Спрос на эти новые видеоуслуги потребует домашнюю IP-сеть с гарантированной пропускной способностью.
Есть несколько технологий построения домашней IP-сети (см., например, статью Экосистема IP-пригодной потребительской электроники). Самые распространенные - это 10/100 Ethernet, Wi-Fi, и целый ряд новых, специально разрабатываемых для передачи видео - MoCA, HPNA, HomePlug, 802.11n, и G.hn.
Multimedia Over Coax Alliance (MoCA) предоставляет стандарт для домашней сети на основе коаксиального кабеля. В CША домов с коаксиальной разводкой - 90%. По данным компании ABI Research, в домах принимающих кабельное ТВ, MoCA - одна из наиболее широко поддерживаемых технологий для подключения домашних медиаустройств. К 2014 году ее будут поддерживать порядка 15 миллионов телевизионных приставок (STB). Сейчас наиболее популярным приложением, для которого используется сеть MoCA, является Multi-room DVR - доступ к цифровому видеомагнитофону с телевизоров, находящихся в разных комнатах. В будущем добавятся и другие видеоуслуги. В их развитии заинтересован не только конечных пользователь, но и оператор, который на базе домашних сетей сможет предоставить ряд дополнительных интерактивных сервисов.
Оператор должен решить, какую технологию предпочесть. Учитывается множество факторов. Самые важные - это стоимость сервисной поддержки и существующая инфраструктура - можно ли использовать существующую в доме разводку (коаксиальный кабель, витая пара, сеть электропитания), прокладывать новый кабель CAT5/6 или использовать беспроводное решение?
Существующая в доме коаксиальная разводка - некая данность, к которой следует приспосабливаться. Ее обычно прокладывают не провайдеры, а строители домов или домовладельцы. В связи с этим оператор, предполагающий оказывать услуги передачи видео по домашней сети с использованием решений MoCA, должен уметь правильно тестировать сеть и диагностировать проблемы. Компания Spirent занимается разработкой решений для тестирования сетей MoCA, специалисты компании публикуют в интернет материалы, посвященные особенностям этого тестирования. Некоторые из них мы и приводим в этой статье.
Сеть на основе MoCA
MoCA предполагает создание IP-сети на основе коаксиального кабеля и его разветвленной (дерево) физической топологии. Максимальное расстояние между входной точкой кабеля (root) и последней розеткой составляет 9 метров (300 футов), максимальное затухание сигнала - 25 dB на частоте 750 MHz.
Стандарт MoCA 1.1 допускает до 16 точек присоединения к одной сети (например, можно подключить STB, DVR, компьютеры и так далее) с максимальной теоретической битовой скоростью в физическом слое порядка 270 Мбит/с.
С точки зрения топологии, MoCA предполагает полносвязную сеть, в которой каждое устройство может взаимодействовать с другим по схеме точка-точка.
Контроллер определяет канал 50 МГц канал в диапазоне 850-1500 МГц, в котором информацией обмениваются все другие узлы. Как показано на рис. 2, MoCA функционирует в некоем ряду частотных диапазонов и операторы могут выбирать им удобный, который не будет мешать вещанию. Кроме того, несколько сетей MoCA могут функционировать в различных диапазонах в той же самой физической коаксиальной сети.
При взаимодействии двух устройств используется разделение канала по времени - TDMA, а контроллер отвечает за синхронизацию часов устройств.
Подробно о модуляции, шифровании передачи и методе кодирования в MoCA можно прочитать в статьях на сайте Spirent.
Основы развертывания
Большинство провайдеров услуг предварительно определяют минимальные скорости передачи данных, необходимые для поддержки тех услуг, которые они предлагают. Например, типичная минимальная скорость передачи данных в физическом слое, необходимая для совместного использования DVR и/или VoD, может составлять 180 Мбит/с.
Одной из задач MoCA как раз и является создание гарантированного канала для работы с цифровыми видеомагнитофонами, услугами видео по запросу и другими широкополосными приложениями. Теоретический максимум скорости передачи в MoCA - 270 Mбит/с.
Однако характеристики сети MoCA не является одинаковыми по всей ее длине в силу различных условий. Разные линии, разные частотные характеристики каналов приводят к ассиметрии скорости передачи данных между узлами. Воздействие разветвителей, затухания и отражения могут приводить к существенным различиям в скоростях передачи данных.
Будет ли существующая домашняя кабельная разводка поддерживать пропускную способность MoCA на всех сегментах? Обычное тестирование, которое проводит оператор, подразумевает проверку сети от точки входа до места установки STB. Поскольку MoCA поддерживает полносвязную (full-mesh) сеть между всеми узлами, процедуры должны быть изменены так, чтобы проверить все сегменты сети (тут нужно отметить, что частоты, которые использует MoCA, выше обычных сетей прямого и обратного ТВ канала, и для измерений потребуется специальное оборудование).
Если обнаруживается некая специфическая проблема типа слишком сильного затухания в линии или дефекта коаксиального кабеля, определить источник проблемы может быть достаточно трудно. Придется рассматривать множество факторов, включающих плохие соединители и разветвители, усилители, диапазонные полосовые фильтры, неприсоединные кабели или чрезмерный шум, искажения или интерференцию, которые воздействует на MoCA-канал.
Из-за незнания первичных причин неполадок, о которых сообщают пользователи, многие технические специалисты прибегают к замене оборудования, основываясь на своих предположениях о причине. В результате десятки тысяч STB и других приборов возвращаются каждый месяц поставщикам для ремонта. Но, как оказывается, свыше 85% возвращенных STB находятся в полностью работоспособном состоянии.
Результатом этой стратегии являются возрастающие затраты, связанные с многочисленными отправками, и излишние расходы, связанные с поддержанием дополнительных запасов и ремонтом совершенно работоспособных STB.
Проверка сети MoCA - устройства и сеть
При монтаже MoCA с возможностью подключения к DVR из разных помещений специалисты должны проверять всю домовую сеть. Первым обычно делается быстрый квалификационный тест - специалист проверяет все точки подключения из одной из точек. Оператор может хранить результаты тестирования, чтобы знать, что данный дом уже проверен, вследствие чего клиент сможет подключиться к услугам в будущем.
В том случае, когда квалификационный тест неудачен, придется тратить дополнительные усилия на поиск причины неисправности. Проверяются все устройства-узлы, соединительный кабель между узлами, анализируется шум.
Чтобы определить, есть ли проблемы с интерфейсом узла, специалист подключает тестер к MoCA разъему на данном устройстве. Тестер также умеет эмулировать работу MoCA-устройства и взаимодействовать с устройством проверяемым. При этом создается сеть из двух узлов (тестер и устройство), и работу можно проверить вообще без использования кабельной сети. Скорость передачи данных должна составлять в этом случае от 240 до 250 Мбит/с. Если скорость существенно меньше, устройство считается дефектным. Если устройство проходит тест, то проверяется следующее.
В случае, если устройства не являются источниками проблемы, специалист должен поочередно тестировать сегменты коаксиальной сети межу точками подключения. При этом проверяются, например, падение мощности сигнала и ошибки в передаваемых битах.
Известно, что наиболее распространенными являются следующие ошибки:
- Чрезмерное затухание сигнала, вызванное слишком большим числом разветвителей или длинными участками кабеля.
- Наличие в сети устройств (например, усилителей), которые не пропускают полосу частот, использующуюся в MoCA.
- Неподключенные розетки или ответвители.
- Плохое обжатие или другие проблемы с коннекторами.
- Дефекты в кабеле.
Тестирование по шумам и интерференции
Если в физической среде не обнаружено никаких проблем, подозрение падает на шум и интерференции, воздействующие на MoCA-канал. Для проверки специалист рассматривает график (диаграмму) побитовой загрузки MoCA, чтобы определить число битов, которые поднесущие в данный момент переносят через MoCA канал (7 бит максимум для 128QAM).
По стандартам MoCA в выбранной полосе работы сети шириной 50 МГц формируются 224 поднесущие. Используется adaptive constellation multi-tone (ACMT), похожая на OFDM. Сети MoCA динамически устанавливают число битов на поднесущую, загружая каждую из них до максимума, определенного при пробном обмене данными (рис. 4). Поэтому график битовой загрузки - это частотная характеристика канала, которая показывает все поднесущие и их характеристики. Если на данной частоте передается менее 6 битов, это указывает на шум и интерференцию на этой частоте. Специалисты затем могут попытаться локализировать и устранить источник шума, причиной которого, например, могут быть плохие соединения в кабеле. Улучшение показателей канала покажет, что проблема устранена, а скорость обмена между узлами в результате вырастет.
Полная проверка домашней сети
В дополнение к тестированию услуги, заказанной клиентом, провайдер заинтересован в проверке дополнительных возможностей домашней сети, так как это позволит ему в будущем предложить клиенту новые услуги.
Скажем, некий клиент заказывает услугу mDVR - подключение цифрового видеомагнитофона к телевизорам в гостиной и спальне, и дополнительно имеет две комнаты, где установлены обычные телевизионные приставки (STB). Можно заранее проверить возможность подключения и в этих комнатах, тогда в будущем клиент сможет подключить их сам, и не нужно будет посылать специалистов еще раз.
Кроме того, при полном измерении характеристик данной сети, типа скорости в прямом и обратном канале в каждом узле (выводе STB), будет заблаговременно известно, сможет ли данная сеть поддержать планируемые видеоуслуги (например HSI, IPTV через DOCSIS и VoIP) и если да, в дальнейшем использовать для них сеть MoCA. При этом на работу уже запущенных услуг (mDVR) это никак не повлияет.
Наконец, вышеописанный клиент сможет перемещать свое оборудование (DVR и STB) повсюду в пределах своих четырех помещений с телевизорами. Если проверены не все точки подключения, придется снова ехать к клиенту и тратить на вызов время и деньги. Если всю сеть проверить сразу, при первом вызове, этого можно будет избежать.
