Transmission Convergence (TC):
O sub-nível TC é responsável pela gestão do cabeçalho das células no que diz respeito à detecção de erros e correcção de erros em um único bit. Numa implementação totalmente baseada em células, estas são transmitidas num fluxo contínuo, sendo este sub-nível responsável pela inserção e eliminação de células vazias de modo a adaptar o fluxo de células do nível ATM à taxa de transmissão praticada.
Quando é usada uma UNI, o sub-nível " Transmission Convergence " tem de adaptar o formato de células da interface com a camada ATM às estruturas particulares usadas.
Um caso comum é a utilização de uma UNI SONET/SDH a 155 Mbps. O SONET é um meio físico em fibra-óptica monómodo e utiliza o formato de trama SDH. Esta tecnologia é usada em ligações WAN onde a capacidade de um meio de transmissão deve ser dividida por vários utilizadores.
O SDH usa TDM ("Time Division Multiplexing"), cada trama SDH transporta informação com diversas origens e destinos. Uma trama SDH é constituída por um total de 2430 bytes que estão organizados em 9 estruturas idênticas com um total de 270 bytes cada. Estas 9 estruturas correspondem a dados totalmente independentes, potencialmente com origens e destinos distintos, logo cada uma possui a sua informação de controlo independente constituída por 10 bytes , ficando os restantes 260 bytes para dados.
Quando uma rede ATM é implementada sobre SONET/SDH o sub-nível "Transmission Convergence" tem por missão encaixar as células ATM de 53 bytes nos 270 bytes disponibilizados pelas tramas SDH, (como 270 não é múltiplo de 53 uma célula pode ser distribuída por mais do que uma trama SDH).
- Redes Locais: A infra-estrutura de comunicação entre os clientes e a central telefónica local (ou Posto de comutação) é apelidada de Rede Local. Esta rede poder-se-á tratar da rede telefónica ou da rede do operador de televisão por cabo, sendo que a primeira está normalmente implementada por meio de condutores de pares entrançados e a última por meio de cabos coaxiais. Uma vez que um sistema de VoD requer a transferência de enormes volumes de dados a alta velocidade, muitos protocolos de comunicação e arquitecturas de redes foram estudados para ligar os vários componentes do sistema. O maior problema na implementação de tecnologias de transmissão de dados de alto débito, é a limitação imposta pelos meios onde de se faz a propagação dos sinais (que numa rede local é normalmente o Cobre embora vá sendo mais comum encontrar a fibra óptica). Como tal os protocolos de comunicação a desenvolver teriam como meio de suporte os dois tipos de condutores já mencionados anteriormente, cabos de pares entrançados em cobre e cabos coaxiais. O ATM seria também a tecnologia mais desejável para implementar numa rede local de modo a suportar o serviço de VoD, acontece que os meios de suporte físico (Condutores de cobre) não permitem a sua implementação, e a instalação de fibra óptica em todas as redes locais bem como, a instalação do todo o equipamento a esta associado, traria custos incomportáveis para as empresas e provocaria a inviabilidade do serviço. Uma solução encontrada para a rede telefónica foi a implementação da ADSL ou “Asymmetric Digital Subscriber Line”, que se encontra presentemente banalizada como a solução mais viável para fazer chegar a casa dos clientes uma tecnologia de banda larga, aproveitando a velha instalação da rede telefónica POTS ou “Plain Old Telephone Service”.
A ADSL é um sistema de transmissão assimétrico bidireccional que é usado na rede local, entre o ponto de comutação da rede telefónica e a residência dos clientes, permitindo assim uma transmissão de serviços em banda larga economicamente viável.
A tecnologia ADSL basicamente divide a linha telefónica em três canais virtuais, um para voz, um para download e o outro para upload. Teoricamente, as velocidades de download podem ir de 256 kbps até 9 Mbps. No caso do upload essas taxas variam de 16 kbps até 640 kbps. É devido a essas características que a ADSL se identifica com o termo "assymmetric", pois indica que a tecnologia possui maior velocidade para download e menor para upload.
Quando uma linha telefónica é usada somente para voz, essas chamadas utilizam frequências baixas, geralmente entre 300 Hz e 4000 Hz.
O que é feito na tecnologia ADSL é aproveitar a banda de frequência que não é usada, para transmitir dados.
Como é possível usar mais que uma frequência ao mesmo tempo na linha telefónica, consegue-se utilizar o telefone para voz e dados simultaneamente . A figura abaixo mostra os tipos de utilização para cada gama de frequências:
Devido a constrangimentos físicos, tais como a atenuação sofrida pelo sinal nos cabos e a distorções na frequência, a tecnologia ADSL está limitada na distância que pode alcançar. Por exemplo, as distancias máximas alcançáveis através de cabos de diâmetro de 0.4 mm e 0.5 mm relativas a uma determinada largura de banda da transmissão, são as seguintes:
O sinal depois de enviado da casa dos clientes para a central telefónica, é separado e os dados vão para um equipamento DSLAM “Digital Subscriber Line Access Multiplexer”, que limita a velocidade do utilizador (faz com que a velocidade de download sejam os habituais 256 kbps ou 512 kbps mesmo quando a ligação permite velocidades da ordem dos Mbps) e une varias linhas ADSL, enviando o sinal para uma linha ATM de alta velocidade.
O ADSL por si só é um meio físico de conectividade, que trabalha com os sinais eléctricos enviados e recebidos. Funcionando dessa forma, é necessário um protocolo para encapsular os dados do computador dos clientes até a central telefónica. Os protocolos mais utilizados para essa finalidade são o PPPoE (Point-to-Point over Ethernet) e o PPPoA (Point-to-Point over ATM )
Modulações Usadas em ADSL:
Um sinal de ADSL tem dois tipos possíveis de modulação, DMT “ Quadrature Amplitude and Phase Modulation” e CAP “ Carrierless Amplitude / Phase”. Cada uma destas modulações é baseada na modulação QAM:
Esta modulação funciona apenas com FDM “ Frequency -Division Multiplexing” . O canal de upstream ocupa a banda de 25 a 160 kHz, e o canal de downstream vai desde 240 kHz até 1.5 MHz. Esta modulação é uma variante da QAM, mas a portadora é anulada, tal como o nome indica (carrierless). São codificados entre 2 a 9 bits em cada símbolo, consoante as condições da linha.
Modulação CAP com FDM
Neste tipo de modulação a banda de frequência de 0 a cerca de 1.1 MHz é dividida em 256 canais, também referidos como tons, de 4kHz de largura e espaçamento das portadoras de cada canal em 4.3125kHz. Na prática só podem ser utilizados 248 canais, pois os primeiros 6 (0-5) não são utilizados para garantir a compatibilidade com os sistemas telefónicos analógico (POTS) e digital (RDIS). O canal 64 (a 276kHz) é utilizado como tom piloto e contém sempre o mesmo valor, e o canal 255 é para a frequência de Nyquist e não pode ser utilizado para enviar dados.
Cada um dos canais é modulado com QAM, em que o número de bits por símbolo pode variar entre 2 e 15, também dependendo das condições de cada canal. É necessário frisar que os canais podem ter diferentes níveis n-QAM, o que é uma mais-valia em relação à modulação CAP. Regularmente há uma troca de informação entre o ATU-C (ADSL Terminal Unit – Central Office end) e o ATU-R (ADSL Terminal Unit – Remote) para determinar qual a melhor codificação para cada canal.
Caso seja utilizada tecnologia de cancelamento de eco, os canais 7-31 são utilizados tanto para upstream como para downstream.
A tecnologia de cancelamento de eco tem um princípio de funcionamento bastante simples, bastando subtrair o sinal enviado ao sinal recebido para obter os dados de downstream. Na prática, no entanto, a implementação não é tão simples devido à constante variação das condições da linha (interferências, reflexões na linha, efeitos de crosstalk).
Divisão na frequência na modulação DMT
Existe uma outra norma para ADSL, conhecida por G.Lite (a norma original é G.dmt), que apenas utiliza metade da largura de banda e, consequentemente, metade dos tons.
Já para os operadores de TV por cabo, a solução mais viável para implementar uma rede local que tivesse capacidade para levar até casa dos clientes o serviço de Vod , estava em aproveitar as redes de cabo coaxial já existentes e que transportavam os seus sinais de DVB-C.
Tendo como meio de distribuição do sinal na rede local o cabo coaxial e dependendo do tipo de serviço de VoD disponibilizado pelo empresa, usam-se as modulações QAM (Quadrature Amplitude Modulation ) ou QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).
A modulação QAM é utilizada no caso do serviço disponibilizado não requerer qualquer tipo de interacção entre os sistemas cliente e os servidores, tipicamente são a 16-, 32-, 64-, ou 256-QAM, (a mais utilizada na Europa é a 64-QAM, enquanto que nos EUA é a 256-QAM). Para os serviços de VoD que requerem uma interactividade entre os sistemas cliente e os servidores (comunicação bidireccional), o DAVIC (Digital Audio Visual Council) especifica um canal de comunicação bidireccional usando a modulação QPSK em ambas as direcções com canais de 200kHz, 1MHz ou 2MHz. A estrutura de frame (ESF) especificada pelo ITU-T (I nternational Telecommunication Union--Telecommunication Standardization Bureau ) é usada na direcção do downstream com uma bit rate de 1544 kbit/s. Como velocidade de upstream é usada uma bit rate de 256 kbit/s ou também de 1 544 kbit/s.
Na figura que se segue é apresentado um conjunto de bit rates utilizando MPEG2-TS (transport stream) para um canal de 8 MHz com constelações QAM diferentes
QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying)
Esta modulação é o 4-PSK também definido como QPSK (“Quaternary Phase Shift Keying”) ou (“Quadrature Phase Shit Keying”).
Como se indica na figura seguinte o sinal de entrada (binário) é dividido, através de um conversor série-paralelo, em duas séries de impulsos (a série dos bits “a” e a série dos bits ”b”)
O sinal constituído pelos impulsos “a” vai modular uma portadora dando origem a um sinal tipo PRK (“Phase Reversal Keying”) ou modulação por Inversão de Fase, com fases representativas a 0° e 180° (0° é a fase de referência)
De igual modo o sinal constituído pelos impulsos “b” vai modular uma portadora desfasada de 90° dando origem a outro sinal PRK com fases a 90° e 270°, portanto em quadratura com os anteriores. A soma destes dois sinais PRK origina o sinal 4-PSK ou QPSK com fases a 45°, 135°, 225° e 315°.
A um modulador deste tipo chama-se Modulador-I-Q (“ I-Q Modulator ” )porque é formado pela sobreposição de sinais em fase (In-phase) e em quadratura (Quadrature) relativamente à fase de referência. As próprias sequências de impulsos “a” e as sequências de impulsos “b” designam-se respectivamente por sequência de impulsos I e por sequência de impulsos Q. No domínio do tempo, o sinal 4-PSK será da forma:
É comum fazer a representação dos eixos I e Q e dos pontos extremidades dos vectores nesse plano I-Q e a isso chamamos diagrama de constelação ou, simplesmente, constelação do sinal 4-PSK.
O servidor de VoD é o equipamento que efectua o armazenamento dos conteúdos que puderam ser requisitados pelos clientes. Este tem de desempenhar uma variedade de funções como, o controlo e gestão dos pedidos dos clientes, a cifragem e transmissão das streams e o suporte para as funções de “vídeo”como por exemplo: pause, rewind, e fast forward.
O conteúdo dos servidores de VoD está normalmente alojado numa combinação de discos magnéticos e de dispositivos ópticos. Um maior ou menor debito na transmissão das streams de VoD dependera da tecnologia de armazenamento usada. Os programas mais solicitados pelos clientes estão provisoriamente alojados em memória RAM no servidor e os menos solicitados em discos ópticos como cd´s ou dvd´s ou mesmo em tapes magnéticas. Desta forma consegue-se uma redução significativa dos custos de operação do serviço oferecendo contudo um grande número de programas aos clientes.
Algumas implementações subdividem o servidor em três: um servidor gestor que armazena informação dos clientes e do menu de escolha, que aparece no ecrã da T.V. Um servidor de vídeo que armazena a informação de vídeo e um servidor de aplicações que armazena imagens e controla a informação de resposta.
Os sistemas VoD podem ser divididos em três tipologias de arquitectura que serão descritas em seguida:
Arquitectura Centralizada
A arquitectura de um sistema de VoD centralizado concentra um único grande sistema de VOD no headend, com as streams de VOD transportadas através da rede por múltiplos DHUBs. É aqui que chegam todas as requisições dos clientes e de onde se efectua o envio dos dados para os mesmos. Uma vez que somente um único sistema servidor de VOD é usado, esta aproximação tende a baixar custos do Hardware e do Software usados. A inconveniência desta topologia prende-se com as exigências da largura de banda da rede, e os elevados custos de transporte, associados à emissão das streams a partir de um único Servidor para qualquer ponto da rede. Uma grande área metropolitana pode requerer cerca de 20.000 a 40.000 streams durante um período de pico de uso do serviço, que é quase o equivalente a terem-se 200 canais de Ethernet a 1 gigabit por segundo , o que iria gerar grandes atrasos na rede.
Arquitectura Distribuída
Para um sistema de arquitectura distribuída, existe um servidor local associado a cada DHUB com capacidade para fazer buffering, podendo assim armazenar os conteúdos mais populares de modo a que o acesso aos mesmos possa ser mais rápido. Cada servidor irá disponibilizar o serviço a uma pequena parte da área total e serão estes servidores que tratarão das requisições dos clientes enviando-lhes o conteúdo pretendido. Este tipo de arquitectura reduz os custos relativos à largura de Banda e ao transporte na rede, no entanto requer a existência de mais servidores com grande capacidade de armazenamento o que irá aumentar os custos com o Hardware. Além disso, cada um destes sistemas de VOD deve ter o seu conteúdo programático sempre actualizado o que se traduz numa despesa extra. Embora esta tipologia traga complicações à gestão do sistema no seu todo, acaba por torna-se mais eficiente pois reduz os atrasos e a congestão da rede.
Arquitectura Híbrida
Um sistema VOD de arquitectura híbrida é uma mistura das duas tipologias já anteriormente descritas. Cada DHUB vai estar ligado a um servidor de menor capacidade, que irá ter armazenado apenas o conteúdo tido como mais popular, e como tal mais solicitado. Uma plataforma composta por um servidor de maior capacidade estará instalada no headend do sistema global, com uma biblioteca composta por um vasto conteúdo programático. Como os filmes mais recentes são dados como o conteúdo mais pretendido pelos utilizadores, podem ser directamente distribuídos pelos servidores de menor capacidade, minimizando os custos de transporte na rede. Já o Servidor de maior capacidade localizado no headend, terá armazenado várias centenas ou milhares de filmes e agirá como um apoio aos servidores de menor capacidade, no caso de lhes ser solicitado algum filme que não tenham armazenado localmente.
Comparativamente com um sistema distribuído, este tipo de arquitectura tem menores custos no que toca à despesa com o equipamento, especificamente com os servidores, ainda assim acaba por ser um método mais dispendioso do que um sistema concentrado.
