DVB-GSE: Инкапсуляция общего потока

Технология, позволяющая передавать IP-пакеты непосредственно через сети DVB-вещания.

Что такое DVB-GSE?

Технология DVB-GSE (DVB с инкапсуляцией общего потока) позволяет передавать IP-контент через физические сети вещания DVB. Концептуально она находится в DVB-системах на том же уровне, на котором находится Транспортный поток, предоставляя вещательной компании альтернативный вариант передачи аудио, видео и данных.

Все стандарты DVB второго поколения (DVB-S2, DVB-T2 и так далее) являются на физическом уровне «мульти-режимными», предлагая на выбор возможность использования как традиционной Транспортной системы MPEG, так и DVB-GSE.

Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) официально утвердил DVB-GSE в качестве стандарта (TS 102 606) в октябре 2007, а в июне 2009 было опубликовано официальное руководство по имплементации стандарта (TS 102 771).

В 2013 году была принята новая версия DVB-GSE, в которой была реализована поддержка Профиля пониженной сложности и Надёжного сжатия заголовков (ROHC) для вещательных потоков.

Общий фон

В последние несколько лет тема конвергенции стала ключевой идеей в секторе телерадиовещания, связи и смежных областей, и именно IP, или же «Интернет-протокол», стал ключевым «уровнем конвергенции».

В первом поколении стандартов DVB поддерживалась исключительно передача данных при помощи Транспортного потока MPEG (MPEG-TS).

Технология MPE, или же мульти-протокольная инкапсуляция, предложила средства для инкапсуляции в MPEG-TS пакеты IP-датаграмм, несущих в себе аудио, видео и другие данные, позволив тем самым создание системы DVB-IPDC (IP Datacast) в рамках DVB-H, дающей возможность передавать программы мобильного ТВ. Этот метод, впрочем, не располагает необходимой гибкостью для передачи IP «изначально» через DVB-носители.

Данная возможность впервые появилась в системе DVB-S2, втором поколении систем передачи данных через спутник, которая представила DVB-GSE, позволяя изначально передавать IP-пакеты при значительной экономии ресурсов в сравнении с MPE. DVB-GSE теперь будет опцией для всех систем модуляции второго поколения DVB.

Как это работает?

В общей архитектуре системы DVB технология GSE концептуально находится на том же уровне, на котором находится технология MPEG-2 TS. Фактически все носители DVB-вещания второго поколения предлагают «совместимый вещательный режим» для передачи MPEG-2 TS и «общий режим» для передачи в основной полосе общих данных с переменным размером. Таким образом, GSE не заменяет собой MPEG-2 TS, а скорее дополняет его (см. рисунок 1). Термин «Входящие потоки» на рисунке 1 указывает на различные потоки пользовательских данных, служащие в качестве входящего сигнала для модулятора, который выстраивает рамки согласно QoS и, возможно, других установок.

Протокол GSE был разработан в качестве уровня адаптации для обеспечения функций инкапсуляции и фрагментации пакетов сетевого уровня в общих потоках. GSE обеспечивает эффективную инкапсуляцию IP-датаграмм в пакетах второго уровня переменной длины, которые затем непосредственно направляются в физический уровень основной полосы. GSE максимально повышает эффективность передачи IP-датаграмм, снижая затраты в 2-3 раза по отношению MPE к MPEG-TS. Это достигается без каких-либо компромиссов функциональности, предлагаемых протоколом, благодаря переменной длине пакетов Уровня 2, подходящей к характеристикам IP-трафика.

Благодаря использованию GSE все вещатели, использующие стандарт DVB второго поколения, превращаются в «трубопроводы» для IP-уровня. Таким образом, приложения можно разрабатывать таким образом, словно спутниковые, эфирные или кабельные маршруты являются местными или широкими сетевыми трубами. Кроме того GSE в числе требований к вещателю предусматривает минимальную вероятность нахождения ошибок и максимальный уровень ошибок. Соответственно, на уровне приложений могут быть разработаны любые схемы FEC в соответствии с этими минимальными требованиями, делая уровень приложений независимым от вещателя.

Такой же подход применяется в DVB-IPTV и DVB-IPDC, и поэтому GSE позволяет рассматривать IP в качестве точки совместимости вещательных компаний, телекоммуникационных сетей и мобильных приложений. Таким образом, данная технология становится краеугольным камнем для DVB на пути к конвергенции и моделью, позволяющей объединить все эти сектора.

Технология GSE обеспечивает дополнительные функции, повышающие гибкость и подстраиваемость протокола. Среди ключевых характеристик GSE следует выделить, в частности, такие:

• Поддержка мультипротокольной инкапсуляции (IPv4, IPv6, MPEG, ATM, Ethernet, 802.1pQ VLANs и т.д.).
• Поддержка нескольких режимов адресации: помимо 6-байтового MAC-адреса (включающего много- и однонаправленную передачу), технология также поддерживает режим без MAC-адресов, а также опциональный 3-байтовый адресный режим.
• Механизм фрагментации IP-датаграмм или других сетевых пакетов в основной полосе для поддержки режимов управления ACM/VCM.
• Поддержка аппаратной фильтрации.
• Расширяемость: дополнительные протоколы связи могут включаться через специальные значения типов протокола (к примеру, безопасность Уровня 2, Компрессия IP-заголовков и т.п.).
• Низкая сложность аппаратной реализации.

IP-датаграммы, рамки Эзернета, а также прочие пакеты сетевого уровня, предназначенные для передачи, инкапсулируются в один или более GSE-пакетов (см. рисунок 2). Процесс инкапсуляции очерчивает начало и конец каждого сетевого уровня единицы данных протокола (PDU), добавляет контрольную информацию – такую, как тип протокола и указатель адреса, а также, при необходимости обеспечивает общую проверку целостности.

Фрагментация при переходе к слою соединения вызвала много проблем в протоколе и структуре приложений, поэтому Инженерный совет интернета (IETF) настойчиво рекомендует избегать фрагментации на IP-уровне. GSE соответствует этому ключевому требованию, гарантируя отсутствие фрагментации на IP-уровне. Если фрагментация необходима для адаптации к рамкам основной полосы DVB-вещателя, то она происходит исключительно на GSE-уровне и поэтому скрыта от IP-уровня. Процесс перекомпоновки устойчив к потерям в рамках основной полосы.

Позиции на рынке

Различные продукты, в которых используется технология DVB-GSE, были разработаны и предложены для использования в различных профессиональных спутниковых приложениях. На момент написания этой статьи ещё ничего не было слышно о появлении на рынке бытовых продуктов, в которых бы использовалась технология GSE. Помимо этого, GSE входит в число рекомендаций SatLabs для DVB-RCS терминалов (по прямой линии DVB-RCS) в «Рекомендациях систем SatLabs» v1.3 и v2.3 (www.satlabs.org).

GSE-Lite

В ноябре 2013 года был разработан профиль GSE-Lite, в котором снижены требования к памяти и обработке данных для передатчиков и приёмных устройств. Профиль предлагает упрощённый, но вполне функциональный набор возможностей GSE, позволяющий производить недорогие бытовые приёмные устройства.

Ключевые различия его от основного профиля GSE таковы:

• Максимальная память 7,2 кБт против 16 Мб.
• Максимальная задержка 64 против 256 рамок основной полосы.