SZAKDOLGOZAT. Szász Lóránt GIYNBH

SZAKDOLGOZAT

Szász Lóránt GIYNBH

Miskolc 2013

Vezeték nélküli IPTV műsorszórás vizsgálata – Szász Lóránt

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai kar

Vezeték nélküli IPTV műsorszórás vizsgálata

Tervezésvezető:

Készítette:

Dr. Kane Amadou

Szász Lóránt

egyetemi docens

mérnök-informatikus hallgató

Miskolc 2013

2


Köszönettel tartozom tervezésvezetőmnek, Dr. Kane Amadounak és Kilik Roland konzulensemnek, a szakdolgozat megírása során nyújtott segítségért

3


Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék ................................................................................................................................. 4 Bevezetés ........................................................................................................................................... 5 1. A digitális műsorszórás alapjai ...................................................................................................... 6 1.1 A digitális műsorszórás fogalma ............................................................................................... 6 1.2 Út az analóg televíziózástól a digitális műsorszórásig .............................................................. 6 1.3 Az MPEG videotömörítési algoritmus ...................................................................................... 8 2. Az IPTV rendszerek megismerése ................................................................................................ 11 2.1 Az IPTV technológia által használt protokollok ...................................................................... 12 3. Vezeték nélküli átviteli rendszerek .............................................................................................. 16 3.1 Az átviteli rendszerek csoportosítása..................................................................................... 17 3.2 Modulációs technikák ............................................................................................................ 18 3.2 IEEE 802.11 ............................................................................................................................ 20 4. A feladat ismertetése .................................................................................................................. 23 4.1 A tesztkörnyezet ..................................................................................................................... 24 4.2 Felhasznált eszközök .............................................................................................................. 25 4.3 A fejlesztő környezet .............................................................................................................. 28 4.4 Alkalmazott szoftverek ........................................................................................................... 29 5. Mérések........................................................................................................................................ 31 5.1 Az analizált műsorfolyam ....................................................................................................... 31 5.2 A mérések kiértékelése .......................................................................................................... 34 5.2.1 Wifi Analyzer eredmények .............................................................................................. 35 5.2.2 VSTREAM eredmények .................................................................................................... 41 5.2.3 Mérés fix adóval, fix vevővel ........................................................................................... 48 6. A kiértékelő program bemutatása ............................................................................................... 51 6.1 A program szerkezeti felépítése ............................................................................................. 51 6.1 A program megvalósítása ....................................................................................................... 52 Összefoglalás .................................................................................................................................... 59 Summary .......................................................................................................................................... 60 Irodalomjegyzék ............................................................................................................................... 61

4


Bevezetés A televíziós műsorszórás nagy változáson ment keresztül a kezdetektől a napjainkig. Kezdetben kizárólag analóg módon továbbították mind a kép, mind a hanganyagot. Azonban az integrált áramkörök megjelenése, és a nagyméretű digitalizálódás

lehetővé

tette,

hogy

a

digitális

technika

a

televíziós

műsorszórásban is megjelenjen. A digitális kódolás lehetővé teszi, hogy a szolgáltatók az analóg módon továbbított 40-50 csatorna helyett több száz csatornát juttassanak el a fogyasztókhoz. A digitális televíziózás manapság már nagyon népszerű a világban, nincs ez máshogyan itthon, hazánkban sem. A jelenlegi digitális előfizetések száma már nagy mértékben megközelíti a hagyományos analóg előfizetések számát. Nem tévedünk nagyot, ha azt mondjuk, hogy a jövőben a digitális műsorszórás teljesen felválthatja az analóg műsorszórást. Elég csak az idei évben sokat reklámozott digitális átállásra gondolnunk, ami az átállás egyik mérföldkövének tekinthető. Földfelszíni analóg műsorvételre már sehol nincs lehetőségünk az ország területén. Október 31-ével az egész ország területén befejeződött az ilyen adók lecserélése. Az analóg műsorszórás továbbra is megmarad, kábel tv előfizetéssel, vagy műholdon továbbra is foghatunk analóg adást, és ez valószínűleg még egy jó idegi így is marad. A digitális műsorszórás egyik megvalósítása az IPTV (Internet Protocol TV), vagyis az IP alapon közvetített televízióadás. Hazánkban a 2006-os évben indultak el az IP TV-s szolgáltatások. Az IPTV szolgáltatás minőségi jellemzőit az átvitel bizonyos működési paraméterei, az időjárás, az átviteli technika nagyban befolyásolják. Ezen paraméterek mérése mind a médiaátviteli alkalmazások, mind pedig

a

hálózat

tervezése

és

üzemeltetése

szempontjából

fontos.

Szakdolgozatom a vezeték nélküli IPTV műsorszórás vizsgálatával foglalkozik, amelynek

keretein

belül

szeretném

jellemezni,

kiértékelni

az

időjárási

körülmények, a terepobjektumok, valamint a távolság okozta minőségromlást.

5


1. A digitális műsorszórás alapjai 1.1 A digitális műsorszórás fogalma A digitális műsorszórás olyan műsorszórás, amelyben a műsort nem analóg, hanem digitális formában juttatjuk el a vevőkészülékhez. A digitális adások szinte mindig tömörített formában kerülnek rögzítésre és továbbításra, ezért az egy hagyományos, analóg TV adás átvitelére szolgáló csatorna helyén 3-4 HD (nagy felbontású) vagy 10-12 SD (normál felbontású) digitális adás továbbítható. A megoldás nagy előnye, hogy több műsort, illetve nagyobb felbontású, jobb minőségű adásokat nézhetünk televíziónkon. A digitális műsorszórás további előnye, hogy egyenletes kép- és hangminőséget kapunk: nem fordul elő szellemkép, villódzás, képszemcsésedés stb. Viszont, ha a jel minősége nem ér el egy adott szintet, egyáltalán nem látunk adást, nem lehet „éppen hogy venni” a műsort, mint régen. Emellett lehetőségünk van HDTV (High Definition Television – nagy felbontású TV) adások vételére is. A hangsáv CD minőséget biztosít, és nem csak sztereó, de 5.1 vagy akár 7.1 csatornás Dolby Digital térhatású hang is kísérheti a mozifilmeket. A műsorokhoz egyszerre többnyelvű szinkron is sugározható, amelyből a néző választhatja ki a neki legjobban megfelelőt. A digitális műsorszórás olyan speciális szolgáltatásokat biztosít, mint pl. az elektronikus műsorújság (EPG).

1.2 Út az analóg televíziózástól a digitális műsorszórásig Az analóg televíziózás alapkövét Paul Nipkow fektette le 1883-ban. Ő állt elő azzal az elképzeléssel, hogy a képet sorokra bontva továbbítsa. Az első valódi analóg képátvitelre a harmincas években került sor, de az igazi fejlődés az ötvenes években indult meg a háború után. Eleinte csak fekete-fehérben, majd a hatvanas évektől vált alkalmassá a színes képátvitelre, ettől kezdve csak kisebb finomításokat hajtottak végre a rendszeren mind a stúdió célú, mind az otthoni felhasználásra szánt eszközökön. Voltak kísérletek az analóg televíziózástól való elrugaszkodásra több vonalon is, (D2MAC, PALPlus rendszer) de ezek egyike sem nyerte el a remélt népszerűséget.

6


A stúdiókban már a kilencvenes évek eleje óta digitális jelátvitelt használnak, a CCIR 601 szabványnak megfelelő tömörítetlen jelfolyamok formájában. Ennek adatsebessége 270Mbit/s. Ez tökéletesen alkalmas stúdiókban való feldolgozásra, és elosztásra, de alkalmatlan sugárzásra, vagy más, a végfelhasználók irányába történő továbbítására, mivel a kábelen, földi, vagy műholdas csatornákon elérhető csatornakapacitás meg sem közelítik ezeknek a jeleknek a sávszélesség igényét. Nem is beszélve a tömörítetlen HDTV-adások akár 800Mbit/s-ot meghaladó átviteli sebességéről. Tömörítés nélkül ezeket a jeleket tehát nem lehet továbbítani.

Az igazi áttörést a JPEG szabvány megteremtése hozta el. A JPEG (Joint Photographic Experts Group) egy elsősorban állóképek tömörítésére szakosodott szakértői csoport. Ők használtak először diszkrét koszinusz transzformációt (DCT) állóképek tömörítésére. A DCT alapvető eleme az MPEG tömörítésnek is, melyet mozgóképek tömörítésére fejlesztettek ki. 1992-ben született meg az MPEG1 szabvány, majd utódja az MPEG2. Az MPEG1 célja az volt, hogy teljes képernyős mozgóképek tömörítését, és reprodukcióját tegye lehetővé 1,5 Mbit/s átviteli sebesség mellett. Az MPEG2-t már a digitális televíziózás alapjának szánták. Kezdetben csak SDTV jeleket lehetett vele továbbítani, de később alkalmassá vált HDTV jelek tömörítésére is, bár eredetileg erre az MPEG3 szabványt szánták, ami végül nem valósult meg. Az MPEG szabványcsalád típusaival a későbbiekben majd részletesen is megismerkedünk.

A digitális televíziózás (DVB – Digital Video Broadcasting) európai programként jött létre a kilencvenes években, és három fő adatátviteli rendszer vált kidolgozásra. A DVB-C (kábel TV-s), a DVB-S (műholdas), és a DVB-T (földfelszíni sugárzás).

7


1.3 Az MPEG videotömörítési algoritmus Az MPEG (Moving Picture Experts Group) szakértői csoport 1988-ban kezdte meg munkáját, hogy tömörítési és visszaalakítási eljárásokat dolgozzon ki mozgóképek, hang és ezek együttesének feldolgozására. A szabványok családja az alábbi tagokból áll: •

MPEG-1 szabvány VHS minőségű mozgókép és hang tömörítésére elsősorban CD-n, kb. 1,5 Mbit/s sebességig (1992)

•

MPEG-2 stúdió minőségű tömörítési szabvány a digitális televíziózás számára, 100 Mbit/s sebességig (1994)

•

MPEG-4 tömörítés multimédia alkalmazások céljára a legtömörebbtől a legjobb

minőségig

különböző

sávszélességű

telekommunikációs

hálózatokon (1. változat 1998, 2. változat 1999. A további verziók kidolgozás alatt állnak.) •

MPEG-7 tartalom leírási szabvány multimédiás információ keresésére, szűrésére és feldolgozására (kidolgozás alatt)

•

MPEG-21 multimédia keretszabvány (tervezett)

Az MPEG-1 videó tömörítési eljárás a képkockák közötti redundanciát igyekszik kihasználni. A képsor I (intra) kerettel kezdődik, amely minden más képkockától függetlenül kódol egy képet. Az I keret a JPEG eljáráshoz hasonlóan kódolja a képet. Ez a legkevésbé tömör, de a legjobb minőségű keret. A további keretek

mozgásbecslésen

alapuló

mozgáskompenzációra

épülnek.

A

mozgásbecslés 16x16 pontos képrészletek mozgását vizsgálja, ezek eltolásával közelíti a képet és csak a különbségképet kell kódolni. A P (predicted, előrebecsült) keret az előző I vagy P keret alapján állítja elő a következő – vagy későbbi - képkockát. A P keretek az I kereteknél tömörebbek. Az I és P keretek között helyezkedhetnek el a B (bidirectional, kétirányú) keretek, amelyek a megelőző és a következő I vagy P képekből kétirányú becsléssel állítják elő a közbenső képet.

Azért fontos a következő képek használata a kétirányú

becsléshez, mert a takarásból előtűnő vagy oldalról beúszó képrészleteket az előző képekből nem lehet mozgáskompenzálással megbecsülni. A B keretek a legtömörebbek.

8

Vezeték nélküli üli IPTV műsorszórás vizsgálata – Szász Lóránt

1. ábra – MPEG képsor

A fenti 1. ábrán az MPEG képsor felépítését láthatjuk. A háromféle képkocka váltogatási szabályát a kívánt minőség szerint választhatjuk meg, egy műsoron m belül is többször módosítva. tva. Kevesebb B keret jobb minőséget, séget, de kevésbé tömör kódot eredményez. Legalább tizenöt képkockánként be kell iktatni egy I keretet a halmozódó hibák elkerülése végett. A tömörítési arány képfüggő, nyilván sokkal jobban tömöríthető tömöríthet egy hírolvasó bemondó felvétele, felvétele mint egy akciójelenet. Kétféle kódolási stratégia közül választhatunk: A műsorszóró rendszerek állandó sebességű, sebess a hordozóeszközön (pl. DVD)) tárolt anyagok állandó minőségű tömörítést igényelnek. A képkockák

tovább továbbításának sorrendje

nem

egyezik meg a lejátszás

sorrendjével. A B keretek előállításához szükség van a következő következ I vagy P keretre is, tehát azokat előtte elő kell átvinni. Az MPEG-2 eljárás kidolgozásakor kidolgozás a stúdió minőség ség elérése volt vo a cél. A finomított tott szabvány lehetővé lehet

teszi

az

MPEG-1-hez

képest

a

felbontás

javítását, képek helyett ett félképekkel is dolgozhat (interlaced)), kisebb méretű blokkokkal is végezhető ő a mozgáskompenzálás. mo A

képtömörítésnél tésnél

alkalmaz alkalmazott

mozgásbecsléss

az

elmo elmozdulás

vektor

meghatározásátt szolgálja, kijelölve azt a képrészletet, amely az előző elő kép-kockán a legjobban hasonlít a vizsgált képrészlethez. A hasonlósági mértékek rendszerint távolság függvényeken, függvén illetve a keresztkorrelációs keresztkorrelác függvényen alapulnak. Alul az abszolút érték és a négyzetes hiba képlete látható.

1.

2.

9


Ahol Mk(i, j) a k-adik referencia elemhez tartozó hasonlósági mérték (i, j) eltolás esetén. Ennek minimuma lesz a k-adik referencia elemhez tartozó hasonlóság -15 < i < 15, -15 < j <15 pixel. M, N a vizsgált ablak mérete: M=16, N=16 pixel. Rk a k-adik referencia kép, X a vizsgált kép világosság mátrixa. A keresztkorrelációs függvényen alapuló hasonlóság képlete:

3.

A jelölések megfelelnek az előbbi hasonlóság függvényeknél alkalmazottaknak, az eltérés csupán annyi, hogy a keresztkorrelációs függvény esetében a maximumot keressük, ez jelenti a leginkább hasonló alakzatot. A maximumhoz tartozó i és j index adja a legnagyobb hasonlósághoz tartozó mozgásvektort.

Az MPEG-4 szabvány különböző változatai grafikus objektumok leírását teszik lehetővé, az objektumok határvonala tetszőleges lehet. A legfontosabb objektumok: •

arc és test animáció

•

2 dimenziós felületek

•

3 dimenziós felületek

10


2. Az IPTV rendszerek megismerése Az IPTV, mint fogalom: az IPTV, az IP hálózaton átvitt televízió és videószolgáltatás. Az ITU-T IPTV Fókuszcsoport (IPTV Focus Group) az IPTV fogalmát a következőképpen definiálja: az IPTV IP alapú hálózaton átvitt multimédia szolgáltatás (televízió, videó, audió, szöveg, grafika, adatok), melyre a szükséges QoS(Quality of Service), QoE(Quality of Experience), biztonsági, interaktivitási és megbízhatósági tulajdonságok biztosítva vannak. A definíció külön hangsúlyozza az IP alapú hálózat és a QoS szerepét, mégis gyakran előfordul két tévedés az IPTV értelmezésével kapcsolatban.

Az IPTV és a digitális TV (DVB) kifejezéseket szinonimaként használják, vagy a digitális átállást az internetes tévézéssel állítják párhuzamba. A valóságban az IPTV nem azonos a digitális tévével. Valójában két különböző adatátviteli technológiáról és különböző piaci szereplőkről van szó. Az IPTV és DVB közötti hasonlóságnak van alapja, mivel mindkettő esetben MPEG audio/videó kódolásról és rendszerint MPEG-2 Transport Stream-ről beszélhetünk, illetve mindkét esetben set-top box-ra van szükség a vételhez. Azonban ezen kívül minden másban különböznek egymástól: az adatátvitel fizikai szintjén, a felhasznált hálózati protokollok tekintetében, és a felhasználói felület kialakítására alkalmazott technológia vonatkozásában is.

Az IPTV azonban nem is internetes tévé vagy „webes tévé”, mivel az internetes videózásnál be kell érnünk a best effort modell lehetőségeivel. Ezzel szemben az IPTV zárt IP alapú hálózaton megy, ezért az IPTV esetében a szükséges QoS garantáló mechanizmusok rendelkezésre állnak. A web2-es video megosztó szolgáltatások szemléletével ellentétben, éppen a hálózat struktúrájának zártsága miatt, az IPTV rendszerekben megmarad a tartalomszolgáltató és a felhasználó közötti éles különbségtétel, vagyis az IPTV ebből a szempontból jobban hasonlít a digitális tévé világára. A 2. ábra azt mutatja meg, hogy milyen sávszélesség igényei

vannak

az

IPTV

szolgáltatásnak

normál

és

nagy

felbontású

műsorszórásnál, MPEG2 és MPEG4 tömörítések esetén.

11


2. ábra – Sávszélesség igények

2.1 Az IPTV technológia által használt protokollok Az IPTV rendszereknél az Internet Group Management Protocol (IGMP a multicasting megoldásokhoz), az UDP, illetve a Real Time Streaming Protocol (RTSP a Video on Demand / VOD használatához) protokollokat alkalmazzák.

Valós idejű adatfolyam protokoll (Real Time Streaming Protocol) A Real-time streaming protocol (RTSP) népszerű médiafolyam formátum. Úgynevezett END to END információt szolgáltat a két végpontnak. Ellenőrizni lehet, hogy az adatfolyam tényleg átért, vagy megszakadt. Lehetséges az adatátvitel monitorozása, felügyelete és az egyes vezérlési funkciók megvalósítására is használható. Ilyen például a VoD (Video on Demand) szolgáltatás, amellyel filmeket kölcsönözhetnek ki az ügyfelek a virtuális videotékából vagy akár előfizethet egy kattintással egy másik csatornára, illetve letilthatja azt. Ebből adódik, hogy az RTSP az azonosítás egyik kulcsfontosságú egysége. Előnyei: -

szállítási réteg független. Legyen UDP, RDP vagy TCP.

-

A kliens vezérelheti az adatfolyamot

-

http támogatás

12

Vezeték nélküli üli IPTV műsorszórás vizsgálata – Szász Lóránt

-

tűzfal- és proxyszerver roxyszerver kompatibilitás (nem kell a régi routerek tűzfalát t nagyban átkonfigurálni)

-

médiaszerver

változásainak

tájékoztatható

a

jelentés

felhasználó

leadása

bármilyen

(ezzel

a

változásról

funkcióval például

a

kezdőképernyőn) őn) -

a

kívánt

média

több

szerveren

is

elhelyezkedhet,

a

szükséges

kapcsolatokat magától képes kiépíteni -

erőforrásokat forrásokat folyamatosan figyeli, így magától is képes felszabadítani a hálózat bizonyos erőforrásait er (pl: cache ürítés…).

-

rögzítő eszközök vezérlése, visszajátszás

Tehát ezzel a valós idejű idej adatfolyam protokollal vezérelhetjük az IPTV szolgáltatás visszajátszó vagy a felvevő felvev funkcióját is. Alul a 3. ábrán az RTSP állapotok láthatók.

3. ábra – RTSP állapotok

Setup: Erőforrások források lefoglalása, kapcsolat ka felvétele Play: Oda-visszajátszás visszajátszás (adatfolyam indítása) Record: Rögzítés Pause: adatfolyam átmeneti megállítása az erőforrások er források felszabadítása nélkül 13


Teardown: erőforrás felszabadítása Az RTSP eljárással kibővített funkciók: − igény szerinti (On Demand) letöltés, − időben csúsztatott (Time Shifted) tévénézés − személyes műsorfelvétel (Personal Video Recording), − műsorújság (Electronic Program Guide), − személyre szabott TV (My TV), − illetve ezek menedzselése.

Csoportos IP cím közlés (IGMP) Ez a protokoll lehetővé teszi, hogy egy hálózaton gazdaszámítógépek meghatározott

csoportja

valamilyen

üzenetet

kapjon.

Ezek

az

üzenetek

úgynevezett többszereplős (multicast) üzenetek, amelyek a hálózatba kapcsolt gazdagépek meghatározott csoportjához szólnak. Ahhoz, hogy egy gazdagép megkapjon egy ilyen többszereplős üzenetet, a többszereplős csoport mindegyik gazdagépének a csoporthoz tartozás mellett kell döntenie. Az IGMP közvetíti a tagságot a többszereplős gazdagépek és a többszereplős útvonalválasztók felé. A multicast egy kommunikációs forma, amelyben egy adó (jelforrás) és tetszőleges számú vevő egy közös csatornát használva információt cserél. A legfontosabb tulajdonsága a pont-pont kommunikációval szemben, hogy az információmennyiség csak egy példányban áramlik át a hálózaton. Ezt a tulajdonságot elsősorban a multimédia alkalmazások tudják kihasználni, így az élő hang és videóközvetítések, a videokonferenciák, s az egyéb tartalomszóró megoldások.

14


UDP (User Datagram Protocol) Az UDP egy olyan összeköttetés nélküli szállítási protokoll, ahol a kapcsolat felépítéséhez az adónak és a vevőnek nem kötelező üzeneteket váltania egymással, mint pl.: TCP esetén. Az UDP csomagok megérkezésére nincs semmiféle garancia, nincsenek nyugtázó keretek, ha a vevő nem kap meg egy csomagot, nem kéri még egyszer az adótól, hanem esetleg, valamilyen módon elrejti a datagram hiányából adódó hibát. A csomagok sorrendje szintén nem garantált, előfordulhat, hogy a csomagok út közben összekeverednek egymással, így a sorrend felborul. Fejlécének felépítése az 4. ábrán látható.

4. ábra – UDP fejléc

A számítógépek általában egy IP címmel és egy fizikai címmel (MAC cím) rendelkeznek. A MAC cím a számítógépünk hálózati kártyáját azonosítja. Ha egyszerre több programot használunk, amik aktívan használják a hálózati kártyánkat, például egy FTP szerverről letöltünk valamit, és még böngészünk is, akkor más-más alkalmazások csomagjait keverve veszi a hálózati kártyánk. A számítógépünk a port számok segítségével azonosítja, hogy melyik csomagot melyik programnak kell kapnia. A portokat az IANA osztja ki. Az FTP, például a 21-es porton működik, a HTTP a 80-ason. Egy portot 16 bittel írnak le, azaz maximum 216=65536 darab port létezhet. Az UDP fejlécben megadják még a teljes UDP szegmens hosszát (a fejléc és a hasznos adat összegeként). A fejléc ellenőrző összeget is tartalmazhat.

15


3. Vezeték nélküli átviteli rendszerek Már az is nagy dolognak számít, hogy képesek vagyunk egy egyszerű kábel segítségével adatokat továbbítani, de az még nagyobb esemény, hogy ugyanezeket az adatokat akár elektromágneses hullámok által is elküldhetjük. A rádiófrekvencia kifejezés olyan tulajdonságú váltóáramra utal, amelyet ha antennába vezetünk, akkor elektromágneses tér keletkezik, amely alkalmas vezeték nélküli sugárzásra és\vagy kommunikációra. Ezek a rezgésszámok az elektromágneses spektrum nagy részét lefedik kilenc kilohertztől, ami még az emberi hallásküszöbön belül van, egészen három gigahertzig. Rengeteg készülék hasznát veszi a rádiófrekvenciás térnek: vezeték nélküli telefonok, mobiltelefonok, műholdas sugárzórendszerek, okostelevíziók és még sorolhatnánk. Eleinte szenzációnak számított a vezeték nélküli vonal, majd elterjedt a rövid szöveges üzenet, s most már arra is lehetőségünk van, hogy az otthoni vezeték nélküli hálózatunkon keresztül küldjük a HD (High Definition) felbontású médiaanyagot az asztali számítógépünkről az okostelevíziónkra, és mindezt akadás mentesen. A vezeték nélküli átviteli mód az elektromágneses hullámokkal mutat szoros összefüggést. Az elektronok mozgásukkor elektromágneses hullámokat keltenek maguk körül, amelyek a szabad térben tovaterjednek. Ilyen hullámokat elsőként Heinrich Hertz német fizikus állított elő. Ezért róla kapta a mértékegységének nevét. Az elektromágneses hullám másodpercenkénti rezgésszáma a frekvencia. Ha egy elektronikus áramkörhöz megfelelő méretű antennát csatlakoztatunk, akkor az elektromágneses hullámokat szét lehet úgy szórni, hogy kicsivel arrébb venni lehessen őket. Az összes vezeték nélküli átviteli mód ezen az elven alapul. A vákuumban minden hullám a frekvenciájától függetlenül ugyanazzal a sebességgel terjed, ami a fénysebesség, amelynek értéke 3*108 m/s. A teljes elektromágneses spektrum öt fő hullámsávja: röntgensugarak, gamma sugarak, ultraibolya sugarak, látható fény, infravörös sugarak, mikrohullámok és rádióhullámok. Ebben a sorrendben növekszik a hullámhossz és fordítottan arányos a frekvencia. A rádióhullám, a mikrohullám, az infravörös hullám és a látható fény a spektrumnak az a része, amely alkalmas információtovábbításra.

16


3.1 Az átviteli rendszerek csoportosítása Infravörös átvitel Ezt az átviteli technikát kistávolságú adatátvitel során használják előszeretettel. A televíziók, videomagnók és hifik távirányítóiban infravörös adóegység található. Jellemzője, hogy viszonylag jól irányítható, olcsó és könnyen előállítható. Hátránya, hogy szilárd testeken nem képes áthatolni. Erre jó példa, hogy az egyik szobában lévő infravörös rendszer nem zavarja a szomszédos szobában lévő másik ilyen rendszert. Előnye viszont, hogy nincs szükség hivatalos engedélyeztetésre. Ez az átviteli technika jó eséllyel pályázhat egy épületen belüli vezeték nélküli lokális hálózatok átviteli rendszerének betöltött szerepére.

Rádiófrekvenciás átvitel A rádióhullámok egyszerűen előállíthatók, nagy távolságra jutnak el és könnyen áthatolnak az épületek falain. Érdemes tisztázni a rádióhullám fogalmát, mit is jelent. Olyan elektromágneses hullámok, amelyek úgy keletkeznek, hogy az antenna szabad elektronjait a változó elektromos mező rezgése kényszeríti, gyorsítja. A kisugárzott hullámok frekvenciája széles tartományban mozoghat és a látható fény sebességével terjednek. A hullámok minden irányba terjednek, terjedési tulajdonságaik viszont frekvenciafüggőek. Ez azt jelenti, hogy alacsony frekvencián a rádióhullámok minden akadályon áthatolnak, viszont teljesítményük a forrástól távolodva fokozatosan csökken. A nagyfrekvenciás rádióhullámok egyenes vonal mentén terjednek, és a tárgyakról visszaverődnek.

Mikrohullámú átvitel A mikrohullám az az elektromágneses spektrum, amely 3 GHz-től 300 GHz-ig terjed. Az

adatátvitelben

a

nagyobb

sávszélességet

kívánó

vezeték

nélküli

helyeken

alkalmazzák. Az optikai kábelek megjelenése előtt évtizedeken keresztül ilyen mikrohullámú rendszerek jelentették a nagytávolságú távbeszélőrendszerek alapját.100 MHz felett az elektromágneses hullámok egyenes vonal mentén terjednek, és jól fókuszálhatók. Viszont a földfelszín görbülete problémát jelent, ha az adótornyok túlságosan messze vannak egymástól, ezért meghatározott távolságonként ismétlőkre van szükség. Minél magasabbak az adótornyok, annál messzebbre lehetnek egymástól.

17


3.2 Modulációs technikák Példának okán, vezeték nélküli információ továbbítására alkalmas csatorna az elektromágneses hullám, amely információt hordoz valamely jellemzőjének az információ szerinti megváltoztatásával (modulálással). Az információt a csatorna fizikai paraméteréhez kell illeszteni, ezt nevezzük az információátviteli modell alapján átalakításnak. Az információt hordozó elektromágneses hullámok antennával térbe kisugározhatók és eljutnak a lesugárzott terület felhasználóihoz. Minden vevőkészülékben le kell választani az információt az elektromágneses hullámról, ez a visszaalakítás (demodulálás). Triviális követelmény, hogy a vett üzenet azonos legyen az eredeti, küldött üzenettel. Rövid megfogalmazásban tehát a moduláció olyan eljárás, amellyel a vivőhullám valamely paraméterét az információt hordozó jellel változtatjuk. A moduláció során az analóg jellel ellentétben nem az alakhűség az elsődleges szempont, hanem a minél kisebb hibavalószínűség az átvitel során. A

televíziós

közeghozzáférést

csatornák

továbbítására

alkalmaznak

(FDMA),

frekvenciaosztásos ezért

multiplexelésű

vivőmodulációs

technikát

alkalmazunk jeltovábbításra. Az analóg csatornákhoz hasonlóan az adatátviteli csatornákat is középfrekvenciájukkal szokás jellemezni. A jel fázisa és/vagy amplitúdója hordozza a digitális információt. Egy állapotot egy adott amplitúdó és fázishelyzet jelöl. A nagy adatátviteli sebesség elérése érdekében többállapotú modulációt

kell

alkalmaznunk.

Az

egy

másodperc

alatt

végbemenő

állapotváltozások számát szimbólumsebességnek nevezzük. Mértékegysége a MSymb/s.Azaz megaszimbólum másodpercenként.

A következőkben megismerkedünk a QPSK és QAM modulációval. A DVB-S szabvány szerinti műholdas jelátvitel az alapsávi MPEG2 adatok továbbítására QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) modulációt használ. Ennek lényege, hogy az adatokból bitpárokat képeznek és a lehetséges négyféle változatot a vivő négy fázishelyzete reprezentálja, amelyeket szimbólumoknak nevezünk. A fentiek alapján, tehát pl. az elterjedten használt 27,5 MSymb/s szimbólumsebesség 55 Mbit/s adatsebességnek felel meg.

18


A zajos átviteli csatorna miatti információ torzulás elkerülésére az átviendő hasznos adatokat előzetesen járulékos adatokkal egészítik ki, amelyek lehetővé teszik a vételi oldalon (bizonyos határok között) a hibák kijavítását. Ezt az eljárást nevezzük Forward Error Correction-nak (FEC). A FEC a külső (Reed Solomon) és a belső konvolúciós (Viterbi) hibajavító eljárások együttese. A konvolúciós hibavédelmi eljárás hatásosságát a szabványban rögzített ötfele kódarányból a megfelelő kiválasztásával lehet a várható zaj mértékéhez igazítani. Például a Viterbi kódarány azt jelzi, hogy három bemeneti bitből az eljárás négy kimeneti bitet állít elő. A nagyobb zajtűrő képességért azonban az átvihető hasznos adatok mennyiségének csökkenésével kell fizetni.

A QPSK átvitel minősítésének legfontosabb és legpontosabban mérhető jellemzője a Bit Error Rate (BER), amely az átvitelben keletkezett hibás bitek és az összesen átvitt bitek arányát adja meg. A BER értékének meghatározására a hibajavító áramkörök számlálóit használjuk. A QPSK demodulátor elsőként a Viterbi hibajavító áramkörrel igyekszik eltávolítani az átviteli út hibáit, így az első mérőszámot ez az áramkör szolgáltatja. A Viterbi BER mérő áramkör azt mutatja meg, hogy az általa feldolgozott bemenőjelet milyen mértékben találta hibásnak. Gyakran nevezzük ezt a BER értéket Viterbi előtti BER érteknek is. A Viterbi áramkör kimenőjelet dolgozza fel a Reed-Solomon hibajavító áramkör, amelynek feladata a visszamaradt hibák kijavítása. (Csomagonként maximum 8 hibás bájt javítására képes.) Ennél az áramkörnél is egy számláló adja meg a javítások számát. Jó átvitel esetén az innen kimenő jelben mar nem lehet egyetlen hiba sem, ezért a Reed-Solomon BER ártek mindig a két hibajavító közötti, azaz a Reed-Solomon hibajavító előtti BER érteket adja meg. Valamennyi BER érték mérésének kritikus pontja a mérés ideje.

A QAM moduláció esetében a vivőfrekvencia amplitúdója és fázisa is változik. E két összetevő megengedett értékeitől függően beszélünk 16QAM (4-4 szint), 64QAM (8-8 szint), és 256 QAM (16-16 szint) modulációról. A 16QAM igen zavartűrő, így elsősorban visszairányban, míg a 64QAM és a 256 QAM modulációkat nagy adatátviteli sebességük miatt előreirányban használják. Egy bit átviteléhez két állapot kell, a 0 és az 1. QPSK modulációval két bit vihető át szimbólumonként, 16QAM-mel 4bit, 64QAM-mel 6bit, míg 256 QAM-mel 8bit. 19


3.2 IEEE 802.11 A fejezet utolsó részében az IEEE 802.11-es szabványokat, vagy ismertebb összefoglaló nevükön a Wi-Fi szabványcsaládot fogom ismertetni. A szabványt az IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) égisze alatt fejlesztették ki a kilencvenes években. Hét éves munka után 1997-ben született meg a 802.11-es szabvány.

802.11a 5 GHz-es frekvenciasávban működő eszközök; előnye a nagy távolság és sávszélesség, viszont jellemzően csak pont-pont kapcsolatra használják és az ehhez használható eszközök általában drágábbak. Különösen fontos az optikai rálátás a két pont között. Maximum 54 Mbit/s adatátviteli sebességű hálózat.

802.11b 2,4

GHz-es

tartományban

működő

eszközök:

hatótávolsága

a

terepviszonyoktól függően széles skálán mozoghat, lényegesen kisebb, mint a 802.11a, pont-multipont kapcsolatoknál 1 km-es sugarú körön belülre szokták tervezni. Átviteli sebessége max. 11 Mbit/s.

802.11g A 802.11g szabvány 2003-ban szabadalmaztatták, és a 802.11b-hez hasonlóan a 2.4-2.97 GHz-es sávszélességen működik. OFDM modulációs technikát alkalmaz, az adatátviteli sebessége a 802.11a-hoz hasonlóan 54Mbps. Az előbb említett két egyezés teszi lehetővé a 802.11g és 802.11b közötti kompatibilitást, melyet a gyakorlatban egy flash upgrade-el szoktak megvalósítani az erre alkalmas WLAN hálózatokban.

802.11n A 802.11n a jelenlegi legnépszerűbb, legelterjedtebb vezeték nélküli szabvány. A szabvány a 2.4/5 Ghz-es sávszélességen működik. 2009-ben lett hivatalossá téve. A szabvány OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-et használ.

20


Az OFDM rendszerekben egy 10, 20, vagy 40MHz-es nagysebességű vivőt 52 szubvivőre

osztanak,

300KHz-es

távolságokban elhelyezve

ezeket.

Ezek

egymással parallel módon, tehát egy időben kerülnek átvitelre. Ebből az 52 szubvivőből 48 szolgál adatok szállítására, a fennmaradó négyet pedig a vevők fázis szinkronizációjára használják. Ezt a megoldást COFDM-nek (COFDM - Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing - kódolt ortogonális frekvenciaosztásos multiplexálás) hívják. A Wireless N technológia az alap 802.11 szabvány kiterjesztése a MIMO-val (Multiple In, Multiple Out). A MIMO egy többantennás rendszer, amely ellentétben a normál vezeték nélküli hálózatokhoz képest nem zavarodik össze a visszavert jelektől, hanem ellenkezőképpen a reflektált jeleket felhasználva kiterjeszti a hatósugarat, és csökkenti az elérhetetlen pontokat. Így a jel akár négyszer távolabb eljut, mint a Wireless G szabvány jelei. MIMO Spatial Division Multiplexing egy absztrakt matematikai modell a több antennából álló rendszerek számára. Ezt szokás intelligens, smart antennáknak is nevezni. Az adónak és a vevőnek is több antennája van. Több antennán megy végbe az adás és a vétel egy időben. Ez a megoldás lehetővé teszi a valós 315 Mbit/s-os sebességet, két antenna között. Nagyobb rendszerekben pedig a 630 Mbit/s-ot, de ezt szigorúan csak a fizikai rétegben.

802.11ac Végül meg kell említenünk a jelenlegi legújabb 802.11ac szabványt. A 802.11ahoz

hasonlóan

5Ghz-es

sávszélességen

működik

A

fejlesztéseknek

köszönhetően a 802.11ac a két ill. három antennával szerelt eszközök számára elméletben akár 866 Mbps ill. 1.3 Gbps sebességű adatcserét tesz majd lehetővé. Bár a valóságban, ténylegesen elérhető sebesség vélhetően „csak” 400-500 Mbps körül alakul majd, ez is olyan sebesség, ami már gyakorlatilag a leggyorsabb,

gigabites

vezetékes

kapcsolatok

által

biztosítottal

bőven

összevethető, és nem mellesleg akár több Full HD videófolyam sugározását ill. átjátszását is lehetővé teszi majd például egy háztartáson belül. Az 5. ábrán láthatjuk a 802.11 szabványcsalád összefoglalását.

21


5.ábra – IEEE 802.11 szabványok

22


4. A feladat ismertetése Mint ahogy az már a bevezetésben felvezetésre került, a szakdolgozatom témája a vezeték nélküli IPTV műsorszórás vizsgálata. Alapvető előnye az IPTVnek, hogy IP alapon működik, így a vevőeszköz egyidejűleg WiFi-s vezeték nélküli internet vételére is alkalmas. A vezeték nélküli IPTV további előnye pedig az, hogy nem kell vezetékes hálózatot kiépíteni hozzá. Példának okán, ahol rendelkezünk „WiFi” kapcsolattal, ott (ha elegendő távolságon belül vagyunk az adótól) lehetőségünk lehet arra, hogy IPTV-s műsorokat nézzünk.

Az időjárás, a tereptárgyak, a földrajzi távolság azonban mind-mind befolyásoló tényezők a vezeték nélküli jelek (jelen esetben az IPTV sugározáshoz szükséges) terjedésének és minőségének szempontjából. Nem mindegy, hogy egy adótól (hozzáférési ponttól) például húsz méterre vagyunk, vagy onnan több száz méterre. Esetünkben olyan megvalósításról van szó, aminek a forrása (a műsor) a világűrből, műholdról érkezik. Az időjárási viszontagságok (ezért is) nagyban befolyásolják a kimenő műsor minőségét. A tereptárgyak, mint egy fa tele levelekkel, egy épület, vagy épületen belül egy fal is igen komoly ráhatással lehetnek a vezeték nélküli jelek minőségére, mind romlás, mind javulás szempontjából. De olyan is előfordul, hogy két jel interferálja (gerjeszti) egymást. Ez azt jelenti, hogy a két jel egyirányú, vagy azonos frekvencián van, vagy egyszerre mindkettő is teljesülhet. Ilyenkor a két jel zavarja egymást, csökkenhet a jeltovábbítás minősége, éppúgy elérhető távolság mértéke is.

A

dolgozat

megírásával

ezeknek

a

tényezőknek

a

vezeték

nélküli

műsorszórásban tapasztalható befolyásoló hatását szeretném ismertetni, illetve az eredményeket kiértékelni. Célom a vezeték nélküli mérések eredményeit kiértékelni, és a könnyebb átláthatóság, érdekében egy olyan programot készítek belőle, amely megkönnyíti az adott mérési körülmények (időjárás, helyszín, moduláció) közti eltérések megértését, illetve átláthatóbba válnak az adott mérések közti különbségek.

23


4.1 A tesztkörnyezet A mérések megvalósításához egy tesztkörnyezetet kellett felállítanunk. Az egyetemi bölcsész épület legfelső emeletén egy úgynevezett „mérőközpont” lett felállítva.

Különböző

a

mérésekhez,

és

a

műsorfolyam

létrehozásához

elengedhetetlen eszközök összességét értjük ez alatt. A számunkra lényeges adás, amit később elemzésre műsorszórás bocsátunk, az ASTRA műhold ingyenes műsora. A műholdjeleket a tetőn elhelyezett parabola antenna fogja. A parabola antennából koax kábelen keresztül a jel egy QPSK demodulátorba megy. A demodulátorhoz kapcsolódik az IPTV server egy ASI (aszinkron soros) porton keresztül. Az összeköttetés BNC kábellel van megoldva. Az IPTV serverre ethernet porton keresztül kapcsolódik egy switch. A switchen keresztül tudjuk felprogramozni az IPTV servert. Továbbá a switchen keresztül jut el a jel a vezeték nélküli hozzáférési pontba, ami egy előre beállított multicast címre küldi ki az adásunkat. Az IPTV szerverről az adatot és a feszültséget egy úgynevezett POE splitteren keresztül továbbítjuk a hozzáférési pontba. Az AP (Access Point) rá van csatlakoztatva egy a szabad ég alatt álló külső nagyteljesítményű MIMO antennára. Ennek az antennák a feladata a hozzáférési ponttól kapott jel felerősítése és továbbítása nagy távolságra. Alul a 6. ábrán a tesztkörnyezet strukturális felépítése látható.

6. ábra – a mérőkörnyezet strukturális felépítése

24


4.2 Felhasznált eszközök A továbbiakban néhány mondatban megismerjük a felhasznált eszközök jellemzőit és paramétereit.

QPSK Demodulator

7. ábra – QPSK demodulator

CW-4871 típusú demodulátor. A műszer a műholdról jött jeleket képes feldolgozni. Négy vevőegységet tartalmaz, és minden vevőegységnek kettős ASI (Aszinkron

Soros

Interface)

kimenete

van.

A

készüléket

keresztkábellel

csatlakoztathatjuk a számítógéphez. A készülék vezérléséhez telepítenünk kell az SW-4871 szoftvert.

CW-4851 IPTV Szerver

8. ábra – IPTV server

A bemenetére érkező, általában 8-10 televízió műsort tartalmazó adatfolyamból egy olyan adatfolyamot készít, amelyet az IPTV szolgáltató IP környezetben szétoszthat. A kimenő jel előállításánál nem a műsorok száma, hanem az adatsebesség az elsődleges szempont.

25


Az IP TV Szerver az adatsebesség csökkentése érdekében a felesleges nullpacketeket kiveszi, a packetek 188 bájt feletti részét levágja, és így ülteti az adattartalmat UDP/IP csomagokba. A készülék csak MPEG-2es dekódolásra képes. A készülék főbb jellemzői: •

Felfűzhető ASI bemenetek, 100 Mbit/s sebességű Ethernet kimenet

•

Multicast, unicast, broadcast címzési lehetőség IPv4 környezetben

•

Beállítás és programozás külső PC-vel Windows környezetben, üzemelés számítógép nélkül

•

Széles tartományban rugalmasan változó kimeneti adatsebesség

•

PID szűrési- és újratérképezési lehetőség (PID Filtering, PID Remapping)

•

PAT, PMT, SDT és NIT tábla kezelés, felhasználói packetek beillesztésének lehetősége

D-Link DGS-3024 Switch

9. ábra - Switch

•

24 darab nagy teljesítményű 1000Base-T port, amelyekkel 10/100/1000 megabites kapcsolatot lehet létesíteni.

•

Négy darab mini-GBIC(SFB) kombó port. RS-232 DCE diagnosztika port(konzol port) a switch beállításához konzol terminálról, vagy számítógépről terminál emuláló programmal.

•

Támogatja a 8K-s MAC címeket.

•

512Kb buffer áll rendelkezésre kapcsolóként.

26


A DGS-3024 áthaladás-kontroll (802.1x, port-alapú) és prioritási sor (802.1p) funkciója célirányos és megszakítás nélküli adatátvitelt tesz lehetővé.

Mikrotik RouterBoard Wireless AP

10. ábra – Hozzáférési pont

•

Vezeték nélküli hozzáférési pont. Három 10/100 Mbites ethernet port.

•

Három

mini-PCI

slot,

melyek

tetszőleges

hálózati

szolgáltatásra

konfigurálhatóak. •

680Mhz-es Atheros processzor

Vevőeszközök: Ubiquiti SR71X, SR71 USB MIMO technológiát használó Wireless-N kártya, amely jelentős adatátviteli sebesség növekedését és a link tartományt tesz lehetővé anélkül, hogy további sávszélességre vagy adási teljesítményre lenne szükség. Köszönhető ez a magasabb spektrális hatékonyságnak (Frekvenciánként több bit/s) és a kapcsolat megbízhatóságának vagy sokszínűségének(csökkentett átfedés).

11. ábra – Vezeték nélküli adapter

27


MIMO Antenna 5 GHz 120° 802.11n szektorsugárzó 2x2 MIMO

technológiával

19dBi

nyereséggel,

Rocket M5 csatlakozási lehetőséggel.

12. ábra – MIMO antenna

4.3 A fejlesztő környezet A modell megalkotásához a LabWindows/CVI 2009-es verzióját használtam. Ez

egy

ANSI

C

alapú

fejlesztőkörnyezet.

A

programot

alapvetően

villamosmérnökök számára fejlesztették, de informatikusok számára is igen hasznos lehetőségeket nyújt. Nagyon hasonlít a CVI-t fejlesztő cég egy másik programjához, a LabVIEW-hoz. A LabView egy grafikus programfejlesztő, amely elsősorban méréstechnikai és a hozzá kapcsolódó jelfeldolgozási feladatok megoldására szolgál, de alkalmas más, például szimulációs munkákra is. A CVI gyakorlatilag a LabVIEW kibővítése, sokkal inkább az informatikusoknak esik kézre. Nagy integritású rendszereket hozhatunk vele létre, ha alaposan ismerjük a C programozási nyelvet. A CVI használatával gyorsabban és egyszerűbben juthatunk eredményre. Így informatikus hallgató lévén a CVI mellett döntöttem, a LabView helyett.

28


4.4 Alkalmazott szoftverek VStream Analyzer A VStream egy PC alapú set-top-box(STB) emulátor és digitális tv minőség analizátor. Az STB emuláció lehetővé teszi IPTV csatornák kiválasztását, megtekinthetjük a dekódolt videófolyamot, minőség analízist folytathatunk vele a videostreamről. A tesztelt streamről mérőszámokat kapunk, erről egy pdf-et készít a program Results, azaz eredmények névvel. Az eredmények ezek után rendezve megtekinthetők szöveges vagy grafikus formában is.

AirMagnet Wifi Analyzer Pro Wi-Fi jel analizáló program, Kiválaszthatjuk, hogy 5GHz-es vagy 2,4GHz-es kapcsolatokat szeretnénk-e monitorozni.

Figyelhetjük a vett adatcsomagokat

számát és a típusát, a szórás jellegét, hogy Unicast, Broadcast, vagy Multicast címzésről van-e szó. Keretenkénti CRC hibákat is monitorozhatjuk, és ezeket mind adott csatornára lebontva. Ezeken kívül jel-zaj viszonyt, interferenciát, és a jelenlévő zajokat is kimutatja a szoftver.

SW-4851Transport Stream Remultiplexer A

szoftver

segítségével

felprogramozhatjuk

az

IPTV

szerverünket.

Kiválaszthatjuk a rendelkezésre álló csatornákat, amiket ki akarunk küldeni. Megadhatjuk a stream sávszélességét, a címet ahová kiküldjük, a címzési módot, ami esetünkben multicast.

VLC Media Player Általános videolejátszó program. Segítségével hálózaton keresztül nézhetjük a videostreameket, mindössze annyit kell tennünk, hogy beírjuk a protokollt, valamint megadjuk az IP címet és a portot.

29


Mikrotik Winbox Loader A hozzáférési pontunkat tudjuk vele felkonfigurálni. Választhatunk a modulációs módok között, adat átviteli sebességet állíthatunk, a kártya teljesítményét fokozhatjuk.

30


5. Mérések 5.1 Az analizált műsorfolyam Mint, ahogy az már a korábbiakban elhangzott, tizenkettő különböző mérési körülmény között valósítottunk meg méréseket. Azonban ez a gyakorlatban összesen 12x2, azaz huszonnégy darab különböző mérési körülmény, mivel egy olyan programmal is elvégeztük az adott helyszíneken a mérést, ami arra hivatott, hogy kijavítsa és újraküldje az MPEG transport streamekben továbbítódó I, P és B kereteket. A programmal elvégzett méréseknek a VSTREAM által analizált értékekben kell majd különbséget adnia. A továbbiakban ejtsünk néhány szót a műholdról vett és az IPTV server által kiküldött, bekonfigurált műsorfolyamról. Az IPTV

serveren

12Mbit/s-os

sávszélességet

állítottunk

be.

A 12Mbit/s-os

sávszélességbe két olyan általunk választott csatorna fért bele, aminek mind a hang, mind a képanyagát át tudtuk vinni ilyen sávszélesség mellett. Ezek a TVP Polonia, valamint a TVP Kultura. Alul a 12. ábrán az IPTV server beállítási felülete látható.

12. ábra – Remultiplexer felület

Az IPTV serveren beállított adást az 56789-es porton lévő 224.0.0.15- ös multicast címre küldtük ki. Ezen a címen érhető el az adás a VLC médialejátszón keresztül.

31


A műsorfolyamot többféle AP (Access Point) beállítás mellett elemeztük ki. A Mikrotik hozzáférési pont bekonfigurálására a Mikrotik Winbox Loader szoftver alkalmas. Alul a 13. ábrán a Mikrotik konfigurálási felülete látható. Az aktuális fülön a moduláció módját állíthatjuk be. Azt, hogy 2.4Ghz, vagy 5Ghz-es csatornákat alkalmazunk, illetve esetünkben azt, hogy a különféle 802.11es szabványok közül melyik standard-el továbbítjuk a jelet, 5Ghz a/g-ben, vagy 5Ghz-es csatornákon kizárólag n-es modulációval.

13. ábra – Mikrotik beállítás

A 14. ábrán a HTMCS (Modulation And Coding Scheme) típusokat választhatjuk ki, amelyek közül az 1-7-ig (1-2,3-4,5-6-7 együttes beállítások mellett) terjedő modulációs változatokat próbáltuk ki. Minden egyes MCS másmás átviteli sebességgel, és más modulációval jellemezhető. Fontos megjegyezni, hogy a HTMCS fül kizárólag akkor válik elérhetővé, ha csak n-es modulációt szeretnénk használni.

14. ábra – HTMCS beállítás

32


Az alábbi 15. ábrán látható egy összefoglaló táblázat az MCS indexek jelöléséhez.

15. ábra – HTMCS indexjelölések

Esetünkben az 1-2, 3-4, illetve az 5-6-7 beállítások a modulációs technikák közti különbséget hivatottak szemléltetni. A lenti 16. ábrán az a/g modulációhoz tartozó beállítási felületet láthatjuk.

16. ábra – Átviteli sebességek a/g modulácónál

Ezt

a

modulációt

tekintve

háromféle

beállítással

mértünk.

12/18/24,

24/36/48/54, valamint 36/48/54 Mbit/s-os átviteli sebességeket állítottunk be. Amint majd az a mérési eredményekből kiderül, az adó mindig a legkisebb beállított átviteli sebességgel küldte az adatokat. Ennek az az oka, hogy multicast címzéssel továbbítottuk az adatokat, ami nem megbízható protokollnak számít, így az AP minden esetben a lehető legkisebb átviteli sebességgel próbálta továbbítani a műsorokat.

33


5.2 A mérések kiértékelése A

mérési

eredményekből

táblázatokat

hoztam

létre.

Külön

táblázatok

tartalmazzák a WiFi Analyzerrel mért adatokat, amely adatok a következők: jelerősség, zaj, interferencia, átvitel Mb/s, csatorna kihasználtsága százalékban. Illetve külön táblázatok rendszerezik a VSTREAM-el kapott adatokat. Mindkét táblázat öt helyszín adatait foglalja magába. Ezek a helyszínek a következők: •

Egyetemi park, Turbina (100 méteres távolság az adótól)

•

Egyetemi park, Turbina mögötti fás terület (180 méteres távolság az adótól)

•

A/1-es épület első emelet (300 méteres távolság az adótól)

•

E/7es épület legfelső emelet (500 méteres távolság az adótól)

•

Bölcsészépület tető, benti rész, dupla fal mögött

A WiFi Analyzerrel mért adatok csak magára a jelre vonatkoznak, ezért ezekből az adatok tizenkettő különböző mérési körülményt foglalnak magukba. A VSTREAM-es táblázatok magára az MPEG2-es műsorra, illetve a műsor minőségére

vonatkozó

mérőszámokat

rendszereznek.

Ebben

huszonnégy

különböző esetre vannak elemezve az értékek, míg az elsőben tizenkettőre. Ennek alapvetően az az oka, hogy a mérőtárs által használt program magára a jel terjedésére, erősségére közvetlenül nincs hatással, csak az analizált műsorfolyam jellemzőit befolyásolhatja.

34


5.2.1 Wifi Analyzer eredmények A következőkben az analyzerrel mért adatok kerülnek kiértékelésre.

17. ábra – 1. mérési helyszín adatai

Első mérési helyszínünk, az egyetemi parkban lévő turbina közvetlen közelében elvégzett mérések eredményeit a fenti táblázatban foglaltam össze. A táblázat tartalmazza az összes beállításra vonatkozó eredményeket. Az első oszlopban a * felső index-el jelölt mezők azt jelentik, hogy a mérés esős/borús időben történt. Azok a mezők, ahol nincs csillag felső indexként, azok napos/tiszta időben lettek végrehajtva. A felső indexben két csillaggal jelölt oszlopnál a CRC Hiba százalékban érték azt jelenti, hogy az összes (Multicast, Unicast, Broadcast) csomag mellett hány olyan darab olyan volt, mely CRC hibás. A mért adatok alapján törvényszerű az, hogy a csatorna kihasználtsága szoros kapcsolatban áll az átvitel sebességével. Ezt alátámasztja az összes beállítás mellett mért mérési eredmény. Ahol az átviteli sebesség nőtt, ott úgy nőtt vele arányosan a csatorna kihasználtsága is. Az a/g beállításoknál megfigyelhető, hogy a csatorna kihasználtságnál mért arányok eltérőek beállításonként.

35


A 24/36/48/54 Mbit-es napos beállításnál a 4,6 Mbit/s-es átviteli érték mellett 19,21%-osihasználtságot látunk. Míg 36/48/54 Mbit/s-os beállítás mellett az átviteli sebesség 5,2 Mbit/s volt, 14,39%-os csatornakihasználtság mellett. Ennél az esetnél jól látható, hogy a csatorna kihasználtsága a legkisebb beállított átviteli sebességhez igazodik. Ha 24 Mbit-et leosztunk 4,6-al, akkor 5,2-t kapunk, 5,2-t 14,39-el szorozva pedig körülbelül 100-at. Ugyanígy, ha 36-ot leosztunk 5,2-vel akkor 6,9-et kapunk, ezt szorozva 14,4-el pedig közel 100-as érték jön ki. Tehát a csatornakihasználtság arányosan változik a legkisebb beállított sebességgel. Az AP pedig vélhetően azért küld a legkisebb sebességgel, mert a multicast nem megbízható protokollnak számít. Viszont ezek mellett feltűnő az,

hogy

az

„only

N”

beállításoknál

nem

változik

arányosan

a

csatornakihasználtság. Ennek alapvetően az lehet az oka, hogy only N beállítás mellett, ahol a HTMCS indexeket állítva konfiguráljuk az eszközt, nincs külön adatátviteli sebességet állító lehetőség, illetve a magyarázat az lehet, hogy a HTMCS beállításoknál az AP egy általános (minden HTMCS beállításra egyező) legkisebb átviteli sebességet vesz figyelembe. Az adatok alapján ez a sebesség 12Mbit/s. Erre bizonyíték az, hogy HTMCS1-2 beállítás mellett 50,71%, míg HTMCS3-4 beállítással 50,94% volt a kihasználtság, miközben az átviteli sebesség mindkét esetben 6,1 Mbit/s volt. A minimális (2 tized százalék) eltérés annak tulajdonítható, hogy az átviteli sebesség csak 1 digit hosszúságban van kijelezve. A jelerősségeket figyelve megerősíthető az, hogy a vezeték nélküli jelek erősebbek, és jobban terjednek tiszta időben, mint esős, ködös, felhős időben. A hat beállítási eredményből négynél egyértelműen látható az, hogy a jel erőssége sokkal jobb volt napos és tiszta időben, mint borús, esős idő mellett. Az 802.11n beállítással mért adatoknál megfigyelhető az is, hogy a CRC hibás keretek száma mindig kevesebb volt tiszta időben, mint esős időben. Az előzőek mellett megfigyelhető a modulációk közti eltérés is. Ahogyan haladunk a QPSK modulációtól a 64-QAM felé, a CRC hibás keretek száma folyamatosan csökken, ez mind tiszta, mind esős és borús időben igaz. Az interferencia értékeknél megfigyelhető, hogy a legtöbb esetben nulla, vagy igen csekély értékekkel találkozunk.

36


Azonban előfordulnak az átlag értékekhez képest kiugró interferencia értékek is egyes esetekben. Ez annak tudható be, hogy a méréseket viszonylag nagy időközökkel végeztük el, tehát ez év tavaszán, illetve ez év őszén is mértünk. Nagy valószínűséggel, valamikor a nyár folyamán elhelyeztek egy olyan hozzáférési pontot az egyetem területén, amely 5 GHz-es csatornán működik, ezzel magyarázható az, hogy miért találkozunk néhány esetben magasabb interferencia értékkel.


A második mérési helyszín rendszerezett eredményeit láthatjuk a fenti ábrán. Továbbra is szembetűnő az, hogy tiszta időben jobb a jelerősség, mint esős időben, a hat beállításból ötben jobb értéket mértünk napos és tiszta időben. Ugyanez elmondható a CRC hibás keretek számáról. Az n-es modulációt nézve, kivétel nélkül jobb értékeket mértünk tiszta időben, mint borús időben. Az a/g modulációs beállításoknál is háromból kettőnél kedvezőbb értéket sikerült mérni. Továbbá észrevehető az, hogy az adótól való távolság mértéke, illetve a tereptárgyak jelenléte (pl. fa) valóban mérhető hatással van a vezeték nélküli jelek erősségére. Az első, turbinánál mért értékektől minden egyes esetben gyengébb jelerősséget tapasztaltunk.

37



A 3. mérési helyszínen mért eredményekből látható, hogy továbbra is szembetűnőek a tiszta időben és rossz időben mért értékek közti különbségek. Az előzőekhez hasonlóan megfigyelhető az is, hogy a mérési távolság és a tereptárgyak befolyása miatt a jel erőssége tovább csökken. Ez mind a hat mérési körülmény mellett igaz. A CRC hibás kereteket figyelembe ugyanez a tendencia figyelhető meg. Esetünkben hatból hat mérési körülménynél sikerült jobb értéket mérni jó időben, mint esős és borús időben. Az adótól való távolságot figyelembe véve továbbra is igaz az, hogy minél messzebb vagyunk az adótól, annál gyengébb jelerősséggel rendelkezünk. A 75-80 feletti jelerősség szint egyébként már túlmegy az optimálisan elfogadható szinten. Ilyen jelerősségnél már jelentős minőségromlás tapasztalható az analizált műsorfolyamban.

38



A negyedik mérési helyszínen mért eredmények alapján is nyilvánvaló az, hogy szignifikáns különbség van a tiszta és rosszabb időben mért eredmények között. Ezt alátámasztja, hogy a jelen helyszínen mért adatok között minden egyes mérési beállítás mellett kedvezőbb jelerősséget sikerült mérni jó időben. A CRC hibás keretek közötti eloszlás ugyancsak hasonló értéket mutat, mint az előzőekben. Megfigyelhető az is, hogy, habár a mérési távolság nőtt, a tereptárgyak száma csökkent (mivel a 4. helyszín térben magasabban helyezkedik el, körülbelül 50-60méterrel), így a jelerősség mértéke hasonlónak tekinthető az előző, 3. mérési helyszínen mért értékekhez.

39



Az 5. mérési helyszínen voltunk a legközelebb a hozzáférési ponthoz. Talán ezzel magyarázható az, hogy miért csak négy alkalommal volt jobb a jel erősségének mértéke jó időben, mint rossz időben. A hozzáférési pont és a fal között körülbelül három méter távolság volt, ugyanennyi volt a távolság a fal és a mérési helyszín között is. Valószínűsíthető az, hogy a nagyon kicsi távolság az AP-tól elhanyagolható lehet napos, tiszta időben és borús, felhős időben. Figyelemre méltó az, hogy mindössze nyolc-tíz méterre voltunk az adótól, mégis 60 decibel körüli értékeket mértünk, ami jóval gyengébb az első mérési helyszínen tapasztalt 48-50 decibeles mérési eredményekhez képest. Ezek alapján körülbelül 8-10 decibeles jelromlást tulajdoníthatunk a kétszeresen is jelen lévő kb. húsz centiméteres téglafalnak. Ezen mérési helyszínen is megfigyelhető a CRC hibák eloszlásának mértéke. Itt hat mérési beállításból ötben tudtunk jobb értéket mérni tiszta időben.

40


Tapasztalatok Az elvégzett mérések alapján egyértelmű az, hogy az időjárási viszontagságok jelentősen befolyásolják a vezeték nélküli jelek terjedésének mértékét. Tizennyolc mérési körülményből mindössze háromszor fordult elő az, hogy rossz időben jobb jelerősséget sikerült mérni, mint napos, tiszta időben. A CRC hibás keretek száma a mérések háromnegyedében számunkra kedvező értéket mutatott. Értelemszerű az is, hogy a tereptárgyak jelenléte legalább olyan, ha nem nagyobb befolyással van a jel terjedésére, mint az adótól való távolság mértéke. Az átviteli sebesség mértéke szorosan kapcsolódik a csatorna kihasználtságának mértékéhez. Ezen két mérési adatot összevetve az összes mérési körülménynél igaz volt az, hogy a az

átviteli

sebesség

csökkenésével,

vagy

növekedésével

a

csatorna

kihasználtsága is nőtt, vagy csökkent.

5.2.2 VSTREAM eredmények A Vstream-el mért adatokból, mint ahogyan azt már korábban említettem, huszonnégy különböző mérési beállításról kapunk értékeket. Külön szedve rendszereztem a mérőtárs általi program nélkül végzett méréseket, valamint az ezzel a programmal elvégzett méréseket. A mérések kiértékelése előtt mindenképpen tisztázni kell egy-egy paraméter, illetve mérési érték jelentését. A következő néhány mondatban ismertetem ezeket. Average Absolute Video MOS: Átlagérték. A Video MOS (Mean Opinion Score) egy olyan mérőszám, ami az aktuális műsorfolyam video minőségét jellemzi. 1-5 intervallumon változik. A nagyobb érték a jobb. Average Relative Video MOS: Átlagérték. Relatív Video MOS. A műsorfolyam video minőségét jellemzi, de nem veszi figyelembe a következő két faktort : képfelbontás, keretméret. Average Audio MOS: Átlagérték. Olyan mérőszám, ami az aktuális műsorfolyam audio kvalitását jellemzi. 1-5 intervallumon változik. A nagyobb érték a jobb.

41


PSNR (Peak Signal to Noise Ratio): Csúcs jel-zaj viszony. Olyan videokvalitási mérőérték, amely a videojel lehetséges legnagyobb értékét hasonlítja a videojelen jelen lévő zaj értékéhez. Elméletben húsz decibeles PSNR alatt a videó nézhetetlennek minősül. Annál jobb, minél nagyobb az érték. PCR Discontuinity Error Count: PCR (Program Clock Reference) azaz programszinkronizációs

hibák.

A

PCR

feladata,

hogy

egy

adott

mpeg

adatfolyamban szinkronizálja az audio jeleket a video jelekhez, tehát, hogy tudjuk, hogy melyik audio jel, melyik videojelhez tartozik. Minden száz millisecundum alatt egy PCR-nek is továbbítódnia kell egy adott mpeg csomagban. Megjegyzendő, hogy a PCR-ek száma nincs kapcsolatban az egy csomagban át vitt keretek számával. A lényeg, hogy legalább egy PCR jel továbbítódjon minden száz ms alatt egy csomagban. Maga a mérőszám azt méri, hogy két egymást követő PCR között hányszor fordult elő az, amikor a különbség nagyobb volt, mint 100ms. Video

Degradation

Factor:

csomagveszteség,

kodektípus,

audio-video

szinkronizáció, és csomagkésés miatti százalékos minőségromlás a közvetített műsorban. Az érték szumma a felsorolt jellemzőkre vonatkozó értékekre. A mérések kiértékelésénél először a program nélküli táblázatot, majd a programmal mért eredményeket fogjuk látni egy-egy helyszínről.

42


22. ábra – 1. mérési helyszín adatai program nélkül

23. ábra – 1. mérési helyszín adatai programmal

Az első mérési helyszín eredményeit figyelve észrevehető az, hogy több helyen sikerült rosszabb időben kedvezőbb video minőséget produkálni, mint jó időben. Az audio minőség az előzőekkel ellentétben jobbnak minősült a legtöbb beállítás mellett. Ennek alapvetően az lehet az oka, hogy a jel erősségek között nem sok különbség volt a két mérési körülmény között. A csúcs jel-zaj viszonyt nézve már nem volt ennyire egyértelmű a helyzet, ezt a mérési paramétert figyelembe véve már közel hasonló az eloszlás a jó és rossz időben mért értékeket közt. Az n-es modulációnál mért adatoknál kivehető az, hogy ahogyan haladunk a fejlettebb moduláció felé, úgy javul a video- és audio minőségi paraméterek értéke. Egyértelmű az, hogy 64QAM mellett jobb minőséget kapunk, mint mondjuk QPSK demoduláció mellett. A programmal mért adatokat nézve szembetűnő, hogy mind video minőségben, mind audio minőségben sikerült jobb értékeket produkálni.

43




A 2. mérési helyszínen az elsőhöz hasonló adatokat mértünk, ha a video és audio minőséget vesszük figyelembe. Ezen helyszínen is érvényes az, hogy a jó, illetve rossz időben mért adatok közt nincs lényeges különbség. Az adatokat figyelve megállapítható az is, hogy az audio értékek általában javultak a jó és tiszta idő között, míg a műsor video minőségét nézve az ezek az értékek inkább romlottak. A 2. mérési helyszínen is érvényes az, hogy az n-es modulációknál egyre jobb értékeket kapunk a QPSK-tól haladva a 16QAM-en át a 64 QAM-ig. A csúcs jel-zaj viszony értékek közel hasonló eloszlásban mutatnak jobb eredményt jó és rossz időt figyelve. Továbbá megfigyelhető az is, hogy a video minőség romlási faktora folyamatosan csökken, minél jobban haladunk a hatékonyabb moduláció felé. Egyértelműnek tűnik a program javító hatása is, hiszen minden egyes esetben kedvezőbb értékeket kaptunk a programos rásegítéssel.

44




Ezen mérési helyszínen is megfigyelhető, hogy a video értékek romló, míg az audio értékek javuló értékeket mutattak jó és rossz időben. A csúcs jel-zaj viszonyt elemezve sikerült többször kedvező eredményt elérni jó időben, mint rossz időben. A programmal mért paramétereknél szembetűnő az, hogy a video jel kvalitása kivétel nélkül minden esetben javult, ez elmondható az audio minőségnél mért értékekről is, egy kivétellel. A programmal mért adatoknál figyelemre méltó az is, hogy a video degradációs faktor jelentősen csökkent minden esetben. Ez is a program helyes működését igazolja.

45




A 4. mérési helyszínen is az előzőekhez hasonló tendencia figyelhető meg. A programos méréseknél sikerült kedvezőbb paramétereket produkálni. Az audio minőség egy kivétellel minden esetben jobb volt jó időben, mint rossz időben. A video jeleknél ez nem teljesen igaz, hiszen a hat esetből csak kettőben volt jobb a video kvalitás jó időben.

46


30. ábra - 5. mérési helyszín adatai program nélkül


Az 5. és egyben utolsó mérési helyszínünkön jött ki a legjobban a különbség a jó és rossz időben sugárzott műsorok közötti különbség. Itt mind video, mind audio minőségben jelentős különbség volt a két időjárási viszony között, a jó idő javára. Ugyanez igaz volt a csúcs jel-viszony értékeket figyelembe véve is. A 16QAM moduláció melletti beállításnál sikerült 41 decibeles jel-zaj viszonyt mérni, ami már nagyon jó értéknek számít. Ezt alátámasztja az, hogy ennél az esetnél mind a video kvalitási érték, mind az audio kvalitási érték 4-es érték felett volt. A programmal mért értékeknél itt is javuló tendencia figyelhető meg, bár nem minden értéknél igaz ez. Előfordult egyes esetekben, hogy az audio jel minősége rosszabb volt, mint programos javítás nélkül. Azonban az összképet figyelembe véve ennél a helyszínnél is a program javító hatása állapítható meg. 47


Tapasztalatok A Vstreammel mért eredményeket figyelembe véve is nyilvánvaló az, hogy a műsorszolgáltatás minősége javuló tendenciát mutat jó időben, ellenben a rossz idővel. Ugyan előfordultak ennek ellenmondó eredmények, de összességében a kedvező időjárás előnyei egyértelműen kijöttek a műsorszolgáltatás minőségi értékeit figyelembe véve. Bizonyosságot kaphattunk arról is, hogy az I, P, és B kereteket javító program hatása egyértelműen levonható volt a rendelkezésünkre álló paraméterekből. Továbbá az is levonható a rendelkezésre álló adatokból, hogy mérhető különbség van a modulációs technikák közötti átviteli minőség között is.

5.2.3 Mérés fix adóval, fix vevővel Ebben az alpontban az adó manuális beállításával mért eredményeket elemzem ki. Ez azt jelenti, hogy a jelerősség szintet saját magunk manipuláltuk azáltal, hogy a MikroTik beállítási felületén keresztül a kártya kimeneti teljesítményét növeltük és csökkentettük. Erre alapvetően azért volt szükség, mert az előző fejezetekben taglalt, nem manuális mérések eredményei között többször előfordult az, hogy a video kvalitási értékek (Video MOS) jobbak voltak rossz időben (általában gyengébb jelerősség mellett), mint jó időben (kedvezőbb jelerősség) mellett. Mivel erre mindenképpen magyarázatot kellett találni, így muszáj volt kitesztelni a mérési eredményeket manuális beállítások mellett is. A teszteket három teljesítmény beállítás mellett végeztük el. A helyszín ugyanaz volt mindhárom alkalommal. A bölcsészépület legfelső emeletét választottuk, az adótól két téglafal választott el minket. Ez gyakorlatilag az 5. mérési helyszínnel egyezett meg, annyi eltéréssel, hogy attól a távolságtól némileg messzebb voltunk (gyengébb jelerősségeket is mértünk).

48


Először a +22dB-es jelerősítés melletti teszt kerül bemutatásra. jelerősség

Ennél

szintet

a

beállításnál

mértünk

az

még

adott

tűrhető

helyen,

a

mérőprogram -68 dB-s jelszintet mutatott. Ez a 32. ábrán látható. A VSTREAM-el mért adatok ilyen jelerősség szint mellett a következők voltak: Average Video MOS: 3.33 Average Video MOS (rel.) : 3.61 Video Degradation: 5 32. ábra – jelerősség első esetben

Average Audio MOS: 3.94

A következő tesztnél már 5dB-el csökkentettük a kártya kimeneti teljesítményét, +17dB-re állítottuk át. A helyszínen tapasztalt jelszint ekkor már -70 dB felé ugrott, a program -76 dB-es szintet mutatott. A VSTREAM-mel mért eredmények a következőképpen alakultak:

Average Video MOS: 3.54 Average Video MOS (rel.) : 3.82

33.ábra – jelerősség második esetben

Video Degradation : 5 Average Audio MOS : 4.26

49


A harmadik, és egyben utolsó beállításnál már 10 dBel csökkentettük a teljesítményt, +12dB-re vettük le az erősítési szintet. A jelerősség ennél az esetnél már nagyon gyenge szintet mutatott, mindössze 86 dB-es érteket jelzett a program. Ezt a jobb oldali 34. ábrán láthatjuk. A VSTREAM-el mért értékekben ennél az állapotnál már igen jelentős romlás következett be. 34.ábra – jelerősség harmadik esetben

Average Video MOS : 2.77 Average Video MOS (rel.) : 3.04 Video Degradation : 6 Average Audio MOS : 2.42

Az elvégzett tesztekből levonható az a konzekvencia, hogy a vezeték nélküli jel erősségnek csökkenésével nem feltétlenül következik be minőségi romlás a videostreamben. Látható volt, hogy 68 decibeles jelszintnél, és 76 decibeles jelszintnél közel azonos értékeket kaptunk, sőt a 76 decibeles jelszintnél még egy kicsivel jobbak is voltak az eredmények. Elképzelhető és valószínű, hogy van egy gyakorlati alsó határ, amit elérve a videostream minőségében már egyértelmű romlás tapasztalható, amit ezek a mérési eredmények is alátámasztanak. A harmadik beállítással mért adatoknál, ahol csak -86 dB-es jelszintet mértünk, mind a video, mind az audio kvalitási értékekben drasztikus romlást következett be.

50


6. A kiértékelő program bemutatása A

program

alapjául

a

C

nyelv

szolgál,

az

alkalmazás

maga

CVI

fejlesztőkörnyezetben lett elkészítve. Ebben a fejezetben először a program strukturális felépítését ismertetem, az ezt követő lényegi részben pedig a tartalmi összetevőket ( ablakok, formok, néhány programkód) kerülnek bemutatásra.

6.1 A program szerkezeti felépítése A program alapvetően három különböző részből áll össze. A modell tartalmaz egy nyitóképernyőt, minden egyes indításkor ez az ablak jelenik meg előttünk. A nyitóablak megjelenése előtt, vagy megjelenésével együtt felugrik egy tájékoztató jellegű üzenet egy kis ablakban, ami a program készítőjére, illetve a feladat megnevezésére utal. Az OK gombra kattintva a felugró üzenet eltűnik, a nyitóablak kerül a szemünk elé. A nyitóablak és a felugró ablak alul látható a 35. ábrán.

35. ábra - főképernyő

Felül a fejlécben a program megnevezése látható, az alatt pedig a programmenü foglal helyet. A menüből vezérelhetőek a panelek. Mint már említettem, három panel foglal helyet a programban. A nyitóablak, a VLC néven jelzett panel, amely panelon tudjuk megnézni a kiválasztott műsorokat, és a Vstream-el mért adatoknak helyet adó panel.

51


A panelek közt egyszerűen tudunk váltani a menü segítségével, oda és vissza egyaránt. A nyitóablak Main Page néven, a másik kettő pedig VLC és VSTREAM megnevezéssel foglal helyet a menüben. A menüben kapott hely a programból való kilépésére szolgáló vezérlő is. Megjegyzendő, hogy a programból csakis ezzel a menükapcsolóval tudunk kilépni.

6.1 A program megvalósítása A főképernyő A bemutatást a nyitóképernyővel kezdem, majd ezek után a VSTREAM és a VLC panel fog következni. A nyitóképernyő bal oldalán egy úgynevezett „Input” blokk foglal helyet, vertikális elhelyezkedésben. Itt tájékoztatást kapunk a bejövő műsorfolyam jellemzőiről. Ilyen például a feldolgozott csatornák száma, ami esetünkben kettő, az IPTV serveren beállított adás sávszélessége (12Mbit/s), a csatornák neve, mely TVP Polonia, és TVP Kultura. Továbbá az IPTV szerveren beállított csomagformátumot is leolvashatjuk. A blokk alsó részében látható a forrás és célcím, illetve a címzési

mód

megnevezése

is,

ami

esetünkben

Multicast. A blokk legalján látható még két vezérlőgomb is. A „DISPLAY” feliratú gombbal tudjuk a beállításokat 36. ábra – Input blokk

érvényesíteni, erre a gombra töltődnek be az adatok az adott felületekre. Az alatta lévő „Reset Data” feliratú

gombbal minden felületről törölni tudjuk az adatokat, és képeket egyaránt. Az Input blokk a fenti 36. ábrán látható.

52


A nyitóképernyő közepén foglal helyet az a blokk, amelyben feltudjuk konfigurálni a programunkat. A blokk a „Measurement Conditions”, azaz mérési körülmények megnevezést kapta. Ezen blokkban állítható be minden olyan mérési paraméter, amelyet változtattunk a méréseink során. Ilyen a mérési helyszín, amelynél

öt

különböző

lehetőség

közül

választhatunk. A következő kapcsolón tudjuk kiválasztani az időjárási körülményt, ezek az esős/borús,

illetve

a

napos/tiszta

lehetőségeket

jelentik.

Az

kapcsoló

az

úgynevezett

kapcsoló.

A

előző RING

vezérlőelem

rengeteg opciót

kettő típusú

segítségével

megadhatunk.

Minden

címkéhez más érték tartozik, amely a vezérlő programozásánál

fontos

vezérlő

értékét

aktuális

számunkra. a

A

GetCtrlVal

függvénnyel olvashatjuk le. Példa: GetCtrlVal

(panelHandle,

PANEL_RING,

&helyszin). A függvény paraméterei a panelt, a panel elemet, valamint a vezérlő aktuáli értékéhez létrehozott változót tartalmazzák. 37. ábra - konfigurálás

A blokk alsó részében állíthatjuk be a kívánt moduláció típust. Itt két különböző modulációt, és azokon belül három-három beállítást választhatunk. Itt a vezérlőelemekkel úgy van megoldva a kiválasztás, hogy mindig csak az adott moduláció beállításai közül tudjunk választani, ilyenkor a másik moduláció vezérlő eleme ki van szürkülve, nem működik.

A modulációk közti választás radiobutton-okkal van megoldva. Mindkét radiobuttonra egy úgynevezett callback függvény hivatkozik, amelyben az van megadva, hogy mi történjen, akkor, amikor az adott vezérlőelem aktív( értéke 1) állapotban van.

53


Példának okán nézzük meg egy ilyen függvény tartalmi felépítését. A függvény az alábbi 38. ábrán látható.

38. ábra – callback függvény radiobuttonhoz

A SetCtrlVal függvénnyel tudjuk változtatni az adott vezérlő elem értékét. Ha az első vezérlőgombra rákattintunk, akkor a másik vezérlőgomb értékét 0-ra, míg az aktuális vezérlő értékét 1-re állítja. Ennek megfelelő módon a SetCtrlAttribute függvénnyel pedig a vezérlő elem megjelenését tudjuk változtatni, ilyenkor változtatjuk meg szürkére, tehát „nem állíthatóra” a másik vezérlőt. Ilyen esetben a program le sem kéri az adott vezérlő értékét. Ha mindent beállítottunk, akkor a „DISPLAY” feliratú gombra kattintva már elénk is tárulnak az adatok és képek, illetve ekkor töltődnek be a VLC panelra a videók is. A „DISPLAY” gomb lenyomására a megjelenít () függvény hívódik meg. Ez egy hosszú programtörzsű eljárás, melyben az összes lehetséges beállítási lehetőségre vonatkozó állapot le van programozva.

54


Az alábbi 39. ábrán a függvény egyszerű működési elve látható.

39. ábra – vezérlő függvény

A nyitóablak harmadik blokkjában foglalnak helyet a WiFi analyzerrel mért adatok és képek. Két PICTURE panel elemen van megjelenítve az adott mérési körülményhez tartozó kép, amelyen a csatornakihasználtságot, az átviteli sebességet, a zajt, interferenciát, CRC hibákat (százalékban), és a jelerősséget olvashatjuk le.

VSTREAM A következő néhány mondatban a VSTREAM panel ismertetése következik. A panelra, mint arról már szó volt a főmenüből a VSTREAM opcióra kattintva léphetünk át. A panel hét mérési adatot tartalmaz, ezek a következők : Average Absolute Video MOS, Average Relative Video MOS, Peak Signal to Noise Ratio, PCR Error Count, illetve a Video Degradation. A bal oldalon, oszlopban láthatóak a program nélkül elvégzett mérések eredményei, jobb oldalon pedig a programmal végrehajtott méréseké.

55


Alul a 40. ábrán a panel felépítését láthatjuk.

40. ábra – VSTREAM panel

A VLC panel Ezen panel ad helyet a műsorfolyamok megtekintéséhez szükséges Windows Media Player vezérlő elemeknek. Külön ablakban tekinthetőek meg a program nélkül, illetve a programos rásegítéssel sugárzott műsorok. A média lejátszáshoz szükség volt egy úgynevezett ActiveX vezérlő létrehozására, amit a Tools -> Create ActiveX Controller menüre való kattintással érhetünk el. Itt ki kell választanunk, hogy milyen ActiveX vezérlést igénylő komponenst szeretnénk hozzáadni a projektünkhöz. A vezérlő létrehozásával együtt létrejön egy eszközkezelő driver, illetve egy kódkönyvtár is hozzáadódik projektünkhöz, amelyben rengeteg beépített függvény foglal helyet, amelyek segítségével konfigurálhatjuk a windows media player lejátszót.

56


A lenti 41. ábrán látható a VLC panel figyelhető meg.

41. ábra – VLC panel

A

műsorok

lejátszásának

megvalósítását

alapvetően

három

függvény

segítségével tudjuk kivitelezni. Az alábbi 42. ábrán láthatóak ezek a függvények.

42. ábra – Műsor betöltése

Az első függvénnyel hivatkozunk az adott panel elemre. Ezekből kettő található, mint arról már szó volt, egy a programmal javított műsoroknak, egy pedig a program nélküli műsoroknak. A második függvénnyel tudjuk megadni azt, hogy melyik videot akarjuk betölteni a felületre. A harmadik függvény feladata, hogy a betöltés után leállítsa a műsorfolyam lejátszását. Alapesetben ugyanis a második függvény a betöltés után azonnal elkezdi lejátszani az adott videot. A harmadik függvény feladata, hogy ezt megállítsa. A betöltés után értelemszerűen mi magunk manuálisan is tudjuk kezelni a media playeres felületet, bele tudunk tekerni a műsorba, le tudjuk venni a hangot. Az 43. ábrán láthatjuk is ezt a folyamatot. A két ablak különböző módon van beállítva.

57


43. ábra – VLC műsor

A panel bal alsó sarkában látható kisebb gomb az aktuális media player verzió számát írja ki. A kiírt adat nem statikus, nem kézzel beírt. A gombot megvalósító függvény minden egyes induláskor lekéri az adott verziót az operációs rendszertől.

58


Összefoglalás A mérések kiértékelése során bizonyosságot kaphattunk az időjárási körülmények, a földrajzi távolság befolyásoló hatásáról, illetve meggyőződhettünk azoknak mértékéről is. Továbbá a modulációs technikák között is mérhető különbségeket tudtunk kimutatni. A mérőtárs által írt program javító hatása pedig egyértelműen bebizonyosodott mind a mérési paraméterek, mind a vizuális élmény tekintetében. Nyilvánvalóvá vált az is, hogy a video és audio minőségi értékek csak egy gyakorlati alsó határ után csökkennek számottevően. A kiértékelt mérési adatokból felállítható egy olyan modell, ami ugyan nem tekinthető teljesen objektívnek (ahhoz minden egyes mérési körülményt végig kellene tesztelni), de egy alapvető viszonyítási alapnak mindenképpen megfelel. Segítségével lehetőség van arra, hogy adatokat, útmutatást kapjunk egy olyan tervezendő, kialakítandó vezeték nélküli hálózatról, amelynek nem tudjuk a pontos (tehát letesztelt) körülmények melletti paramétereit. Nincs szükség fizikai kiépítésre, és a körülmények okozta változások letesztelésére.

Azonban, mint említettem, a mérési adatok nem szolgálnak információval minden esetre. Mivel fix, tehát meghatározott számú mérési körülménnyel rendelkezünk, így a kiértékelő programot is tovább lehetne fejleszteni egy olyan irányban, hogy minden létező lehetőségre képes legyen adatokkal szolgálni. Az egyik megoldás az előzőekben említett minden beállításra kitérő tesztelés. Ez azonban rendkívül időigényes öt mérési helyszín esetén is. Azonban egy továbbfejlesztési irány lehetne a lényeges video/audio minőségi paraméterek teljes

összevetése,

közöttük

matematikai

összefüggések

keresése.

Alátámasztható, bizonyítható összefüggésekkel lehetőségünk lenne teljesen objektív modellek kialakítására.

59


Summary My thesis is about the IPTV Communication System with wireless data transmission. Through my work, it was found that the weather conditions, distance, objects like trees and walls have a really serious affect on the broadcasted mediastreams. It is obvious that we cant get as good as visual quality in bad conditions, like we can get in good conditions. Differences between modulation technics like QPSK and QAM have been revealed and evaulated. Moreover, I found that the video and audio quality of a stream do not lower due to descending signal strength. It begins to fall down just under a certain signal strength, which strength is about -75, -80 dB. There are various ways to improve the evalution program. As we have specified measurement conditions, the program can be improved on a way, where the application include evaluations of any possible measurement conditions. As an other approach, we can improve the program to a model. A model, which can calculate output data by analyzing input data, or the input stream.

60


Irodalomjegyzék [1] Walter Fischer – A digitális műsorszórás alapjai [2] http://cableworld.hu/cwnews/CWh_39.pdf [3] http://cableworld.hu/cwnews/CWh_41.pdf [4] http://cableworld.hu/cwnews/CWh_37.pdf [5] http://www.hte.hu/data/upload/file/Halozatok2008/16_Korsos_A.pdf [6]http://www.bibl.uszeged.hu/inf/demo/Halozatok/Fizikai_jellemzok/Fiz_[vez etek_nelkuli.htm [7] http://www.heninet.hu/d/proto/node8.html [8] http://www.dvbtinform.hu/ [9] Andrew S. Tanenbaum – Számítógép-hálózatok, Panem kiadó 2004 [10] http://ttk.pte.hu/ami/phare/inftech/infatv/index.htm [11] http://www.juniper.net/techpubs/software/junos-security/junossecurity10.0/junos-security-swconfig-wlan/wlan-ax411-access-point-802-11nunderstanding.html [12] http://mcsindex.com/ [13] Digitális modulációk a távközlő rendszerekben (fordítás) http://ece564web.groups.et.byu.net/59657160E.pdf

61

SZAKDOLGOZAT. Szász Lóránt GIYNBH

Recommend Documents