Jak na video v domácí síti

Domácí sítě představují již dlouho horké téma. Technologických možností a produktů pro jejich budování je celá řada, ale ne všechny se hodí pro každého. Zejména pokud chce přenášet video – největšího žrouta přenosové kapacity sítě.

Rozvoj domácích sítí dnes diktuje nikoli domácí automatizace, ale dostupnost spotřební elektroniky a nabídky zábavy. Klíčovým prvkem sítě je domácí brána, která se postupně stává mediálním centrem. PVR se stále více přibližuje svým charakterem mediálním serverům. Zařízení pro HDTV budou schopna dekódovat také druhý tok ve standardním rozlišení, což zvýší poptávku po domácích sítích pro doručení obsahu na různá místa v domácnosti.

Jestliže se hovoří o videu s vysokým rozlišením, je dobré se také podívat na vývoj cen odpovídajících koncových zařízení. Podle analytiků LRG (Leichtman Research Group) se v USA na konci září zvýšil podíl HDTV přijímačů na 12 % (oproti 7 % na konci loňského roku). Podle jejich průzkumu mezi 1300 domácnostmi je v průměru pořizovací cena přijímače 1600 USD, tedy o 33 % nižší než před rokem (2400 USD). Většina ale stále čeká, až jejich cena spadne pod 1000 USD, kdy by konečně mohla být dostupná pro průměrnou domácnost. Přitom ale průzkum ukazuje, že každý pátý majitel HDTV televizoru již přemýšlí o nákupu dalšího.

Podle jiného průzkumu společnosti Kagan Research bude na konci dekády v USA dokonce 82 % vybavených zařízením pro vysoké rozlišení (s průměrnou cenou 1140 USD). Na konci loňského roku bylo v USA již 11 milionů domácností takto vybaveno a do roku 2010 se předpokládá nárůst jejich počtu na 97 milionů (jen třetina si ovšem bude předplácet HDTV služby, a to především od satelitních a telekomunikačních provozovatelů) a do roku 2015 již na 110 milionů.

I když se stále vylepšují metody komprese objemného obsahu pro jeho přenos v síti, datové požadavky ve skutečnosti rostou. PVR s prvky rychlého posunu vpřed nebo zpět vyžadují větší šířku pásma, nikoli méně. Dvojnásobná až trojnásobná spotřeba pásma je znát zejména u placené televize, kde je potřeba zabudovaná spolehlivost, garantovaná kvalita služby a vysoká bezpečnost obsahu.

Jak si s těmito požadavky na šířku pásma a způsob přenosu poradí dnes nejoblíbenější bezdrátová technologie? Svítá na lepší časy, nebo bude potřeba se ponořit do nekonečných metrů kabelů? Existuje snad ještě jiná schůdnější varianta?

Umí hi-fi technika vůbec bezdrátově komunikovat?

Podpora bezdrátového propojení u nejrůznějších typů zařízení v domácnosti dnes již nepředstavuje problém. Podle průzkumu společnosti Strategy Analytics téměř dvě třetiny všech zařízení s podporou síťového propojení na trhu (především spotřební elektronika) používá nebo může používat bezdrátovou komunikaci po Wi-Fi. Mezi populární aplikace domácího „síťování“ dnes patří přenos digitálních fotografií z PC na TV nebo poslouchání MP3 hudebních záznamů na stereo systému.

Průzkum se neprováděl v domácnostech samotných, ale mezi 200 síťovými domácími zařízeními od 74 výrobců z celého světa, včetně výrobců PC (HP, Fujitsu-Siemens, Gateway), spotřební elektroniky (včetně Sony, Samsung, Panasonic, Philips, Sharp, Thomson, Toshiba), hi-fi zařízení (Onkyo, Yamaha, Kenwood) a samozřejmě síťových zařízení (Linksys, D-Link, Buffalo, Netgear) a nových společností jako Kiss, Pinnacle, Roku, Slim Devices a Sonos.

Jak na video

Nejzapeklitější otázkou dneška je, jakou technologii vybrat, aby podporovala přenosové nároky videa. Zde více než kde jinde rozhoduje šířka pásma, a proto asi nemá v současnosti nejoblíbenější bezdrátová technologie příliš šancí.

Mezi WLAN je dnes nejpopulárnější 802.11g, která sice nabízí teoretické maximum na fyzické vrstvě 54 Mb/s, ale v reálu lze dosáhnout nejvíce 20-30 Mb/s. Navíc žádná ze stávajících bezdrátových lokálních sítí nemá zabudovanou podporu pro kvalitu služby (QoS), tj. možnost upřednostnit toky/pakety jednotlivých aplikací podle jejich nároků na minimalizaci zpoždění, jeho kolísání a také ztrát paketů. Teprve v polovině letošního roku byl schválen doplněk pro všechny typy bezdrátových LAN 802.11a/b/g na podporu QoS (IEEE 802.11e), který umožní lepší zacházení s provozem v bezdrátové síti podle různorodých požadavků různých běžících aplikací, což se jistě příznivě projeví na kvalitě vnímání na straně uživatele. V Evropě mohou často mít navíc v domech bezdrátové sítě problémy s tloušťkou cihlových zdí, kterými pak signál jen s obtížemi proniká v potřebné síle a kvalitě.

Na obzoru jsou ovšem dvě nové specifikace, které se v domácích bezdrátových sítích zejména pro přenos multimédií, živého videa, VoD apod. víc než dobře uplatní. Jednak se pracuje na rychlejší WLAN pod označením IEEE 802.11n, která bude s využitím více antén u vysílače a přijímače (MIMO) výrazně zvyšovat přenosovou kapacitu, minimálně na 100 Mb/s skutečně uživatelské propustnosti (500+ Mb/s na fyzické vrstvě).

Superrychlá 802.11n v domácím prostředí (zdroj: TGSynch)

Kromě toho se připravuje specifikace pro super-WiMedia, bezdrátovou osobní síť (IEEE 802.15.3a), jejíž dosah bude pouze několik metrů, na rozdíl od WLAN, ale propustnost bude v řádu stovek Mb/s a v budoucnu i Gb/s. Pro takto rychlou síť se poprvé pro komunikační účely použije technologie UWB.

UWB je zatím regulátory povoleno pro komunikační účely pouze v USA, Singapuru a Japonsku, obdobné kroky chystá Čína a Jižní Korea. V Evropě zatím žádné konkrétní snahy tímto směrem znát nejsou. Přesto je na UWB již založena také specifikace Wireless USB 1.0 schvalované v květnu letošního roku ve Wireless USB Promoter Group, která podporuje rychlost 480 Mb/s na vzdálenost tří metrů. UWB v podobě technického řešení MB-OFDM, jednoho ze zvažovaných variantních řešení pro WPAN 802.15.3a je již přijaté jako základní specifikace WiMedia Alliance.

Obě specifikace – superrychlá lokální a malá bezdrátová síť - si ale ještě vyžádají určitý čas na dokončení a konečné schválení technického řešení. I když příslušné pre-produkty budou na trhu v předstihu, přesto se jich nedočkáme dříve než za rok či dva.

Zapněte síť do sítě

Bezdrátová domácí síť je ideální řešení pro ty, kdo se nechtějí potýkat se síťovými kabely. Jiné – původem starší – technické možnosti síťování v domácnostech se z praktických důvodů orientovaly na využití stávající kabeláže, tedy nejběžnějších elektrických rozvodů, případně telefonních či koaxiálních rozvodů.

V domácnostech se ujala možnost zrealizovat komunikační síť po síti elektrického rozvodu, i když především pro automatizaci než pro hudební či video nahrávky. Nejnovější multimediální rozšíření specifikace Homeplug pro audio/video, schválená v srpnu letošního roku, ovšem už nabízí v ideálních podmínkách teoretickou kapacitu až 200 Mb/s. První produkty by se na trh mohly dostat ještě před koncem roku, nejpozději do poloviny roku následujícího.

Homeplug A/V by mohl v domácnosti se třemi klienty umožnit 90-100 Mb/s (redukce v propustnosti oproti ideálu je způsobena režií), což by pro video mohlo být více než dost. Režie Homeplug A/V souvisí s podporou pro TDMA, které umožňuje rozdělit využívaný kmitočet do více samostatných kanálů pro video nebo audio toky. Nová specifikace tak umožní simultánní distribuci videa ve standardním i vysokém rozlišení, audio v celé domácnosti, VoIP s managementem provozu a datový provoz. Nabízí stabilní, bezpečné a jednoduché řešení širokopásmové páteře po stávajících rozvodech.

Podpora Homeplug A/V ve spotřební elektronice umožní shlédnout vysílání HDTV nebo film z PC, PVR nebo STB na jakémkoli televizoru v domácnosti, bez potřeby nové kabeláže. Kvalita služby (QoS) je zajištěna, podobně jako automatické rozpoznávání příslušně vybavených zařízení (Plug-and-play).

HomePlug AV spolupracuje se zařízeními podle HomePlug 1.0 devices. Zabezpečení podporuje lepší díky posílení šifrování z 56 bitů na 128 bitů. Jinak HomePlug AV používá nízké kmitočty v pásmu 2-28 MHz.

Dosavadní specifikace Homeplug Powerline Alliance, které jsou k dispozici již nějaký pátek, ovšem nebyly obecně široce přijaty, navíc v současné době se skupina výrobců rozdělila (španělský DS2 si jde vlastní cestou, na rozdíl od Sony, Intellon a Echostar, kteří podporují Homeplug A/V). Někteří poskytovatelé služeb ale věnují pozornost i stávajícím produktům: např. Telenetpoužívá Homeplug 1.0 pro domácí širokopásmovou komunikaci. Ta sice neumožňuje přenos videa, ale dovoluje připojení zařízení do běžné elektrické zásuvky s kapacitou 14 Mb/s.

DS2má vlastní firemní řešení, protože Homeplug A/V vychází z regulace amerického FCC, zatímco v Evropě platí jiné regulační režimy. Jejich řešení je určeno právě pro Evropu a oproti Homeplug A/V nabízí také podporu skupinového vysílání (multicast).

Někteří výrobci se ale nebrání různým technickým řešením pro domácí širokopásmové rozvody, např. Motorola pracuje jak na bezdrátových řešeních, tak na produktech podle Homeplug.

Telefonní rozvod může pomoci

Specifikace domácí sítě po stávajícím telefonním rozvodu v domácnosti HomePNA 3.0byla v květnu schválena ITU-T. Má podporovat kapacitu 128 Mb/s s možným rozšířením až na 240 Mb/s se stejnou garantovanou kvalitou služby. Právě tato nejnovější specifikace je přesně určena na podporu kombinace služeb (triple play) nabízených mnoha poskytovateli širokopásmového připojení, tedy jak dat, hlasu (VoIP), tak videa (VoD, IPTV) a televizního vysílání (včetně HDTV). Produkty jako domácí brány a STB s podporou této specifikace jsou ve vývoji.

Starší specifikace HomePNA byly populární zejména v USA, kde jsou běžné paralelní přípojky, které v Evropě zdaleka tak rozšířené nejsou. HomePNA 3.0 přes svoje označení není omezena pouze na telefonní rozvody, ale lze ji uplatnit i v koaxiálních sítích.

Home Phoneline Networking Alliance, která pracuje na otevřených specifikacích pro síťování po telefonních rozvodech, právě posílila svoji základu o nové významné společnosti, především SBC Labs, Scientific-Atlanta, Analog Devices, Samsung Electronics, Readylinks.

Koaxiální rozvody jsou rovněž řešením, pokud jsou

Koaxiální rozvody mohou podporovat nejrůznější protokoly, nejen klasický Ethernet, který se spolu s IP již probojovává do páteřních sítí poskytovatelů širokopásmových sítí a pomalu se blíží až k samotným koncovým uživatelům. V domácnostech bude bojovat o přízeň uživatelů svojí nejnovější variantou příhodně označenou jako Residential Ethernet.

Dosud totiž - přes svoji popularitu v podnikových sítích – si Ethernet nevydobyl stejné postavení v domácích sítích, kde jsou v popředí zájmu jiné aplikace. Ty vyžadují minimální zpoždění, což Ethernet při nejlepší vůli ve své klasické podobě zaručit nemůže. Proto se mezi kabelovými řešeními spíše ujaly specifikace jako IEEE 1394 (FireWire, iLink) pro lokální propojení a další dvoubodové nebo firemní systémy pro větší vzdálenosti.

Zkratky

HDTV              High Definition TeleVision

IPTV               Internet Protocol TeleVision

MB-OFDM        Multiband Orthogonal Frequency Division Multiplexing

MIMO             Multiple Input Multiple Output

PVR                Personal Video Recorder

QoS               Quality of Service

STB               Set-Top Box

TDMA            Time Division Multiple Access

USB               Universal Serial Bus

UWB              UltraWideBand

VoD               Video on Demand

WPAN             Wireless Personal Area Network

15. 11. 2005

Autor: Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA