Progettazione della rete di trasmissione dati di un operatore televisivo

INTRODUZIONE 
 
 
Il presente progetto è stato realizzato in concomitanza con l’attività di tirocinio da me 
svolta pressola Broadcast Solutions di Picenze di Barisciano  (AQ) azienda operante come 
system integrator nel settore del Broadcast Radiotelevisivo. 
La Broadcast Solutions progetta e realizza sistemi di produzione, trasmissione e 
distribuzione di servizi radiotelevisivi per i più importanti operatori del settore nazionali. 
Mentre in Italia si sta assistendo al passaggio al digitale terrestre, DVB-T,  il mondo delle 
tecnologie televisive sta convergendo fortemente verso architetture basate su piattaforme 
standard dell’ICT sia in termini di apparati di processamento del video che di infrastrutture 
di trasporto e distribuzione. 
Questa tesi è l’esempio di come tutte le applicazioni che fanno parte del contesto 
produttivo di una emittente possano convergere verso l’utilizzo di infrastrutture di rete 
basate su Ethernet e protocolli IP abbandonando l’impiego di sistemi legacy costosi e 
meno performanti.  
E’ opportuno chiarire che le scelte tecnologiche in merito ai dispositivi di rete utilizzati nel 
presente lavoro e di cui discuteremo, derivano da scelte  aziendali interne  dovute a 
collaborazioni strette con le aziende che di volta in volta verranno menzionate.  
 
 
Caso di studio 
Lo scopo del lavoro è quello di realizzare la progettazione di una rete di telecomunicazione 
che supporti, in maniera convergente, le applicazioni utilizzate all'interno di un'emittente 
televisiva che distribuisce i propri contenuti in tecnica digitale DVB-T. 
Nel caso specifico, si tratta di un’emittente regionale le cui sedi produttive sono dislocate 
all'interno dello stesso territorio coperto dalla rete di diffusione. 
Il risultato del progetto sarà una rete in grado di erogare i seguenti servizi: 
 Distribuzione del segnale diretto all’utenza in tecnica DVB-T SFN (Single 
Frequency Network). 
 Raccolta di segnali di contribuzione audio/video in diretta dagli studi delle sedi 
periferiche verso la sede centrale mediante flussi MPEG-2 DVB-IP; 
 Interconnessione dei sistemi di produzione e post-produzione dei contenuti ovvero 
interscambio tra le sedi di materiale sotto forma di file; 
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 Condivisione degli archivi; 
 servizi di telefonia e intercomunicazione; 
 accesso alle applicazioni aziendali di office automation; 
 accesso unificato alla rete internet; 
Lo studio si prefigge, inoltre, l'obiettivo di analizzare le problematiche relative alla 
disponibilità dei servizi e l'individuazione di soluzioni tese a garantire elevati livelli di 
affidabilità e sicurezza della rete.  
 
Ambito applicativo 
Fondamentalmente, il lavoro proposto nasce dalla ricezione della necessità dei 
broadcasters di riorganizzare i propri processi produttivi per renderli più efficienti, in termini 
di produttività, ed efficaci nel miglioramento della qualità generale del prodotto. Fino ad 
oggi, l'evoluzione dei processi in questo tipo di aziende, ha riguardato il mantenimento di 
una sufficiente qualità del segnale, a volte con successo limitato, e l'incremento di 
produzione attraverso il potenziamento dei mezzi mantenendo, però, lo stesso tipo di 
paradigma produttivo. L'evoluzione delle tecnologie informatiche e di quelle di 
telecomunicazioni, rende possibile una revisione generale dei modelli organizzativi, dei 
flussi operativi e delle tecnologie utilizzate. E' sufficiente provare a valutare come sia 
evoluto negli ultimi anni il costo per minuto di contenuto memorizzato per comprendere 
che i tempi per una rivoluzione digitale, intesa anche in senso informatico, siano maturi. 
Ad aumentare l'appetibilità di una revisione generale dei processi produttivi, giunge, per 
ragioni tecniche, ma anche legislative, la necessità di convertire le reti di diffusione attuali 
da analogiche a digitali. La scelta italiana, inoltre impone vincoli ancora maggiori tesi alla 
ottimizzazione dell'impiego dello spettro elettromagnetico dedicato all'emittenza televisiva, 
che comportano l'adozione di una sola frequenza per la copertura di tutto il bacino di 
utenza. (SFN single frequency network). In questo scenario, il presente progetto, si 
posiziona come soluzione all'avanguardia in grado di realizzare la convergenza su una 
sola tecnologia di rete per tutto ciò che riguarda i servizi cruciali del broadcaster 
favorendo, anche in ambito di interconnessione tra le sedi e tra i siti diffusivi, una migliore 
utilizzazione dello spettro elettromagnetico ed una riduzione dei costi operativi. 
L'introduzione del DVB-T come tecnica di diffusione del segnale televisivo verso gli utenti, 
di fatto moltiplica il numero di canali ricevibili sulla singola frequenza, ma questo, dal lato 
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del broadcaster, si traduce nella necessità di una maggior capacità produttiva o della 
disponibilità di una rete di raccolta di contenuti da veicolare attraverso la propria rete di 
diffusione. Dunque, nascono dei nuovi modelli di business legati alla disponibilità di 
migliori risorse produttive e di una rete in grado di erogare anche servizi diversi dalla 
semplice diffusione di contenuti televisivi. L'adozione di una rete di ultima generazione 
consente quindi una serie di servizi aggiuntivi rispetto a quanto accadeva in passato, 
ferma restando la possibilità di erogare la diffusione del segnale in tecnica analogica fino 
al momento dello switch-off previsto dal piano per la televisione digitale in Italia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPITOLO 1  
GENERALITA’ 
Prima di procedere con l’analisi delle problematiche di progettazione, è bene dare una 
descrizione dello stato attuale delle  infrastrutture di rete di cui l’emittente in questione 
dispone (scenario di partenza), descrivere quali sono le soluzioni previste dagli standard 
attuali per la realizzazione di reti di trasmissione dati in tecnologia DVB-T (modello ASI) e 
descrivere l’infrastruttura di rete che ci accingiamo a progettare enfatizzandone le migliorie 
tecnologiche introdotte rispetto alla situazione di partenza e a quella standard avvalendoci 
di diagrammi UML (scenario di arrivo).   
 
 
1.1  Stato attuale dell’infrastruttura di rete  
L’azienda in questione è organizzata in quattro sedi delle quali una è la sede principale e 
le rimanenti tre sono sedi periferiche che sostanzialmente costituiscono la rete di 
contribuzione analogica dei contenuti audio/video verso la sede centrale. Per quanto 
riguarda la rete di contribuzione del segnale televisivo, allo stato attuale il broadcaster 
dispone di una rete di interconnessione delle sedi e dei siti trasmissivi, in grado di erogare, 
oltre al servizio di distribuzione del segnale televisivo analogico (distribuzione primaria, 
ossia verso l’utenza), il trasporto di un segnale video analogico di contribuzione da ognuna 
delle tre sedi provinciali. Per quanto riguarda i servizi informatici invece, oltre alla propria 
rete LAN di cui ogni sede dispone, per la condivisione di applicazioni per l'office 
automation e la posta elettronica vengono utilizzate delle VPN su internet dato il costo 
elevato di linee dedicate ad alta velocità. La condivisione dell'archivio dei contenuti, non è 
ovviamente possibile a causa della limitata disponibilità di banda sugli accessi internet 
anche professionali (limitata larghezza di banda per i flussi in upstream dalle sedi). 
Considerando la parte di distribuzione e contribuzione televisiva, va notato che vengono 
impiegate quattro frequenze di interconnessione tra le sedi ed i siti diffusivi, una per 
ciascun servizio. 
Riportiamo di seguito una rappresentazione qualitativa della rete di cui il broadcaster 
dispone attualmente riportando per semplicità la sede principale ed una sola sede 
periferica. 
 
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CONTRIBUZIONE
AUDIO VIDEO 
ANALOGICA
Sede Provinciale
Sede Principale
VPN Office automation e posta elettronica
SAN
Non condivisa
internet
 
Figura 1. Rappresentazione dello scenario di partenza. 
 
 
E' evidente quindi che allo stato attuale delle cose, una tecnologia di questo tipo è 
fortemente limitativa:  
 Utilizzo poco efficiente delle bande di frequenza a disposizione; 
 Impossibilità di potenziamento del numero dei canali a disposizione; 
 soluzioni non ottimali per quanto riguarda le applicazioni di office automation; 
 Assenza di meccanismi che consentano la condivisione di contenuti audio-video 
(accesso condiviso alla Storage Area Network, causa banda limitata per 
connessioni internet). 
 
 
1.2 Dal Modello ASI al modello IP Soluzioni a Confronto 
La soluzione ad oggi adottata per realizzare la digitalizzazione delle reti televisive è quella 
basata sull’impiego di segnali DVB-TS (Transport Stream) che vengono trasportati e 
distribuiti verso l’utenza in tecnica DVB-T. Fermo restando l’utilizzo delle TS DVB, queste 
possono essere trasportate sia su reti a circuito ASI, soluzione standard ad oggi adottata, 
sia su reti a pacchetto IP. E’ evidente che volendo assicurare la convergenza di tutti i 
servizi su un’unica rete, si sceglie di implementare una rete a pacchetto.  
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Va comunque sottolineato che l’utilizzo di una rete di tipo ASI comporta una serie di 
miglioramenti dal punto di vista della fruizione dei contenuti televisivi: 
si tratta di una rete digitale, che quindi grazie alle tecniche di correzione degli errori 
consente di ottenere una maggiore qualità percepita dagli utenti. Inoltre, l’utilizzo delle 
tecniche di compressione video rende possibile a parità di qualità percepita la 
trasmissione di più flussi A/V su di un unico canale RF. 
Seppur introducendo migliorie dal punto di vista dei servizi di telecomunicazione, una  rete 
di questo tipo non è in grado di supportare servizi  di interconnessione diretta tra le sedi 
dell’azienda per la condivisione di servizi informatici senza ricorrere a linee dedicate ad 
alta velocità, eccessivamente onerose, o a VPN su Internet con ovvi limiti di banda in 
upload.  
Riportiamo di seguito lo schema qualitativo di una rete DVB-ASI. 
 
ENCODER 
MPEG-2
AUDIO VIDEO
RAI1 ENC1
MIP 
TX
Inserter
RX
CANALE2 ENC2
M
ASI TS
CANALE3 ENC3 U
X
TX DVB_T
M
MIP 
TX U ENC3
Canale N ENC N
RX Inserter
X
Decoder
VPN su Internet (Office automation e posta elettronica)
LAN INTERNA
LAN INTERNA
SEDE DELL’EMITTENTE CONTRIBUZIONE E DIFFUSIONE
 
Figura 2. Rappresentazione soluzione modello ASI. 
 
Partendo da sinistra, ossia dalla fonte dei segnali televisivi, abbiamo un flusso audio video 
ed eventualmente dati, per ognuno dei canali televisivi. Questo flusso viene inoltrato ad un 
encoder che si occupa della codifica e della compressione in MPEG-2 dei flussi in 
ingresso.  
L’uscita di ogni encoder viene quindi inoltrata ad un dispositivo di multiplazione il quale 
elabora i segnali in ingresso e genera una Transport Stream. Questo flusso dati viene 
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quindi inoltrato al MIP Inserter (oppure SFN adapter), l’apparato della piattaforma di 
emissione che consente  la trasmissione digitale terrestre attraverso reti SFN, ed infine 
trasportato tramite ponte radio fino al trasmettitore DVB-T per la diffusione verso l’utenza. 
Per quanto riguarda i servizi informatici, vengono utilizzate  VPN su internet come nel caso 
di partenza a causa degli elevati costi delle linee dedicate ad alta velocità, continuando a 
non avere la possibilità di usufruire di meccanismi di filesharing.  
Alla luce di tali considerazioni, quello che si propone al fine di ottenere una rete in grado di 
supportare in maniera convergente tutti i servizi elencati, è modificare in modo radicale la 
struttura di rete di Figura3 in modo tale da passare da una rete a circuito ad una rete a 
pacchetto.  
A tal fine sostituiamo tutto l’apparato di rete di trasmissione tra i dispositivi di multiplazione 
delle sedi con una switched ethernet.  
 
 
ENCODER 
MPEG-2
AUDIO VIDEO
RAI1 ENC1
CANALE2 ENC2
M
TX DVB-T
CANALE3 ENC3 U
X
M
U ENC3
Canale N ENC N
X
Switched Network
LAN INTERNA
LAN INTERNA
 
Figura 3. Rappresentazione qualitativa della soluzione proposta. 
 
1.3  Scenario di arrivo: DVB-T over IP based Network.  
 
L'obiettivo è di realizzare una rete su cui far convergere tutti i servizi fermo restando la 
necessità di mantenere i costi entro i budget a disposizione. 
Adottando le dovute scelte tecnologiche, l'obiettivo si traduce nella costruzione di una rete 
geografica che colleghi tutte le sedi ed i siti diffusivi del broadcaster mettendo a 
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disposizione funzionalità, larghezze di banda e livelli di affidabilità sufficienti a supportare 
tutti i servizi che si desidera rendere disponibili. Oltre alla rete geografica, devono essere 
riprogettate anche le reti locali per la corretta gestione del traffico e degli utenti. 
A livello geografico, si tratta di supportare fondamentalmente le seguenti applicazioni: 
 Distribuzione del segnale televisivo digitale DVB-T, ferma restando il mantenimento 
della compatibilità verso la diffusione analogica necessaria fino al momento del 
completamento dello swtch-off. 
 Creazione di canali logici di contribuzione in diretta dalle sedi alla sede centrale. 
 Accesso alle applicazioni ed agli archivi dei sistemi di produzione. 
 Accesso alle applicazioni aziendali. 
 Concentrazione dell'accesso internet. 
 Monitoraggio dei dispositivi di rete. 
 VoIP aziendale. 
I benefici ottenibili sono molteplici e soddisfano simultaneamente sia le esigenze del 
broadcaster che quelle dell’utente finale in termini di qualità del servizio da quest’ultimo 
percepita superando il limiti tecnologici elencati nel paragrafo 1.1.  
-E' evidente anzitutto la possibilità di aumentare il numero di canali diffusi; 
-miglioramento della qualità del segnale televisivo (maggiore robustezza rispetto ai 
disturbi); 
-Unica rete sulla quale poter concentrare tutti i servizi di cui il broadcaster necessita; 
-Possibilità di condivisione di contenuti audio video e dati; 
-Possibilità di supportare servizi di telefonia. 
Diamo nella figura in basso una rappresentazione qualitativa dell’infrastruttura di rete che 
desideriamo ottenere. 
 
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Contribuzione A\V
Condivisione contenuti
Office Automation-Internet
Monitor & Contol
BACKBONE
SAN
condivisa
WAN di 
backup
Sede Principale Sede Provinciale
 
Figura 4. Rappresentazione dello scenario di arrivo.  
 
 
Una delle caratteristiche più importanti ed interessanti della soluzione che proponiamo, è 
sicuramente quella relativa alla maggiore efficienza spettrale in termini di utilizzo bella 
banda a disposizione.  
Sulla rete di distribuzione, un segnale audio/video in tecnica analogica a modulazione di 
frequenza occupa una larghezza di banda RF pari a 28 MHz lo stesso segnale viene 
diffuso sempre in tecnica analogica utilizzando 8 MHz.  
Con la rete DVB-T le stesse larghezze di banda vengono impegnate per trasportare un 
payload di circa 24 Mbit/s. Mediante l’introduzione delle reti radio a pacchetto si riescono a 
realizzare capacità notevolmente superiori e soprattutto collegamenti full-duplex di tipo IP 
che supportano tutte le applicazioni di cui l’emittente ha bisogno. Grazie alle attuali 
tecniche di compressione video (MPEG-2), considerando che la qualità percepita da un 
utente di un segnale con larghezza di banda media pari a 6Mbit è equivalente a quella di 
un segnale video distribuito in tecnica analogica, si vede come si ha un migliore utilizzo 
dello spettro elettromagnetico.   
 
 
 
 
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