MODELO DE RESUMO EXPANDIDO - SITEC2012 - Semana do ...

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 14ESTUDO DE VIABILIDADE DO USO DA TECNOLOGIA PLC COMO CANALDE RETORNO DO SBTVD NA REGIÃO AMAZÔNICACássio Thiago Peixoto e Silva 1 ; Marcelino Silva da Silva 2 ; Gervásio Protásio dos Santos Cavalcante 3ResumoUm dos objetivos da TV Digital (TVD) no Brasil é de promover a inclusão digital depessoas de baixa renda. Desta forma, tecnologias que tenham baixo custo e alta capilaridade têmsido estudadas para a implementação do canal de retorno para Sistema Brasileiro de TV Digital(SBTVD).Este trabalho utiliza técnicas de aferição para avaliar o desempenho da tecnologiaPowerline Communications (PLC) como canal de retorno para o SBTVD. Para tanto, umprotótipo de rede PLC foi instalada em linhas de média tensão na Universidade Federal do Pará,e seu desempenho foi avaliado através de métricas de qualidade de serviço (Quality of Service -QoS) e qualidade de imagem, obtidas por softwares com essas finalidades.Para a geração de carga na rede, utilizou-se um aplicativo desenvolvido em NCL/Lua,que foi executado em um set-top-box, conectado à rede PLC utilizada como canal de retorno; aferramenta SIPp para gerar tráfego de voz sobre IP (Internet Protocol); e o EvalVid para gerarstream de vídeo. Os testes feitos com aplicações multimídia e interativas exibiram excelentesresultados, indicando a viabilidade técnica do uso da tecnologia PLC como canal de retorno doSBTVD.Palavras-chave: PLC, Inclusão Digital, TV Digital.IntroduçãoA diferença da TVD para a TV analógica não está apenas nas técnicas de transmissãodo sinal e na qualidade da imagem, mas também na possibilidade de interação do usuário,através do canal de retorno. Portanto, no conforto de sua casa os usuários poderão realizar trocade informações entre si e com as emissoras, podendo, expressar sua opinião a respeito dos maisdiversos assuntos.O canal de retorno é uma rede de transmissão de dados, a qual é capaz de estabelecercomunicação bilateral entre o usuário e os servidores das aplicações. É importante notar queestes servidores, nem sempre serão do domínio da emissora, por exemplo, é provável que umjogo infantil interativo socioeducativo seja fornecido pelo Governo Federal, desta forma, estejogo será transmitido por diversas emissoras distintas e o seu servidor será localizado emalguma entidade pública.Neste sentido, o canal de retorno inclui todas as redes de dados envolvidas nacomunicação entre o usuário e os servidores da aplicação. Contudo, muita atenção tem sidodada a rede de acesso do usuário final, sendo que o termo canal de retorno tem sido utilizadocomo sinônimo de rede de acesso para TV Digital. Esta atenção dada a rede de acessocorresponde a realidade do Brasil, no qual há uma carência de infraestrutura e serviços detelecomunicações.Uma das tecnologias disponíveis para implementar o canal de retorno é a PLC, queuma das principais vantagens, frente a outras tecnologias do tipo cabeada, consiste na utilizaçãodas linhas de energia elétrica como canal de transmissão. Esta vantagem pode ser claramentevisualizada quando se observa dados estatísticos como os da PNAD (Pesquisa Nacional porAmostra de Domicílios, do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE) realizada em2009, a qual mostra que 98,9% dos domicílios no país possuem energia elétrica. Em relação aoestado do Pará, cerca de 99,41% de pessoas possuem acesso ao serviço de distribuição deenergia elétrica no estado. Esses valores representam o total de usuários em potencial que atecnologia pode atingir. Desta forma, para a região Amazônica, a qual possui uma área extensa ecarência de infraestrutura de telecomunicações, a tecnologia PLC tende a ser uma ótimaalternativa tecnológica.

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 15A alta capilaridade da energia elétrica e da televisão, esta última que segundo a PNAD2009 é de 95,7% nos domicílios brasileiros, indicam que a tecnologia PLC, como canal deretorno para TVD, é uma importante ferramenta a ser considerada no processo de inclusãodigital no Brasil. Mas para sua real implementação são necessárias realizações de pesquisas quedemonstrem a viabilidade de implantação deste conjunto.Embora existam outros trabalhos que exploram a potencialidade da tecnologia PLCpara a finalidade de canal de retorno para TV Digital, por exemplo, em [POLO et al., 2009] e[CARVALHO, 2006], este trabalho se distingue por apresentar um estudo baseado emprototipação, o qual considere as realidades da região Norte do país, através do uso de uma redePLC montada na Universidade Federal do Pará.O objetivo geral desse trabalho é avaliar o desempenho da tecnologia PowerlineCommunication como canal de retorno para o Sistema Brasileiro de TV Digital, visando odesenvolvimento e a inclusão digital na Amazônia.Materiais e MétodosA. Cenário de TestesPara avaliar o desempenho da tecnologia PLC como canal de retorno, foi utilizadauma rede PLC instalada em linhas de média tensão na UFPA, que ligam o Laboratório deEngenharia Elétrica e da Computação (LEEC) ao Instituto de Ciências Exatas e Naturais(ICEN). Para o funcionamento da rede, além da estação base e do CPE (customer premiseequipment) PLC, foram instalados 2 repetidores para regenerar o sinal PLC e possibilitar suachegada ao equipamento de destino (estação base ou CPE). A figura 1 mostra a demarcação dospostes que fazem parte da rede, e indica os pontos onde foram instalados os equipamentos PLC.Figura 1 – Rede PLC em Média Tensão na UFPAB. Metodologia para AvaliaçãoPara avaliar o desempenho da rede PLC foram avaliados parâmetros de QoS oumétricas específicas, de acordo com o tipo do tráfego. Para esse fim, softwares de aferiçãoforam utilizados para gerar os fluxos de: Voz sobre IP

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 16 Stream de Vídeo Dados de aplicativo de TVDPara avaliar o desempenho da rede PLC com tráfego de VoIP, foram utilizados ossoftwares SIPp e Wireshark. O SIPp é o responsável por gerar o tráfego RTP (Real TimeProtocol) com dados de voz, enquanto que o Wireshark é utilizado para avaliar as métricas deQoS (Quality of Service) do fluxo VoIP. O Wireshark foi configurado de forma a capturar ospacotes de VoIP na interface de rede do servidor SIPp.Os vídeos que foram usados nos testes estão codificados no padrão H.264 e possuemresolução CIF (Common Intermediate Format) de 352 x 288 pixels. Esses vídeos foramenviados pela rede PLC através do framework EvalVid,Após o envio, métricas de qualidade de vídeo foram utilizadas para comparar o vídeoque chegou ao receptor com o vídeo enviado, através do software MSU.O aplicativo de TVD utilizado foi desenvolvido por um grupo de pesquisas em TVDdo Laboratório de Planejamento de Redes de Alto Desempenho (LPRAD) e recebeu o nome deping-pong, seu funcionamento básico era abrir uma conexão TCP (Transmission ControlProtocol), enviar uma informação em texto ASCII (American Standard Code for InformationInterchange), que simulava uma pergunta de um usuário, e esperar a respectiva resposta; após aresposta do servidor virtual ele encerra a conexão TCP. Foram feitos mais de 40000 envios depergunta/resposta.Para analisar qual foi o desempenho da rede PLC sob a carga desse aplicativo,enquanto o mesmo era executado, um analisador de protocolo capturava todo o tráfego quepassava para serem feitas análises posteriores.Resultados e DiscussãoOs serviços característicos utilizados sobre um canal de retorno são aplicativos de settop-box,voz e vídeo. Os três tipos de tráfego foram analisados e mostraram ótimos resultados.De acordo com os resultados, pela rede PLC avaliada, os usuários poderiam receberstream de vídeos de outros usuários ou de algum servidor de conteúdo, com pouquíssimadegradação da imagem.Chamadas VoIP poderiam ser executadas por até 50 usuários simultaneamente,segundo os valores de referência de Sziget e Hattingh (2004) para jitter e perdas, utilizando opadrão G.711 de codificação. Com o uso de outros codificadores esse número poderia ser aindamaior.Os tempos de respostas dos testes com o aplicativo de TVD foram modelados em umafunção de distribuição log-logistica, de média 20,4794 ms, o que indica que os usuáriospoderiam trocar mensagens de texto, ou enviá-las para algum servidor de conteúdo com atrasopraticamente desprezível.Os bons resultados dos testes mostram que a rede PLC apresenta um desempenho queé capaz de transportar carga de serviços multimídia e de interatividade, viabilizando do ponto devista técnico o uso da tecnologia como canal de retorno para o SBTVD.Do ponto de vista econômico, a tecnologia ainda possui alto custo, pois não háfabricantes de equipamentos para rede de acesso PLC no país. Todavia, quando os produtos nãoprecisarem mais serem importados, a tecnologia terá baixo custo, tornando-a viável também doponto de vista econômico. Enquanto isso não acontece, avaliações técnicas, como asapresentadas neste trabalho, devem ser feitas para amadurecer os conhecimentos sobre canal deretorno com Powerline Communications.AgradecimentosAo meu orientador de TCC Prof. MSc. Marcelino Silva, que me ajudou muito naelaboração desse trabalho e sempre esteve disponível quando necessário.Ao meu orientador de Iniciação Científica Prof. Dr. Gervásio Cavalcante, quemprimeiro me deu a oportunidade de iniciar meus estudos no Laboratório de EletromagnetismoAplicado (LEA) e no LPRAD.

Semana do Instituto de Tecnologia da UFPA 2011 17Aos coordenadores do LEA e LPRAD, Prof. Dr. Renato Francês e Prof. Dr. JoãoWeyl, respectivamente.Ao órgão financiador de minha bolsa de Iniciação Científica, CNPq (ConselhoNacional de Desenvolvimento Científico e Tecnlógico).ReferênciasCARVALHO, F.B.S. de. Aplicação de Transmissão de Dados via Rede Elétrica para o Canalde Retorno em Televisão Digital.2006. 80 f. Dissertação (Engenharia Elétrica). Programa dePós-Graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Campina Grande, CampinaGrande, Paraíba, Brasil. 2006.EvalVid. Em . Acesso em 27/06/2011.MSU video quality measurement tool. Em. Acesso em27/04/2011.POLO, E.I.; MAIA, R.F.; MARTUCCI, M.; HIRAKAWA, A.R. SAMBA Project: Performanceanalysis of PLC Network as Return Channel for Interactive Digital Television Applications. In:POWER LINE COMMUNICATIONS AND ITS APPLICATIONS, 2009.SIPp. Em . Acesso em 30/05/2011.SZIGET, T.; HATTINGH, C. End-to-End Network Design: Quality of Service in LANs, WANs,and VPNs. Cisco Press, 2004.Wireshark. Em . Acesso em 30/05/2011.1Estudante. Faculdade de Engenharia da Computação. E-mail: cassiothi@gmail.com2Orientador. Faculdade de Sistemas de Informação / Castanhal-UFPA. E-mail: marcelino@ufpa.br3 Co-orientador. Faculdade de Engenharia da Computação. E-mail: gervasio@ufpa.br