PALVELUIDEN ASETTAMAT VAATIMUKSET LAAJAKAISTANOPEUKSILLE. Loppuraportti V Liikenne- ja viestintäministeriölle.

Transkriptio

1 LAAJAKAISTASELVITYS PALVELUIDEN ASETTAMAT VAATIMUKSET LAAJAKAISTANOPEUKSILLE Loppuraportti V Liikenne- ja viestintäministeriölle Oy Omnitele Ab Teemu Huttunen Jyri Puumalainen Ari Ojaniemi

2 PALVELUIDEN ASETTAMAT VAATIMUKSET LAAJAKAISTANOPEUKSILLE Loppuraportti V PROJEKTIRYHMÄ Teemu Huttunen, Oy Omnitele Ab Projektipäällikkö Sähköposti: Puhelin: Jyri Puumalainen, Oy Omnitele Ab Asiantuntija Sähköposti: Puhelin: Ari Ojaniemi, Oy Omnitele Ab Katselmoija Sähköposti: Puhelin: OY OMNITELE AB Tallberginkatu 2A FIN Helsinki Puh Fax

3 SISÄLLYS 1 JOHDANTO PALVELUIDEN VAATIMAT LAAJAKAISTANOPEUDET Palveluiden vertailua Käytännön esimerkkejä eri yhteysnopeuksilla Palvelut ja niissä tapahtuvat muutokset lähiaikoina Multimediasisällöt Tuotetun tiedon määrän lisääntyminen Yhteisölliset ja interaktiiviset palvelut Laajakaistanopeudet ja niissä tapahtuvat muutokset Kiinteiden ja langattomien yhteyksien eroja Kiinteät yhteydet Langattomat yhteydet Pakkaustekniikat ja niissä tapahtuvat muutokset JOHTOPÄÄTÖKSET...7 LIITE 1: PALVELUT NOPEUSLUOKAN JA YHTEYSTEKNIIKAN MUKAAN...8 2

4 1 Johdanto Tässä raportissa arvioidaan erilaisten sähköisten sisältöpalvelujen asettamat vaatimukset laajakaistayhteyksien nopeuksille. Arvioinnissa otetaan huomioon sekä nykytila että odotettu lähivuosien kehitys. Lisäksi arvioidaan yhteisöllisyyden merkitystä laajakaistayhteyksille asetettaville vaatimuksille. 2 Palveluiden vaatimat laajakaistanopeudet 2.1 Palveluiden vertailua Alla oleva taulukko 1 havainnollistaa erilaisten palveluiden tällä hetkellä asettamia vaatimuksia laajakaistayhteyden nopeudelle ottaen huomioon palveluiden mielekkään ja sujuvan käytön. Asiointi Kuvien siirto Musiikin lataus Videopuhelu Netti-TV / videoleikkeet Isojen tiedostojen lataus SDTV 1 kanava SDTV useampi kanava HDTV 1 kanava 512 K X (X) (X) (X) (X) M X X X X X HDTV useampi kanava 2 M X X X X X (X) M X X X X X X X M X X X X X X X X X - 40 M X X X X X X X X X (X) 100 M X X X X X X X X X X Taulukko 1 Palveluiden vaatimat nopeudet (X)-merkintä taulukossa tarkoittaa että palvelu on käytettävissä vain tietyin varauksin, tyypillisesti heikommalla laadulla, tai että palvelu on käytettävissä mutta hidas. Taulukossa SDTV tarkoittaa Standard Definition TV:tä eli tavallista Digi-TV -lähetettä IP-verkossa ja HDTV tarkoittaa vastaavasti High Definition TV:tä tällä hetkellä käytössä olevalla MPEG2 pakkauksella. TV-palveluiden tarvitsemista kaistanleveyksistä ja niissä tulevaisuudessa tapahtuvista muutoksista kerrotaan tarkemmin kappaleessa 2.5. Pakkaustekniikoiden kehitys vaikuttaa eritoten liikkuvan kuvan sovellusten ja IPTV:n vaatimiin nopeuksiin tulevaisuudessa. Netti-TV:llä ja videoleikkeiden katselulla tarkoitetaan streaming-muotoisten videoiden toistoa laajakaistayhteyden kautta, esimerkiksi Yle Areenassa tarjolla olevia uutis- ja ohjelmalähetyksiä. Ylen palvelussa on valittavissa sekä korkean että matalan laadun kuva. Korkean laadun kuva on 750 kbit/s ja matalan laadun 350 kbit/s. Korkean laadun kuva vaatii toimiakseen 1 Mbit/s ja matala laatu 512 kbit/s yhteysnopeuden. Suosittu Youtube-videopalvelu ilmoittaa laajakaistayhteyden suositusnopeudeksi vähintään 500 kbit/s, kun taas Nelonen kertoo Netti-TV -palvelunsa moitteettoman toiminnan edellyttävän vähintään yhteysnopeutta 1 Mbit/s. Vastaavasti MTV3 ilmoittaa että internet-yhteyden nopeuden tulee olla vähintään 512 kbit/s ja suosittelee 1 Mbits/s -yhteyttä hyvälaatuisen kuvan takaamiseksi. Videopuheluissa Skype suosittaa yhteyden mininopeudeksi 512 kbit/s, ja HD-tasoinen (resoluutio 720 p) videopuhelu tarvitsee minimissään 2 Mbit/s yhteyden uusimmalla H.264 -pakkauksella. Videopuheluissa on huomioitava että yhteysnopeusvaatimukset ovat samat molempiin suuntiin. Lisäksi että kaistantarve on jatkuvaa, jolloin käyttäjällä on oltava koko ajan vaadittu määrä kaistaa vapaana. Isojen tiedostojen lataamisella tarkoitetaan esimerkiksi elokuvien lataamista omalle koneelle. DVD-tasoisen elokuvan koko on tyypillisesti noin 4 gigatavua, jonka lataaminen 8 Mbit/s yhteydellä vie noin 70 minuuttia. 2 Mbit/s yhteydellä lataus kestäisi noin 4 tuntia ja 40 minuuttia. Palveluiden vaatimia laajakaistanopeuksia arvioitaessa on oletettu että palveluita ei käytetä samanaikaisesti. Jos palveluita käytetään samanaikaisesti (esim. liittymässä on useampi tietokone 3

5 yhtä aikaa käytössä), muuttuvat nopeuksille asetetut vaatimukset yhtäaikaisten käytettyjen palveluiden mukaan. Varsinkin erilaisten videopalveluiden yleistyessä kaistavaatimukset kasvavat. Jos videoita ladataan kodissa usealla eri tietokoneella samaan aikaan, yhteys voi hidastua ellei käytössä ole riittävästi kaistaa. 2.2 Käytännön esimerkkejä eri yhteysnopeuksilla Alla olevissa taulukoissa 2 ja kuvassa 1 on havainnollistettu sujuvaa käyttöä vertailemalla latausaikoja eri nopeuksilla 3,5 megatavun tiedostolle ja digikameralla kuvatulle noin kahden minuutin videoleikkeelle. 3,5 megatavun tiedosto vastaa yhtä tavallisella digikameralla otettua kuvaa tai yhtä musiikkikappaletta ja 40 MB tiedosto noin kahden minuutin videoleikettä. Taulukkoja tulkittaessa on hyvä ottaa huomioon myös paluusuunnan nopeus - esim. lähetettäessä 30 valokuvaa verkkoon (jaettavaksi tai kehitettäväksi) yhteydellä 2M/512k kestää lähetys 28,5 minuuttia. Oikean puolen pylväsdiagrammissa sekuntiasteikko on logaritminen. 3,5 MB tiedosto 40 MB tiedosto 512 K 57 sek 10 min 55 sek 1 M 29 sek 5 min 36 sek 2 M 15 sek 2 min 48 sek 8 M 3,7 sek 42 sek 24 M 1,2 sek 14 sek 40 M 0,7 sek 8 sek 100 M 0,3 sek 3 sek Sek 1000,0 100,0 10,0 1,0 0,1 512 K 1M 2 M 8 M 24 M 40 M 100 M 3,5 MB 40 MB Taulukko 2 Latausaikoja eri nopeuksilla 2.3 Palvelut ja niissä tapahtuvat muutokset lähiaikoina Multimediasisällöt Laajakaistanopeuksien kasvaessa multimediasisällöt (mm. automaattisesti latautuvat videot) integroituvat yhä enemmän sivustoihin. Oletusarvoisesti palveluntarjoaja olettaa että keskimääräisellä käyttäjällä on nopea internet-yhteys, ja tästä syystä hitaammalla yhteydellä palvelua käyttävä voi kokea tällaisen sivuston käyttämisen epämiellyttävän hitaaksi. Trendi osaltaan johtaa siihen, että muutoin asiointiin riittävällä nopeudella varustetut käyttäjät joutunevat nostamaan liittymänsä nopeutta koska että ko. nopeus ei vastaa keskivertokäyttäjää jonka mukaan sivustot on suunniteltu Tuotetun tiedon määrän lisääntyminen Maailmassa tuotettu tietomäärä henkilöä kohden kasvaa koko ajan, tutkimusyhtiö IDC:n mukaan maailmassa tuotettiin vuonna 2007 informaatiota 255 eksatavua (255 miljardia gigatavua) eli noin 40 gigatavua jokaista ihmistä kohti. 1 IDC:n mukaan tämän informaation määrä kasvaa vuosittain 57 %. Informaation siirtyessä yhä enemmän tietoverkkoihin tietoliikenneyhteyksien nopeusvaatimukset kasvavat Yhteisölliset ja interaktiiviset palvelut Kuva 1 Latausajat pylväsdiagrammeina Palveluiden muuttuessa yhä enemmän interaktiivisiksi ja yhteisöllisiksi paluukaistan nopeuden merkitys kasvaa. Pelkästään tietoa haettaessa ei paluukaistalla ole suurta merkitystä, mutta digitaalisen sisällön jakamisen, verkkopelaamisen, yleistyvien videopuheluiden ja vertaisverkkojen lisääntyvän käytön myötä kuluttajalta verkkoon päin saavutettu nopeus ja viive vaikuttavat palveluiden käytettävyyteen yhtä lailla kuin myötänopeus

6 Esimerkiksi terveydenhuollossa Suomessa on meneillään useita kokeiluja, joissa käyttäjä voi olla kotoaan hyvälaatuisella videoyhteydellä yhteydessä lääkäriin tai kaupungin kotihoidon palveluihin. Näihin voidaan liittää myös erilaisia etälääketieteen ratkaisuja. Hyvälaatuinen videokuva edellyttää laajakaistayhteydeltä symmetristä nopeutta molempiin suuntiin ja pientä viivettä sekä viiveen vaihtelua. Terveydenhuollon toimialan ratkaisut edellyttävät varmatoimisia yhteyksiä. 2.4 Laajakaistanopeudet ja niissä tapahtuvat muutokset Kiinteiden ja langattomien yhteyksien eroja Langattomia ja kiinteitä yhteyksiä vertailtaessa on otettava huomioon, että kiinteiden yhteyksien nimellisnopeudet vastaavat kohtuullisen hyvin todellisia nopeuksia, kun taas langattomien yhteyksien todelliset nopeudet vastaavat nimellisnopeuksia yleensä vain optimaalisissa olosuhteissa ja käytännön tiedonsiirtonopeudet jäävät pääsääntöisesti teoreettisten huippuarvojen alle. Mobiiliverkoissa saavutettujen nopeuksien vaihtelu on kiinteitä yhteyksiä suurempi. Lisäksi on huomioitava, että langattomissa yhteyksissä antennin kapasiteetti on aina jaettu sen peittoalueella olevien käyttäjien kesken. Jos antennin peittoetäisyys on 5 kilometriä tukiasemasta ja asukastiheys on 10 asukasta neliökilometrillä, peittoalue on noin 78 neliökilometriä ja siellä asuu noin 780 ihmistä. Jos jaettu tiedonsiirtonopeus on 30 Mbit/s ja joka kolmas käyttäjä on aktiivinen, kukin saa käyttöönsä keskimäärin alle 115 kbit/s kaistan. 450 MHz taajuusalueella toimivissa verkoissa antennin (tukiaseman) etäisyys käyttäjästä on vielä huomattavasti suurempi kuin yo. esimerkissä ja myös bittinopeus alhaisempi. 2 Yksi langattomien laajakaistojen käytännön nopeutta rajoittava tekijä on myös tukiasemille menevä transmissiokapasiteetti. Operaattorit lisännevät tukiasemille menevää kapasiteettia käytön yleistymisen myötä, jolloin teoreettisten siirtonopeuksien saavuttaminen on todennäköisempää. Langattomat verkot soveltuvatkin lähinn verkossa asiointiin ja tiedonhakuun, jolloin kaistantarve lomittuu verrattuna jatkuvaa kaistaa vaativiin video- ja TV-palveluihin. Lisäksi langattomissa yhteyksissä on huomioitava mahdollinen ero ulko- ja sisäpeiton välillä sekä kiinteitä yhteyksiä suurempi viive. Kiinteissä yhteyksissä viive on tyypillisesti muutamien kymmenien millisekuntien luokkaa Kiinteät yhteydet Useat operaattorit ovat viime aikoina nostaneet kiinteiden yhteyksien nopeuksia automaattisesti kuukausimaksua korottamatta. Osa operaattoreista on päivittänyt nopeuden 512 kbit/s automaattisesti 1 Mbit/s nopeuteen ja osa jopa päivittänyt miniminopeudeksi 2 Mbit/s. Muutoksen taustalla on operaattoreiden mukaan verkkopalvelujen kehitys, jonka seurauksena hitaimmat nopeudet 512 kbit/s ja 1 Mbit/s eivät enää anna riittävän hyvälaatuista käyttökokemusta netin peruskäyttäjällekään. Todellinen syy saattaa kuitenkin olla kuluttajien ohjaaminen yhä enemmän kaistanleveyttä tarvitsevien palveluiden pariin, mikä osaltaan saanee kuluttajat päivittämään laajakaistansa yhä nopeampaan versioon. Tämä johtaa kuukausimaksuista saatavien tulojen kasvamiseen. ADSL2+ -standardin Annex M:n (ITU G Annex M) käyttöönoton myötä paluukaistanopeudet kasvavat luokkaan 3 Mbit/s, kun tällä hetkellä ne ovat 512 kbit/s 1 Mbit/s välillä, tyypillisesti lähempänä 512 kbit/s. Muutos on odotettavissa muutaman vuoden sisällä; teleoperaattorit investoivat 2000-luvun alussa voimakkaasti ADSL-tekniikkaan joka tällä hetkellä on sekä teknisen että taloudellisen käyttöikänsä maturiteettivaiheessa. Muutamat markkinoille viime aikoina tulleet operaattorit tarjoavat jo 3 Mbit/s paluukaistaa ADSL-liittymiin. VDSL2-standardi kykenee teoriassa hyvinkin nopeisiin yhteyksiin, mutta vain lyhyillä kuparin pituuksilla. Jo kuparin pituuden ollessa 1,6 km suorituskyky on samaa luokkaa ADSL2+:n kanssa. Muutama pieni operaattori Suomessa tarjoaa tällä hetkellä VDSL2-yhteyksiä. Nopeuksien kasvattaminen kupariyhteyttä tilaajajohtona käytettäessä vaatii kupariyhteyden lyhentämistä, joita jo 2 TKK:n Tietoliikenne- ja tietoverkkotekniikan johtajan Raimo Kantolan mukaan 5

7 toteutettu siirtämällä DSLAM keskuksesta jakokaappiin lähemmäs tilaajaa ja toteuttamalla DSLAM:in ja keskuksen välinen yhteys kuidulla. Kaapeli-TV verkoissa toimivat laajakaistaliittymät ovat tyypillisesti nopeudeltaan 300 kbit/s 30 Mbit/s myötäsuuntaan ja 300 kbit/s 1 Mbit/s paluusuuntaan. Pääkaupunkiseudulla on kaapeliverkkoon tulossa vuoden 2008 aikana myyntiin laajakaistaliittymä, jonka nopeus on 100 Mbit/s myötäsuuntaan. Kiinteiden yhteyksien puolella muita lähitulevaisuuden muutoksia aiheuttavia trendejä ovat Ethernet In The First Mile ja lisääntyvät kiinteät kuituyhteydet. Molempien ansiosta sekä myötä- että paluusuuntien nopeudet kasvavat ja viiveet pienenevät. Nopea symmetrinen yhteys vaatii joka tapauksessa kuitua tilaajalle asti Langattomat yhteydet Tällä hetkellä 3G-verkoissa voidaan tyypillisellä verkkokonfiguraatiolla (5 HDSPA-koodia) parhaimmillaan saavuttaa teoreettisesti noin 3,6 Mbit/s myötäsuunnassa ja 10:llä HSDPA-koodilla noin 7,2 Mbit/s. Käytännössä mobiiliverkkojen 3G-alueilla siirtonopeudet ovat tyypillisesti keskiarvoltaan suuruusluokkaa kbit/s myötäsuuntaan ja joitakin satoja kbit/s paluusuuntaan, vaikkakin lähelle teoreettisia arvoja voidaan päästä paikka paikkoin hyvissä olosuhteissa. HSUPA-päivitysten myötä paluusuunnan nopeus voi nousta tasolle 1,4 Mbit/s kahdella siiirtokoodilla. Interaktiivisten palveluiden käyttöä 3G-verkkojen kautta rajoittaa jonkin verran tällä hetkellä pienehkö paluukaista ja keskimäärin yli sadan millisekunnin viive. Flash-OFDM -tekniikkaan perustuvassa 450 MHz:n taajuusalueella toimivassa laajakaistaverkossa siirtonopeudet on rajattu maksimissaan arvoihin1 Mbit/s myötäsuuntaan ja 512 kbit/s paluusuuntaan. 450 MHz taajuusalueen verkossa on pienemmät viiveet kuin tämän hetken matkapuhelinverkoissa, mikä mahdollistaa interaktiivisten palveluiden sujuvamman käytön. Mobiili-WiMaxin arvioidaan tulevan kaupalliseen käyttöön Parhaimmillaan Mobiili- Wimaxilla on koekäytössä saavutettu yli 6 Mbit/s myötänopeuksia paikalla ollessa ja liikkuessakin 1-2 Mbit/s. Paluusuunnan nopeus on tyypillisesti noin 1-1,2 Mbit/s ja viiveet ovat kohtuullisen pieniä, suuruusluokassa ms. LTE-mobiiliverkoissa nopeudet asettunevat todennäköisesti suuruusluokkaan 30 Mbit/s myötäsuuntaan ja 10 Mbit/s paluusuuntaan, jos oletetaan kaistanleveydeksi nyt 3G-verkoissa oleva 5 MHz. 20 MHz:n kaistanleveydellä päästään teoriassa nopeuksiin 129 Mbit/s myötäsuuntaan ja 43 Mbit/s paluusuuntaan. LTE-verkoissa viiveen on arvioitu olevan suuruusluokkaa ms. Pieni viive ja paluusuunnan nopeus mahdollistavat yhteisöllisien palveluiden käytön. Ensimmäisten kaupallisten LTE-toteutuksien on arvioitu olevan markkinoilla noin vuonna

8 2.5 Pakkaustekniikat ja niissä tapahtuvat muutokset Pakkaustekniikoissa merkittävimmät muutokset liittyvät siirtymiseen MPEG2 pakkauksesta MPEG4-pakkaukseen. Alla olevassa taulukossa 3 on havainnollistettu on kapasiteettivaatimusten muuttumista siirryttäessä pakkausmenetelmästä toiseen. Pakkaus Kapasiteetti (Mbit/s) Mahdolliset tekniikat HDTV MPEG2 20 ADSL2+, kaapeli, VDSL2, kuitu SDTV MPEG2 5 ADSL, ADSL2+, kaapeli, VDSL2, kuitu HDTV MPEG4 AVC 9 ADSL2+, kaapeli, VDSL2, kuitu SDTV MPEG4 AVC 2 ADSL, ADSL2+, kaapeli, VDSL2, kuitu Taulukko 3 Kapasiteettivaatimukset eri pakkaustekniikoilla Suurimmat vaatimukset asettaa teräväpiirtotelevisio (HDTV), joka nykyisin käytössä olevalla MPEG2-videokoodauksella vaatii minimissään kapasiteetin 20 Mbit/s (Full HD 1920x resoluutiolla), kun taas tavallinen televisiolähete (SDTV) vaatii noin 5 Mbit/s. Kehittyneempi MPEG4-koodaus laskee HDTV:n kapasiteettivaatimuksen noin 8-9 Mbit/s:n tasolle, SDTV:n kapasiteettivaatimukset laskevat noin 2 Mbit/s tasolle. Huomioitavaa on, että mikäli halutaan katsoa useampaa TV-kanavaa samanaikaisesti tai nauhoittaa yhtä kanavaa ja katsoa toista, vaati se käytännössä MPEG4-pakkauksen yleistymisen jottei kaistantarve kasva kohtuuttomaksi varsinkin HDTV:n osalta. Suomessa ensimmäiset MPEG4-koodatut HDTV-lähetykset IPTV:n kautta alkavat tämän hetken arvion mukaan vuonna Käytännössä ylimenovaiheen ajan käytetään sekä MPEG2- ja MPEG4-koodauksia, sillä MPEG4-koodauksen käyttöönotto vaatii kuluttajaa uusimaan IPTVdigiboksin tätä koodausta tukevaan malliin. IPTV-palveluissa on huomattava, että toimiakseen moitteettomasti palvelu tarvitsee jatkuvasti vapaan, vaatimusten mukaisen kaistan. Lisäksi IPTV sietää huonosti nopeuksien ja viiveiden vaihtelua, joten kiinteät yhteydet sopeutuvat tähän tarkoitukseen langattomia paremmin. 3 Johtopäätökset Tulevaisuudessa suurimmat vaatimukset laajakaistanopeuksille asettavat useat yhtäaikaisesti käytettävät palvelut. Jos kotona käytetään useampaa tietokonetta samaan aikaan, tehdään etätöitä, käytetään yhteisöllisiä palveluita, katsotaan IP-verkon välityksellä televisiota ja mahdollisesti käytetään viihdekeskuksena toimivaa multimedia-pc:tä, nousevat kapasiteettivaatimukset helposti useisiin kymmeniin megabitteihin sekunnissa. Palveluiden yhtäaikainen käyttö asettaa laajakaistayhteyksien laatuvaatimuksille, viiveille ja paluukaistan nopeudelle omat vaatimuksensa. Toisaalta voidaan todeta, etteivät kiinteät ja langattomat laajakaistayhteydet ole vielä tässä vaiheessa yhteismitallisia. Jos esimerkiksi vertaillaan kiinteää ja langatonta 2 Mbit/s:n yhteyttä löytyy eroja sekä todellisista nopeuksista että viiveistä. Laajakaistayhteys pitäisikin ensisijaisesti valita niiden palveluiden perusteella, joita halutaan käyttää, ei pelkästään nimellisnopeuden mukaan. 7

9 LIITE 1: PALVELUT NOPEUSLUOKAN JA YHTEYSTEKNIIKAN MUKAAN Alla oleva taulukko havainnollistaa erilaisten palveluiden tällä hetkellä asettamia vaatimuksia laajakaistayhteyden nopeudelle ottaen huomioon pääasiallisen yhteystekniikan seuraavasti: 1-2 Mbit/s: 3G, 450 MHz taajuusalueen verkot 8-24 Mbit/s: xdsl, LTE Mbit/s: kuitupohjaiset yhteydet Asiointi Kuvien siirto Musiikin lataus Videopuhelu Netti-TV / videoleikkeet Isojen tiedostojen lataus SDTV 1 kanava SDTV useampi kanava HDTV 1 kanava HDTV useampi kanava 1-2 M X (X) (X) (X) (X) M X X X X X X X (X) (X) M X X X X X X X X X (X) (X)-merkintä taulukossa tarkoittaa että palvelu on käytettävissä vain tietyin varauksin, tyypillisesti heikommalla laadulla tai että palvelu on käytettävissä mutta hidas 8