Medientransport im Internet

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1 Prof. Dr.Ing. sein? Prof. Dr.Ing. 18. Januar 2010

2 Entwicklung des Internet Paradigmenwandel Frühes Internet wurde hauptsächlich für textbasierte Anwendungen verwendet, wenig Bandbreite verfügbar Wenig Interaktivität, keine multimedialen Dienste Stetige Zunahme von audiovisuellen Anwendungen Prof. Dr.Ing. Multimediaübertragungen sind heute ein fester Bestandteil des Internets Bandbreite der einzelnen Anschlüsse wächst stetig Immer mehr neue Dienste verfügbar: AppleTV, Mediatheken (BBC, ZDF), TorrentStreaming, 2

3 Internet Protokolle Hauptvertreter Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Prof. Dr.Ing. Spezielle Streaming Protokolle LiveStreaming: RTP / RTCP / RTSP (Conferencing Tools) OnDemand Streaming: HTTP / FTP (YouTube, etc.) Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) Stream Cotrol Transmission Protocol (SCTP) und viele mehr.. 3

4 Das heutige Internet Internet Traffic Statistiken Durchschnittliche Breitbandverbindungen erzeugen ca. 375 MB Traffic pro Tag Im Schnitt erzeugt jede Breitbandverbindung ca. 4.3 GB AV Daten pro Monat Prof. Dr.Ing. P2P Filesharing erzeugt 38% des weltweiten Datenaufkommens 1% aller Breitbandverbindungen erzeugen mehr als 20% des gesamten Internet Traffics 4 Source:

5 IP basierte Übertragung HTTP/TCP Dominierendes Transport Protokoll im WWW Vorgeschrieben in DLNA/UPnP Prof. Dr.Ing. RTP/UDP RTP wurde für IPbasierte multimediale Übertragungen entworfen Typischer ProtokollStack für IPbasierte Medienübertragung Wird hauptsächlich für VoIP und IPTV benutzt Beispiel: DVBIPI IP UDP RTP MPEG2 TS 5

6 Vergleich: UDP vs. TCP TCP UDP E2E Kontrolle + Übertragungsüberwachung + FlowControl + Prof. Dr.Ing. Geordnete Übertragung + Duplikatserkennung + Fehlererkennung + + Fehlerbehebung + Performance langsam schnell 6 Obwohl hauptsächlich HTTP/TCP für Internet Media Streaming benutzt wird ist RTP/UDP näher an den Anforderungen klassischer Broadcast Anwendungen!

7 Fehlerschutz Frage: Welcher Fehlerschutz ist für zeitbegrenzte Übertragungen (Multimedia) zu bevorzugen? Prof. Dr.Ing. Nur ARQ? Nur FEC? Eine Kombination aus ARQ und FEC (=Hybrid Error Correction)? Was ist zu tun wenn die erforderliche Redundanzinformation so gering wie möglich sein soll um das Netzwerk zu entlasten? Optimierungsproblem 7

8 Fehlerschutz: State of the Art ARQ (Automatic Repeat Request) Prof. Dr.Ing. Beispiel: HTTP/TCP Reine ARQ Vollständiger, adaptiver Fehlerschutz Prinzipiell unbegrenzte Paketwiederholungen (unbegrenztes Delay) 8

9 Fehlerschutz: State of the Art FEC (Forward Error Correction) Prof. Dr.Ing. Beispiel: UDP/RTP Kein Fehlerschutz Optionale Profile für FEC oder Paketwiederholung Unterstützt Multicast 9

10 Fehlerschutz Möglicher Lösungsansatz: Anwendung des Predictable Reliability under Predictable Delay (PRPD) Prinzips Verwende sowohl ARQ als auch FEC Prof. Dr.Ing. Ermittele die beste ParameterKombination für beide bevor die Übertragung beginnt Reagiere auf Änderungen im Netzwerk (berechne neue Parameter) Unterstütze MulticastVerbindungen 10 Implementierung: Das Adaptive Hybrid Error Correction (AHEC) Framework

11 Fehlerschutz Adaptive Hybrid Error Correction (AHEC) Prof. Dr.Ing. 11

12 Fehlerschutz AHEC Demonstration Prof. Dr.Ing. 12

13 EndezuEnde Übertragung Prof. Dr.Ing. Bisher dominiert die EndezuEnde Verbindung die Übertragungen : Alle Links auf einem Netzwerkpfad werden zusammengefasst und als ein virtueller Link betrachtet Eigenschaften des virtuellen Links = Mittelwert der zusammengefassten Links Virtueller Link hat suboptimale Eigenschaften für Fehlerschutz, da gute Links durch die Redundanz der schlechten Links belastet werden Mehraufwand nur an den Endknoten notwendig Netzwerkstruktur bleibt unverändert 13

14 LinkzuLink Übertragung Neuerdings ist auch die sinnvolle Verwendung von LinktoLink Verbindungen gegeben: Links auf einem Netzwerkpfad werden individuell betrachtet, können aber auch teilweise gruppiert werden Segmentierung des Pfads durch individuelle Betrachtung Prof. Dr.Ing. Möglichkeit der Isolation schlechter Links Anwendung eines punktgenauen/linkgenauen Fehlerschutzes Keine Belastung der guten Links durch Redundanz der schlechten Links Codierungsgewinn durch Integration von Intelligenz ins Netzwerk 14

15 ARQ: E2E vs. L2L Prof. Dr.Ing. 15

16 FEC: E2E vs. L2L Prof. Dr.Ing. 16

17 LinkLevel Optimierungsproblem Betrachtung von begrenzten Übertragungen: Aufteilung des Budgets für Zeit und Restfehlerrate auf alle vorliegenden Links Kombinatorisches Optimierungsproblem Prof. Dr.Ing. 17

18 LinkLevel Übertragung Beispiel: Prof. Dr.Ing. Wie viele Segmente sollte man in diesen Netzwerkpfad wählen um optimale Ergebnisse zu erzielen? 18

19 LinkLevel Übertragung Prof. Dr.Ing. Achtung: Zu viele intelligente Abschnitte können negative Auswirkungen auf die Effizienz haben! Erhöhte Rechenkomplexität der Suche nach optimaler Kombination 19 Viele Segmente bedeuten kleinere Anteile des Gesamtbudgets für die einzelnen Links Weniger Zeit auf einem Link bedeutet erhöhte Redundanz auf diesem Link Starke Reduktion der Gesamteffizienz

20 Badewannenkurve Prof. Dr.Ing. 20

21 LinkLevel Übertragung Segmente Redundanz Zeit (Limit 100ms) Benötige Bandbreite 1 (E2E) ms 6.68 Mbit/s Prof. Dr.Ing ms 4.59 Mbit/s ms 4.66 Mbit/s ms 5.42 Mbit/s ms 6.08 Mbit/s Datenrate: 4 Mbit/s

22 LinkLevel Übertragung Evolutionärer Ansatz: Integration der Intelligenz ins Netzwerk kann langsam und Schrittfür Schritt erfolgen Bereits die Einführung nur eines Segmentes kann beachtliche Effizienzsteigerungen bewirken Prof. Dr.Ing. Kosten und Aufwand können zeitlich verteilt werden Guter Ansatz: Segmentierung der InHome Netzwerke (WLAN) 22