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Lehrstuhl für

Nachrichtentechnik

http://www.nt.uni-saarland.de

Medientransport

im Internet

-

Kann weniger

Intelligenz mehr

sein ?

Prof. Dr.-Ing.

Thorsten [email protected]

Medientransport im Internet

Kann weniger Intelligenz mehr sein?

Prof. Dr.-Ing. Thorsten [email protected]

18. Januar 2010

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Kann weniger

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Entwicklung des Internet

Paradigmenwandel

► Frühes Internet wurde hauptsächlich für text-basierte Anwendungen

verwendet, wenig Bandbreite verfügbar

► Wenig Interaktivität, keine multimedialen Dienste

► Stetige Zunahme von audio-visuellen Anwendungen

► Multimediaübertragungen sind heute ein fester Bestandteil des Internets

► Bandbreite der einzelnen Anschlüsse wächst stetig

► Immer mehr neue Dienste verfügbar: AppleTV , Mediatheken (BBC, ZDF),

TorrentStreaming, …

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Internet Protokolle

Hauptvertreter

► Transmission Control Protocol (TCP)

► User Datagram Protocol (UDP)

Spezielle Streaming Protokolle

► Live-Streaming: RTP / RTCP / RTSP (Conferencing Tools)

► On-Demand Streaming: HTTP / FTP (YouTube, etc.)

► Datagram Congestion Control Protocol (DCCP)

► Stream Cotrol Transmission Protocol (SCTP)

► und viele mehr..

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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

►P2P Filesharing erzeugt 38% des weltweiten Datenaufkommens

►1% aller Breitbandverbindungen erzeugen mehr als 20% des gesamten

Internet Traffics

Source:

http://www.cisco.com/en/US/solutions/collateral/ns341/ns525/ns537/ns705/Cisco_VNI_Usage_WP.html

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IP basierte Übertragung

HTTP/TCP

► Dominierendes Transport Protokoll im

WWW

► Vorgeschrieben in DLNA/UPnP

RTP/UDP

► RTP wurde für IP-basierte multimediale

Übertragungen entworfen

► Wird hauptsächlich für VoIP und IPTV

benutzt

► Beispiel: DVB-IPI

IP ➔ UDP ➔ RTP ➔ MPEG-2 TS

Typischer Protokoll-Stack für IP-

basierte Medienübertragung

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Vergleich: UDP vs. TCP

TCP UDP

E2E Kontrolle + -

Übertragungsüberwachung + -

Flow-Control + -

Geordnete Übertragung + -

Duplikatserkennung + -

Fehlererkennung + +

Fehlerbehebung + -

Performance langsam schnell

Obwohl hauptsächlich HTTP/TCP für Internet Media

Streaming benutzt wird ist RTP/UDP näher an den

Anforderungen klassischer Broadcast Anwendungen!

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Fehlerschutz

Frage:

Welcher Fehlerschutz ist für zeitbegrenzte Übertragungen (Multimedia)

zu bevorzugen?

► 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

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Fehlerschutz: „State of the Art“

ARQ (Automatic Repeat Request)

Beispiel: HTTP/TCP

►Reine ARQ

►Vollständiger, adaptiver Fehlerschutz

►Prinzipiell unbegrenzte Paketwiederholungen (unbegrenztes Delay)

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Fehlerschutz: „State of the Art“

FEC (Forward Error Correction)

Beispiel: UDP/RTP

►Kein Fehlerschutz

►Optionale Profile für FEC oder Paketwiederholung

►Unterstützt Multicast

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Fehlerschutz

Möglicher Lösungsansatz:

Anwendung des Predictable Reliability under Predictable Delay (PRPD)

Prinzips

►Verwende sowohl ARQ als auch FEC

►Ermittele die beste Parameter-Kombination für beide bevor die

Übertragung beginnt

►Reagiere auf Änderungen im Netzwerk (berechne neue Parameter)

►Unterstütze Multicast-Verbindungen

Implementierung:

Das Adaptive Hybrid Error Correction (AHEC) Framework

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Fehlerschutz

Adaptive Hybrid Error Correction (AHEC)

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Fehlerschutz

AHEC Demonstration

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Ende-zu-Ende Übertragung

Bisher dominiert die Ende-zu-Ende Verbindung die

Übertragungen im Internet:

►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

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Link-zu-Link Übertragung

Neuerdings ist auch die sinnvolle Verwendung von

Link-to-Link Verbindungen gegeben:

►Links auf einem Netzwerkpfad werden individuell betrachtet, können

aber auch teilweise gruppiert werden

►Segmentierung des Pfads durch individuelle Betrachtung

►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

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ARQ: E2E vs. L2L

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FEC: E2E vs. L2L

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Link-Level Optimierungsproblem

Betrachtung von begrenzten Übertragungen:

►Aufteilung des Budgets für Zeit und Restfehlerrate auf alle

vorliegenden Links

►Kombinatorisches Optimierungsproblem

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Link-Level Übertragung

Beispiel:

Wie viele Segmente sollte man in diesen Netzwerkpfad wählen um

optimale Ergebnisse zu erzielen?

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Achtung:

Zu viele intelligente Abschnitte können negative

Auswirkungen auf die Effizienz haben!

►Erhöhte Rechenkomplexität der Suche nach optimaler Kombination

►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

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„Badewannenkurve“

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Segmente RedundanzZeit

(Limit 100ms)

Benötige

Bandbreite

1 (E2E) 0.6724 99.6 ms 6.68 Mbit/s

2 0.1497 90.8 ms 4.59 Mbit/s

3 0.1671 99.0 ms 4.66 Mbit/s

4 0.3559 98.9 ms 5.42 Mbit/s

5 0.5200 97.5 ms 6.08 Mbit/s

Datenrate: 4 Mbit/s

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Evolutionärer Ansatz:

► Integration der Intelligenz ins Netzwerk kann langsam und Schritt-für-

Schritt erfolgen

►Bereits die Einführung nur eines Segmentes kann beachtliche

Effizienzsteigerungen bewirken

►Kosten und Aufwand können zeitlich verteilt werden

►Guter Ansatz: Segmentierung der In-Home Netzwerke (WLAN)

→http://www.welt.de/multimedia/archive/1191581113000/00286/evolutionneu_DW_Pol_286066g.jpg

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