Medientransport im Internet - rw.cdl.uni-saarland.de · Frühes Internet wurde hauptsächlich für...
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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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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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Link-Level Übertragung
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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Link-Level Übertragung
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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Link-Level Übertragung
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