Videoübertragung, Dienstqualität und neue

Videoübertragung, Dienstqualität und
neue Netztechniken
Dr. Susanne Naegele-Jackson
Regionales Rechenzentrum Erlangen (RRZE)
Gliederung
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Einführung Videoübertragungen
Video und Quality of Service (QoS)
Netzübertragungen und QoS
Case Study:
ƒ Netzmessungen und Messkonzept
ƒ Vergleich von Layer2 und Layer3 QoS
ƒ Ausblick: State-of-the-Art Video
Equipment
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Einführung Videoübertragungen
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Netzanforderungen bei Video
ƒ Grosse Bandbreiten
ƒ Unkomprimiertes Video
ƒ Standard Definition
SDI: 270 Mbps
ƒ High Definition HD:
1.5 Gbps
ƒ Komprimiertes Video
ƒ SD: 384 Kbps bis 50
Mbps
ƒ HD: 20 Mbps bis 600
Mbps
ƒ Kontinuierliche
Ausspielung der Daten
ƒ 25 Frames pro Sekunde
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Videoqualitätsanforderungen
ƒ Verschiedene Videoanwendungen haben
unterschiedliche Netzanforderungen
ƒ Anforderungskriterien:
ƒ Ist die Anwendung fehlertolerant?
ƒ Verlangt die Anwendung höchste
Bildqualität?
ƒ Ist die Anwendung interaktiv?
ƒ Welche Bandbreitenbeschränkungen gibt es
für die Anwendung?
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Schwierigste Videokategorie
ƒ Hochauflösende interaktive
Video Übertragungen
ƒ Hohe Auflösung für hohe
Qualitäts-ansprüche
⇒ Fehler sind i.A. nicht
tolerierbar
ƒ Interaktive Kommunikation
erfordert geringes End-toEnd Delay
⇒ Nicht alle Fehler können aus
Zeitgründen aufgefangen
werden
ƒ Höchste Qualität Ù geringe
Latenz
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Anwendungsbeispiele
ƒ Telemedizin
ƒ Broadcastbereich
Videoübertragungen und Dienstqualität
Beispiel Uni-TV (I)
1. Aufnahme
Aula im Schloß
Studio in Freimann
2. Nachbearbeitung
3. Ausstrahlung
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Beispiel Uni-TV (II)
Schloss, Erlangen
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
München, BR + IRT
Videoübertragungen und Dienstqualität
Beispiel Interaktion
ƒ ITU-T Recommendation G.114: Delay < 150 ms
(one way) for interactive applications
ƒ QoS Garantien erforderlich für Delay, Delay
Variation (Jitter), Loss
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Entstehung von Delays
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Delay und Delay Variation (Jitter)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Komprimierungsdelays
ƒ
MPEG-2 Komprimierung:
ƒ “lossy“
ƒ Reduzierung der Bandbreite
durch Ausnützen von
ƒ räumlichen Redundanzen
und
ƒ zeitlichen Redundanzen
(Motion Estimation)
=> Kodierung von
ƒ I Intracoded Frames
ƒ P Predictive Frames
ƒ B Bidirectional Frames
ƒ Referenz zwischen Frames
führt zu Fehlerfortpflanzung
(Error Propagation)
ƒ Kodierung ist sehr zeitintensiv
und liegt derzeit bei mindestens
180 ms
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Komprimierungsdelays und Bandbreite
Codecs
Compression
Format
GOP Size
Bandwidth
Delay
Tektronix/
ATM
MPEG-1
I-Frames
3 Mbps
363.58 ms
Tektronix/
ATM
MPEG-1
I-Frames
1.5 Mbps
722.75 ms
Tektronix/
ATM
MPEG2/4:2:0
I-Frames
15 Mbps
240.89 ms
Tektronix/
ATM
MPEG2/4:2:0
I-Frames
4 Mbps
284.46 ms
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MPEG-1 mit 1.5 Mbps
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MPEG-2 (4:2:0) bei 4 Mbps
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Ergebnis: Overall Picture Quality
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
8
422/ 40
6
422/ 15
420/ 15
4
M JP E G/ 15
420/ 6
2
bad
422/40
0
422/ 15
420/15
M JP E G / 15
420/6
M P E G -1/ 3
M P E G -1/1. 5
M P E G-1/ 3
acceptable
ƒ Über 15 Mbps: Ja
ƒ MPEG-2 4:2:0/5 & MPEG-1/3
Mbps: partially suitable
ƒ MPEG-2 4:2:0/4 Mbps: keine
Diagnose mehr möglich
10
excellent
ƒ MPEG-2 4:2:2/40: „excellent“
ƒ MPEG-2 4:2:2/15: „good“
(etwas besser als MPEG-2
4:2:0/15)
ƒ M-JPEG/15 Mbps: zwischen
„good“ und „acceptable“
frequency
ƒ MPEG-1/3/1.5: schlechter als of rating
„acceptable“
ƒ suitable for medical diagnosis?
M P E G-1/ 1. 5
Videoübertragungen und Dienstqualität
Komprimierungsdelays und GOP Sizes
Codecs
Compression
Format
GOP Size
Bandwidth
Delay
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
I-Frames
6 Mbps
199.95 ms
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
IP-2
6 Mbps
203.18 ms
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
IBP-10
6 Mbps
497.73 ms
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
IBP-19
6 Mbps
495.91 ms
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
IBBP-4
6 Mbps
524.09 ms
Vbrick/IP
MPEG2/4:2:0
IBBP-19
6 Mbps
532.73 ms
Tektronix/ATM
MPEG2/4:2:2
I-Frames
40 Mbps
199.42 ms
Tektronix/ATM
MPEG2/4:2:2
IP-7
40 Mbps
311.19 ms
Tektronix/ATM
MPEG2/4:2:2
IBBP-15
40 Mbps
398.07 ms
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Komprimierungsdelays bei MPEG-2
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
IF
IP-7
IBBP-15
40 Mbps (4:2:2)
260ms
540ms
640ms
15 Mbps (4:2:2)
660ms
900ms
1020ms
15 Mbps (4:2:0)
180ms
470ms
560ms
Komplexe GOPs führen zu höheren Delays
Niedrigste Delays bei 4:2:0 Abtastraten4)
Kompressionsrate: Hauptverursacher für hohe Delays
Für niedrige Delays ist die Verringerung der Abtastrate effektiver
als eine Erhöhung der Bandbreite und ein Verringern der
Kompressionsrate
______________________________________________________________________________________________________________________________
4)
Abtastrate 4:2:0 – für jeweils 4 Helligkeitswerte werden nur zwei Farbwerte abgetastet;
Abtastrate 4:2:2 – für jeweils 4 Helligkeitswerte werden 4 Farbwerte abgetastet
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Unkomprimierte Übertragungen
ƒ Videosignal wird
unkomprimiert in ATM-Zellen
oder IP Pakete verpackt
(Adaption)
ƒ Adaptionsdelay je nach
Hardware zwischen 180μs
und 2ms
ƒ Im Fehlerfall keine
Fehlerfortpflanzung
ƒ Hohe Anforderungen an
Bandbreite >> 270 Mbps
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Delays durch Fehlerschutz (FEC)
FEC
Mechanismus
Ohne
FEC
DBL
32
DBL
1024
PT-10
32
PT-25
32
PT-10
1024
PT-25
1024
Delay
1.8ms
2.8ms
80ms
12.2ms
4.8ms
440ms
180ms
Bandbreite
(mit Overhead)
295.7
Mbps
591.3
Mbps
591.3
Mbps
325.2
Mbps
369.6
Mbps
325.2
Mbps
369.6
Mbps
ƒ
Fehlerschutzalgorithmen (Forward Error Correction)
ƒ Partial (PT), Double (DBL)
ƒ Bandbreitenoverhead
ƒ Länge korrigierbare Fehlerbursts / Anzahl verlorener Pakete
ƒ
Delays durch Fehlerkorrektur (FEC) in Netzen ohne ausreichende
Dienstqualität abhängig von Korrekturalgorithmus
ƒ Länge des Fehlerbursts der noch korrigiert werden soll
ƒ
180 ms Adaptionsdelay ist vergleichbar mit MPEG-2
Komprimierungslatenz bei einfachem Algorithmus
(I-Frames only)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Optimierungsproblematik:
Problem Datenkomprimierung:
ƒ Algorithmen sind sehr
zeitaufwendig
(MPEG-2 bei I-Frames only mind.
180ms!)
ƒ Qualitätsverlust durch
Komprimierung
ƒ Übertragungsfehler pflanzen sich
fort
Problem unkomprimierte
Übertragung
ƒ Hohe Bandbreitenanforderungen /
Kosten
ƒ Hohe Belastung der Netze führt zu
höherem Jitter
ƒ Jitter muss durch zusätzliche
Fehlerkorrekturmechanismen
(Forward Error Correction (FEC))
ausgeglichen werden
Problem FEC Mechanismen:
ƒ Zusätzliche Kosten durch mehr Bandbreite
ƒ Zusätzliches End-to-end Delay durch FEC
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Netzqualität und End-to-End Delay
Netzqualität?
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
QoS über IP
ƒ Best Effort, ohne Garantien
ƒ Ansätze für Quality of Service
ƒ INT-SERV (Integrated Services)
ƒ Reservierung von Ressourcen mit RSVP
(Resource Reservation Protocol)
ƒ Komplexe Status-Verwaltung an Routern
ƒ Lösung skaliert nicht; zu komplex für
große Netze
ƒ DIFF-SERV (Differentiated Services)
ƒ Einteilung von Paketen in Klassen
ƒ Pakete konkurrieren innerhalb ihrer
Klasse; keine absolute Garantie
ƒ Derzeit nicht möglich über X-WiN
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
ƒ 1988 ATM als Standard Technologie festgelegt
ƒ Virtual Path (gekennzeichnet durch Virtual Path Identifier
(VPI))
ƒ Virtual Channel (gekennzeichnet durch Virtual Channel
Identifier (VCI))
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM VP/VC Processing
Input
Output
VPI
VCI
VPI
VCI
0
0
0
2
200
201
56
87
0
0
0
2
300
301
56
86
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Switching
ƒ Permanent Virtual Circuits (PVC)
ƒ Manuelle Konfiguration
ƒ Switched Virtual Circuits (SVC)
ƒ Signalisierungsprotokoll baut die Translation Tables auf
ƒ Einheitliche Zellgröße von 53 Byte
ƒ Ermöglicht schnelles Switching in Hardware
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Header und Payload
ƒ Header Informationen
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Virtual Path Identifier (VPI)
Virtual Channel Identifier (VCI)
Payload Type Identifier (PTI)
Cell Loss Priority (CLP)
Generic Flow Control Field (GFC)
Header Error Check (HEC)
ƒ Abbildung der Payload Information in Zelle
ƒ Über ATM Adaptation Layer (AAL)
ƒ Für Video eignen sich AAL1 oder AAL5
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MPEG-2 to AAL-1 Mapping
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MPEG-2 to AAL-5 Mapping
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Vergleich : AAL-1 und AAL-5
AAL-1
AAL-5
kein Payload Integrity Check, nur
Prüfung auf Zellverluste
(Sequenzintegrität)
MPEG-2 Transportpaket wird auf 4
ATM Zellen abgebildet
kein Problem mit PCR
SRTS Mechanismus (nur 4 Bit) für
Synchronisation, zusätzliche Clocks
beim Server und Settop notwendig
Unterstützt keine VBR Komprimierung,
nur CBR Komprimierung
Payload Integrity Check mit 32-Bit CRC
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
zwei MPEG-2 Transportpakete werden
auf 8 ATM Zellen abgebildet
PCR Jitter Problem
42-Bit PCR Zeitstempel für
Synchronisation des Settops (27 MHz
Standard)
Unterstützt VBR Komprimierung und
CBR Komprimierung
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Serviceklassen
ƒ Jede Anwendung wird einer Serviceklasse zugeordnet
ƒ Einzelne VP/VC Zellströme können priorisiert werden
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Verkehrsaufteilung
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Verkehrs- und Qualitätsparameter
ƒ Verkehrsparameter
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Peak Cell Rate (PCR)
Sustainable Cell Rate (SCR)
Burst Tolerance (BT)
Minimum Cell Rate (MCR)
ƒ Qualitätsparameter
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Cell Loss Rate (CLR)
Cell Transfer Delay (CTD)
Maximum Cell Transfer Delay (max CTD)
Mean Cell Transfer Delay (mean CTD)
Cell Delay Variation (CDV)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Technik heute
ƒ ATM Technik funktioniert reibungslos
ƒ Aber: politisch tot
ƒ QoS Problem bleibt zunächst bestehen für harte
Echtzeitanwendungen
ƒ Neue Ansätze:
ƒ Versuche, QoS mit Hilfe von Bandbreitenüberangebot
zu lösen
ƒ Imitieren von ATM Technologie über IP
ƒ MPLS Technologie
ƒ TrueCircuit® Technologie
ƒ Zuteilung von optischen Kanälen über
das Netz
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
QoS/Delay und Auslastung (I)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
QoS/Delay und Auslastung (II)
ƒ Mehr Bandbreite
verschafft gewisse
Erleichterung
ƒ Keine Garantie
ƒ Verzögerung und
Auslastung im G-WiN
ƒ Zeitraum von 19-Tagen
ƒ Hohe Delays entstehen
auch wenn Auslastung
gering ist
ƒ Routereinstellungen,
Paketgrößen, Accesslists
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
QoS durch MPLS Technologie
ƒ Multi-Protocol Label Switching
ƒ QoS Klassen sind Forwarding Equivalence Classes (FECs)
ƒ QoS Klassen, die das Netz unterstützt, sind in LIBs (Label
Information Bases) gespeichert
ƒ LSRs (Label Switch Routers) verwenden LIBs um Labels
der ankommenden Pakete in neue Labels für nächsten
Hop zu tauschen (vgl. ATM)
ƒ MPLS Labels können mit RSVP an eine bestimmte FEC
gebunden werden
ƒ Damit kann man für ein Paket einen bestimmten Pfad
durch das Netz festlegen, ohne daß LSRs an jedem Hop
entscheiden
ƒ Eingruppierung in QoS Klassen erfolgt am Rand des
Netzes durch einen LER (Label Edge Router)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
TrueCircuit® Technologie (I)
ƒ Path1 Network Technologies, Inc., 1999
ƒ Implementiert über Time Division Multiple Access
(TDMA) Verfahren
ƒ Pakete werden synchronisierten Timeslots
zugeordnet
ƒ 4000 Timeslots entsprechen einem T-Block (= 16ms)
ƒ Ein Timeslot ist 4 μs; für ein IP Paket mit 512 Bytes
=> 16 Mb in 16 ms = 1 Gbps
ƒ Datenstrom erhält Timeslots über einen
festgelegten Pfad übers Netz
ƒ Unterschied zu TDMA- Verfahren:
ƒ Timeslots sind nicht an feste Position im T-Block
gebunden
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
TrueCircuit® Technologie (II)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
TrueCircuit® Technologie (III)
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Keine Paketverluste
Deterministische Latenz von 5ms
Maximaler Jitter von 10μs
Bit Error Rate (BER) von 10-12.
TrueCircuit® Technologie muß an
Netzwerkknoten implementiert werden wo QoS
für Echtzeitanwendungen erforderlich ist
ƒ Andere Netzwerkknoten, die TrueCircuit® nicht
unterstützen, stören den TrueCircuit® Verkehr
nicht (skalierbar)
ƒ Technik konnte sich nicht durchsetzen
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Optische Netze
ƒ In neuen Netzgenerationen werden optische Pfade
automatisch geschaltet ohne elektrisch-optische
Wandlung via Optical Cross Connects (OXC)
ƒ QoS für Echtzeitanwendungen durch Zuteilung einer
Wellenlänge
ƒ Anforderung an zukünftige Netze:
ƒ Dynamische Zuteilung über Control Plane:
ƒ ASON (Automatically Switched Optical Networks)
ƒ GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching)
ƒ Control Plane muss viele Netztechnologien
unterstützen (z.B. SDH/Sonet, IP, ATM, Ethernet, …)
ƒ Bandwidth on Demand
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Beispiel: EU-Projekt MUPBED
ƒ MUPBED: Multi-Partner European
ƒ
ƒ
ƒ
Test Beds for Research
Networking
16 Partner in 8 Ländern
Testbed umfaßt fünf lokale Netze,
die über GÉANT verbunden sind
Lokale Testbeds basieren auf
ASON/GMPLS, GMPLS,
IP/MPLS und Ethernet
MUPBED untersucht
MUPBED Testbeds
(http://www.ist-mupbed.eu)
Northern Europe
test bed
DTU
NORDUnet
ƒ Interoperabilität, Interaktionen
zwischen Netzwerkschichten und
Anwendungen
ƒ QoS und QoS Provisionierung
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
PSNC
PIONIER
FAU
Western Europe
test bed
ƒ
Eastern Europe
test bed
Acreo
DFN
GÉANT
T-Systems
Marconi
RedIRIS
Telefonica
I+D
Central Europe
test bed
GARR
CSP
Telecom Italia Lab
Marconi
Southern Europe
test bed
Videoübertragungen und Dienstqualität
MUPBED Application Network Interface
ƒ Adaptation Function und Graphical User
Interface (GUI) (DTU, Dänemark)
ƒ Adaptation Function regelt Zugang zu User
Network Interface (UNI) und damit Zugang zu
vorhandenen Ressourcen
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Komponenten der Adaptation Function
Applications
Grid, video conferencing, content and storage
Adaptation function
Network Service Requester
API
Network Service Provider
Interfacing
Translation of requirements
Requirement
translation
Advance resource allocation function
Resource
allocation
UNI-C (OIF/IETF)
UNI
UNI-N - (OIF/IETF)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Applikationen und Service Klassen (I)
Requirements
Application
Traffic Type
Quality
Storage Backup
and Restore
Information and
Data services
(bi-directional)
Accelerated VoD
Streaming
Bandwidth
Latency /
Jitter
Packet- loss
Reliability
Security
High
100 Mbps – 2
Gbps
200 ms / -
< 0.1 %
Medium
Yes
Real-time on
demand
(unidirectional)
High (E2E)
Very High
(CDN)
50 – 100 Mbps
500 ms / 50 ms
<1%
High
No
Uncompressed
high quality video
transmission
Real-time
interactive (bidirectional)
High (SD)
Very High
(HD)
300 Mbps – 1.5
Gbps
150 ms / 1 ms
<1%
High
Yes/No
Point to point
conferencing
Real-time
interactive (bidirectional)
High
1.5 – 20 Mbps
150 ms / 50 ms
(skew: 80 ms)
1%
High
Yes
Multipoint
videoconference
Real-time
interactive (bidirectional)
High (MPEG2) Very High
(No
compression)
2 – 13 Mbps per
partner
150 ms / 50 ms
(skew: 80 ms)
1%
High
Yes
User to user
communication
in open network
Real-time
interactive (bidirectional)
High
2 – 100 Mbps
(Application
dependent)
150 ms / 50 ms
(Application
dependent)
1%
Medium / High
(Application
dependent)
Yes/No
(Application
dependent)
Open Media
Streaming
Real-time
distribution
(unidirectional)
High
10 – 100 Mbps
(Content
dependent)
150 ms / 50 ms
<1%
High
No
Grid applications
Real-time
interactive (bidirectional)
High
100 Mbps
(Application
dependent)
150 ms / 20 -100
ms (Application
dependent)
1%
Medium / High
(Application
dependent)
Yes/No
(Application
dependent)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Applikationen und Service Klassen (II)
Bandwidth > B
Delay < T
Delay > T
Fault Tolerance
(Packet loss > P)
Fault Tolerance
(Packet loss < P)
•Uncompressed video
transmissions
•Storage and backup
Bandwidth < B
Delay < T
•Information and web
services
Fault Tolerance
(Packet loss > P)
•Point-to-point video
conference
•Multipoint video
conference
•User to user
communication in open
network
•Grid
Fault Tolerance
(Packet loss < P)
•Uncompressed video
transmissions
•Open Media Streaming
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Delay > T
Videoübertragungen und Dienstqualität
Reservierung von Ressourcen
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MUPBED Application GUI
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Case Study: Netz-Messungen
ƒ Fragestellung:
ƒ Vergleich von paketorientiertem Transport und
verbindungsorientiertem Transport
ƒ QoS auf Layer2 und auf Layer3
ƒ Messungen im Vergleich über ATM und IP:
ƒ ATM
ƒ IP-über-ATM
ƒ IP
ƒ Messungen im Vergleich über
ƒ IP/Internet (Layer3)
ƒ GE/SDH (Layer2)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ATM Messungen (I)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
ƒ
ƒ
Test 1: 16.9 Mbps (Erlangen nach München und zurück)
Test 2, 3: 323.48 Mbps (München nach Erlangen und zurück)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Messungen über IP
ƒ Messungen der
Response Times
ƒ Freeware Software
Tool „Qcheck“
ƒ Verwendet Konsolen
Modul und
Performance
Endpoint Modul
ƒ Tests sowohl über
UDP und TCP
Protokolle
ƒ Genauigkeit: 1 ms
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Response Time IP über ATM
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Internet Response Time (23 Hops)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Fernbediente Kameras über das Netz (I)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Fernbediente Kameras über das Netz (II)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Messungen Layer2 und Layer3
ƒ Über das europäische MUPBED Testbed
(Layer2)
ƒ Zwischen Erlangen und Berlin
ƒ Zwischen Erlangen und Turin/Italien via Berlin
ƒ Über das deutsche VIOLA Testbed (Layer2)
ƒ Zwischen Erlangen und St. Augustin/Bonn
ƒ Über das X-WiN (Internet / Layer3)
ƒ Zwischen Erlangen und St. Augustin/Bonn
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
VIOLA
ƒ Deutsches Testbed VIOLA
ƒ VIOLA:
Vertically Integrated Optical
Testbed for Large Applications
ƒ Ziele:
ƒ Test von Netzkomponenten und
Architekturen
ƒ Entwicklung und Tests von
neuen Software Tools für eine
dynamische
Bandbreitenzuteilung
ƒ Zieluntersuchung im
Kooperation mit neuen
Applikationen wie GRID
Computing, Virtual Reality und
High-quality Multimedia
Anwendungen.
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Aktiver Mess-Prozess
ƒ Generierung von 5 UDP Paketen mit 429 Bytes
Länge alle 30 Sekunden
ƒ 14400 Pakete am Tag
ƒ Jedes Paket hat
ƒ Sequence Number (um Paketverlust
feststellen zu können)
ƒ Zeitstempel
ƒ Empfänger markiert Ankunftszeit
ƒ One group = 5 packets (median, maximum,
minimum delays)
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Messverfahren im X-WiN
ƒ Ca. 40 Mess-Stationen
ƒ Messkonzept seit 1998
ƒ Aktive Messungen seit
Herbst 2003
ƒ Tests am Regionalen
Rechenzentrum
Erlangen (RRZE) vom
WiN-Labor
ƒ Zeitsynchronisierung über
GPS Antennen
ƒ Genauigkeit unter 20μs
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
WiN Messungen über Europe/USA
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
X-WiN Messungen
ƒ Messungen 24
Std./Tag
ƒ Basierend auf IPPM
Performance Metrics
of RFC-2330
ƒ Analyse Programm
liefert
ƒ One-way delay (OWD)
ƒ One-way delay
variation (OWDV)
ƒ Loss ratios
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Messungen über MUPBED
zwischen Erlangen und Berlin
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
zwischen Erlangen und Turin
(via Berlin)
Videoübertragungen und Dienstqualität
Messungen über VIOLA und X-WiN
Über VIOLA zwischen
Erlangen und St. Augustin
Über das DFN-Netz X-WiN
zwischen Erlangen und St. Augustin
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
MUPBED Layer2 Verbindung
ƒ Layer2 Verbindung
von Erlangen nach
Berlin / Turin
ƒ Messungen während
der Übertragung von
unkomprimiertem
Video
ƒ Messungen ohne
Video
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
VIOLA Layer2 und X-WiN Layer3
ƒ Layer2 Verbindung
(GE/SDH) von Erlangen
nach St. Augustin
ƒ Messungen während der
Übertragung von
unkomprimiertem Video
ƒ Messungen ohne Video
ƒ X-WiN Messungen:
Routine Layer3 Internet
Verkehr
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Unkomprimierte Video Übertragung
ƒ Path1 Cx1000 SDI / GE Adapters
ƒ SDI (Serial Digital Interface) Video mith
ƒ 270 Mbps Payload
ƒ 370 Mbps Gesamtbandbreite mit FEC Mechanismus
ƒ Forward Error Correction (FEC Mechanismus):
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Black Box
Partial oder Double FEC Mechanismus
Zusätzliche Bandbreite liefert bis zu 100% Overhead
Error Burst Window Size: korrigierbare Packet Burst
Length
ƒ FEC verursacht zusätzlichen Delay
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Einfluss von Video auf One-Way Delay
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Einfluss von Video auf Network Jitter
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Layer2 Messungen
No Video
From Erlangen
To Berlin
To St. Augustin
To Torino
Avg. delay
4.06 ms
4.64 ms
27.26 ms
Max. delay
4.20 ms
4.81 ms
27.36 ms
Min. delay
3.94 ms
4.53 ms
27.20 ms
Jitter range
259.00 μs
333.59 μs
166.00 μs
with Video
From Erlangen
To Berlin
To St. Augustin
To Torino
Avg. delay
4.09 ms
4.65 ms
28.22 ms
Max. delay
5.81 ms
6.86 ms
30.91 ms
Min. delay
3.64 ms
4.53 ms
27.97 ms
Jitter range
2.18 ms
2.33 ms
2.94 ms
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Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Vergleich von Layer2 und Layer3
From Erlangen to St. Augustine
Layer 2
Layer 3
No video
video
Routine traffic
Avg. delay
4.64 ms
4.65 ms
8.60 ms
Max. delay
4.81 ms
6.86 ms
12.14 ms
Min. delay
4.53 ms
4.53 ms
8.58 ms
Jitter range
333.59 μs
2.33 ms
3.56 ms
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Jitter Einfluss auf Video Qualität
ƒ Mit Forward Error
Correction:
ƒ Partial FEC
ƒ 25% Overhead
ƒ Burst Window Size von
1024 Paketen
(i.e. 1024 Pakete können
hintereinander verloren
gehen oder in falscher
Reihenfolge ankommen)
⇒ Gute Video Qualität, aber
einige Fehler sichtbar
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Verbesserung des Jitter Einflusses mit FEC
ƒ Einfluss von Jitter kann mit zusätzlichen FEC
Mechanismen verbessert werden
ƒ Aber: FEC Algorithmen sind teuer im Hinblick auf
ƒ Bandbreite und
ƒ End-to-End Delay:
FEC
Mechanism
No
FEC
DBL
32
DBL
1024
PT
32-10
PT
32-25
PT
PT
1024-10 1024-25
Processing
Delay
1.8ms
2.8ms
80ms
12.2ms
4.8ms
440ms
180ms
Bandwidth
295.7
Mbps
591.3
Mbps
591.3
Mbps
325.2
Mbps
369.6
Mbps
325.2
Mbps
369.6
Mbps
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Ausblick: State-of-the-Art Video Equipment
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität
Kontakt
Zugang zu WiN Messungen:
http://www-win.rrze.uni-erlangen.de/ippm/
Für weiterführende Informationen:
Dr. Susanne Naegele-Jackson
[email protected]
[email protected]
Grundzüge der Datenkommunikation
Videoübertragungen und Dienstqualität