IP Datacast over DVB-H: Content Delivery Protocols (CDP)

Antti Ajosmäki2 Johdanto •IP Datacast käyttäen DVB-H:ta on päästä päähän (lähettimeltä vastaanottimeen) tapahtuva lähetysjärjestelmä, jolla toimitetaan kaiken tyyppisiä digitaalisia lähetyksiä ja palveluja. Tässä käytetään IP pohjaisia meknismeja, jotka on optimoitu rajoitetun laskentatehon ja tehonlähteen omaaville laitteille. IPDC systeemin olennainen osa on, että se muodostuu yksisuuntaisesta DVB lähetyspolusta, johon voidaan yhdistää kaksisuuntainen matkapuhelinpolku. IPDC on täten alusta, jota voidaan käyttää mahdollistamaan televisio-/radio- ja matkapuhelipalveluiden yhdentyminen. •Standardin kehitystyön yksi luonnollinen tavoite on ollut IP Datacastin DVB-H:ta käyttäen ja 3GPP MBMS:n yhtenäistäminen.

Antti Ajosmäki3 4 Toimitusalusta •IP Datacast systeemi on suunniteltu kuljettamaan eri tyyppistä sisältöä, kuten audio-, video-, teksti-, kuvalähetyksiä ja tiedostolähetyspalveluja. •IP Datacast toimitusalustassa voidaan yksilöidä kolme erillistä toimintakerrosta: siirtotiet, jakelumenetelmät ja käyttäjäpalvelut. •Siirtotiet antavat käyttöön mekanismin, jolla IP data kuljetetaan. IPDC:ssä käyttäen DVB-H:ta sitä käytetään kuljettamaan lähetettävä liikenne (multicast ja broadcast) tehokkaalla yhdeltä monelle (one to many) tavalla ja se on IPDC-palveluiden perusta. DVB-H siirtotietä voidaan käyttää pisteestä pisteeseen (point to point) siirtotien kanssa. •Jakelumenetelmä. Kun lähetetään data vastaanottajalle, käytetään yhtä tai useampaa jakelumenetelmää. Standardissa on määritelty kaksi menetelmää, tiedostolähetys js suoratoistolähetys (streaming). •Käyttäjäpalvelu. IPDC-käyttäjäpalvelu mahdollistaa sovellukset. Sovellukset asettavat erilaisia vaatimuksia, kun jaellaan dataa vastaanottimille ja voivat käyttää erilaisia jakelumenetelmiä.

Antti Ajosmäki4 4.1 Protokollapino

Antti Ajosmäki5 RTP protokollaa käytetään suoratoistoon (streaming), kun ääni-, kuva- ja tekstitysviestit lähetetään reaaliaikaisina. FLUTE protokolla on määritelty tiedostojakelupalveluun, jossa kaikki data on ensin imuroitu ja tallennettu päätelaitteeseen, ennenkuin se on sovellusten käytössä. Jälkikorjaus ja vastaanottoraportti lähetetään FLUTEa tai HTTPtä ja TCPtä käyttäen kahdenvälisenä yhteytenä. SPPtä (Service Purchase and Protection) varten KSM (key stream messages) ja KMM (key management messages) lähetetään käyttäen UDPtä (User Datagram Protocol). KMM voidaan myös lähettää käyttäen TCP/IPtä kahdenvälisenä yhteytenä. 4.1 Protokollapino

Antti Ajosmäki6 RTP (Real-Time Protocol) protokolla on tarkoitettu suoratoisto- eli streaming-palveluun, jossa data esitetään samanaikaisesti, kun sitä vastaanotetaan. Suoratoistoformaatteja ovat esimerkiksi RealMedia, QuickTime ja Windows Media. Liikennettä lähetetään päätepisteiden välillä RTP-paketteina. 5.1 RTCP ( Real-Time Control Protocol) Lähettäjä generoi ja lähettää RTCP-paketit, joissa kerrotaan päätepisteille tietoja lähetyspään palveluista ja toiminnoista. Lähettäjä ei odota vastaanottajan raporttia (Reception Report) lähettäjän raportissaan (Sender Report) eli RC asetetaan 0:ksi. Vastaanottajat eivät lähetä RTCP Receiver Report:ia. 5 Suoratoiston (streaming) protokolla

Antti Ajosmäki7 SDP (Session Description Protocol) määrittelee IPDC päätelaitteille suoratoistolähetyksen. SDP kuvaa yhden tai useamman RTP istunnon, jotka ovat IPDC lähetyksen osia SDP parametrit •Lähettäjän IP osoite •Istunnon mediakomponenttien lista •Vastaanottajan IP osoite ja portti jokaiselle mediakomponentille (audio, video, teksti) •Aloitusaika ja istunnon lopetusaika •Tiedonsiirtoprotokolla (esim. RTP/AVP) (AVP Audio Video Profile) •Mediatyypit ja mediaformaatit •Välitysnopeus käyttäen olemassaolevia SDP kaistanleveysparametrejä Seuraava parametri voidaan myös sisällyttää : •Median kieli(-et), attribuutti voi sisältää tiedon esim. puhutusta kielestä 5.2 Suoratoistoistunto käyttäen SDP:tä

Antti Ajosmäki SDP parametrit Lähettäjän IP-osoite •Lähetys saattaa käyttää lähettäjän osoitteen suodatusta. •Sekä Ipv4- ja Ipv6- lähteille on voimassa oletukset: –source-filter-atribuutti on voimassa vain istuntokohtaisesti, ei per media –arvoa * voidaan käyttää vastaanottajan osoitetta osoittavassa kentässä SDP:ssä Vastaanottajan IP-osoite ja porttinumero •Jokainen IPDC:n session osana oleva RTP-sessio määritellään parametreilla SDP:ssä: –IP kohdeosoite –kohdeportin numero

Antti Ajosmäki SDP-parametrit Mediakuvaus •Kertoo mediatyypin, esim. audio, video tai teksti. •Kertoo hyötykuorman tyypit ja formaatit. Istunnon ajoitusparametrit •Määritelee IPDC istunnon alku- ja loppuajat. Median kieli (-et) •Kertoo median kielen tai kielet, jos tarpeen

Antti Ajosmäki SDP-parametrit Bandwidth specification •Tarvittava bittinopeus määritellään SDP:ssä kaistanleveysparametreilla ”AS” ja ”TIAS” ja parametrilla ”maxprate”, joista vastaanotin voi päätellä vastaanottokyvykkyytensä. •Tarvittava kaistanleveys RTCP:lle määritellään mediatasolla kaistanleveysparametreilla ”RR” ja ”RS” jokaiselle RTP istunnolle. ”RR” pitää olla mukana ja sen arvo olla 0 yksisuuntaisessa lähetyksessä.

Antti Ajosmäki Esimerkki SDP:stä suoratoistoistunnossa

Antti Ajosmäki Hypothetical Receiver Buffering Model •Transport buffer : MPEG-2 TS –paketit (poistaa kaksikertaiset paketit) •Multiprotocol decapsulation buffer: MPE-FEC-lohkoille IP- tietosähkeissä •RTP decapsulation buffer : RTP-paketeille ja vaimentamaan aikaviipaloidun, purskeisen lähetyksen bittinopeutta •Data buffer : kuvataan media decoder –määrityksissä

Antti Ajosmäki13 6 Tiedostolähetyspalveluiden lähetysprotokolla 6.1 FLUTE •IPDC:n menetelmä tiedostojen lähetykseen on FLUTE (File Delivery over Unidirectional Transport). Tätä protokollaa käytetään ns. Unidirectional- järjestelmissä yhdeltä tai monelta lähettäjältä yhdelle tai monelle vastaanottajalle. •FLUTE toimii ALC (Asynchronous Layered Coding) protokolla alustanaan. •ALC yhdistää LCT (Layered Coding Transport), ruuhkanhallinta (CC; Congestion Control) ja FEC (Forward Error Correction) lohkot. Sitä käytetään yhdeltä lähettäjältä monelle samanaikaiselle vastaanottajalle tapahtuvaan luotettavaan lähetykseen. Yksisuuntaisessa liikenteessä ruuhkanhallintaa ei käytetä. •FLUTE-vastaanotossa syntyneet virheet korjataan joko Raptor FEC (Forward Error Correction), käyttämällä data carousel-menetelmää tai käyttämällä kaksisuuntaista liikennettä virheenkorjauspyyntöineen.

Antti Ajosmäki14 6 Tiedostolähetyspalveluiden lähetysprotokolla 6.1 FLUTE •Kuvassa 3 on esitetty lohkot, joista FLUTE muodostuu.

Antti Ajosmäki15 6 Tiedostolähetyspalveluiden lähetysprotokolla ALC / FLUTE - lohkot •LCT – lohkolla voidaan hallita in-band istuntoja. •LCT – lohkossa on useita vajanaisesti määriteltyjä kenttiä, jotka ALC määrittelee. •FEC – lohko tuo luotettavuutta •FEC – lohkona voidaan käyttää tarkoitukseen sopivaa FEC-koodia, myös no-code FEC-koodia. Silloin data lähetetään ilman FEC:tä •FDT (File Delivery Table) Instances:ssa on file ja vastaanottoparametrien taulukot

Antti Ajosmäki FLUTE tiedostolähetysmekanismi Tiedostolähetyksen tarkoitus on lähettää tiedoston sisältö. Tiedosto sisältää dataa, kuten audio-, videotiedostoja, binääristä dataa,yksittäisiä kuvia, tekstiä, ESG (Electronic Service Guide) metadataa Segmentation of Files Tiedostojen segmentointi tehdään lohkoalgoritmeilla (laskee lähdeblokit lähdetiedostoista) ja symbolikoodausalgoritmilla (laskee koodaussymbolit lähdeblokeista.

Antti Ajosmäki Usean FLUTE-kanavan käyttö •FLUTE-istunnon on tuettava yhden FLUTE-kanavan vastaanottoa. •Usean FLUTE-kanavan käyttöä voidaan tukea. Perus-FLUTE (base FLUTE) kanavassa pitää kuitenkin olla riittävästi ohjaustietoa vastaanottoon eli SDP (Session Description File) on peruskanavalla. Myöskään FDT (File Delivery Table) Instances ei saa sisältää muiden kanavien tietoja Symbol Encoding Algorithm •”Compact No-Code FEC scheme” pitää tukea. •”Raptor FEC Scheme” sisältää kaksi erillistä komponenttia: •Lähdeblokin (Source block) ja lähdepaketin (Source packet) muodostaminen, lähetys ja vastaanotto •Korjauspaketin (Repair packet) muodostaminen, lähetys ja vastaanotto sekä Raptor FEC koodaus ja purku •Päätelaitteiden pitää tukea lähdepakettien tulkintaa ja FEC-komponentin vastaanottoa. •Päätelaitteet voivat tukea korjauspaketin purkua (hyväksikäyttöä)

Antti Ajosmäki Blocking Algorithm •Jos käytetään ”Compact no-Code FEC Scheme”:ä pitää käyttää FLUTE- spesifikaation lähdeblokin mukaista algoritmia (”Algorithm for Computing Source Block Structure”). •Jos käytetään ”Raptor FEC Scheme”ä pitää käyttää DVB Document A101:ssä kuvattua algoritmia.

Antti Ajosmäki Congestion control •Yksinkertaisuuden vuoksi datacastoperaattorin pitää huolehtia, että kaikki FLUTE kanavat lähettävät niin, ettei kuljetuskerroksen ruuhkanhallintaa tarvita Content Encoding of Files for Transport •Tiedostot voidaan pakata siirtoa varten käyttäen yleistä GZip algoritmia. Päätelaitteiden pitää tukea GZip-purkua ALC packet size considerations •IP-pirstoutumisen (IP-fragmentation) välttämiseksi suositellaan, että kaikki FLUTE paketit ovat pienempiä kuin linkkiketjun pienin MTU (Maximum Transmission Unit). Suosituksen mukaan 1500 bytes. Tämän tulee sisältää myös kaikki paketin määritteet.

Antti Ajosmäki Signaling the end of file delivery and end of file delivery session •FLUTE FDT (File Delivery Table) Instances sisältää ”expires” attribuutin, joka määrittelee sen voimassaoloajan. Aika pitää ilmaista absoluuttisena. • FLUTEn määritysten mukaan vastaanottimen ei pidä käyttää vanhentuneen FDT Instancen tietoja vastaanotettujen pakettien tulkintaan Files that span over several separate delivery sessions •Tiedostojen jakamista useaan eri istuntoon ei sallita. Apuistuntoa tiedoston korjaukseen voidaan käyttää. •Kuitenkin tiedosto tai joitakin ”encoding symbols” voidaan lähettää eri kanavilla.

Antti Ajosmäki Grouping mechanisms for FLUTE file delivery • FLUTEssa voidaan määritellä usean tiedoston lähetys ryhmäksi. • Seuraavat tapaukset ovat esimerkkejä tiedostojen ryhmittelystä: •Internet-sivut on tavallisesti linkitetty toisiinsa. Aloitussivu voi sisältää linkkejä muihin sivuihin, jotka voidaan määritellä tiedostoryhmäksi. •Ohjelmien päivityspaketit muodostuvat tavallisesti useasta tiedostosta. Päivityspaketti ei normaalisti toimi, jos kaikkia paketin tiedostoja ei ladata. Siksi päätelaitteen pitää tietää kaiikki imuroitavat tiedostot File Versioning •FLUTEssa FDT (File Delivery Table) Instance yksilöi kunkin tiedoston. FDT:ssä ilmaistaan myös yhteys tiedoston ja TOIn (Transport Object Identifier) välillä. •Tiedostolla voi olla useita eri TOI arvoja lähetysistunnon aikana. Nämä arvot edustavat ko. tiedoston eri versioita. •FLUTE lähettäjän pitäisi lopettaa vanhan version lähetys, sen jälkeen kun uusi TOI arvo on lähetetty.

Antti Ajosmäki File delivery session description with SDP IPDC tiedostolähetysistunnon SDP (Session Description Protocol) määritteen pitää sisältää seuraavat parametrit: •Lähettäjän IP osoite •Istunnon kanavien lukumäärä •Vastaanottajan IP osoite ja portti istunnon jokaiselle kanavalle mediakotaisesti (audio, video, teksti) •Istunnon TSI (Transport Session Identifier) •Aloitusaika ja istunnon lopetusaika •Tiedonsiirtoprotokollan ID (esim. FLUTE/UDP) •Mediatyypit (eli = ”application”) ja fmt-lista (eli = ”0”) •FEC ”kyvykkyys” ja tarvittavat parametrit Seuraava parametri voidaan myös sisällyttää: •Välitysnopeus käyttäen olemassaolevia SDP kaistanleveysparametrejä •Kunkin median kieli(-et)

Antti Ajosmäki Download & Carousel Mechanisms FLUTE:ssa on viisi tiedostolähetysistuntotyyppiä: •Staattinen tiedostolähetysistunto •Kiinteäsisältöinen lähetysistunto •Dynaaminen tiedostolähetysistunto •Staattinen tiedostolähetyskaruselli-istunto •Dynaaminen tiedostolähetyskaruselli-istunto Tiedostolähetystyyppi pitää määritellä FLUTEa käytettäessä

Antti Ajosmäki Staattinen tiedostolähetysistunto Lähetetään etukäteen määritelty tiedostoerä. Tiedoston versio voi muuttua istunnon aikana. Peruspiirteet: •Lähetettävä vähintään yksi täydellinen FDT Instance •Jotkut FDT Instancet voivat sisältää aiemmin lähettämättömiä parametreja (kuten tiedostokoko) ja jotkut parametrit voivat muuttua (kuten tiedostokoko) •FDT Instance voidaan toistaa useita kertoja istunnon aikana

Antti Ajosmäki Kiinteäsisältöinen tiedostolähetysistunto On erikoistyyppi staattisesta lähetyksestä. Tässä eivät tiedostot eivätkä niiden versiot voi muuttua istunnon aikana. Peruspiirteet: •Jokainen lähetetty FDT Instance pitää olla täydellinen •FDT Instance voidaan toistaa useita kertoja lähetysistunnon aikana •Jokainen FDT Instance asettaa attribuutin ”Complete” arvoksi ”TRUE”

Antti Ajosmäki Dynaaminen tiedostolähetysistunto Lähetetään tiedostoerä, joka voi muuttua istunnon aikana. Toteutus: Dynaamisessa tiedostolähetysistunnossa pätevät FLUTE-istunnon perussäännöt Staattinen tiedostolähetyskaruselli On mahdollisesti aikariippumaton lähetysistunto, jossa lähetetään kiinteää erää muuttumattomia tiedostoja

Antti Ajosmäki Dynaaminen tiedostolähetyskaruselli On mahdollisesti aikariippumaton lähetysistunto, jossa lähetetään muuttuvaa tiedostoerää, jossa tiedostot voivat muuttua/lisääntyä/vä- hentyä istunnon aikana. Vastaanottaja havaitsee muutokset lähetyksen sisällössä FDT Instance:sta.

Antti Ajosmäki28 C.2. Raptor FEC (Forward Error Correction) Seuraavassa kaavio virheenkorjausalgoritmista: Repair Symbols Intermediate Symbols Source Block Source Symbols Inverse Encoding Symbols Source Symbols Transmission Receiving Encoding Symbols Repair Symbols Intermediate Symbols