Resume Multimedia Over Wireless Broadband

JARINGAN MULTIMEDIA

Jurusan Teknik Informatika

Fakultas Teknologi Informasi

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Multimedia over wireless broadband

Pesatnya pertumbuhan infrastruktur jaringan broadband nirkabel, seperti 3G dan 3.5G, WLAN dan WLAN-mesh, dan WiMAX membuat tersedianya informasi dan hiburan (infotainment) multimedia audio dan video dalam kehidupan kita kapan saja, dimana saja, pada perangkat apapun. Namun, pengiriman multimedia nirkabel menghadapi beberapa tantangan, seperti tingkat kesalahan yang tinggi, variasi bandwidth dan pembatasan, pembatasan daya baterai, dan sebagainya.

Pada saat yang sama, broadband nirkabel berbasis WLAN dan WiMAX juga meluas. Sementara jaringan nirkabel ini tidak dirancang dengan real-time layanan komunikasi multimedia sehingga ketersediaan yang luas dengan biaya rendah menjadikan mereka memberkan solusi untuk menambahkan mobilitas ke layanan komunikasi tersebut.

10.1 End-to-end transport error control

Sebagian besar data multimedia ditransmisikan melalui transportasi Internet-based UDP, yang selanjutnya menggunakan protokol real-time transport (RTP) dan protokol kontrol  RTCP untuk mengontrol tingkat atas dasar informasi dan kerugian dalam jangka waktu tertentu. Lebih khususnya lagi, untuk topologi jaringan yang mengandung link nirkabel, packet loss dapat disebabkan oleh salah satu kemacetan atau kesalahan saluran nirkabel akibat multipath fading, shadowing, atau atenuasi yang akan menghasilkan pengurangan yang tidak tepat dalam tingkat pengiriman dan secara dramatis throttle throughput.

10.1.1 Packet loss classification (PLC)

Bahwa tidak ada metode PLC yang bisa melakukan topologi jaringan dengan baik yang berbeda dan algoritma switching berdasarkan kesenjangan inter-arrival, spiketrain dan Zigzag, tergantung pada berbagai nilai ROTT. Semua algoritma PLC ini juga dapat membantu protokol kontrol kongesti lain yang mungkin menyebabkan pengurangan bandwidth yang tidak perlu dengan adanya packet loss nirkabel.

10.1.2 Forward error correction (FEC) via block erasure codes

Pendekatan konvensional untuk menyebarkan paket end-to-end melalui jaringan IP bergantung pada transmisi paket yang hilang. Salah satu implementasi tersebut adalah mengulangi permintaan otomatis (ARQ) paket yang hilang, yang didasarkan pada transportasi TCP. Hybrid FEC ditambah ARQ biasanya diimplementasikan dengan mengurangi jumlah awal redundansi dan mengirimkan paket perbaikan hanya pada permintaan, seperti pada protokol ARQbased. Fitur ini dapat membuat saluran umpan balik yang tidak perlu, dan ini membuat FEC menarik untuk mengirimkan multimedia melalui sistem IP.

10.1.3 Wireless channel model

Untuk menentukan parameter blok kode penghapusan, yaitu probabilitas n dan k dari kesalahan saluran nirkabel harus tepat diperkiraka. Probabilitas error stokastik dapat mewakili tingkat kerugian pada tingkat bit, tingkat simbol, atau tingkat paket, tergantung pada granularity dan lapisan protokol yang digunakan dalam pemodelan. The Gilbert Elliot- two-state Markov adalah model yang paling populer untuk mensimulasikan sifat bursty fading multipath nirkabel.

10.1.4 From channel model (p, q) to FEC (n, k)

Model-Gilbert Elliot digunakan untuk mensimulasikan tingkat kesalahan paket atas dasar dua negara Markov chain dengan parameter p dan q mewakili probabilitas transisi (packet) menyatakan kerugian state yang diterima dan dari state ke state yang diterima oleh masing-masing.

10.2 Error resilience and power control at the source coding layer

Selain teknik kontrol kesalahan yang dibuat untuk berbagai lapisan protokol jaringan multimedia-overwireless, ada banyak upaya untuk memberikan kontrol error dan pemulihan teknologi pada lapisan sumber coding. Ada dua pendekatan dasar untuk penyembunyian error, spasial dan interpolasi temporal.

10.2.1 The H.264 network abstraction layer for network adaptation

Standar H.264 menyediakan fungsionalitas tambahan untuk mendukung jaringan transportasi serta pengendalian kesalahan. Ia memiliki dua lapisan dalam proses coding. Salah satunya adalah lapisan pengkodean video (VCL), yang berisi fungsi pemrosesan sinyal (transform, kuantisasi, pencarian gerak dan kompensasi, Deblocking filter, dan sebagainya). Yang lainnya adalah lapisan jaringan abstraksi (NAL), yang merangkum output sepotong VCL menjadi unit NAL cocok untuk transmisi melalui jaringan paket.

Struktur error-resilience H.264 didasarkan pada struktur adaptasi jaringan yang fleksibel dalam NAL dan memisahkan tugas sumber coder H.264 dari error-resilience seperti data partisi.

10.2.2 Power control with rate–distortion optimization

Karena sebagian besar multimedia nirkabel yang dikodekan dan diterjemahkan dengan perangkat portabel didukung oleh baterai, masalah konsumsi daya menjadi semakin penting. Misalnya dalam skema transmisi video, total daya yang dikonsumsi dalam perangkat portable terdiri dari daya transmisi dan kekuatan pemrosesan.

Sebagian besar penelitian kontrol daya untuk sistem nirkabel bertujuan untuk mendeteksi signal to noise ratio (SNR) sebagai terminal pada base station dan meminimalkan transmisi power. Yang paling utama, perhatian dalam multimedia adalah untuk menjaga end-to-end distorsi sinyal D pada nilai konstan. Distorsi terjadi karena kompresi sumber dan saluran kesalahan lossy, dan itu tergantung pada kedua SNR saluran dan parameter encoder video seperti kompleksitas dan bitrate. Juga, kompresi sinyal multimedia mengkonsumsi jumlah daya yang sebanding dengan daya transmisi, yang memerlukan optimasi bersama dari encoder sumber dan pemancar untuk meminimalkan total konsumsi daya.

10.3 Multimedia over wireless mesh

Untuk membangun sebuah sistem distribusi nirkabel didasarkan pada infrastruktur WLAN, extended service set (ESS) 802.11s diusulkan untuk instalasi, konfigurasi, dan operasi WLAN multi-hop mesh. Jaringan wireless mesh berbasis 802.11 (WMNs) telah muncul sebagai teknologi kunci untuk berbagai layanan multimedia baru yang memerlukan dukungan jaringan yang fleksibel.

Jaringan mesh nirkabel berbasis 802.11 dapat dianggap sebagai kumpulan dinamis router backhaul. Hal ini mirip dengan jaringan topologi ad hoc, terdiri dari router backhaul statis. Standar 802.11 WLAN konvensional menggunakan mekanisme akses CSMA/CA dalam protokol MAC-layer yang didasarkan pada berbagi media dan transmisi single-hop dan tidak cocok untuk komunikasi multi-hop seperti yang digunakan dalam jaringan wireless mesh.

Sejak WMNs dapat berfungsi sebagai jaringan indoor atau outdoor, layanan jaringan multimedia bisa mendapatkan keuntungan besar dari jenis infrastruktur baru ini, dengan bandwidth yang lebih besar dengan biaya lebih rendah daripada jaringan seluler 3G.

10.3.1 Capacity problems with wireless mesh

Dalam sebuah jaringan mesh, paket yang ditujukan untuk mencapai sebuah node tertentu dalam jaringan dapat hop melalui beberapa node untuk mencapai tujuan. Analisis kapasitas jaringan tersebut menunjukkan bahwa mereka menderita masalah skalabilitas, yaitu sebagai ukuran jaringan meningkatkan kapasitas mereka mendegradasi secara signifikan dengan meningkatnya jumlah node.

Sebuah latency atas beberapa ms per hop karena pemrosesan atau keterlambatan transmisi dapat menghalangi delay-intoleran aplikasi seperti suara dan real-time video interaktif setelah beberapa hop saja. Masalah ini terutama karena sifat-channel single-radio WMNs generasi awal, di mana setiap node beroperasi dalam mode half-duplex dan saham frekuensi radio yang sama, yaitu, semua radio pada channel yang sama harus tetap diam sampai paket selesai nya hop dalam collision domain yang sama.

10.3.2 Routing in wireless mesh

Sementara jumlah hop yang berlebihan kadang-kadang dapat diminimalkan dengan desain arsitektur jaringan yang tepat, hal ini tidak terjadi secara spontan dan tidak terstruktur karena WMNs ad hoc yang membutuhkan dukungan di tingkat aplikasi untuk mengurangi efek dari delay dan jitter yang berlebihan. Routing protokol mempertahankan informasi tentang topologi jaringan untuk menghitung rute untuk meneruskan paket. Sebuah metrik penting dalam desain strategi routing yang efisien adalah jumlah pengguna hop yang berlalu lintas harus dibuat untuk mencapai tujuan.

10.3.3 Handoff in wireless mesh

Klien dapat bergerak bebas dalam jangkauan WR yang diberikan. Tapi seperti bergerak menjauh dari satu WR dan semakin dekat dengan WR lain, harus membuat semua koneksi terbuka ke yang baru dalam rangka memperluas konektivitas jaringan. Idealnya handoff harus benar-benar transparan kepada klien mobile, tanpa gangguan, kehilangan konektivitas, atau transmisi " hiccups." Dalam data selular dan sistem suara, masalah handoff biasanya dikoordinasikan oleh jaringan itu sendiri menggunakan pensinyalan tertanam dalam protokol tingkat rendah yang mampu memanfaatkan informasi yang cukup tentang topologi jaringan dan kedekatan client.

10.3.4 SIP-based VoIP over wireless mesh

Dengan semakin pentingnya jaringan wireless mesh (WMN) dalam komunitas riset sebagai solusi yang cepat dan terjangkau untuk akses nirkabel broadband, session initiation protocol (SIP) telah dianggap sebagai solusi signaling layak untuk aplikasi VoIP melalui WMNs sejak terpilih sebagai protokol kontrol panggilan untuk generasi ketiga (3G) jaringan mobile berbasis IP. Untuk mengatasi masalah ini, sebuah server proxy SIP ditingkatkan dan diusulkan masuk server proxy SIP menggunakan layanan kebijakan protokol umum terbuka (COPS) secara dinamis menjadi cadangan akses bandwidth dalam jaringan inti IP untuk semua terminal SIP di WMN.

10.4 Wireless VoIP and scalable IPTV video

Untuk memberikan dukungan yang memuaskan QoS untuk aplikasi real-time VoIP delay-sensitif, aliran VoIP biasanya diberikan prioritas yang lebih tinggi dalam mengakses saluran nirkabel. Kemajuan dalam IEEE 802.16e wireless broadband dan teknologi video yang scalable juga telah memungkinkan untuk televisi protokol Internet (IPTV) untuk menjadi "killer" di samping aplikasi untuk operator internet modern di daerah metropolitan dengan dukungan mobilitas. Ini adalah leverage yang sangat strategis tetapi menantang bagi operator untuk melihat sekilas potensi IPTV menggunakan WiMAX sebagai jaringan akses.

10.4.1 End-to-end WLAN-based VoIP system

Sebuah sistem VoIP nirkabel end-to-end dengan dukungan QoS diilustrasikan pada Gambar 10.13 dimana koneksi last-mile diasumsikan WLAN. Sistem ini dibangun di atas UDP dan RTP untuk dukungan real-time dan RTCP untuk umpan balik secara berkala. Proses ini dimulai dengan pengkodean suara di sisi pengirim. Frame yang dikodekan kemudian melewati pembentukan paket dan penjadwalan controller untuk pekerjaan transmisi pada lapisan aplikasi.

10.4.2 Scalable IPTV video over WiMAX

Dengan kemampuan untuk point-to-multipoint dan multicast dari IEEE 802.16d / e WiMAX, akses nirkabel broadband dapat diperluas untuk layanan IPTV. Meskipun demikian, ada tantangan yang ditimbulkan untuk IPTV lebih WiMAX yang berkaitan dengan multicasting bawah keragaman kondisi memudar.

10.4.3 Cross-layer congestion control for video over WLAN

Terlepas dari perkembangan teknologi nirkabel untuk berbagai layanan multimedia, misalnya, IPTV streaming (downlink), real-time game, video surveillance (uplink), dan konferensi (bidirectional), teknologi wireless-memungkinkan IEEE 802.11 WLAN yang dengan mudah akan menunjukkan kegagalan ketika mengalami kondisi padat terkait dengan banyak aplikasi ini nyata.

Solusi cross-layer ini sangat meningkatkan kinerja dalam video melalui WLAN dalam hal goodput dan packet loss. Ide utamanya adalah bahwa airtime lebih disukai untuk troughput yaitu, penggunaan airtime keadilan dikombinasikan dengan adaptasi tingkat sumber video meningkatkan goodput agregat dan menurunkan tingkat packet loss (PLR).

10.4.4 Cross-layer scalable video over WiMAX

Untuk komunikasi mobile wireless, coding video yang skala (SVC) memiliki beberapa keunggulan dibandingkan non-scalable coding video. Selain itu, pengguna yang berlokasi di posisi yang berbeda, kualitas sinyal yang bervariasi menyebabkan berbagai bandwidth transmisi. Sulit untuk mendukung semua pengguna dengan bitstream non-scalable tunggal. Scalable coding video menyediakan solusi sederhana untuk masalah ini.

SVC bitstream dapat dengan mudah disesuaikan dengan bandwidth yang bervariasi dan berbagai penerima, dan struktur data yang berlapis memungkinkan lebih banyak data penting untuk mendapatkan perlindungan yang lebih mudah. Akibatnya, fitur ini memberikan transmisi video yang lebih efisien melalui saluran errorprone dengan bandwidth yang berfluktuasi.

10.4.5 Scalable video multicast over WiMAX

Standar 802.16e IEEE dan forum WiMAX yang terkait diharapkan dapat memberikan last-mile teknologi broadband wireless yang menjanjikan. Alokasi sumber daya yang efektif harus dioperasikan pada setiap frame untuk penggunaan saluran terbaik. Setelah proses tersebut, sumber daya yang dialokasikan untuk lalu lintas layanan multicast dioptimalkan di WiMAX BS, seperti digambarkan pada Gambar 10.26 untuk subframe downlink.

Layanan multicast dan broadcast (MBS ditampilkan di sebelah kanan, dialokasikan untuk isi multicast. Lapisan dasar lalu lintas dan video (TB, VB) biasanya dikodekan dalam modulasi lebih kuat dan biaya lebih banyak sumber daya, lapisan peningkatan lalu lintas dan video (TE1, TE2, dan VE) dimaksudkan untuk modulasi lebih cepat.

MindMap