Beschreibungdescription
Verfahren, Sende- sowie Empfangseinrichtung zur Übertragung von digitalen Informationspaketen in einem DatennetzMethod, transmitting and receiving device for the transmission of digital information packets in a data network
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von digitalen Informationspaketen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sende- einrichtung gemäß Anspruch 14 sowie eine Empfangseinrichtung gemäß Anspruch 15.The invention relates to a method for transmitting digital information packets according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 13. The invention further relates to a transmitting device according to claim 14 and a receiving device according to claim 15.
In der digitalen Datenübertragung tritt das Problem auf, dass Daten aufgrund von schlechten Übertragungsverbindungen oder geringen Bandbreiten während der Übertragung verloren gehen. Insbesondere bei paketorientiertem Datenverkehr führen fehlerhafte bzw. verlorengegangene Daten zu einem Verlust von vollständigen Paketen, wodurch der Inhalt nicht mehr korrekt wiedergegeben werden kann. Besonders problematisch sind Da- tenverluste bei sog. Multimedia-Anwendungen, bei denen dieThe problem with digital data transmission is that data is lost during transmission due to poor transmission links or low bandwidths. In the case of packet-oriented data traffic in particular, incorrect or lost data leads to the loss of complete packets, as a result of which the content can no longer be reproduced correctly. Data loss is particularly problematic in so-called multimedia applications in which the
Daten oftmals in Echtzeit ohne Verzögerung beim Empfänger angezeigt werden sollen.Data should often be displayed in real time without delay to the recipient.
Aus J. Rosenberg, H. Schulzrinne: "An RTP payload for at for generic forward error correction", IETF RFC 2733, Dec. 1999, sind zur Lösung dieses Problems Verfahren zur Rekonstruktion verloren gegangener Datenpakte bekannt .From J. Rosenberg, H. Schulzrinne: "An RTP payload for at for generic forward error correction", IETF RFC 2733, Dec. 1999, methods for the reconstruction of lost data packets are known to solve this problem.
Auch sog. Broadcast- und Multicast-Datenübertragungen sind bekannt, bei denen Daten von einem einzigen Sender gesendet werden und von einer Vielzahl von Empfängern empfangen werden können. Bei diesen Datenübertragungen können zum Fehlerschutz sog. Reed-Solomon-Codes verwendet werden, wie aus Shu lin and Daniel Costello, "Error Control Coiding", Prentice Hall, 1983, bekannt. Mit Hilfe der Reed-Solomon-Codes wird den Daten Redundanz hinzugefügt, so dass bei nicht allzu großen Datenverlusten beim Empfänger die ursprünglichen Daten rekon-
struiert werden können. Bekannte Fehlerschutzverfahren mit- hilfe von Reed-Solomon-Codes eignen sich beispielsweise besonders für den in "DVB-H System Description", Doc. DVB- H153rl TM2939rl, 09.09.2003, spezifizierten DVB-H-Standard (Digital Video Broadcast - Handheld). So können z.B. mit Hilfe eines aus Shu Lin and Daniel Costello, "Error Control Coi- ding", Prentice Hall, 1983, bekannten (N, K) -Read Solomon Codes die Daten auch dann rekonstruiert werden, wenn von insgesamt N Paketen, wobei K Pakete Nutzdaten und N-K Paritäts- (Parity- oder Redundanz-) Daten enthalten, maximal N-K beliebige Pakete verloren gehen. Nachteilig hierbei ist, dass Read Solomon Codes auf Basis von Galois Field GF(28) eine Beschränkung dahingehend aufweisen, dass N maximal den Wert 255 aufweisen darf.So-called broadcast and multicast data transmissions are also known, in which data are sent by a single transmitter and can be received by a large number of receivers. So-called Reed-Solomon codes can be used in these data transmissions for error protection, as known from Shu lin and Daniel Costello, "Error Control Coiding", Prentice Hall, 1983. With the help of the Reed-Solomon codes, redundancy is added to the data, so that the original data can be reconstructed if the receiver does not lose too much data. can be structured. Known error protection methods with the aid of Reed-Solomon codes are particularly suitable, for example, for those described in "DVB-H System Description", Doc. DVB-H153rl TM2939rl, 09.09.2003, specified DVB-H standard (Digital Video Broadcast - Handheld). For example, with the help of a (N, K) -Read Solomon code known from Shu Lin and Daniel Costello, "Error Control Coding", Prentice Hall, 1983, the data can also be reconstructed if out of a total of N packets, whereby K packets contain user data and NK parity (parity or redundancy) data, maximum NK any packets are lost. The disadvantage here is that Read Solomon codes based on Galois Field GF (2 8 ) have a limitation in that N may have a maximum value of 255.
Für darüber hinausgehende Paketzahlen werden häufig daher auch die in R.G. Gallager: "Low density parity check codes", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 8(!), Jan. 1962, beschriebenen Low Density Parity Check Codes (LDCP- Codes) verwendet. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie im nicht so effizient sind, wie beispielsweise bei Anwendung von Read Solomon Code basierten Verfahren; d.h. sie es können nicht alle N-K verloren gegangenen Pakete rekonstruiert werden.For package numbers going beyond this, the numbers in R.G. Gallager: "Low density parity check codes", IEEE Transactions on Information Theory, Vol. 8 (!), Jan. 1962, described Low Density Parity Check Codes (LDCP codes). However, these have the disadvantage that they are not as efficient as, for example, when using Read Solomon code-based methods; i.e. They cannot reconstruct all packets lost in the N-K.
Daher ergibt sich, dass in den in der Praxis eingesetzten Verfahren in der Regel nicht alle verlorengegangenen bzw. fehlerbehafteten Pakete rekonstruierbar sind, so dass man ergänzend solche Pakete separat auf Punkt-zu-Punk-Verbindungen zu den einzelnen empfangenden Teilnehmern (Stationen) erneut zu versenden. Dazu wird von den empfangenden Stationen im Falle verlorengegangener (nicht empfangener) oder fehlerhafter Pakete ein sogenanntes NACK-Protokoll (Not-ACKnoledge) - also eine negative Empfangsbestätigung - an die sendende Sta- tion (Server) des Broadcast/Multicast Netzes gesendet, wobei das NACK angibt, welches Paket fehlerhaft bzw. nicht empfangen wurde, so dass der Server weiß, welche Pakete über die
als zuverlässig betrachte Punkt-zu-Punk-Verbindung an die einzelnen empfangenden Stationen erneut gesendet werden müssen.It therefore follows that, in practice, not all lost or faulty packets can generally be reconstructed in the methods used in practice, so that additional packets of this kind are added again separately to point-to-point connections to the individual receiving subscribers (stations) to ship. For this purpose, the so-called NACK protocol (Not-ACKnoledge) - i.e. a negative acknowledgment of receipt - is sent by the receiving stations to the sending station (server) of the broadcast / multicast network in the event of lost (not received) or faulty packets NACK indicates which packet was faulty or not received so that the server knows which packets are received via the considered reliable point-to-point connection must be sent again to the individual receiving stations.
Ein hierzu alternativer Ansatz ist aus M. Luby et. al..: "The use of forward error corrextion (FEC) in reliable multicast", IETF RFC 3453, Dec. 2002, bekannt, bei dem statt der Wiederholung verloren gegangener bzw. fehlerhafter Pakete lediglich zusätzliche Redundanzpakete, welche es ermöglich dennoch eine Rekonstruktion der Pakete durchzuführen, über die Punkt-zu-An alternative approach to this is from M. Luby et. al ..: "The use of forward error correction (FEC) in reliable multicast", IETF RFC 3453, Dec. 2002, is known, in which instead of repeating lost or faulty packets, only additional redundancy packets, which nevertheless make it possible to carry out a reconstruction of the packets, via the point-to-point
Mehrpunkt-Verbindung an alle empfangenden Teilnehmerstationen zu versenden. Durch dieses Verfahren werden aber unnötig große Datenmengen über die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung übertragen, da unabhängig von der tatsächlichen Anzahl der Emp- fänger (empfangenden Stationen) , welche Pakete nicht oder nur fehlerhaft empfangen haben, stets an alle Teilnehmerstationen zusätzliche Redundanzpakete gesandt werden.Send multipoint connection to all receiving subscriber stations. With this method, however, unnecessarily large amounts of data are transmitted over the point-to-multipoint connection, since, regardless of the actual number of receivers (receiving stations) which did not receive packets or received them only incorrectly, additional redundancy packets are always sent to all subscriber stations become.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Ver- fahren, eine Sendeeinrichtung sowie eine Empfangseinrichtung zur Übertragung von digitalen Informationspaketen in einem Datennetz anzugeben, welche eine erhöhte Effizienz gewährleisten.The object on which the invention is based is to specify a method, a transmitting device and a receiving device for transmitting digital information packets in a data network, which ensure increased efficiency.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren gemäß dem o— berbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale sowie dem Verfahren gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 13, der Sendeeinrichtung gemäß dem Anspruch 14 sowie der Empfangseinrichtung gemäß dem Anspruch 15 gelöst.This object is achieved on the basis of the method according to the preamble of claim 1 by its characterizing features and the method according to the preamble of claim 13, the transmitting device according to claim 14 and the receiving device according to claim 15.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Übertragung von digitalen Informationspaketen in einem Datennetz wird zum Datenaustausch ausgestalteten Stationen von zumindest einer sendenden Station zu zumindest zwei empfangenden Stationen, bei dem die zu übertragenden Informationspakete in der sendenden Station in eine oder mehrere Datenpaketgruppen aufgeteilt werden und den Datenpaketgruppen jeweils Redundanzinformation
in Form von Redundanzpaketen hinzugefügt wird und bei dem bei fehlerhaften sowie fehlenden Empfang eines Datenpaketes der Datenpaketgruppe seitens der empfangenden Station von dieser ein negatives Empfangsprotokoll an die sendende Station über- mittelt und hierdurch durch die sendende Station Maßnahmen zum Fehlerschutz ausgelöst werden, wird durch die sendende Station ein Grad der Fehlerschutzmaßnahmen in Abhängigkeit von einer statistischen Auswertung von zu einem Informationspaket zugehöriger empfangener negativer Empfangsprotokolle je empfangender Station festgelegt.In the method according to the invention for the transmission of digital information packets in a data network, stations configured for data exchange are converted from at least one sending station to at least two receiving stations, in which the information packets to be transmitted are divided into one or more data packet groups in the sending station and the data packet groups each have redundancy information is added in the form of redundancy packets and in the event of incorrect or missing reception of a data packet of the data packet group by the receiving station, the transmitting station transmits a negative reception protocol to the sending station and this triggers measures for error protection by the sending station Station defines a degree of error protection measures as a function of a statistical evaluation of received negative reception protocols belonging to an information package per receiving station.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Adaption von Fehlerschutzmaßnahmen an die aktuellen Gegebenheiten des Datennetzes erreicht, so dass eine effizientere Nutzung der Ressourcen ermöglicht wird. Vorzugsweise erfolgt dabei die statistische Auswertung durch Ermittlung einer statistischen Verteilung der empfangenen negativen Ξmpfangsprotokolle. Hierdurch wird die sendende Station in die Lage versetzt, eine Anzahl notwendiger Redundanzpakete zu ermitteln, welche notwendig ist, um gewährleisten zu können, dass eine Mehrzahl der empfangenen Stationen die fehlenden Datenpakete mit Hilfe der Redundanzpakete rekonstruieren kann. Hierdurch wird erreicht, dass nicht stets an alle empfangenden Stationen Redundanzpakete übermittelt werden, sondern dies beispielsweise tatsächlich nur dann erfolgt, wenn es notwendig wird und dies auch nur in einem Maße, welches das Netz nicht belastet bzw. die Ressourcen effizient nutzt.The inventive method adapts error protection measures to the current conditions of the data network, so that a more efficient use of resources is made possible. The statistical evaluation is preferably carried out by determining a statistical distribution of the received negative reception protocols. This enables the sending station to determine a number of necessary redundancy packets, which is necessary to ensure that a majority of the received stations can reconstruct the missing data packets with the help of the redundancy packets. This ensures that redundancy packets are not always transmitted to all receiving stations, but instead, for example, this is only done when it becomes necessary and only to an extent that does not burden the network or use resources efficiently.
Präzisiert werden kann diese Anpassung an die aktuellen Gege- benheiten, wenn die statistische Auswertung durch Ermittlung eines zu der Verteilung gehörigen statistischen Mittelwerts und/oder durch Ermittlung einer zu der Verteilung zugehörigen statistischen Standardabweichung ergänzt wird.This adaptation to the current circumstances can be specified if the statistical evaluation is supplemented by determining a statistical mean value belonging to the distribution and / or by determining a statistical standard deviation belonging to the distribution.
Stellt die sendende Station anhand der statistischen Auswertung den Grad der Fehlerschutzmaßnahmen derart ein, dass die sendende Station eine für ein Einhalten eines festlegbaren
Kriteriums erforderliche Anzahl von Redundanzpaketen für zu übertragende Informationspakete ermittelt, lässt sich durch Festlegen des Kriteriums eine weitere Optimierung des Verfahrens erzielen, wobei das Kriterium beispielsweise durch Simu- lation oder experimentelle Ansätze bestimmt werden kann.On the basis of the statistical evaluation, the sending station sets the level of the error protection measures in such a way that the sending station sets one for compliance with a determinable one If the required number of redundancy packets for the information packets to be transmitted is determined, further optimization of the method can be achieved by defining the criterion, the criterion being able to be determined, for example, by simulation or experimental approaches.
Vorzugsweise gibt dabei das Kriterium eine Anzahl derjenigen empfangenden Stationen an, die durch das Festlegen der Anzahl von Redundanzpaketen vollständig in der Lage sein sollen, fehlende und fehlerbehaftete Datenpakete anhand der ermittelten Anzahl von Redundanzpaketen zu rekonstruieren. Hierdurch lässt sich in geeigneter Weise ein Parameter zur Reduktion der Kosten festlegen, da die Anzahl der Stationen auch die zu übertragende Datenmenge bestimmt. Insbesondere ergänzend ist es daher von Vorteil, wenn für die verbleibenden empfangenden Stationen eines der gemäß dem Stand der Technik bekannten Fehlerschutzmechanismen, insbesondere jenes, bei dem an die jeweilige verbleibende empfangende Station ein wiederholtes Übertragen von Datenpaketen mit negativer Empfangsprotokollen über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung übertragen wird, Anwendung findet, so dass sich hier insgesamt ein Grad der Fehlerschutzmaßnahmen durch eine Verteilung auf bekannte Fehlerschutzmaßnahmen definiert. Hierdurch wird es möglich, eine geeigneten Mischung zu finden, welche die Einhaltung gegebe- ner Kriterien optimal ermöglicht.The criterion preferably specifies a number of those receiving stations which, by specifying the number of redundancy packets, should be able to reconstruct missing and faulty data packets based on the determined number of redundancy packets. In this way, a parameter for reducing the costs can be determined in a suitable manner, since the number of stations also determines the amount of data to be transmitted. It is therefore particularly advantageous, in addition, for the remaining receiving stations to have one of the error protection mechanisms known from the prior art, in particular that in which repeated transmission of data packets with negative reception protocols via a point-to-point to the respective remaining receiving station Connection is used, so that here overall a degree of error protection measures is defined by a distribution over known error protection measures. This makes it possible to find a suitable mixture that optimally allows compliance with given criteria.
Insbesondere, wenn es sich bei der zu erzielenden Effizienz um ein Reduzieren des Kostenfaktors handelt, ist es von Vorteil, wenn das Kriterium derart festgelegt wird, dass ein Kostenwert Kqesarat minimiert wird, wobei sich der KostenwertIn particular, if the efficiency to be achieved is a reduction in the cost factor, it is advantageous if the criterion is set in such a way that a cost value K qesarat is minimized, the cost value being different
Kgeaamt S ge 3am - — DmKm + DuKu mit Du: = Datenmenge mittels Punkt-zu-Punkt-Verbindung, Dm: = Datenmenge mittels Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung, κu: = Kosten für die Übertragung einer vorgebenen Datenmenge über eine Punkt-zu-Punkt-Verbinung,
Kra := Kosten für die Übertragung einer vorgebenen Datenmenge über eine Punkt-zu Mehrpunkt- verbinung,Kgeaamt S g e 3am - - D m K m + DuK u with D u : = amount of data using point-to-point connection, D m : = amount of data using point-to-multipoint connection, κ u : = cost of Transmission of a specified amount of data via a point-to-point connection, K ra : = costs for the transmission of a specified amount of data via a point-to-multipoint connection,
Zudem hat diese Weiterbildung den Vorteil bei Datennetzen, die zu Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder zu Punkt-zu-Mehr- punkt-Verbindungen ausgestaltet sind, eine präzise Optimierung auf Grundlage einer genauen Kostenabschätzung zu erzielen.In addition, this further development has the advantage of being able to achieve precise optimization on the basis of a precise cost estimate in the case of data networks which are configured to point-to-point connections or to point-to-multipoint connections.
Gerade, wenn es sich bei der sendenden Station um einen Server für ein Download Broadcast Multicast Dienst handelt und zumindest ein Teil der empfangenden Stationen diesen Dienst als Punkt über einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung nutzt, ist es von Vorteil, wenn während des Aussendens eines Informationsdatenpaketes eine Erfassung von empfangenen negativen Empfangsprotokollen erfolgt, nach Abschluss des Aussendens des Informationspaketes die statistische Auswertung der empfangenen negativen Empfangsprotokolle durchgeführt wird, sowie auf Grundlage der Auswertung die Anzahl der für eine Übertragung über die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung zur Erfüllung des Kriteriums erforderlichen Redundanzpakete sowie die Anzahl der über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung erneut zu übertragenden fehlenden oder fehlerbehafteten Datenpakete bestimmt wird. Alternativ kann auch die Auswertung während des Aussendens der Informationspakete erfolgen, so dass dies für eine beschleunigte Abwicklung und damit eine bessere Anpassung bei zeitkritischen Anwendungen erlaubt.Especially if the sending station is a server for a download broadcast multicast service and at least some of the receiving stations use this service as a point over a point-to-multipoint connection, it is advantageous if during the transmission of an information data packet, received negative reception protocols are recorded, the statistical evaluation of the received negative reception protocols is carried out after the transmission of the information packet has been completed, and on the basis of the evaluation the number of data for transmission via the point-to-multipoint connection to meet the criterion required redundancy packets and the number of missing or faulty data packets to be retransmitted via a point-to-point connection is determined. Alternatively, the evaluation can also take place while the information packets are being sent out, so that this allows for faster processing and thus better adaptation in time-critical applications.
Entgegen dem beschriebenen ist bei Datennetzen, bei denen die sendende Station als ein Server für einen Streaming Broadcast Multicast Dienst betrieben und zumindest einem Teil der empfangenden Station in Form einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung genutzt wird, von Vorteil, wenn während des Aussendens eines Informationsdatenpaketes eine Erfassung von empfangenen negativen Ξmpfangsprotokollen erfolgt, während des Aussendens des Informationspaketes innerhalb eines ersten Zeitfensters die
statistische Auswertung der empfangenen negativen Empfangsprotokolle durchgeführt wird und auf Grundlage der Ermittlung die Anzahl der für eine Übertragung über die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung zur Erfüllung des Kriteriums erforderlichen Redundanzpakete bestimmt wird.Contrary to what is described, in data networks in which the sending station is operated as a server for a streaming broadcast multicast service and at least part of the receiving station is used in the form of a point-to-multipoint connection, it is advantageous if one is used during the transmission Received negative reception protocols are recorded during the transmission of the information packet within a first time window statistical evaluation of the received negative reception protocols is carried out and the number of redundancy packets required for a transmission via the point-to-multipoint connection to meet the criterion is determined on the basis of the determination.
Vorzugsweise wird hierbei die Dauer des ersten Zeitfensters derart festgelegt, dass sie kleiner einer Dauer eines vorgegebenen zweiten Zeitfensters gewählt ist. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass in Streaming Systemen eineIn this case, the duration of the first time window is preferably determined such that it is chosen to be less than the duration of a predetermined second time window. This takes into account the fact that in streaming systems a
Restriktion bezüglich der erlaubten Verzögerungszeiten existiert, der dergestalt ist, dass eine Verzögerung eines vorgegebenen Zeitwertes nicht überschreiten darf. Wird also wie gemäß der Weiterbildung vorgeschlagen, das erste Zeitfenster derart gewählt, dass seine Dauer kleiner ist als die Zeitrestriktion in Streaming Datennetzen, so besteht nach Ermitteln und Aussenden von Redundanzpaketen noch genügend Zeit, um zumindest ein Teil der fehlenden bzw. fehlerbehafteten Datenpakete zu rekonstruieren. Alternativ aber vor allem ergänzend zu den beschriebenen Verfahrensweisen ist es bei einem Datennetz, bei dem die sendende Station als ein Server für einen Streaming Broadcast Multicast Dienst betrieben wird und zumindest ein Teil der empfangenen Stationen diesen Dienst in Form einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung nutzt, wobei die empfangene Station zur Speicherung von Daten ausgestaltet sind, von vorteil, dass zu Informationspaketen zugehörige fehlende und fehlerbehaftete Datenpakete erneut über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung gesendet und in der jeweiligen empfangenen Station gespeichert werden. Hierdurch ist es ög— lieh, dass teilnehmende empfangende Stationen zwar während der Übertragung fehlerbehaftete Daten wiedergeben, einem Nutzer dieses Dienstes aber die Möglichkeit gegeben wird, nach erfolgter Übertragung eine fehlerlose Wiedergabe der Daten durchzuführen .There is a restriction regarding the permitted delay times, which is such that a delay must not exceed a predetermined time value. If, as proposed according to the further development, the first time window is selected such that its duration is shorter than the time restriction in streaming data networks, there is still enough time after the determination and transmission of redundancy packets to reconstruct at least some of the missing or faulty data packets , As an alternative, but above all in addition to the described methods, it is in a data network in which the sending station is operated as a server for a streaming broadcast multicast service and at least some of the received stations use this service in the form of a point-to-multipoint connection uses, the received station being designed for storing data, it is advantageous that missing and faulty data packets associated with information packets are sent again via a point-to-point connection and stored in the respective received station. This makes it possible for participating receiving stations to reproduce faulty data during the transmission, but to give a user of this service the opportunity to carry out an error-free reproduction of the data after the transmission has taken place.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Sendeeinrichtung sowie eine Empfangseinrichtung gelöst, welche Mittel für die Durch-
führung der einzelnen Verfahrensschritte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren aufweisen und in der Regel beide in einer Station implementiert sind, und den Vorteil aufweisen, eine Station des Datennetzes zur Durchführung des Verfahrens und damit das Erzielen der oben angeführten Vorteile des erfindungsgemäße Verfahren zu befähigen.The object is further achieved by a transmitting device and a receiving device, which means for the have management of the individual method steps according to the method according to the invention and, as a rule, both are implemented in one station, and have the advantage of enabling a station of the data network to carry out the method and thus to achieve the advantages of the method according to the invention mentioned above.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Figuren 1 bis 3 erläutert.Further advantages and refinements of the invention are explained in FIGS. 1 to 3.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 die schematische Darstellung eines Datennetzes, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt;Figure 1 is a schematic representation of a data network in which the inventive method is used;
Figur 2 Beispielhaftes Ablaufdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens;FIG. 2 shows an exemplary flow chart of the method according to the invention;
Figur 3 Histogramm von Teilnehmern obigen Datennetzes, die eine Anzahl n Pakete verloren haben.Figure 3 histogram of participants in the above data network who have lost a number n packets.
Die Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Szenario, in dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Es handelt sich hierbei um die Übertragung von Multimediadaten eines Broadcast Dienstes, der Daten aussendet, die gleichzeitig von mehreren Empfängern (Stationen) empfangen werden können. Die Multimediadaten werden von einem Broadcast Multicast Service Center BM-SC bereitgestellt und über ein beliebiges Zwischen- netz z an ein Mobilfunknetz RAN (RAN = Radio Access Network) übertragen. Das Mobilfunknetz RAN umfasst eine Vielzahl von Basisstationen Bl bis B5, mittels derer über eine Luftschnittstelle L die Multimediadaten an Benutzerendgeräte (empfangende Stationen) UE1..UE3 (UΞ = User Equipment) in der Form eines Handys übertragen werden. Der Broadcast Multicast Service Center BM-SC erzeugt Informationspakete, die einen Header und eine Nutzlast umfassen, wobei die Informationspa-
kete Datenpakete sind, welche mit Hilfe einer Transportschicht gemäß OSI-Referenzmodell übertragen werden, wobei die -Übertragung hierbei drahtgebunden und/oder drahtlos erfolgt . Bei dem in Figur 1 dargestellte Szenario erfolgt also eine Datenübertragung über ein Mobilfunknetz und zum anderen erfolgt der Datentransport paketorientiert über die Transportschicht.FIG. 1 shows a preferred scenario in which the method according to the invention can be used. This involves the transmission of multimedia data from a broadcast service that sends data that can be received by several receivers (stations) at the same time. The multimedia data are provided by a broadcast multicast service center BM-SC and transmitted to an RAN (RAN = Radio Access Network) via an arbitrary intermediate network z. The mobile radio network RAN comprises a multiplicity of base stations B1 to B5, by means of which the multimedia data are transmitted to user terminals (receiving stations) UE1..UE3 (UΞ = user equipment) in the form of a cell phone via an air interface L. The broadcast multicast service center BM-SC generates information packets that include a header and a payload, the information pack kete are data packets which are transmitted using a transport layer in accordance with the OSI reference model, the transmission being carried out in this case in a wired and / or wireless manner. In the scenario shown in FIG. 1, data is therefore transmitted via a mobile radio network and, on the other hand, the data is transported in a packet-oriented manner via the transport layer.
Ausgehend von diesem bevorzugten Szenario werden nun drei mögliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert .Based on this preferred scenario, three possible exemplary embodiments of the method according to the invention will now be explained in more detail.
Bei einem ersten Aus ührungsbeispiel, welches in dem genannten Broadcast Multicast Szenario zum Einsatz kommt, wird in einem ersten Schritt Sl von dem Broadcast Multicast Service Center BM-SC, die man auch als sendende Station betrachten kann, und die als Server eines in diesem Broadcast Multicast Szenario angebotenen Download Dienstes (Service) fungiert, derart verfahren, dass zuerst alle Nutzdaten (informationspa- kete) über den Broadcast Kanal, d.h. über eine Punkt-zu- Mehrpunkt-Verbindung an die empfangenen Stationen UE (im Aus- führungsbeispiel nur eine Station dargestellt) übermittelt werden .In a first exemplary embodiment, which is used in the broadcast multicast scenario mentioned, in a first step S1 the broadcast multicast service center BM-SC, which can also be regarded as a transmitting station, and which is the server of one in this broadcast The multicast scenario of the download service offered functions in such a way that all the useful data (information packets) are first transmitted via the broadcast channel, ie are transmitted via a point-to-multipoint connection to the received stations UE (only one station shown in the exemplary embodiment).
Parallel zum Aussenden, in der Regel als Hintergrundprozess ablaufenden Algorithmus, werden in einem zweiten Schritt S2 negative Empfangsprotokolle (NACKs, Negative ACKnowledges) durch den Server BM-SC erfasst.In parallel to the transmission, generally as an algorithm running as a background process, in a second step S2, negative reception protocols (NACKs, negative AC knowledges) are recorded by the server BM-SC.
In einem dritten Schritt S3 wird nach Abschluss des Aussendens des Informationspaketes durch den Server BM-SC eine statistische Verteilung der negativen Empfangsprotokollsignale (NACK Signale) berechnet.In a third step S3, after the sending of the information packet by the server BM-SC, a statistical distribution of the negative reception protocol signals (NACK signals) is calculated.
Diese Verteilung stellt sich beispielsweise als Histogramm der Anzahl der empfangenen Stationen, welche eine Anzahl N von Datenpaketen verloren haben, dar.
In einem vierten Schritt S4 wird nun aus der Verteilung ermittelt, wie viele Redundanzpakete über den Broadcast Kanal, d.h. über die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung ausgesendet wer- den und zudem wie viele der fehlenden bzw. fehlerbehafteten Datenpakete zu den empfangenden Teilnehmern jeweils über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung wiederholt gesendet werden müssen, d.h. im vierten Schritt S4 wird im Grunde festgelegt, wie die Verteilung aus Fehlersσhutzmaßnahmen, wie die inkrementelle Redundanz und die Paketwiederholung festzulegen ist.This distribution is represented, for example, as a histogram of the number of stations received that have lost a number N of data packets. In a fourth step S4, the distribution is used to determine how many redundancy packets are sent out via the broadcast channel, ie via the point-to-multipoint connection, and also how many of the missing or faulty data packets are sent to the receiving subscribers a point-to-point connection must be sent repeatedly, ie in the fourth step S4 it is basically determined how the distribution from error protection measures, such as the incremental redundancy and the packet repetition, is to be determined.
Dabei kann in einem fünften Schritt S5 festgestellt werden, dass erneut Datenpakete inklusive Redundanzpakete verloren gegangen sind und dies wiederum von den betreffenden empfan- genden Stationen mit NACK Signalen quittiert, so dass beispielsweise in einem sechsten Schritt S6 die als Server dienende sendende Station BM-SC entscheiden kann, Redundanzpakete solange nachzusenden, bis eine hinreichend kleine Menge von über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu wiederholende Daten- pakete verbleibt. Hierbei berücksichtigt der Server BM-SC also stets eine über die Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung zu übertragende Datenmenge sowie eine über die Punkt-zu-Punkt-Verbindung übertragende Datenmenge und kann hiermit vorteilhaft auf die dadurch auflaufenden Gesamtkosten der Übertragung Einfluss nehmen, so dass diese idealer Weise minimiert werden.It can be determined in a fifth step S5 that again data packets including redundancy packets have been lost and this in turn has been acknowledged by the receiving stations concerned with NACK signals, so that, for example, in a sixth step S6 the transmitting station BM-SC serving as the server can decide to forward redundancy packets until a sufficiently small amount of data packets to be repeated via point-to-point connections remains. Here, the server BM-SC always takes into account a quantity of data to be transmitted via the point-to-multipoint connection and a quantity of data to be transmitted via the point-to-point connection and can thus advantageously influence the total costs of the transmission that accrue as a result that these are ideally minimized.
In einem siebten Schritt S7 ist das Verfahren schließlich beendet .The method is finally ended in a seventh step S7.
Alternativ zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann auch in dem gleichen bevorzugten Szenario die im dritten Schritt S3 erfolgte Berechnung der statistischen Verteilung auch bereits während des Aussendens der Nutzdaten erfolgen, so dass bereits durch diese Statistik, welche auf den NACK Signalen beruht, schon frühzeitig damit begonnen werden kann, weitere Redundanzpakete auszusenden.
Eine drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn bei dem zugrundeliegenden bevorzugten Szenario, also dem Broadcast Multicast System, ein Strea- ming Dienst angeboten wird.As an alternative to the exemplary embodiment described, in the same preferred scenario the calculation of the statistical distribution carried out in the third step S3 can also take place during the transmission of the user data, so that this statistic, which is based on the NACK signals, can already be used to start it early can send out further redundancy packages. A third exemplary embodiment of the method according to the invention results if a streaming service is offered in the underlying preferred scenario, that is to say the broadcast multicast system.
Ein derartiges Streaming System ist zeitkritisch, so dass eine Verzögerung aufgrund von notwendigen Rekonstruktionen von Datenpaketen der Informationspakete auf Grundlage von zusätz- lieh versandten Redundanzpaketen einer Restriktion unterworfen ist, d.h. z.B. eine Zeit von 5 s nicht überschreiten darf.Such a streaming system is time-critical, so that a delay due to necessary reconstructions of data packets of the information packets based on additional redundancy packets sent is subject to a restriction, i.e. e.g. must not exceed a time of 5 s.
Hierbei ist es von Vorteil, dass wie im zweiten Ausführungs- beispiel genannt, die zusätzlichen Redundanzpakete schon während des Aussendens zu den Informationspaketen zugehörigen Datenpakete ausgesendet werden, d.h. also die Auswertung der Verteilung bzw. die Statistik der NACK Signale schon bereits während des Aussendens für ein gegebenes Zeitfenster von bei- spielsweise 3 s erfolgt, so dass innerhalb der verbleibenden Zeit bis zur maximal erlaubten Verzögerung die Anzahl an auszugebenden Redundanzpaketen erfindungsgemäß bestimmt werden kann, so dass zumindest eine vorgegebene relative Anzahl der teilnehmenden empfangenden Stationen, beispielsweise 95 % der Stationen, alle verloren gegangenen Nutzdatenpakete rekonstruieren kann. Diese hohe vorgegebene Anzahl ist daher von Nöten oder insbesondere deswegen von Vorteil, da wegen der Verzögerungsrestriktion es beim vorliegende Ausführungsbeispiel nicht möglich ist, fehlende Pakete über eine Punkt—zu- Punkt-Verbindung an die jeweiligen Empfänger erneut zu senden.It is advantageous here that, as mentioned in the second exemplary embodiment, the additional redundancy packets are already sent out during the transmission of data packets belonging to the information packets, i.e. This means that the distribution or the statistics of the NACK signals are already evaluated during transmission for a given time window of, for example, 3 s, so that the number of redundancy packets to be output can be determined according to the invention within the time remaining until the maximum permitted delay. so that at least a predetermined relative number of the participating receiving stations, for example 95% of the stations, can reconstruct all lost user data packets. This high predetermined number is therefore necessary or in particular advantageous because, because of the delay restriction, it is not possible in the present exemplary embodiment to send missing packets again to the respective receiver via a point-to-point connection.
Dies ist lediglich möglich, wenn die empfangenden Teilnehmerstationen die Möglichkeit haben, d.h. derart ausgestaltet sind, dass sie die zu den Streaming Diensten zugehörigen Daten speichern können. In so einem Fall wird erfindungsgemäß vorgesehen, die Redundanzdatenpakete während der Übertragung
der Streaming Daten zu speichern . Hierdurch können die empfangenen Stationen, also jene die im Ausführungsbeispiel 3 nicht die Möglichkeit hatten, fehlende oder fehlerbehaftete Datenpakete zu rekonstruieren, zumindest nach Übertragung, d.h. nach erstmaligem Empfang der Streaming Daten ein fehlerfreies Darstellen der Daten ermöglichen können, wobei dies vierte beschriebene Ausführungsbeispiel auch als eigenständige Lösung des Problems, nämlich der effizienten Nutzung der Datennetze ausgestaltet sein kann, und zwar dann, wenn die Speicherung durch alle empfangenen Teilnehme Stationen und nicht nur durch diejenigen, welche keine Rekonstruktion verloren gegangener Daten gemäß Ausführungsbeispiel 3 durchführen können, realisiert werden kann.
This is only possible if the receiving subscriber stations have the option, ie are designed in such a way that they can store the data associated with the streaming services. In such a case, the redundancy data packets are provided according to the invention during the transmission to save the streaming data. As a result, the received stations, i.e. those that did not have the option of reconstructing missing or faulty data packets in exemplary embodiment 3, can enable the data to be displayed error-free at least after transmission, that is to say after the streaming data has been received for the first time, the fourth exemplary embodiment described also being able to independent solution to the problem, namely the efficient use of the data networks can be designed, and specifically when the storage can be realized by all received subscriber stations and not only by those who cannot reconstruct lost data according to exemplary embodiment 3.