Capitolo 10 Comunicazioni multimediali su reti radiomobili 2.5 e 3 G

Capitolo 10
Comunicazioni multimediali su reti
radiomobili 2.5 e 3 G
Contenuto
10.1 Introduzione
La maturitá delle tecnologie di trasmissione e commutazione utilizzate nei sistemi radio mobili 2.5 e 3 G, e l’efficienza
delle tecnologie di compressione dei dati d’utente, ed in particolare del video, abilitano le comunicazioni multimediali
in contesti radiomobili. In tale contesto si possono pertanto progettare servizi complessi riconducibili a finalitá di
• comunicazione interpersonale
• distribuzione di contenuti in modalitá streaming
• messaggistica avanzata
Ciascuno dei servizi presenterá inoltre proprie specifiche rispetto al trasporto, in termini di banda, ritardi, jitter,
disponibilitá del canale di ritorno. Fra queste, la specifica piú rilevante é quella che concerne il massimo delay/jitter
tollerabile da ciascun servizio, che ne limita l’effettiva realizzabilitá in funzione delle diverse tecnologie di rete
disponibili.
Al fine di garantire tanto l’interoperabilitá fra terminali e la realizzabilitá dei servizi, per ciascuna di queste
categorie di servizio, devono essere individuati
• l’architettura protocollare di riferimento, in funzione della tecnologia di commutazione disponibile
• l’insieme dei codec, mandatori od opzionali, per i differenti dati (voce, audio, dati, immagini, video)
Richiameremo nei prossimi paragrafi le caratteristiche dei sistemi di comunicazione 2.5 e 3G, citando gli elementi
fondamentali dell’architettura di rete ed evidenziando gli aspetti di maggiore impatto sulle comunicazioni multimediali, cioé la qualitá di servizio e l’architettura protocollare dell’interfaccia radio. Successivamente, descriveremo
l’architettura protocollare e i codec multimediali specificati in ambito 3GPP per le tre categorie di servizo sopra citate.
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110
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
10.2 Il General Packet Radio Service (GPRS)
Il sistema GPRS é l’estensione dell’architettura GSM per la trasmissione dati in modalità a pacchetto sia a livello
radio che nella core network.
10.2.1
Architettura di Rete GPRS
L’architettura del sistema GPRS riutilizza alcuni elementi del sistema GSM, ed in particolare l’interfaccia radio e gli
elementi di gestione della mobilitá, introducendo gli elementi necessari alla gestione di nuovi servizi di trasferimento
dati a pacchetto. La Mobile Station (MS), é l’entità che accede ai servizi GSM e GPRS. I terminali GPRS si
differenziano in base alla capacitá di utilizzo contemporaneo delle risorse GSM e GPRS del sistema.
Il Base Station Subsystem (BSS) è l’entità delegata al controllo delle risorse radio e alla ricezione e trasmissione
delle informazioni delle MS in un’area geografica, coperta da una o più celle, ciascuna servita da una Base Transceiver
Station (BTS).
Nel sistema GSM, il BSS si interfaccia con il Mobile Switching Center (MSC) per il trasferimento del traffico voce
a circuito. L’MSC è una centrale di commutazione numerica che serve gli utenti di una rete radiomobile GSM che si
trovano nell’area di copertura radio da esso controllata; svolge le funzioni di commutazione per instaurare, controllare,
tassare le chiamate da e per una MS nell’area da servita. Tipicamente co-locato con l’MSC é il Visitor Location
Register (VLR), che é un database che memorizza le informazioni relative alle MS gestite dal MSC, e coopera con
il database centrale su cui l’operatore memorizza i dati statici relativi agli utenti (Home Location Register).
Nel sistema GPRS, il BSS si interfaccia con il Serving GPRS Support Node, SGSN, che è uno dei due elementi
funzionali (insieme al Gateway GPRS Support Node, GGSN) introdotti per permettere i servizi di trasferimento dati
a pacchetto. L’SGSN offre servizi di gestione dell’autenticazione, della mobilità, e della connessione a livello di link
logico. L’GGSN (Gateway GSN) opera da interfaccia tra la rete a pacchetto interna e le reti a pacchetto esterne,
convertendo il formato dei pacchetti GPRS provenienti dal SGSN verso la rete a pacchetto esterna e instradando i
pacchetti in arrivo dalle reti esterne verso l’appropriato SGSN.
10.2.2
Qualitá di servizio GPRS
Per utilizzare i servizi GPRS l’utente sottoscrive il servizio e identifica il servizio richiesto mediante un profilo che
definisce la qualità di servizio che deve essere garantita, in condizioni di sufficiente copertura e di carico normale
della rete. In caso di congestione, tali parametri sono indicativi e la rete è tenuta solo a garantire la priorità fra i
vari servizi. I vari parametri suddividono le richieste in classi di servizio, anche se non obbligano gli operatori a
supportare tutte le combinazioni possibili delle varie classi.
Classe di prioritá
Indica il livello di prioritá relativa dei vari servizi in caso di condizioni anomale di funzionamento del sistema. Le
classi di priorità previste dallo standard sono tre, alta, normale e bassa. La rete non utilizza queste classi nel caso in
cui vi siano risorse sufficienti a servire tutti i flussi.
Classe di ritardo
Nel caso di servizi interattivi sono stati definiti dei ritardi massimi che la rete deve garantire al flusso di informazioni
transitante all’interno del sistema GPRS. I ritardi sono definiti come ritardo medio ed il percentile 95 del ritardo nel
10.2. IL GENERAL PACKET RADIO SERVICE (GPRS)
111
flusso di informazioni all’interno della rete GPRS ed includono il ritardo di accesso alla rete in uplink ed il ritardo
in downlink. Ad entrambi i tipi di comunicazione va aggiunto il ritardo di transito all’interno della rete GPRS fino
all’inoltro del traffico sulle reti esterne. Il minimo vincolo sul ritardo é pari a 500 ms.
Classe di affidabilitá
La classe di affidabilitá é un parametro che indica le caratteristiche di trasmissione che un’applicazione richiede ai
livelli sottostanti. Ciascuna classe si diversifica in base alle richieste di servizio che vengono effettuate sui vari livelli
della pila protocollare GPRS, in termini di pacchetti MAC persi, errati, duplicati, o fuori sequenza, ovvero di BER
residuo.
Classe di Throughput
La throughput class è un parametro fornisce un’indicazione quantitativa della banda richiesta per il trasferimento dei
dati di utente. I parametri di throughput che possono essere specificati si riferiscono al comportamento medio e di
picco della comunicazione. Il parametro Peak Throughput class è scambiato tra BTS e MS in fase di instaurazione
della comunicazione e può essere utilizzato per l’allocazione delle risorse trasmissive. In base a questi parametri,
negoziati al momento della sottoscrizione del servizio o in fase di instaurazione del collegamento, il mobile ottiene
l’assegnazione delle risorse radio ed una priorità che viene utilizzata per la gestione dei flussi informativi. Le possibili
priorità che possono essere assegnate a livello radio sono quattro e vengono utilizzate in fase di instaurazione del
collegamento.L’assegnazione delle risorse radio si basa sulla peak throughput class e sulla capacità di ricezione e
trasmissione del mobile.
10.2.3
Architettura protocollare della rete d’accesso GERAN
L’architettura protocollare dell'interfaccia radio prevede funzionalitá di diversi livelli, realizzate da opportuni sottolivelli:
Funzionalità di livello 3
• assegnazione, gestione e rilascio di connessioni fra il terminale e la GERAN;
• gestione degli aspetti di mobilità;
• allocazione delle risorse
• sincronizzazione;
Funzionalità di livello 2
• associazione dei canali logici ai canali di trasporto, selezione del formato di trasporto, cambiamento del tipo di
canale di trasporto
• trasferimento in modalitá Unacknowledged Data Transfer, mediante rivelazione di errori di trasmissione e
duplicazione dati, e in modaliá Acknowledged Data transfer, mediante la consegna senza duplicazione, in
sequenza, e senza errori dei dati trasmessi grazie alla ritrasmissione delle singole unitá; correzione d’errore,
consegna in sequenza senza duplicazioni;
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CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
• segmentazione, riassemblaggio, concatenazione, padding;
• gestione delle priorità tra diversi flussi di dati, multiplazione demultiplazione, monitoraggio del volume di
traffico, cifratura;
Funzionalità di livello 1
• multiplazione e demultiplazione dei flussi,
• codifica e decodifica di canale, l’interleaving e de-interleaving dei dati codificati,
• modulazione e demodulazione, sincronizzazione in tempo e frequenza.
Nel caso di trasmissione GPRS, sono definiti quattro schemi di codifica di canale associati ad una modulazione
di tipo GMSK, riportati in Tabella 10.1.
Coding Scheme
Modulation
Code Rate
Data rate netto (nominale)
CS1
GMSK
1/2
8(9.05)
CS2
GMSK
2/3
12(13.4)
CS3
GMSK
3/4
14.4(15.6)
CS4
GMSK
1
20(21.4)
Tabella 10.1: Schemi di codifica di canale adottati nel GPRS.
La modulazione utilizzata é la GMSK.
Nel caso di trasmissione Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), sono definiti nove schemi di modulazione e codifica di protezione decrescente e data rate crescente, riportati in Tabella 10.2.
Coding Scheme
Modulation
Code Rate
Data rate
MCS1
GMSK
1/2
8.8
MCS2
GMSK
2/3
11.2
MCS3
GMSK
3/4
14.8
MCS4
GMSK
1
17.6
MCS5
8PSK
0.37
22.4
MCS6
8PSK
0.49
29.6
MCS7
8PSK
0.76
44.8
MCS8
8PSK
0.92
54.4
MCS9
8PSK
1
59.2
Tabella 10.2: Schemi di modulazione e codifica di canale adottati nel sistema EDGE.
10.3
L’Universal Mobile Telecommunication System
Le principali innovazioni nei servizi offerti dall’UMTS sono la capacità di supportare servizi eterogenei basati su
comunicazioni di tipo simmetrico e asimmetrico, di tipo real time e non real time, trasportando traffico a commutazione
10.3. L’UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM
113
di circuito con garanzia di QoS e traffico a commutazione di pacchetto con diversi livelli di QoS. Le reti UMTS
costituiscono un’evoluzione delle reti di telefonia mobile 2G e 2.5G.
10.3.1
Architettura di Rete UMTS
L’architettura di rete UMTS consta di servizi a commutazione di circuito e servizi a commutazione di pacchetto, e
si differenzia dal sistema GSM/GPRS principalmente per il tipo di accesso radio utilizzato, mentre la rete utilizza
elementi che rappresentano un’evoluzione del sistema GSM/GPRS. In particolare, il BSC evolve in un’entitá detta
Radio Network Controller (RNC), mentre MSC, SGSN e GGSN evolvono verso le corrispettive entitá 3G, cioé
3G-MSC, 3G-SGSN e 3G-GGSN. Le caratteristiche funzionali delle diverse unitá sono riportate in Tabella 10.3.
Dall’osservazione della Tabella risulta evidente come alcune funzionalitá del 2G SGSN siano state ereditate dal 3G
SGSN, e/o dal RNC; quest’ultimo risulta pertanto un elemento molto piú complesso del BSC. Sono inoltre evidenziate
le funzionalitá innovative di telefonia su IP, comunicazioni multimediali real-time, commutazione ad alta capacitá
che caratterizzano le reti di terza generazione.
3G SGSN
RNC
2G SGSN
Autenticazione
X
X
GTP Tunneling verso il GGSN
X
X
Tariffazione e misure di traffico
X
X
Interazione con HLR
X
X
Gestione della mobilitá
X
X
X
Interazione con MSC
X
X
X
Conversione fra protocollo radio e protocollo IP
X
X
Cifratura
X
X
Compressione
X
X
Commutazione ad alta capacitá
X
Telefonia su IP
X
X
Comunicazioni multimediali real-time
X
X
BSC
Tabella 10.3: Caratteristiche funzionali dei principali elementi di rete 2.5 e 3 G.
Attualmente il sistema UMTS prevede sia funzionalitá di trasferimento a commutazione di pacchetto che a
commutazione di circuito; in prospettiva, il trasferimento dovrebbe evolvere verso un unico dominio a commutazione
di pacchetto. L’interfaccia di accesso dovrebbe prevedere la coesistenza di tecnologia di accesso radio GPRS/EDGE
(GERAN) e UMTS (UTRAN).
10.3.2
Qualitá di servizio UMTS
Sono definite quattro diverse classi di qualità di servizio in base alla sensibilità ai ritardi di trasferimento:
Traffico Conversazionale
E’ la classe più sensibile ai tempi di trasferimento e descrive il traffico real time, sia di tipo telefonico classico, che
di tipo voce su IP. Descrive inoltre il traffico dei servizi di videotelefonia e videoconferenza. Poiché i servizi relativi
114
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
CS domain
Radio
Access
Network
Release 99
UMTS
Architecture
IP Multimedia
Subsystem
PS domain
Long Term
UMTS
Architecture
External
IP Networks
Figura 10.1: Architettura di Rete UMTS.
sono le comunicazioni interpersonali, il traffico di questa classe richiede basso ritardo di trasferimento, jitter limitato
e mantenimento delle relazioni temporali tra i diversi flussi multimediali.
Traffico Streaming
E’ la classe che caratterizza il trasporto unidirezionale di flussi di dati multimediali. Richiede il mantenimento delle
relazioni temporali tra i diversi flussi e jitter limitato, ma in misura meno stringente rispetto alla classe conversazionale.
Traffico Interattivo
E’ la classe che descrive il traffico generato dall’interazione di un utente con un apparato remoto, per esempio per
applicazioni di Web Browsing o accesso a data base. Il round trip delay deve essere contenuto, e il trasferimento dei
dati deve essere caratterizzato da un basso tasso d’errore.
Traffico di Background
E’ la classe che descrive il traffico generato da un trasferimento dati in background, per applicazioni quali e-mail,
SMS, MMS, download di file da data base. Questa classe non presenta requisiti di ritardo ma richiede un tasso
d’errore molto basso.
10.3.3
Architettura protocollare della rete d’accesso UTRAN
L’architettura protocollare dell'interfaccia radio prevede funzionalitá di diversi livelli, realizate da opportuni sottolivelli:
115
10.3. L’UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM
Traffic class
Conversational
class
Streaming class
Interactive class
Background class
Maximum bitrate (kbps)
<= 16 000 (2)
<= 16 000 (2)
Delivery order
Yes/No
Yes/No
<= 16 000 overhead (2) (3)
Yes/No
<= 16 000 overhead (2) (3)
Yes/No
Maximum SDU size
(octets)
<=1 500 or 1 502 (4)
<=1 500 or 1 502 (4)
<=1 500 or 1 502 (4)
<=1 500 or 1 502 (4)
SDU format information
(5)
(5)
Delivery of erroneous
SDUs
Yes/No/- (6)
Yes/No/- (6)
Yes/No/- (6)
Yes/No/- (6)
Residual BER
5*10 , 10 , 5*10 ,
-3
-4
-5
-6
10 , 10 , 10 , 10
-2
-3
-3
-4
10 , 7*10 , 10 , 10 ,
-5
10
100 – maximum
value
<= 16 000 (2)
5*10 , 10 , 5*10 ,
-3
-4
-5
-6
10 , 10 , 10 , 10
-1
-2
-3
-3
10 , 10 , 7*10 , 10 ,
-4
-5
10 , 10
300 (8) – maximum
value
<= 16 000 (2)
4*10 , 10 , 6*10 (7)
Allocation/Retention
priority
1,2,3
1,2,3
1,2,3
Source statistic
descriptor
Speech/unknown
Speech/unknown
SDU error ratio
Transfer delay (ms)
Guaranteed bit rate
(kbps)
-2
-2
-3
-2
-2
-3
-3
-3
-5
-4
-8
-6
10 , 10 , 10
-3
-5
-8
4*10 , 10 , 6*10 (7)
-3
-4
-6
10 , 10 , 10
1,2,3 (9)
Traffic handling priority
Signalling Indication
1,2,3
Yes/No (9)
Figura 10.2: Intervalli ammissibili degli attributi di qualitá per i servizi offerti dal trasporto UMTS (UMTS Bearer) per le diverse
classi di traffico.
Funzionalità di livello 3
• assegnazione, gestione e rilascio di connessioni fra il terminale e la UTRAN;
• gestione degli aspetti di mobilità;
• allocazione delle risorse
• sincronizzazione;
Funzionalità di livello 2
• mapping di unità di rete in unità RLC e adattamento al canale radiomobile mediante compressione dell'header
(PDCP);
• gestione dei servizi del piano d'utente per dati comuni a più utenti (BMC);
• trasferimento in modalitá Transparent Data Transfer, senza funzionalitá di correzione o rivelazione d’errore,
trasferimento in modalitá Unacknowledged Data Transfer, mediante rivelazione di errori di trasmissione e
duplicazione dati, e in modaliá Acknowledged Data transfer, mediante la consegna senza duplicazione, in
sequenza, e senza errori dei dati trasmessi grazie alla ritrasmissione delle singole unitá; correzione d’errore,
consegna in sequenza senza duplicazioni;
• realizzazione di protocolli di controllo d'errore, con significativo impatto sulla qualità percepita (RLC);
116
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
• funzionalità di accesso al mezzo, gestione di priorità dei traffici, multiplazione di livello 2, monitoraggio del
volume di traffico, cifratura, etc. (MAC);
Funzionalità di livello 1
• multiplazione e demultiplazione dei flussi,
• codifica e decodifica di canale, l’interleaving e de-interleaving dei dati codificati,
• modulazione e demodulazione, sincronizzazione in tempo e frequenza.
I protocolli di Radio Link Control (RLC) consentono di realizzare le funzionalitá di trasferimento dei dati video
con differenti livelli di qualità, di tipo acknowledged, unacknowledged e trasparente. Tipicamente il traffico conversazionale e di streaming adottano la modalità Transparent e Unacknowledged, al fine di contenere ritardo e jitter,
mentre la Messaggistica multimediale in modalitá download adotta la modalità Acknowledged.
Il livello Medium Access Control (MAC) opera sulle unitá dati da trasmettere selezionando il formato di trasporto
appropriato in funzione del bit-rate di sorgente e dei parametri selezionati a livello di RLC. I dati arrivano in insiemi
di unità elementari dette Trasport Block, associate ad un intervallo di tempo prefissato (Transmission Time Interval,
TTI), variabile fra un minimo di 10 ms e un massimo di 80 ms. I dati raccolti nell'ambito di un TTI sono segmentati
in blocchi all'ingresso del codificatore di canale. Il codificatore può essere costituito da un codificatore convoluzionale
con rapporto di codice 1/2, o 1/3, o da un Turbo codice di rapporto di codice 1/3. L'interleaving si estende su una
profondità pari al TTI. I dati relativi ad un TTI sono segmentati in trame radio di 10 ms. L'impatto di errori di
trasmissione sulle trame radio al livello di bitstream ricevuto dipende tanto dalla profondità dell'interleaving che dalla
capacità di rivelazione del codice. D'altra parte tali parametri dipendono dal budget disponibile in termini di banda
e di ritardo, e variano da applicazione ad applicazione.
10.4 Servizi multimediali conversazionali in ambito 3GPP
I servizi di tipo conversazionale sono servizi real-time, di telefonia, videotelefonia e conferenza audio/video. Il
traffico conversazionale é sensibile ai ritardi di trasferimento, che devono essere contenuti entro i 200 ms. Essi sono
realizzabili nel sistema UMTS sia utilizzando un modo di trasferimento a circuito che un modo di trasferimento a
pacchetto.
10.4.1
Servizi conversazionali a commutazione di circuito
La descrizione dell’architettura protocollare e dei codec per servizi conversazionali a commutazione di circuito é
contenuta in [3]. Il terminale multimediale 3G-324M definito in [3] consente lo scambio informazioni real-time, di
tipo video, audio, e dati su reti 3GPP a commutazione di circuito. Le specifiche del terminale 3G-324M si basano sulla
Raccomandazione ITU-T H.324 Annex C, e H10.1 per canali soggetti ad errori e per comunicazioni mobili. L’Annex
C di H.324, anche noto come H.324/M, definisce l’uso di terminali H.324 in ambienti di trasmisione soggetti ad
errore. In particolare, esso estende le funzionaliá di protezione dagli errori previste dal formato di multiplazione
10.1 L’Annex
H definisce la modalitá operativa di H.324 su connessioni fisiche indipendenti (multilink), aggregate insieme al fine di fornire un
bit-rate complessivo piú elevato.
10.4. SERVIZI MULTIMEDIALI CONVERSAZIONALI IN AMBITO 3GPP
117
H.223. Le comunicazioni possono essere bidirezionali o unidirezionali, eventualmente supportate da una Multipoint
Communication Unit (MCU). I terminali possono essere fissi o mobili. Le modifiche 3GPP all’H.324 sono descritte
in principalmente in [4]. L’architettura del terminale 3G-324M per i servizi conversazionali a commutazione di
circuito é descritta in Fig.10.3.
10.4.1.1
Architettura protocollare per servizi conversazionali a commutazione di circuito
Un terminale multimediale 3G-324M dispone di un protocollo di controllo H.245 versione 3 o successive, di un
multiplex di tipo H.223 Annex A e B, e di una interfaccia wireless. I terminali 3G-324M supportano almeno 32
kbit/s di bit rate all’interfaccia fra il multiplex e la rete wireless. La multiplazione puó adottare techiche estese di FEC
e ARQ, descritte negli Annessi tecnici C e D della raccomandazione H.223; in tal caso il formato di multiplazione
robusto prevede l’introduzione di codici a correzione d’errore nell’Adaptation Layer AL-1 e AL-3, e di protocolli di
ritrasmissione nell’AL-1. Il supporto di H.223 Annex C e D, ovvero dei formati di multiplazione, é opzionale, e così
il supporto delle altre componenti di H.324 Annex C. Il Multiplexing di dati video nei terminali 3G-324 M è definito
da criteri generali di allineamento dell’inizio di unità sintattiche del bitstream video con l’inizio dei relativi pacchetti
H.223, detti AL3 SDU. In un sistema reale, il decodificatore video può scartare le AL3-SDU che risultino errate
in base alla loro AL3 checksum o tentare la decodifica dei dati ricevuti, fintantoché non si riscontri una violazione
sintattica o semantica. I criteri di pacchettizzazione dei dati in modalitá robusta rispetto agli errori di trasmissione
sono sostanzialmente analoghi a quelli precedentemente discussi per la pila IP/UDP/RTP. Tuttavia, a differenza della
multiplazione RTP/UDP/IP, la multiplazione H.223 opera a banda fissa, tipicamente limitata. Inoltre, è progettato per
ambienti dalla MTU limitata (100 bytes), per cui presenta un minore overhead, e ad elevato tasso d’errore, per cui è
dotato di un meccanismo di ritrasmissione per SDU perse o danneggiate. H.223 inoltre non presenta alcuni campi
dell’RTP header, quali l’RTP timestamp o il marker bit.
10.4.1.2
Codec per servizi conversazionali a commutazione di circuito
I codec raccomandati sono:
• Audio: AMR codec narrowband (mandatario) e G.723.1
• Video: H.263 baseline (mandatorio), H.263 wireless e MPEG-4 Visual SP L0, H.264 baseline
• Testo/Timed Text: ITU-T T.140; la Racc. ITU-T T.140 descrive il trasferimento di dati testuali con informazioni
di sincronizzazione, detti Timed Text10.2 .
10.2 Il
etc).
Timed text é il formato dei dati testuali utilizzati nel chatting, per il testo presentato con grafica e con eventuali animazioni (effetto karaoke,
118
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
3GPP TS 26.111
Video I/O
Equipment
Video Codec
H.263, [MPEG-4, H.261 …]
Multiplex/
Demultiplex
Optional
Multilink
H.324
Annex H
Audio I/O
Equipment
Speech Codec
3GPP-AMR,
[G.723.1 …]
H.223,
H.223 Annex
A, H.223
Annex B,
[H.223 Annex
C, H.223
Annex D]
User Data
Applications
Data Protocols
[V.14, LAPM, …]
Optional
Receive Path
Delay
3GPP
Network
[T.120, …]
System
Control
H.245
CCSRL
NSRP[LAP
M/V.42]
Call Set-up
Figura 10.3: Architettura del terminale 3G-324M per servizi conversazionali a commutazione di circuito.
119
10.4. SERVIZI MULTIMEDIALI CONVERSAZIONALI IN AMBITO 3GPP
10.4.2
Servizi conversazionali a commutazione di pacchetto
I servizi di tipo conversazionale a commutazione di pacchetto (Packet Switched Conversational Multimedia Applications) sono definiti in [2].
10.4.2.1
Architettura protocollare per servizi conversazionali a commutazione di pacchetto
L’architettura protocollare per i servizi conversazionali su rete a pacchetto di tipo IMS (IP Multimedia Subsystem)
è rappresentata in Fig.10.4.Le procedure di segnalazione per il controllo di chiamata per servizi multimediali su
reti IP sono basate sui protocolli SDP e SIP [11]. I flussi di segnalazione sono riportati in [10]. I flussi di
segnalazione utilizzano tipicamente una pila protocollare reliable, mentre i dati multimediali codificati utilizzano una
pila protocollare unreliableRTP/UDP/IP.
10.4.2.2
Codec per servizi conversazionali a commutazione di pacchetto
I tipi di dati e i relativi codec che possono essere trasferiti sono gli stessi previsti per la commutazione di circuito e
sono:
• Audio: AMR codec narrowband (mandatario) e G.723.1
• Video: H.263 baseline (mandatorio), H.263 wireless e MPEG-4 Visual SP L0, H.264 baseline
• Testo/Timed Text: ITU-T T.140.
Video
CODEC
RTP/UDP
Audio
CODEC
SIP/SDP
RTP/UDP TCP/UDP
IP
Figura 10.4: Pila protocollare per i servizi conversazionali su rete a pacchetto.
120
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
10.5
Servizi multimediali di streaming in ambito 3GPP
Col termine streaming si identifica la modalità operativa di un’applicazione che presenta media quali audio e video,
opportunamente sincronizzati, mentre la ricezione di tali flussi di dati è in corso di da parte delle risorse di rete
mediante modo di trasferimento a pacchetto. Le applicazioni che operano in modalità streaming possono essere di
tipo on-demand (accesso a database) o live. Tali servizi hanno specifiche di ritardo dell’ordine di qualche secondo,
ma richiedono tuttavia un jitter contenuto e la sincronizzazione fra media differenti. I servizi di Packet Switched
Streaming (PSS) sono definiti in [5], e i relativi codec in [6].
10.5.1
Architettura protocollare per servizi di streaming a commutazione di pacchetto
L’architettura protocollare per il supporto dei servizi streaming a pacchetto prevista in sistemi 3G è rappresentata
in Figura 10.5. Tale architettura realizza il controllo mediante il protocollo RTSP di strato applicativo, definito in
ambito IETF, per il controllo della consegna dei dati con requisiti real-time. Il protocollo RTSP consente all’ utente
di agire lato client per richiedere il flusso in streaming al server che distribuisce i contenuti, di controllare la ricezione
del flusso, e di eseguire operazioni come il fast forward, rewind o la pausa del flusso dati. Oltre al recupero e
controllo di flusso da un content server, il protocollo RTSP abilita altre funzionalità quali l’invito di un content
server ad una conferenza o l’inserimento di nuovi flussi in una sessione già esistente. Tale protocollo é trasferito
tipicamente mediante la pila reliable TCP/IP. Il trasferimento dei dati multimediali prevede invece l’adozione di una
pila unreliable RTP/UDP/IP per i flussi audio/video e reliable TCP/IP per gli altri dati.
10.5.2
Codec per servizi di streaming a commutazione di pacchetto
I tipi di dati che possono essere trasferiti sono diversificati, e comprendono voce, audio, video, immagini fisse, dati
non sincronizzati quali file grafici o testo, o dati sincronizzati, descritti da file multimediali. I formati di codifica
previsti sono:
• Segnale vocale: codec AMR (narrowband o wideband)
• Audio naturale: MPEG4 AAC Low Complexity
• Audio sintetico: Scalable Poliphony MIDI
• Immagini fisse di tipo fotografico: JPEG, JFIF10.3
• Formati grafici di tipo scalare: GIF87a, GIF89a10.4 , PNG10.5
• Formati grafici di tipo vettoriale: Scalable Graphic, profili Tiny o Basic
• File multimediali: formato file 3gpp
10.3 Il
formato JFIF é il formato file del bitstream JPEG, ed é tipicamente caratterizzato come un file con estensione .JPG. Esistono tuttavia
applicativi, ad esempio all’uscita di fotocamere digitali, che scrivono l’immagine in accordo al formato del bitstream JPEG senza le informazioni
aggiuntive del JFIF.
10.4 Il formato GIF é un formato di compressione di immagini basato sull’algoritmo di Lempel-Ziv, coperto da brevetto. Esso risulta senza perdita
per immagini con un numero di colori limitato a 256.
10.5 Il formato PNG non é protetto da brevetto e non soffre delle limitazioni sul numero di colori rappresentabili senza perdita. E’ lievemente
meno efficiente del formato GIF, e non supporta animazione del contenuto.
121
10.5. SERVIZI MULTIMEDIALI DI STREAMING IN AMBITO 3GPP
• Video: H.263 baseline (mandatorio), H.263 wireless, MPEG-4 visual SP L0, H.264 Baseline
• Testo: formato XHTML o SMIL10.6
• Timed Text: formato file 3gpp
Video
Audio
Speech
Payload formats
RTP
Capability exchange
Scene description
Presentation description
Still images
Bitmap graphics
Vector graphics
Text
Timed text
Synthetic audio
Capability exchange
Presentation
description
HTTP
RTSP
UDP
TCP
UDP
IP
Figura 10.5: Pila protocollare per i servizi di streaming su rete a pacchetto.
10.6 Il
linguaggio SMIL é un linguaggio simile ad HTML per la descrizione di sessioni multimediali, mentre XHTML é una versione ridotta di
HTML.
122
CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G
10.6
Servizi multimediali in ambito 3GPP: la messaggistica multimediale
La messaggistica multimediale prevede lo scambio di dati compositi; il trasferimento puó avvenire tanto in modalitá
download che in modalitá streaming.
I dati multimediali sono combinati in accordo al formato Multipurpose Internet Mail Extension (MIME). I formati
dei dati codificati sono:
• Segnale vocale: codec AMR (narrowband o wideband)
• Audio naturale: MPEG4 AAC Low Complexity
• Audio sintetico: Scalable Poliphony MIDI
• Immagini fisse di tipo fotografico: JPEG,JFIF
• Formati grafici di tipo scalare: GIF 87a, GIF89a, PNG
• Formati grafici di tipo vettoriale: Scalable Graphic, profili Tiny o Basic
• File multimediali: formato file 3GP
• Video: H.263 baseline (mandatorio), H.263 wireless, MPEG-4 visual SPL0, H.264 Baseline
• Testo: formato plain text
• Presentazione/sincronizzazione: formato XHTML o SMIL
10.7
Il formato file .3gp.
Il formato di file 3GPP (3GP) definisce un tipo di file multimediale basato sul modello dei file ISO MPEG/JPEG.
Il file multimediale 3GPP é utilizzato nell’ambito di servizi di Packet Switched Streaming per il trasferimento di
testo sincronizzato e nell’ambito di servizi di Multimedia Messaging. I contenuti multimediali del file 3GPP possono
essere trasferiti sia in modalitá download che in modalitá streaming. I codec utilizzabili sono H.263, MPEG-4, H.264
(AVC) per il video, AMR narrow-band e wide-band per la voce, AMR esteso e MPEG-4 AAC per l’audio, e testo
sincronizzato (scritte animate, etc.); il formato di file prevede la sintassi per la descrizione dei codec effettivamente
utilizzati. Esso prevede inoltre estensioni per la memorizzazione negli streaming server (RTP hint tracks, SDP
description, Alternative Tracks), metadati per la descrizione del contenuto, informazioni sulle specifiche richieste per
il buffer del decodificatore video, dati criptati.
Bibliografia
[1] 3GPP TS 23.140: ”Multimedia Messaging Service (MMS); Functional description; Stage”.
[2] 3GPP TS 26.140: ”Multimedia Messaging Service (MMS); Media formats and codecs”.
[3] 3GPP TS 26.110: ”Codec for circuit switched multimedia telephony service; General description”.
[4] 3GPP TS 26.111: ”Codec for circuit switched multimedia telephony service; Modifications to H.324”.
[5] 3GPP TS 26.233: ”Transparent end-to-end packet switched streaming service (PSS); General Description”.
[6] 3GPP TS 26.234: ”Transparent end-to-end packet switched streaming service (PSS); Protocols and Codecs”.
[7] 3GPP TS 26.244: ”3GPP file Format”.
[8] IETF RFC 3261: ”SIP: Session Initiation Protocol”.
[9] IETF RFC 2327: ”SDP: Session Description Protocol”.
[10] 3GPP TS 24.228: ”Signalling flows for the IP multimedia call control based on SIP and SDP”.
[11] 3GPP TS 24.229: ”IP Multimedia Call Control Protocol based on SIP and SDP”.
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