Globale Kommunikation: Dynamische Anpassung der Bandbreite von Multimediadiensten an Netzwerkübergängen

Um Informationen zu jeder Zeit und an jedem Ort abzurufen, wachsen unterschiedliche Kommunikationsnetze zusammen. Dabei stehen die Betreiber vor der Herausforderung, Netze mit unterschiedlichen Bandbreiten zusammen zu schließen. Läuft eine Kommunikation mit Audio- und Videodaten über Netze unterschiedlicher Qualität und Auslastung, kommt es oft zu starken Qualitätseinbußen. Die Fraunhofer-Einrichtung für Systeme der Kommunikationstechnik ESK hat deshalb ein Konzept für ein multiskalierbares Kommunikationssystem entwickelt. Das Konzept ist über das europäische Patent EP 1050186 in Deutschland, Frankreich und Großbritannien geschützt. Daneben existieren korrespondierende Auslandsschutzrechte in Japan und den USA.

Eine Vielzahl von Routern und Gateways bilden heute die Basis unterschiedliche Netze zu verbinden, z.B. für Videokonferenzen. Die heute verwendeten Audio- und Videostandards sind in der Lage, ihre Datenraten Ende-zu-Ende entsprechend der Bandbreite des Netzes anzupassen, um optimale Qualität bei höchster Codiereffizienz zu erzielen. Da die so angepasste Bandbreite in IP-Netzen, insbesondere beim Übergang über Netzgrenzen hinweg, nicht garantiert werden kann, drohen bei Überlast im Netz massive Qualitätseinbußen. Dass bei Mehrbenutzerkommunikation die Bandbreiten an mehrere Datenpfade mit unterschiedlichen Eigenschaften angepasst werden müssen, verkompliziert die Situation weiter. Hier ist entweder eine aufwändige Transcodierung notwendig oder das Verfahren sucht den kleinsten gemeinsamen Nenner.

Das Konzept der Fraunhofer ESK sieht einen scalierbaren Codierer im Sender vor, der eine Schicht-Darstellung (Layer-Darstellung) von Video- oder Audiodaten liefert. Es gibt Schichten, die die relevanten Basisinformationen enthalten, sowie Schichten mit den weniger relevanten Erweiterungsinformationen. Spezielle Funktionen, die heute in vielen Routern und Gateways verfügbar sind, sind in der Lage, die Relevanz (Priorität) dieser Schichten auf Paketebene zu ermitteln und die Datenraten über das gezielte Verwerfen von weniger relevanten Schichten dynamisch zu steuern.

Das System arbeitet auf drei Ebenen:

1. Ein skalierbarer Codec im Endgerät, der Schicht-Darstellung (Layer-Darstellung) von Video- oder Audiodaten liefert,
2. ein Multiplexer bzw. Netzinterface zur Priorisierung und Kennzeichnung,
3. eine intelligente Verbindung zwischen Netzen mit verschiedenen Datenraten.

Diese Netzwerkverbindung modifiziert den empfangenen mehrschichtigen Datenstrom bis er an die jeweiligen Datenraten der Teilnehmer angepasst ist, auch wenn sich ein Teilnehmer z.B. in einem zweiten Netz mit niedrigerer Datenrate befindet. Dabei wird der Datenstrom nicht vollständig decodiert und erneut codiert. Es werden vielmehr so viele Datenschichten verworfen, bis eine Übertragung des modifizierten, kleineren Datenstroms über das zweite Netz möglich ist.

Vorteile:

* Vorhandene Netze können flexibel, effektiv und kostengünstig zu einem „globalen Gesamtnetz“ verbunden werden.
* Wesentliche Bestandteile der bestehenden Netzinfrastruktur bleiben erhalten.
* Durch die Layer-Repräsentation wird die Bandbreitenverteilung innerhalb eines Netzes dynamisch geregelt.
* An Netzübergängen werden die Bandbreiten dynamisch angepasst, indem Schichten, die die zur Verfügung stehende Bandbreite überschreiten, verworfen werden.
* Netzverbindungseinheiten sind wesentlich einfacher realisierbar, kostengünstiger und weniger rechenaufwändig.
* Decodierer und Empfänger sind nahezu unabhängig von der Leistung der Endgeräte, da durch die Schichtendarstellung der Daten nach dem Abarbeiten des Basislayers alle höheren Layer verworfen werden können.
* Die einzelnen Schichten können mit unterschiedlich gewichtetem Fehlerschutz versehen werden, z.B. hohen Schutz für die Basisschicht und schwächerem Schutz für höhere Schichten. So ist bei zunehmender Fehlerintensität ein „sanftes“ Abnehmen der Qualität möglich statt eines rapiden Totalausfalls.