Reliable file distribution over mobile broadcast systems

Lohmar, Thorsten; Mähönen, Petri Heikki

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-38365

Reliable file distribution over mobile broadcast systems = Zuverlässige Dateiübertragung über mobile Broadcastsysteme

Lohmar, Thorsten (Author)

2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Thorsten Lohmar

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangVII, 166 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Mähönen, Petri Heikki (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-10-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-38365
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/82679/files/3836.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Vernetzte Systeme (615510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mobilfunk (Genormte SW) ; UMTS (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; MBMS (frei) ; broadcast (frei) ; reliable file delivery (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die im 3GPP definierten Multimedia Broadcast and Multicast Services (MBMS) stellen neue Übertragungsdienste und Prozeduren für die effiziente Übertragung an große Benutzergruppen bereit. Mit MBMS werden Inhalte per Broadcast auf der Luftschnittstelle verteilt, nur wenn die Benutzergruppe groß ist. Diese Arbeit untersucht die Nutzung von MBMS für zuverlässige Push-Datei-Übertragung. Eine Anforderung bei Dateiübertragungen ist, dass die empfangenen Dateien frei von Übertragungsfehlern sind. In dieser Arbeit wird der MBMS Übertragungsdienst in zwei Phasen unterteilt. In der ersten Phase sendet das Radio-Zugangssystem die IP Pakete in jeder Zelle in Abhängigkeit der Anzahl der Empfänger über einen Broadcast Kanal oder mehrere ptp Radio-Kanäle. In der zweiten Phase wird bei Bedarf der File Repair Dienst ausgeführt. Der File Repair Dienst kann entweder HSPA oder wieder MBMS Übertragungsdienste nutzen. Wenn die für zuverlässige Dateiübertragungen genutzten Systemressourcen minimiert werden sollen, dann ist die Nutzung des File Repair Dienstes zwingend notwendig. Um die Übertragungscharakteristika während der ersten Phase besser zu verstehen, analysieren wir die Paketübertragung über den MBMS Traffic Channel (MTCH). Dabei führt die Benutzung von kurzen IP Paketen zu einer geringeren IP Paketfehlerwahrscheinlichkeit auf dem MTCH. Der Nutzdatendurchsatz ist bei kleineren IP Paketen geringer, da der prozentuale Anteil des IP Headers steigt. Um den Nutzdatendurchsatz über den MTCH zu bewerten, definieren wir das Goodput als Verhältnis zwischen den empfangenen Nutzdaten und den gesendeten Daten. Bei Radioblockfehlerraten größer 10% führen IP Pakete kleiner als 500 Byte zu einem höheren Goodput. Für die Dateiübertragungen über MBMS untersuchten wir unterschiedliche Optimierungsziele. Das wesentliche Ziel ist das Ausbalancieren der Ressourcennutzung beider Übertragungs-Phasen. Dabei wird die Ressourcennutzung der MBMS Übertragung mit der Ressourcennutzung für den File Repair Dienst ausbalanciert, um die Systemeffizienz einer Dateiübertragung gegebener Größe an alle Empfänger zu steigern. Es ist möglich, die Sendeleistung mit FEC auf Applikationsschicht (AL-FEC) bei gleich bleibender Last für den File Repair Dienst abzuwägen. Für MBMS ist der Raptor FEC vorgesehen. Der Zusatz von AL-FEC erhöht den Energiebedarf, da die Systemressourcen länger benutzt werden. Der ptp File Repair Dienst nutzt unicast HTTP Verbindungen und verteilt die Anfragen in einem vorgegebenen Zeitfenster. Die Empfänger wählen zufällig eine Startzeit aus dem Fenster aus. Die Verbindung zwischen File Repair Server und Netz limitiert maßgeblich die Bediendauer und kann auch zu einer ineffektiven Nutzung der Luftschnittelle führen. Der ptp File Repair Dienst ist korrekt konfiguriert, wenn die Radio Übertragung aller aktiver File Repair Sitzungen und auch die Verbindung zum File Repair Server gerade voll ausgelastet sind. Die kleinste File Repair Dienst Dauer ist ungefähr das 1.2-fache der sequentiellen Übertragung aller Daten über die Verbindung zwischen File Repair Server und Netz ist.

The 3GPP Multimedia Broadcast and Multicast Service (MBMS) provides new bearer services and procedures for efficient transmissions to large user groups. When the group is large, MBMS distributes content by using broadcast on the air-interface. This thesis evaluates the use of MBMS for reliable file distribution services. One important requirement for file distribution is that the files contain no transmission errors. The MBMS file distribution process is subdivided into two phases in this thesis: During the first phase, the radio access network sends the IP packets in each cell either using one broadcast channel or several ptp channels depending on the number of receivers. During the second phase, the file repair service is executed when needed. The file repair service uses either HSPA bearers or MBMS bearers. It is mandatory when minimizing the needed resources for reliable file transmission. In order to understand the transmission characteristics of the first phase, we analyze the packet transmission over the MBMS traffic channel (MTCH). The use of shorter IP packets leads to a lower IP packet error probability on the MTCH. When using shorter IP packets, a larger share of bits is spent on packet headers. To evaluate the information throughput over MTCH, we define the goodput as the fraction between received information bits and sent data bits. IP packets smaller than 500 Byte lead in case of block error rates larger than 10% to a higher goodput. We evaluate different optimization targets for MBMS file delivery. The most important evaluation target is to balance both transmission phases. The resource usage for the MBMS transmission is balanced with the resource needs for the file repair in order to increase the system efficiency of the file distribution of a certain size to all receivers. It is possible to trade the transmit power with the amount of application layer FEC redundancy at same load for the file repair service. The Raptor FEC is used for MBMS. Additional FEC redundancy increases the needed transmission energy, since the system resources are used for a longer time. The point-to-point file repair uses unicast HTTP connections and spreads the repair requests in a time window. The receivers draw randomly a start time out of a given wait-time window. The link between the file repair server and the system limits significantly the serving time and may even lead to an under utilization of the radio resources. The PTP file repair is well dimensioned when the radio links of all active file repair receivers and the link to the file repair server are just fully utilized. The smallest file repair service duration takes approximately 1.2 times the Sequential Delivery Time of all missing data over the link between the file repair server and the system.

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