n4 Streaming Media System Vortragende: Nadine Cordes & Ralf Möller Vortrag am: 25.06.2001 RST-Labor SS 2001

Überblick „Video on demand“ Überblick n4 Streaming Media System Besonderheiten Komponenten Einrichtungen Quellen Besonderheiten: Hypercube Architektur Skalierbarkeit Komponenten: Hub Interfaces

„Video on demand“ Individuelle , zeitunabhängige Video-Informationen in (nahezu) Echtzeit über ein Rechnernetz z. B. von einen Video-Server-System abzurufen Für den reinen Konsumenten bietet sich ein System an, was auf einer Set-Box basiert Als Weiterentwicklung von Near-Video on demand: Zeitversetzte Verteilung von Programminhalten an Satelliten- und Kabelhaushalte ohne Einfluss auf deren Inhalte . Es werden gleiche Inhalte in unterschiedlichen Kanälen übertragen, so das z.B. alle 15 Minuten die entsprechende Ausstrahlung von neuem beginnt. Dadurch kann der Nutzer nahezu zeitunabhängige in bestimmten Zeitintervallen die Programminhalte selbst auswählen. Der Nutzer kann aus dem Gesamtangebot bestimmte Inhalte selektieren. Set-Top-Box: Ein spezieller Mikrocomputer für den VoD-Anwendungszweck, die zwischen den Netzanschluss und Fernseher/ Monitor geschaltet wird Mit der Entwicklung von VoD entsteht auch der Bedarf, gespeicherte Filmdaten in grossen Umfang gezielt suchen und auswählen zu können

Aufbau „Video on demand“ Rückleitung entweder über Telefon, ISDN oder auch übers Internet Übertragung nicht nur über Kabel sondern ebenfalls Satellitenübertragung

Einsatzgebiete von VoD Videoverleih übers Internet Interaktives Fernsehen (Pay-TV) Bildungseinrichtungen Video-Vorlesung Fernlehrgänge Homeshopping Bankgeschäfte

nCUBE’s n4™ (Übersicht)

Übersicht Hardware 1 bis 256 MediaHUBs 500 Mbps to 128 Gbps (z. B. 160-44000 3Mbs Streams) MPEG-1, MPEG-2, RTP(Transport) MPEG-1, MPEG-2, Real Media File Format, MPEG-4/QuickTime(File) Überwachung/Konfiguration via PC oder UNIX-Workstation Nicht klar ob nur 2er Potenzen an Hubs möglich Alles Megabits bzw. Gigabits nicht Bytes! Software RAID LEVEL 4 PC oder Workstation angebunden über Ethernet

Übersicht Software Komplettlösung nABLE (Realisiert alle benötigten Datenströme) Transit ™ OS Digital Right Management (DRM) Monitoring Datenströme = Bereitstellung(Provision), Zustellung(deliver), Abrechnung OS aufbauend auf AT&T Plan 9 UNIX Derivat.

Besonderheiten(1) Skalierbarkeit (Video)Inhalte müssen nicht vervielfältigt werden Kompatibel zu vielen Netzwerkprotokollen A single n4 Streaming Media Appliance can be scaled from 500 Mbps to 128 Gbps without content replication.(System throughput System throughput increases linearly as nodes are added as nodes are added) The n4 architecture guarantees that any user can access any file at any time without ever needing to create duplicate copies of the file. Or the same user may simultaneously access different content. This enables nCUBE customers to expand their content libraries using far fewer disk drives than less scalable platforms.

Besonderheiten(2) Hypercube Architektur Inter-Hub (hypercube) Links:Full Duplex Gigabit Interconnect topologie in Verbindung mit Transit OS unterliegt nicht Den Einschränkungen durch Bus-Rivalitäten, wie in anderen Systemen. N = Verbindungen von einem zu anderen Knoten

Besonderheiten(3) HAVOC-Technologie Dynamische (Re)Konfiguration Datenrecovery in vollen Betrieb Hohe Performance – geringe Kosten (z.B. Standardspeicher, -Festplatten) HAVOC = Hypercube And Vector Operation Chip Ist ein PCI-Device zur Verbindung zu anderen HyperCube Netwerken und zu einem Backside-Memory-Array Dieser HAVOC-Speicher ist sichtbar für andere PCI Geräte über den PCI-Adressraum Recovery bei geringerer Last schneller.

N4 Streaming Media Hub Intel Pentium Prozessor Bis zu 12 SCSI-Festplatten (9,18,36 oder 73 GB) 1 GB RAM (SDRAM-DIMM‘s) DVD Laufwerk 5 PCI Anschlüsse für die Netzwerkinterface „Hypercube“ Verbindungslogik mit integriertem Videobeschleuniger Ein Hub gilt als ein unabhängiges Gerät, das alle Komponenten enthält, die gebraucht werden um ein selbstständiges arbeiten zu ermöglichen, es ist das Grundelement des Systems, es ist zuständig für: Liefern von Videoinhalten zu den restlichen Hubs im Hypercube Lesen von Videoinhalten von anderen Hubs im Hypercube Liefern der Videoinhalte zu der Auswahl von Netzwerkschnittstellen Ein einzelner hub kann mindestens 500 Mbps bis zu 128Gbps Videodaten liefern. Es können bis zu 256 Hubs über eine Verbindung auf Basis der Hypercube-Technologie zusammengeschlossen werden und alle agieren dann als einziges Gerät. Es können bei maximal 256 Hubs über 44 000 x 3 Mbps Videoströme in ein Netzwerk geliefert werden. Es bietet Skalierbarkeit und die nötige Flexibilität für Anwendungen wie VoD und NVoD. Es können immer mehr Hubs zu einem bestehenden System hinzugefügt werden, während das gesamte System fortfährt für ununterbrochenen Datenfluss zu sorgen. Beim hinzufügen von weiteren Hubs wird nicht nur die interne Leistung erhöht, ebenfalls werden die interne Kommunikationswege der Hubs erweitert, es können mehr Videostreams vom System geliefert werden.

Ansicht des Hubs

ATM-Interface Modul (AIM) MIPS R5000 Mikrokontroller 1 ATMizer mit SAR 256 KB Speicher 1 SONET/SDH Übertrager Bietet 4 155 Mbps SONET/OC-3, SDH/STM-1 kompatible Ausgänge die TCP/IP oder MPEG2-TS unterstützen Synchronisation des ATM –Ausganges mit einem synchronen Netzwerk (SONET) ist möglich. Die genaue Synchronisation ist erforderlich um sicherzustellen, dass ATM-Zellen mit ausreichender Genauigkeit in das Netz gesendet werden können. Ncube hat mehrere „Mechanismen“ (welche werden nicht erwähnt) entworfen, um Netzwerksynchronisation zu ermöglichen. Das AIM kann mit Hilfe des Taktes des Hubs synchronisiert werden. Für Umgebungen, wo das AIM direkt in einem SONET, mit empfangenden OC-3 oder OV-12 Verbindung, eingebunden ist, wird der AIM-Takt für die ATM-Zellen Übertragungsgeschwindigkeit genutzt. Das AIM kann ebenfalls so konfiguriert werden, das die Dateninhalte an einem einzelnen OC-12-Ausgang, mit 620 Mbps, ausgegeben werden können. ---------------------------------------------- ---------------------------------------------- SONET (Synchrones optisches Netzwerk) Basisnetz, synchrone Übertragung von Nutzinformationen unter Verwendung von synchronen Transportmodulen mit einheitlicher Rahmenstruktur, was einen direkten Zugriff (Add and Drop) auf einzelne Datenkanäle mit Hilfe von Pointer relativ einfach ermöglicht. Kann Datenraten von 1,5 Mbit/s bis 45 Mbit/s (Amerikanischer Standard). Mit einer Übertragungskapazität von 51,84 Mbit/s. SONET/OC-3 (Optisches Übertragungsstufe 3) hat eine Übertragungskapazität von 155,520 Mbit/s SDH - baut auf SONET auf und hat eine Übertragungskapazität von 155,52 Mbit/s STM-1 (Synchrones Transportmodul 1. Ordnung) - hat ebenfalls eine Übertragungskapazität von 155,520 Mbit/s TS – Transport Stream may contain one or multiple programs (even with independent time-base); is suitable to no error-free transmision; has a fixed length packet structure. Transport Packet (188 bytes) Header: 4 bytes Payload: 184 bytes Transport-Stream Packet and ATM transmission The packet length is the output of a compromise: on one hand longer the packet, lower the overhead; on the other hand shorter the packet, easier the streams syncronization. The 188 bytes transport stream packet can be easily divided into 4 ATM cells. Each ATM cell is composed by 5 bytes of header + 1 byte for the Adaptation Layer and 47 bytes for the payload (=188/4). So a transport stream can be transmitted through ATM with the minimum overhead. Possible operations on the Transport-Streams Program selection and demultiplexing of its elementary streams. Recomposition of one or more Transport-Streams into one or more different Transport-Streams. Extraction of a given Program from a Transport-Stream and production of a Program-Stream. Transformation of a Program-Stream into a Transport-Stream.

Aufbau des AIM

DVB-ASI Interface Modul (DIM) 1 Mips R5000 Prozessor 3 DVB-ASI 64-QAM oder 256-QAM Interfaces Jedes Modul kann 55 x 3Mbps Video-Datenströme liefern DVB (Digital Video Broadcasting: Digitales komprimiertes Video) - ASI (Asynchrones Serielles Interface) Digitales (MPEG oder DCT basierend) komprimiertes Video DVB wird beim digitalen Fernsehen eingesetzt und sehr häufig wird als Schnittstelle das ASI-Interface verwendet. Das ASI-Interface überträgt MPEG-2-Transport-Ströme. Diese enthalten digitalisierte, nach MPEG-2 komprimierte Video-Bilder mit komprimiertem Audio und weiteren Zusatzinformationen. Damit ist die ASI-Schnittstelle für den Transport dieser fertig-produzierten Video-, vor allem TV-Programme, zuständig. Jedes Modul kann 70 x 3Mbps Videodatenströme liefern: Entweder alle über einen einzelnen Interface-Ausgang Oder über die 3 Interface-Ausgänge verteilt Das erlaubt jedem der 3 Interface effektives arbeiten in den QAM Geschwindigkeitsraten

Aufbau des DIM

QAM Interface Modul(CIM) 1 Mips R5000 Prozessor Enthält 3 unabhängige QAM64/QAM256 Interfaces-Kanäle Jedes Modul kann 50 x 3Mbps Video-Datenströme liefern, die über alle 3 Ausgänge verteilt ausgegeben werden CIM sorgt für „low-level“ MPEG Bearbeitung und Ausgabe von Daten in ein Netzwerk Die Kanäle laufen mit der vollen Bandbreite von 27 bis 51 Mbps. Das CIM unterstützt dynamisches multiplexen von mehreren MPEG-2 SPTS (Single Program Transport Stream) kodierten Videos in einen grossen MPEG-2 MPTS (Multi Program Transport Stream). QAM – Quadratische Amplituden Modulation Dient zur Verbreitung von digitalen Fernsehsignalen über Kabel, Satellit bzw. terrestrische Sender. Bei QAM können 2 voneinander Unabhängige Nutzsignale auf einmal moduliert werden. Es wird das Nutzsignal mit einer Trägerschwingung multipliziert. Ein zweites Nutzsignal wird dann mit der gleichen Trägerschwingung, nur um 90° phasenverschoben, multipliziert und mit dem ersten Modulationsprodukt addiert. QAM 64 hat eine Bandbreite von 6bit/s/Hz

Aufbau des CIM

Gigabit/Ethernet Interface Modul(GIM/EIM) Bieten TCI/IP und andere Protokolle auf Ethernet-Basis Und Multimedia Anwendungen über LAN-Netzwerke durch Nutzung des UDP/IP-Protokolls GIM: Das Gigabit Interface Modul besitzt 1 Gigabit Interface bis zu 5 Gigabit Interface Module können an einem Hub konfiguriert werden EIM: Das Ethernet Interfaces Modul besitzt 4 Ethernet Interfaces bis zu 5 Ethernet Interfaces Module können in einem Hub konfiguriert werden Sie können 10 BaseT oder 100 BaseT

Im Einsatz ODA = On Demand Applikation Middleware Movies-on-demand Education-on-demand Internet video stream caching Personal TV Music videos-on-demand Corporate training

Kunden Über 100 Installationen weltweit z.B bei: Bertelsmann Telefonica Time Warner Deutsche Telekom Lt. Eigenen Angabe Marktführer 8 Jahre Erfahrung in VOD

Quellen www.ncube.com Digitales Fernsehen, Albrecht Ziemer(Hrsg.), Hüthig Verlag, 1997 Computernetzwerke, Tanenbaum, Prentice Hall, 1998