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. 109

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 éparia500ms. 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;

112 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 élagmsk. 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 BSC 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 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 Release 99 UMTS Architecture Radio Access Network 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:

10.3. L UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM 115 Traffic class Conversational class Streaming class Interactive class Background class Maximum bitrate (kbps) <= 16 000 (2) <= 16 000 (2) <= 16 000 - <= 16 000 - overhead (2) (3) overhead (2) (3) Delivery order Yes/No Yes/No Yes/No 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) -2-2 -3 Residual BER 5*10-2, 10-2, 5*10-3, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6 5*10, 10, 5*10, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6 4*10, 10, 6*10 (7) 4*10, 10, 6*10 (7) SDU error ratio 10-2, 7*10-3, 10-3, 10-4, 10-3, 10-4, 10-6 10-5 10, 10, 7*10, 10, 10-4, 10-5 10, 10, 10 Transfer delay (ms) 100 maximum value 300 (8) maximum value Guaranteed bit rate (kbps) <= 16 000 (2) <= 16 000 (2) Traffic handling priority 1,2,3 (9) Allocation/Retention priority 1,2,3 1,2,3 1,2,3 1,2,3 Source statistic descriptor Speech/unknown Speech/unknown Signalling Indication 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. IprotocollidiRadio Link Control (RLC) consentono di realizzare le funzionalitá ditrasferimentodeidativideo 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 H 10.1 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 Text 10.2. 10.2 Il Timed text é il formato dei dati testuali utilizzati nel chatting, per il testo presentato con grafica e con eventuali animazioni (effetto karaoke, etc).

118 CAPITOLO 10. COMUNICAZIONI MULTIMEDIALI SU RETI RADIOMOBILI 2.5 E 3 G 3GPP TS 26.111 Video I/O Equipment Audio I/O Equipment Video Codec H.263, [MPEG-4, H.261 ] Speech Codec 3GPP-AMR, [G.723.1 ] Optional Receive Path Delay Multiplex/ Demultiplex H.223, H.223 Annex A, H.223 Annex B, [H.223 Annex C, H.223 Annex D] Optional Multilink H.324 Annex H 3GPP Network User Data Applications [T.120, ] Data Protocols [V.14, LAPM, ] 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.

10.4. SERVIZI MULTIMEDIALI CONVERSAZIONALI IN AMBITO 3GPP 119 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 Audio CODEC SIP/SDP RTP/UDP 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, JFIF 10.3 Formati grafici di tipo scalare: GIF87a, GIF89a 10.4,PNG 10.5 Formati grafici di tipo vettoriale: Scalable Graphic, profili Tiny o Basic File multimediali: formato file 3gpp 10.3 Il formato JFIF éilformatofiledelbitstreamjpeg,edétipicamente 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.

10.5. SERVIZI MULTIMEDIALI DI STREAMING IN AMBITO 3GPP 121 Video: H.263 baseline (mandatorio), H.263 wireless, MPEG-4 visual SP L0, H.264 Baseline Testo: formato XHTML o SMIL 10.6 Timed Text: formato file 3gpp Video Audio Speech Payload formats RTP UDP Capability exchange Scene description Presentation description Still images Bitmap graphics Vector graphics Text Timed text Synthetic audio IP HTTP TCP Capability exchange Presentation description RTSP UDP 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 deidaticodificatisono: 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. 123