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Drahtloses UPnP-AV Live-Mediennetzwerk

Am Lehrstuhl für Kommunikationstechnik ist ein Versuchsaufbau zur Demonstration der effizienten Nutzung drahtloser Ressourcen in einem UPnP-AV konformen Mediennetzwerk verfügbar.

Effizienzsteigerung drahtloser Heimnetzwerke

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Der Lehrstuhl für Kommunikationstechnik hat im Rahmen des Projektes HOMEPLANE Verfahren zur effizienten Ressourcennutzung in drahtlosen Heimnetzwerken untersucht.

Die drahtlose Vernetzung auf Basis von IEEE 802.11 (WLAN) erfreut sich einer steigenden Verbreitung. Daher sind verstärkt Probleme durch immer dichter werdende drahtlose Netzwerke zu erwarten. So sind beispielsweise störende Wechselwirkungen zwischen benachbarten WLAN-Netzen nicht mehr auszuschließen. Zur Reduktion der daraus folgenden hohen Kollisionswahrscheinlichkeit, wurden verschiedene organisatorische Maßnahmen evaluiert. Unterstützt durch eine hybride Netzwerkarchitektur realisierte der Lehrstuhl ein flexibles Verfahren zur dynamischen Kanalwahl (DFS). Im Bedarfsfall kann für einzelne Funkverbindungen der jeweils günstigste Übertragungskanal ausgewählt werden. Hierdurch können Störungen vermieden und die Kapazität erhöht werden. Ein hybrides Netzwerk kombiniert zwei verschiedene Netzwerktechnologien – in diesem Fall IEEE 802.15.4/ZigBee und IEEE 802.11 (WLAN). Werden die beiden unterschiedlichen Technologien auf sich nicht überlappenden Kanälen betrieben, wird die automatische Fehlerbehandlung und Rekonfiguration erleichtert. Daneben unterstützt eine modifizierte Medienzugriffsprozedur (MAC-Ebene) die Dienstgütegewährleistung einzelner Medienübertragungen und reduziert die verbleibende Kollisionshäufigkeit. Im Zuge des HOMEPLANE-Projektes sind derartige Verfahren in Software in der Komponente WLAN-Manager implementiert worden. Diese Komponente konfiguriert die Netzwerkmodule drahtlos kommunizierender Geräte. Für das Netzwerk wird hiermit eine autarke Selbstorganisation erreicht.

Konzeption des Mediennetzwerks

Um die umfangreichen Management-Funktionen des WLAN-Managers unter anwendungstypischen Szenarien verifizieren und präsentieren zu können wurde am Lehrstuhl für Kommunikationstechnik ein eigenständiges drahtloses Mediennetzwerk konzipiert.

Im Mediennetzwerk existieren zwei sich ergänzende Geräteklassen. Zum einen stellt die Klasse Medienserver lokale Inhalte und/oder Live-TV von einem DVB-Empfänger im Netzwerk bereit. Zum Anderen erlaubt die Klasse Medienclient über eine komfortable Schnittstelle die Auswahl und Darstellung der bereitgestellten Inhalte auf einem Display. Beide Geräteklassen verhalten sich dabei konform zur UPnP-AV Spezifikation.

Die Architektur des Medienservers wird in der rechten Abbildung dargestellt. Kernkomponente ist der UPnP-Server. Er ermittelt aus den verfügbaren Quellen alle Medieninhalte und verbreitet sie über die WLAN-Schnittstelle im Netzwerk. Eine im UPnP-Server eingebettete QoS-Entität ist für die Anmeldung der Medienströme am WLAN-Manager zuständig. Die Kommunikation wird über die im HOMEPLANE-Projekt spezifizierte Webservice-Schnittstelle zur QoS Signalisierung abgewickelt.

Für die Klasse Medienclient existieren zwei Architekturen. Die Architektur des Typ I basiert auf einem Linux-basierten PC-System. Aufgrund der freien Konfigurierbarkeit dieses Gerätetyps können hier sowohl der UPnP-Renderer und -Controlpoint als auch der WLAN Manager gemeinsam auf einem Gerät integriert werden. Da die gesamte QoS-Signalisierung bereits von der im UPnP-Server integrierten QoS-Entität geleistet wird, muss keine Kommunikation zwischen der Renderer-Software und dem lokalen WLAN Manager stattfinden. Dies ermöglicht die Verwendung von unmodifizierter UPnP AV-kompatibler Software, wie dem frei erhältlichen XBOX Media Center (XBMC).

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Der Medienclient vom Typ II erlaubt die Einbindung bereits existierender handelsüblicher UPnP-AV-kompatibler Endgeräte in das Mediennetzwerk.

Möglich wird dies durch die ausschließliche Implementierung der QoS-Signalisierung auf Seiten des Medienservers. Dies ermöglicht auf Clientseite eine funktionale Trennung von QoS-Management, bereitgestellt durch den WLAN-Manager, und der Darstellung von Medieninhalten. Daher können auch Geräte, die nicht für den Einsatz in HOMEPLANE-Netzwerken konzipiert wurden, bzw. nicht QoS-fähig sind, in das Netzwerk integriert werden. Der Client wird hierbei per Ethernet an ein HOMEPLANE-fähiges Gateway mit WLAN-Manager angeschlossen. Dieses übernimmt transparent für den Client sowohl das QoS-Management als auch die kabellose Übertragung der Medienströme. Der Client selbst sieht lediglich einen standardkonformen, per Ethernet angeschlossenen UPnP-AV-Server.

Showroom

Am Lehrstuhl für Kommunikationstechnik wurde basierend auf diesem Konzept ein permanenter Demonstrator aufgebaut. Bestehend aus insgesamt sechs PCs erlaubt er eine umfassende Präsentation aller Funktionen des WLAN-Managers.

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Für verschiedene Anwendungsszenarien stehen zwei Medienserver, einer davon mit Multi-Tuner Live-TV, drei Medienclients und ein Störsender zur Verfügung.

Im Demonstratorbetrieb konnte so bereits die Interoperabilität mit einer Vielzahl handelsüblicher UPnP-AV-kompatibler Endgeräte nachgewiesen werden, so z.B. Sony Playstation 3, Pinnacle Showcenter 500, Fujitsu-Siemens Activy Media Player 150. Die Einbindung bereits am Markt vorhandener und etablierter Geräte ist ein wichtiger Faktor für eine mögliche kommerzielle Nutzung der entwickelten Komponenten.



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Kontakt

M.Sc. Henry Hermanns