DE602004004165T2

DE602004004165T2 - Daten-sharing in einem multimedia-kommunikationssystem

Info

Publication number: DE602004004165T2
Application number: DE602004004165T
Authority: DE
Inventors: Janne Peisa; Mats Sagfors; Johan Torsner; Stefan Wager
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2024-08-07
Also published as: CN1849797A; US20070206609A1; JP4602979B2; WO2005027457A1; EP1665713A1; ES2280050T3; EP1665713B1; JP2007534202A; ATE350853T1; GB0321426D0; DE602004004165D1

Description

FACHGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft kombinierte Multimediadienste und insbesondere ein Verfahren zum Minimieren des mit einem solchen Dienst verbundenen Verkehrsvolumens.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
IP-Multimedia-(IPMM-)Dienste stellen eine dynamische Kombination von Sprache, Video, Nachrichtenübermittlung, Daten und so weiter innerhalb der gleichen Sitzung bereit. Durch das Wachsen der Zahl der Basisanwendungen und der Medien, die kombiniert werden können, wächst die Zahl der dem Endbenutzer angebotenen Dienste, und die zwischenmenschliche Kommunikationserfahrung wird bereichert. Das wird zu einer neuen Generation von personalisierten, reichhaltigen Multimedia-Kommunikationsdiensten führen, einschließlich sogenannter "kombinierter IP-Multimediadienste", die nachstehend ausführlicher betrachtet werden.
IP-Multimedia-Teilsystem (IMS) ist die Technologie, die durch das Partnerschaftsprojekt der 3. Generation (3GPP) definiert wurde (in TS 32.225, 5. Ausgabe), um IP-Multimediadienste über 3G-Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerke bereitzustellen. IMS stellt Schlüsselmerkmale bereit, um die Kommunikationserfahrung von Mensch zu Mensch für Endbenutzer durch die Integration und das Zusammenwirken von Diensten zu bereichern. IMS ermöglicht neue reichhaltige Kommunikation von Mensch zu Mensch (von Client zu Client) wie auch von Mensch zu Inhalt (von Client zu Server) über ein IP-gestütztes Netzwerk. Das IMS macht vom Sitzungsaktivierungsprotokoll (SIP) und vom Dienstzustellungsprotokoll (SDP) Gebrauch, um Gesprächsverbindungen oder Sitzungen zwischen Benutzer-Endgeräten (oder zwischen Benutzer-Endgeräten und Webservern) aufzubauen. IMS sitzt auf einem Zugangsnetzwerk, das ein Netzwerk des Universellen Mobilfunk-Telekommunikationssystems (UMTS) oder des Allgemeinen Paketfunkdienstes (GPRS/GSM) sein kann, aber auch eine alternative Technologie verwenden kann, zum Beispiel WiFi. 1 stellt schematisch dar, wie sich das IMS im Fall eines GPRS-Zugangsnetzwerks in die Mobilfunk-Netzwerkarchitektur einfügt.
Push-to-Watch ist ein allgemeiner Name, der einem IP-Multimediadienst gegeben wurde, der Benutzern ermöglicht, während einer Sprachverbindung Bilder gemeinsam zu nutzen. Der Dienst kann dahingehend verallgemeinert werden, dass er einen kombinierten IP-Multimediadienst abdeckt, der sowohl ein leitungsvermitteltes Medium (wie etwa Sprache) als auch ein über den IP-Multimediabereich paketvermitteltes Medium (wie etwa Bilder, Video, Anwesenheit, Sofortnachrichten und so weiter) aufweist und kombiniert. Dieser verallgemeinerte Dienst wird hier als "WeShare" bezeichnet. Der Dienst befähigt einen Benutzer, während einer leitungsvermittelten (CS) Sprachkonversation mit einem anderen Benutzer ein Bild, einen Video- oder Tonausschnitt und so weiter aufzunehmen und diesen Inhalt mit anderen Benutzern in (Nahezu-)Echtzeit gemeinsam zu nutzen. Jeder Teilnehmer an der Konversation kann die Übertragung von Inhalt an den anderen Teilnehmer auslösen. Die Möglichkeit, ein Bild oder eine andere Multimedia-Information gemeinsam zu nutzen, wird höchstwahrscheinlich zu längeren Telefongesprächen führen, was die Einnahmen der Netzwerkbetreiber erhöht, auch wenn die Übertragung der eigentlichen Medien kostenlos ist.
Im Fall der gemeinsamen Nutzung von Bildern wird angenommen, dass die Teilnehmer eines WeShare-Dienstes gern imstande sein möchten, das gleiche Bild im wesentlichen zur gleichen Zeit zu sehen, und dass die Zeit für die Übertragung des Bildes zwischen den Teilnehmern minimiert werden sollte, um die bestmögliche Endbenutzer-Erfahrung sicherzustellen. Aus der Sicht des Betreibers sollte (vor allem wenn die Übertragung des Bildes billig oder kostenlos ist) die übertragene Datenmenge minimiert werden, um Netzwerkkapazität für Dienste mit höheren Einnahmen pro Bit zu sparen. Eine solche Minimierung ist aus dem US-Patent 2003/0014477 bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Optimierung der Nutzung der Übertragungsbandbreite in einem Kommunikationssystem bereitgestellt, wobei das Verfahren für Daten, die über eine Schnittstelle von einem ersten an einen zweiten Knoten gesendet werden sollen, die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen einer Signatur für den Dateninhalt, Senden der Signatur vom ersten an den zweiten Knoten oder an einen Zwischenknoten auf dem Übertragungsweg, im zweiten Knoten oder im Zwischenknoten erfolgendes Vergleichen der Signatur mit Signaturen für in diesem Knoten gespeicherte Daten, und Senden der Daten vom ersten an den zweiten Knoten über die Schnittstelle nur dann, wenn die empfangene Signatur nicht mit einer Signatur für gespeicherte Daten übereinstimmt.
Das Kommunikationsnetzwerk kann ein drahtloses Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk sein, wobei die Schnittstelle die Luftschnittstelle ist.
Die Daten können Multimedia-Daten sein, die während einer leitungsvermittelten Sprachverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten gesendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zu den folgenden Vorteilen führen:
Eine Signatur anstelle der vollständigen Datei zu senden, führt zu einer kürzeren Übertragungszeit und somit zu einer durch den Endbenutzer wahrgenommenen verbesserten Qualität.
Eine Signatur anstelle der vollständigen Datei zu senden, führt zu geringerer Datenübertragung, was zu einer erhöhten Systemkapazität führt.
Daten gegebenenfalls in einem Proxyserver zu speichern, ermöglicht die kundenspezifische Anpassung von Daten, zum Beispiel Bildern, für verschiedene Benutzergeräte unter Verwendung der billigen und schnellen Verarbeitungsleistung, die im Server verfügbar ist.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite Knoten Teilnehmer-Endgeräte, und der Zwischenknoten ist vorhanden und fungiert als ein Proxy-Server, der Daten, die zum ersten Mal zwischen Teilnehmer-Endgeräten gesendet werden, schnellzugriffsgerecht speichert. Falls die empfangene Signatur mit einer Signatur für gespeicherte oder schnellzugriffsgerecht gespeicherte Daten übereinstimmt, werden die Daten durch den Zwischenknoten an den zweiten Knoten gesendet.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Knoten ein Teilnehmer-Endgerät, und der erste Knoten ist ein Knoten, in dem Inhalt gespeichert ist. Die Signatur wird im ersten Knoten erzeugt und wird an den zweiten Knoten gesendet. Auf der Grundlage des Signaturvergleichs ist der zweite Knoten imstande, zu bestimmen, ob er die Daten, die gesendet werden sollen, bereits empfangen hat oder nicht. Wenn die Daten bereits gesendet worden sind, kann das weitere Senden abgebrochen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Mobilfunk-Kommunikationssystem mit einem IMS-Kernnetzwerk dar; und
2 stellt Signalisierungsflüsse für das wiederholte Senden von Bildern (links) und für das Senden von Signaturen anstelle von Bildern (rechts) dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BESTIMMTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zum Zweck der Veranschaulichung wird die folgende Implementierung der Erfindung im Kontext eines zellularen 3G-Kommunikationssystems beschrieben, in dem Netzwerkteilnehmer mobile Endgeräte verwenden, wie es in 1 dargestellt ist. Der Austausch von Daten, in diesem Beispiel von Bildern, wird zwischen mobilen Endgeräten durchgeführt. Die Endgeräte können an das Netzwerk des gleichen Betreibers oder an andere Netzwerke "angeschlossen" sein. Das oder jedes Netzwerk ist mit einem "Provy"-Server (das heißt innerhalb des IP-Multimediasystems, IMS) ausgestattet.
Gemäß den aktuellen Push-to-Watch-Vorschlägen werden Bilder auf dem mobilen Gerät des Absenders gespeichert. Sie werden entweder direkt mit dem Gerät aufgenommen (zum Beispiel im Fall eines Kamera-Telefons) oder werden von irgendeinem anderen Gerät an das mobile Gerät übertragen (zum Beispiel von einer Digitalkamera an das Telefon). In beiden Fällen wird das Bild dann höchstwahrscheinlich unverändert vom Gerät des Absenders an das Gerät des Empfängers gesendet (über verschiedene Netzwerkknoten). Das Gerät des Empfängers setzt das empfangene Bild in eine Form um, die zur Anzeige auf dem empfangenden Gerät geeignet ist.
Oft ist das Bild, das jemand mitnutzen möchte, etwas Besonderes. Es kann ein einzigartiger Moment in jemandes Leben sein (ein Bild eines neugeborenen Babys und so weiter) oder ein besonders unterhaltsames Bild (Scherz und so weiter). Es ist wahrscheinlich, dass diese Art von Bildern mehrmals mit anderen Personen gemeinsam genutzt wird. Wenn ein Bild mehrmals gemeinsam genutzt wird (wie es im Nachrichtenfluss auf der linken Seite von 2 dargestellt ist), werden die für eine einzelne Übertragung benötigten Übertragungsressourcen mehrmals von neuem verbraucht. Für hochaufgelöste Bilder können die verbrauchten Ressourcen erheblich sein (zum Beispiel kann ein unter Verwendung einer hochwertigen Digitalkamera aufgenommenes Bild zu der Notwendigkeit führen, ungefähr ein Megabyte an Daten zu übertragen). Ferner muss, wenn das Bild modifiziert werden muss (zum Beispiel. die Größe oder die Anzahl der Farben verringert werden muss), um den Anzeigefähigkeiten des Empfängers besser zu entsprechen, die erforderliche Verarbeitung entweder im sendenden oder im empfangenden mobilen Endgerät vorgenommen werden, was zum Bedarf an hohem Rechenaufwand in einem der Endgeräte führt (was wiederum zu Verarbeitungsverzögerungen führt).
Die oben angegebenen Probleme können gelöst werden, indem ein Proxyserver verwendet wird, um bereits übertragene Bilder im Netzwerk zu speichern. Der Proxy behält Kopien von gesendeten Bildern und vermeidet die Notwendigkeit, große Dateien mehrmals über die Funkschnittstelle zu übertragen. Ferner kann der Proxyserver leicht so konfiguriert werden, dass ihm eine hohe Rechenleistung zur Verfügung steht, wobei die Bilder in diesem Fall leicht an die Fähigkeiten verschiedener empfangender Endgeräte angepasst werden können. Normalerweise wird der Proxy innerhalb des Netzwerks des Mobilfunk-Betreibers sitzen und kann sich am selben Ort wie der MRFP (Multimediaressourcen-Funktionsprozessor) befinden.
Beispielregeln für den Proxy-Betrieb lauten wie folgt:

1. Alle mindestens einmal über ein Netzwerk übertragenen Bilder werden im Proxyserver dieses Netzwerks für eine vorbestimmte Dauer gespeichert.
2. Wenn ein mobiles Endgerät ermittelt, dass der Benutzer ein Bild gemeinsam mit einem anderen Teilnehmer zu nutzen versucht, das bereits gemeinsam genutzt worden ist (mit diesem oder einem anderen Teilnehmer), sendet das Endgerät einen Hash-Wert (oder eine Prüfsumme) der Datei an den Proxyserver. Der Hash-Wert kann relativ klein sein, in der Größenordnung einiger zehn Bytes.
3. Bei Empfang des Hash-Werts ersetzt der Proxyserver den Hash-Wert mit der schnellzugriffsgerecht gespeicherten Kopie des Bildes und leitet die Nachricht an den Empfänger weiter.
4. Wenn der Proxyserver keine schnellzugriffsgerecht gespeicherte Kopie des Bildes hat, fordert der Proxyserver den Absender auf, das ursprüngliche Bild an den Proxyserver zu übertragen, wo eine Kopie schnellzugriffsgerecht gespeichert wird, bevor das Bild an den Empfänger weitergeleitet wird.

Diese Prozedur ist im Nachrichtenfluss auf der rechten Seite von 2 dargestellt, wobei die Darstellung auf der linken Seite den Ansatz nach dem Stand der Technik demonstriert.
Es ist zu erwarten, dass bestimmte Dateien (zum Beispiel Videoausschnitte eines Fußballtors oder ein lustiger Werbespot) bei Benutzern sehr beliebt sein werden und potentiell an einen gegebenen Benutzer während mehrerer Gesprächsverbindungen mit weiteren anderen Benutzern übertragen werden. Es kann schwierig für Benutzer sein, zu wissen, ob ein bestimmter Inhalt bereits heruntergeladen worden ist und auf seinem Telefon verfügbar ist oder nicht, und potentiell muss ein Benutzer mehrmals auf einen gegebenen Inhalt warten und/oder dafür bezahlen.
Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, im sendenden Endgerät für ein Bild bzw. einen Videoausschnitt eine Signatur zu berechnen, zum Beispiel eine Prüfsumme oder eine Inhaltskennung, bevor es bzw. er gesendet wird. Diese kann aus den Bilddaten selbst berechnet werden, zum Beispiel ein Hash-Wert der Daten. Bevor der tatsächliche Inhalt gesendet wird, wird nur die Signatur übertragen, wonach bei Bedarf der Inhalt folgt. Durch Prüfen der Signatur kann die Benutzeranwendung im Empfänger prüfen, ob der Inhalt schon empfangen worden ist und ob er im Gerät verfügbar ist. Wenn ja, kann das Herunterladen der Datei abgebrochen werden.
Alternative Lösungen sind möglich:

1) Die Signatur wird aus dem Inhalt auf eine solche Weise berechnet, dass sie den Dateinamen nicht enthält; das heißt, auch wenn der Name der Datei geändert wird, wird sie als ein Duplikat erkannt.
2) Statt die Signatur aus den Bilddaten selbst zu berechnen, kann die Signatur datenunabhängig sein, indem sie erzeugt wird, wenn der Inhalt erzeugt wird (zum Beispiel. eine Zufallszahl). Diese Lösung kann weniger kompliziert sein.

Die Erfindung trifft auch für normale Internet-Mail zu, wo das gleiche Dokument oder die gleiche Datei mehrmals empfangen werden kann, ohne dass der Benutzer weiß, ob sie bereits verfügbar ist oder nicht.

Claims

Verfahren zur Optimierung der Nutzung der Übertragungsbandbreite in einem Kommunikationssystem, wobei das Verfahren für Daten, die über eine Schnittstelle von einem ersten an einen zweiten Knoten gesendet werden sollen, die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen im ersten Knoten, ob die Daten vorher an den zweiten Knoten oder einen anderen Knoten gesendet worden sind oder nicht; wenn die Daten vorher gesendet worden sind, Erzeugen einer Signatur für den Dateninhalt, Senden der Signatur vom ersten an den zweiten Knoten oder an einen Zwischenknoten auf dem Übertragungsweg, im zweiten Knoten oder im Zwischenknoten erfolgendes Vergleichen der Signatur mit Signaturen für in diesem Knoten gespeicherte Daten und Senden der Daten vom ersten an den zweiten Knoten über die Schnittstelle nur dann, wenn die empfangene Signatur nicht mit einer Signatur für gespeicherte Daten übereinstimmt; und wenn die Daten nicht vorher gesendet worden sind, Senden der kompletten Daten an den zweiten Knoten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kommunikationssystem ein drahtloses Mobilfunk-Kommunikationsnetz ist und die Schnittstelle die Luftschnittstelle ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Daten einem Stand- oder Videobild oder einer E-Mail entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Knoten Teilnehmer-Endgeräte sind und der Zwischenknoten vorhanden ist und als ein Proxy-Server fungiert, wobei Daten, die zum ersten Mal zwischen Teilnehmer-Endgeräten gesendet werden, schnellzugriffsgerecht gespeichert werden und in dem Fall, wo die empfangene Signatur mit einer Signatur für gespeicherte oder schnellzugriffsgerecht gespeicherte Daten übereinstimmt, die Daten durch den Zwischenknoten an den zweiten Knoten gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der zweite Knoten ein Teilnehmer-Endgerät ist und der erste Knoten ein Knoten ist, in dem Inhalt gespeichert ist, wobei die Signatur im ersten Knoten erzeugt und an den zweiten Knoten gesendet wird, wobei der zweite Knoten auf der Grundlage des Signaturvergleichs imstande ist, zu bestimmen, ob er die Daten, die gesendet werden sollen, bereits empfangen hat oder nicht, und wenn die Daten bereits gesendet worden sind, das Senden abgebrochen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Daten Multimedia-Daten sind, die während einer leitungsvermittelten Sprachverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten gesendet werden.