A new approach for enabling seamless switching in 5G broadcast

Within the 5G standard, there is an increasing interest in the support of mobile broadcast channels, an alternative way to transmit and deliver multimedia content simultaneously to large numbers of users. From traditional media channels such as TV and radio, to government official communications and warning systems or popular internet-based content and multimedia delivery networks, one-to-many broadcast or multicast transmissions are extremely frequent and represent a sizable portion of all data received from an average consumer. With its lower entry barrier for receiver end-points (no SIM card, data plan or specialized antenna are required), the 5G Broadcast technology is expected to represent a relevant fraction of the associated infrastructure in the years to come. This type of communication is not without faults: its connection can be less robust than the one-to-one 5G broadband and more prone to interferences on the signal, resulting in frequent interruptions of the delivered content. To guarantee a continuous user experience in a video streaming, efforts have been made in the creation of seamless switching functionalities, capable of merging data received by the broadcast transmission with a backup broadband connection, in a transparent way for the user. This thesis proposes a new approach to this problem by including seamless switching at the heart of the receiving software. The document discusses its implementation in a working prototype developed for this purpose and analyzes the results collected in realistic use-case scenarios of television channels transmission. The advantages of incorporating the proposed solution in the current receiver technology are explored, with particular attention to the significantly increased amount of time guaranteed to backup systems for their role and the resulting improved reliability of the overall system.

All’interno dello standard 5G è in aumento l’interesse dedicato al supporto di canali broadcast mobili, un metodo di trasmissione alternativo per fornire contenuti multimediali simultaneamente a un grande numero di utenti. Dai media tradizionali come TV e radio, alle comunicazioni governative ufficiali e ai sistemi d’allerta, fino ai popolari contenuti internet e le reti di distribuzione multimediale, le trasmissioni “uno a tanti” di tipo broadcast o multicast sono estremamente frequenti e rappresentano una porzione considerevole di tutti i dati ricevuti da un consumatore medio. Con la sua maggiore accessibilità per i dispositivi di ricezione (non sono necessarie schede SIM, piani dati o antenne specializzate), si prevede che la tecnologia 5G Broadcast rappresenterà una frazione rilevante dell’infrastruttura associata nei prossimi anni. Questo tipo di comunicazione non è privo di difetti: la sua connessione può essere meno robusta della sua controparte “uno a uno” 5G broadband ed è più suscettibile a interferenze sul segnale, creando di conseguenza frequenti interruzioni del contenuto trasmesso. Per garantire un’esperienza continua nello streaming video, sono state sviluppate funzionalità di commutazione ininterrotta (seamless switching), in grado di unire i dati ricevuti dalla trasmissione broadcast a connessioni broadband di riserva, in modo trasparente per l’utente. Questa tesi propone un nuovo approccio a questo problema con l’inclusione del seamless switching nel cuore del software di ricezione. Questo documento discute la sua implementazione in un prototipo funzionante sviluppato per questo scopo e analizza i risultati raccolti negli scenari d’uso realistici della trasmissione di canali televisivi. Sono esplorati i vantaggi dell’integrazione della soluzione proposta nell’attuale tecnologia di ricezione, con particolare attenzione data al significativo aumento del tempo garantito ai sistemi di riserva per svolgere il loro ruolo e al conseguente miglioramento dell’affidabilità dell’intero sistema.