Systèmes multimédia répartis & QoS

Systèmes multimédia répartis & QoS
Bonjour à tous Je vais vous présenter la gestion de la qualité de service sur Internet en vue de la distribution de ressources multimédias réparties. Hugo ETIÉVANT Master2p GI UE « Études d’approfondissement »

Démocratisation du Web
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Démocratisation du Web 1990 : quelques centaines de milliers 2003 : 160 millions nombre d’internautes (en millions) 140 100 60 20 Les pays en voie de développement s’y mettent aussi ! Internet est associé aux concepts d’échange, de liberté. Évolution exponentielle. temps 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 d’après : Hobbes’s Internet Timeline © Robert H Zakon, 2002

Le new deal ! Centres d’intérêts des internautes très divers
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Le new deal ! Centres d’intérêts des internautes très divers offre de services variée Internet est un business forte concurrence (matériel, logiciel, contenu, connexion) Investissements importants publics et privés infrastructures de qualité sans cesse renouvelées Moteur pour la recherche nouvelles technologies exploitées de suite

Bande passante agrégée
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Bande passante agrégée d’après : © TeleGeography Inc, 2001 US & Canada Europe Asie & Pacifique Amérique latine et Caraïbes Afrique 162 Gb/s 41.8 Gb/s 68 Mb/s 445 Mb/s 14 Gb/s 766 Mb/s 1.7 Gb/s Énormément de communications inter-continentales Médias lourds non traditionnels : câbles sous-marins et liaisons satellites Bande passante très disparâtre entre les différents continents

Évolution des contenus
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Évolution des contenus Avant Textes Peu d’images Web statique Après Images de grande qualité Vidéos Musiques Graphismes évolués Web dynamique Interactivité accrue Forte attractivité de l’Internet Grand nombre d’internautes Les sites étaient dédoublés en de multiples versions selon la bande passante du média chez le visiteur. Ce sont les avancées technologiques qui ont permi ce changement comportemental chez les webmestres. Images : Petite taille, Faible résolution, Peu de couleurs, Fortement compressées Animations : Scripts plutôt que vidéos De telles contraintes limitaient : sites avec bcp d’infos : cnn, univ… Pas adapté aux jeux, amusement… Profusion des contenus

Structure répartie d’une page web
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Structure répartie d’une page web <html> <body background=…> <script src=…></script> <img src=… /> </body> </html> site A home.html fond.png site B news.js … site C image.jpg site D DR Un page est l’assemblage de nombreuses entitées de type, de taille et de localisation variés. Ces différentes ressource sont réparties sur des serveurs de performance différentes et desservis par des médias de qualité différente. Une page est un agrégat de ressources multimédias délocalisées et de types différents (texte, image, vidéos, musique, son) Tous ces éléments parcourent des chemins différents pour parvenir à l’internaute Ces chemins sont constitués de liens de qualité diverses Ces éléments ne parviennent pas au même moment ni avec la même qualité à l’internaute Le webmaster n’a aucun contrôle sur la synchronisation globale des éléments les uns par rapport aux autres Les éléments d’une même page sont donc totalement désynchronisés à leur arrivée -> perte d’information ? visiteur référence qualité du média

QoS : définition QoS : « Quality of service » (qualité de service), assurer aux internautes un confort optimal. World Wide Wait Chargement immédiat des pages, éléments graphiques de qualité, services temps réels (video streaming) efficaces, synchronisation, interactivité… Internet était lent, moche et statique. Internet v2 sera rapide, beau et interactif.

Nouveaux services Vidéo à la demande e-TV interactive
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Nouveaux services Vidéo à la demande e-TV interactive Temps réel continu Jeux en réseaux Logiciels collaboratifs A chaque type de service correspondent des contraintes de qualité différentes parfois antagonistes d’où la nécessaire différenciation de traitement

Nouvelles contraintes
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Nouvelles contraintes Authentification (VPN) Confidentialité (paiement en ligne) Intégrité (transfert de fichier) Gigue contrôlée (vidéo) Flux prioritaires (services payants) Contrôle de congestion (continuité de service) Calcul de chemin (détection des pannes) Gigue = taux de variation de la latence du réseau

d’après : SPEC95Int & David Miller, Stanford
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution matérielle Vitesse routeurs CPU Vitesse liens Gbp 1000 1000 DWDM 100 100 10 10 TDM 2x / 18 mois 2x / 7 mois 1 1 1990 1995 2000 1990 1995 2000 d’après : SPEC95Int & David Miller, Stanford Les routeurs ne commutent plus assez vite pour supporter les débits qu’on leur injecte !

Solution matérielle Routeurs hautes performances
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution matérielle Routeurs hautes performances 1ère génération (capacité < 500 Mbps) CPU Table de routage Mémoire (3) (2) (4) Bus DMA Tout paquet qui se présente sur une interface d’entrée est envoyé au bus DMA qui le place dans une file d’attente en mémoire, le CPU interroge la table de routage pour savoir vers quelle interface de sortie renvoyer le paquet. Le routeur sature et ne fait plus que des interuiptions à 100 Mbps ! (1) Interface MAC Interface MAC Interface MAC

Solution matérielle Routeurs hautes performances Mémoire CPU Bus
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution matérielle Routeurs hautes performances Mémoire Temps d’accès réduit Quantité adressable plus importante DR CPU Fréquence d’horloge plus élevée Diminuer le nombre d’opérations de traitement par paquet DR Bus Contrôleurs plus rapides DR

Solution matérielle Ces améliorations ne suffisent pas à faire face aux capacités des liens. © Conduc PHAM

Solution matérielle © Conduc PHAM

plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution matérielle Routeurs hautes performances 2nd génération (capacité < 5 Gbps)  cache  buffer CPU Table de routage Mémoire Bus DMA (2) (1) Les cartes d’interfaces disposes d’une mémoire et d’une copie partielle et locale de la table de routage. Ainsi, un paquet est directement routé d’interface à interface : on gagne un passage sur le bus. Le CPU et la mémoire centrale ne sont plus sollicités. Remontés exceptionnelles vers le CPU si le chemin est absent du cache. (3) cache de routage buffer MAC cache de routage buffer MAC cache de routage buffer MAC

plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution matérielle Routeurs hautes performances 3ème génération (capacité < 50 Gbps)  parallélisme (1) (2) Les interfaces ne sont plus en bus mais en parallèle : réseau de communication commuté entre cartes. cache de routage buffer MAC cache de routage buffer MAC CPU Table de routage

Solution d’infrastructure
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution d’infrastructure Cache web et proxy serveurs caches coopérants ICP, HTCP, CRISP, CARP, Digests Cache web : copie locales temporaire de ressources web. Proxy : intermédiaire transparent pour sécuriser un réseau interne. Architecture hiérarchique et distribuée (mixte). Politique de remplacement : les + vieux, les + volumineux, les – sollicités. ICP : Internet Cache Protocol, basé sur UDP (estimation perf réseau) ; prob : faux hits, redimensionnement, sécurité, introduct° de délais HTCP : HyperText Caching Protocol (dérive de ICP, rajoute les headers, ctrl des caches distants) CRISP : ensemble de caches autonomes, répertoires partagés via un service de localisation commun, réplication des données CARP : Cache Array Routing Protocol, répartition des URL par hashage (cf. CORBA) DIGEST : envoi périodique de résumés condensés des contenus des caches, économie de BP (50% ICP), réduction charge CPU, transmission des deltas x x x proxy clients

Solution d’infrastructure
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution d’infrastructure Cache web et proxy Intérêts pour l’utilisateur : Économie bande passante : plus rapide Robustesse : tolérance aux pannes Filtrages Intérêts pour le serveur : Réduction congestion Améliorations performances Diminution trafic : économies équipement Inconvénients : Cohérence (mises à jour) Problème juridique (confidentialité, copyright) Mesure d’audience minorée Filtrage : dégradation de la qualité des ressources multimédia, conversion de format pour s’adapter à la bande passante du client anonymisation suppression des bannières de pub (junkbuster.com) sécurité anti-virus Etc… Une page cachée peut ne pas être à jour (balise meta HTML, requête HTML : If-Modified-Since) ! SQUID ne cache pas les pages sécurisées. L’analyse de l’audience d’un site est faussée par les caches (fichiers de log).

Solution protocolaire : HTTP1.1
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution protocolaire : HTTP1.1 Datation de tout document émis Date: Fri, 31 Dec :59:59 GMT Last-Modified: Fri, 31 Dec :59:59 GMT Méthode HEAD HEAD /index.html HTTP/1.1 Méthode GET conditionnelle GET /index.html HTTP/1.1 If-Modified-Since: Fri, 31 Dec :59:59 GMT HTTP/ Not Modified Date: Fri, 31 Dec :59:59 GMT Envoi d’une sous-partie GET /index.html HTTP/1.1 [If-]Range: bytes= , HTTP/ Partial content Content-Range: bytes /47022 GET conditionnel : attention pages dynamique (PHP) -> cache PHP & MySQL…

Solution protocolaire : HTTP1.1
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution protocolaire : HTTP1.1 Cachabilité âge d’une ressource (age), restrictions (cache-control) expiration (max-age, max-fresh, max-stale) transformations (no-transform) revalidation (no-cache, only-if-cached, must-revalidate, proxy-revalidate) AGE : Entête « Age » pour calculer l’âge d’un document = somme des temps écoulés dans chacun des caches depuis le serveur original + les temps de transit sur le réseau. CACHE (serveur) : « Cache-Control » : « public | private (cache non public) | no-cache (cacher) | no-store (stockage non volatile) » EXPIRATION (client) : « max-age|fresh|stale : delta » le client accepte une réponse d’age max delta, veut une réponse qui sera encore valable pendant au moins delta secondes, accepte une réponse expirée TRANSFORMATION : « no-transform » certaines appli ne tolèrent pas la transfo (domaine médical) REVALIDATION (client) : « no-cache, only-if-cached, must-revalidate, proxy-revalidate »

Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement FIFO + Drop-tail
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement FIFO + Drop-tail Premier arrivé, premier servi les paquets surnuméraires sont perdus (saturation de la file d’attente) file d’attente délétions routage

Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement Weighted Round Robin (WRB) Pondération* des classes de trafic = priorités plus équitable FIFO Poids = 3 FIFO Poids = 6 FIFO routage Poids = 1 * Nombre de paquets par cycle.

plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement Generalized Processor Sharing (GPS) Service infinitésimal par classe = fluidité Non implémentable !!! Algorithme complexe Paquets atomiques Non implémentable car les paquets ne peuvent pas être coupé de façon infinitésimale. Algorithme compliqué.

Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement Fair Queuing (FQ)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Algorithmes d’ordonnancement Fair Queuing (FQ) Équilibre des flows = gigue contrôlée calcul du temps d’émission d’un paquet selon le modèle GPS envoi du paquet afin qu’il sorte à la date calculée plutôt flow 1 flow 2 sortie + = 10 8 5

Solution logicielle Contrôle de congestion
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Contrôle de congestion Random Early Detection (RED) Perte volontaire de paquets ! Répartition équitable des rejets Prévient les congestions Paramétrage délicat de maxp si (t <= mint) alors rien faire si (t >= maxt) alors supprimer paquet si (mint < t < maxt) alors supprimer un paquet selon la probabilité : P = maxp * (t - mint) / (maxt - mint) 1 mint maxt Probabilité de délétion Taille de la file maxp t P Suppression préventive et automatique des paquets. Perte de paquets même en absence de congestion !!!!!!!!! file mint maxt t

Solution logicielle Contrôle de congestion ARED
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Contrôle de congestion ARED Adaptation dynamique de maxp à la charge moins sensible au paramétrage de maxp si (t < mint) alors maxp-- si (t > maxt) alors maxp++ Plus on dépassera souvent maxt, plus on supprimera de paquets…

Solution logicielle Contrôle de congestion Token Bucket
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Solution logicielle Contrôle de congestion Token Bucket Sys à jetons, modèle de service = délai garanti Bits Secondes Ligne d’arrivée b : capacité r jetons par seconde régulateur R : capacité ligne d‘arrivée flux de sortie Courbe des arrivées : enveloppe du trafic. b*R(R-r) Bits Secondes pente r pente R Courbe des sorties

Grandes familles Best Effort Integrated Services (IntServ)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Grandes familles Best Effort « On part près pour aller loin » ! Integrated Services (IntServ) Réservation de ressource (RSVP) Ordonnancement (WFQ) Contrôle de congestion (RED) Differentiated Services (DiffServ) Priorités payantes Isolation Suppression de paquets ReSerVation Protocol QoS Complexité Best Effort DiffServ IntServ

Le langage SMIL Synchronized Multimedia Integration Language
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Le langage SMIL Synchronized Multimedia Integration Language Validé par le W3C Grammaire XML Dédié multimédia (texte, image, vidéo, son, animation, flot…) Synchronisation forte Qualité de service Adaptatif (langue, bande passante, non voyants) Interactif Intégration aux pages web (nécessite une visionneuse : RealOne, IE5.5, QuickTime…) SMIL va remplacer le HTML car il exploite les atouts de la QoS de IPv6.

Historique Dates importantes Groupe de travail 1996 : W3C Workshop
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Historique Dates importantes 1996 : W3C Workshop 1998 : SMIL 1.0 Recommendation 2001 : SMIL 2.0 Recommendation Groupe de travail Éditeurs de logiciels Macromedia, Microsoft, Oratrix, RealNetworks Constructeurs IBM, Intel, Nokia, Philips, Panasonic Laboratoires de recherche CWI, NIST CWI : National Research Institute for Mathematics and Computer Science in the Netherlands NIST : National Institute of Standards ans Technology (US) Oratrix : create the Web's most complete streaming media presentations (SMIL)

Spécifications Types de ressources multimédia Texte (<text>)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Spécifications Types de ressources multimédia Texte (<text>) Flux de texte (<texstream>) Image (<img>) Audio (<audio>) Vidéo (<video>) Animation (<anim>) Autre (<ref>) <ref src="anything.???" /> <text src="data/desc/051.html" /> <textstream src="sous-titres.rt" /> <img src="dessin.gif" /> <audio src="sonnerie.wav" /> <video src="rtsp:// /> <animation src="cute.anim" />

Spécifications Disposition spatiale (<layout>)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Spécifications root-layout region right bottom width height left top Disposition spatiale (<layout>) régions (<region>) marges (top, bottom, left, right) dimensions (width, height) profondeur (z-index) alignement (topleft, …) Remplissage de l’espace (fit) feuille de style (CSS) <layout> <root-layout id="SMIL" width="250" height="200" /> <region id="r1" z-index="2" width="25%" height="18%" left="12%" top="10%" /> <region id="r2" z-index="1" top="30" width="80%" height="60%" /> </layout>

Spécifications Contenu alternatif utilisateur matériel réseau logiciel
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Spécifications Contenu alternatif utilisateur matériel réseau logiciel systemLanguage systemCaptions systemAudioDesc systemOverdubOrSubtitle systemBitrate systemCPU systemScreenSize systemScreenDepth systemOperatingSystem systemComponent systemRequired SMIL vérifie si la solution la plus couteuse peu être satisfaite. <switch> <video system-bitrate="44000" src="interview.mpeg" /> <img system-bitrate="16000" src="bill-gates.png" /> </switch>

Spécifications Attributs de temps début (begin) fin (end) durée (dur)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Spécifications Attributs de temps début (begin) fin (end) durée (dur) répétition (repeatdur, repeatcount) parallèle/séquence (<par>, <seq>) text video audio 1 2 3 4 5 Temps (s) 1.4s 0.5s 5s <par endsync="first"> <text src="leader_title.html" region="title" dur="5s" /> <video id="v1" src="cnn.mpg" region="main" begin="1.4s" /> <audio src="cnn.aiff" region="music" begin="id(v1)(0.5s)" /> </par>

groupement en parallèle
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Exemple méta balise définition des zones multimédias <smil> <head> <meta name="title" content="Exemple de fichier SMIL" /> <layout> <rout-layout background-color="#FF0000" height="200" width="300" /> <region id="video" top="5" left="5" height="170" width="290" /> <region id="text" top="180" left="5" height="20" width="290" /> </layout> </head> <body> <par> <video src="video.rm" region="video" title="Ma vidéo" /> <switch> <text stream src="text-fr.rt" region="text" system-language="fr" /> <text stream src="text-en.rt" region="text" system-language="en" /> </switch> <seq> <animation src="flash.swf" begin="2.5s"> <anchor href="home.smi" coords="40%,70%,55%,100%" begin="4.3s" end="6.8s" /> </animation> <audio src="audio.mp3" clip-begin="5.6s" alt="…" longdesc ="…" /> </seq> </par> </body> </smil> zones zone de base zones entête insertion d’une vidéo dans une zone insertion d’un flot de texte alternative groupement en parallèle attribut test fichier SMIL insertion d’une animation corps hyperlien temporel séquence insertion d’un son accessibilité

Perspectives Vidéo et musique à la demande
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Perspectives PDA Vidéo et musique à la demande e-TV interactive, e-learning (SMILthèques)… Logiciels collaboratifs Ultra adaptabilité (PDA, mobile, réfrigérateur, cartable, tableau d’école…) DR Concert de David Bowi retransmit en haut débit dans de nombreuses salles de cinéma. Jeux télévisés en temps réel avec participation des téléspectateurs. Interonnection de tous les objets du quotidien. DR DR DR Cartable électronique TV interactive Tableau blanc électronique

Conclusion Engouement pour Internet QoS Moteur pour la technologie
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio Conclusion Engouement pour Internet Moteur pour la technologie Innovations Business Enseignement QoS Révolution Nouveaux services Qualité contrôlée Internet payant  Espace de liberté réduit ? DR La QoS apporte le contrôle qualité qui fesait défaut à ces débuts. Ce contrôle légitimise les futurs services payants. Espace de liberté réduit ? DR

e-Biblio SMIL Réseaux Graphiques RENATER 3 (renater.fr)
plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio e-Biblio SMIL RENATER 3 (renater.fr) W3C SYMM working group – CWI (cwi.nl) C-SMIL (Club des utilisateurs de SMIL) Multimedia Web Forms (x-smiles.org) Réseaux Conduc PHAM (ens-lyon.fr) Olivier AUBERT (bat710.univ-lyon1.fr) Graphiques Telegeography.com

Merci de votre attention. Cette présentation est disponible en ligne :

Systèmes multimédia répartis & QoS

Présentations similaires

Présentation au sujet: "Systèmes multimédia répartis & QoS"— Transcription de la présentation:

Présentations similaires

Notre projet

Feed-back

Entrer

S'autoriser via un réseau social:

Systèmes multimédia répartis & QoS

Présentations similaires

Présentation au sujet: "Systèmes multimédia répartis & QoS"— Transcription de la présentation:

Présentations similaires

Notre projet

Feed-back