Systèmes multimédia répartis & QoS Master2p GI 2003-2004 UE « Études dapprofondissement » Hugo ETIÉVANT

Systèmes multimédia répartis & QoS

Master2p GI 2003-2004UE « Études d’approfondissement »

Hugo ETIÉVANT

Systèmes multimédia répartis et qualité de serviceHugo ETIEVANT

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PlanContexte historiqueQoSÉvolution

MatérielsInfrastructuresProtocolesLogiciels

Application concrète : SMILPerspectivesConclusione-bibliographie

plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio


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Démocratisation du Web

temps

nombre d’internautes(en millions)

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

0

20

60

100

140

d’après : Hobbes’s Internet Timeline © Robert H Zakon, 2002

1990 : quelques centaines de milliers2003 : 160 millions



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Le new deal !Centres d’intérêts des internautes très divers

offre de services variée

Internet est un businessforte concurrence (matériel, logiciel, contenu, connexion)

Investissements importants publics et privésinfrastructures de qualité sans cesse renouvelées

Moteur pour la recherchenouvelles technologies exploitées de suite



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Explosion générale

Nombre d’internautes

Nombre de sites web

TraficPerformances



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Évolution des réseauxplan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio

Technologiecuivre RTC, fibre optique, satellite

DébitRTC (28 kb/s), ADSL (512 kb/s), T1 (1.5 Mb/s), OC-192 (10 Gb/s)

Contenu texte, image, musique, voix, vidéo

DR

DR

DR


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Infrastructure

© TeleGeography Inc, 2003



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Bande passante agrégéeÉnormément de communications inter-continentales

Médias lourds non traditionnels : câbles sous-marins et liaisons satellites

d’après : © TeleGeography Inc, 2001

US & Canada Europe

Asie &Pacifique

Amériquelatine et

Caraïbes

Afrique

162 Gb/s41.8 Gb/s

68 Mb/s

445

Mb/

s

14 G

b/s

766 Mb/s

1.7 Gb/s



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Évolution des contenusAvant

Textes

Peu d’images

Web statique

AprèsImages de grande qualité

Vidéos

Musiques

Graphismes évolués

Web dynamique

Interactivité accrue

Forteattractivité

de l’Internet

Grandnombre

d’internautes

Profusiondes

contenus



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fond.png

site B

Structure répartie d’une page web

<html><body background=…> <script src=…></script> <img src=… /></body></html>

site A

home.html

news.js

…

site C

visiteur

référence

qualité du média


image.jpg

site D

DR


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Aux origines…Internet asynchrone

Architecture commune aux données, voix, vidéos…

Principes de base d’Internet :simplicité

robustesse

universalité

« On part près pour aller loin. »



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Problèmes d’aujourd’huiDélais prohibitifs

Gigue

Perte de paquets

Congestions


DR


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SolutionsAméliorer les capacités de transport

Utiliser au mieux la bande passante

Améliorer la puissance des routeurs

Améliorer les algorithmes d’ordonnancement

Isoler les types de flux



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QoS : définitionQoS : « Quality of service » (qualité de service), assurer aux internautes un confort optimal.World Wide WaitChargement 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.



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Nouveaux servicesVidéo à la demandee-TV interactiveTemps réel continu Jeux en réseauxLogiciels collaboratifs

A chaque type de service correspondent des contraintes de qualité différentes parfois antagonistes d’où la nécessaire différenciation de traitement



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Nouvelles contraintesAuthentification (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)



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Comment garantir la QoS ?plan | contexte | QoS | évolution | SMIL | perspectives | conclusion | e-biblio

Marquer les paquets

Isoler les classes de trafic

Réservation de ressources selon les services


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Solution matérielleMédia

Fibres optiques• Peu chères• Fiabilité très élevée (taux d’erreur :10-12)

• Très haut débit (10 Gbps)

Hertzien • Haut débit• Grande couverture


DR

DR


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Solution matérielle

Les routeurs ne commutent plus assez vite pour supporter les débits qu’on leur injecte !

19901

10

100

1000

d’après : SPEC95Int & David Miller, Stanford

1

10

100

1000

2x / 18 mois 2x / 7 mois

Vitesse routeursCPU

Vitesse liensGbp

1995 2000 1990 1995 2000

TDM

DW

DM



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Solution matérielleRouteurs hautes performances

1ère génération (capacité < 500 Mbps)

CPUTable

deroutage

Mémoire

Interface

MAC

Interface

MAC

Interface

MAC

(1)

(2)

(3)

(4)

Bus DMA



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Mémoire• Temps d’accès réduit

• Quantité adressable plus importante

Bus• Contrôleurs plus rapides

CPU• Fréquence d’horloge plus élevée

• Diminuer le nombre d’opérations de traitement par paquet

DR

DR

DR


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© Conduc PHAM



23 / 57


© Conduc PHAM



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2nd génération (capacité < 5 Gbps)

CPUTable

deroutage

Mémoire

Bus DMA

cache deroutage

buffer

MAC

cache deroutage

buffer

MAC

cache deroutage

buffer

MAC

(1)

(2)

(3)

cache buffer



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3ème génération (capacité < 50 Gbps)

cache deroutage

buffer

MAC

cache deroutage

buffer

MAC

CPU

Tablede

routage

(1) (2)

parallélisme



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4ème génération (> 200 Gps)

• Grappe de routeurs de 3ème génération

• Liens optiques

Cis

co G

SR

12

41

6 (

16

0G

b/s

)

Actuellement = 640 Gbps


DR


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Futur• Commutation optique

– Moindre consommation énergétique– Commutation de circuit


DR


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Routeur de frontière

Routeur de cœur

Cœur du réseau


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Solution d’infrastructureCache web et proxy


x x x

clients

proxy

caches coopérantsICP, HTCP, CRISP, CARP, Digests

serveurs


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Solution d’infrastructureCache 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



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Solution protocolaire : HTTP1.1Datation de tout document émis

Date: Fri, 31 Dec 1999 23:59:59 GMTLast-Modified: Fri, 31 Dec 1999 23:59:59 GMT

Méthode HEADHEAD /index.html HTTP/1.1

Méthode GET conditionnelleGET /index.html HTTP/1.1If-Modified-Since: Fri, 31 Dec 1999 23:59:59 GMTHTTP/1.1 304 Not ModifiedDate: Fri, 31 Dec 1999 23:59:59 GMT

Envoi d’une sous-partieGET /index.html HTTP/1.1[If-]Range: bytes=500-600,800-850HTTP/1.1 206 Partial contentContent-Range: bytes 500-600/47022



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Solution protocolaire : HTTP1.1Cachabilité

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)



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Solution protocolaire : IPv6Sécurité

Confidentialité

Authentification

Intégrité

RoutageDétermination du meilleur chemin

Adressage dynamique pour les mobiles

QoSPrioritésTemps réelDifférentiation des services



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Solution logicielleAlgorithmes d’ordonnancement

FIFO + Drop-tail• Premier arrivé, premier servi

les paquets surnuméraires sont perdus (saturation de la file d’attente)


file d’attente

routagedélétions


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Round Robin (RB)• Une file par classe de trafic = isolation

traitement cyclique de chaque file


routage

FIFO

FIFO

FIFO


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Weighted Round Robin (WRB)• Pondération* des classes de trafic = priorités

plus équitable


routage

FIFO

FIFO

FIFO

Poids = 3

Poids = 6

Poids = 1

* Nombre de paquets par cycle.


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Generalized Processor Sharing (GPS)• Service infinitésimal par classe = fluidité• Non implémentable !!!

– Algorithme complexe– Paquets atomiques



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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


5

8

10+ =

sortieflow 1 flow 2


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Weighted Fair Queuing (WFQ)• FQ + WRB• Pondération temporelle des classes de traffic



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Solution logicielleContrôle 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)

0

1

mint maxt

Probabilitéde délétion

Taille de la file

maxp

t

P

file

mintmaxt t


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ARED• Adaptation dynamique de maxp à la charge

moins sensible au paramétrage de maxp


si (t < mint) alors maxp--

si (t > maxt) alors maxp++


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Token Bucket• Sys à jetons, modèle de service = délai garanti


b : capacité

r jetons par seconde

régulateur

R : capacitéligne d‘arrivée

flux de sortie b*R(R-r)

Bits

Secondes

pente r

pente R

Courbe des sorties

Bits

Secondes

Ligne d’arrivée


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Grandes famillesBest Effort

« On part près pour aller loin » !

Integrated Services (IntServ)Réservation de ressource (RSVP)Ordonnancement (WFQ)Contrôle de congestion (RED)

Differentiated Services (DiffServ)Priorités payantesIsolationSuppression de paquets


QoS

ComplexitéBest Effort

DiffServ

IntServ


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Le langage SMIL

Validé par le W3CGrammaire XMLDédié multimédia (texte, image, vidéo, son, animation, flot…)

Synchronisation forteQualité de serviceAdaptatif (langue, bande passante, non voyants)

InteractifIntégration aux pages web (nécessite une visionneuse : RealOne, IE5.5, QuickTime…)

Synchronized Multimedia Integration Language



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HistoriqueDates importantes

1996 : W3C Workshop1998 : SMIL 1.0 Recommendation2001 : SMIL 2.0 Recommendation

Groupe de travailÉditeurs de logiciels

• Macromedia, Microsoft, Oratrix, RealNetworks

Constructeurs• IBM, Intel, Nokia, Philips, Panasonic

Laboratoires de recherche• CWI, NIST



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SpécificationsTypes de ressources multimédia

Texte (<text>)Flux de texte (<texstream>)Image (<img>)Audio (<audio>)

<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://www.cwi.nl/SMIL/video.rm" /><animation src="cute.anim" />

Vidéo (<video>)Animation (<anim>)Autre (<ref>)



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SpécificationsDisposition 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>

root-layout

region

right

bottom

width

height

lefttop



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SpécificationsContenu alternatif

utilisateur

matériel

réseau

logiciel

<switch><video system-bitrate="44000" src="interview.mpeg" /><img system-bitrate="16000" src="bill-gates.png" />

</switch>

systemLanguagesystemCaptionssystemAudioDescsystemOverdubOrSubtitlesystemBitratesystemCPUsystemScreenSizesystemScreenDepthsystemOperatingSystemsystemComponentsystemRequired



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SpécificationsAttributs de temps

début (begin)

fin (end)

durée (dur)

répétition (repeatdur, repeatcount)

parallèle/séquence (<par>, <seq>)

<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>

text

video

audio

0 1 2 3 4 5 Temps (s)

1.4s

0.5s

5s



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SpécificationsAccessibilité

description (title, alt, longdesc, abstract)

méta informations (<meta>, RDF)

Interactivitéévènements

liens, ancres

zones

Transitions, hiérarchies…



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Exemple<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>

entê

teco

rpsfic

hier

SM

IL

définition des zones multimédias

zone de basezones

insertion d’une vidéo dans une zoneinsertion d’un flot de texte

zone

s

alternativeattribut test

grou

pem

ent e

n pa

rallè

le

séqu

ence

hyperlien temporel

méta balise

insertion d’une animation

insertion d’un son accessibilité



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Exemple

Labo numérique

animation

blah blah blaaaah…

texte

graphique

flux vidéo

flux texte

image fixe


DR

DR


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Adaptations envisagéesTéléphonie mobile

Le client mobile change les ‘layout’ de disposition pour s’adapter à son petit écran.

Formulaires XformsFormulaires évolués et interactifs.

SMIL & MPEG-7Description des vidéos

&



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PerspectivesVidéo et musique à la demandee-TV interactive, e-learning (SMILthèques)…Logiciels collaboratifsUltra adaptabilité (PDA, mobile, réfrigérateur, cartable, tableau d’école…)

Cartable électronique

PDA

TV interactive Tableau blanc électronique


DR

DR

DR

DR


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ConclusionEngouement pour Internet

Moteur pour la technologie• Innovations • Business• Enseignement

QoSRévolution

• Nouveaux services– Qualité contrôlée

– Internet payant

Espace de liberté réduit ?


DR

DR


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e-BiblioSMIL

RENATER 3 (renater.fr)

W3C SYMM working group – CWI (cwi.nl)

C-SMIL (Club des utilisateurs de SMIL)

Multimedia Web Forms (x-smiles.org)

RéseauxConduc PHAM (ens-lyon.fr)

Olivier AUBERT (bat710.univ-lyon1.fr)

GraphiquesTelegeography.com



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Merci de votre attention.

Cette présentation est disponible en ligne :http://cyberzoide.developpez.com/Master/QoS.pdf

Documents

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