Hogyan hatnak az európai projektek az Internet fejlődésére? avagy: példák a közelmúlt EU-s projektjeinek fejlesztéseiből

Hogyan hatnak az európai projektek az Internet fejlődésére? avagy: példák a közelmúlt EU-s projektjeinek fejlesztéseiből

Dr. Jeney Gábor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Híradástechnikai Tanszék Köszönet a kollégáimnak, Kanizsai Zoltánnak és Huszák Árpádnak a fóliák elkészítéséhez nyújtott segítségükért 2011.06.03.

Az előadás kivonata Az ICT-Optimix projektről dióhéjban Két példát ragadtunk ki: – Anycast alapú visszacsatolás gyűjtő (anycast based feedback aggregation) – DCCP multicast támogatás

Híradástechnikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

2

Az OPTIMIX-ről dióhéjban ICT FP7 (Call 1 projekt) 3 éves – A projekt már véget ért 2011. február 28-án Cél: Jobb videó streaming egy pont—többespont kontextusban vezeték nélküli heterogén rendszerek számára, végponttól végpontig terjedő cross-layer adaptációval – Szofisztikált videó kódolók (SVC, AVC) – Mindent IP csomagok szállítanak – Több párhuzamos felhasználó – Vezeték nélküli linkek a felhasználók felé


3

Partnerek és szerepeik

Projekt koordinátor WP2 vezető (kódolás és moduláció) A közös szimulátor integrátora A valós-idejű demó integrátora

WP1 vezető (ismeretterjesztés és -hasznosítás) MPEG szabványosítás H264/SVC valós-idejű kódoló szállítója

WP3 vezető (hálózati átvitel)

WP4 vezető (valós-idejű demó)

Módosított IEEE 802.11n kártyák szállítója


4

Probléma azonosítás 1 Miért van szükség adaptációra? A multimédia kommunikáció nagy sávszélesség igényű => forráskódolóra van szükség, hogy tömörítsük az információt A vezeték nélküli link minősége időben ingadozik => csatornakódolóra van szükség, hogy védjük az információt a hibák ellen Az alkalmazási rétegben alkalmazott tömörítéshez a fizikai rétegben beillesztett redundancia kapcsolható – A kódolási paraméterek dinamikus megválasztására van szükség


5

Probléma azonosítás 2 Csomageldobások (erőforrás pazarlás) A hagyományos réteges architektúrában – Csomagok/keretek sok szinten eldobódnak • Pl. bithiba miatt – Az eldobott csomagok/keretek újraküldésére van szükség, ami • Legalább megkétszerezi a forgalmat • Erőforrás pazarlás A multimédia forgalomban a bithibák jobban tolerálhatók – A bithibás csomagok/keretek még mindig hasznosak lehetnek – Az újraküldés kifejezettenkerülendő (késleltetés!)


6

A projekt megközelítése

JSCC/D: Joint Source and Channel Coding/Decoding Optimix feltételezi, hogy nincs szándékos csomag/keret eldobás – A meglévő implementációk lévő eldobások kiírtása Két különböző vezérlő egység bevezetése: – Alkalmazás Vezérlő (Application Controller) – Bázisállomás Vezérlő (BS Controller) Jelzési architektúra tervezése amely: – A cross-layer információ átvitelét lehetővé teszi hálózati csomópontok között – A feedback és vezérlő üzenetek átvitelét biztosítja különböző entitások között • Kliensektől a vezérlőkig • Vezérlők között


7

Az Optimix architektúra – Alkalmazás vezérlő: • A forráskódoló paramétereinek és az adatvédelem valós-idejű adaptációja • A tartalomszolgáltató tulajdonában van – Bázisállomás vezérlő: • A csatornakódoló paramétereinek és a használt modulációs sémának kiválasztása, valamint a rádiós erőforrások felhasználók/adatforgalmak közötti elosztása • Hálózat üzemeltető tulajdonában van


8

Alkalmazás Vezérlő

Cél: Az audió/videó folyamok tömörítési és adatvédelmi szintjeinek vezérlése a visszacsatolások alapján Bemenetek: – –

Maximális adatsebesség Csomagvesztés és bithiba arány

Kimenetek: – – – – –

Minőségi paraméterek a videókódolónak Bitsebesség, keretsebesség Kódsebesség a RTP FEC számára Kódsebesség a PECC számára rétegek prioritása (az IP fejlécben)

Optimalizációs időablak: egy másodperc

Ponttól—többespontig terjedő adaptáció a felhasználóktól érkező visszacsatolások klaszterizálásával – Célfelhasználó definiálása nem-skálázható videófolyamhoz (H.264/AVC) – Célfelhasználók definiálása skálázható videófolyamhoz (H.264/SVC) – Számos költségfüggvény definícója


9

Bázisállomás Vezérlő • Cél: a downlink sugárzás időzítése és a közös erőforrások optimális elosztása a felhasználók között • Bemenetek: » Csatorna állapotok » Multimédia folyamok jellemzői » Az Alkalmazás Vezérlő által támasztott QoS követelmények

• Optimalizációs időablak: 1 ms • MIMO OFDMA radióarchitectúra a következő kényszerekkel: » Teljes sugárzási teljesítmény » A videófolyamok sebesség igénye » A TX pufferekben lévő adatok

•

Adaptív moduláció és kódolás a BER/FER követelmények kielégítésére különböző videó prioritásokhoz


10 10

Cross-layer és cross-node jelzésrendszer Cél: A visszacsatolás (feedback) és vezérlő információk átvitele rétegek és csomópontok között Főbb elemei: – Triggering Engine (TRG) • Az Alkalmazás Vezérlő és a Végpontok között • Az Alkalmazás Vezérlő és a Bázisállomás Vezérlő(k) között • A Bázisállomás Vezérlő és a Végpontok között – IEEE 802.21 szabvány-alapú jelzésrendszer • Rádiós kapcsolattal rendelkező csomópontok belsejében


11 11

Egy OPTIMIX eredmény

montage_5fps.avi


12 12

Anycast címzés Háromféle címzés az IP-ben (már az IPv4-ben is) – Unicast (egyetlen állomásnak) – Multicast (egy csoport mindegyik tagjának) – Anycast (egy csoport egyetlen tagjának)

Tipikus anycast alkalmazások – Load balancing/optimization


13

Anycast alapú visszacsatolás gyűjtő – az ötlet Használjuk az anycast megoldást a visszafelé irányú kommunikációra! – A Végfelhasználók anycast címre küldik a visszacsatolási információikat – A hálózatban több eszközt is elhelyezünk (Gyűjtők), amelyek ezzel az anycast címmel címezthetők – A Gyűjtők az általuk összegyűjtött információt az Alkalmazás Vezérlőnek továbbítják unicast módon • Az anycast cím itt már nem használható, mert loopback történne Miért jó ez? Mert sávszélességet nyerünk vele! – N felhasználó visszcsatolása akár egyetlen IP csomagban


14

IPv6 anycast alapú visszacsatolás gyűjtő

Új entitások: – Visszacsatolás Gyűjtő Szerverek (Feedback Aggregation Servers, FAS): • Rendelkezhet akár nulla, egy, vagy több unicast címmel • Biztosan van egy anycast címe: ez a Visszacsatolási Anycast Cím (Feedback Anycast Address, FAA) • Using anycast provides reliability, fault tolerancy and robustness • FAS funcionality is implemented in the Feedback_Aggr_Server module – Anycast képes útvonalválasztók (Anycast Capable Routers, ACR): • IPv6 útvonalválasztók, melyek képesek az anycast-tagságok és – útvonalak karbantartására (Anycast Routing Protocol) Az Alkalmazás Vezérlőnek mind unicast mind anycast (FAA) címe van – Ha nincs ACR a hálózatban, akkor is eljut hozzá a visszacsatolás


15

IPv6 anycast alapú visszacsatolás gyűjtő

Az FAA anycast címre az Anycast Routing Protocol szálítja a csomagokat, célállomás: FAS, vagy Alkalmazás Vezérlő FAS-ek gyűjtik a visszacsatolási üzeneteket és egyetlen IPv6-os csomagba integrálják őket

Ezen IPv6 csomagok az Alkalmazás Vezérlő unicast címére továbbítódnak


16

Szimulációs eredmények

Az OPTIMIX szimulációs lánc (kisméretű architektúra) eredménye:


17

A javasolt gyűjtő architektúra előnyei

Az Alkalmazás Vezérlőnél szükséges sávszélesség könnyedén és drasztikusan csökkenthető A hálózatban lévő csomagok száma és eképpen a hálózat terhelése csökkenthető A visszacstolási architektúra overheadje jelentősen kisebb Nem követelmény, hogy minden router ACR legyen – Ha egy sem az, a megoldás akkor sem rosszabb, mint az unicast alapú A megoldás RFC draft-ját már benyújtottuk az IETF-hez


18

DCCP multicast – honnan jön? A DCCP egy új unicast transzport protokoll rengeteg kellemes tulajdonsággal – IETF RFC 4340 – Kapcsolatorientált, torlódásvezérléses de megbízhatatlan – Kétirányú adatfolyam támogatás – DCCPlite a vezeték nélküli kommunikációhoz • Korlátozott hatósugarú CRC checksum • UDPlite nem az UDP-vel egy időben jött ki (itt az RFC-ben) Az Optimix projekt multimédia kommunikációjához ideális választás


19

DCCP a multicast esetben Streaming server

Netfilter/Iptables Drop: SRC=IPC2 or IPC3 4. DCCP-Data/DataAck (SRC:IPS, DEST: IPMC) 3. DCCP-DataAck/Ack (SRC:IPS, DEST: IPMC, ACK: A) 1. DCCP-Request (SRC: IPS, DEST: IPMC)

: ST DE

) IP S

1, IP C :A) : SN RC , S ( e ns :IP S ck -A spo EST P e C R ,D 1 DC P5. DCC : IP C C . 2 (SR

5. D 2. C C DC P(S CP- Ack RC R (S : IP esp RC o : C3 , D nse IPC3 ,D ES ES T:I T: PS IP ,S S) N: C)

Client 3

Client 1

Client 2 Tanszék Híradástechnikai Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

20

DCCP multicast – gyűjtő szerverrel

ck -A P C DC

DCCP-Ack (src: IPC, dest: IPS)

Server

Aggregation server

IP c: r s (

e ,d

IP st:

)

S

Client 1

C1

) dest: IPS , 2 P C I c: Ack (sr DCCP-

DCCP-A ck (src: IP C3, dest: IPS) DC CP -A ck (sr c: IP C4 , de st: IP S)

Client 2

Client 3

Client 4 Híradástechnikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

21

DCCP multicast: a megoldás

DCCP visszacsatolás menedzsment – Minden kliens különböző igényekkel és képességekkel rendelkezik, de csak egyet választhatunk – Egy intelligens csomag szűrő (pl. a FAS gyűjtő szerver) használata, amely adaptívan választ a DCCP-Ack üzenetek közül és a kiválasztottat továbbítja az Alkalmazás Vezérlőnek – A klienskiválasztás a kapcsolatfelépítés során • Legrosszabb link • Adott számú felhasználó kiszolgálása • Maximális bitsebesség – Élő kommunikáció közben történő kliensválasztás • Kapcsolat alapon • RTT mérések alapján • DCCP-Ack felügyelet (TFRC)


22

Összefoglaló Az Optimix projektben a BME szerepe a kommunikáció támogatása volt. Ennek kapcsán – Rengeteg új megoldás született, amelyek • Részben már a szabványosítási stádiumban • Részben még előkészítés alatt Az anycast címzés feedback forgalomra történő használata úttörő jelentőségű A DCCP multicast kiterjesztése lehetővé tenné a nem UDP típusú multicast folyamok támogatását


23

Hogyan hatnak az európai projektek az Internet fejlődésére? avagy: példák a közelmúlt EU-s projektjeinek fejlesztéseiből

Recommend Documents