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

Átírás

1 Hogyan hatnak az európai projektek az Internet fejlődésére? avagy: példák a közelmúlt EU-s projektjeinek fejlesztéseiből Dr. Jeney Gábor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Köszönet a kollégáimnak, Kanizsai Zoltánnak és Huszák Árpádnak a fóliák elkészítéséhez nyújtott segítségükért

2 Az előadás kivonata Az ICT-Optimix projektről dióhéjban Két példát ragadtunk ki: Anycast alapú visszacsatolás gyűjtő (anycast based feedback aggregation) DCCP multicast támogatás Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2

3 Az OPTIMIX-ről dióhéjban ICT FP7 (Call 1 projekt) 3 éves A projekt már véget ért 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 3

4 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 n kártyák szállítója Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 4

5 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 5

6 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!) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 6

7 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 7

8 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 8

9 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 9

10 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 Bázisállomás Vezérlő Adaptív moduláció és kódolás a BER/FER követelmények kielégítésére különböző videó prioritásokhoz Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 10 10

11 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 szabvány-alapú jelzésrendszer Rádiós kapcsolattal rendelkező csomópontok belsejében Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 11

12 Egy OPTIMIX eredmény montage_5fps.avi Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 12

13 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 13

14 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 14

15 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 15

16 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 16

17 Szimulációs eredmények Az OPTIMIX szimulációs lánc (kisméretű architektúra) eredménye: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 17

18 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 18

19 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 19

20 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) 5. DCCP-Ack (SRC:IP C3, DEST: IP S ) 2. DCCP-Response (SRC: IP C3, DEST:IP S, SN:C) 5. DCCP-Ack (SRC:IPC1, DEST: IPS) 2. DCCP-Response (SRC: IPC1, DEST:IPS, SN:A) Client 1 Client 3 Híradástechnikai Client 2 Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 20

21 Server DCCP multicast gyűjtő szerverrel Client 1 Client 2 DCCP-Ack (src: IPC1, dest: IPS) DCCP-Ack (src: IPC2, dest: IPS) DCCP-Ack (src: IPC, dest: IPS) DCCP-Ack (src: IP C3, dest: IP S ) Aggregation server Client 3 DCCP-Ack (src: IP C4, dest: IP S ) Client 4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 21

22 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) Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 22

23 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 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 23