Multimedia grid

Šimko Viliam
  04. duben 2008

Cílem práce je představit možnosti group-to-group komunikace pomocí technologie AccessGrid (nebo ji podobné), navrhnout a realizovat plnohodnotnou videokonferenční místnost.


Vybrané komerčné videokonferenčné riešenia

Skype

Systém Skype sme vybrali ako zástupcu komerčne úspešného a masovo používaného systému s jednoduchou inštaláciou a obsluhou.

Uzly umiestnené za sieťovým firewallom komunikujú s ostatnými uzlami prostredníctvom tzv. superuzlov (V ďalšom texte uvidíme ešte iné prístupy k riešeniu problémov spojených s firewallmi). Prihlasovanie do siete sa uskutočňuje pomocou tzv. login serveru. Po úspešnej autentifikácii sprostredkujú superuzly telefonický hovor medzi koncovými klientmi. Nadväzovanie spojenia prebieha tak, že klient postupne kontaktuje najbližšie superuzly, ktoré rekurzívne kontaktujú svojich susedov až pokiaľ nie je známa trasa k volanému klientovi. Výsledné smerovanie multimediálnych paketov je teda zabezpečené na aplikačnej úrovni (podľa modelu ISO/OSI) a využíva sa decentralizovaná povaha siete Skype.

Spomínaná závislosť na superuzloch je priamo spojená s uzavretosťou protokolu Skype. Klient, ktorý disponuje dostatočne rýchlym pripojením a vlastnou IP adresou, sa mení na tzv. superuzol. Pokiaľ by existovali alternatívne rozhrania, mohli by takéto aplikácie zabraňovať vzniku superuzlov, čo by sa následne odrazilo na celkovej kvalite prenosu v celej sieti Skype. Autori preto nemajú záujem na zverejňovaní svojho protokolu.

Automatický vznik superuzlov vedie k využívaniu prenosovej kapacity bez vedomia vlastníka siete. Problém sa prejaví pri spoplatnenom objeme prenesených dát, v Českej republike napr. v sieti rozvodov káblovej televízie UPC.

Obrázok 1: Architektúra systému Skype

Výhody

  • Jednoduchá inštalácia a obsluha.
  • Distribuovaná povaha aplikácie umožňuje prekonať NAT firewall pomocou siete superuzlov.
  • Alikácia je v súčasnosti zdarma, poskytovateľ umožňuje telefonické hovory do komerčných sietí za prijateľnú cenu.
  • Aplikácia je k dispozícii pre platformy Windows, Mac, Linux a Pocket PC.
  • Možnosť uskutočniť videokonferencie pomocou ďalších modulov - text, audio, video, selektívne zdieľanie pracovnej plochy.
  • Komunikácia medzi uzlami je šifrovaná. Výmena kľúčov je zabezpečná pomocou 2048-bit RSA šifry a samotný prenos využíva 256-bit AES.

Nevýhody

  • Uzavretý protokol.
  • Rozhranie pre platformu Linux zatiaľ neumožňuje prenos obrazu.
  • Vznik superuzlov, využívanie prenosovej kapacity bez vedomia vlastníka siete.
  • Aplikácia neumožňuje ovplyvňovať kvalitu prenosu priamo, nastavenie prebieha automaticky.
  • Systém nie je možné používať bez internetového pripojenia (napr. v izolovanej sieti LAN). Vždy je nutné kontaktovať Login server.

Adobe Flash

Technológia Flash vzhľadom na svoje rozšírenie vo vačšine súčasných internetových prehliadačov môže ponúknuť spôsob ako dopraviť videokonferenčné riešenie k užívateľovi bez nutnosti inštalácie. Najnovšia verzia Flash 9 je dostupná pre platformy Windows, Mac a Linux, staršie verzie existujú pre platformy Solaris, HP-UX, BeOS a ďalšie. Ako príklad videokonferenčných riešení postavených na tejto technológii môžeme uviesť InstantPresenter alebo FlashMeeting.
Predpokladá sa, že centrálna komponenta Flash Media Server disponouje verejnou IP adresou, a dostatočne rýchlym pripojením aby zvládla spracovať komunikáciu pripojených klientov (na obrázku označených ako "node"). Takto centralizovaná komponenta umožňuje prekonávať NAT/firewall, pretože dokáže v nutnom prípade zabaliť komunikáciu do TCP paketov.
Prenos multimediálnych paketov zabezpečuje proprietárny Real Time Messaging Protocol (RTMP nezamieňať s Routing Table Maintenance Protocolom používaným v rodine AppleTalk). Pretože neexistuje voľne dostupná špecifikácia RTMP, vznikol open-source projekt Red5, ktorý pomocou reverse engineeringu implementuje jeho podstatnú časť. Autori označujú tento akt ako discovery through observation.
RTMP využíva UDP port 1935 a v prípade blokovania tunel cez TCP port 80 (HTTP).

Obrázok 2: Architektúra Flash Media Server

Výhody

  • Technológia dostupná pre rôzne platformy.
  • Pokiaľ odhliadneme od nutnosti inštalovať samotný internetový prehliadač a flash-plugin, nevyžadujú ďalšie aplikácie žiadnu inštaláciu. Komunikácia prebieha priamo z internetového prehliadača.
  • Jednoduché nastavenie a kalibrácia kamery a mikrofónu.
  • Ďalšie vlastnosti, ktoré uvádza výrobca, ako napr. komunikácia cez SSL, vyvažovanie záťaže, QOS.
  • Množstvo open-source projektov súvisiacich s technológiou flash.

Nevýhody

  • Systém je určený pre relatívne malé konferencie vzhľadom na vyššie hardwarové nároky samotnéhu flash-pluginu v porovnaní napr. s VRVS alebo AccessGridom.
  • Zatiaľ neexistuje plnohodnotná open-source implementácia ani iná natívna implementácia pre architektúry x86-64, PowerPC, ARM.
  • Závislosť na reverse engineeringu.

InSORS

Riešenie InSORS IG2 je postavené na technológii MBONE o ktorej budeme hovoriť v ďalších kapitolách v súvislosti s AccessGridom. InSORS prináša integrované prostredie, ktoré zahŕňa softwarové aj hardwarové komponenty. Zákazník tak môže získať vyladený videokonferenčný systém, ktorý je ale zatiaľ dostupný iba pre platformu Windows.
Podobne ako v prípade AccessGridu, prebieha komunikácia buď prostredníctvom multicast siete, alebo pomocou premostení medzi sieťami unicast a multicast.

Systém disponuje nástrojom IG Recorder, ktorý umožňuje okrem zvuku a obrazu nahrávať zdieľané prezentácie. Záznamy z konferencií je možné zároveň prehrať v prebiehajúcej videokonferencií.

Obrázok 3: Architektúra systému s použitím multicast siete

Výhody

  • Nahrávanie zdieľaných konferencií a prezentácií.
  • Integrované prostredie - možnosť zakúpiť zároveň software aj hardware.
  • Integrácia s ostatnými VoIP technológiami, premostenie AccessGrid, H323.
  • InSORS využíva otvorené štandardy ako napr. kodeky
    H.261, H.264. Prenos multimediálnych dát je riešený pomocou protokolu RTP

Nevýhody

  • Aplikácia je k dispozícii jedine pre platformu Windows.
  • Videokonferencia pomocou InSORS je spoplatnená.

VRVS + EVO

Posledným zástupcom komerčných videokonferenčných riešení, ktorý v tejto práci popíšeme, je Virtual Rooms Videoconferencing Systems (VRVS) a jeho následník EVO. VRVS je distribuovaný systém určený pre komunikáciu v reálnom čase prístupný cez webové užívateľské rozhranie, ktoré využíva platformovo závislé aplikacie na strane klienta. Ide o mierne upravené MBONE nástroje akými sú napr. VIC a RAT. Ďalšie komponenty, ako napr. premostenia pre softwarové alebo hardwarové H.323 klienty, používajú technológiu JAVA.

VRVS disponuje sieťou reflektorov - serverov rozmiestnených na rôznych miestach sveta, ktoré sprostredkovávajú komunikáciu medzi VRVS klientmi. Špeciálnym prípadom takéhoto reflektoru je VRVS-AG Reflector, ktorý umožňuje komunikovať s uzlami AccessGridu. Nezáleží, či klient disponuje unicast alebo multicast pripojením, VRVS transparentne premosťuje technológie AccessGrid, QuickTime a H.323.

Monitorovanie stavu VRVS siete umožňuje upravená verzia systému MonaLisa (Moitoring Agents using a Large Integrated Services Architecture).
Zaujimavou funkciou, ktorá minimalizuje nároky na prenosovú kapacitu, je funkcia "Voice Switched mode". Autori VRVSV uvádzajú nasledujúci príklad:

Garantovaná kapacita siete je 1024 Kbit/s. Videokonferencie sa zúčastňuje 15 partnerov. Každý vysiela kvalitný obraz (s datovými tokmi okolo 800 Kbit/s). Kapacita siete by teda mala byt aspoň 12 Mbit/s:
Počet účastníkov x 800 Kbit/s + 64Kbit/s (minimálny audio tok) =
= (15 x 800 + 64) Kbit/s = 12 064 Kbit/s.
Riešenie: Použijeme „Voice Switched“ mode, takže vytvoríme požiadavku na VRVS reflektor, aby posielal len video tok od toho partnera, ktorý práve rozpráva. Splnením tejto požiadavky dosiahneme obmedzenie toku na úroveň:
1 x 800 Kbit/s (video) + 64 Kbit/s (audio) = 864 Kbit/s.

Obrázok 4: System MonaLisa

Obrázok 5: Systém MonaLisa

Podobne ako InSORS a AccessGrid, podporuje VRVS aj nahrávanie konferencií. To však prebieha na strane servera, kde poverený operátor manuálne ovláda nahrávanie RTP paketov z vybranej virtuálnej miestnosti.
Aj keď ide o komerčný projekt California Institute of Technology, je systém dostupný zdarma pre vedeckú komunitu. Rozširovanie siete VRVS reflektorov je spravované autormi systému. Po splnení kritérií môže záujemca poskytovať svoj vlastný reflektor pripojený do VRVS siete.
Nasledovníkom VRVS sa má v blízkej budúcnosti stať aplikácia EVO. Rozhranie je vytvorené v Jave a oproti VRVS podporuje navyše: Instant Messaging, Private Meetings (videokonferencia bez virtuálnej miestnosti), kryptovanie textových správ, výmenu súborov atď.
Podporované platformy sú: Windows 2000/XP, Linux, MAC OS X (PPC, Intel)

Výhody

  • Dostupnosť priamo z webového rozhrania - automatická inštalácia.
  • Integrovaný systém rezervácie virtuálnych miestností.
  • P2P-sieť reflektorov.
  • Premostenie rozdielnych technológií.
  • Monitorovanie stavu siete.
  • Voice Switched mode.

Nevýhody

  • Nutná výstavba siete reflektorov.
  • Užívateľ musí instalovať Javu, potvrdzovať certifikáty, povoliť popup windows.

Vybrané voľne dostupné videokonferenčné riešenia

Wengophone

TODO

Ekiga (GnomeMeeting)

TODO

AccessGrid

Cieľom projektu AccessGrid (AG) je sporstredkovať čo najprirodzenejšiu interakciu medzi dislokovanými vedeckými pracoviskami s využitím existujúcej sieťovej infraštruktúry. Tento robustný nástoj pozostáva zo sady softwarových a hardwarových komponentov škálovateľných na mieru potrebám videokonferencie. Od komunikácie medzi jednotlivcami až po celé skupiny.
Po softwarovej stránke tu môžeme nájsť komponenty určené na prenos obrazu, zvuku, zdieľanie prezentácií, vizualizačné a riadiace programy
Pre konferenciu prostredníctvom AG je obvykle vyhradená špeciálna miestnosť, čo umožňuje zabezpečiť kvalitnú komunikáciu aj pri veľkom počte účastníkov. Prezentacia a vizualizácia výsledkov vyžaduje viac projekčnej techniky, kamier, náročnejšie spracovánie zvuku, a teda aj väščie množstvo výpočtovej techniky potrebnej na kodovanie zvuku a obrazu.
Obvykle sa jedna takáto miestnosť označuje ako uzol AccessGridu (AG node).

TODO

 
Powered by eZ Publish™ CMS Open Source Web Content Management. Copyright © 1999-2010 eZ Systems AS (except where otherwise noted). All rights reserved.