Εφαρμογεσ τηλεματικησ στη διοικηση Τσίντζα Παναγιώτα

Ανάπτυξη πολυμεσικών και δικτυακών τεχνολογιών – Τα δεδομένα που ανταλλάσσονται στο διαδίκτυο αντιστοιχούν σε πολυμεσική πληροφορία (ήχος, εικόνα, βίντεο, animation κτλ) Η ανάπτυξη του υλικού, λογισμικού καθώς και των εφαρμογών με τρόπο ώστε η επικοινωνία των χρηστών να επιτρέπει μετάδοση πολυμεσικής πληροφορίας ονομάζεται δικτύωση πολυμέσων

Μετάδοση πολυμέσου Πολυμεσική πληροφορία: ένα σύνολο ψηφιακών δεδομένων που μεταδίδονται συνήθως σε πραγματικό χρόνο. Προβλήματα: Υψηλές απαιτήσεις σε εύρος ζώνης ( απαιτήσεις μεγάλου μεγέθους σε bytes για την μετάδοση ενός μουσικού κομματιού ή ενός βίντεο)

Μετάδοση πολυμέσου Προβλήματα Η μετάδοση πρέπει να γίνεται σε πραγματικό χρόνο => συνεχής μετάδοση πληροφορίας με ελάχιστη ανοχή σε χρονικές καθυστερήσεις (οι καθυστερήσεις θα πρέπει να είναι ελεγχόμενες) Μεγάλη επίδραση του φόρτου του δικτύου στην επικοινωνία όσον αφορά τις πολυμεσικές εφαρμογές–επαναμετάδοση – συμφόρηση – κατάρρευση του δικτύου

Μετάδοση πολυμέσου Προβλήματα τα πολυμεσικά δεδομένα μεταδίδονται γίνεται συνήθως σε κύματα (ρυθμό που κυμαίνεται). Παρουσιάζονται απότομες αυξήσεις του ρυθμού μετάδοσης οι οποίες δεν μπορούν εύκολα να γίνουν διαχειρίσιμες από την εφαρμογή του παραλήπτη έχοντας μία περιορισμένου μεγέθους μνήμη Αυτά τα ζητήματα δυσκολεύουν περισσότερο λόγω του ότι στα δίκτυα των εκατομμυρίων χρηστών δεν μπορούν εύκολα να προβλεφθούν χρονικές καθυστερήσεις και φόρτος, ούτε μπορούν να προσφέρουν μεγάλες χωρητικότητες

Λύσεις; Πρέπει να αντιμετωπιστούν τα ζητήματα με την υπάρχουσα υποδομή και τις υπάρχουσες τεχνολογίες υλικού και λογισμικού Πώς; Με χρήση γρήγορων δικτύων; Δύσκολα!!! Για παράδειγμα τα δίκτυα ATM είναι αρκετά ελκυστικά για μετάδοση πολυμεσικών εφαρμογών, αλλά αντιστοιχούν σε μικρό αριθμό χρηστών, έχουν υψηλό κόστος, δύσκολα φθάνει στο τελικό χρήστη

Λύσεις; Το Διαδίκτυο αποτελεί μια πιο ελκυστική λύση στο πρόβλημα μιας και εμφανίζει τεράστια εξάπλωση, αλλά προϋποθέτει την ανάπτυξη πρωτοκόλλων που θα εξασφαλίζουν αξιόπιστη μετάδοση πολυμεσικής πληροφορίας

Αλλά… Το διαδίκτυο : Δεν έχει σχεδιαστεί για μετάδοση πραγματικού χρόνου Απαιτείται μεγάλη χωρητικότητα Απαιτείται η χρήση multicast μετάδοσης Απαιτείται εγγυημένη δέσμευση σε χωρητικότητα κατά τη διάρκεια μετάδοσης των δεδομένων : Είτε δέσμευση πόρων κατά μήκος μονοπατιού μετάδοσης, είτε προσαρμογή της μετάδοσης στις τρέχουσες συνθήκες του δικτύου Χρησιμοποιεί την τεχνολογία δικτύων μεταγωγής, συνεπώς χρειάζονται ειδικά πρωτόκολλα τα οποία θα διαχειρίζονται τους χρονικούς περιορισμούς που επιτάσσει η μετάδοση πραγματικού χρόνου Απαιτούνται ειδικές λειτουργίες για την διαχείριση της παρουσίασης των πολυμεσικών εφαρμογών

Η λύση που δόθηκε Χρήση του διαδικτύου για εφαρμογές μετάδοσης πολυμεσικών δεδομένων με ανάπτυξη πρωτοκόλλων τα οποία θα τη διαχειρίζονται και ταυτόχρονα θα συνεργάζονται με τα υπάρχοντα κύρια πρωτόκολλα μεταφοράς του Διαδικτύου. Δλδ: TCP – αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων UDP – μη αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων Σε δίκτυα χαμηλών ταχυτήτων (χαμηλού εύρους ζώνης), υψηλού ρυθμού σφαλμάτων κτλ

Όμως… Η ομάδα πρωτοκόλλων ISO – OSI και TCP/IP δεν στόχευαν στην υψηλή απόδοση, ταυτόχρονα εισάγουν μια πρόσθετη συμφόρηση στην επικοινωνία λόγω διαδικασιών ενθυλάκωσης, αντιγραφής σε μνήμη, προσπέλαση μνημών κτλ

Πρώτη λύση που δόθηκε Δεν θα αντιγράφονται όλα τα δεδομένα και εισάγονται δείκτες ανάμεσα στα στρώματα μειώνοντας έτσι τον όγκο των δεδομένων Όμως η χρήση τεχνικών πολυπλεξίας μειώνει την απόδοση : Αυξάνουν την πολυπλοκότητα των πρωτοκόλλων Επιτρέπουν την διαχείριση διαφορετικών ροών δεδομένων από διαφορετικές συνδέσεις με συνέπεια να αλληλοεπηρεάζονται προκαλώντας καθυστέρηση. Το φαινόμενο γίνεται πιο έντονο σε περιπτώσεις συνδέσεων που υπολειτουργούν και δεν αναγνωρίζονται Σπατάλη πόρων ή αδυναμία να ικανοποιήσουμε τις απαιτήσεις λόγω διαχείρισης διαφορετικών ροών διαφορετικών απαιτήσεων

Δεύτερη λύση Χρήση διαφορετικών νημάτων επεξεργασίας ή διαφορετικών στοίβων μεταφοράς για διαφορετικές ροές Γιατί δεν τα καταφέρνουν; Έλεγχος ροής με χρήση μηχανισμού ολισθαίνοντος παραθύρου – Επιτρέπει να σταλεί ένας αριθμός από bytes χωρίς να απαιτείται επιβεβαίωση από τον παραλήπτη – Ο αποστολέας πριν τελειώσει τη μετάδοση των δεδομένων του τρέχοντος παραθύρου λαμβάνει βεβαίωση λήψης – Χάσιμο χρόνου Έλεγχος λαθών : Η στρατηγική της επαναμετάδοσης δεν είναι κατάλληλη για μετάδοση σε πραγματικό χρόνο Πληροφορίες ελέγχου : Πολυπλοκότητα ανάλυσης και απόδοση πρωτοκόλλου

Τελική λύση Παροχή δυνατότητας ανίχνευσης λαθών μόνο όταν το αποφασίσει η εφαρμογή και με τη μέθοδο της επιλεκτικής επαναμετάδοσης Εναλλακτική λύση – Η χρήση κώδικα διόρθωσης σφαλμάτων

Η αντιμετώπιση των παραπάνω μπορεί να επιτευχθεί και πρωτόκολλα μεταφοράς υψηλής ταχύτητας μπορούν να αναπτυχθούν με βελτιστοποίηση του λογισμικού και του υλικού Αλλά, απαιτούνται να ληφθούν υπόψιν και εγγυήσεις ποιότητας ή και η προσαρμογή της ποιότητας των πολυμέσων

Κύριες απαιτήσεις Ένα πρωτόκολλο μεταφοράς πολυμεσικών δεδομένων – πραγματικού χρόνου είναι οι εξής : Υψηλή απόδοση Η υποστήριξη multicast Η διαχείριση της ποιότητας μετάδοσης είτε με τη παροχή εγγυήσεων ποιότητας υπηρεσίας είτε με τη δυνατότητα προσαρμογής της ποιότητας μετάδοσης των πολυμεσικών δεδομένων

Υψηλή απόδοση Αρκετά γρήγορο πρωτόκολλο σε σχέση με τις απαιτήσεις της εφαρμογής σε εύρος ζώνης Η ταχύτητα του πρωτοκόλλου θα πρέπει να υπερβαίνει αθροιστικά τις απαιτήσεις των ροών δεδομένων της αντίστοιχης εφαρμογής Η απόδοση του πρωτοκόλλου πρέπει να είναι υψηλότερη από την ταχύτητα προσπέλασης του δικτύου, ώστε το ίδιο το πρωτόκολλο να μην γίνεται σημείο συμφόρησης του συστήματος

Multicast Σε εφαρμογές πολυμέσων απαιτείται η μετάδοση των δεδομένων προς πολλούς χρήστες ταυτόχρονα Συνεπώς, τα πρωτόκολλα πραγματικού χρόνου πρέπει να υποστηρίζουν multicast μετάδοση

Διαχείριση της ποιότητας μετάδοσης Είναι απαραίτητο ένα σύστημα μεταφοράς να παρέχει ένα μηχανισμό στις εφαρμογές, με τον οποίο να καθορίζουν και να διαπραγματεύονται απαιτήσεις ποιότητας υπηρεσίας. Αυτές οι απαιτήσεις από το πρωτόκολλο μεταφοράς περνιούνται στο πρωτόκολλο του επιπέδου δικτύου το οποίο και τις διαδίδει και δεσμεύει τους αντίστοιχους πόρους πάνω σε μία σύνδεση δικτύου Σε περίπτωση που το δίκτυο δεν δύναται να παρέχει τις απαιτήσεις θα πρέπει το πρωτόκολλο να παρέχει τη δυνατότητα προσαρμογής των πολυμεσικών δεδομένων στις τρέχουσες συνθήκες του δικτύου

Φιλικότητα προς το TCP Οι εφαρμογές πολυμεσικών δεδομένων στηρίζονται στο UDP πρωτόκολλο, όπου η μετάδοση UDP κίνησης ελέγχεται από κάποιο μηχανισμό ελέγχου συμφόρησης, ώστε να προσαρμόζεται ο ρυθμός μετάδοσης στους διαθέσιμους πόρους του δικτύου. Κάθε τέτοιος μηχανισμός θα πρέπει να συμβάλλει όχι μόνο στην αποφυγή υπερφόρτωσης αλλά και στην μετάδοση με τρόπο φιλικό προς το TCP Μια ροή δεδομένων χαρακτηρίζεται ως φιλική ως προς το TCP, αν δεν καταναλώνει περισσότερο εύρος ζώνης από μία TCP ροή δεδομένων η οποία μεταδίδεται στο ίδιο δικτυακό μονοπάτι με τη ροή δεδομένων

Πρωτόκολλα RTP /RTCP (Real Time Transport Protocol ) – Δημιουργήθηκαν για μεταφορά δεδομένων πραγματικού χρόνου για πολυμεσικές εφαρμογές όπως μετάδοση βίντεο και ήχου Υποστηρίζουν multicast και unicast επικοινωνία Χρησιμοποιούνται για μονόδρομη (video on demand) και αμφίδρομη επικοινωνία (Τηλεδιάσκεψη) Παρέχουν μία κοινή πλατφόρμα για τη μεταφορά δεδομένων και την έκφραση πληροφοριών συγχρονισμού Το πρωτόκολλο RTCP είναι το πρωτόκολλο ελέγχου του RTP, το οποίο σχεδιάστηκε να συνεργάζεται με το πρώτο. Το RTCP παρέχει πληροφορίες για την ποιότητα της μετάδοσης και για αυτούς που συμμετέχουν στη σύνοδο

Πρωτόκολλο RTSP (Real Time Streaming Protocol) Αποτελεί ένα πρωτόκολλο του επιπέδου εφαρμογής το οποίο παρέχει μηχανισμούς υποστήριξης streaming πολυμέσων σε εφαρμογές πολλών σημείων, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες unicast και multicast Γενικά, ελέγχει την παράδοση μέσων μετάδοσης συνεχούς ροής με χαρακτηριστικά πραγματικού χρόνου. Χαρακτηρίζεται ως «τηλεχειριστήριο δικτύου» προς τον εξυπηρετητή που μεταδίδει τη συνεχή ροή γιατί δεν αναλαμβάνει τη μετάδοση των δεδομένων. Αυτή γίνεται από άλλο πρωτόκολλο του στρώματος μεταφοράς

Κωδικοποιήσεις πολυμεσικών δεδομένων για μετάδοση σε δίκτυα

ITU H.261 – Η.263 H ITU –T /CCITT σύσταση H.261 καθορίζει έναν κώδικα για συμπιεσμένο ψηφιακό βίντεο (έγκριση Δεκέμβριο 1990) με γνωστές εφαρμογές όπως το βίντεο – τηλέφωνο και η τηλεδιάσκεψη Η Η.263 είναι πιο αποτελεσματική έναντι της H.261. Εδώ η κωδικοποίηση πραγματοποιείται τεμαχίζοντας κάθε εικόνα σε macro blocks. Κάθε macro block αποτελείται από 16x16 πλαίσια φωτεινότητας και 8x8 πλαίσια χρώματος

JPEG Μέθοδος συμπίεσης Χρησιμοποιείται για κωδικοποίηση βίντεο πλήρους κίνησης ειδικά σε σήματα NTSC TV. Αντιστοιχεί σε αλγόριθμο με βασικό περιορισμό το γεγονός ότι λειτουργεί ανεξάρτητα από πλαίσιο σε πλαίσιο και συνεπώς δεν μπορεί να μειώσει τον πλεονασμό που υπάρχει μεταξύ των πλαισίων

Πρότυπο MPEG Αναπτύχθηκε το 1988 και έχει τρία μέρη : σύνταξη των κωδικοποιημένων ροών δεδομένων έτσι ώστε οι αποκωδικοποιητές ακολουθώντας αυτά τα πρότυπα να μπορούν να αποκωδικοποιήσουν την ροή δεδομένων

Εκδόσεις MPEG MPEG -1 : Στοχεύει στην κωδικοποίηση του βίντεο και του συνοδευόμενου ήχου σε ρυθμό μετάδοσης κοντά στα 1.5 Mbps MPEG -2 : Βελτιώνει την ποιότητα ενώ συγκρατεί το ρυθμό κάτω από τα 10 Mbps. Έχει 4 μέρη : MPEG-4 σύστημα, βίντεο, ήχο και συμμόρφωση MPEG-3 : Χρησιμοποιείται για κωδικοποίηση και συμπίεση του HDTV (Μετάδοση τηλεοπτικού σήματος σε υψηλότερη ανάλυση από τα παραδοσιακά συστήματα PAL, NTSC) MPEG-4 : Εισάγει νέες λειτουργίες και καινούργιες εφαρμογές πολυμέσων σε κινητά δίκτυα, βιντεο-τηλεφωνία με απλή υπηρεσία τηλεφώνου ή ασύρματα δίκτυα MPEG-7 : Πρότυπο για τη περιγραφή περιεχομένου. Δεν έχει να κάνει με την κωδικοποίηση ήχου και εικόνας (όπως MPEG-1, MPEG-2 κτλ). Στοχεύει στο να καθορίσει περιγραφές για να μπορεί να περιγράψει κανείς διάφορες μορφές πολυμέσων