Novas Propostas para Protocolos de Streaming Luiz Eduardo Fontes Mello de Almeida

Transcrição

1 Novas Propostas para Protocolos de Streaming Luiz Eduardo Fontes Mello de Almeida Escola de Engenharia Universidade Federal Fluminense (UFF) Rua Passo da Pátria, 156 Niterói RJ Brazil

2 Resumo. Este trabalho tem como objetivo descrever as características principais de alguns novos protocolos de streaming que surgem para solucionar problemas atuais na distribuição, em tempo real ou de mídia armazenada, principalmente de áudio e vídeo na internet, substituindo ou trabalhando em conjunto com protocolos de streaming atuais.

3 INTRODUÇÃO Streaming é o processo através do qual é possível que um arquivo seja exibido, no caso de um vídeo, ou tocado, no caso de áudio, durante o seu download. Através de processos tradicionais de download, é necessário aguardar todo o download do arquivo até que a exibição do mesmo se inicie. Há uma lista grande de aplicações que podem fazer uso do streaming, como por exemplo: Jogos interativos, Telefonia na internet, Exibição de vídeo armazenados, Correio eletrônica multimídia, Vídeo vigilância e Difusão de música e filmes

4 Atualmente, os protocolos mais utilizados para streaming são: RTSP Real Time Streaming Protocol. Responsável pela interatividade com o usuário, permite o acionamento de comando semelhantes ao de vídeo cassete, como: iniciar, pausar, retroceder, acelerar. Pode transportar suas mensagens, fora da banda, sobre o TCP ou UDP. RTP Real Time Protocol. É o protocolo que transporta os dados do streaming sobre o UDP, sendo utilizado para transmitir unicast ou multicast. Sua função mais importante é a introdução das marcas de tempo e dos números de seqüência, essenciais para o sincronismo, ordenação e identificação de perdas de pacote. Gera um fluxo por fonte. RTCP Real Time Control Protocol. Utilizado juntamente com o RTP, mas em portas distintas, não transporta áudio ou vídeo, mas dados estatísticos entre o receptor e transmissor sobre a pacotes enviados, pacotes perdidos, jitter, etc.

5 DESAFIOS ATUAIS Enquanto serviço confiável é desejável, no caso do TCP, ele é acompanhado por desvantagens como o aumento da latência e limitação do throuput. O UDP foi o protocolo de transporte escolhido para as aplicações de tempo real, como o RTP e RTPC, embora não seja confiável nem possua controle de congestionamento.

6 Algumas técnicas utilizadas atualmente para possibilitar a melhoria da qualidade no streaming são: Retardar a reprodução do receptor em cem milissegundos para diminuir os efeitos da variação do atraso (jitter). Usar áudio e vídeo sobre UDP evitando a partida lenta do TCP. Pré-adquirir dados durante a reprodução de mídia armazenada. Enviar informações redundantes para compensar perdas.

7 E alguns problemas permanecem como: Todos os pacotes recebem o serviço igual. Melhor esforço. Necessidade de classificação de serviços na internet. A qualidade pode atingir níveis inaceitáveis para transmissão de voz e vídeo quando atravessar enlaces moderadamente congestionados. VoIP e vídeo interativo alcançaram um sucesso bem menor do que o fluxo de áudio e vídeo armazenado.

8 LSP Lightweight Streaming Protocol A proposta do LSP é oferecer um serviço melhor do que o disponibilizado pelo UDP através da transmissão semi-confiável e da retransmissão seletiva, utilizando o UDP como base. O LSP oferece o transporte semi-confiável. Ao invés de garantir a entrega de 100% dos pacotes enviados, ele apenas recupera quantos pacotes forem possíveis no tempo hábil para a sua utilização.

9 Retransmissão seletiva utilizando NACKs Quando o receptor detecta a perda de um pacote, este deve estimar a marca de tempo de entrega do pacote baseado no pacote anterior. O reenvio será solicitado caso o tempo de entrega calculado seja maior que o ERTT - Estimated RTT somado a uma margem

10 NAKs múltiplos de diferentes pacotes podem ser agrupados em um única pacote para preservar a largura de banda.

11 MSP Media Streaming Protocol O MSP foi desenvolvido para suportar fluxos de áudio e vídeo sobre a Internet. O protocolo incorpora uma nova técnica para identificar congestionamentos na rede. O algoritmo monitora o estado do sistema e é rapidamente capaz de ajustar-se a mudança de capacidade da rede. O protocolo reduz a quantidade de dados enviados e minimiza os defeitos visuais e audíveis durante a reprodução. O MSP utiliza a arquitetura cliente servidor ponto-a-ponto. O protocolo consiste em duas conexões de sockets, um canal UDP para dados e um canal TCP para controle

12 Descarte seletivo O controle de congestionamento reduz a taxa de envio de dados quando o congestionamento na rede é detectado. Ao invés de simplesmente diminuir a taxa de envio de pacotes é feito o descarte seletivo de pacotes. No caso de transmissão de vídeo utilizando MPEG, nem todos os quadros são igualmente importantes. É possível descartar vário quadros tipo B sem criar uma degradação sensível do sinal.

13 Congestionamentos na rede Este buffer permite o acesso randômica, tornando possível a colocação de pacotes fora de ordem em seu local correto. O protocolo utiliza um esquema de marcas d água móveis superior e inferior e o buffer é dividido em slots.

14 Descarte de quadros Quando uma requisição de descarte de quadros é recebida pelo servidor, este deve decidir quais quadros dever ser descartados. A abordagem de descarte de pacotes utilizada depende do tipo do software de exibição do vídeo. Um exemplo de abordagem é: quando a primeira requisição de descarte de quadros é recebida após um período de não congestionamento, quadros são descartados até o próximo quadro I.

15 AMSS - Asynchronous Multi-source Streaming Protocol Em redes peer-to-peer (P2P), grandes números de computadores cooperam entre si trocando dados. O protocolo AMMS possibilita que múltiplos contents-peer enviem conteúdo de multimídia para cada leaf peer, assim como um content-peer envie conteúdo para múltiplos leaf-peer. Para tornar a transmissão tolerante a falhas dos contents peer e dos pacotes, pacotes redundantes são transmitidos a cada leaf-peer. Para cada pacotes de dados t1,..., tk, um pacote de paridade pt é criado.

16 Cada leaf peer recebe pacotes de um conteúdo requisitado de múltiplos contents peer enquanto os contents peer enviam pacotes a múltiplos leaf peer. Cada contents-peer envia uma seqüência diferente de pacotes dos demais contents-peer

17 DCCP Datagram Congestion Control Protocol O DCCP é um protocolo de streaming projetado para servir a aplicações de multimídia, implementando um fluxo não confiável de datagramas com controle de congestionamento.

18 Características Gera um fluxo não confiável de datagramas com ACKs Estabelecimento de encerramento confiáveis de conexões Negociação confiável de parâmetros Não garante a ordenação dos pacotes na entrega Implementa mecanismos de controles de congestão semelhantes ao TCP, apropriados a fluxo regulares. Não faz controle de fluxo e não implementa janela de recepção Opção de informar ao remetente os pacotes recebidos, marcados com ECN, corrompidos ou descartados no buffer do receptor. Descobre o MTU mínimo do fluxo Negociação confiável para estabelecimento e encerramento de conexões

19 Comparação entre Protocolos: DCCP Implementa seu próprio protocolo de transporte ao invés de utilizar o UDP Implementa reconhecimento AMSS Possibilita a recepção de um conteúdo de múltiplas origens Implementa tolerância a falhas através de pacotes redundantes LSP Implementa um transporte semi-confiável com retransmissões seletivas LSP e MSP Implementam descartes seletivos