COMUNICACIONES MULTIMEDIA EN ENTORNOS COLABORATIVOS

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1 COMUNICACIONES MULTIMEDIA EN ENTORNOS COLABORATIVOS David Miguel Cortés-Polo Universidad de Extremadura, Escuela Politécnica de Cáceres Avda. Universidad S/N, Cáceres (España) José Luis González-Sánchez Universidad de Extremadura, Escuela Politécnica de Cáceres Avda. Universidad S/N, Cáceres (España) RESUMEN El mundo de las comunicaciones multimedia está evolucionando a pasos agigantados, cada vez son más los usuarios que usan este tipo de comunicaciones para su vida cotidiana, VoIP, videollamada, Tv por Internet Las aplicaciones colaborativas han caído en desuso debido a la dificultad de manejo y a los problemas que existen para comunicar las diferentes islas multicast. Esta propuesta busca solucionar algunos de los problemas encontrados en estas aplicaciones. Además se ha implementado una herramienta cooperativa a partir de esta propuesta, por la cual se han obtenido una serie de resultados en un entorno real de uso, de tal manera que pueda aportar información para la mejora de las comunicaciones multimedia en entornos colaborativos. PALABRAS CLAVES Multimedia, herramienta colaborativa, Software Libre, Multicast, RTP/RTCP, GNU/LinEx. 1. INTRODUCCIÓN Desde el origen de las redes se realizaron distintos experimentos para transmitir contenidos multimedia. A principios de los 70 comenzaron diferentes estudios sobre el envío de audio a través de las redes de datos creando el primer RFC, NVP (Network Voice Protocol). En este primer intento de transmitir audio a través de la red ARPANET le siguieron otros al aumentar los recursos con los que se contaba, creando el protocolo equivalente para el envío de vídeo, ST (Stream Protocol). En el periodo de 1992 a 1996 se desarrolló el protocolo RTP (RealTime Transfer Protocol) [Schulzrinne et al, 2003]. Con este protocolo se pretendía sentar las bases para las transmisiones multimedia en Internet no sólo por incluir herramientas para el envío multimedia sino por permitir el manejo de miembros, la sincronización de elementos y la mejora de la calidad de recepción multimedia. Es en esta última década cuando la industria de las telecomunicaciones contempló la aparición de varias tecnologías revolucionarias. Una de ellas es la telefonía móvil, que ha modificado los conceptos de disponibilidad y multiplicado la productividad; otro es la expansión de Internet que ha multiplicado la información disponible a los usuarios y aumentado las posibilidades de comunicación; por último, la aparición de las redes de banda ancha que han propiciado el acceso de los usuarios a nuevas formas de comunicación. Es por esto que muchos demanden nuevos servicios que hace unos años sería impensable que pudieran llegar a los hogares, puestos de trabajo, universidades, etc. En este documento se va a hacer una propuesta de una herramienta de comunicaciones multimedia sobre entornos colaborativos bajo GNU/LinEx llamada VlinEx y posteriormente se mostraran los resultados obtenidos de esta propuesta en un entorno real de uso. 313

2 ISBN: IADIS 2. PROPUESTA DE COMUNICACIONES MULTIMEDIA SOBRE GNU/LINEX Las herramientas Mbone [Kumar, 1996] existentes tienen grandes carencias debido a su desfase tecnológico puesto que no se actualizan desde el año Además solo implementan el protocolo RTP con control mínimo, es decir, transmisiones multimedia sin gran calidad y usando códecs antiguos. Hay que decir que en estos últimos diez años, los nuevos métodos de transmisión de contenidos multimedia han avanzado y por tanto este tipo de herramientas se han quedado obsoletas. Además en GNU/LinEx no existe ninguna aplicación específica que permita una transmisión multimedia y que pueda ser usada en el ámbito colaborativo, En este caso existen diferentes herramientas multiplataforma desarrolladas las cuales ya no tienen soporte ni actualizaciones y además son complicadas de usar. Con lo cual, la propuesta se encamina hacia una aplicación que mantenga la funcionalidad de las herramientas MBone existentes y además introduduzca mejoras sustanciales que veremos a continuación. La estructura general de dicha propuesta se muestra en la figura 1. Figura 1. Estructura de la aplicación Para la propuesta presentada en este trabajo es esencial dar solución a los problemas que existían con las anteriores herramientas como es el caso de la interconexión de las islas. Multicast [Almeroth, 2000] [Ganjam and Zhang, 2005] está pensado para trabajar sobre UDP y por lo tanto todos los routers deberían procesar este tipo de paquetes. Internet está basado en tráfico best effort con lo que los routers actuales no procesan este tráfico multicast. Para esta problemática se desarrollaron diferentes técnicas que permitían enviar la información desde una isla multicast a otra. La solución más extendida son los túneles multicast, programas encargados de crear nuevas interfaces de red conectando diferentes islas. El problema es que estos programas tampoco tienen ya soporte, y además se requieren amplios conocimientos para que sean usadas correctamente. La meta principal de esta propuesta es poder interconectar de forma fácil y transparente para el usuario las diferentes islas multicast. Para ello vamos a idear un túnel para transmisión de datos mediante el protocolo RTP sobre un socket TCP. Han sido elegidas las transmisiones sobre TCP ya que en muchos casos, en las redes locales nos encontramos elementos como firewalls, direccionamiento NAT, etc. que hacen que el uso de UDP esté muy restringido mientras que usar TCP, aunque tiene desventajas [Allman et al, 1999], parece una solución más viable en estos tiempos. 314

3 Figura 2. Islas multicast interconectadas por un túnel Dado que cada vez más usuarios están familiarizados con el uso de reproductores de vídeo (ya que cada vez abunda más el elemento multimedia en la informática doméstica), es necesario que la aplicación tenga una apariencia sencilla, usando para ello un entorno estándar para que el aprendizaje de la aplicación sea lo más rápido posible. En el caso de los códecs de audio y vídeo, se ha preferido mantener una continuidad con los usados en otras herramientas de Mbone, de tal manera que la información de vídeo se transmitirá en el formato H-263 [Ghanbari, 2003], [Zhu, 1997] y la información de audio se transmitirá en formato γ-law. Además, incluiremos a la aplicación una serie de códecs más modernos para que puedan reproducirse archivos multimedia. Para ello usaremos Jffmpeg, un pack de códecs que es una adaptación de los códecs ffmpeg implementados en C++ y que son usados por la mayoría de los reproductores actuales en Linux. En cuanto a la administración de sesiones hemos optado por mantenerlas en un servidor central en el que se almacenará una base de datos, toda la información referente a cada una de las sesiones y que cada usuario usando un navegador Web o la propia aplicación pueda acceder a esta información para su uso. La tecnología elegida para el servidor web es PHP y MySQL, por lo tanto, optamos por usar el protocolo WDDX para el intercambio de datos con la aplicación. De tal manera que el servidor implementaría un servicio de sesiones con el cual se podrá obtener la información necesaria para configurar la aplicación para crear túneles y así poder interconectar islas multicast. Este sistema de sesiones deberá ser modificado en favor de SIP [Rosenberg et al, 2002]. 3. ESTUDIO PRÁCTICO. RESULTADOS Como desarrollo de la propuesta se obtuvo una aplicación llamada VLinEx, la cual permite la transmisión de contenidos multimedia a través de la red. Los estudios aquí mostrados son parciales. Para su desarrollo completo y una mejor explicación, se puede consultar la información en la web del [proyecto AGILA, 2003]. Todas las capturas de tráfico y los análisis han sido realizados con la herramienta Ethereal Tráfico local con red saturada En esta prueba se observa cómo reacciona una transmisión multimedia en el momento en el que se sobrecarga la red y el tráfico TCP es mucho mayor que el tráfico UDP. Como se puede observar en la figura 3, el canal de audio (en todos los casos la línea más constante de la gráfica a unos 90 KBps) se mantiene constante, esto es debido a que los códecs de audio para RTP con control mínimo tienen un payload constante, con lo que es normal que al transmitir datos a velocidad constante, no sufra grandes penalizaciones en la red. El problema aparece al transmitir vídeo (líneas más variables en la transmisión), en este caso, se caracteriza normalmente en enviar menos información que una fuente de audio (en una transmisión que tiene por fuente de datos multimedia una webcam), se observa una situación en la que las típicas líneas variables de una transmisión de vídeo se transforman en líneas casi constantes, debido a que al tener un payload variable, se penalice con una menor capacidad para transmitir la información a través de la red y un mayor descarte de paquetes. Por lo tanto, a modo de conclusión, se puede decir que en transmisiones isócronas, si la red está saturada, debido a las propiedades de UDP, se va a descartar un gran número de paquetes sobre todo en el canal de 315

4 ISBN: IADIS vídeo y en consecuencia se producirán pérdidas en la calidad de la imagen y congelaciones en la reproducción. Figura 3. Evolución del tráfico local con red saturada 3.2 Tráfico local sobre red WiFi En esta prueba se observa cómo reacciona el tráfico multimedia al usar un medio de transmisión inalámbrico como es WiFi. Si comparamos las dos gráficas de la siguiente figura, se puede observar el comportamiento ante una transmisión multicast. Figura 4. Comparativa de transmisión en local con wifi y con cable Si superponemos las dos figuras vemos que no existe diferencia entre usar WiFi y usar un cable de red UTP-Cat5. A los 1100 segundos aproximadamente se produce una caída de ancho de banda debido a que en ese momento el archivo de vídeo contiene una escena muy oscura, casi negra, con muy poco movimiento, con lo cual la cantidad de información a codificar es muy pequeña y por lo tanto se requiere muy poco ancho de banda como se puede observar en otros momentos de la reproducción, en los cuales también el ancho de banda decae como es el intervalo desde el segundo 300 de la transmisión hasta el 500. A modo de conclusión se puede comprobar que el sistema es viable para ser usado en un entorno inalámbrico pero con limitaciones, ya que hay que tener en cuenta la velocidad de respuesta del punto de acceso en cuestiones de retransmisión de la señal, lo que puede producir que el programa al esperar un tiempo elevado se pierdan paquetes y por lo tanto genere saltos en la reproducción. Pese a todo es otra tecnología de red que puede ser usada en igualdad de condiciones y además permite la movilidad, un aspecto muy demandado en estos últimos tiempos. 316

5 4. CONCLUSIONES La tecnología usada en este proyecto (RTP y multicast), si bien es cierto que ha sido frenada por la evolución de Internet y el alto precio de los mrouters, cabe decir que sigue siendo recomendable su uso en ciertos entornos (clases a través de la intranet, conferencias dentro de la universidad ) ya que permiten llegar a todos los interesados sin necesidad de grandes anchos de banda y con poca configuración. En este caso particular, el uso de esta aplicación permite combinar, un reproductor multimedia convencional con un reproductor multicast, que permita transmisiones no solo de una webcam sino de archivos multimedia. Además, los programas existentes hasta la fecha no permitían el manejo de audio y vídeo combinado sino que se necesitaban diferentes programas para poder tener una videoconferencia con otros miembros. Por otro lado, el sistema de sesiones permite que cualquier persona pueda conectarse con cualquier sesión multicast sin necesidad de contar con mrouters, con lo que se gana en rapidez de aprendizaje y un sistema sin limitaciones como los que existen hoy en día. AGRADECIMIENTOS Este trabajo está financiado, en parte, por la Junta de Extremadura (Consejeria de educación, ciencia y tecnología) por medio del proyecto AGILA (Expediente, 2PR03A090) REFERENCIAS Allman M., Paxson V., and Stevens W., 1999, "TCP Congestion Control," Internet Engineering Task Force, RFC Ghanbari M., 2003, Standard Codecs: Image Compression to Advanced Video Coding 1ed. Ed. Institution of Electrical Engineers. Great Britain. Almeroth, K.C., 2000 The evolution of multicast: from the MBone to interdomain multicast to Internet2 deployment, Network, IEEE, Volume 14, Issue 1, Jan.-Feb Page(s): Casner S. and Hoschka P., 2001, "MIME Type Registration of RTP Payload Formats," Internet Engineering Task Force, Work in Progress. Ganjam, A. and Zhang, H., 2005, Internet multicast video delivery, Proceedings of the IEEE, Volume 93, Issue 1, Jan 2005 Page(s): Proyecto Agila, 2003, Kumar V., 1996, "Mbone. Interactive Multimedia on the Internet", New Riders Publishing. Rosenberg J., Schulzrinne H., Camarillo G., Johnston A., Peterson J., Sparks R., Handley M., 2002, SIP: Session Initiation Protocol, Internet Engineering Task Force, RFC 3261 Schulzrinne H., Casner S., Frederick R., and Jacobson V., 2003, "RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications," Internet Engineering Task Force, Work in Progress (actualización RFC 1889). Zhu C., 1997, "RTP Payload Format for H.263 Video Streams" Internet Engineering Task Force, Work in Progress. 317

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