JAKOŚĆ USŁUG W MULTIMEDIALNYCH SIECIACH IP.

Marcin Godlewski Maciej Kowalczyk Sławomir Przyłucki Politechnika Lubelska Katedra Elektroniki ul. Nadbystrzycka 38a 20-618 Lublin

godo@politechnika.lublin.pl

JAKOŚĆ USŁUG W MULTIMEDIALNYCH SIECIACH IP.

i odbierania danych o charakterze multimedialnym poprzez sieć IP stała się kluczowa w dzisiejszych czasach. Takie parametry jak strata pakietów, stopa błędu (ang. bit error), przepustowości, opóźnienia są nieodłącznie powiązane ze strumieniem audio lub wideo, które docierają do odbiorcy. Wzrastający udział transmisji multimedialnych w dzisiejszym Internecie, wymusza poszukiwanie nowych metod dynamicznego dopasowywania się zarówno parametrów tych transmisji jak i parametrów jakości usług (QoS) w zależności od panujących warunków w sieci.

1. WPROWADZENIE

Internet na przełomie ostatnich lat zdobył ogromną popularność. Od dzisiejszego Internetu, wykorzystującego głównie mechanizmy zarządzania transmisją typu „best-effort”[1], oczekuje się aby obsługiwał nie tylko tradycyjne usługi takie jak email, bądź FTP, ale także usługi strumieniowe ( transmisja audio/wideo). Te ostatnie usługi posiadają cechy zmuszające do zupełnie nowego spojrzenia na mechanizmy zapewniania jakości usług QoS (ang. Quality of Service). Obecnie proponowane są dwa główne podejścia do przedstawionego wyżej problemu. Pierwsze z nich bazują na technice WDM (ang. Wavelength Division Multiplexing), która sprawia że szerokość dostępnego pasma będzie tak duża i tania, że wymagane mechanizmy QoS będą automatycznie dostarczane wraz z tą technologia. Drugim rozwiązaniem, nie wykluczającym jednak podejścia przedstawionego wyżej. jest silna modernizacja dzisiejszego Internetu, tak by wspierał efektywną klasyfikację usługi z odpowiednimi mechanizmami sterowania jakością usług.

2. POJĘCIE JAKOŚCI USŁUG (QoS)

Termin ten jest używany w różnym znaczeniu, w zależności od kontekstu. Często zapewnienie jakości usługi jest utożsamiane, szczególnie przez odbiorcę końcowego, jedynie z uzyskaniem zadowalającej jakości obrazu, dźwięku czy krótkiego czasu przesyłania danych. Jest to jednak zbyt duże uproszczenie. Dostawca by uzyskać akceptację klienta (użytkownika) musi zapewnić kanał transmisyjny spełniający określone wymagania, które przekładają się na zbiór parametrów sieciowych. Wyróżnia się trzy podstawowe pojęcia z tym związane:

● wrodzoną jakość usług (ang. intrinsic QoS),

czyli jej cechy związane z aspektami technicznymi, począwszy od użytego łącza fizycznego, a skończywszy na protokołach

transmisyjnych i zastosowanych mechanizmach zapewniających określoną jakość. W praktyce jest to zbiór parametrów sieciowych, wymaganych do przesyłania strumienia danych.

● postrzeganą jakość usług (ang. perceived QoS),

z którą mamy do czynienia, gdy użytkownik korzysta z tej usługi. Na wrażenia, jakie odnosi, mają wpływ jego oczekiwania, doświadczenia z podobną usługą świadczoną przez innego operatora, opinie innych użytkowników czy też środowisko, w którym się znajduje.

● ocenianą jakość usług (ang. assessed QoS),

która decyduje o ewentualnej kontynuacji bądź rezygnacji z korzystania z niej przez użytkownika.

3. ROZWIĄZANIA W JAKOŚCI USŁUG

Przez długi okres czasu bardzo obiecującym rozwiązaniem wydawała się być technologia ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode)[2]. Znalazła ona zastosowanie szczególnie w sieciach szkieletowych. Jednakże jako technika zapewniająca jakość usług dla użytkownika końcowego nie rozpowszechniła się. Obecne trendy wskazują na to, że w przyszłej sieci transportującej dane multimedialne będzie stosowany model dwuwarstwowy IP w sieci z podziałem długości fali WDM . W modelu tym wyeliminowana zastała warstwa ATM. Konieczne stało się więc rozbudowanie mechanizmów zapewniających jakość usług w warstwie IP. Odpowiedzią na to zapotrzebowanie było opracowanie w ramach IETF (ang. Internet Engineering Task Force) oraz badań liderów rynku telokomunikacyjnego trzech odmiennych architektur sieci wspierających jakość usług:

● model usług zintegrowanych IntServ

(ang. Integrated Services),

● model usług zróżnicowanych DiffServ

(ang. Differentiated Services).

● technika wieloprotokołowej komutacja

etykietowej - MPLS (ang. Multiprotocol Label Switching )

3.1. ARCHITEKTURA USŁUG

ZINTEGROWANYCH

Cel ISA (ang. Integrated Services Architecture) to świadczenie usług wspierających QoS w sieciach opartych o protokół IP. Natomiast zadaniem jest właściwe dzielenie dostępnej przepustowości w przypadku pojawienia się przeciążenia.

Proponuje się tu stworzenie dwóch podstawowych serwisów:

2006

Poznańskie Warsztaty Telekomunikacyjne Poznań 7 - 8 grudnia 2006

● zapewnienie gwarantowanego pasma (ang.

guaranteed service),

● zapewnienie przewidywanego pasma (ang.

predictive service).

Realizacja tego wymaga zintegrowania mechanizmów zarządzania pasmem, takich jak: klasyfikatory, moduły obsługi kolejek a także określonego mechanizmu rezerwacji. Jednak definicja i założenia ISA sprawiają, że w tym przypadku należy sceptycznie podejść do tematu rzeczywistej poprawy jakości. Wynika to z faktu, że termin “gwarantowane” jest szeroko interpretowany. Gwarancja może być postrzegana jako: absolutna (pasmo będzie zawsze przynajmniej o określonej szerokości), statystyczna (w określonym przedziale czasu średnia szerokość pasma będzie określona), przybliżona (zostanie zagwarantowane pasmo o przybliżonej szerokości).

Dodatkowo, zastosowanie odpowiedniego protokółu rezerwacji, powoduje zwiększenie nakładu pracy potrzebnego na jego obsługę, oraz redukcję dostępnego pasma. ISA jest strukturą, w której mechanizm best effort został rozszerzony. W ISA każdy pakiet IP może zostać związany z pewnym określonym przepływem (ang. flow), przy czym przepływ oznacza tu rozróżnialny strumień powiązanych pakietów IP, pochodzący z pojedynczej sesji użytkownika i wymaga jednakowego zapewnienia jakości. Przepływ różni się od połączenia TCP następującymi cechami:

● jest jednokierunkowy,

● może posiadać więcej niż jednego

odbiorcę.

Typowo pakiet IP jest identyfikowany jako składnik przepływu na podstawie adresu IP źródła i przeznaczenia, numeru portu oraz typu protokołu.

3.2. ARCHITEKTURA USŁUG

ZRÓŻNICOWANYCH DIFFSERV

Opracowany przez IETF model usług zróżnicowanych Diff-Serv jest oparty na koncepcji przyporządkowania pakietów do stosunkowo niewielkiej liczby klas. Tym samym zrezygnowano z podstawowego dla modelu IntServ pełnego rozróżnienia pakietów pochodzących z różnych sesji. Osiągnięto dzięki temu niezależność wielkości zasobów wymaganych do zagwarantowania jakości usług od liczby niezależnych strumieni obsługiwanych w sieci. W modelu DiffServ maksymalna liczba klas usług różniących się parametrami QoS została ograniczona do 64.

W sieci IP może istnieć wiele domen DiffServ, będących ściśle określonym zbiorem węzłów. Domeny są niezależne, ale mogą ze sobą współpracować. Obszar sieci, składający się z wielu ściśle ze sobą współpracujących domen, tworzy region. W każdej domenie DiffServ wyróżnia się węzły brzegowe i rdzeniowe. Wśród węzłów brzegowych można wyróżnić węzły wejściowe (przez które ruch wpływa do domeny) i wyjściowe (przez które ruch opuszcza domenę). Są one odpowiedzialne za wymuszenie odpowiednich charakterystyk ruchu wejściowego i wyjściowego zgodnie z porozumieniem TCA. W węzłach tych podejmuje się również decyzję o przypisaniu pakietów do odpowiedniej klasy usług. Węzły rdzeniowe stanowią szkielet domeny DiffServ i nie maja bezpośredniego połączenia z węzłami spoza domeny. Węzły te mogą

również wykonywać pewne funkcje zapewniające zachowanie charakterystyk ruchu.

W każdym węźle znajduje się zbiór reguł przesyłania pakietów PHB (ang. Per Hop Behaviour). Reguły te są zdefiniowane dla każdej klasy usług obsługiwanej w domenie. Obowiązują one w relacji do sąsiedniego rutera. W dokumentach IETF reguły PHB nie są zdefiniowane ilościowo, ale jedynie jakościowo i mogą różnić się w zależności od domeny. Decyzja o nadaniu konkretnych parametrów ilościowych należy do administratora domeny (systemu zarządzającego). 3.3. WIELOPROTOKOŁOWA KOMUTACJA ETYKIETOWA – MPLS

Podstawowym założeniem techniki MPLS jest uproszczenie mechanizmów przekazywania pakietów w ruterach. Duże nadzieje wiąże się z MPLS w zakresie inżynierii ruchu oraz wsparcia dla wirtualnych sieci prywatnych (ang. Virtual Private Network). Jednakże MPLS jest często niesłusznie traktowany jako jedna z technik rozwiązujących problem zapewnienia jakości usług i stawiany na równi z modelami IntServ lub DiffServ. W rzeczywistości protokół ten dostarcza jedynie odpowiednie mechanizmy ułatwiające zapewnienie jakości usług. Może być między innymi stosowany do równoważenia obciążenia w sieci, sterowania przepływem, czy też zestawiania tuneli. Jedną z najbardziej wartościowych technik MPLS jest możliwość kierowania ruchu przez wybrane węzły (ang. explicit routing). MPLS nie jest jednak wyposażony w mechanizmy sterowania parametrami QoS. Dlatego też technika MPLS powinna być stosowana w połączeniu z istniejącymi technikami wspierającymi zapewnianie jakości usług w sieciach IP (model IntServ lub DiffServ). Z drugiej strony protokół MPLS zapewnia rozszerzenie możliwości modeli IntServ i DiffServ. Umożliwia między innymi współprace z wieloma protokołami sieciowymi.

4. DEFINICJA PARAMETRÓW MIERZALNYCH. Aby móc mówić o jakości usług w sieciach telekomunikacyjnych, w tym szczególnie w sieciach IP, musimy wprowadzić pojęcie „parametr”, oraz określić, jakie parametry odpowiadają za QoS w Internecie.

Przez jakość usług rozumie się cechy usługi ściśle związane z aspektami technicznymi, począwszy od zastosowanego łącza fizycznego, skończywszy na protokołach transmisyjnych i zastosowanych mechanizmach zapewniających określaną jakość. W takim kontekście jakość usługi (QoS) oznacza zbiór wymagań związanych z konkretną usługą. Powinny one zostać spełnione w trakcie przesyłania przez internet strumienia danych w ramach konkretnej usługi. Pod pojęciem „zapewnienie jakości usług”, powinniśmy rozumieć przesyłanie strumienia danych z zapewnieniem żądanych wartości tych parametrów w relacji od końca do końca (od dostawcy internetu do odbiorcy usługi), zgodnie z definicją przytoczoną wcześniej. W zależności, z jakiej usługi będziemy korzystać, dostawca definiuje konkretne wartości parametrów. Bardzo często zdarza się, że klienta dostawcy usług sieciowych bardziej od innych cech usługi interesuje koszt całego przedsięwzięcia. Pomimo, iż cena przesłania jednego

pakietu IP jest pojęciem dość abstrakcyjnym, istnieje możliwość wprowadzenia gwarancji określonego kosztu transmisji jako parametru QoS. Przykładowo, niektóre protokoły routingu oferują możliwość określenia „kosztu” każdej z dostępnych tras. Jeżeli teraz koszt tras będzie odzwierciedlał faktyczne koszty ponoszone przez dostawce, oraz będą prowadzone odpowiednie rozliczenia, dostawca jest w stanie zaoferować klientowi zróżnicowane usługi: „taniej ale wolniej”, „drożej i szybciej” itp.

Oprócz opisanych powyżej parametrów, zdefiniować można wiele innych, zarówno jakościowych jak i ilościowych. O ile jednak powyższe parametry przekładają się w jasny sposób na konkretne traktowanie pakietów, o tyle inne parametry maja bardziej wymiar „biznesowy” niż techniczny. Bardzo często „biznesowe” parametry QoS znajdują miejsce w umowach odnośnie świadczenia usług sieciowych. Tego typu zobowiązania nazywane są uzgodnieniami poziomu usług (ang. SLA, Service Level Agreement) i przyjmują na ogół formę opisową. Uzgodnienia te precyzują warunki, na jakich dostawca usług sieciowych świadczy usługi na rzecz klienta. Uzgodnienie poziomu usług zawiera informacje na temat sposobu, w jaki zostanie potraktowany ruch generowany przez klienta. Na ogół w SLA określone są parametry „biznesowe”, które przekładają się na konkretne wartości podstawowych parametrów QoS. SLA może zawierać również dokładną specyfikację metod i miejsc pomiaru parametrów ruchu sieciowego – dostawca może swoje gwarancje ograniczyć do określonego fragmentu sieci, na ogół jest to obszar „do pierwszego routera brzegowego”. Często tez SLA zawiera konsekwencje niewypełnienia umowy.

5. PARAMETRY DYNAMICZNE

Jakość usług (QoS) może zostać sparametryzowana na wiele różnych sposobów. Ogólnie mówiąc, sieciowe parametry dotyczące QoS określają m.in. przepływność, średnie opóźnienie „od końca do końca” (ang. end-to-end), granicę wartości opóźnienia, zmienność opóźnienia, prawdopodobieństwo utraty pakietu. Różne klasy usług narzucają rożne wymagania na wartości tych parametrów dynamicznych. Zawsze jednak obowiązuje zasada określająca równowagę pomiędzy wymaganiami ze względu na jakość transmisji i usług a wykorzystaniem dostępnych zasobów sieciowych.. W celu stworzenia systemu, realizującego jednocześnie te dwa, sprzeczne cele, tj. właściwy poziom parametrów QoS a jednocześnie satysfakcję końcowego odbiorcy z danej usługi oraz wysoki poziom wykorzystania zasobów, koniecznym staje się określenie wymagań konkretnej aplikacji co do parametrów, oraz przypisanie danych konkretnej aplikacji, do odpowiednich klas usług sieciowych.

Z biegiem czasu powstało kilka metod pozwalających na zróżnicowanie usług . Były to między innymi: relative priority marking, service marking [3] – wykorzystujące mechanizmy dostępne w protokole IP oraz label switching[4] – dostępny w sieciach ATM i Frame Relay.

Następnym krokiem w celu poprawienia efektywności sieci w zakresie obsługi różnych strumieni danych był protokół RSVP (ang. Resorce Reservation Protocol). To nowe podejście, bazujące jednak na

istniejących rozwiązaniach, takich jak techniki best effort, nie spowodowało znacznego rozpowszechnienia u programistów i administratorów sieci. Fakt ten wynika z tego, że rozwiązanie to charakteryzuje się dużą złożonością samego protokołu RSVP i brakiem – do niedawna – implementacji tego protokołu w popularnych systemach takich jak np. Windows.

Nowym rozwiązaniem mającym na celu zapewnienie odpowiedniej jakości usług sieciowych jest koncepcja usług zróżnicowanych (ang. Differentiated services – DS). Podstawową cechą tego podejścia jest zróżnicowane traktowanie pakietów w poszczególnych węzłach sieci. Bazuje ono na oznaczaniu pakietów oraz wykorzystywaniu tych oznaczeń w ich obsłudze w kolejnych węzłach sieci. Głównym założeniem tej koncepcji jest istnienie specjalnych, nowych mechanizmów w routerach – takich jak niestandardowe sposoby obsługi kolejek, pozwalające na zapewnienie różnej jakości usług dla odmiennie oznakowanych pakietów. Projekt wciąż ewoluuje, nie istnieje jeszcze pełna wersja nowego standardu. Sam sposób implementacji także nie jest dokładnie zdefiniowany – istnieją tylko pewne zalecenia dotyczące funkcjonalności realizowanego mechanizmu.

6. ZWIĄZKI PARAMETRÓW DYNAMICZNYCH Z JAKOŚCIĄ USŁUG (QoS)

Najczęściej używane parametry dotyczące jakości usług, przedstawione są poniżej:

- Opóźnienie (ang. latency) - czas, jaki zajmuje pakietowi przejście przez dany odcinek sieci. W zależności od potrzeb, możemy rozważać opóźnienie na całym odcinku sieci, przez który transmitowany jest pakiet (od nadawcy do odbiorcy) jak i opóźnienie wprowadzane przez jeden węzeł sieci. W kontekście QoS termin „opóźnienie” oznacza najczęściej czas, który upływa od momentu wysłania pakietu przez nadawcę do momentu odebrania go przez odbiorcę. Aplikacja może zażądać od sieci z gwarantowana jakością usług by wszystkie wysyłane przez nią pakiety docierały do celu z opóźnieniem nie większym niż określoną wartość. Tego typu wymaganie stawiają na ogół aplikacje interaktywne takie jak ssh czy telnet (i inne usługi pracy zdalnej). Nie wymagają one dużej przepustowości łącza, jednakże w celu zapewnienia płynnej pracy pakiety musza podróżować z odpowiednio małym opóźnieniem (wygodna praca z ssh to opóźnienie rzędu kilkudziesięciu milisekund). Podobnego traktowania wymagają tez aplikacje typu VoIP przesyłające głos w czasie rzeczywistym. Zbyt duże opóźnienia w przypadku tego typu aplikacji mogą zniweczyć całe przedsięwzięcie. Siec IP nie jest siecią izochroniczna i jako taka nie daje „mocnych” gwarancji przesłania danego pakietu danych w określonym z góry czasie. Rozwiązaniem optymalnym byłoby skorzystanie z adekwatnych mechanizmów w warstwie II (np. ATM lub Frame Relay). Trzeba jednak pamiętać iż mechanizmy te nie zawsze są jednak dostępne. Dzięki technikom QoS można uzyskać poprawę działania sieci IP pod tym względem, jednakże stosowane obecnie rozwiązania nie są pozbawiony wad.

- Zmienność opóźnienia (ang. jitter) – Nie mniej ważnym parametrem od opóźnienia jest jego jednorodność. Informacja przesyłana za pomocą sieci IP

może zostać podzielona na wiele pakietów IP. Każdy z pakietów może zostać przesłany odmienną trasa pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Każdy pakiet może wiec charakteryzować się odmiennym opóźnieniem. Nie mamy tez gwarancji, że pakiety dotrą na miejsce w takiej kolejności w jakiej były wysyłane. Pewnym rozwiązaniem może być użycie w warstwie wyższej protokołu połączeniowego (np. TCP), który ma za zadanie zająć się tymi kwestiami. Jednak w przypadku transmisji obrazu lub dźwięku transmisja połączeniowa może przynieść więcej szkód niż korzyści (z racji konieczności retransmisji zgubionych lub opóźnionych pakietów, potwierdzania odebranych itp.). Z drugiej jednak strony, transmisje multimedialne wymagają zagwarantowania stałego „napływu” nowych informacji. Nierównomierność w przesyłaniu danych może zaowocować utratą synchronizacji, lub tez utratą jakości przesyłanej informacji (w zależności od użytego protokołu). Rozwiązaniem tego problemu może być narzucenie ograniczenia na jednorodność opóźnienia. Aplikacja żąda od sieci, aby wszystkie wysyłane przez nią pakiety posiadały w miarę możliwości stałe opóźnienie. Niekoniecznie warunek ten musi iść w parze z wymogiem małego opóźnienia – interesuje nas tylko, by opóźnienie utrzymywało się cały czas na tym samym, określonym z góry poziomie.

- Przepustowość (ang. bandwidth) – Pod określeniem przepustowości kryje się miara możliwości przesyłania danych przez określone urządzenie sieciowe lub łącze. Inaczej można powiedzieć, iż jest to prostu ilość informacji jaka może zostać przesłana w ciągu jednostki czasu. Miara ta wyrażana jest w bitach na sekundę (bps) lub jednostkach pochodnych (kilobit na sekundę, megabit na sekundę). Jest to chyba najczęściej brany pod uwagę parametr QoS. Przepustowość jest tez na ogół głównym wyznacznikiem jakości (a co za tym idzie, często i ceny) danego łącza dla jego użytkownika. Jest to również parametr najczęściej występujący w deficycie. Spora część problemów QoS rozwiązuje się zapewniając po prostu większą przepustowość (ang. overprovisioning) [5]. Niestety, nie likwiduje to jednak problemów w przypadku bardziej wymagających aplikacji. Przy definiowaniu zapotrzebowań aplikacji na przepustowość możemy żądać zarówno wartości bezwzględnych („przynajmniej 42kbps”) jak i względnych („pięć procent dostępnego łącza”). Pierwszy rodzaj rezerwacji ma sens w kontekście globalnym (np. podczas rezerwacji zasobów w obrębie sieci tak, aby zadana przepustowość została zarezerwowana na całej trasie), drugi – w kontekście lokalnym, konkretnego węzła sieci i konkretnego łącza. Tego typu wymóg przydaje się w przypadku określania parametrów QoS dla zbiorczej klasy ruchu, który nie został zakwalifikowany do żadnej innej klasy. Najczęstszym wymaganiem odnośnie przepustowości jest zapewnienie określonego procentu dostępnej przepustowości dla danej transmisji. W sieciach lokalnych sprowadza się to na ogół do podzielenia dostępnego pasma pomiędzy aktywnych w danej chwili użytkowników.

- Parametr odrzucenie pakietu (ang. packet loss) – W momencie powstania zatorów w sieci IP, niektóre pakiety IP mogą zostać odrzucone, przypadkowo lub w wyniku celowego działania. Pomimo, iż protokoły warstwy wyższej (np. TCP) mogą troszczyć się o korygowanie tego typu sytuacji, niekontrolowane

odrzucanie pakietów może być problemem. Utrzymanie utraty pakietów na określonym poziomie (na ogół określanym procentowo) może być parametrem transmisji. Takie podejście wymaga jednak dokładnego sprecyzowania warunków dopuszczalnego stopnia gubienia pakietów. Ważne jest zarówno miejsce (w znaczeniu miejsca sieci, w którym może występować utrata pakietów) jak i okres czasu, w jakim ta utrata następuje (np „nie więcej niż 10% w przeciągu 15min”). Tego typu gwarancja jest na ogół trudna do osiągnięcia. Bez znajomości charakterystyki ruchu, któremu mamy zapewnić tego typu gwarancję może być to bardzo trudne zadanie. Staje się ono łatwiejsze w momencie, gdy mamy zapewnić określony poziom pakietów w obrębie jednej konkretnej transmisji o znanych z góry parametrach.

- Dyspozycyjność (ang. availability) – Jest to miara procentowa czasu, w którym węzeł działa poprawnie. Urządzenia dostawcy zazwyczaj utrzymuje wysoką dostępność dla części sieci co oznacza, że utrzymują poziom dyspozycyjności na poziomie 99,999%.

7. ADAPTACYJNY STRUMIEŃ WIDEO.

Większość mechanizmów, które podejmują decyzję o dopasowaniu zawartości strumienia multimedialnego nie biorą pod uwagę jakości usługi, która jest odbierana przez użytkownika.

Sieci IP typu „best-effort”, są zawodne i często nieprzewidywalne. W sieciach takich występuje wiele czynników, które mogą powodować pogorszenie parametrów jakości transmisji takich jak opóźnienie, zmienność opóźnienia oraz utratę pakietów. Techniki adaptacyjne powinny starać się zredukować przeciążenia oraz utratę pakietów np. poprzez dynamiczne dostosowanie strumienia wideo do dostępnej w sieci przepustowości. Bez technik adaptacyjnych, pakiety każdej transmisji w sieci wysycającej dostępną przepustowość, mogłyby ulec zniszczeniu, zagubieniu lub po prostu zostać odrzucone. Wszystkie te cechy mają ogromy wpływ na jakość odbieranego strumienia. Z punktu widzenia odbiorcy, nieznacznie niższej jakości ale nie uszkodzony strumień wideo jest dużo mniej irytujący niż strumień który uległ uszkodzeniu. Polityki adaptacyjne, bez względu na to czy oparte byłby na odbiory [6], nadawcy [7,8] czy na kodowaniu [9] zawsze stawiają przed nami problem w jaki sposób dopasować prędkość transmisji i rozmiar okna . Istnieją również inne [10,11] techniki adaptacyjne oparte na różnych konfiguracjach kodowania przekazu wideo poprzez używanie funkcji użytkowania (ang. utility function). Gwałtownie zmieniająca się jakość usługi powinna być również unikana ponieważ system percepcji wzrokowej człowieka (HVS) dopasowuje się do zadanej jakości obrazu dopiero po kilku sekundach. Staje się to szczególnie uciążliwe jeśli obserwator musi dopasować się do zmieniających parametrów obrazu w krótkich odstępach czasu. Z tego powodu w pełni kontrolowany, adaptacyjny mechanizm sterowania jakością usług jest niezbędna w celu zminimalizowania negatywnych skutków działających na strumień wideo w momencie przeciążenia sieci. Jednocześnie mechanizmy te powinny dostarczać obraz w możliwie najwyższej jakości oraz na najwyższym poziomie usług.

przeciążenia sieci, które powoduje utratę pakietów oraz opóźnienie, jest użycie mechanizmów z pętlą zwrotną oddziaływających na strumień wideo wychodzący z kodera. Strumień ten z kolei adaptuje jakość obrazu wideo opartego na pośrednich i bezpośrednich informacjach dotyczących warunków panujących w sieci. Na przestrzeni ostatnich kilku lat przestawionych zostało co najmniej kilka artykułów, w których wykorzystywany jest mechanizm kontroli parametrów wideo oparty na pętli zwrotnej. Istnieje również protokół Real Time Control Protocol (RTCP), który udostępnia monitorowanie poziomu jakości usług QoS oraz kontrole przeciążeń występujących w sieci a w szczególności informacji takich jak utrata pakietów, jitter czy też opóźnienie typu round trip. Istnieje wiele aplikacji posiadających wbudowaną kontrolę transmisji wideo poprzez sieć IP, opartą na protokole RTCP. Parametry jakości usług QoS udostępniane przez protokół RTCP nie są ukierunkowane na wymagania stawiane przez obraz wideo. Taką drogą trudno jest uzyskać zadowalającej jakości obraz wideo po stronie odbiorcy.

Na przestrzeni kilku lat włożono wiele pracy w rozwinięcie mechanizmów adaptacyjnej jakość obrazu wideo oraz w możliwości oceny i oszacowania parametrów jakości obrazu. Ogólnie rzecz biorąc, technika adaptacyjnej jakości obrazu wideo wskazuje jakie parametry powinny zostać dopasowane w odpowiedzi na zmieniające sie warunki panujące w sieci. Natomiast mechanizm oszacowania parametrów jakości obrazu mierzy jakość usługi postrzeganej przez użytkownika końcowego ale nie jest skonstruowany do adaptacyjnej transmisji wideo.

8. PODSUMOWANIE

Główne algorytmy wykorzystujące adaptacyjne jakości wideo wskazują w jaki sposób ustawić parametry strumienia wideo w zależności od panujących warunków w sieci IP. Istnieje wiele dróg, dla których wykorzystujemy adaptacyjną jakość usług ale żadna nie bierze pod uwagę jakości postrzeganej przez użytkownika końcowego. W dzisiejszych czasach wydaje się koniecznym znalezienie rozwiązania w jaki sposób zmieniać jakość obrazu wideo w zależności od parametrów kodowania wideo oraz jakości postrzeganej przez użytkownika dla strumieni wideo przesyłanych

przez sieci IP typu best-effort. Koniecznym staje się również znalezienie korelacji pomiędzy adaptacją obrazu wideo a najwyższą do osiągnięcia jakością usługi, postrzeganej przez obserwatora.

SPIS LITERATURY

[1] L. Breslau and S. Shenker. Best-E ort versusff Reservations: A Simple Comparative Analysis. ACM SIGCOMM Computer Communications Review, 28:3– 16, Sept. 1998.

[2] J. Kenney „ Traffic Management Specyfication Version 4.1” ATM Forum, March 1999.

[3] RFC 2475, „An Architecture for Differentiated Services”

[4] RFC 3496, „Protocol Extension for Support of Asynchronous Transfer Mode (ATM) Service Class-aware Multiprotocol Label Switching (MPLS) Traffic Engineering”

[5] M. Menth, R. Martin, J. Charzinski „Capacity Overprovisioning for Networks with Resilience Requirements”

[6] D. Sisalem, A. Wolisz „A TCP-friendly adaptation scheme for multimedia communication”, IEEE International Conference on Multimedia and Expo (III), 2000

[7] D. Sisalem, A. Wolisz „A TCP friendly congestion control framework for heterogeneous multicast environments”, Proc. Eighth International Workshop on Quality of Service (IWQoS 2000), Pittsburgh, PA, June 2000

[8] V. Jacobson, McCanne, M, Vetterli. „Receiver— driven layered multicast”, Proc. Of ACM SIGCOMM'96, Stanford, CA, August 1996

[9] D. Wu, Y. T. Hou, W. Zhu, H-J Lee, T. Chiang, Y-Q. Zhang, H.J. Chao, „On end-to-end architecture for transporting MPGED-4 video over the Internet”, IEEE Trans. On Circuits and Systems for Video Tehcnology, vol. 10, September 2000.

[10]J.G. Kim, Y. Wang, S.F. Chang,” Content-adaptive utility-based video application” IEEE ICME 2003, Baltimore, July 2003

[11] Y. Wang, J.G. Kim, S.F. Chang, „Content-based utility function prediction for real-time MPED-4 transcoding”, ICIP 2003, Barcelon, Spain, September 2003