NewsGeneration: um serviço oferecido pela RNP desde 1997


ISSN 1518-5974
Boletim bimestral sobre tecnologia de redes
produzido e publicado pela  RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
28 de julho de 2000 | volume 4, número 4

volta à página inicial de NewsGeneration

Nesta edição:

NewsGeneration:



RMAV-SP: Implantação e Utilização da Internet 2 de São Paulo

C.B. Margi
F.R. Spinardi
F.F. Redígolo
I. Stiubiner
M. Blanes
M.A. Gutierrez
M.K. Kashiwakura
R.M. Silveira
T.C.M.B. Carvalho
W.V. Ruggiero

LARC - Laboratório de Arquitetura de Redes e Computadores
Pontifícia Universidade Católica de São Paulo
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
InCor - Instituto do Coração -HC FMUSP

Resumo
Abstract
1. Introdução
2. Infra-Estrutura de Rede
2.1 Rede lógica de Manutenção
2.2 Rede lógica de Serviços de Tele-Educação, Telemedicina e Transmissão deVídeo de alta Qualidade
2.3 Rede lógica de Videoconferência
2.4 Rede lógica de "Broadcast"
3. Gerenciamento da RMAV-SP
4. Utilização da Rede Implantada
5. Tele-Educação
5.1 Ferramentas Auxiliares
6. Telemedicina e os Sistemas de Comunicação
6.1 Servidor de Imagens em formato DICOM
6.2 Visualizador de Imagens DICOM
7. Apresentação e Discussão de Resultados
8. Considerações Finais
9. Agradecimentos
10 Referências Bibliográficas

Resumo

Este artigo tem, como objetivo, mostrar os resultados dos trabalhos desenvolvidos nas áreas de Tele-Educação e Telemedicina e da experiência realizada, interconectando diversos sites através de um sistema de videoconferência multiponto, para demonstrar as aplicações desenvolvidas nestas áreas sobre uma infra-estrutura de rede de alta velocidade.

Palavras Chave
Redes de Alta Velocidade, ATM (Asynchronous Transfer Mode), LANE (LAN Emulation), CLIP (Classical IP over ATM), Sistemas de Videoconferência, Tele-Educação, Telemedicina, Gerenciamento de Redes ATM.

^

Abstract

This paper main purpose is to show the results of research activities developed in the fields of Teleducation and Telemedicine, as well as describing the experience obtained in implementing a multipoint videoconference over a metropolitan, high-speed network.

Keywords
High Speed Networks, ATM (Asynchronous Transfer Mode), LANE (LAN Emulation), CLIP (Classical IP over ATM), VideoConference Systems, Teleducation, Telemedicine, ATM Network Management.

^

1. Introdução

O objetivo do Projeto RMAV-SP, visando o esforço internacional da Internet 2, é a criação de uma rede metropolitana de alta velocidade a ser empregada na interconexão de universidades, centros de pesquisa e operadoras de serviço dentro do Estado de São Paulo e o desenvolvimento de trabalhos de pesquisa, envolvendo aplicações de Tele-Educação, Telemedicina e sistemas de Gerenciamento e Segurança desse ambiente.

A infra-estrutura de rede emprega, como base, a tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) com enlaces de fibra óptica ou rádio operando a 155Mbps. Esses enlaces são utilizados para interconectar, inicialmente, a USP (Universidade de São Paulo), através do LARC (Laboratório de Arquitetura de Redes e Computadores) e CCE (Centro de Computação Eletrônica), a PUC-SP (Pontifícia Universidade Católica de São Paulo), a EPM/UNIFESP (Escola Paulista de Medicina/Universidade Federal do Estado de São Paulo/), o InCor (Instituto do Coração), a Telefônica e a Globo Cabo, além da FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), que participa desse consórcio como entidade de apoio.

Essa infra-estrutura tem sido empregada para a realização de diversas pesquisas, incluindo o estudo, a especificação, desenvolvimento e avaliação de aplicações, que demandam banda larga. Neste sentido, as aplicações, com ênfase em Tele-Educação, tiveram como metas: o desenvolvimento de uma metodologia para preparação de cursos, exercícios e testes multimídia on-line; o desenvolvimento e/ou integração de ferramentas para elaboração de materiais de ensino multimídia, de gerenciamento de cursos, de interação aluno-professor, dentre outras; a criação de infra-estrutura para produção, armazenamento e distribuição desses materiais e de outros materiais organizados na forma de bibliotecas digitais. Esses serviços começam a ser oferecidos, num primeiro momento, à comunidade universitária, que está conectada através da infra-estrutura de rede de alta velocidade e, posteriormente, devem ser disponibilizados ao público em geral.

Na área de gerenciamento, foi implantado o sistema de gerenciamento da rede RMAV-SP e estão sendo desenvolvidos sistemas complementares que permitem gerenciar a qualidade do serviço prestado. No que diz respeito à segurança, foram investigadas técnicas aplicadas ao sistema de distribuição de material multimídia de ensino e medicina para proporcionar confidencialidade, autenticação, autoria garantida e tratar a questão dos direitos de propriedade e de cópia associados a esse material.

Dentro do contexto das atividades de pesquisa realizadas no projeto RMAV-SP, este artigo tem, como objetivo, mostrar os resultados dos trabalhos desenvolvidos nas áreas de Tele-Educação e Telemedicina e da experiência realizada interconectando os seus diversos sites através de um sistema de videoconferência multiponto para demonstrar as aplicações desenvolvidas nestas áreas.

^

2. Infra-Estrutura de Rede

A Rede Metropolitana de Alta Velocidade de São Paulo é baseada na tecnologia ATM, com enlaces operando a 155Mbps.

As instituições participantes estão indicadas na Figura 1. Conforme pode-se constatar através desta figura, a topologia dessa rede é um anel, com duas ramificações, respectivamente, para o INCOR e a EPM. Esta topologia garante um certo nível de redundância no caso de rompimento de alguns enlaces do anel.

O ponto de acesso nacional está na FAPESP e permitirá, em breve, a conexão desta rede metropolitana às demais redes de alta velocidade do país e à Internet 2 mundial. Além disso, encontra-se, em fase de implantação um enlace de 2,5 Gbps, entre a USP e UNICAMP, que virá a substituir o enlace de baixa velocidade já instalado.

Este backbone foi implementado, empregando-se comutadores ATM IBM8285 e IBM8265. Estes equipamentos estão configurados compondo oito sites ATM ou peer groups 2. Cada um dos sites conta, ainda, com servidores e estações multimídia conectados através de enlaces ATM 155 e 25 Mbps, respectivamente, e de uplinks empregados na conexão com comutadores Ethernet. Nestes comutadores Ethernet, estão conectadas outras estações multimídia além dos sistemas de videoconferência.

A comunicação entre peer groups é baseada em tabelas estáticas de roteamento ATM (protocolo IISP-InterInterim Comutador Protocol), inseridas em cada comutador. A partir destas tabelas, os comutadores são capazes de estabelecer as conexões através das quais são encaminhadas as células geradas pelas estações.

As aplicações nesta rede não operam em modo ATM nativo. Utilizam endereçamento IP. Para interconectar o ambiente de redes IP ao backbone ATM, foi necessário criar, sobre a infra-estrutura física de comutação, redes lógicas de endereçamento IP, baseadas nos padrões CLIP (Classical IP over ATM) e LANE (Lan Emulation).

A Figura 2 ilustra, na parte inferior, o plano de endereçamento ATM, composto por oito peer groups. No plano superior, estão representados os quatro domínios de endereçamento IP, cuja interconexão depende de roteamento. Neste caso, o roteamento IP é realizado por um módulo específico do IBM8265 (IBM-MSS), que foi instalado em dois comutadores, do LARC e FAPESP, para fins de redundância.

O plano de endereçamento lógico foi dividido em quatro domínios IP diferentes associados a quatro redes lógicas. Essa divisão foi necessária devido à necessidade de se disponibilizar serviços com diferentes requisitos de operação. Dentre esses serviços podem ser listados:

* Transmissão de vídeo de alta qualidade.

* Aplicações de tele-educação.

* Aplicações de telemedicina.

* Videoconferência.

* Transmissões de vídeo e áudio em broadcast em tempo real.

Além dos serviços listados, a RMAV-SP possui um sistema de gerenciamento, que está conectado, direta ou indiretamente, às redes lógicas existentes.

Para que cada serviço pudesse operar adequadamente, cada um foi separado ou agrupado em uma rede lógica distinta. Por se tratar de uma rede ATM, para cada rede lógica criada, foi escolhido um padrão CLIP(Classical IP over ATM)ou LANE (Lan Emulation) empregado na interconexão do ambiente IP à rede física ATM.

^

2.1 Rede lógica de Manutenção

É a rede lógica criada e utilizada apenas para gerenciar equipamentos ATM. Todos os comutadores ATM, que compõem a rede metropolitana pertencem a essa rede. Ela não é acessível por equipamentos que não sejam os comutadores ATM. A única exceção é a estação de gerenciamento, que precisa pertencer logicamente a essa rede para trocar informações com os equipamentos ATM.

Por motivos de segurança, essa rede é isolada das outras e emprega um endereço de rede IP privativo. Utiliza, como padrão de conexão do IP ao ATM, o CLIP por se tratar de um padrão mais simples e suportado por todos os equipamentos que se desejava gerenciar.

^

2.2 Rede lógica de Serviços de Tele-Educação, Telemedicina e Transmissão deVídeo de alta Qualidade

É a rede lógica maior e mais importante da RMAV-SP. Agrupa os principais serviços que exigem banda larga e baixos atraso e variação de atraso. Utiliza o CLIP, por apresentar baixo overhead na comunicação entre ambientes IP e redes ATM, e endereços IP (IPv4) válidos. Essa rede pode ser acessada por qualquer estação ligada à RMAV-SP. Um dos primeiros serviços implantados e um dos mais críticos em termos de QoS, é a transmissão de vídeo de alta qualidade (MPEG-1 e 2).

Fazem parte dessa rede os sites INCOR, EPM, FAPESP, PUC e LARC.

^

2.3 Rede lógica de Videoconferência

É a rede lógica empregada para interligar os equipamentos de videoconferência de todos os sites (FAPESP, INCOR, EPM, LARC-EPUSP, PUC-SP, Palácio do Governo e UNICAMP) e um servidor de distribuição de vídeo. Os equipamentos de videoconferência, por possuírem apenas interfaces Ethernet, foram conectados aos comutadores Ethernet, com uplink para os comutadores ATM. Para integrar o ambiente das redes locais Ethernet com ATM foi empregado o LANE.

Devido à criticidade da aplicação de videoconferência em relação a atraso, variação de atraso e banda, apenas estações de videoconferência fazem parte dessa rede para que outros tipos de tráfego, principalmente de broadcast, não interfiram no tráfego de vídeo.

^

2.4 Rede lógica de "Broadcast"

Além da transmissão de videoconferência, duas transmissões de vídeo/áudio foram realizadas em paralelo. Essas transmissões, uma transmitida pelo LARC e outra pelo INCOR, foram receptadas por dois telões localizados na FAPESP, permitindo a visualização simultânea de ambos. Para isolar o tráfego dessas transmissões do tráfego gerado pelo sistema de videoconferência, foi criada uma outra rede lógica. Esta rede, entitulada de rede de broadcast pelo tipo de pacote empregado, por estar, totalmente, isolada lógicamente das outras redes, viabilizou o uso simultâneoa dos sistemas de videoconferência, tele-educação e telemedicina. Para integrar o ambiente ATM, foi utilizado o LANE pelo fato deste suportar pacotes tipo broadcast.

^

3. Gerenciamento da RMAV-SP

Para o gerenciamento da RMAV foi utilizada a plataforma de gerenciamento de redes Tivoli Netview, da IBM; sobre o Netview foram utilizados os softwares IBM Nways Campus Manager LAN e IBM Nways Campus Manager ATM, para o gerenciamento dos comutadores IBM e da infra-estrutura da rede ATM em si.

O sistema de gerenciamento encontra-se centralizado em um servidor IBM RS/6000, que está conectado fisicamente à rede através de um enlace ATM de 25Mbps, dentro do site ATM do LARC. Sobre este enlace, são utilizados dois clientes CLIP, um para a conexão à rede lógica de manutenção e outro para a conexão à rede lógica de serviços. As redes lógicas de broadcast e vídeo-conferência são acessadas através do roteamento IP executado no módulo MSS.

Em relação à arquitetura de gerenciamento, utilizou-se a arquitetura SNMP. Todos os comutadores da rede possuem agentes SNMP, que foram configurados para enviar alarmes (traps) e responder somente para a estação de gerenciamento.

Os comutadores possuem suporte à MIB ATM definida pela RFC 1695, conhecida como AToM MIB; esta MIB foi definida para o gerenciamento de enlaces SONET e de PVCs, utilizando-se das definições de classes de serviços especificadas na UNI 3.1. Além disso, o módulo MSS, que contém os servidores de LANE e CLIP, suporta as MIBs de gerenciamento para servidores LANE e CLIP. A maioria dos clientes LANE e CLIP, no entanto, não possuem suporte às MIBs destas aplicações.

^

4. Utilização da Rede Implantada

A primeira utilização intensiva da RMAV-SP, implantada na cidade de São Paulo, foi realizada através de um sistema de videoconferência multiponto, envolvendo, direta ou indiretamente, todos os consorciados RMAV-SP, além do Palácio do Governo do Estado de São Paulo e da UNICAMP. Durante esta videoconferência, que durou aproximadamente 2 horas, foram expostas e discutidas questões referentes a infra-estrutura da rede implantada, aspectos de gerenciamento e segurança e utilização da rede por aplicações que demandam banda larga, incluindo demonstrações específicas de telemedicina e tele-educação.

O sistema de videoconferência, criado para tal evento, interconectou os auditórios da FAPESP, da Escola Politécnica da USP, do INCOR, da PUC-SP, da EPM-UNIFESP, da UNICAMP e a sala de Despachos do Palácio dos Bandeirantes, de onde o Governador do Estado de São Paulo, Sr. Mário Covas, inaugurou a rede. O esquema de interconexão do sistema de videoconferência inaugural é mostrado na Figura 3.

Figura 3: Localidades interconectadas através de videoconferência na inauguração da RMAV-SP.

Os equipamentos de videoconferência (Intel TeamStation System) são máquinas com processador Intel Pentium III 500 MHz, utilizando Microsoft Windows NT Workstation 4.0. O sistema é equipado com teclado/mouse sem fio, câmera de vídeo CCD (resolução efetiva de 768x492, zoom de 12 vezes, seis posições de presets e auto-tracking) com controle remoto, microfone unidirecional, placas de codificação/decodificação de áudio/vídeo e software específico e proprietário para videoconferência. O equipamento é apto a transmissão do sinal de videoconferência sobre IP, utilizando padrão de transmissão ITU H.323, padrão de compressão de vídeo H.261 FCIF, 30 fps (quadros por segundo), padrão de compressão de áudio G.711 (utilizando banda de 64 Kbps) e taxa de transmissão máxima de 800 Kbps. Com esse equipamento é possível, ainda, conectar um sistema de vídeo cassete e compartilhar com os outros participantes aplicações gráficas, o que permite uma maior interação de trabalho. O fato de todas localidades participantes da videoconferência usarem o mesmo modelo de equipamento garantiu uniformidade na qualidade da imagem e na taxa de transmissão. Através da ferramenta de gerenciamento da videoconferência (Intel TeamStation System Admin Tools) é possível configurar vários parâmetros da videoconferência, incluindo de taxa de quadros por segundo e de transmissão.

Através de um Servidor de Multiponto (PictureTel NetConference Multipoint Server) foi possível criar e gerenciar "salas virtuais" de videoconferência, em duas situações distintas, o que caracterizou duas etapas do evento. Na primeira parte, foram conectados todos os pontos; enquanto, na segunda, foram criados três grupos distintos de comunicação simultânea, com o intuito de permitir que os participantes, de interesses comuns, pudessem aprofundar a discussão sobre temas técnicos específicos. Os participantes, na segunda etapa do evento, foram distribuídos em grupos da seguinte forma:

* InCor e EPM-UNIFESP - Telemedicina.

* EPUSP e PUC-SP - Tele-educação e Gerenciamento e Segurança de redes de computadores.

* UNICAMP e Prefeitura de Campinas - Tele-educação e Agropecuária.

O Servidor de Multiponto utilizado possui 8 portas, permitindo interconectar os 7 equipamentos de videoconferência simultaneamente. O chaveamento entre as localidades participantes foi feito por ativação de voz. A cada participante é atribuído um nome e um endereço IP na rede.

Os participantes do evento, que se encontravam na FAPESP, acompanharam as atividades dos três grupos de discussão técnica criados na segunda etapa do evento, por meio de transmissão multicast sobre a rede RMAV-SP. Essa transmissão foi projetada em três telões existentes no prédio da FAPESP. Isso foi possível, utilizando-se um Servidor de Vídeo Multicasting (PictureTel StarCast), que permitiram a integração do sistema de videoconferência à tecnologia de vídeo streaming sobre protocolo IP. O IP Multicast difere no intervalo de endereço IP utilizado; em vez de utilizar endereços IP classe A, B ou C, utiliza a classe D (endereços IP de 224.0.0.0 a 239.255.255.55).

O sistema utilizado, dotado de placa de captura de vídeo e compressão MPEG 1, possibilita a transmissão em tempo real do sinal da videoconferência com taxa de transmissão configurável. A banda utilizada para essa transmissão foi de 1,5 Mbps. Na Figura 3 está indicado onde ficaram localizados os servidores e receptores de multicasting.

A videoconferência de inauguração foi transmitida, também, por multicast pela Internet 1, utilizando o sistema MBone implantado pela FAPESP. MBone (Internet Multicast Backbone) é o nome dado à rede virtual que é implementada sobre a rede física da Internet e utiliza transmissão IP Multicast. A transmissão em IP Multicast possibilita a distribuição eficiente de pacotes de dados, minimizando a probabilidade de ocorrência de congestionamento na linha devido à multiplicação de dados repetidos, como ocorre na transmissão de um programa de vídeo ou áudio em IP unicast.

Essa tecnologia permitiu que todas as instituições de ensino e pesquisa, que já implementaram um receptor MBone em parceria com a FAPESP, pudessem acompanhar pela Internet 1 os debates, palestras e demonstrações que marcaram a inauguração da Internet 2 de São Paulo.

Para obter uma maior abrangência da divulgação do surgimento dessa nova infra-estrutura de comunicação e os benefícios que ela poderá trazer a comunidade, o evento foi, também, transmitido pela GloboCabo. Essa transmissão foi feita conectando o equipamento de videoconferência, através da saída S-Vídeo e da saída de áudio, a um conversor e um transcodificador. O conversor tinha, como função, fazer a correção do sinal e o transcodificador codificava o sinal para a freqüência de upstream, utilizado na transmissão a cabo. O sinal resultante era, por sua vez transmitido, via fibra óptica monomodo, para o headend da GloboCabo de onde era feita transmissão multicasting.

Desta forma, um grande público, seja da área técnica como da comunidade, pode entender detalhes do funcionamento e da utilização desta rede, que a médio prazo estará disponibilizando relevantes serviços de comunicação. No evento, tiveram especial destaque as aplicações de tele-educação e telemedicina, que serão brevemente mostradas a seguir.

^

5. Tele-Educação

Dentre as aplicações disponíveis em tele-educação podemos citar os Cursos e Seminários online, Biblioteca Digital e Laboratórios Virtuais.

Figura 4: Curso, Seminário e simulador Online

Os cursos online utilizam diversas mídias para ilustrar os conceitos apresentados. Estas mídias incluem: textos, imagens, animações, simuladores, áudio e vídeo. O uso de diferentes materiais permite que um mesmo conceito seja ilustrado mais de uma vez, facilitando o entendimento do aluno. Além de apresentar os conceitos, o curso deve permitir, também, ao aluno que este verifique o que aprendeu, ou seja, mecanismos de auto-avaliação podem estar incluídos no curso.

Os seminários online têm, como objetivo, suprir a necessidade de informações técnicas, sem que o usuário precise se deslocar até um auditório, e, também, auxiliar no ensino presencial tradicional, detalhando certos conceitos de forma complementar ao que foi visto ou discutido em sala de aula. Estes seminários são compostos por um vídeo do apresentador e pelas transparências utilizadas pelo mesmo, conforme se observa na Figura 4, estando o áudio/vídeo em sincronismo com as anotações associados aos slides.

A interação do aluno com uma ferramenta, que permita um melhor entendimento do conceito apresentado, torna o aprendizado muito mais interessante, profundo e mais fácil. Os simuladores do Laboratório Virtual, implementados utilizando applets Java, são um ótimo exemplo destas ferramentas. As interfaces de um desses simuladores é mostrado na Figura 4.

A apresentação das estatísticas de um curso a distância concluem, de um lado, a primeira etapa no desenvolvimento de cursos, mas, por outro lado, a realimentação obtida mantém o processo de desenvolvimento dos cursos a distância em andamento, definindo novos desafios que deverão ser superados até que se tenha um sistema multimídia sob demanda bem sintonizado à aplicação de ensino remoto.

^

5.1 Ferramentas Auxiliares

Para auxiliar no desenvolvimento destes serviços, foram desenvolvidos softwares auxiliares para a implantação de ensino online. Dentre eles, podemos citar o sistema para organização e elaboração de cursos a distância, o sistema de gerenciamento e controle de cursos via Web, sistema modular de auto avaliação da aprendizagem via Web, e uma ferramenta para sincronismo de mídias.

1. Sistema para Elaboração de Cursos a Distância [Gonz99]: Este sistema auxilia o professor na estruturação e desenvolvimento do curso seguindo os passos de uma metodologia educacional capaz de abordar o ensino de aspectos conceituais e procedimentais.

2. Sistema de Gerenciamento e Controle de Cursos via Web [Gail99]: este sistema permite o cadastro de cursos, a criação de turmas, a matrícula de alunos e o controle de acesso aos cursos em andamento. Ou seja, faz a administração e controle de cursos online via Web.

3. Sistema Modular de Auto Avaliação da Aprendizagem Via Web [Vilc99]: Este mecanismo de avaliação foi implementado com o objetivo de testar o aprendizado dos alunos. Existem dois modos definidos de operação: com correção imediata e com correção postergada. Os testes com correção imediata possibilitam ao aluno a oportunidade de auto-avaliação, agilizando o aprendizado. Já os testes com correção postergada são voltados para uma avaliação do aluno pelo professor. O sistema é composto por uma ferramenta para criação dos testes pelos professores e por um aplicativo acessado a partir do browser, que consulta a base de dados de questões e permite ao aluno respondê-las. Um outro aspecto importante é a realimentação que o sistema de auto-avaliação proporciona ao aluno, indicando o material mais adequado para revisar os pontos falhos da sua aprendizagem.

4. Ferramenta para Sincronismo de Slides e Vídeo: Esta ferramenta automatiza a sincronização de mídias digitais, permitindo que o professor possa construir páginas web com inclusão das mídias de seu interesse. Dentre essas mídias, podem ser sincronizadas texto, vídeo, áudio e animações. Essa ferramenta provê uma interface amigável de utilização e possibilita a escolha de layouts padronizados para os material online.

^

6. Telemedicina e os Sistemas de Comunicação

A distribuição dos serviços de saúde e o compartilhamento de informações médicas, utilizando sistemas de telecomunicação, envolvem um conjunto diverso de tecnologias. Além disso, se a informação a ser compartilhada contém imagens, um problema especial em cardiologia é como distribuir imagens dinâmicas obtidas em estudos como ecocardiografia e de angiografia com qualidade de serviço (QoS) [Bol98]. As imagens individuais são facilmente transmitidas, mas o volume total, considerando todas as imagens em uma seqüência, é enorme podendo chegar facilmente na ordem Giga Bytes por paciente. Os avanços em tecnologias de comunicação e em informática permitem que médicos e especialistas localizados em um centro de referência troquem informações com médicos e profissionais de saúde distantes em outro centro, ou mesmo com o próprio paciente. Em especialidades como cardiologia, radiologia e patologia as informações relevantes de um paciente são inerentemente digitais, porém a necessidade de alta qualidade, aliada ao volume de dados envolvidos, limitam a prática de ações em Medicina à distância nos meios de comunicação convencionais (Figura 5).

Figura 5: Requisitos de banda em função da aplicação em Telemedicina

Atualmente, a grande maioria das modalidades de imagens médicas são, inerentemente, digitais (Tomografia Computadorizada, Medicina Nuclear e Ressonância Magnética) e podem ser transmitidas e compartilhadas em redes desde que estejam em algum formato padrão, tais como o DICOM (Digital Image Communication in Medicine standard) padronizado pela ACR-NEMA (American College of Radiology and National Electronics Manufactures Association) [ACR-NEMA].

A adoção do DICOM como padrão de comunicação é fundamental para qualquer aplicação de Telemedicina, na qual seja necessário compartilhar imagens médicas.

Os recursos oferecidos pelo ATM para o compartilhamento de imagens médicas, como a baixa latência e a possibilidade de estabelecer prioridade no envio de pacotes, permitem implantar serviços de saúde à distância com elevada eficiência. Além disso, a tecnologia ATM é totalmente transparente para as camadas superiores ao nível 2 do modelo OSI da ISO [McEa92, Klei92]. Isto possibilita, por exemplo, a adição sobre o ATM de outros protocolos, como TCP/IP, definidos nas camadas 3 e 4, o que facilita a sua integração aos Sistemas de Informação Hospitalares.

^

6.1 Servidor de Imagens em formato DICOM

O padrão DICOM 3.0, padronizado pela ACR-NEMA, foi definido para atender à necessidade dos fabricantes e usuários dos equipamentos médicos com capacidade para produzir e distribuir imagens médicas, tais como os tomógrafos, em redes de computadores. O padrão DICOM define o formato de armazenamento das imagens e o protocolo de comunicação, baseado em uma arquitetura cliente-servidor. Toda a comunicação com o mundo exterior é realizada através da interface DICOM, que executa o seu fluxo de dados através do protocolo TCP/IP (Figura 6).

Figura 6: Modelo de aplicação DICOM

No modelo cliente-servidor especificado pelo DICOM, o servidor de imagens é um termo geral que pode ser designado a um número diferente de aplicações, as quais podem ser utilizadas para armazenamento e recuperação de imagens.

Para a implantação do Servidor de Imagens DICOM, estamos adotando o conjunto de aplicações desenvolvidas para a RSNA (Radiology Society of North America, Washington, USA) pelo Mallinckrodt Institute of Radiology (St. Louis, Missouri, USA), as quais são distribuídas gratuitamente, incluindo os seus fontes e documentação. Entretanto, estas aplicações devem ser customizadas para o ambiente e plataforma adotados. Até a presente data, o conjunto de aplicativos está certificado para as plataformas SUN (Solaris 5.x), Digital (Unix OSF/1), Silicon Graphics (IRIX) e Linux.

No âmbito deste projeto, para permitir a troca de imagens médicas entre as instituições interligadas pela rede de alta velocidade, foi implantado um conjunto de servidores de imagem, baseados na versão distribuída pela RSNA, os quais podem armazenar, enviar e recuperar imagens através do protocolo DICOM 3.0. A integração dos servidor de imagens ao Sistema de Informações Hospitalar é realizada através do banco de dados relacional Oracle 7.0.

^

6.2 Visualizador de Imagens DICOM

Para consulta das informações contidas nos servidores de imagem, distribuídos na rede de alta velocidade, um conjunto de aplicações para visualização de imagens médicas utilizando o protocolo DICOM foram desenvolvidas. Em especial, os visualizadores implementados apresentam, ainda, a capacidade para análise de estudos contendo imagens dinâmicas, os quais tornam-se possível com a infra-estrutura baseada em rede de banda larga.

A Figura 7 apresenta a interface gráfica e a imagem obtida em um estudo típico de cineangiografia contento cerca de 400 Mbytes de informação.

Figura 7: Interface gráfica do visualizador e imagem típica de cineangiografia.

^

7. Apresentação e Discussão de Resultados

A partir das atividades de pesquisa realizadas referentes à implantação de um sistema de videoconferência multiponto, de aplicações de tele-educação e Telemedicina sobre uma rede de alta velocidade foi possível concluir que:

* Para garantir a operação adequada dos sistema de gerenciamento, sistema de videoconferência e das aplicações de tele-educação e telemedicina, foi necessário criar redes lógicas com endereçamento IP independentes, de modo a isolar o tráfego gerado em cada uma dessas redes.

* Os sistemas de videoconferência empregados possuíam três limitações importantes:

* Operam, apenas, com interfaces Ethernet. As redes Ethernet foram conectadas ao backbone ATM através de um uplink com funções de LANE, que introduz grande overhead na rede devido ao grande volume de broadcast.

* A banda de transmissão empregada é limitada em 800kbps, sendo 400Kbps alocados para o tráfego upstream e 400Kbps para o tráfego downstream.

* É possível compartilhar aplicações entre os participantes, o que possibilita trabalho conjunto e demonstrações. No entanto, esse compartilhamento se limita à tela gráfica, não permitindo a utilização adequada de aplicações que envolvam áudio ou de mais de uma aplicação gráfica simultânea entre os participantes da videoconferência. Assim sendo, não é possível, por exemplo, ativar uma aplicação de vídeo a partir de um browser.

Dessas limitações, a de banda de transmissão é a mais relevante e aplica-se a grande maioria dos equipamentos de videoconferência. Ou seja, os sistemas de videoconferência não estão, ainda, preparados para operarem em redes de banda larga.

* O sistema de gerenciamento é bastante limitado, permitindo gerenciar, adequadamente, somente os enlaces físicos do backbone ATM. Muitos dos padrões para o gerenciamento ATM através de SNMP estão, ainda, em desenvolvimento (como, por exemplo, objetos para o gerenciamento de SVCs e PVCs) ou são recém definidos, não havendo implementações (por exemplo, AToM MIB versão 2, que suportem as classes de serviços definidas pela norma Traffic Management 4.0). Os circuitos virtuais comutados, compostos de canais e vias virtuais, podem ser gerenciados a partir de MIBs proprietárias, com funcionalidades restritas. O mesmo ocorre com os sistemas de LANE e CLIP.

* Durante o evento de inauguração da RMAV-SP foram demonstradas algumas ferramentas para tele-educação já desenvolvidas, que permitem integrar várias mídias, gerenciar o ambiente de curso e os acessos ao material didático e criam uma forma automatizada do professor propor teste de auto-avaliação ao aluno. No momento, outras ferramentas encontram-se em fase de desenvolvimento com o objetivo de melhorar, ainda mais, o ambiente de cursos online e auxiliar o professor na criação do material didático. Uma segunda etapa se inicia agora, ao se empregar essas ferramentas na implantação de cursos, onde por meio de estatísticas do comportamento e desempenho do aluno, tanto as ferramentas como o material didático poderá ser avaliado e otimizado.

* Em relação à telemedicina, a infra-estrutura implantada e o conjunto de padrões utilizados (ATM, TCP/IP e DICOM) permitiram a distribuição de informações clínicas entre os dois maiores hospitais públicos na área metropolitana de São Paulo. Os recursos oferecidos pela tecnologia ATM, como a baixa latência e a possibilidade de se estabelecer prioridade no envio de pacotes, viabilizaram a implantação de serviços de saúde à distância com elevada eficiência. Além disso, um conjunto de aplicações foram desenvolvidas para transmissão, armazenamento e visualização de imagens médicas, voltadas, principalmente, para a manipulação de grandes volumes de dados, tais com imagens dinâmicas, o que permitirá oferecer serviços de saúde não disponíveis, ainda, nos meios de comunicação convencionais.

^

8. Considerações Finais

A infra-estrutura da RMAV-SP continuará sendo empregada no desenvolvimento de pesquisas nas áreas de Tele-Educação e Telemedicina e outras áreas.

Em relação à área de Segurança, merece ser destacado o projeto de Mecanismo para Distribuição Segura de Vídeo MPEG [Marg99]. O trabalho faz um levantamento dos principais aspectos envolvidos na distribuição segura de material multimídia, propondo um mecanismo de distribuição e reprodução de vídeos MPEG que atenda a estes requisitos. A proposta considera a especificação de um servidor (S/Server), de um visualizador (S/Viewer) e do protocolo de acesso entre ambos.

Em relação à área de controle e otimização da banda de transmissão utilizada por aplicações de vídeo, como por exemplo Vídeo sob Demanda, o Projeto SoQ propõe uma técnica eficiente de diminuir, quando necessário, a taxa de bits dos arquivos de vídeos que serão transmitidos em tempo-real pela rede ATM. Durante a negociação para o estabelecimento da conexão ATM, é feita a verificação dos parâmetros de qualidade de serviço (QoS) que a rede poderá atender. Para que essa negociação seja otimizada, é proposta a implementação de um "Servidor de Qualidade" (SoQ), que intermedia essa negociação, e reajusta os coeficientes de quantização do vídeo codificado em MPEG a partir de uma rede neural, possibilitando um ajuste não uniforme, levando em consideração as características perceptivas do ser humano e se beneficiando, ainda, do auto aprendizado da rede neural para obter o ajuste mais eficiente.

Além disso, outros projetos estão em fase de proposta nas áreas de transmissão de HDTV, Agricultura, tanto no que diz respeito à educação a distância como de diagnóstico remoto de pestes, monitoração remota de equipamentos radiológicos, dentre outros.

^

9. Agradecimentos

A Rede Metropolitana de Alta Velocidade de São Paulo é hoje uma realidade graças ao incentivo e patrocínio da RNP, do CNPq/PROTEM, da IBM e do especial apoio da FAPESP. Além disso, a utilização da rede de forma ampla, a verificação de seu desempenho e a divulgação de sua implantação foi possível graças a colaboração da PictureTel do Brasil e da SND Eletrônica Ltda. A todas essas instituições e seu corpo técnico apresentamos aqui nossos agradecimentos.

^

10 Referências Bibliográficas

[ACR-NEMA] ACR-NEMA. Commitee. Digital imaging and communications in medicine (DICOM): Version 3.0. Washington, DC: National Electrical Manufacturers Association, 1993.

[Bol98] G. Boland e J.H. Thrall. Telemedicine in practice. Seminar in Nuclear Medicine, N.2, pp.145-157, 1998.

[Gail99] R. Gailand; "Documentação do WebCC". Relatório Técnico do LARC, 1999.

[Gonz99] L.G. Gonzalez, F.E.C. Lemos e W.V. Ruggiero; "Organization and Development of Distance Education Courses". International Conference on Technology and Distance Education, Fort Lauderdale - Florida, June/1999.

[Gree98] M. Greene, J. Luciani, K. White; "RFC 2320 - Definitions of Managed Objects for Classical IP and ARP Over ATM Using SMIv2 (IPOA-MIB)". April 1998.

[Klei92] L. Kleinrock. The latency and bandwidth tradeoff in gigabit networks. IEEE Communications Magazine, pp.36-40, 1992.

[Marg99] C.B. Margi, G. Bressan, W.V. Ruggiero; "Um Mecanismo Para Distribuição Segura de Vídeo MPEG", II SECICOM, Lavras, MG, 1999.

[McEa92] J.A McEachern. Gigabit networking on the public transmission network. IEEE Communications Magazine, N.04, pp70-78, 1992.

[Noto99] M. Noto, E. Spiegel, K. Tesink; "RFC 2514 - Definitions of Textual Conventions and OBJECT-IDENTITIES for ATM Management". February 1999.

[Pan98] H. Pan; "SNMP-based ATM network management". Artech House, 1998.

[Vilc99] O.D. Vilcachagua, E. Favero. G. Bressan, W.V. Ruggiero; "Sistema Modular de Avaliação da Aprendizagem via Web", VI Congresso Internacional de Ensino a Distância, 1999.

1 O presente trabalho foi realizado com o apoio do CNPq, uma entidade do Governo Brasileiro voltada ao desenvolvimento científico e tecnológico.

2 Peer group: Grupo definido a partir da hierarquia de endereçamento ATM. Um peer group é identificado a partir dos 13 bytes mais significativos do endereço ATM. Todo equipamento cujos 13 bytes coincidam com o identificador do peer group são ditos pertencentes ao grupo.

^

NewsGeneration, um serviço oferecido pela RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa
Copyright © RNP, 1997 – 2004