ISSN 1518-5974
Graciela Machado Leopoldino <graciela@rnp.br>
Edson dos Santos Moreira <edson@icmc.sc.usp.br>
Serviço de Suporte a Operações (SSO)
Universidade de São Paulo
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)
Instituto de Ciências Matemáticas e Computação de São Carlos
Resumo
1. Introdução
2. Modelo Centralizado
3. Modelo Descentralizado
4. Modelo Híbrido
5. Conclusão
6. Sites relacionados
Resumo
Existem três modelos de comunicação para sistemas de videoconferência: centralizado, descentralizado e híbrido. O objetivo deste artigo é definir cada uma destas formas e apresentar suas principais características.
1. Introdução
Atualmente, a existência de novas alternativas para as redes de computadores, tais como ReMAVs (Redes Metropolitanas de Alta Velocidade), Internet2 e RNP2 estão viabilizando o desenvolvimento de aplicações avançadas como videoconferência, vídeo interativo, bibliotecas digitais e laboratórios virtuais. Isto tem favorecido a comunidade acadêmica e instituições de pesquisa, além do setor comercial; e tem provocado um crescimento no uso do computador como uma ferramenta para mediar a comunicação em tempo real entre indivíduos e grupos, aumentando o número de ferramentas disponíveis e também o número de usuários destes serviços.
A videoconferência é uma forma de comunicação interativa que permite que a duas ou mais pessoas que estejam em locais diferentes, a comunicação com áudio e visualização de imagem em tempo real. Reuniões, cursos, conferências, debates, palestras são conduzidas como se todos os participantes estivessem juntos no mesmo local. Com os recursos da videoconferência, pode-se conversar com os participantes e, ao mesmo tempo visualizá-los na tela de um monitor (telão ou televisão, dependendo dos recursos utilizados), trocando informações como se fosse pessoalmente.
Uma grande variedade de soluções para sistemas de videoconferência está disponível e cada aplicação, de acordo com o seu propósito, pode ter necessidades diferentes com relação a equipamentos, à infra-estrutura de comunicação e à qualidade de serviço. Considerando estes fatores, um sistema de videoconferência deve se adequar da melhor forma possível aos recursos que a infra-estrutura de rede oferece. Além disso, o modelo de comunicação escolhido (centralizado, descentralizado ou híbrido) pode influenciar no tipo de recursos que serão utilizados na aplicação.
No artigo Experimentos de Videoconferência na ReMAV-Curitiba – Seminários a Distância, os autores apresentaram algumas soluções de videoconferência separando-as em duas classes distintas: de um lado, os kits proprietários; do outro, os aplicativos do MBone. O artigo atual retoma a questão de classificação de sistemas de videoconferência distinguindo-os de acordo com a infra-estrutura de comunicação.
2. Modelo Centralizado
O modelo centralizado é baseado no modo de comunicação ponto a ponto ou unicast. Quando existem três ou mais pontos para se conectarem entre si, a comunicação é possível utilizando-se uma Unidade de Controle Multiponto (MCU - Multipoint Control Unit)
A principal característica desse modelo é a utilização de um MCU que faz parte dos mecanismos descritos na recomendação H.323 do grupo de trabalho da ITU (International Telecommunications Union) que estuda comunicações e conferências multimídia. O padrão de conferência H.323 está sendo amplamente utilizado no desenvolvimento de sistemas de videoconferência e será assunto de um outro artigo no NewsGeneration.
Em uma sessão de videoconferência baseado neste modelo cada participante estabelece uma conexão com o MCU central e a distribuição do fluxo de áudio, vídeo e dados para cada participante é feita pelo MCU que mescla os vários fluxos de áudio, seleciona o fluxo de vídeo correspondente e retransmite o resultado para todos os outros participantes. Ele gerencia a videoconferência usando funções de controle H.245 que definem a capacidade de cada terminal. O H.245 é um protocolo para controle de chamadas especificado no padrão H.323.
Um MCU é a combinação de um Controlador Multiponto (MC - Multipoint Controller) e de zero ou mais Processadores Multiponto (MP - Multipoint Processor). O MC, geralmente um software, é o responsável pelo controle de três ou mais participantes durante sessões multiponto e o MP, geralmente um hardware, é o responsável pelo processamento do fluxo de áudio, vídeo e/ou dados durante sessões multiponto. A presença do MP provê mesclagem, chaveamento, ou outro processamento de fluxo de mídia sob o controle do MC.
A seguir são apresentadas figuras que ilustram o modelo centralizado em sessões de videoconferência:
Figura 1 - Exemplo de videoconferência entre dois participantes (não é necessária a presença de MCU)
Figura 2 - Exemplo de videoconferência baseada em modelo centralizado entre 3 ou mais participantes
Algumas vantagens deste modelo são:
- Os equipamentos dos participantes não precisam ter recursos poderosos, pois localmente apenas codificam seu fluxo de mídia produzido e decodificam o fluxo enviado pelo MCU;
- Não exige nenhuma capacidade especial da infra-estrutura de rede, pois todas as conexões são ponto a ponto;
- Permite a integração mais fácil de aplicações de um único usuário em cenários orientados a grupos. O controle do material disponível é manuseado pelo MCU com redirecionamento de conteúdo para o equipamento dos participantes.
E, algumas desvantagens são:
- O MCU geralmente é um recurso caro;
- Limitação em escalabilidade. Os sistemas de videoconferência são projetados para cenários específicos e não são facilmente adaptáveis para uso em outros cenários. Cada MCU suporta um número específico de participantes;
- Gera mais tráfego na rede. O fato de utilizar conexões unicast faz com que todo o tráfego seja roteado pelo MCU podendo provocar um congestionamento na rede.
Existem, no mercado, soluções de videoconferência multiponto centralizada que consistem somente de software, e outras que envolvem software e hardware. Por exemplo, a Cisco possui soluções compostas de hardware e software. Por outro lado, o CUSeeMe disponibiliza soluções em software. Além destas empresas, existem muitas outras e também existe um grupo que iniciou recentemente o desenvolvendo de uma solução não proprietária que é o OpenMCU podendo ser encontrado no site OpenH323 http://www.openh323.org/ .
3. Modelo Descentralizado
O modelo descentralizado compartilha características de controle comum com o modelo centralizado, mas o fluxo de mídia é manuseado diferentemente. Uma das entidades participantes deve ser um MC que, independente do modelo de comunicação, prove o controle de três ou mais participantes durante uma sessão multiponto. O MC tipicamente é colocado com um dos participantes. Todas as conexões H.245 terão que terminar no MC apenas no modelo centralizado quando o MCU está presente. Enquanto no modelo centralizado o MCU faz o processamento de mídia, no modelo descentralizado, os fluxos de mídia são enviados e recebidos por todos os participantes sobre uma base fim a fim.
A Figura a seguir ilustra um exemplo deste modelo. Não há MCU para processar os múltiplos fluxos; cada participante é responsável por sua própria mesclagem de áudio e seleção de vídeo. A mídia pode ser enviada entre todos os participantes utilizando multicast, ou múltiplos unicast se a rede não suportar multicast.
Figura 3 - Exemplo de videoconferência baseada em modelo descentralizado
Algumas vantagens deste modelo são:
- Não requer a presença de um MCU. Geralmente, um recurso limitado e caro;
- Permite um processamento individualizado em cada participante o que possibilita que cada um execute em seu próprio nível;
- Ao contrário do modelo centralizado, é escalável quanto ao número de participantes, mais flexível e sensível a variações nas condições da rede;
- Pode economizar largura de banda se a rede suportar multicast.
E, algumas desvantagens são:
- Uma sessão de videoconferência é terminada quando o participante que contém o MC deixa a sessão. Para que a videoconferência não seja terminada o MC deve permanecer ativo;
- Um participante que possui um equipamento com baixo desempenho pode ser prejudicado já que a mesclagem do fluxo de áudio e a seleção do vídeo são realizadas localmente em cada participante e não só a codificação e decodificação como no modelo centralizado;
- Cada participante tem sua própria cópia dos arquivos que estão sendo compartilhados, o que torna mais difícil manter a consistência entre as cópias distribuídas no grupo.
Como exemplo deste modelo, pode-se citar as ferramentas utilizadas no MBone (Multicast Backbone), o qual suporta distribuição de dados multicast.
4. Modelo Híbrido
O modelo híbrido tenta mesclar o melhor dos dois modelos anteriores, mantendo a consistência dos dados através de um armazenamento centralizado e suportando visões individualizadas através do uso de front ends gráficos do modelo descentralizado no qual cada participante pode ter controle sobre sua aplicação para prover suas necessidades pessoais.
Uma implementação híbrida pode operar sobre uma rede multicast com cada usuário utilizando sua própria versão das ferramentas, distribuir o fluxo de mídia de acordo com o modelo descentralizado, mas conter algum mecanismo - tal como um servidor na conferência - para controlar documentos compartilhados, ou arquivar a mídia de sessões que ocorreram. Portanto, o modelo híbrido tem a vantagem de prover armazenamento centralizado para sessões de videoconferência sem ter que controlar cada instante da aplicação, para cada participante da sessão.
Um exemplo de videoconferência baseada no modelo híbrido é mostrado na figura 4. Neste exemplo, um MCU separado é usado para manusear o áudio, dados e controle de funções, e o vídeo é distribuído por multicast conservando a largura de banda.
Figura 4 - Exemplo de videoconferência baseada em modelo híbrido
5. Conclusão
Apesar deste artigo tratar de modelos de comunicação disponíveis, focando sistemas de videoconferência, estas definições são válidas também para outros tipos de conferência com número de participantes maior ou igual a três.
A coordenação e notificação de participantes entrando e deixando uma videoconferência, junto com a organização do fluxo de mídia requer a presença de pelo menos um MC. Qualquer um dos modelos possui um MC, o que diferencia um e outro é o tipo de mensagens de controle do MC. Sendo assim, surge a seguinte questão: qual o melhor modelo a ser utilizado? Esta não é uma resposta simples, pois dependerá de vários fatores, entre eles: a infra-estrutura de rede existente, a qualidade de serviço que se deseja obter e a verba disponível para a implantação do sistema. Este artigo deixa bem claro a definição de cada modelo, um conhecimento básico que é importante no momento da escolha do sistema de videoconferência.
A existência destes modelos tem proporcionado uma grande flexibilidade aos sistemas de comunicação multimídia. E, atualmente, continua existindo um grande esforço de grupos de pesquisa para melhorar os recursos envolvidos na transmissão de conferências multimídia como é o caso de estudos relacionados à qualidade de serviço, controle de sessões, multicast, padrão H.323 entre outros.
6. Sites relacionados
Equivalence Pty Limited - OpenH323: http://www.openh323.org/
University College London - Projeto Meccano: http://www-mice.cs.ucl.ac.uk/multimedia/projects/
Grupo de trabalho do IETF Multiparty Multimedia Session Control: http://www.ietf.org/html.charters/mmusic-charter.html/
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