Un sistema de vídeo bajo demanda a gran escala tolerante a fallos de red

Abstract

Un sistema de vídeo bajo demanda a gran escala (LVoD, Large-Scale Video-on-Demand) brinda un servicio de visualización de vídeos a una gran cantidad de usuarios dispersos geográficamente. El tipo de servicio de vídeo bajo demanda (VoD, Video-on-Demand) más completo permite al usuario solicitar su vídeo preferido y reproducirlo casi instantáneamente, con la posibilidad de utilizar comandos interactivos (congelado de imagen, retroceso y avance lento/rápido, etc.) tal como si estuviese visualizando el vídeo con un reproductor de VHS o DVD. A este tipo de servicio se lo conoce como vídeo bajo demanda verdadero (T-VoD, True Video-on-Demand), e implica un diseño y desarrollo de elevada complejidad.La mayoría de los sistemas de VoD fueron diseñados para trabajar en redes dedicadas o que permiten hacer reserva de recursos. Sin embargo, las arquitecturas de estos sistemas no son aplicables a entornos LVoD, fundamentalmente debido a los nuevos requerimientos de escalabilidad, costo del sistema y tolerancia a fallos. Cuando el entorno de red pasa de ser de una red local a una red de área amplia (como Internet), aumenta la probabilidad de fallos, disminuye el ancho de banda, y la calidad y clasificación de servicios es suplantada por un modelo de servicio de "mejor esfuerzo".En el presente trabajo se propone una arquitectura de un sistema de LVoD distribuido, que permite ofrecer un servicio de T-VoD, con comunicaciones unicast sobre una red sin calidad de servicio como Internet. La nueva arquitectura, denominada VoD-NFR (Video-on-Demand with Network Fault Recovery) tiene como fin garantizar, ante fallos de la red y caídas de servidores, la entrega del contenido multimedia a los clientes sin disminuir la calidad de los mismos y sin sufrir interrupciones durante su visualización. Para alcanzar estos objetivos se ha diseñado y desarrollado una arquitectura que integra tres componentes claves:- Un planificador del tráfico de red, capaz de: 1) adaptarse a los estados de congestión de la red de una manera TCP-Friendly, 2) generar información del estado de las comunicaciones con los clientes, y 3) extremar el ahorro de recursos para soportar una elevada carga de trabajo.- Un planificador de canales lógicos, capaz de: 1) utilizar vídeos VBR, 2) adaptarse dinámicamente al ancho de banda disponible de las comunicaciones, 3) no degradar la calidad del vídeo para adaptarse a un ancho de banda menor al requerido por el vídeo, y 4) distribuir equitativamente el vídeo a los clientes priorizando a aquellos con mayor necesidad de media.- Un módulo de garantía de la calidad de servicio, capaz de: 1) detectar inconvenientes en la comunicación entre servidores y clientes utilizando dos mecanismos que colaboran en la detección de fallos por degradación de las comunicaciones, y 2) continuar prestando un servicio sin interrupciones a través de la migración de servicios.El sistema VoD-NFR ha sido implementado en entorno real y de simulación; en particular, la simulación ha permitido evaluar el sistema más extensivamente y a un bajo coste. Los resultados alcanzados muestran la aptitud del sistema para cumplir con sus objetivos, motivando la continuidad de la presente línea de investigación.