Transport des flux Audio Visuels

Nous constatons aujourd’hui une forte demande de services de voix et vidéo en mode paquet à destination de terminaux IP mobiles. Plusieurs caractéristiques des réseaux IP sans fils font que le déploiement à grande échelle de tels services temps réels posent de véritables challenges. Ainsi, la transmission de flux vidéo sur des réseaux asynchrones, sans-fil et sans infrastructure (ad hoc IP WLAN) est  soumis aux contraintes suivantes : (1) l’hétérogénéité des systèmes terminaux en termes de capacité de traitement, de ressources de communications ou de configuration systèmes (IPv4 vs IPv6) posent des problèmes d’adaptation des contenus et d’interopérabilité des services, (2) la mobilité des systèmes et les caractéristiques du lien sans-fil réduisent la fiabilité des communications avec une variation de la bande passante disponible, du délai de transfert et de la topologie du réseau, enfin (3) la sensibilité accrue des applications vidéo aux pertes de paquets et aux erreurs de transmission, requière que les architectures de transport de flux audiovisuels sur IP sans fils intègrent des mécanismes efficaces de détection et de reprise sur erreurs. Cette action de recherche « Transport et contrôle de la QoS des flux vidéo » analyse donc ces différentes problématiques et contraintes et propose des solutions intégrées pour les nouvelles architectures de communications multiservices fixes et mobiles.

L’originalité de nos approches est d’opter pour une analyse et une conception intégrée « cross-layer » des systèmes de diffusion audio-vidéo sur réseaux IP fixes et mobiles. En effet, tandis que la plupart des travaux de recherche dans ce domaine respectent le paradigme d’isolation et d’indépendance des couches protocolaires hérité du modèle de référence de l’OSI, notre approche conceptuelle supprime cette limite en autorisant une meilleure prise en compte de la sémantique des informations et de leur contraintes (niveau application et session) au niveau des couches et des mécanismes dédiés au transport et aux contrôle de la qualité du service (niveau transport, réseau et contrôle de liaison).

Ainsi conformément aux modèles architecturaux largement adoptés et déployés, IEEE 802.11, OSI MPEG-4 et IETF IP Diffserv, nos contributions s’articulent autour de la conception et l’évaluation de :

(1) modèles de classification automatique d’objets audiovisuels intégrés à la couche système MPEG-4 et couplés réseau IP permettant une assignation automatique et dynamique des priorités relatives des objets audiovisuels avant leur transmission sur le réseau; ces modèles sont basées sur la théorie des réseaux de neurones et de la classification automatique de données ;

(2) protocoles de transport robuste aux erreurs et aux pertes intégrant des codes de correction d’erreurs en avant (Forward Error Correction) inégaux et s’ajustant à la priorité sémantique des objets audiovisuelles tel que spécifiée par la norme MPEG-7, mais également en fonction du niveau et du schéma de pertes (loss pattern) estimés sur la liaison (couche MAC) et représentés par un modèle Gilbert généralisé;

(3) nouveaux algorithmes de gestion active de files d’attente (AQM) basée sur la théorie du contrôle, la logique floue et les modèles de contrôle de débits TCP-friendly, qui comparativement aux algorithmes courants (BLUE, ARED, RIO, WRED, Stochastic RED, …), ont démontré une meilleure robustesse et stabilité face à la variation de la charge du réseau, et la présence de flux UDP non régulable. Parmi les avantages de l’approche proposée est le maintien du taux d’occupation instantanée de la file autour d’une référence permettant de borner le délai de service dans le node-routeur. Ces travaux nous ont permis également de caractériser la relation entre le taux de suppression et le niveau de référence choisie, et nous  a donné l’idée de proposer une architecture de contrôle distribuée par politiques pour la configuration en temps réel des paramètres de l’algorithme AQM déployé sur les routeurs (i.e. principalement le niveau de référence des files). Cette proposition va permettre de borner non seulement le délai de bout en bout mais également de minimiser les taux de suppression des paquets sensibles sur le réseau ad hoc et donc de se conformer aux contraintes applicatives les plus sévères (voix sur IP sans fil);

(4) enfin pour assurer une plus grande interopérabilité des services multimédia MPEG-4 entre terminaux IP fixes et mobiles hétérogènes, la conception et l’évaluation d’une passerelle IP de signalisation et de transition IPv6 a été réalisé et démontrée dans le cadre de projet de recherche européen. En intégrant des mécanismes de conversion de protocoles de contrôle de sessions IETF SIP (Session Initiation Protocol) et OSI MPEG-4 DMIF (Delivery Multimedia Integrated Framework), ainsi que des mécanismes de translation de flux IPv4/IPv6 unicast et multicast, cette passerelle multimédia de signalisation permet d’assurer la continuité du service, la résolution d’adresse et la négociation automatique des capacités des terminaux lors de phases de téléchargement de contenus audiovisuelles en environnement hétérogène.

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