Gesti

1
Gestión e intercambio de contenidos audiovisuales
en un entorno P2P basado en JXTA

• Rosa Mª Martín,
• Facultad de Informática de Barcelona-Universidad
  Politécnica de Cataluña (UPC)
• Fundación i2CAT
• rosam_at_fib.upc.edu

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Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

3
Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

4
Contexto

• Colaboración del Laboratorio de Cálculo de la
  Facultad de Informática con la Fundación i2CAT
  (Internet Avanzada) en diversos proyectos ID
  desarrollados entre 2004 y 2006.
• Uno de los objetivos comunes de dichos proyectos
  era el de desarrollar aplicaciones altamente
  distribuidas y que puedan beneficiarse de redes
  avanzadas o de gran ancho de banda.
• Uso de tecnologías P2P para la compartición de
  contenidos audiovisuales y especialmente en la
  plataforma JXTA.

5
Por qué P2P?

• Permite la descentralización de las aplicaciones
• P2P (peer-to-peer) permite una computación
  cooperativa, social, mediante la comunicación
  directa entre dispositivos.
• Los nodos del sistema pueden ejercer al mismo
  tiempo el papel de clientes y de servidores al
  mismo tiempo.
• Aplicaciones P2P cada vez más extendidas
• Demostrada eficiencia en diferentes ámbitos
  (compartición de datos, mensajería, trabajo
  colaborativo, etc.)
• El tráfico P2P supone un porcentaje muy elevado
  del tráfico de Internet.
• Oportunidad
• Cada vez hay más nodos en Internet.
• Los equipos y dispositivos de los extremos tienen
  más recursos locales y están mejor conectados
  (mayor ancho de banda).
• Más accesos inalámbricos.
• Muchas posibilidades de innovar e investigar.

6
Algunos datos sobre el uso de P2P

• http//www.cachelogic.com/research/index.php

7
Propiedades de las redes P2P

• Los peers o nodos son autónomos y pueden actuar
  como clientes y servidores al mismo tiempo.
• Las conexiones y los propios peers no son
  estables.
• Las redes P2P están preparadas para no ser
  vulnerables respecto a la caída de nodos.
• Se organizan en redes virtuales (red overlay).
• No es necesaria una coordinación central ni una
  base de datos central.
• Modelos de redes P2P p2p puro, parcialmente
  centralizados o híbridos (donde existen nodos,
  los super-peers, que actúan de servidor para un
  conjunto de nodos)
• Los peers cooperan entre ellos para conseguir
  servicios (mayor escalabilidad, fiabilidad y
  rendimiento).

8
Comparación con modelo cliente-servidor

• Arquitectura cliente-servidor
• Gran ancho de banda requerido por el servidor
• No escalable
• Sensible a las caídas del servidor

• Arquitectura p2p
• Menor ancho de banda requerido en el origen.
• Escalable
• Robusto frente a caídas

9
Aplicaciones P2P

• Compartición distribuida de archivos Kazaa,
  Emule, Azureus, BitTorrent, Gnutella, FastTrack,
  Napster.
• Compartición de recursos de CPU SETI_at_Home,
  Avaki, Entropia y entornos de Grid.
• Mensajería Instantánea P2P MSN Messenger, SIP,
  AOL Instant Messenger, Yahoo! Messenger, ICQ y
  Jabber.
• Otras aplicaciones Hive, Groove, o myJXTA.

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Por qué JXTA?

• Es una especificación de protocolos abiertos que
  permiten ofrecer servicios e infraestructura para
  aplicaciones P2P (de todo tipo).
• Permiten la conexión de diferentes tipos de peers
  (ordenadores personales, servidores, PDAs,
  móviles). La comunicación e interacción entre
  ellos.
• Proyecto de software abierto www.jxta.org
  impulsada por un equipo de desarrollo de Sun
  Microsystems.
• Independencia de la implementación (lenguaje,
  plataforma, red y aplicación).

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Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

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Sobre JXTA

• JXTA Define los mecanismos de control y gestión
  del comportamiento de los nodos para
• Descubrir otros nodos (peers), mantener su
  visibilidad, publicar sus recursos y descubrir el
  resto de recursos y servicios disponibles en la
  red
• mediante el intercambio de anuncios o
  Advertisements.
• Organizarse en diferentes subgrupos (peergroups)
  de nodos.
• Independientes de la topología de red subyacente
  (firewalls, NAT, tipo de conexiones, etc.)
• Comunicarse entre ellos
• usando canales de comunicación llamados pipes.

13
(No Transcript)
14
Independencia de implementación

• Independiente del lenguaje (implementaciones en
  Java, C/C y Perl) y del sistema operativo.
• Puede funcionar sobre diferentes protocolos
  (HTTP, TCP, etc.) y topologías de red.
• Mensajes (advertisements) codificados en formato
  XML.

Java platform independenceXML application
independenceJXTA network independence
15
Arquitectura software JXTA
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Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

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Aplicación e-Ruc

• eRuc es el módulo de aplicación del Proyecto
  Integrado de la Fundación i2CAT (2004-2005) en el
  que participan grupos de investigación de la UPC,
  URL y UPF.
• Integra funcionalidades suministradas por el
  resto de módulos del proyecto para ofrecer al
  usuario una aplicación avanzada para compartir y
  gestionar recursos audiovisuales
• Gestión de metadatos asociados a los recursos
  audiovisuales y de sus derechos y licencias de
  uso.
• Compartición de recursos.
• Acceso a contenidos audiovisuales distribuidos,
  adaptándolos a las capacidades y características
  de la red y del dispositivo.

18
Arquitectura

• La aplicación utiliza una arquitectura
  totalmente distribuida basada en web services
  (SOAP) y P2P (Plataforma JXTA).
• Arquitectura basada en el estándar MPEG21.
  Concretamente en lo que respecta a
• gestión de contenidos.
• adaptación a las capacidades del dispositivo y de
  la red.
• personalización y recomendación de contenidos
• gestión de derechos (licencias de distribución y
  uso).
• Autentificación y seguridad distribuida con un
  sistema de SSO, single sign on, basado en SAML,
  integrado con todos los servicios web y con la
  arquitectura JXTA.
• Sistemas de distribución de vídeo sobre IP
  basados en servidores centrales o arquitecturas
  P2P (que incorporan sistemas de protección de
  contenidos).

19
Arquitectura e-Ruc
20
JXTA en e-Ruc

• Los nodos que ejecutan e-Ruc forman parte del
  grupo JXTA I2catPeerGroup. Todos los recursos y
  servicios de la red JXTA están disponibles a
  través de servicios de este grupo.
• Los servicios que se usan son
• Content Manager Service o CMS. Es el módulo de
  compartición de ficheros. En e-Ruc se ha
  implementado un módulo gestor de contenidos
  audiovisuales que usa este servicio.
• Discovery service Servicio de descubrimiento de
  recursos. Permite publicar y buscar
  advertisements.
• Rendezvous service Permite obtener la
  información inicial sobre los participantes del
  grupo.
• Membership service Permite aceptar o denegar
  otros miembros .
• JXTA permite utilizar diferentes sistemas de
  autenticación para entrar en un grupo. En nuestro
  caso se ha implementando un módulo de JAAS (Java
  Authentication and Authorization Service) para
  integrarlo con el sistema de SSO del proyecto.

21
Autentificación y seguridad en e-Ruc

• Autentificación y seguridad distribuida (con un
  sistema de SSO, single sign on) basado en SAML.
• Integrado con todos los web services.
• Se ha integrado con la red P2P (JXTA).

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Distribución de contenidos en e-Ruc

• Los metadatos semánticos, las licencias se
  almacenan en servidores centralizados (accesibles
  a través de servicios web).
• Junto con los metadatos se almacena una
  referencia con la ubicación física del contenido.
  
• La referencia indica el mecanismo utilizado para
  publicar y acceder al archivo. Los archivos
  audiovisuales se pueden compartir utilizando tres
  mecanismos
• La red P2P basada en JXTA.
• p2pi2cat//referencia
• Servidores externos (accesibles a través de una
  URL)
• servidores de vídeo de la red del proyecto (se
  hace una operación de upload a través de un web
  service).

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Publicación de un archivo en JXTA

• Requiere que el nodo JXTA y sus servicios estén
  inicializados y se haya validado correctamente
  con el sistema de autenticación.
• Cuando se quiere anunciar un nuevo fichero como
  compartible, se crea su respectivo
  Advertisement que pasará a publicarse junto al
  resto de información del Discovery Service. Por
  ejemplo el fichero video.mpeg tendría este
  aspecto
• lt?xml version"1.0" encoding"UTF-8"?gt
• lt!DOCTYPE jxtaContentAdvertisementgt
• ltjxtaContentAdvertisementgt
• ltnamegt
• video.mpg
• lt/namegt
• ltcidgt
• md54829110e7bf72be170f5efceeb92c77f
• lt/cidgt
• ltlengthgt
• 3160114
• lt/lengthgt
• ltdescriptiongt
• description for I2cat!
• lt/descriptiongt
• ltaddressgtjxta//uuid-59616261646162614A78746150325
  033A77B79FDF71B4025AE6CCE2DE224055503/CMS/jxta-Net
  Group

24
Publicación de un archivo en JXTA

• Hay que ir renovando la publicación de contenidos
  a través del Discovery Service, para que la caché
  de los nodos conserven la información de los
  ficheros compartidos.
• La referencia física de este archivo será
  p2pi2cat//md5xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
• Esta referencia se guardará junto con los
  metadatos en el módulo gestor de contenidos,
  usando un web service.

25
Acceso a los contenidos en e-Ruc

• Como resultado de una búsqueda o consulta de
  contenidos audiovisuales se obtiene, entre otras
  informaciones, la referencia que indica la
  ubicación del contenido
• Si la referencia es una URL válida, la aplicación
  abre el player con esta referencia.
• Si la referencia es p2pi2cat//referencia indica
  que los contenidos se pueden descargar de la red
  P2P.

26
Descarga de archivos de la red Jxta

• Si lo que queremos es descargar un contenido de
  la red, debemos hacer primero la búsqueda de su
  Advertisement. Una vez encontrado, de ahí podemos
  leer la dirección del nodo donde se encuentra el
  contenido, a parte de otra información
  relacionada con el fichero (su md5, tamaño en
  bytes, tipo MIME, etc...).
• Por tanto, como ya sabemos el fichero y dónde se
  encuentra, lo descargamos de la red a través del
  servicio CMS (internamente, está implementado con
  las operaciones habituales de Entrada/Salida de
  JXTA, con objetos Input / Output streams)
• Una vez descargado el archivo, éste estará
  disponible en la carpeta que tengamos configurada
  en nuestro Content Manager. A partir de este
  momento, estamos en condiciones de poder publicar
  nosotros también este contenido en la red JXTA.

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Gestión de derechos y protección de contenidos

• Los contenidos distribuidos a través de la red
  P2P pueden ir cifrados.
• Las claves de descifrado se almacenan en el
  módulo de gestión de derechos.
• La aplicación comprueba, llamando al módulo de
  derechos, la autorización de acceso del usuario y
  si la licencia de uso es correcta, y obtiene la
  clave de descifrado.
• La aplicación descarga el archivo cifrado de la
  red p2p y va descifrando el contenido mientras se
  visualiza en el player (no se almacena
  descifrado).

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Conclusiones e-Ruc

• Un cliente e-Ruc puede publicar y obtener
  archivos de la red p2p
• Se ha ganado experiencia con esta tecnología.
• Se han podido integrar los resultados en otros
  proyectos de innovación (Proyecto XAC o
  Aprencat).
• Pero el sistema implementado implica descargar
  siempre completamente el archivo de otro cliente
  activo y presente en la red.
• Líneas futuras
• División de los archivos en fragmentos y descarga
  simultánea desde diferentes fuentes.
• Servicios de streaming p2p.
• Extensión de la arquitectura p2p a otros módulos.

29
Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

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Proyecto MediaMòbil

• Proyecto de innovación con participación de
  empresas y universidades (Tempos21, CROMOSOMA,
  CCRTVi, UPC, UPF, URL, Fundación i2CAT) y
  financiado por el CIDEM con diferentes objetivos
  ligados a las aplicaciones móviles multimedia
  avanzadas.
• Desarrollado entre 2005 y 2006 con los objetivos
• Analizar las posibilidades de las tecnologías
  P2P.
• Convergencia entre la TV y el móvil.
• Aplicaciones y tecnologías sensibles al contexto.
• Tecnología J2ME MIDP 2.0 (Java para móviles)
  JXME (versión JXTA para móviles) Bluetooth,
  Localización mediante GPS, redes WIFI y redes
  celulares uso de sistemas de clave pública y
  privada para autentificación desde terminales
  móviles DVB-H Streaming e interactividad sobre
  vídeo en equipos móviles sistemas gráficos y
  multimedia avanzados para móviles (librerías 3D,
  flash lite, 3GL, etc.)juegos MMPOG sistemas de
  mensajería instantánea basada en SIP (Simple) o
  Jabber.
• Paquete de trabajo ligado a tecnologías p2p
  aplicadas a dispositivos móviles desarrollado por
  el LCFIB.

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Proyecto MediaMòbil

• Arquitectura de implementación basada en JXME.
• Adaptación de JXTA para terminales móviles (con
  soporte Java MIDP y configuración CLDP).
• Adaptación a las restricciones de los
  dispositivos problemas de conectividad y poca
  memoria.
• Uso de JXME para gestión de la presencia
• Definición de intercambio de mensajes XML
  adaptados al proyecto.
• Conexión al peergroup mediante un proxy-relay.
  El proxy-relay mantiene la información de los
  caminos hacia otros nodos, reenvía los mensajes
  procedentes del resto de nodos. Está accesible a
  través del puerto 80.
• Compresión de datos a enviar entre relay y
  terminal.
• Convivencia en el peergroup de terminales móviles
  con otros dispositivos JXTA (ordenadores
  personales, servidores, etc.)
• Uso de Bluetooth (JSR-82) para intercambio de
  archivos.

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Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

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Trabajo actual

• Proyecto MACHINE 2006-2007
• Extensión de la arquitectura p2p a otros módulos.
  
• Servidores de media, servicios de
  transcodificación, etc. visibles también a través
  de la red p2p.
• Servidores de metadatos distribuidos en una red
  p2p.
• Servicios de streaming p2p
• Alternativa a los servicios basados en multicast.
• Mayor escalabilidad que los servicios
  centralizados.
• En línea con aplicaciones como Peercast,
  freecast, ACTLab TV, ESM, Vatata, NodeZilla,
  Coolstreaming, Pplive.

34
Servicios de streaming sobre p2p

• Trabajo a desarrollar
• Decidir arquitectura a utilizar
• Mapearla a entorno JXTA
• Desarrollar e integrar prototipo de aplicación

35
Arquitectura

• Factores que influyen en la eficiencia del
  streaming sobre p2p.
• Minimizar la pérdida de paquetes para recibir
  todas las fracciones del streaming a tiempo de
  emitir.
• Reducir el tiempo que se tarda en recibir el
  primer segmento a emitir.
• Decidir de dónde se extrae la información,
  considerando la minimización del retardo punto a
  punto (determinado por el número de nodos
  intermedios y los posibles cuellos de botella).

36
Arquitectura

• Otros factores
• los nodos tienen la libertad de conectarse y
  desconectarse del sistema en cualquier momento,
  por lo que se necesita un esquema robusto que
  minimice las pérdidas de paquetes causadas por
  las desconexiones (fortuitas o voluntarias).
• Es necesario controlar el overhead de los
  protocolos, evitando la generación de una
  sobrecarga excesiva de mensajes de control que
  impida la escalabilidad del sistema.
• Uno de los aspectos más importantes que influyen
  en la robustez, escalabilidad y rendimiento del
  sistema es la topología de la red de nodos (red
  overlay o red de revestimiento) y cómo se
  gestiona ésta.

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Tipos de arquitecturas según los protocolos

• Source-driven
• Mayor pérdida de paquetes por desconexión
• Mayor tiempo medio de llegada del primer paquete
• Menor escalabilidad
• Ej PeerCast o Zigzag

• Data-driven
• Menor pérdida de paquetes por desconexión
• Menor tiempo medio de llegada del primer paquete
• Más escalabilidad
• Ej Donet

• en el proyecto MACHINE hemos decidido optar por
  los protocolos Data-Driven, basándonos en la
  arquitectura de DONet e intentando crear una
  implementación de la misma usando JXTA.

38
Data-driven DONet
39
Cómo se recibe un stream?
Partnership en DONet
n-1
n
n1
n-1
n
n1
C
D
H
n1
n-1
n
n-1
n
n1
G
Entre partners se intercambia constantemente el
BM (Buffer Map)
El scheduler aplica una heurística que da
prioridad a la1- Disponibilidad2- Deadline
segmento3- Ancho de banda partner
40
DONet JXTA
n-1
n
n1
n-1
n
n1
C
D
Red virtual DONet
H
n-1
n1
n
G
n-1
n
n1
Red virtual JXTA
Red física
41
DONet JXTA

• El uso de JXTA proporciona independencia de la
  red física y un entorno de desarrollo de
  aplicaciones p2p.
• El uso de DONet gestiona los recursos de manera
  eficiente.
• Faltaría demostrar si el uso conjunto de ambas
  tecnologías puede reducir la eficiencia
  proporcionada por DONet.

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Índice

• Introducción
• Sobre JXTA
• Proyectos desarrollados
• Aplicación e-Ruc
• Proyecto MediaMòbil
• Trabajo actual
• Conclusiones

43
Conclusiones

• Las tecnologías P2P constituyen un enorme campo
  de investigación e innovación, permitiendo la
  extensión de servicios y contenidos audiovisuales
  a un gran número de usuarios.
• La experiencia previa con la plataforma JXTA ha
  permitido experimentar con tecnologías P2P en
  entornos heterogéneos.
• La idoneidad de JXTA para entornos de streaming y
  vídeo bajo demanda de alta calidad, es todavía
  una incógnita ya que todavía es un poco prematuro
  para extraer conclusiones del proyecto que
  actualmente nos ocupa.

44
Referencias

• 1 Web oficial de la tecnología JXTA.
  http//www.jxta.org
• 2 Presentación final del proyecto integrado y
  del eRuc. http//www.i2cat.net/i2cat/servlet/I2CAT
  .MainServlet?seccio24_1_3
• 3 Información del proyecto MediaMobil.
  http//www.i2cat.net/i2cat/servlet/I2CAT.MainServl
  et?seccio8_26
• 4 P2P IPTV Motherlist. http//orblive.com/modul
  es/newbb/viewtopic.php?topic_id13forum4
• 5 Silverston, Thomas Fourmaux, Oliver.
  Source vs Data-driven Approach for Live P2P
  Streaming. Presentada en the International
  Conference on Networking, International
  Conference on Systems and International
  Conference on Mobile Communications and Learning
  Technologies (ICNICONSMCL06). 2006.
• 6 Duc, A.Tran Kien, A. Hua Tai, D. ZIGZAG
  An Efficcient Peer-to-Peer Scheme for Media
  Streaming. IEEE INFOCOM. 2003. San Francisco,
  CA.
• 7 Zhang, Xinyan Liu, Jiangchuan Li, Bo Yum,
  Tak-Shing Peter DONet A data-driven overlay
  network for efficient live media streaming. IEEE
  INFOCOM. 2005.
• 8 Membership Service de JXTA.
• http//platform.jxta.org/nonav/java/api/net/jxta/m
  embership/package-summary.html

45
Agradecimientos

• Rosa Mª Martín (rosam_at_fib.upc.edu)
• Gracias a José Francisco Crespo, Joan Esteve,
  Joan Giralt, Fran Martínez Posadas del LCFIB.
• Fundación i2CAT.
• Todas las personas de los grupos de
  investigación de la UPC, URL y UPF y de las
  empresas que han participado en los proyectos
  mencionados.