Contribución a las arquitecturas flexibles para la multiconferencia web adaptable a la demanda

179 Pages·2015·2.86 MB·English

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación
CONTRIBUCIÓN A LAS ARQUITECTURAS FLEXIBLES PARA
LA MULTICONFERENCIA WEB ADAPTABLE A LA DEMANDA
TESIS DOCTORAL
Pedro Rodríguez Pérez
IngenierodeTelecomunicación
Madrid,España
Noviembre,2015

DepartamentodeIngenieríadeSistemasTelemáticos
EscuelaTécnicaSuperiordeIngenierosdeTelecomunicación
CONTRIBUCIÓNALASARQUITECTURASFLEXIBLESPARALA
MULTICONFERENCIAWEBADAPTABLEALADEMANDA
TESIS DOCTORAL
Autor: PedroRodríguezPérez
IngenierodeTelecomunicación
Director: JoaquínSalvachúaRodríguez
DoctorIngenierodeTelecomunicación
Noviembre,2015

Tribunal nombrado por el Magnífico. y Excelentísimo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica
deMadrid,eldía___de___de2016.
Presidente:
Vocal:
Vocal:
Vocal:
Secretario:
Suplente:
Suplente:
Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día 30 de Noviembre de 2015 en Madrid,
habiendoobtenidolacalificaciónde
Elpresidente, Elsecretario, Losvocales,

Abstract
Multiuser Videoconferencing and real-time collaboration systems allow users to communicate
usingvideo,audioanddatastreams. Thesesystemshavebeenhistoricallyexpensivetoobtainand
maintain. Over the last few decades, technological breakthroughs have mitigated those costs and
popularizedrealtimevideocommunication,allowingitsuseinenvironmentssuchaseducationor
health.
The last big evolutionary leap forward has been the transition of these types of applications
towardstheWeb. SeveraltechnologieshaveallowedthisjourneytotheWebbrowser. Firstly,Rich
Internet Applications (RIAs) enable the creation of dynamic Web pages that defy the classical
request-responseinteractionandprovideanexperiencesimilartotheirnativecounterparts. Onthe
other hand, Cloud Computing brings the leasing of virtualized hardware resources in a pay-per-
usemodeland,withit,betterscalabilityinresource-demandingservices. However,aswithevery
change,thisevolutionimposesasetofchallengesonexistingvideoconferencingsolutions.
Thisdissertationproposesasetofarchitectures,mechanismsandalgorithmsthataimtoadapt
multi-conferencing systems to the Web platform, taking into account the variety of devices and
accessnetworksthatcomewithit.
To this end, this thesis starts with a study concerning the requirements that must be met by
new Web videoconferencing systems. The result of this study is the design, development and
implementation of a new videoconferencing services that provides advanced collaboration to its
user by providing video and audio communication as well as desktop sharing. After this, a new
communication system between Web and native applications is presented. This system proposes
adaptation mechanisms to bridge the two worlds providing a seamless integration transparent to
users who can now access the powerful native application via an easy Web interface. The next
step is to identify the main challenges posed by multi-conferencing on small devices
(smartphones)withheterogeneousaccessnetworks. Thisdissertationproposesamechanismthat
combinestranscodingandadaptivequalityalgorithmstoovercomethoselimitations.
A second iteration in this dissertation is motivated by WebRTC. WebRTC appears as a
disruptingtechnologybyenablingnewreal-timecommunicationpossibilitiesinbrowsers. Anew
mechanism for flexible videoconferencing server scalability is presented. This mechanism aims
to address the strong scalability requirements in the Web environment by taking advantage of
CloudComputing.
Finally, the dissertation discusses the results obtained throughout the study, capturing the
evolutionofWebvideoconferencingsystems.

Resumen
Lossistemasdevideoconferenciaycolaboraciónentiemporealparamúltiplesusuariospermiten
a sus usuarios comunicarse por medio de vídeo, audio y datos. Históricamente estos han sido
sistemas caros de obtener y de mantener. El paso de las décadas ha limado estos problemas
acercado el mundo de comunicación en tiempo real a un grupo mucho más amplio, llegando a
usarseendiversosámbitoscomolaeducaciónolamedicina.
En este sentido, el último gran salto evolutivo al que hemos asistido ha sido la transición de
este tipo de aplicaciones hacia la Web. Varias tecnologías han permitido este viaje hacia el
navegador. Las Aplicaciones Ricas de Internet (RIAs), que permiten crear aplicaciones Web
interactivas huyendo del clásico esquema de petición y respuesta y llevando funcionalidades
propias de las aplicaciones nativas a la Web. Por otro lado, la computación en la nube o Cloud
Computing,consumodelodepagoporusoderecursosvirtualizados,hallevadoalacreaciónde
servicios que se adaptan mejor a la demanda, han habilitado este viaje hacia el navegador. No
obstante, como cada cambio, este salto presenta una serie de retos para los sistemas de
videoconferenciaestablecidos.
Esta tesis doctoral propone un conjunto de arquitecturas, mecanismos y algoritmos para
adaptarlossistemasdemulticonferenciaalentornoWeb,teniendoencuentaqueesteesaccedido
desdedispositivosdiferentesymedianteredesdeaccesovariadas.
Para ello se comienza por el estudio de los requisitos que debe cumplir un sistema de
videoconferencia en la Web. Como resultado se diseña, implementa y desarrolla un servicio de
videoconferencia que permite la colaboración avanzada entre múltiples usuarios mediante vídeo,
audioy compartición de escritorio. Posteriormente, se plantea un sistema decomunicación entre
una aplicación nativa y Web, proponiendo técnicas de adaptación entre los dos entornos que
permiten la conversación de manera transparente para los usuarios. Estos sistemas permiten
facilitarlatransiciónhaciatecnologíasWeb. Comosiguientepaso,seidentificaronlosprincipales
problemas que existen para la comunicación multiusuario en dispositivos de tamaño reducido
(teléfonos inteligentes) utilizando redes de acceso heterogéneas. Se propone un mecanismo,
combinación de transcodificación y algoritmos de adaptación de calidad para superar estas
limitaciones y permitir a los usuarios de este tipo de dispositivos participar en igualdad de
condiciones.
La aparición de WebRTC como tecnología disruptiva en este entorno, permitiendo nuevas
posibilidades de comunicación en navegadores, motiva la segunda iteración de esta tesis. Aquí
se presenta un nuevo esquema de adaptación a la demanda para servidores de videoconferencia
diseñado para las necesidades del entorno Web y para aprovechar las características de Cloud
Computing. Finalmente,estatesisrepasalasconclusionesobtenidascomofrutodeltrabajollevado
acabo,reflejandolaevolucióndelavideoconferenciaWebdesdesusinicioshastanuestrosdías.