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Walter Balzano » 15.Sistemi di supporto e misure di efficacia


Sistemi di supporto e misure di efficacia

  • Introduzione
  • Il modello End-to-end
  • QoS
  • Negoziazione del QoS
  • Streaming
  • Architetture
  • Network
  • Misure di efficacia

Il modello End-to-end

Schema generale del modello Client/Server.
Fonte: “modificata, tratta da Guojun Lu, Multimedia Database Management Sysyems, Norwood, MA: Artech House, Inc.,© 1999 by Artech House, Inc.”

Schema generale del modello Client/Server. Fonte: “modificata, tratta da Guojun Lu, Multimedia Database Management Sysyems, Norwood, MA: Artech House, Inc.,© 1999 by Artech House, Inc.”


Decoder

La realizzazione di un decoder può essere sia hardware che software:

  • decoder harware: veloci ma poco flessibili;
  • decoder software: non molto veloci ma flessibili.

L’analisi della qualità del modello end-to-end deve essere valutata nell’intervallo spazio/tempo che separa la query dalla ricezione dei dati.

Il bit-rate è determinato dalla velocità del sottosistema più lento. Il dispositivo più lento dovrebbe essere capace di supportare un bit-rate medio uguale almeno al trattamento medio di bit relativo ad una “presentazione” accettabile.

Il ritardo end-to-end è definito dalla somma dei ritardi di tutti i sottosistemi.

Error rate:

  • bit error (rari nei sistemi moderni);
  • packet loss (tipicamente causata dagli switch di rete con buffer insuffcienti).

Real-Time Systems vs Critical Real-Time Systems

I Sistemi Multimediali vengono spesso qualificati come sistemi real-time a causa delle specifiche dei ritardi di operatività.

Tuttavia occorre distinguere il Real-Time dal Critical Real-Time.

Real Time: possibilità di Sharing dei servizi e delle risorse.

Critical Real Time: un sistema è programmato completamente per erogare un singolo servizio.
Tutte le risorse sono dedicate ad una singola applicazione.
Esempi:

  • sistemi difesa militare;
  • controllo del traffico aereo;

QoS

Il termine qualità di servizio o più semplicemente QoS (dall’inglese Quality of Service) è usato per indicare i parametri usati per caratterizzare la qualità del servizio offerto dalla rete (ad esempio perdita di pacchetti, ritardo), o gli strumenti per ottenere una qualità di servizio desiderata.

Alcuni dei parametri utilizzati per determinare la QoS sono:

  • Bit-rate;
  • Error-rate;
  • Delay;
  • Jitter (variazione del ritardo).

Negoziazione del QoS

Schema di negoziazione del QoS.

Schema di negoziazione del QoS.


Livelli differenti di garanzia

La QoS dovrebbe essere generalmente garantita.

Sono definibili 3 livelli di garanzia:

  1. garanzia stretta o deterministica: il sistema deve garantire il 100% del QoS negoziato;
  2. garanzia debole o statistica: il sistema garantisce una percentuale del QoS negoziato;
  3. garanzia migliore: il sistema non fornisce garanzia ma esegue l’applicazione solo quando le risorse diventeranno disponibili.

Nell’ambito di una comunicazione MultiMediale potrebbero essere impiegati uno o più schemi di garanzia in funzione della disponibilità e/o congestione della rete.

Streaming

I contenuti multimediali sono inizialmente compressi e memorizzati su un server come file. Un utente può richiedere al server di inviargli i contenuti multimediali.

Non è necessario scaricare per intero i files sul Client per poterli riprodurre: i dati ricevuti vengono decompressi e riprodotti pochi secondi dopo l’inizio della ricezione. Questo ritardo serve a creare un “polmone” per rimediare a ritardi o microinterruzioni della rete. Di questo tipo sono i flussi streaming di Real Video e Real Audio, Windows Media Player, QuickTime, Adobe Flash Video (quest’ultimo tipo di formato file utilizzato nel sito di Youtube).

Con il termine streaming intendiamo quindi il modello di fruizione dei dati che vengono “visionati” man mano che vengono ricevuti dal client:

  • non richiede particolari Buffer locali;
  • non richiede la memorizzazione del file ricevuto.

Architetture hardware per sistemi multimediali

Processori dedicati

  • set di istruzioni dedicato all’elaborazione multimediale;
  • maggiore efficienza;
  • minore scalabilita’ e programmabilita’ (molte operazioni sono “hard-wired” nel processore.

Utilizzo di bus locali

  • minor traffico sul bus principale;
  • bus locali dedicati più veloci.

Architetture hardware per sistemi multimediali

Device multimediali dedicati

  • gestiscono particolari operazioni sui dati esterni al server (il server ne controlla l’operato);
  • i dati non devono passare attraverso il server per essere elaborati;
  • sono connessi direttamente alla rete.

Sistemi distribuiti

  • connessioni dedicate ad elevata velocità di trasmissione;
  • separazione delle fasi di processing su macchine diverse.

Architetture Software per sistemi multimediali

Sistemi Operativi Multimediali

Requisiti generali

  • massimizzare dell’uso delle risorse;
  • garantire un QoS minimale mediante uno specifico gestore di risorse e process scheduling;
  • possibilità di esecuzione sia di applicazioni multimediali sia di applicazioni tradizionali:
    • uso di API (Application Programming Interface) tradizionali;
    • le applicazioni tradizionali non dovrebbero essere penalizzate dalla soddisfazione di una specifica prestazione richiesta.

Architettura

  • Uso di un S.O. preesistente (es. UNIX):
    • vantaggio: compatibilità con altre applicazioni;
    • Svantaggio: le poche modifiche potrebbero non garantire una buona prestazione;
  • estensione di una architettura Microkernel (molto efficiente);
  • realizzazione di un Sistema Operativo partendo da zero.

Multimedia Networks

Il modello ISO (International Organization for Standardization) OSI (Open System Interconnections) è costituito da una pila (o stack) di protocolli attraverso i quali viene ridotta la complessità implementativa di un sistema di comunicazione per il networking.
In particolare ISO/OSI è costituito da strati (o livelli), i cosiddetti layer, che racchiudono uno o più aspetti fra loro correlati della comunicazione fra due nodi di una rete.
I layers sono in totale 7 e vanno dal livello fisico (quello del mezzo fisico, ossia del cavo o delle onde radio) fino al livello delle applicazioni, attraverso cui si realizza la comunicazione di alto livello.

Il modello ISO/OSI.

Il modello ISO/OSI.


Misure di efficienza dei MMDBMS

Efficienza:

  • legata al tempo di risposta del sistema;
  • maggiore è il tempo di risposta e minore è l’efficienza;
  • dipendenza forte dalle strutture dati utilizzate per memorizzare i record e dalle tecniche di indicizzazione.

Efficacia:

  • qualità della presentazione dei risultati (record); è un aspetto legato alla QoS;
  • abilità del sistema di trovare record rilevanti in seguito ad una query e di scartare quelli irrilevanti (la ricerca è basata sulla similarità e non su matching esatto).

Standard per la valutazione dell’efficacia

Per determinare una misura dell’efficacia del sistema è necessario definire in modo standard cosa sia rilevante e cosa sia non rilevante.

Raccolta di informazioni sulla rilevanza dei record basata sul giudizio umano; assegnate alcune query di test, ad un campione di persone viene chiesto di indicare quali siano i record rilevanti e quali non lo siano. Normalmente si usano tre metodi differenti:

  1. per una particolare query, un insieme di utenti indicano quale record nel database è rilevante ed i record selezionati da un numero di persone superiore ad una determinata soglia vengono contrassegnati come rilevanti per quella specifica query;
  2. come nel primo metodo, rispetto una prefissata query, ogni utente incrementa il peso di un record in seguito alla scelta effettuata;
  3. ogni persona assegna un punteggio di rilevanza ad ogni record ottenendo così una matrice Qj(i,k) per ogni query j dove Qj(i,k) indica il numero di persone che ha valutato il record i in k-esima posizione per la query j.

Misure di efficacia

Percentage of weighted hits (PWH)
Si basa sul confronto con risultati ottenuti con il metodo 2
Per ogni query vengono ritornati un numero fisso di record.
La percentuale degli hit pesati P e’ definita nel modo seguente:

p=\frac {\Sigma_{i=1}^n w_i} {\Sigma_{j=1}^n w_j}

In cui:
n e’ il numero dei record ritornati;
wi e’ il numero delle persone che ha definito il record i come rilevante;
N e’ il numero totale dei record nel DB e
wj e’ il numero delle persone che ha definito il record j come rilevante.

Misure di efficacia (segue)

Percentage of similarity rankings (PSR)

E’ basata sul confronto dei risultati ottenuti con il metodo 3.
Ogni record ha un valore Qj(i,k) dal quale si calcola la media pj(i) e la deviazione standard sj(i) che rappresentano il ranking medio del record e il grado di disaccordo tra le varie persone che hanno condotto il test.
Il MMDBMS in risposta ad una query j ritorna dei record in un determinato ordine definendo un ranking per ogni item i del database Pj(i).
L’efficacia del sistema può essere valutata come dalla somma della percentuale di persone che ha valutato il record i in posizione compresa tra:

Pj(i)-sj(i)/2 e Pj(i)+sj(i)/2

In tal modo la percentuale di similarità è così calcolata:

S_j(i)= \sum^{P_j(i)+s_j(i)/2}_{k=P_j(i)-s_j(i)/2}Q_j(i,k)

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