La présente invention concerne la gestion des flux de données numériques multimédia de toute nature (texte, image, son, vidéo, applications informatiques...) échangés, en mode de diffusion multipoint bidirectionnel, entre des postes de travail informatisés interconnectés sur des réseaux de communication. The present invention relates to the management of multimedia digital data streams of any kind (text, image, sound, video, computer applications, etc.) exchanged, in a two-way multipoint broadcast mode, between computer workstations interconnected over networks of communication.
On entend par unicast le fait de communiquer entre deux ordinateurs identifiés chacun par une adresse réseau unique. Les paquets de données sont routés sur le réseau suivant l'adresse du destinataire encapsulée dans la trame transmise. Le terme multicast (multidiffusion) est utilisé pour désigner une méthode de diffusion de l'information d'un émetteur (source unique) vers un groupe de récepteurs, notée 1, N. Unicast means communicating between two computers each identified by a unique network address. The data packets are routed over the network according to the recipient address encapsulated in the transmitted frame. The term multicast is used to designate a method of broadcasting information from a transmitter (single source) to a group of receivers, denoted 1, N.
Les termes multicast, diffusion multipoint, diffusion de groupe sont des termes équivalents. La figure 1 illustre ce qu'il faut entendre par des échanges de données multimédia temps réel en mode de diffusion multipoint bidirectionnel (multicast bidirectionnel) notés N, N. Les postes de travail informatisés PTi, connectés sur un réseau numérique RES (et/ou répartis sur un agrégat de réseaux numériques interconnectés) échangent des données en mode de diffusion multipoint bidirectionnel N à N. La figure 1 s'appuie sur un exemple type d'application, celui d'une visioconférence entre N postes de travail PTi actifs simultanément, donné à titre purement illustratif de l'état de l'art, mais non limitatif de l'invention. FLX représente les flux de données multimédia échangés en temps réel dans un réseau multipoint bidirectionnel, N à N. Les n postes de travail informatisés PTi (i=1, n) sont typiquement dotés, dans cet exemple purement illustratif, d'une caméra vidéo (1) (par exemple d'une webcam ou d'une quelconque autre source de vidéo sonore) et diffusent simultanément et en continu de la vidéo sonore vers l'ensemble des autres postes de travail PTi vus alors comme des récepteurs des flux de données multimédia FLX. De même, chaque poste de travail récepteur émet également et simultanément des flux multimédia FLX vers l'ensemble des autres postes PTi connectés sur le réseau numérique de communication (et/ou disséminés sur un agrégat de réseaux numériques interconnectés). The terms multicast, multipoint broadcast, group broadcast are equivalent terms. FIG. 1 illustrates what is meant by real-time multimedia data exchanges in two-way multipoint broadcast mode (bidirectional multicast) denoted N, N. The computerized workstations PTi, connected to a digital network RES (and / or distributed over an aggregate of interconnected digital networks) exchange data in bidirectional multipoint broadcast mode N to N. Figure 1 is based on a typical application example, that of a videoconferencing between N active PTi workstations simultaneously, given purely by way of illustration of the state of the art, but not limiting of the invention. FLX represents the multimedia data streams exchanged in real time in a bidirectional multipoint network, N to N. The n computerized workstations PTi (i = 1, n) are typically equipped, in this purely illustrative example, with a video camera (1) (for example a webcam or any other source of sound video) and simultaneously broadcast streaming video to all other PTi workstations seen as receivers of data streams FLX multimedia. Likewise, each receiving workstation also simultaneously transmits FLX multimedia streams to all the other PTi stations connected to the digital communication network (and / or scattered over an aggregate of interconnected digital networks).
La figure 2 illustre la mise en oeuvre des procédés traditionnels de gestion, en temps réel, des flux de données multimédia bidirectionnels FLX échangés, sur réseau(x) de communication RES, entre les n postes de travail informatisés PTi (i=1, n). Les procédés usuels mettent en oeuvre des processus complexes implémentés sur serveur(s) centralisé(s) SEV. Les procédés usuels nécessitent ainsi, par construction, des ressources logicielles et matérielles importantes, notamment en taille de mémoire centrale partagée MEM sur le système central SEV, pour l'aiguillage en temps réel des flux d'informations, ce qui se traduit par une dégradation rapide des performances, notamment, lors d'une montée en charge des flux échangés sur les réseaux numériques. Cette régulation centralisée des flux multimédia bidirectionnels FLX échangés entre les postes de travail PTi interconnectés sur un réseau numérique (et à fortiori sur un agrégat de réseaux hétérogènes de communication, tel qu'Internet) est très complexe et onéreuse. La bande passante, dont dispose chacun des postes de travail étant, notamment sur le réseau Internet, par nature fluctuante et non homogène, la disponibilité et la qualité du service sont difficiles à garantir aux utilisateurs. En effet, un système centralisé sur serveur(s) SEV doit en permanence tenter de gérer, au mieux et en temps réel, la redistribution des données reçues et répartir la bande passante disponible à un instant donné, entre les différents destinataires connectés dont, au demeurant, le nombre est également variable dans l'espace et le temps. Avec les procédés usuels, la qualité du service rendu est difficile à optimiser. II faut également souligner un autre inconvénient majeur des procédés usuels : les données échangées entre les postes de travail PTi, transitant systématiquement par un (au moins un) serveur central, la sécurité et la confidentialité des échanges sont difficiles à garantir. Le dispositif, selon l'invention représentée figure 3 et notée PGD, (Périphérique de Gestion décentralisée) permet de remédier à ces inconvénients. Le dispositif selon l'invention simplifie la gestion en temps réel des flux de données multimédia bidirectionnels en prenant en charge localement la diffusion de l'émission du flux local FLX_i selon un mode 1, N (de 1 vers N), du poste local PTi courant vers les autres postes de travail informatisés PTi connectés sur le réseau RES et dotés chacun du dispositif PGD. Le procédé, selon l'invention, décharge le serveur central SEV des tâches d'aiguillage en mode bidirectionnel des flux de données FLX. Le dispositif, selon l'invention, permet également de simplifier et d'optimiser le processus de répartition de la bande passante en le répartissant au niveau de chaque poste PTi doté du dispositif selon l'invention. Pour l'aiguillage et la régulation des flux FLX, le rôle du serveur SEV se limite en effet à une simple gestion d'un « vecteur d'état des connexions courantes » noté VEC, répliqué cycliquement sur chaque poste de travail, en activité sur le réseau RES, et doté du dispositif selon l'invention PGD. Le dispositif selon l'invention PGD est constitué d'un boitier (2) intégrant des composants électroniques, des circuits micro-électroniques et du firmware (du logiciel intégré) permettant l'exploitation du dispositif matériel selon l'invention : - Un ou plusieurs microprocesseurs pP (et/ou des microcontrôleurs) ; - Un ou plusieurs OS (Operating System) temps réel multitâches ; - Un espace de mémoire morte MM, reprogrammable ou non ; - Un espace de mémoire vive MV en libre accès (3) et/ou en accès sécurisé (4) contrôlé par les logiciels systèmes et/ou le firmware intégré et/ou les applicatifs téléchargés 10 et/ou résidant en mémoire morte MM ; - Le firmware du dispositif peut notamment intégrer tout ou partie des couches, au sens du modèle OSI (Open Systems Interconnection), proposé par l'ISO (Organisation internationale de normalisation), des protocoles des réseaux de communication (5) standards et /ou propriétaires du marché ainsi que des algorithmes de cryptage (6). 15 - Un Bloc d'E/S doté d'une connectique CO appropriée pour communiquer avec l'environnement extérieur, notamment, avec le poste de travail informatisé PTi. - Une ou plusieurs sources multimédia (1) reliées, via la connectique CO, directement au dispositif et/ou au poste de travail PTi. La communication avec l'environnement externe, via la connectique CO, avec 20 un poste de travail PTi, peut de manière illustrative et non limitative de l'invention, s'opérer indifféremment par bus liaison série et/ou parallèle, par liaison radio et/ou optique, ou encore par une intégration physique du dispositif selon l'invention dans le poste de travail informatisé PTi (par exemple et de manière illustrative et purement indicative, sur la carte mère de l'ordinateur du poste local de travail PTi). 25 La figure 4 illustre la gestion, par le dispositif PGD selon l'invention, du Flux de données multimédia FLX_1 émis par la source (1) du poste PT1 (PTi pour i=1) sur le réseau numérique RES comportant un total de n postes de travail PTi. La gestion locale du flux FLX_1 (émis par le poste de travail PTi, pour i=1) vers les n-1 autres postes de travail PTi est opérée par un ou plusieurs microprocesseurs pP opérant dans 30 un environnement de système d'exploitation temps réel et multitâches noté OS. Le procédé, selon l'invention de diffusion en temps réel des flux de données multimédia, en mode multicast de 1 vers n, (du poste PT1 vers les n-1 autres postes) est également et simultanément mis en oeuvre au niveau de chacun des autres postes PTi (i=2, n) en activité sur le réseau RES. Le tableau TAB récapitule les échanges, selon l'invention, de la diffusion en temps réel de données multimédia FLX_i (i=1, n) en mode multicast bidirectionnel (N, N), par une mise en oeuvre décentralisée du mode élémentaire de diffusion multicast (1, N) selon l'invention. Sur l'axe vertical EMT du tableau TAB sont représentés les postes PTi (i=1, n) dotés des dispositifs PGDi (i=1, n) selon l'invention dans leur fonction d'émetteur de flux de données multimédia temps réel sur le réseau numérique RES. Sur l'axe vertical RMT du tableau TAB sont représentés les postes PTi (i=1, n) dotés du dispositif PGDi (i=1, n) selon l'invention dans leur fonction de récepteur des flux de données multimédia temps réel émis sur le réseau numérique RES. FIG. 2 illustrates the implementation of traditional methods for managing, in real time, the two-way FLX multimedia data streams exchanged on the RES communication network (x) between the n computerized workstations PTi (i = 1, n ). The usual methods implement complex processes implemented on centralized server (s) SEV. The usual methods thus require, by construction, important software and hardware resources, especially in MEM shared memory size on the central SEV system, for the real-time routing of the information flows, which results in a degradation fast performance, especially when scaling up the flows exchanged on digital networks. This centralized regulation of bidirectional FLX multimedia flows exchanged between interconnected PTi workstations on a digital network (and even more so on an aggregate of heterogeneous communication networks, such as the Internet) is very complex and expensive. The bandwidth, which has each of the workstations being, in particular on the Internet, by nature fluctuating and non-homogeneous, the availability and the quality of the service are difficult to guarantee users. Indeed, a centralized system on server (s) SEV must constantly try to manage, at best and in real time, the redistribution of the received data and distribute the bandwidth available at a given moment, between the various recipients connected to, at the remaining, the number is also variable in space and time. With the usual methods, the quality of the service rendered is difficult to optimize. Another major disadvantage of the usual methods is that the data exchanged between the PTi workstations, routinely transmitted by one (at least one) central server, the security and the confidentiality of the exchanges are difficult to guarantee. The device, according to the invention shown in FIG. 3 and denoted by PGD, (Distributed Management Device) makes it possible to remedy these drawbacks. The device according to the invention simplifies the real-time management of bidirectional multimedia data streams by locally supporting the broadcast of the transmission of the local stream FLX_i in a mode 1, N (from 1 to N), of the local station PTi current to other PTi computer workstations connected to the RES network and each equipped with the PGD device. The method, according to the invention, discharges the central server SEV bidirectional routing tasks of FLX data streams. The device according to the invention also makes it possible to simplify and optimize the process of distribution of the bandwidth by distributing it at the level of each station PTi provided with the device according to the invention. For the routing and regulation of FLX flows, the role of the SEV server is indeed limited to a simple management of a "state vector of current connections" noted VEC, cyclically replicated on each workstation, active on the network RES, and equipped with the device according to the invention PGD. The device according to the invention PGD consists of a housing (2) incorporating electronic components, microelectronic circuits and firmware (integrated software) for the exploitation of the hardware device according to the invention: - One or more pP microprocessors (and / or microcontrollers); - One or more real-time operating system (OS) multitasking; - A MM memory space, reprogrammable or not; - A free access memory space VM (3) and / or secure access (4) controlled by the system software and / or the integrated firmware and / or downloaded applications 10 and / or residing in MM read-only memory; - The firmware of the device can include all or some of the layers, in the sense of the OSI model (Open Systems Interconnection), proposed by the ISO (International Organization for Standardization), protocols of communication networks (5) standard and / or market owners as well as encryption algorithms (6). 15 - An I / O block with appropriate CO connectors to communicate with the external environment, in particular with the computer workstation PTi. - One or more multimedia sources (1) connected, via the CO connection, directly to the device and / or workstation PTi. The communication with the external environment, via the CO connector, with a PTi workstation, can in an illustrative and non-limiting way of the invention, operate indifferently by serial and / or parallel bus, by radio link and or optical, or by a physical integration of the device according to the invention in the computer workstation PTi (for example and illustratively and purely indicative, on the motherboard of the computer of the local workstation PTi). FIG. 4 illustrates the management, by the device PGD according to the invention, of the multimedia data stream FLX_1 transmitted by the source (1) of the station PT1 (PTi for i = 1) on the digital network RES having a total of n PTi workstations. The local management of the FLX_1 stream (sent by the PT i workstation, for i = 1) to the n-1 other PT i workstations is operated by one or more pP microprocessors operating in a real-time operating system environment. and multitasking noted OS. The method, according to the invention, of real-time broadcasting of the multimedia data streams, in multicast mode from 1 to n, (from the PT1 station to the n-1 other stations) is also and simultaneously implemented at the level of each of the other PTi positions (i = 2, n) active on the RES network. The table TAB summarizes the exchanges, according to the invention, of the real-time broadcast of multimedia data FLX_i (i = 1, n) in bidirectional (N, N) multicast mode, by a decentralized implementation of the basic broadcasting mode. multicast (1, N) according to the invention. On the vertical axis EMT of the table TAB are represented the positions PTi (i = 1, n) equipped with devices PGDi (i = 1, n) according to the invention in their function of transmitter of multimedia data flow real time on the digital network RES. On the vertical axis RMT of the table TAB are represented the positions PTi (i = 1, n) equipped with the device PGDi (i = 1, n) according to the invention in their function as a receiver of the real-time multimedia data streams transmitted on the digital network RES.
Les tâches logicielles du dispositif PGD s'exécutent parallèlement à l'activité logicielle du poste de travail informatique PTi. ARCH représente schématiquement l'architecture fonctionnelle et SOFT celle du logiciel associé au dispositif matériel PGD selon l'invention. La figure 5 représente, sous la forme d'un diagramme de séquencement simplifié, purement illustratif et non limitatif de l'invention, une séquence type d'initialisation par le dispositif PGD de la gestion en temps réel de l'émission du flux local de données multimédia, en mode de diffusion multicast (1, N) : (a) : l'utilisateur U1 du poste PT1 active le PGD local et se connecte ainsi en premier. (b), (c) : initialisations locales. (d) : le poste PT1 transmet au serveur SEV l'identifiant d'unicité du PGD local. (e) : l'utilisateur du PGD est reconnu par le serveur SEV qui valide la demande de connexion, initialise le vecteur d'état des connexions VEC et en transmet une copie au poste PT1. (f) : le poste PT1 transmet le vecteur d'état VEC reçu au périphérique PGD. (g) : Le périphérique PGD interprète le contenu du vecteur d'état VEC. Il initialise les processus de gestion en temps réel et multitâches, notamment ceux relatifs à une répartition optimisée de la bande passante et à la diffusion du flux de données multimédia local sur le réseau RES. Notons que l'utilisateur est actuellement le seul connecté. (h) : Un deuxième utilisateur, U2 du poste PT2, se connecte à son tour sur le réseau RES et le PGD local devient actif. (i), (j) : initialisations locales du PGD du poste PT2. (k) : le poste PT2 transmet au serveur SEV l'identifiant d'unicité du périphérique PGD (I) : l'utilisateur du périphérique PGD est reconnu par le serveur SEV qui valide la demande de connexion, met à jour le vecteur d'état VEC des connexions actives et en transmet une copie aux postes PT1 et PT2. (m) : Le dispositif PGD du poste PT1 constate la connexion du poste PT2 sur le réseau et le système multitâche du dispositif, selon l'invention, gère la diffusion du flux de données FLX_1 émis par le poste PT1 vers le poste PT2. (n) : Le dispositif PGD du poste PT2 constate également la connexion du poste PT1 sur le réseau et le système multitâche, selon l'invention, assure également la diffusion 10 du flux de données FLX_2 émis par le poste PT2 vers le poste PT1. Le serveur SEV qui valide les demandes de connexions peut également scruter cycliquement le réseau RES pour vérifier si les postes sont actifs ou non. Le serveur SEV mémorise ainsi, les demandes de connexions et met à jour en permanence le « vecteur d'état des connexions » VEC. A chaque fois qu'un attribut de ce vecteur d'état VEC 15 est modifié, une copie de son contenu courant est notifiée en temps réel par le serveur SEV aux postes locaux PTi clients connectés sur le réseau RES. Au fur et à mesure des connexions successives des postes de travail PTi, le procédé selon l'invention est activé. Ce procédé est générique et indépendant du nombre de postes connectés. Ainsi, chaque poste utilisateur PTi doté du dispositif PGD est à la fois, non 20 seulement émetteur de son propre flux de données, mais reçoit simultanément et en temps réel les flux de données émis par les autres poste informatisés connectés. La figure 6 représente une réalisation préférentielle du dispositif PGD selon l'invention, par intégration dans sa connectique CO d'une prise USB (Universal Serial Bus). Cette réalisation préférentielle du dispositif met en oeuvre des composants 25 électroniques et des circuits microélectroniques intégrés de manière préférentielle dans un ou plusieurs circuits spécialisés (en anglais « ASIC » : Application-Specific Integrated Circuit) afin de garantir une meilleure protection industrielle du procédé PGD, la sécurité, la confidentialité des données et des processus logiciels opérants. Le bloc des entrées/sorties E/S du dispositif peut également intégrer dans sa connectique CO, des 30 connecteurs appropriés pour se connecter, notamment, avec un téléphone portable TP et/ou tout autre terminal AP, auxiliaire du dispositif PGD. La figure 7 représente une variante de la réalisation préférentielle PGD. Cette variante correspond notamment à une utilisation du PGD en mode déconnecté du poste de travail PTi. Un téléphone mobile TP et/ou tout autre terminal AP peut se substituer totalement ou partiellement au poste PTi et en particulier assurer la connexion au réseau RES. L'alimentation électrique du dispositif, selon l'invention, est assurée par un bloc BA d'alimentation électrique relié à la connectique CO. De manière purement indicative et non limitative de l'invention, cette alimentation externe peut-être assurée par la prise USB du dispositif PGD. La source électrique peut être indifféremment, une pile P interne insérée, dans le bloc BA et/ou directement dans le dispositif DGP, et/ou émaner d'un réseau de distribution électrique. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux communications multimédia en mode de diffusion multicast bidirectionnel sur les réseaux numériques (notamment sociaux), telles que le Web Conferencing, l'animation de salles virtuelles de réunion, de formation à distance, avec la possibilité de mémoriser des données multimédia personnelles en mémoire protégée (4) (par exemple, de manière purement illustrative et indicative et non limitative de l'invention, dans un portfolio intégré dans le dispositif), et transférées de manière sécurisée par des protocoles de communication (5) et des algorithmes de cryptage (6) intégrés dans le firmware du dispositif. The PGD software tasks run in parallel with the software activity of the PTi computer workstation. ARCH schematically represents the functional architecture and SOFT that of the software associated with the hardware device PGD according to the invention. FIG. 5 represents, in the form of a simplified sequencing diagram, purely illustrative and not limiting of the invention, a typical sequence of initialisation by the device PGD of the real-time management of the emission of the local stream of multimedia data, in multicast (1, N) broadcast mode: (a): the user U1 of the PT1 station activates the local PGD and thus connects first. (b), (c): local initializations. (d): the station PT1 transmits to the server SEV the unique identifier of the local PGD. (e): the user of the PGD is recognized by the SEV server which validates the connection request, initializes the VEC connection state vector and transmits a copy to the PT1 station. (f): the PT1 station transmits the received VEC state vector to the PGD device. (g): The PGD device interprets the contents of the VEC state vector. It initiates real-time and multi-tasking management processes, including those related to optimized bandwidth allocation and local media streaming over the RES network. Note that the user is currently the only one connected. (h): A second user, U2 of the PT2 set, in turn connects to the RES network and the local PGD becomes active. (i), (j): Local initializations of the PGD of PT2. (k): the station PT2 transmits to the server SEV the unique identifier of the device PGD (I): the user of the PGD device is recognized by the SEV server which validates the connection request, updates the vector of VEC status of active connections and sends a copy to PT1 and PT2. (m): The PGD device of the PT1 station recognizes the connection of the PT2 station on the network and the multitasking system of the device, according to the invention, manages the broadcast of the FLX_1 data stream sent by the PT1 station to the PT2 station. (n): The PGD device of the PT2 station also notes the connection of the PT1 station on the network and the multitasking system, according to the invention, also ensures the broadcast of the data stream FLX_2 sent by the PT2 station to the PT1 station. The SEV server that validates the connection requests can also cyclically poll the RES network to check whether the stations are active or not. The SEV server thus memorizes the connection requests and continuously updates the "connection state vector" VEC. Whenever an attribute of this VEC state vector 15 is modified, a copy of its current content is notified in real time by the server SEV to local stations PTi clients connected to the network RES. As successive connections PTi workstations, the method according to the invention is activated. This process is generic and independent of the number of connected stations. Thus, each PTi user station with the PGD device is both not only transmitting its own data stream, but simultaneously receives data streams transmitted by the other connected computer stations in real time. FIG. 6 represents a preferred embodiment of the PGD device according to the invention, by integration into its CO connector of a USB (Universal Serial Bus) socket. This preferred embodiment of the device implements electronic components and microelectronic circuits integrated preferentially in one or more specialized circuits (in English "ASIC": Application-Specific Integrated Circuit) in order to guarantee a better industrial protection of the PGD process, security, confidentiality of data and software processes. The I / O input / output block of the device can also include in its connectors CO, appropriate connectors to connect, in particular, with a mobile phone TP and / or any other AP terminal, auxiliary device PGD. Figure 7 shows a variant of the preferred embodiment PGD. This variant corresponds in particular to a use of the PGD disconnected mode workstation PTi. A mobile phone TP and / or any other AP terminal can completely or partially substitute the PTi station and in particular provide the connection to the network RES. The power supply of the device according to the invention is provided by a BA power supply unit connected to the CO connectors. In a purely indicative and non-limiting manner of the invention, this external power supply can be provided by the USB port of the PGD device. The electrical source can be indifferently, an inserted internal stack P, in the BA block and / or directly in the DGP device, and / or emanate from an electrical distribution network. The device according to the invention is particularly intended for multimedia communications in bidirectional multicast broadcast mode on digital networks (especially social networks), such as Web Conferencing, animation of virtual meeting rooms, distance learning, with the possibility storing personal multimedia data in protected memory (4) (for example, in a purely illustrative and indicative and non-limiting manner of the invention, in a portfolio integrated in the device), and securely transferred by communication protocols ( 5) and encryption algorithms (6) integrated in the device firmware.