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Projecte llegit

Títol: Specification, implementation and evaluation of modular architectures assisted by computation on the edge for optimizing holographic multiuser communication services

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: RINCÓN RIVERA, DAVID

Departament: ENTEL

Títol: Specification, implementation and evaluation of modular architectures assisted by computation on the edge for optimizing holographic multiuser communication services

Data inici oferta: 29-11-2023     Data finalització oferta: 29-06-2024


Estudis d'assignació del projecte:
    DG ENG AERO/TELEMÀT
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: Fora UPC    
 
        Supervisor/a extern: Mario Montagud Climent
        Institució/Empresa: Fundació i2Cat
        Titulació del Director/a: Doctor en Telecomunicació
 
Paraules clau:
Arquitecturas de Comunicaciones, Comunicaciones Holográficas, Holoconferencias, Holoportación
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Los servicios de comunicaciones holográficas 3D tienen el potencial de convertirse en el medio de comunicación, interacción social y colaboración multiusuario dominante en un futuro cercano, así como un componente esencial del Metaverso.

Dichos servicios de comunicaciones holográficas actualmente presentan desafíos técnicos muy relevantes, como la necesidad de un elevado ancho de banda y de procesado, así como de minimizar las latencias. En este sentido, las redes de próxima generación, tales como 5G avanzado y 6G, de manera coordinada con las nuevas tendencias de orquestación de recursos de computación a lo largo de la nube continua (Cloud Continuum), pueden contribuir a satisfacer los citados requisitos, a la vez que reducir los costes e incrementar la eficiencia de las comunicaciones.

Los servicios y plataformas de comunicaciones holográficas, propuestos muy recientemente por la comunidad científica, se basan bien en el uso de Single Forwarding Unit (SFU) o Multipoint Control Unit (MCU) únicas y pre-desplegadas en la nube, lo que conlleva limitaciones de escalabilidad y potencial ineficiencia si los clientes no tienen una buena conexión a dicho servidor centralizado.

Este Trabajo Final de Grado (TFG) plantea contribuir a la modularización y virtualización de una plataforma de comunicaciones holográficas desarrollada en i2CAT con tal de habilitar arquitecturas y estrategias de comunicaciones avanzadas que: (i) estén asistidas por computación en el borde (Edge): (ii) estén basadas en el despliegue estratégico de una o varias SFU por sesión multimedia en los emplazamientos de interés.
La fase inicial del TFG consistirá en una familiarización con las tecnologías y componentes software y hardware asociados a la plataforma que conforma el punto de partida de este trabajo. A continuación, se analizará el estado del arte con tal de identificar las debilidades existentes y diferentes oportunidades a explotar. Tras ello, y en colaboración con los miembros del departamento I+D de i2CAT en el que se engloba el TFG, se especificarán los requisitos y escenarios a contemplar, así como la metodología de desarrollo y evaluación asociada.
A continuación, se especificará la arquitectura de comunicaciones y los componentes de la plataforma a modularizar con tal de habilitar los servicios y escenarios contemplados, así como los procesos de ingeniería de software asociado (casos de uso, diagramas de secuencia'). Tras ello se procederá a las tareas de implementación, despliegue y test funcionales asociadas. Por último, se realizarán tests de rendimiento para cada una de las variantes de arquitecturas y estrategias de comunicación contempladas, en base a las métricas de calidad de servicio (ej. retardos, fluidez estabilidad, consumo de ancho de banda, etc.) seleccionadas durante la fase de especificación de requisitos.

Cada una de las tareas y fases de trabajo se documentarán adecuadamente, con tal de que el proceso de documentación final para la memoria del TFG requiere el mínimo esfuerzo posible.

Dimensionamiento de Plan de Trabajo [24 ECTS * 30 horas / ECTS = 720h]

[30h] Análisis del estado del arte
[30h] Especificación de requisitos
[60h] Especificación de Arquitecturas de Comunicación e Ingeniería de Software
[400h] Implementación y Adaptación de Tecnología
[80h] Despliegue y tests funcionales
[60h] Evaluación y Demostración
[60h] Documentación
 
Overview (resum en anglès):
Multiuser holographic communication services, supporting realistic and volumetric user's representations (i.e., holograms) integrated into shared 3D spaces, have the potential to become the main medium for communication, social interaction and collaboration in the near future. However, despite noteworthy advances in this field, key remaining challenges still need to be addressed to overcome limitations in terms of performance, scalability, and adaptability. This work departs from a worldwide pioneering end-to-end platform for holographic communications and extends it with novel contributions to allow for an increased performance in terms of delays and/or scalability, while reducing the overall resources usage.
In this case, it proposes a new modular architecture for holographic communications that is capable of instantiating communication modules (i.e., Selective Forwarding Units or SFUs) on the Edge servers of interest. This not only allows the selection of the most powerful or closest Edge server to host a multiuser holographic communication session, but also to replicate multiple SFU instantiations to balance their load, based on different criteria (e.g., geographical distance or number of connected clients), in sessions with scalability needs. These extensions are fully compliant, and can leverage, emerging Cloud Continuum and 6G enablers, like European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Multi-access Edge Computing (MEC) standard and Network-as-a-Service (NaaS) Application Programming Interfaces (APIs), respectively, thus paving the way for a more efficient and sustainable deployment over next-generation networks.
Likewise, such devised extensions lay the foundation for supporting the Orchestration of other in-cloud communication and/or processing modules (e.g., Multipoint Control Unit or MCUs, or Remote Renderers) over the Cloud Continuum in next research phases. In addition, the platform has been extended and integrated with other technological enablers to ease its effective and even automated deployment in scenarios of interest, lowering the costs in terms of time, need for personnel, and infrastructure purchasing. Furthermore, new technological components and features have been developed, like the possibility to send pre-recorded holograms from players, a web-based and lightweight headless player, and a metrics monitoring subsystem (based on Prometheus and Grafana). Many of its components have been virtualized (Docker) and an automated deployment testbed, based on Ansible, has been put in place.
Diverse (five) distributed scenarios, including diverse test conditions for each of them, have been defined and evaluated. The obtained results not only prove the benefits and advantages of the contributions of this work in terms of performance (delays, scalability, stability) and sustainability (less resources usage), but also confirm the validity of the developed testbed to conduct cutting-edge research in this relevant topic.

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