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Performance Modeling of QoE-Aware Multipath Video Transmission in the Future Internet

Leistungsmodellierung einer Mehrpfad Video Übertragung im zukünftigen Internet unter Berücksichtigung der QoE

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-72324
  • Internet applications are becoming more and more flexible to support diverge user demands and network conditions. This is reflected by technical concepts, which provide new adaptation mechanisms to allow fine grained adjustment of the application quality and the corresponding bandwidth requirements. For the case of video streaming, the scalable video codec H.264/SVC allows the flexible adaptation of frame rate, video resolution and image quality with respect to the available network resources. In order to guarantee a good user-perceived qualityInternet applications are becoming more and more flexible to support diverge user demands and network conditions. This is reflected by technical concepts, which provide new adaptation mechanisms to allow fine grained adjustment of the application quality and the corresponding bandwidth requirements. For the case of video streaming, the scalable video codec H.264/SVC allows the flexible adaptation of frame rate, video resolution and image quality with respect to the available network resources. In order to guarantee a good user-perceived quality (Quality of Experience, QoE) it is necessary to adjust and optimize the video quality accurately. But not only have the applications of the current Internet changed. Within network and transport, new technologies evolved during the last years providing a more flexible and efficient usage of data transport and network resources. One of the most promising technologies is Network Virtualization (NV) which is seen as an enabler to overcome the ossification of the Internet stack. It provides means to simultaneously operate multiple logical networks which allow for example application-specific addressing, naming and routing, or their individual resource management. New transport mechanisms like multipath transmission on the network and transport layer aim at an efficient usage of available transport resources. However, the simultaneous transmission of data via heterogeneous transport paths and communication technologies inevitably introduces packet reordering. Additional mechanisms and buffers are required to restore the correct packet order and thus to prevent a disturbance of the data transport. A proper buffer dimensioning as well as the classification of the impact of varying path characteristics like bandwidth and delay require appropriate evaluation methods. Additionally, for a path selection mechanism real time evaluation mechanisms are needed. A better application-network interaction and the corresponding exchange of information enable an efficient adaptation of the application to the network conditions and vice versa. This PhD thesis analyzes a video streaming architecture utilizing multipath transmission and scalable video coding and develops the following optimization possibilities and results: Analysis and dimensioning methods for multipath transmission, quantification of the adaptation possibilities to the current network conditions with respect to the QoE for H.264/SVC, and evaluation and optimization of a future video streaming architecture, which allows a better interaction of application and network.show moreshow less
  • Die Applikationen im Internet passen sich immer besser an unterschiedliche Anforderungen der Nutzer und variierende Netzwerkbedingungen an. Neue Mechanismen ermöglichen die zielgerichtete Anpassung der Anwendungsqualität und damit der benötigten Bandbreite. Im Falle von Videostreaming ermöglicht der skalierbare Videocodec H.264/SVC, die flexible Veränderung der Bildwiederholungsrate, der Auflösung des Videos und der Bildqualität an die vorhandenen Ressourcen im Netzwerk. Um eine gute vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (Quality of Experience, QoE)Die Applikationen im Internet passen sich immer besser an unterschiedliche Anforderungen der Nutzer und variierende Netzwerkbedingungen an. Neue Mechanismen ermöglichen die zielgerichtete Anpassung der Anwendungsqualität und damit der benötigten Bandbreite. Im Falle von Videostreaming ermöglicht der skalierbare Videocodec H.264/SVC, die flexible Veränderung der Bildwiederholungsrate, der Auflösung des Videos und der Bildqualität an die vorhandenen Ressourcen im Netzwerk. Um eine gute vom Nutzer erfahrene Dienstgüte (Quality of Experience, QoE) zu garantieren, muss die Videoqualität richtig angepasst und optimiert werden. Aber nicht nur die Anwendungen des heutigen Internets haben sich verändert. Gerade in den letzten Jahren entstanden neue Netzwerk- und Transporttechnologien, welche eine flexiblere und effizientere Nutzung der Kommunikationsnetze erlauben. Eine dieser Techniken ist die Virtualisierung von Netzwerken. Sie erlaubt es auf einem gemeinsamen physikalischen Netz verschiedene logische Netze zu betreiben, die zum Beispiel Anwendungs-abhängige Adressierung unterstützen, eigene Namensgebung erlauben oder ein individuelles Ressourcen Management ermöglichen. Neuartige Transportmechanismen wie Mehrpfadübertragung auf Netzwerk- und Transportebene des ISO/OSI Stacks streben eine effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Übertragungsmöglichkeiten an. Doch die simultane Übertragung von Daten über heterogene Kommunikationspfade und –technologien führt unausweichlich zu einer Veränderung der Reihenfolge, in der die Pakete ankommen. Es werden zusätzliche Mechanismen und Puffer benötigt, um die ursprüngliche Paketreihenfolge wieder herzustellen und so einen störenden Einfluss auf den Datentransport zu verhindern. Die richtige Dimensionierung dieser Puffer sowie die Klassifizierung des Einflusses von variierenden Pfadparametern wie Bandbreite und Verzögerungen setzen passende Evaluierungsmethoden voraus. Darüber hinaus werden für die Auswahl von geeigneten Pfaden aus einer Menge vorhandener Pfade echtzeitfähige Bewertungsmechanismen benötigt. Eine bessere Interaktion zwischen Applikationen und Netzwerk und der damit verbundene Informationsaustausch ermöglicht die effiziente Anpassung der Applikationsqualität an das Netzwerk und umgekehrt. Diese Doktorarbeit analysiert eine auf Mehrpfadübertragung und skalierbarer Videokodierung basierende Videostreaming Architektur und erarbeitet die folgenden Optimierungsmöglichkeiten und Auswertungen: Analyse- und Dimensionierungsmethoden für Mehrpfadübertragung, Quantifizierung der Anpassungsmöglichkeiten von SVC an das Netzwerk unter Berücksichtigung der QoE und Evaluierung und Optimierung einer zukünftigen Videostreaming Architektur, welche eine stärkere Interaktion zwischen Applikation und Netzwerk ermöglicht.show moreshow less

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Metadaten
Author: Thomas Zinner
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-72324
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Mathematik und Informatik
Faculties:Fakultät für Mathematik und Informatik / Institut für Informatik
Date of final exam:2012/07/13
Language:English
Year of Completion:2012
Series (Serial Number):Würzburger Beiträge zur Leistungsbewertung Verteilter Systeme (03/12)
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-6106
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
GND Keyword:Videoübertragung; H.264 SVC; Modellierung
Tag:Mehrpfadübertragung; Quality-of-Experience
H.264/SVC; Multipath Transmission; Performance Modeling; QoE; Video Streaming
Release Date:2012/08/09
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Phuoc Tran-Gia
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht