Cache-Aware Adaptive Video Streaming in 5G networks

Διπλωματική Εργασία uoadl:2944340 25 Αναγνώσεις

Μονάδα:
Κατεύθυνση Τηλεπικοινωνίες και Επεξεργασία Σήματος
Πληροφορική
Ημερομηνία κατάθεσης:
2021-05-04
Έτος εκπόνησης:
2021
Συγγραφέας:
Κουρουνιώτης Γεώργιος
Γεωργάρα Βασιλική
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Λάζαρος Μεράκος, Καθηγητής, Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών, ΕΚΠΑ
Πρωτότυπος Τίτλος:
Cache-Aware Adaptive Video Streaming in 5G networks
Γλώσσες εργασίας:
Αγγλικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Προσαρμοστική ροή βίντεο με γνώσεις ενταμίευσης σε δίκτυα 5G
Περίληψη:
Η τεχνολογία προσαρμοστικής ροής video μέσω HTTP έχει επικρατήσει ως ο κυρίαρχος τρόπος μετάδοσης video στο Internet. Η τεχνολογία αυτή βασίζεται στη λήψη μικρών διαδοχικών τμημάτων video από έναν server. Μία πρόκληση που όμως δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς είναι η λήψη τμημάτων video από περισσότερους από έναν servers, με τρόπο που να εξυπηρετεί τόσο τις ανάγκες του δικτύου όσο και τη βελτίωση της Ποιότητας Εμπειρίας του χρήστη (Quality of Experience, QoE). Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία θα διερευνήσει αυτό το πρόβλημα, προσομοιώνοντας ένα δίκτυο με πολλαπλούς video servers και διάφορους video clients. Στη συνέχεια, θα υλοποιήσει τόσο την δυνατότητα επικοινωνίας peer-to-many στα πλαίσια της προσαρμοστικής ροής video όσο και τον αλγόριθμο επιλογής video server. Όλα αυτά θα διερευνηθούν στο περιβάλλον του Mininet, που είναι ένας δικτυακός εξομοιωτής, για να προσομοιωθεί η τεχνολογία DASH με τη βοήθεια των κόμβων του δικτύου του εξομοιωτή. Αρχικά, το βίντεο χωρίστηκε σε μικρά κομμάτια με τη βοήθεια του εργαλείου ffmpeg και στη συνέχεια, υλοποιήθηκαν πειράματα που ένας πελάτης ζητούσε το βίντεο από έναν server προσωρινής αποθήκευσης (cache server). Αν το συγκεκριμένο τμήμα του βίντεο δεν υπήρχε εκεί, τότε στελνόταν αίτημα από τον server προσωρινής αποθήκευσης σε έναν διακομιστή που περιείχε όλα τα τμήματα του βίντεο (main server). Στα πειράματα αυτά εξετάστηκε και η προστιθέμενη δικτυακή κίνηση, με τελικό συμπέρασμα ότι το περιβάλλον του Mininet προκαλεί αναπόφευκτους περιορισμούς στη περίπτωση της δικτυακής κίνησης, καθώς παρατηρήσαμε πως το κανάλι του server βάσης δεδομένων παρέμενε ανενεργό καθ’ όλη τη διάρκεια αιτημάτων από τον server προσωρινής αποθήκευσης, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται συνθήκες μη-ρεαλιστικού δικτύου. Γι’ αυτόν τον λόγο, προβήκαμε στην υλοποίηση μιας νέας προσέγγισης, εξαλείφοντας το Mininet περιβάλλον και δουλεύοντας πάνω σε νέες τεχνικές προσθήκης δικτυακής κίνησης και τροποποιώντας την επικοινωνία των διακομιστών μεταξύ τους. Με αυτόν τον τρόπο, καταφέραμε να δείξουμε σαφέστερα τους περιορισμούς της προηγούμενης προσέγγισης αλλά και να συμπεράνουμε ότι η ύπαρξη servers προσωρινής αποθήκευσης είναι ένα χρήσιμο εργαλείο υπό όρους αύξησης της ποιότητας εμπειρίας ενός χρήστη. Η γενική τάση που παρατηρήθηκε ήταν ότι με την αύξηση του διαθέσιμου χώρου αποθήκευσης, η ποιότητα αναπαραγωγής του βίντεο ανέβαινε σε κάποιο βαθμό. Ταυτόχρονα όμως, το ποσοστό βελτίωσης αυτό, είναι άρρηκτα δεμένο με τον αλγόριθμο επιλογής κομματιών βίντεο που χρησιμοποιείται. Για ακόμα καλύτερα αποτελέσματα λοιπόν, θεωρείται αναγκαία η εύρεση της χρυσής τομής μεταξύ χωρητικότητας του χώρου προσωρινής αποθήκευσης και αλγορίθμου επιλογής κομματιών.
Στην παρούσα διπλωματική παρουσιάζονται τα εξής κεφάλαια: Στο κεφάλαιο 1 αναφέρεται η ιστορική αναδρομή της τεχνολογίας των δικτύων. Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται η τεχνολογία προσαρμοστικής ροής βίντεο μέσω HTTP. Στο κεφάλαιο 3 αναλύονται οι διαφορετικές τεχνικές προσωρινής αποθήκευσης. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η έννοια της Ποιότητας Εμπειρίας του χρήστη και η συσχέτισή της με πολλούς άλλους παράγοντες. Το κεφάλαιο 5 περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία στησίματος του περιβάλλοντος και τα διάφορα απαραίτητα εργαλεία για την υλοποίησή μας. Το κεφάλαιο 6 αναφέρει τα πειράματα μέσω Mininet, την τοπολογία και όλο το στήσιμο, καθώς και τους λόγους που μας οδήγησαν στην πορεία μιας διαφορετικής προσέγγισης. Στο κεφάλαιο 7 προτείνεται η διαφορετική προσέγγιση και παρουσιάζεται η μεθοδολογία και οι μετρικές. Επίσης, αναλύονται διαγράμματα που εξάχθηκαν από την ανάλυση τω μετρικών. Τέλος, το κεφάλαιο 8 αφορά τα συμπεράσματα και θέματα μελλοντικής έρευνας για βελτίωση της Ποιότητας Εμπειρίας του χρήστη περαιτέρω.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Θετικές Επιστήμες
Λέξεις-κλειδιά:
Ποιότητα Εμπειρίας, Υπηρεσίες βίντεο,Προσωρινή Αποθήκευση
Ευρετήριο:
Ναι
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
8
Εικονογραφημένη:
Ναι
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
72
Αριθμός σελίδων:
135
Cache-Aware Adaptive Video Streaming in 5G Networks.pdf (5 MB) Άνοιγμα σε νέο παράθυρο