Thèse Année : 2023

Improved Video Broadcasting for multi-homed users in broadband radio networks

Amélioration de la Diffusion Vidéo pour les utilisateurs multidomiciliés dans les réseaux radio large-bande

Résumé

In today’s networks, the increasing demand for video traffic from mobile users poses real challenges due to the inevitable fluctuation in the quality of radio access. In this context, this thesis aims to improve the performance of video streaming in a multihome context where the user has several radio interfaces, by exploring a range of mechanisms and protocols allowing the exploitation of available networks to improve dissemination in terms of quality and continuity. By using all available network interfaces, the user will be able to reduce the sporadicity of radio access and maintain a stable quality level throughout the session. After reviewing the existing methods at the transport layer, we decide to focus on the application layer and proposes load distribution algorithms that can be easily implemented at the video client level. One of the strengths of this work is to have set up a real test platform where the proposed mechanisms were integrated into the source code of the video application and tested in a real multi-path context. These evaluations are quite realistic since the platform offers the possibility of controlling different paths in terms of bandwidth, delays and loss. First, the thesis proposes a network selection algorithm based on the Multi-Armed Bandit (MAB) heuristic to improve video quality for multi-home clients. At any given time, only one interface is in use, but the video playback application can change networks at any time based on bandwidth and quality measurements made regularly. This dynamic selection can use one of the following two algorithms: UCB or Epsilon Greedy which have been added to the source code of an application using MPEG-DASH streaming. Experimental evaluations showed the superiority of UCB under stable network conditions. Then, the thesis introduces the parallel streaming of MPEG-DASH. This time, the client is able to simultaneously use the available network interfaces to perform load balancing and optimize reception quality. The proposed mechanism continuously monitors the quality of the different interfaces and modifies the percentage of traffic on each of them accordingly. The experiments compared parallel streaming to an always-best-interface approach and showed the clear improvement in perceived quality of experience (QoE) under various network conditions while maintaining energy efficiency. In conclusion, this thesis succeeded in exploiting the multi-domiciliation of users for better quality video broadcasting. The contributions provided are of practical importance since they have all been implemented and can be used in a real network without requiring any intervention on the network or on the server side.

Dans les réseaux actuels, la demande croissante du trafic vidéo de la part des utilisateurs mobiles pose de réels défis en raison de la fluctuation inévitable de la qualité de l’accès radio. Dans ce contexte, cette thèse vise à améliorer les performances de la diffusion vidéo (video streaming) dans un contexte de multi-domiciliation où l’utilisateur dispose de plusieurs interfaces radio, en explorant une gamme de mécanismes et de protocoles permettant l’exploitation des chemins disponibles pour améliorer la diffusion en termes de qualité et de continuité. En utilisant toutes les interfaces réseau disponibles, l’utilisateur pourra réduire la sporadicité de l’accès radio et maintenir un niveau de qualité stable tout au long de la session. Si la thèse passe en revue les méthodes existantes au niveau de la couche de transport, elle se focalise sur la couche application et propose des algorithmes, de distribution de charge, qui peuvent être facilement implémentés au niveau du client vidéo. Un des points forts de ce travail est d’avoir mis en place une plateforme de test réelle où les mécanismes proposés ont été intégrés au code source de l’application vidéo et testés dans un contexte réel de multi-chemins. Ces évaluations sont assez réalistes vu que la plateforme offre la possibilité de contrôler différents chemins en termes de bande passante, délais et perte. Dans un premier temps, la thèse propose un algorithme de sélection de réseaux basé sur l’heuristique Multi-Armed Bandit (MAB) pour améliorer la qualité vidéo pour les clients multi-domiciliés. À un instant donné, une seule interface est utilisée, mais l’application de lecture vidéo peut à tout moment changer de réseaux en se basant sur des mesures de bande passante et de qualité effectuées régulièrement. Cette sélection dynamique peut utiliser l’un des deux algorithmes suivants : UCB ou Epsilon Greedy qui ont été ajoutés au code source d’une application utilisant la diffusion MPEG-DASH. Les évaluations expérimentales ont montré la supériorité d’UCB dans des conditions de réseau stables. Ensuite, la thèse introduit la diffusion parallèle du MPEG-DASH. Cette fois-ci, le client est capable d’utiliser simultanément les interfaces des réseaux disponibles pour y effectuer un équilibrage de charge et optimiser la qualité de réception. Le mécanisme proposé surveille continuellement la qualité des différentes interfaces et modifie en conséquence le pourcentage de trafic sur chacune d’elle. Les expériences ont comparé la diffusion parallèle à une approche choisissant toujours la meilleure interface et ont montré la nette amélioration de la qualité d’expérience (QoE) perçue dans diverses conditions de réseau tout en maintenant l’efficacité énergétique. En conclusion, cette thèse a réussi à exploiter la multi-domiciliation des utilisateurs pour une diffusion vidéo de meilleure qualité. Les contributions fournies revêtent une importance pratique vu qu’elles ont toutes été implémentées et peuvent être utilisées dans un réseau réel ne nécessitant aucune intervention sur le réseau ou du côté serveur.

Fichier principal
Vignette du fichier
Manuscript.pdf (1.43 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Licence

Dates et versions

tel-04763432 , version 1 (01-11-2024)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-04763432 , version 1

Citer

Ali Hodroj. Improved Video Broadcasting for multi-homed users in broadband radio networks. Computer Science [cs]. Université de Rennes, 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04763432⟩
195 Consultations
234 Téléchargements

Partager

  • More