Délivrance de servcies médias ubiquitaires adaptés selon le contexte au sein de réseaux de nouvelles générations

par Julien Arnaud

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Francine Krief.

Le président du jury était Damien Magoni.

Le jury était composé de Eric Le Bars, Daniel Negru.

Les rapporteurs étaient Béatrice Paillassa, Sami Tabbane.


  • Résumé

    Les récentes avancées technologiques permettent désormais la fabrication de terminaux mobiles de plus en plus compacts et dotés de plusieurs interfaces réseaux. Le nouveau modèle de consommation de médias se résume par le concept "Anytime, Anywhere, Any Device" et impose donc de nouvelles exigences en termes de déploiement de services ubiquitaires. Cependant la conception et le developpement de réseaux ubiquitaires et convergents de nouvelles générations soulèvent un certain nombre de défis techniques. Les standards actuels ainsi que les solutions commerciales pourraient être affectés par le manque de considération du contexte utilisateur. Le ressenti de l'utilisateur concernant certains services multimédia tels que la VoIP et l'IPTV dépend fortement des capacités du terminal et des conditions du réseau d'accès. Cela incite les réseaux de nouvelles générations à fournir des services ubiquitaires adaptés à l'environnement de l'utilisateur optimisant par la même occasion ses resources. L'IP Multimedia Subsystem (IMS) est une architecture de nouvelle génération qui centralise l'accès aux services et permet la convergence des réseaux fixe/mobile. Néanmoins, l'évolution de l'IMS est nécessaire sur les points suivants :- l'introduction de la sensibilité au contexte utilisateur et de la PQoS (Perceived QoS) : L'architecture IMS ne prend pas en compte l'environnement de l'utilisateur, ses préférences et ne dispose pas d'un méchanisme de gestion de PQOS. Pour s'assurer de la qualité fournit à l'utilisateur final, des informations sur l'environnement de l'utilisateur ainsi que ses préférences doivent transiter en cœur de réseau afin d'y être analysés. Ce traitement aboutit au lancement du service qui sera adapté et optimisé aux conditions observées. De plus pour le service d'IPTV, les caractéristiques spatio-temporelles de la vidéo influent de manière importante sur la PQoS observée côté utilisateur. L'adaptation des services multimédias en fonction de l'évolution du contexte utilisateur et de la nature de la vidéo diffusée assure une qualité d'expérience à l'utilisateur et optimise par la même occasion l'utilisation des ressources en cœur de réseau.- une solution de mobilité efficace pour les services conversationnels tels que la VoIP : Les dernières publications 3GPP fournissent deux solutions de mobilité: le LTE propose MIP comme solution de mobilité alors que l'IMS définit une mobilité basée sur le protocole applicatif SIP. Ces standards définissent le système de signalisation mais ne s'avancent pas sur la gestion du flux média lors du changement d'interface réseau. La deuxième section introduit une étude comparative détaillée des solutions de mobilité dans les NGNs.Notre première contribution est la spécification de l'architecture globale de notre plateforme IMS sensible au contexte utilisateur réalisée au sein du projet Européen ADAMANTIUM. Nous détaillons tout d'abord le serveur MCMS intelligent placé dans la couche application de l'IMS. Cet élément récolte les informations de qualité de services à différents équipements réseaux et prend la décision d'une action sur l'un de ces équipements. Ensuite nous définissons un profil utilisateur permettant de décrire son environnement et de le diffuser en coeur de réseau. Une étude sur la prédiction de satisfaction utilisateur en fonction des paramètres spatio-temporels de la vidéo a été réalisée afin de connaître le débit idéal pour une PQoS désirée.Notre deuxième contribution est l'introduction d'une solution de mobilité adaptée aux services conversationnels (VoIP) tenant compte du contexte utilisateur. Notre solution s'intègre à l'architecture IMS existante de façon transparente et permet de réduire le temps de latence du handover. Notre solution duplique les paquets de VoIP sur les deux interfaces actives pendant le temps de la transition. Parallèlement, un nouvel algorithme de gestion de mémoire tampon améliore la qualité d'expérience pour le service de VoIP.

  • Titre traduit

    Context-awareness for ubiquitous media service delivery in next generation networks


  • Résumé

    The latest advances in technology have already defied Moore’s law. Thanks to research and industry, hand-held devices are composed of high processing embedded systems enabling the consumption of high quality services. Furthermore, recent trends in communication drive users to consume media Anytime, Anywhere on Any Device via multiple wired and wireless network interfaces. This creates new demands for ubiquitous and high quality service provision management. However, defining and developing the next generation of ubiquitous and converged networks raise a number of challenges. Currently, telecommunication standards do not consider context-awareness aspects for network management and service provisioning. The experience felt by the end-user consuming for instance Voice over IP (VoIP) or Internet Protocol TeleVision (IPTV) services varies depending mainly on user preferences, device context and network resources. It is commonly held that Next Generation Network (NGN) should deliver personalized and effective ubiquitous services to the end user’s Mobile Node (MN) while optimizing the network resources at the network operator side. IP Multimedia Subsystem (IMS) is a standardized NGN framework that unifies service access and allows fixed/mobile network convergence. Nevertheless IMS technology still suffers from a number of confining factors that are addressed in this thesis; amongst them are two main issues :The lack of context-awareness and Perceived-QoS (PQoS):-The existing IMS infrastructure does not take into account the environment of the user ,his preferences , and does not provide any PQoS aware management mechanism within its service provisioning control system. In order to ensure that the service satisfies the consumer, this information need to be sent to the core network for analysis. In order to maximize the end-user satisfaction while optimizing network resources, the combination of a user-centric network management and adaptive services according to the user’s environment and network conditions are considered. Moreover, video content dynamics are also considered as they significantly impact on the deduced perceptual quality of IPTV services. -The lack of efficient mobility mechanism for conversational services like VoIP :The latest releases of Third Generation Partnership Project (3GPP) provide two types of mobility solutions. Long-Term Evolution (LTE) uses Mobile IP (MIP) and IMS uses Session Initiation Protocol (SIP) mobility. These standards are focusing on signaling but none of them define how the media should be scheduled in multi-homed devices. The second section introduces a detailed study of existing mobility solutions in NGNs. Our first contribution is the specification of the global context-aware IMS architecture proposed within the European project ADAptative Management of mediA distributioN based on saTisfaction orIented User Modeling (ADAMANTIUM). We introduce the innovative Multimedia Content Management System (MCMS) located in the application layer of IMS. This server combines the collected monitoring information from different network equipments with the data of the user profile and takes adaptation actions if necessary. Then, we introduce the User Profile (UP) management within the User Equipment (UE) describing the end-user’s context and facilitating the diffusion of the end-user environment towards the IMS core network. In order to optimize the network usage, a PQoS prediction mechanism gives the optimal video bit-rate according to the video content dynamics. Our second contribution in this thesis is an efficient mobility solution for VoIP service within IMS using and taking advantage of user context. Our solution uses packet duplication on both active interfaces during handover process. In order to leverage this mechanism, a new jitter buffer algorithm is proposed at MN side to improve the user’s quality of experience. Furthermore, our mobility solution integrates easily to the existing IMS platform.


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