Improving quality of experience in multimedia streaming by leveraging Information-Centric Networking

par Jacques Samain

Thèse de doctorat en Réseaux, information et communications

Sous la direction de Gérard Memmi.

Le président du jury était Marco Cagnazzo.

Le jury était composé de Lucile Sassatelli, Jeff Burke, Gwendal Simon.

Les rapporteurs étaient Hermann Hellwagner, Michael Zink.

  • Titre traduit

    Améliorer la qualité d'expérience du streaming multimédia en tirant parti des réseaux centrés sur l'information


  • Résumé

    Les réseaux centrés sur l’information (ICN) sont une architecture prometteuse pour faire face à l’explosion du trafic multimédia sur internet et à la mobilité croissante des utilisateurs: non seulement ICN peut améliorer la qualité d’expérience de l’utilisateur, mais ICN peut également étendre naturelle et de façon transparente la prise en charge du trafic vidéo dans les fonctions réseau. Cependant, à notre connaissance, une évaluation approfondie des avantages apportés par ICN à la diffusion multimédia n’a pas encore été réalisée. Dans cette thèse, nous voulons réduire l’écart qui nous sépare d’une telle évaluation en prenant en compte ICN dans divers scénarios de diffusion multimédia.Tout d’abord, nous évaluons les avantages apportés par du DAS (Dynamic Adaptive Streaming) basé sur ICN par rapport au streaming basé sur TCP/IP, au moyen d’une campagne expérimentale comprenant plusieurs canaux (des émulations Wi-Fi et LTE, des traçes 3G/4G), plusieurs clients (mélange homogène et hétérogène, arrivées synchrones et asynchrones) et des logiques d’adaptation DAS soigneusement sélectionnées pour couvrir les deux grandes familles d’algorithmes disponibles. Nous mettons aussi enexergue les pièges potentiels qui sont néanmoins facilement évitables.Ensuite, nous montrons comment l’assistance du réseau contribue à améliorer la qualité d’expérience des utilisateurs. Pour ce faire, nous tirons parti de la fonctionnalité de mise en cache réseau d’ICN et proposons un signal re ́seau simple envoyé périodiquement par le cache à exploiter par l’algorithme d’adaptation DAS pour optimiser la qualité d’expérience de l’utilisateur en évitant le phénomène bien connu des oscillations induites par le cache. Des expériences nous permettent de valider le bien-fondé de notre approche.Enfin, puisque la diffusion multimedia en direct gagne du terrain, nous proposons hICN-RTC, en intégrant hICN (hybrid ICN), une solution ICN-dans-IP, à WebRTC, accompagné du protocole RICTP (Realtime Information Centric Transport Protocol), un protocole de transport basé sur le contenu, qui minimise la latence. Bien que toujours en développement, les résultats des premières expériences sont prometteurs car ils montrent que le trafic induit par hICN-RTC ne croit qu’avec le nombre de locuteurs actifs plutôt qu’avec le nombre total de participants.


  • Résumé

    Information-Centric Networking (ICN) is a promising architecture to address today Internet multimedia traffic explosion and increasing user mobility: not only to enhance the user’s quality of experience, but also to naturally and seamlessly extend video sup- port deeper in the network functions. However, to the best of our knowledge, a thorough assessment of the benefits brought by ICN to multimedia delivery has not been done yet. In this thesis, we aim at reducing the gap to such assessment, by considering ICN in various multimedia delivery scenarios.First, we assess the benefits brought by an ICN-based Dynamic Adaptive Streaming (DAS) compared to TCP/IP based streaming, by means of an experimental campaign that includes multiple channels (e.g., emulated Wi-Fi and LTE, real 3G/4G traces), multiple clients (homogeneous vs heterogeneous mixture, synchronous vs asynchronous arrivals) and carefully selected DAS adaptation logics to cover the broad families of available adaptation algorithms. We also warn about potential pitfalls that are nonethelesseasily avoidable.Second, we show how network assistance helps im- proving the users’ quality of experience. To do so, we leverage the in-network caching feature of ICN and propose a simple periodical network signal from the cache (i.e., per-quality hit ratio) to be exploited by DAS adaptation logic to enhance further the user’s quality of experience by avoiding the known cache-induced quality oscillations. We confirm the soundness of our approach through experiments.Finally, as live multimedia delivery is gaining momentum, we propose hICN-RTC by integrating hICN (hybrid ICN), an ICN-in-IP solution, to WebRTC and we design RICTP (Realtime Information Centric Trans- port Protocol), a content-aware transport that minimizes the communication latency. Although still in development, the results we gathered from early experiments are promising as they show that hICN-RTC scales with the number of active speakers rather than the total number of participants.


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