Adaptive Video Streaming Testbed Design for Performance Study and Assessment of QoE

[EN] Hypertext Transfer Protocol adaptive streaming switches between different video qualities, adapting to the network conditions, and avoids stalling streamed frames over high¿oscillation client's throughput improving the users' quality of experience (QoE). Quality of experience has become the most important parameter to lead the service providers to know about the end¿user feedback. Implementing Hypertext Transfer Protocol adaptive streaming applications to find out QoE in real¿life scenarios of vast networks becomes more challenging and complex task regarding to cost, agile, time, and decisions. In this paper, a virtualized network testbed to virtualize various machines to support implementing experiments of adaptive video streaming has been developed. Within the test study, the metrics which demonstrate performance of QoE are investigated, respectively, including initial delay (ie, startup delay at the beginning of playback a video), frequency switches (ie, number of times the quality is changed), accumulative video time (ie, number and length of stalls), CPU usage, and battery energy consumption. Furthermore, the relation between effective parameters of QoS on the aforementioned metrics for different segment length is investigated. Experimental results show that the proposed virtualized system is agile, easy to install and use, and costs less than real testbeds. Moreover, the subjective and objective performance studies of QoE evaluation in the system have proven that the segment lengths of 6 to 8 seconds were faired and more efficient than others according to the investigated parameters.Ministerio de Economia y Competitividad, Grant/Award Number: TIN2014-57991-C3-1-PAbdullah, MTA.; Lloret, J.; Ali, A.; García-García, L. (2018). Adaptive Video Streaming Testbed Design for Performance Study and Assessment of QoE. International Journal of Communication Systems. 1-15. https://doi.org/10.1002/dac.3551S11

QoE estimation for different adaptive streaming techniques in mobile networks

Video services are becoming more and more popular for mobile network users and require greater and greater resources and provisions from telecommunications service providers. But operators suffer from problems of interoperability between the different adaptive transmissions techniques they employ in an attempt to satisfy the quality of experience (QoE) of the service provided to users and improve network performance. This article presents a comparison of four such streaming techniques - DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) - used in a live video playback by a user in different test scenarios on an emulated long-term evolution (LTE) network. Comparison of performance was carried out using the mean opinion score (MOS) metric calculated based on ITU-T Recommendation P.1203. The streaming techniques that performed best in each of the different test scenarios are revealed.El servicio de video es cada vez más popular por parte de los usuarios de redes móviles, además exige mayores recursos y prestaciones por parte de los proveedores de servicios de telecomunicaciones. Para satisfacer la calidad de la experiencia del servicio suministrado a los usuarios - QoE y mejorar el rendimiento de las redes, los operadores utilizan diferentes técnicas de transmisión adaptativa, las cuales presentan inconvenientes de interoperabilidad entre ellas.  En este artículo se presenta una comparación de las técnicas de streaming DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) empleadas en la reproducción de vídeo en vivo por parte de un usuario en diferentes escenarios de prueba, en una red LTE emulada. La comparación de desempeño se realiza mediante la métrica de la MOS calculada a partir de la Recomendación ITU-T P.1203. Se presenta para los diferentes escenarios bajo prueba, la técnica de streaming que mejor desempeño obtiene

QoE estimation for different adaptive streaming techniques in mobile networks

Video services are becoming more and more popular for mobile network users and require greater and greater resources and provisions from telecommunications service providers. But operators suffer from problems of interoperability between the different adaptive transmissions techniques they employ in an attempt to satisfy the quality of experience (QoE) of the service provided to users and improve network performance. This article presents a comparison of four such streaming techniques - DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) - used in a live video playback by a user in different test scenarios on an emulated long-term evolution (LTE) network. Comparison of performance was carried out using the mean opinion score (MOS) metric calculated based on ITU-T Recommendation P.1203. The streaming techniques that performed best in each of the different test scenarios are revealed.El servicio de video es cada vez más popular por parte de los usuarios de redes móviles, además exige mayores recursos y prestaciones por parte de los proveedores de servicios de telecomunicaciones. Para satisfacer la calidad de la experiencia del servicio suministrado a los usuarios - QoE y mejorar el rendimiento de las redes, los operadores utilizan diferentes técnicas de transmisión adaptativa, las cuales presentan inconvenientes de interoperabilidad entre ellas.  En este artículo se presenta una comparación de las técnicas de streaming DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) empleadas en la reproducción de vídeo en vivo por parte de un usuario en diferentes escenarios de prueba, en una red LTE emulada. La comparación de desempeño se realiza mediante la métrica de la MOS calculada a partir de la Recomendación ITU-T P.1203. Se presenta para los diferentes escenarios bajo prueba, la técnica de streaming que mejor desempeño obtiene

QoE estimation for different adaptive streaming techniques in mobile networks

Video services are becoming more and more popular for mobile network users and require greater and greater resources and provisions from telecommunications service providers. But operators suffer from problems of interoperability between the different adaptive transmissions techniques they employ in an attempt to satisfy the quality of experience (QoE) of the service provided to users and improve network performance. This article presents a comparison of four such streaming techniques - DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) - used in a live video playback by a user in different test scenarios on an emulated long-term evolution (LTE) network. Comparison of performance was carried out using the mean opinion score (MOS) metric calculated based on ITU-T Recommendation P.1203. The streaming techniques that performed best in each of the different test scenarios are revealed.El servicio de video es cada vez más popular por parte de los usuarios de redes móviles, además exige mayores recursos y prestaciones por parte de los proveedores de servicios de telecomunicaciones. Para satisfacer la calidad de la experiencia del servicio suministrado a los usuarios - QoE y mejorar el rendimiento de las redes, los operadores utilizan diferentes técnicas de transmisión adaptativa, las cuales presentan inconvenientes de interoperabilidad entre ellas.  En este artículo se presenta una comparación de las técnicas de streaming DASH (dynamic adaptive streaming over HTTP), HDS (HTTP dynamic streaming), HLS (HTTP2 live streaming) and HSS (HTTP smooth streaming) empleadas en la reproducción de vídeo en vivo por parte de un usuario en diferentes escenarios de prueba, en una red LTE emulada. La comparación de desempeño se realiza mediante la métrica de la MOS calculada a partir de la Recomendación ITU-T P.1203. Se presenta para los diferentes escenarios bajo prueba, la técnica de streaming que mejor desempeño obtiene

A QoE adaptive management system for high definition video streaming over wireless networks

[EN] The development of the smart devices had led to demanding high-quality streaming videos over wireless communications. In Multimedia technology, the Ultra-High Definition (UHD) video quality has an important role due to the smart devices that are capable of capturing and processing high-quality video content. Since delivery of the high-quality video stream over the wireless networks adds challenges to the end-users, the network behaviors 'factors such as delay of arriving packets, delay variation between packets, and packet loss, are impacted on the Quality of Experience (QoE). Moreover, the characteristics of the video and the devices are other impacts, which influenced by the QoE. In this research work, the influence of the involved parameters is studied based on characteristics of the video, wireless channel capacity, and receivers' aspects, which collapse the QoE. Then, the impact of the aforementioned parameters on both subjective and objective QoE is studied. A smart algorithm for video stream services is proposed to optimize assessing and managing the QoE of clients (end-users). The proposed algorithm includes two approaches: first, using the machine-learning model to predict QoE. Second, according to the QoE prediction, the algorithm manages the video quality of the end-users by offering better video quality. As a result, the proposed algorithm which based on the least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) regression is outperformed previously proposed methods for predicting and managing QoE of streaming video over wireless networks.This work has been partially supported by the "Ministerio de Economia y Competitividad" in the "Programa Estatal de Fomento de la Investigacion Cientifica y Tecnica de Excelencia, Subprograma Estatal de Generacion de Conocimiento" with in the Project under Grant TIN2017-84802-C2-1-P. This study has been partially done in the computer science departments at the (University of Sulaimani and Halabja).Taha, M.; Canovas, A.; Lloret, J.; Ali, A. (2021). A QoE adaptive management system for high definition video streaming over wireless networks. Telecommunication Systems. 77(1):63-81. https://doi.org/10.1007/s11235-020-00741-2638177

Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments

[ES] La introducción de soluciones tecnológicas en la agricultura permite reducir el uso de recursos y aumentar la producción de los cultivos. Además, la calidad del agua de regadío se puede monitorizar para asegurar la seguridad de los productos para el consumo humano. Sin embargo, la localización remota de la mayoría de los campos presenta un problema para proveer de cobertura inalámbrica a los nodos sensores y actuadores desplegados en los campos y los canales de agua para regadío. El trabajo presentado en esta tesis aborda el problema de habilitar la comunicación inalámbrica entre los dispositivos electrónicos desplegados para la monitorización de la calidad del agua y el campo a través de un protocolo de comunicación y arquitectura heterogéneos. La primera parte de esta tesis introduce los sistemas de agricultura de precisión (PA) y la importancia de la monitorización de la calidad del agua y el campo. Asimismo, las tecnologías que permiten la comunicación inalámbrica en sistemas PA y el uso de soluciones alternativas como el internet de las cosas bajo tierra (IoUT) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se introducen también. Después, se realiza un análisis en profundidad del estado del arte respecto a los sensores para la monitorización del agua, el campo y las condiciones meteorológicas, así como sobre las tecnologías inalámbricas más empleadas en PA. Además, las tendencias actuales y los desafíos de los sistemas de internet de las cosas (IoT) para regadío, incluyendo las soluciones alternativas introducidas anteriormente, han sido abordados en detalle. A continuación, se presenta la arquitectura propuesta para el sistema, la cual incluye las áreas de interés para las actividades monitorización que incluye las áreas de los canales y el campo. A su vez, la descripción y los algoritmos de operación de los nodos sensores contemplados para cada área son proporcionados. El siguiente capítulo detalla el protocolo de comunicación heterogéneo propuesto, incluyendo los mensajes y alertas del sistema. Adicionalmente, se presenta una nueva topología de árbol para redes híbridas LoRa/WiFi multisalto. Las funcionalidades específicas adicionales concebidas para la arquitectura propuesta están descritas en el siguiente capítulo. Éstas incluyen algoritmos de agregación de datos para la topología propuesta, un esquema de las amenazas de seguridad para los sistemas PA, algoritmos de ahorro de energía y tolerancia a fallos, comunicación bajo tierra para IoUT y el uso de drones para adquisición de datos. Después, los resultados de las simulaciones para las soluciones propuestas anteriormente son presentados. Finalmente, se tratan las pruebas realizadas en entornos reales para el protocolo heterogéneo presentado, las diferentes estrategias de despliegue de los nodos empleados, el consumo energético y la función de cuantificación de fruta. Estas pruebas demuestran la validez de la arquitectura y protocolo de comunicación heterogéneos que se han propuesto.[CA] La introducció de solucions tecnològiques en l'agricultura permet reduir l'ús de recursos i augmentar la producció dels cultius. A més, la qualitat de l'aigua de regadiu es pot monitoritzar per assegurar la qualitat dels productes per al consum humà. No obstant això, la localització remota de la majoria dels camps presenta un problema per a proveir de cobertura sense fils als nodes sensors i actuadors desplegats als camps i els canals d'aigua per a regadiu. El treball presentat en aquesta tesi tracta el problema d'habilitar la comunicació sense fils entre els dispositius electrònics desplegats per a la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp a través d'un protocol de comunicació i arquitectura heterogenis. La primera part d'aquesta tesi introdueix els sistemes d'agricultura de precisió (PA) i la importància de la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp. Així mateix, també s'introdueixen les tecnologies que permeten la comunicació sense fils en sistemes PA i l'ús de solucions alternatives com l'Internet de les coses sota terra (IoUT) i els vehicles aeris no tripulats (UAV). Després, es realitza una anàlisi en profunditat de l'estat de l'art respecte als sensors per a la monitorització de l'aigua, el camp i les condicions meteorològiques, així com sobre les tecnologies sense fils més emprades en PA. S'aborden les tendències actuals i els reptes dels sistemes d'internet de les coses (IoT) per a regadiu, incloent les solucions alternatives introduïdes anteriorment. A continuació, es presenta l'arquitectura proposada per al sistema, on s'inclouen les àrees d'interès per a les activitats monitorització en els canals i el camp. Finalment, es proporciona la descripció i els algoritmes d'operació dels nodes sensors contemplats per a cada àrea. El següent capítol detalla el protocol de comunicació heterogeni proposat, així como el disseny del missatges i alertes que el sistema proposa. A més, es presenta una nova topologia d'arbre per a xarxes híbrides Lora/WiFi multi-salt. Les funcionalitats específiques addicionals concebudes per l'arquitectura proposada estan descrites en el següent capítol. Aquestes inclouen algoritmes d'agregació de dades per a la topologia proposta, un esquema de les alertes de seguretat per als sistemes PA, algoritmes d'estalvi d'energia i tolerància a fallades, comunicació per a IoUT i l'ús de drons per a adquisició de dades. Després, es presenten els resultats de les simulacions per a les solucions proposades. Finalment, es duen a terme les proves en entorns reals per al protocol heterogeni dissenyat. A més s'expliquen les diferents estratègies de desplegament dels nodes empleats, el consum energètic, així com, la funció de quantificació de fruita. Els resultats d'aquetes proves demostren la validesa de l'arquitectura i protocol de comunicació heterogenis propost en aquesta tesi.[EN] The introduction of technological solutions in agriculture allows reducing the use of resources and increasing the production of the crops. Furthermore, the quality of the water for irrigation can be monitored to ensure the safety of the produce for human consumption. However, the remote location of most fields presents a problem for providing wireless coverage to the sensing nodes and actuators deployed on the fields and the irrigation water canals. The work presented in this thesis addresses the problem of enabling wireless communication among the electronic devices deployed for water quality and field monitoring through a heterogeneous communication protocol and architecture. The first part of the dissertation introduces Precision Agriculture (PA) systems and the importance of water quality and field monitoring. In addition, the technologies that enable wireless communication in PA systems and the use of alternative solutions such as Internet of Underground Things (IoUT) and Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are introduced as well. Then, an in-depth analysis on the state of the art regarding the sensors for water, field and meteorology monitoring and the most utilized wireless technologies in PA is performed. Furthermore, the current trends and challenges for Internet of Things (IoT) irrigation systems, including the alternate solutions previously introduced, have been discussed in detail. Then, the architecture for the proposed system is presented, which includes the areas of interest for the monitoring activities comprised of the canal and field areas. Moreover, the description and operation algorithms of the sensor nodes contemplated for each area is provided. The next chapter details the proposed heterogeneous communication protocol including the messages and alerts of the system. Additionally, a new tree topology for hybrid LoRa/WiFi multi-hop networks is presented. The specific additional functionalities intended for the proposed architecture are described in the following chapter. It includes data aggregation algorithms for the proposed topology, an overview on the security threats of PA systems, energy-saving and fault-tolerance algorithms, underground communication for IoUT, and the use of drones for data acquisition. Then, the simulation results for the solutions previously proposed are presented. Finally, the tests performed in real environments for the presented heterogeneous protocol, the different deployment strategies for the utilized nodes, the energy consumption, and a functionality for fruit quantification are discussed. These tests demonstrate the validity of the proposed heterogeneous architecture and communication protocol.García García, L. (2021). Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17422