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    Experimental Evaluation of Large Scale WiFi Multicast Rate Control

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    WiFi multicast to very large groups has gained attention as a solution for multimedia delivery in crowded areas. Yet, most recently proposed schemes do not provide performance guarantees and none have been tested at scale. To address the issue of providing high multicast throughput with performance guarantees, we present the design and experimental evaluation of the Multicast Dynamic Rate Adaptation (MuDRA) algorithm. MuDRA balances fast adaptation to channel conditions and stability, which is essential for multimedia applications. MuDRA relies on feedback from some nodes collected via a light-weight protocol and dynamically adjusts the rate adaptation response time. Our experimental evaluation of MuDRA on the ORBIT testbed with over 150 nodes shows that MuDRA outperforms other schemes and supports high throughput multicast flows to hundreds of receivers while meeting quality requirements. MuDRA can support multiple high quality video streams, where 90% of the nodes report excellent or very good video quality

    A Prototype Modelling of Ebers for Video Transmission in Wireless Adhoc Network

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    Provisioning of video streaming over ad hoc wireless networks exhibits challenges associated with high packet loss rates and are delay sensitive Excessive packet loss can cause significant degradation in quality of video perceived by users of real-time video applications The recent studies suggest that Forward Error Correction FEC is a good technique for decreasing the negative impact of packet loss on video quality in error control scheme This paper introduces an Estimation based Error Reduction Scheme EBERS to support video communication in ad hoc wireless networks The EBERS considers a frame estimation parameter to support varied bandwidths and attain the delay requirements to support video communication It is also responsible for improvising the QoS offered The EBERS considers layered and embodies distortion limiting features owing to which reduced forward error correction is achieved thus obtaining reduced frame errors transmission errors and retransmission of frames Thereby obtaining high degree of quality of service QoS The comparative study conducted proves the efficiency of the EBERS scheme over the existing mechanism

    Scalable and rate adaptive wireless multimedia multicast

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    The methods that are described in this work enable highly efficient audio-visual streaming over wireless digital communication systems to an arbitrary number of receivers. In the focus of this thesis is thus point-to-multipoint transmission at constrained end-to-end delay. A fundamental difference as compared to point-to-point connections between exactly two communicating sending and receiving stations is in conveying information about successful or unsuccessful packet reception at the receiver side. The information to be transmitted is available at the sender, whereas the information about successful reception is only available to the receiver. Therefore, feedback about reception from the receiver to the sender is necessary. This information may be used for simple packet repetition in case of error, or adaptation of the bit rate of transmission to the momentary bit rate capacity of the channel, or both. This work focuses on the single transmission (including retransmissions) of data from one source to multiple destinations at the same time. A comparison with multi-receiver sequentially redundant transmission systems (simulcast MIMO) is made. With respect to feedback, this work considers time division multiple access systems, in which a single channel is used for data transmission and feedback. Therefore, the amount of time that can be spent for transmitting feedback is limited. An increase in time used for feedback transmissions from potentially many receivers results in a decrease in residual time which is usable for data transmission. This has direct impact on data throughput and hence, the quality of service. In the literature, an approach to reduce feedback overhead which is based on simultaneous feedback exists. In the scope of this work, simultaneous feedback implies equal carrier frequency, bandwidth and signal shape, in this case orthogonal frequency-division multiplex signals, during the event of the herein termed feedback aggregation in time. For this scheme, a constant amount of time is spent for feedback, independent of the number of receivers giving feedback about reception. Therefore, also data throughput remains independent of the number of receivers. This property of audio-visual digital transmission is taken for granted for statically configured, single purpose systems, such as terrestrial television. In the scope of this work are, however, multi-user and multi-purpose digital communication networks. Wireless LANs are a well-known example and are covered in detail herein. In suchlike systems, it is of great importance to remain independent of the number of receivers, as otherwise the service of ubiquitous digital connectivity is at the risk of being degraded. In this regard, the thesis at hand elaborates at what bit rates audio-visual transmission to multiple receivers may take place in conjunction with feedback aggregation. It is shown that the scheme achieves a multi-user throughput gain when used in conjunction with adaptivity of the bit rate to the channel. An assumption is the use of an ideal overlay packet erasure correcting code in this case. Furthermore, for delay constrained transmission, such as in so-called live television, throughput bit rates are examined. Applications have to be tolerant to a certain level of residual error in case of delay constrained transmission. Improvement of the rate adaptation algorithm is shown to increase throughput while residual error rates are decreased. Finally, with a consumer hardware prototype for digital live-TV re-distribution in the local wireless network, most of the mechanisms as described herein can be demonstrated.Die in vorliegender Arbeit aufgezeigten Methoden der paketbasierten drahtlosen digitalen Kommunikation ermöglichen es, Fernsehinhalte, aber auch audio-visuelle Datenströme im Allgemeinen, bei hoher Effizienz an beliebig große Gruppen von Empfängern zu verteilen. Im Fokus dieser Arbeit steht damit die Punkt- zu Mehrpunktübertragung bei begrenzter Ende-zu-Ende Verzögerung. Ein grundlegender Unterschied zur Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen genau zwei miteinander kommunizierenden Sender- und Empfängerstationen liegt in der Übermittlung der Information über erfolgreichen oder nicht erfolgreichen Paketempfang auf Seite der Empfänger. Da die zu übertragende Information am Sender vorliegt, die Information über den Erfolg der Übertragung jedoch ausschließlich beim jeweiligen Empfänger, muss eine Erfolgsmeldung auf dem Rückweg von Empfänger zu Sender erfolgen. Diese Information wird dann zum Beispiel zur einfachen Paketwiederholung im nicht erfolgreichen Fall genutzt, oder aber um die Übertragungsrate an die Kapazität des Kanals anzupassen, oder beides. Grundsätzlich beschäftigt sich diese Arbeit mit der einmaligen, gleichzeitigen Übertragung von Information (einschließlich Wiederholungen) an mehrere Empfänger, wobei ein Vergleich zu an mehrere Empfänger sequentiell redundant übertragenden Systemen (Simulcast MIMO) angestellt wird. In dieser Arbeit ist die Betrachtung bezüglich eines Rückkanals auf Zeitduplexsysteme beschränkt. In diesen Systemen wird der Kanal für Hin- und Rückweg zeitlich orthogonalisiert. Damit steht für die Übermittlung der Erfolgsmeldung eine beschränkte Zeitdauer zur Verfügung. Je mehr an Kanalzugriffszeit für die Erfolgsmeldungen der potentiell vielen Empfänger verbraucht wird, desto geringer wird die Restzeit, in der dann entsprechend weniger audio-visuelle Nutzdaten übertragbar sind, was sich direkt auf die Dienstqualität auswirkt. Ein in der Literatur weniger ausführlich betrachteter Ansatz ist die gleichzeitige Übertragung von Rückmeldungen mehrerer Teilnehmer auf gleicher Frequenz und bei identischer Bandbreite, sowie unter Nutzung gleichartiger Signale (hier: orthogonale Frequenzmultiplexsignalformung). Das Schema wird in dieser Arbeit daher als zeitliche Aggregation von Rückmeldungen, engl. feedback aggregation, bezeichnet. Dabei wird, unabhängig von der Anzahl der Empfänger, eine konstante Zeitdauer für Rückmeldungen genutzt, womit auch der Datendurchsatz durch zusätzliche Empfänger nicht notwendigerweise sinkt. Diese Eigenschaft ist aus statisch konfigurierten und für einen einzigen Zweck konzipierten Systemen, wie z. B. der terrestrischen Fernsehübertragung, bekannt. In dieser Arbeit werden im Gegensatz dazu jedoch am Beispiel von WLAN Mehrzweck- und Mehrbenutzersysteme betrachtet. Es handelt sich in derartigen Systemen zur digitalen Datenübertragung dabei um einen entscheidenden Vorteil, unabhängig von der Empfängeranzahl zu bleiben, da es sonst unweigerlich zu Einschränkungen in der Güte der angebotenen Dienstleistung der allgegenwärtigen digitalen Vernetzung kommen muss. Vorliegende Arbeit zeigt in diesem Zusammenhang auf, welche Datenraten unter Benutzung von feedback aggregation in der Verteilung an mehrere Empfänger und in verschiedenen Szenarien zu erreichen sind. Hierbei zeigt sich, dass das Schema im Zusammenspiel mit einer Adaption der Datenrate an den Übertragungskanal inhärent einen Datenratengewinn durch Mehrbenutzerempfang zu erzielen vermag, wenn ein überlagerter idealer Paketauslöschungsschutz-Code angenommen wird. Des weiteren wird bei der Übertragung mit zeitlich begrenzter Ausführungsdauer, z. B. dem sogenannten Live-Fernsehen, aufgezeigt, wie sich die erreichbare Datenrate reduziert und welche Restfehlertoleranz an die Übertragung gestellt werden muss. Hierbei wird ebenso aufgezeigt, wie sich durch Verbesserung der Ratenadaption erstere erhöhen und zweitere verringern lässt. An einem auf handelsüblichen Computer-Systemen realisiertem Prototypen zur Live-Fernsehübertragung können die hierin beschriebenen Mechanismen zu großen Teilen gezeigt werden

    Rate adaptation for wireless video streaming based on error statistics

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    This paper presents a new rate-control algorithm for live video streaming over wireless IP networks, which is based on selective frame discarding. In the proposed mechanism excess 'P' frames are dropped from the output queue at the sender using a congestion estimate based on packet loss statistics obtained from RTCP feedback and from the Data Link (DL) layer. The performance of the algorithm is evaluated through computer simulation. This paper also presents a characterisation of packet losses owing to transmission errors and congestion, which can help in choosing appropriate strategies to maximise the video quality experienced by the end user. Copyright © 2007 Inderscience Enterprises Ltd

    A multiplex-multicast scheme that improves system capacity of voice-over-IP on wireless LAN by 100%

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    Voice-over-IP (VoIP) is.an important application on the Internet. With the emergence of WLAN technology and its various advantages compared with the traditional wired LAN, it is fast becoming the 'last-mile' of choice for the overall Internet infrastructure. This work considers the support of VoIP over 802.11b WLAN. We show that although the raw WLAN capacity can potentially support more than 500 VoIP sessions, various overheads bring this down to only 12 VoIP sessions when using GSM 6.10 codec. We propose a novel multiplexing scheme for VoIP which exploits multicasting over WLAN for the downlink VoIP traffic. This scheme can achieve nearly 100% improvement in system capacity. In addition, we present results showing that the delay and delay jitter introduced by the proposed scheme are small. We believe that the scheme can reduce the blocking probability of VoIP sessions in an enterprise WLAN significantly.published_or_final_versio

    Multicast MAC extensions for high rate real-time traffic in wireless LANs

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    Nowadays we are rapidly moving from a mainly textual-based to a multimedia-based Internet, for which the widely deployed IEEE 802.11 wireless LANs can be one of the promising candidates to make them available to users anywhere, anytime, on any device. However, it is still a challenge to support group-oriented real-time multimedia services, such as video-on-demand, video conferencing, distance educations, mobile entertainment services, interactive games, etc., in wireless LANs, as the current protocols do not support multicast, in particular they just send multicast packets in open-loop as broadcast packets, i.e., without any possible acknowledgements or retransmissions. In this thesis, we focus on MAC layer reliable multicast approaches which outperform upper layer ones with both shorter delays and higher efficiencies. Different from polling based approaches, which suffer from long delays, low scalabilities and low efficiencies, we explore a feedback jamming mechanism where negative acknowledgement (NACK) frames are allowed from the non-leader receivers to destroy the acknowledgement (ACK) frame from the single leader receiver and prompts retransmissions from the sender. Based on the feedback jamming scheme, we propose two MAC layer multicast error correction protocols, SEQ driven Leader Based Protocol (SEQ-LBP) and Hybrid Leader Based Protocol (HLBP), the former is an Automatic Repeat reQuest (ARQ) scheme while the later combines both ARQ and the packet level Forward Error Correction (FEC). We evaluate the feedback jamming probabilities and the performances of SEQ-LBP and HLBP based on theoretical analyses, NS-2 simulations and experiments on a real test-bed built with consumer wireless LAN cards. Test results confirm the feasibility of the feedback jamming scheme and the outstanding performances of the proposed protocols SEQ-LBP and HLBP, in particular SEQ-LBP is good for small multicast groups due to its short delay, effectiveness and simplicity while HLBP is better for large multicast groups because of its high efficiency and high scalability with respect to the number of receivers per group.Zurzeit vollzieht sich ein schneller Wechsel vom vorwiegend textbasierten zum multimediabasierten Internet. Die weitverbreiteten IEEE 802.11 Drahtlosnetzwerke sind vielversprechende Kandidaten, um das Internet für Nutzer überall, jederzeit und auf jedem Gerät verfügbar zu machen. Die Unterstützung gruppenorientierter Echtzeit-Dienste in drahtlosen lokalen Netzen ist jedoch immer noch eine Herausforderung. Das liegt daran, dass aktuelle Protokolle keinen Multicast unterstützen. Sie senden Multicast-Pakete vielmehr in einer "Open Loop"-Strategie als Broadcast-Pakete, d. h. ohne jegliche Rückmeldung (feedback) oder Paketwiederholungen. In der vorliegenden Arbeit, anders als in den auf Teilnehmereinzelabfragen (polling) basierenden Ansätzen, die unter langen Verzögerungen, geringer Skalierbarkeit und geringer Effizienz leiden, versuchen wir, Multicast-Feedback bestehend aus positiven (ACK) und negativen Bestätigungen (NACK) auf MAC-Layer im selben Zeitfenster zu bündeln. Die übrigen Empfänger können NACK-Frames senden, um das ACK des Leaders zu zerstören und Paketwiederholungen zu veranlassen. Basierend auf einem Feedback-Jamming Schema schlagen wir zwei MAC-Layer-Protokolle für den Fehlerschutz im Multicast vor: Das SEQ-getriebene Leader Based Protocol (SEQ-LBP) und das Hybrid Leader Based Protocol (HLBP). SEQ-LBP ist eines Automatic Repeat reQuest (ARQ) Schema. HLBP kombiniert ARQ und paketbasierte Forward Error Correction (FEC). Wir evaluieren die Leistungsfähigkeit von ACK/NACK jamming, SEQ-LBP und HLBP durch Analysis, Simulationen in NS-2, sowie Experimenten in einer realen Testumgebung mit handelsüblichen WLAN-Karten. Die Testergebnisse bestätigen die Anwendbarkeit der Feedback-Jamming Schemata und die herausragende Leistungsfähigkeit der vorgestellten Protokolle SEQ-LBP und HLBP. SEQ-LBP ist durch seine kurze Verzögerung, seine Effektivität und seine Einfachheit für kleine Multicast-Gruppen nützlich, während HLBP auf Grund seiner hohen Effizienz und Skalierbarkeit im Bezug auf die Größe der Empfänger eher in großen Multicast-Gruppen anzuwenden ist
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