Resource management in cable access networks

Een kabelnetwerk is tegenwoordig niet meer alleen een medium waarover analoge TV-signalen vanuit een centraal punt, kopstation genaamd, naar de aangesloten huizen worden gestuurd. Sinds enkele jaren is het mogelijk om thuis data digitaal te versturen en te ontvangen. Deze data gaat via een kabelmodem thuis en het kopstation, dat in verbinding staat met andere netwerken. Op deze wijze zijn kabelnetwerken onderdeel geworden van het wereldwijde Internet en kunnen computers thuis hier mee verbonden worden. Door aan zo’n kopstation een digitaal videosysteem met duizenden films te koppelen, ontstaat er de mogelijkheid een video-op-verzoek dienst aan te bieden: Via de computer of zelfs de TV thuis kunnen films worden besteld en direct bekeken, of worden opgeslagen in de computer. Om dit te bewerkstelligen is meer nodig dan alleen een netwerk: Voor de transmissie van video data dient er zorg voor te worden gedragen dat deze zonder hinderende interrupties kan geschieden, omdat dergelijke gebeurtenissen door de gebruiker direct te zien zijn in de vorm van een stilstaand of zwart beeld. Verder is ook de reactiesnelheid van het systeem van belang voor het ondersteunen van operaties door de gebruiker, zoals het bestellen van een film, maar ook het vooruit- of terugspoelen, pauzeren, enzovoorts. Binnen deze context beschrijven en analyseren we in dit proefschrift zes problemen. Vier daarvan houden verband met de transmissie van data over het kabelnetwerk en de overige twee houden verband met het opslaan van video data op een harde schijf. In twee van de vier problemen uit de eerste categorie analyseren we de vertraging die data ondervindt wanneer die vanuit een modem wordt gestuurd naar het kopstation. Deze vertraging bepaalt met name de reactiesnelheid van het systeem. Karakteristiek voor dataverkeer in deze richting is dat pakketten van verschillende modems tegelijkertijd mogen worden verstuurd en daardoor verloren gaan. Met name de vereiste hertransmissies zorgen voor vertraging. Meer concreet beschouwen we een variant op het bekende ALOHA protocol, waarbij we uitgaan van een kanaalmodel dat afwijkt van het conventionele model. Het afwijkende model is van toepassing wanneer een modem een eerste contact probeert te leggen met het kopstation na te zijn opgestart. Met name na een stroomuitval, wanneer een groot aantal modems tegelijkertijd opnieuw opstart, kunnen de vertragingen aanzienlijk zijn. Daarnaast beschouwen we modems tijdens normale operatie en analyseren wij de verbetering in vertraging wanneer pakketten die vanuit ´e´en modem moeten worden verstuurd, worden verpakt in een groter pakket. In beide studies worden wiskundige resultaten vergeleken met simulaties die re¨ele situaties nabootsen. In de andere twee van de vier problemen richten wij ons op de transmissie van video data in de andere richting, namelijk van het kopstation naar de modems. Hierbij spelen stringente tijdsrestricties een voorname rol, zoals hierboven reeds is beschreven. Meer specifiek presenteren we een planningsalgoritme dat pakketten voor een aantal gebruikers op een kanaal zodanig na elkaar verstuurt dat de variatie in de vertraging die de verschillende pakketten ondervinden, minimaal is. Op deze wijze wordt zo goed mogelijk een continue stroom van data gerealiseerd die van belang is voor het probleemloos kunnen bekijken van een film. Daarnaast analyseren we een bestaand algoritme om een film via een aantal kanalen periodiek naar de aangesloten huizen te versturen. In dit geval ligt de nadruk op de wachttijd die een gebruiker ondervindt na het bestellen van een film. In deze analyse onderbouwen we een in het algoritme gebruikte heuristiek en brengen hierin verdere verbeteringen aan. Daarnaast bewijzen we dat het algoritme asymptotisch optimaal is, iets dat reeds langer werd aangenomen, maar nooit rigoreus bewezen was. Bij de laatste twee problemen, die verband houden met het opslaan van video data op een harde schijf, analyseren we hoe deze data zodanig kan worden opgeslagen dat die er nadien efficient van kan worden teruggelezen. In het ene probleem beschouwen we een bestaand planningsalgoritme om pakketten van verschillende videostromen naar een harde schijf te schrijven en passen dit aan om ervoor te zorgen dat het teruglezen van de stroom met bijvoorbeeld een andere pakketgrootte mogelijk wordt zonder daarbij de schijf onnodig te belasten. In het andere probleem analyseren we hoe we effectief gebruik kunnen maken van het gegeven dat data aan de buitenkant van de schijf sneller gelezen kan worden dan aan de binnenkant. We bewijzen dat het probleem van het zo efficient mogelijk opslaan van een gegeven aantal video files NPlastig is en presenteren een eenvoudige heuristiek die, hoewel voor bijzondere instanties een bewijsbaar slechte prestatie levert, in de praktijk in het algemeen goede prestaties levert. Hierbij maken we met name gebruik van het verschil in populariteit van de verschillende films

A Digital Game Maturity Model

Game development is an interdisciplinary concept that embraces artistic, software engineering, management, and business disciplines. Game development is considered as one of the most complex tasks in software engineering. Hence, for successful development of good-quality games, the game developers must consider and explore all related dimensions as well as discussing them with the stakeholders involved. This research facilitates a better understanding of important dimensions of digital game development methodology. The increased popularity of digital games, the challenges faced by game development organizations in developing quality games, and severe competition in the digital game industry demand a game development process maturity assessment. Consequently, this study presents a Digital Game Maturity Model to evaluate the current development methodology in an organization. The objective is first to identify key factors in the game development process, then to classify these factors into target groups, and eventually to use this grouping as a theoretical basis for proposing a maturity model for digital game development. In doing so, the research focuses on three major stakeholders in game development: developers, consumers, and business management. The framework of the proposed model consists of assessment questionnaires made up of key identified factors from three empirical studies, a performance scale, and a rating method. The main goal of the questionnaires is to collect information about current processes and practices. This research contributes towards formulating a comprehensive and unified strategy for game development process maturity assessment. The proposed model was evaluated with two case studies from the digital game industry

Platten-Scheduling und stochastische Service-Garantien für multimediale Daten-Server

In dieser Arbeit werden neuartige Algorithmen für das Platten-Scheduling in multimedialen Daten-Servern vorgestellt und ein stochastisches Modell zur Vorhersage der vom Server garantierbaren Service-Qualität entwickelt. Angenommen wird, daß die Speicherung der multimedialen Daten auf den Platten eines Disk-Arrays gemischt erfolgt. Dies bedeutet, daß sowohl kontinuierliche Daten (Audio, Video) als auch diskrete Daten (Text, Bild, Graphik) gemeinsam auf einer Platte abgelegt werden. Bedingt durch diese gemischte Datenhaltung muß jede Magnetplatte Zugriffe auf kontinuierliche und diskrete Daten verarbeiten können. Die Auswirkungen verschiedener Scheduling-Algorithmen auf die Service-Qualität beim Datenzugriff auf kontinuierliche und diskrete Daten werden experimentell evaluiert. Die Service- Qualität für kontinuierliche Daten ist hierbei durch die Störungsrate bestimmt, d.h. durch die Haüfigkeit, mit der der Server zeitweilig die U¨ bertragung des Datenstromes zum Client unterbrechen muß. Die Service-Qualität für diskrete Daten wird durch die Antwortzeit festgelegt. Grundlage für die Vorhersage der Service-Qualität bildet die stochastische Modellierung des Daten-Servers. Zu diesem Zweck wird die Verteilungsfunktion für die Zeitdauer analysiert, die für eine Menge von Plattenzugriffen benötigt wird. Hierauf aufbauend läßt sich dieWahrscheinlichkeit bestimmen, mit der eine festgelegte Störungsrate bzw. eine festgelegte Antwortzeitschranke überschritten wird. Für letzteres wird ein M/G/1-Warteschlangenmodell entwickelt, das die Verteilungsfunktion der Antwortzeit in Form der Laplace-Transformierten berechnet. Die Vorhersagen des stochastischen Modells bilden die Basis für die Konfiguration des Disk- Arrays und für die Zulassungkontrolle, mit der der Server die vereinbarte Service-Qualität garantieren kann.This thesis presents new methods for disk scheduling in multimedia servers and derives a stochastic model to predict the quality-of-service that the server can guarantee. It is assumed that all data, i.e. continuous data (audio/video) and discrete data (text/indexes/images), resides for efficiency reasons on a shared disk-array. Thus, accesses to this data induce a mixed workload on each disk. The impact of different disk scheduling policies on the quality-of-service for both continuous and discrete data is studied, and a framework for describing various policies in terms of a few parameters is developed. The quality-of-service for continuous data is determined by the error rate, i.e. the frequency of the server temporarily suspending the delivery of data to the client. The quality-of-service for discrete data is given by the response time for discrete data requests. A stochastic model is developed based on deriving the distribution function of the service time for batched disk service under a multi-user load. Using this result it is possible to bound the tail probabilities of the error rate and the response time. The latter can be obtained using an M/G/1 queueing model that derives the Laplace transform of the response time distribution. The results from the stochastic model provide the basis for configuring the disk-array and exerting an admission control such that the server can guarantee its quality-of-service

Multimedia

The nowadays ubiquitous and effortless digital data capture and processing capabilities offered by the majority of devices, lead to an unprecedented penetration of multimedia content in our everyday life. To make the most of this phenomenon, the rapidly increasing volume and usage of digitised content requires constant re-evaluation and adaptation of multimedia methodologies, in order to meet the relentless change of requirements from both the user and system perspectives. Advances in Multimedia provides readers with an overview of the ever-growing field of multimedia by bringing together various research studies and surveys from different subfields that point out such important aspects. Some of the main topics that this book deals with include: multimedia management in peer-to-peer structures & wireless networks, security characteristics in multimedia, semantic gap bridging for multimedia content and novel multimedia applications

Proceedings of the First PhD Symposium on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS PhD 2016)

Proceedings of the First PhD Symposium on Sustainable Ultrascale Computing Systems (NESUS PhD 2016) Timisoara, Romania. February 8-11, 2016.The PhD Symposium was a very good opportunity for the young researchers to share information and knowledge, to present their current research, and to discuss topics with other students in order to look for synergies and common research topics. The idea was very successful and the assessment made by the PhD Student was very good. It also helped to achieve one of the major goals of the NESUS Action: to establish an open European research network targeting sustainable solutions for ultrascale computing aiming at cross fertilization among HPC, large scale distributed systems, and big data management, training, contributing to glue disparate researchers working across different areas and provide a meeting ground for researchers in these separate areas to exchange ideas, to identify synergies, and to pursue common activities in research topics such as sustainable software solutions (applications and system software stack), data management, energy efficiency, and resilience.European Cooperation in Science and Technology. COS

Visual Concept Detection in Images and Videos

The rapidly increasing proliferation of digital images and videos leads to a situation where content-based search in multimedia databases becomes more and more important. A prerequisite for effective image and video search is to analyze and index media content automatically. Current approaches in the field of image and video retrieval focus on semantic concepts serving as an intermediate description to bridge the “semantic gap” between the data representation and the human interpretation. Due to the large complexity and variability in the appearance of visual concepts, the detection of arbitrary concepts represents a very challenging task. In this thesis, the following aspects of visual concept detection systems are addressed: First, enhanced local descriptors for mid-level feature coding are presented. Based on the observation that scale-invariant feature transform (SIFT) descriptors with different spatial extents yield large performance differences, a novel concept detection system is proposed that combines feature representations for different spatial extents using multiple kernel learning (MKL). A multi-modal video concept detection system is presented that relies on Bag-of-Words representations for visual and in particular for audio features. Furthermore, a method for the SIFT-based integration of color information, called color moment SIFT, is introduced. Comparative experimental results demonstrate the superior performance of the proposed systems on the Mediamill and on the VOC Challenge. Second, an approach is presented that systematically utilizes results of object detectors. Novel object-based features are generated based on object detection results using different pooling strategies. For videos, detection results are assembled to object sequences and a shot-based confidence score as well as further features, such as position, frame coverage or movement, are computed for each object class. These features are used as additional input for the support vector machine (SVM)-based concept classifiers. Thus, other related concepts can also profit from object-based features. Extensive experiments on the Mediamill, VOC and TRECVid Challenge show significant improvements in terms of retrieval performance not only for the object classes, but also in particular for a large number of indirectly related concepts. Moreover, it has been demonstrated that a few object-based features are beneficial for a large number of concept classes. On the VOC Challenge, the additional use of object-based features led to a superior performance for the image classification task of 63.8% mean average precision (AP). Furthermore, the generalization capabilities of concept models are investigated. It is shown that different source and target domains lead to a severe loss in concept detection performance. In these cross-domain settings, object-based features achieve a significant performance improvement. Since it is inefficient to run a large number of single-class object detectors, it is additionally demonstrated how a concurrent multi-class object detection system can be constructed to speed up the detection of many object classes in images. Third, a novel, purely web-supervised learning approach for modeling heterogeneous concept classes in images is proposed. Tags and annotations of multimedia data in the WWW are rich sources of information that can be employed for learning visual concepts. The presented approach is aimed at continuous long-term learning of appearance models and improving these models periodically. For this purpose, several components have been developed: a crawling component, a multi-modal clustering component for spam detection and subclass identification, a novel learning component, called “random savanna”, a validation component, an updating component, and a scalability manager. Only a single word describing the visual concept is required to initiate the learning process. Experimental results demonstrate the capabilities of the individual components. Finally, a generic concept detection system is applied to support interdisciplinary research efforts in the field of psychology and media science. The psychological research question addressed in the field of behavioral sciences is, whether and how playing violent content in computer games may induce aggression. Therefore, novel semantic concepts most notably “violence” are detected in computer game videos to gain insights into the interrelationship of violent game events and the brain activity of a player. Experimental results demonstrate the excellent performance of the proposed automatic concept detection approach for such interdisciplinary research

Consistency Algorithms and Protocols for Distributed Interactive Applications

The Internet has a major impact not only on how people retrieve information but also on how they communicate. Distributed interactive applications support the communication and collaboration of people through the sharing and manipulation of rich multimedia content via the Internet. Aside from shared text editors, meeting support systems, and distributed virtual environments, shared whiteboards are a prominent example of distributed interactive applications. They allow the presentation and joint editing of documents in video conferencing scenarios. The design of such a shared whiteboard application, the multimedia lecture board (mlb), is a main contribution of this thesis. Like many other distributed interactive applications, the mlb has a replicated architecture where each user runs an instance of the application. This has the distinct advantage that the application can be deployed in a lightweight fashion, without relying on a supporting server infrastructure. But at the same time, this peer-to-peer architecture raises a number of challenging problems: First, application data needs to be distributed among all instances. For this purpose, we present the network protocol RTP/I for the standardized communication of distributed interactive applications, and a novel application-level multicast protocol that realizes efficient group communication while taking application-level knowledge into account. Second, consistency control mechanisms are required to keep the replicated application data synchronized. We present the consistency control algorithms “local lag”, “Timewarp”, and “state request”, show how they can be combined, and discuss how to provide visual feedback so that the session members are able to handle conflicting actions. Finally, late-joining participants need to be initialized with the current application state before they are able to participate in a collaborative session. We propose a novel late-join algorithm, which is both flexible and scalable. All algorithms and protocols presented in this dissertation solve the aforementioned problems in a generic way. We demonstrate how they can be employed for the mlb as well as for other distributed interactive applications

Diseño centrado en calidad para la difusión Peer-to-Peer de video en vivo

El uso de redes Peer-to-Peer (P2P) es una forma escalable para ofrecer servicios de video sobre Internet. Este documento hace foco en la definición, desarrollo y evaluación de una arquitectura P2P para distribuir video en vivo. El diseño global de la red es guiado por la calidad de experiencia (Quality of Experience - QoE), cuyo principal componente en este caso es la calidad del video percibida por los usuarios finales, en lugar del tradicional diseño basado en la calidad de servicio (Quality of Service - QoE) de la mayoría de los sistemas. Para medir la calidad percibida del video, en tiempo real y automáticamente, extendimos la recientemente propuesta metodología Pseudo-Subjective Quality Assessment (PSQA). Dos grandes líneas de investigación son desarrolladas. Primero, proponemos una técnica de distribución de video desde múltiples fuentes con las características de poder ser optimizada para maximizar la calidad percibida en contextos de muchas fallas y de poseer muy baja señalización (a diferencia de los sistemas existentes). Desarrollamos una metodología, basada en PSQA, que nos permite un control fino sobre la forma en que la señal de video es dividida en partes y la cantidad de redundancia agregada, como una función de la dinámica de los usuarios de la red. De esta forma es posible mejorar la robustez del sistema tanto como sea deseado, contemplando el límite de capacidad en la comunicación. En segundo lugar, presentamos un mecanismo estructurado para controlar la topología de la red. La selección de que usuarios servirán a que otros es importante para la robustez de la red, especialmente cuando los usuarios son heterogéneos en sus capacidades y en sus tiempos de conexión.Nuestro diseño maximiza la calidad global esperada (evaluada usando PSQA), seleccionado una topología que mejora la robustez del sistema. Además estudiamos como extender la red con dos servicios complementarios: el video bajo demanda (Video on Demand - VoD) y el servicio MyTV. El desafío en estos servicios es como realizar búsquedas eficientes sobre la librería de videos, dado al alto dinamismo del contenido. Presentamos una estrategia de "caching" para las búsquedas en estos servicios, que maximiza el número total de respuestas correctas a las consultas, considerando una dinámica particular en los contenidos y restricciones de ancho de banda. Nuestro diseño global considera escenarios reales, donde los casos de prueba y los parámetros de configuración surgen de datos reales de un servicio de referencia en producción. Nuestro prototipo es completamente funcional, de uso gratuito, y basado en tecnologías bien probadas de código abierto

Mobile Ad-Hoc Networks

Being infrastructure-less and without central administration control, wireless ad-hoc networking is playing a more and more important role in extending the coverage of traditional wireless infrastructure (cellular networks, wireless LAN, etc). This book includes state-of-the-art techniques and solutions for wireless ad-hoc networks. It focuses on the following topics in ad-hoc networks: quality-of-service and video communication, routing protocol and cross-layer design. A few interesting problems about security and delay-tolerant networks are also discussed. This book is targeted to provide network engineers and researchers with design guidelines for large scale wireless ad hoc networks