Survey of Transportation of Adaptive Multimedia Streaming service in Internet

[DE] World Wide Web is the greatest boon towards the technological advancement of modern era. Using the benefits of Internet globally, anywhere and anytime, users can avail the benefits of accessing live and on demand video services. The streaming media systems such as YouTube, Netflix, and Apple Music are reining the multimedia world with frequent popularity among users. A key concern of quality perceived for video streaming applications over Internet is the Quality of Experience (QoE) that users go through. Due to changing network conditions, bit rate and initial delay and the multimedia file freezes or provide poor video quality to the end users, researchers across industry and academia are explored HTTP Adaptive Streaming (HAS), which split the video content into multiple segments and offer the clients at varying qualities. The video player at the client side plays a vital role in buffer management and choosing the appropriate bit rate for each such segment of video to be transmitted. A higher bit rate transmitted video pauses in between whereas, a lower bit rate video lacks in quality, requiring a tradeoff between them. The need of the hour was to adaptively varying the bit rate and video quality to match the transmission media conditions. Further, The main aim of this paper is to give an overview on the state of the art HAS techniques across multimedia and networking domains. A detailed survey was conducted to analyze challenges and solutions in adaptive streaming algorithms, QoE, network protocols, buffering and etc. It also focuses on various challenges on QoE influence factors in a fluctuating network condition, which are often ignored in present HAS methodologies. Furthermore, this survey will enable network and multimedia researchers a fair amount of understanding about the latest happenings of adaptive streaming and the necessary improvements that can be incorporated in future developments.Abdullah, MTA.; Lloret, J.; Canovas Solbes, A.; García-García, L. (2017). Survey of Transportation of Adaptive Multimedia Streaming service in Internet. Network Protocols and Algorithms. 9(1-2):85-125. doi:10.5296/npa.v9i1-2.12412S8512591-

Quality of experience and access network traffic management of HTTP adaptive video streaming

The thesis focuses on Quality of Experience (QoE) of HTTP adaptive video streaming (HAS) and traffic management in access networks to improve the QoE of HAS. First, the QoE impact of adaptation parameters and time on layer was investigated with subjective crowdsourcing studies. The results were used to compute a QoE-optimal adaptation strategy for given video and network conditions. This allows video service providers to develop and benchmark improved adaptation logics for HAS. Furthermore, the thesis investigated concepts to monitor video QoE on application and network layer, which can be used by network providers in the QoE-aware traffic management cycle. Moreover, an analytic and simulative performance evaluation of QoE-aware traffic management on a bottleneck link was conducted. Finally, the thesis investigated socially-aware traffic management for HAS via Wi-Fi offloading of mobile HAS flows. A model for the distribution of public Wi-Fi hotspots and a platform for socially-aware traffic management on private home routers was presented. A simulative performance evaluation investigated the impact of Wi-Fi offloading on the QoE and energy consumption of mobile HAS.Die Doktorarbeit beschäftigt sich mit Quality of Experience (QoE) – der subjektiv empfundenen Dienstgüte – von adaptivem HTTP Videostreaming (HAS) und mit Verkehrsmanagement, das in Zugangsnetzwerken eingesetzt werden kann, um die QoE des adaptiven Videostreamings zu verbessern. Zuerst wurde der Einfluss von Adaptionsparameters und der Zeit pro Qualitätsstufe auf die QoE von adaptivem Videostreaming mittels subjektiver Crowdsourcingstudien untersucht. Die Ergebnisse wurden benutzt, um die QoE-optimale Adaptionsstrategie für gegebene Videos und Netzwerkbedingungen zu berechnen. Dies ermöglicht Dienstanbietern von Videostreaming verbesserte Adaptionsstrategien für adaptives Videostreaming zu entwerfen und zu benchmarken. Weiterhin untersuchte die Arbeit Konzepte zum Überwachen von QoE von Videostreaming in der Applikation und im Netzwerk, die von Netzwerkbetreibern im Kreislauf des QoE-bewussten Verkehrsmanagements eingesetzt werden können. Außerdem wurde eine analytische und simulative Leistungsbewertung von QoE-bewusstem Verkehrsmanagement auf einer Engpassverbindung durchgeführt. Schließlich untersuchte diese Arbeit sozialbewusstes Verkehrsmanagement für adaptives Videostreaming mittels WLAN Offloading, also dem Auslagern von mobilen Videoflüssen über WLAN Netzwerke. Es wurde ein Modell für die Verteilung von öffentlichen WLAN Zugangspunkte und eine Plattform für sozialbewusstes Verkehrsmanagement auf privaten, häuslichen WLAN Routern vorgestellt. Abschließend untersuchte eine simulative Leistungsbewertung den Einfluss von WLAN Offloading auf die QoE und den Energieverbrauch von mobilem adaptivem Videostreaming

Quality of Service Oriented Access Point Selection Framework for Large Wi-Fi Networks

This paper addresses the problem of Access Point (AP) selection in large Wi-Fi networks. Unlike current solutions that rely on Received Signal Strength (RSS) to determine the best AP that could serve a wireless user’s request, we propose a novel framework that considers the Quality of Service (QoS) requirements of the user’s data flow. The proposed framework relies on a function reflecting the suitability of a Wi-Fi AP to satisfy the QoS requirements of the data flow. The framework takes advantage of the flexibility and centralised nature of Software Defined Networking (SDN). A performance comparison of this algorithm developed through an SDN-based simulator shows significant achievements against other state of the art solutions in terms of provided QoS and improved wireless network capacity

QoE management of multimedia streaming services in future networks : a tutorial and survey

No embargo require

QoE estimation for Adaptive Video Streaming over LTE Networks

Η 4η γενιά (4G) κινητών επικοινωνιών, στην οποία ανήκει το σύστημα Long Term Evolution (LTE), παρέχει ευρυζωνική πρόσβαση σε κινητές συσκευές με ποιότητα και ταχύτητα που αγγίζουν τις ενσύρματες επικοινωνίες. Παρόλ’αυτά, η κινητικότητα εκ φύσεως εισάγει αστοχίες/διακυμάνσεις στην ασύρματη διεπαφή, γενόντας έτσι την ανάγκη για αντίστοιχη προσαρμογή της ροής μετάδοσης των δεδομένων. Η ανάγκη αυτή είναι ακόμη πιο έκδηλη για τις ροές δεδομένων βίντεο, που έχουν και τη μερίδα του λέοντος στην διαδικτυακή κίνηση. Καθώς, λοιπόν, η ροή βίντεο μέσω ΗΤΤΡ έχει γίνει ο κανόνας στη διανομήπεριεχομένου, η εφαρμογή ενός πρωτοκόλλου προσαρμογής βασισμένου στο HTTP είναι αναπόφευκτη. Το DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) επιτρέπει μια ομαλή, αδιάκοπη ροή video εφαρμόζοντας αλγόριθμους προσαρμογής του bitrate στη μεριά του χρήστη αξιοποιώντας πλήρως την υπάρχουσα υποδομή. Έχοντας ως στόχο να τελειοποιήσουν την ποιότητα την οποία προσφέρει στους χρήστες το δίκτυο, οι ερευνητές συνεχώς αναπτύσσουν νέες φόρμουλες για την εκτίμηση της ποιότητας εμπειρίας του τελικού χρήστη, γνωστής υπο τον όρο Quality of Experience (QoE). Η παρούσα πτυχιακή αντιπροσωπεύει την προσπάθεια συγκερασμού των τριών ακόλουθων πυλώνων: της υποκείμενης υποδομής, του ελέγχου της ποιότητας υπηρεσίας με τη χρήση αλγορίθμων προσαρμογής και του επαναπροσδιορισμού του συστήματος με ανάλυση της ποιότητας και ανατροφοδότηση. Ανοίγει τη συζήτηση για τη χρήση προσαρμοζόμενης ροής μετάδοσης πάνω απο δίκτυα LTE και στοχεύει όχι μόνο να προσφέρει μια βαθιά βιβλιογραφική προσέγγιση των επιμέρους, αλλά και να περιγράψει πώς συνδέονται, πώς επικαλύπτονται, ή πώς αλληλεπιδρούν. Περιγράφει τα σημαντικότερα σύγχρονα μοντέλα μέτρησης QoE και πώς αυτά χρησιμεύουν στην αντικειμενική εκτίμηση της ποιότητας. Βασική συνεισφορά της εργασίας, είναι η ανάπτυξη μιάς πλήρης εκτελέσιμης οντότητας (module) για τον προσομοιωτή NS-3 συνδυάζοντας όλες τις έννοιες που αναφέρονται παραπάνω.Ο αναγνώστης μπορεί να βρεί ενα τυπικό παράδειγμα εκτέλεσης της εν λόγω οντότητας, με την συνοδεία μιας βήμα-βήμα εξήγησής του και και κάποιων διαγραμμάτων με αποτελέσματα. Το NS3 module αναπτύχθηκε με την ελπίδα να φανεί χρήσιμο σε κάθε ερευνητή τηλεπικοινωνιών που ασχολείται με θέματα παροχής ποιότητας εμπειρίας και αναζητά ένα εργαλείο προσομειώσεων.The ability to address an increasing need for mobility in work and entertainment has rendered LTE networks critically essential to our everyday environments. The promising 4th Generation (4G) of Long Term Evolution (LTE) provides ubiquitous broadband access to mobile devices matching land communications in speed and quality. However, the nature of mobility introduces a need for adaptivity in multimedia streaming, the largest part of mobile Internet traffic. As HTTP video streaming has become the de facto dominating solution to distribute media content, the implementation of an HTTP-based adaptive streaming protocol is inevitable. Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) allows for smooth, uninterrupted video streaming by implementing bitrate adaptation algorithms on the client side, with complete utilization of the existing network infrastructure. In order to perfect the current quality served by the network, network researchers constantly develop new metrics to assess the end-user’s Quality of Experience. This thesis represents an attempt to join these three pillars of mobile video streaming: the underlying infrastructure, the over-the-top algorithmic quality control, and the follow-up feedback measurement. It opens a discussion about the use of adaptive streaming in LTE networks, and aims to offer not only a deep down bibliographic approach of each individual concept, but also describe where they overlap, how they connect and interact with each other. It depicts the most important contemporary QoE models and metrics, explains their formulas, and outlines their uses as key performance indicators in objective quality estimation. Furthermore, within this work, we provide a complete, expandable NS-3 model combining all the concepts discussed. An HTTP Server-Client model within the LTE network architecture, with implemented adaptive streaming functionality. The tool was developed in the hope of becoming useful to any telecommunications researcher, supporting their research and introducing them to the NS-3 simulator. In the end, we present a typical execution of our example with a step by step explanation, followed by the plotting of some of the results using a C++ script we developed

Quality of experience characterization and provisioning in mobile cellular networks

Παραδοσιακά, οι προηγούμενες γενεές κινητών κυψελωτών δικτύων έχουν σχεδιαστεί με κριτήρια Ποιότητας Υπηρεσίας, έτσι ώστε να πληρούν συγκεκριμένες απαιτήσεις διαφόρων υπηρεσιών. Η «Ποιότητα Εμπειρίας» έχει, ωστόσο, πρόσφατα εμφανιστεί ως έννοια, επηρεάζοντας το σχεδιασμό των μελλοντικών γενεών των δικτύων, δίνοντας σαφή έμφαση στην πραγματικά επιτευχθείσα εμπειρία του τελικού χρήστη. Η εμφάνιση της έννοιας της Ποιότητας Εμπειρίας οφείλεται στην αναπόφευκτη, ισχυρή μετάβαση που βιώνει η βιομηχανία των Τηλεπικοινωνιών από συστημο-κεντρικά δίκτυα σε πιο χρηστο-κεντρικές λύσεις και στόχους. Οι πάροχοι κινητών δικτύων, οι πάροχοι υπηρεσιών, οι προγραμματιστές εφαρμογών, αλλά και άλλα ενδιαφερόμενα μέλη που εμπλέκονται στην αλυσίδα παροχής υπηρεσιών προσελκύονται από τις ευκαιρίες που μπορεί να προσφέρει η ενσωμάτωση γνώσης Ποιότητας Εμπειρίας στο επιχειρηματικό τους μοντέλο. Πράγματι, η παρεχόμενη Ποιότητα Εμπειρίας αποτελεί έναν καθοριστικό παράγοντα διαφοροποίησης μεταξύ των διαφόρων παικτών, μία τάση που αναμένεται να γίνει ακόμη πιο έντονη τα επόμενα χρόνια. Υποκινούμενη από αυτή την χρηστο-κεντρική τάση, η έρευνα που διεξάγεται σε αυτή τη διατριβή έχει ως στόχο την διερεύνηση των προκλήσεων και των ευκαιριών που προκύπτουν στα σύγχρονα κινητά κυψελωτά δίκτυα όταν λαμβάνεται υπόψιν η έννοια της Ποιότητας Εμπειρίας. Τέτοιες ευκαιρίες αφορούν, καταρχήν, τη δυνατότητα κατανόησης της Ποιότητας Εμπειρίας που επιτυγχάνει ένας πάροχος κατά την προσφορά μίας υπηρεσίας. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την υλοποίηση και ενσωμάτωση μεθόδων αξιολόγησης Ποιότητας Εμπειρίας στην πραγματικού-χρόνου λειτουργία ενός δικτύου. Εν συνεχεία, ακολουθεί η εκμετάλλευση της συλλεγμένης ευφυΐας που σχετίζεται με την Ποιότητα Εμπειρίας, προκειμένου να επανεξεταστούν υφιστάμενοι μηχανισμοί επιπέδου δικτύου (π.χ., χρονο-προγραμματισμός ραδιοπόρων) ή μηχανισμοί επιπέδου εφαρμογής (π.χ., ροή βίντεο), αλλά και να προταθούν καινοτόμες διαστρωματικές προσεγγίσεις προς όφελος της Ποιότητας Εμπειρίας. Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα πρότασης νέων αλγορίθμων που προκύπτουν από τα εγγενή χαρακτηριστικά της Ποιότητας Εμπειρίας, όπως η μη γραμμική επίδραση μετρικών Ποιότητας Υπηρεσίας στην Ποιότητα Εμπειρίας, με στόχο την περαιτέρω βελτίωσή της. Σε αυτή την κατεύθυνση, στην παρούσα διατριβή, διερευνώνται και αξιοποιούνται μοντέλα και μετρικές εκτίμησης Ποιότητας Εμπειρίας με στόχο την ποσοτικοποίησή της, έχοντας ως απώτερο στόχο την εισαγωγή βελτιώσεων στους υφιστάμενους μηχανισμούς κινητών κυψελωτών δικτύων. Ο πυρήνας αυτής της διατριβής είναι η πρόταση μίας κυκλικής διεργασίας παροχής Ποιότητας Εμπειρίας που επιτρέπει τον έλεγχο, την παρακολούθηση (ήτοι, τη μοντελοποίηση) και τη διαχείριση της Ποιότητας Εμπειρίας σε ένα κυψελωτό δίκτυο. Κάθε μία από αυτές τις λειτουργίες αναλύεται περαιτέρω, ενώ έμφαση δίνεται στις λειτουργίες μοντελοποίησης και διαχείρισης. Όσον αφορά τη μοντελοποίηση, γίνεται περιγραφή και ταξινόμηση των μεθόδων εκτίμησης και των δεικτών επιδόσεων Ποιότητας Εμπειρίας. Η παραμετρική εκτίμηση της ποιότητας αναδεικνύεται ως η πιο ελκυστική κατηγορία μοντελοποίησης Ποιότητας Εμπειρίας σε κινητά κυψελωτά δίκτυα, οπότε και περιγράφεται διεξοδικά για ευρέως χρησιμοποιούμενους τύπους υπηρεσιών, όπως η συνομιλία (φωνή) μέσω Internet Protocol (IP) και η μετάδοση βίντεο. Όσον αφορά τη διαχείριση Ποιότητας Εμπειρίας, προτείνονται νέοι μηχανισμοί που επιδεικνύουν βελτιώσεις στην εμπειρία των τελικών χρηστών, και συγκεκριμένα: α) ένα σχήμα ελέγχου των επικοινωνιών συσκευής-προς-συσκευή που λαμβάνει υπόψιν την εμπειρία των χρηστών, β) ένας «συνεπής» αλγόριθμος χρονο-προγραμματισμού ραδιοπόρων που βελτιώνει την Ποιότητα Εμπειρίας του χρήστη μετριάζοντας τις διακυμάνσεις της ρυθμαπόδοσης του δικτύου, και γ) ένας μηχανισμός προσαρμοστικής ροής βίντεο με γνώσεις «πλαισίου», ο οποίος επιτυγχάνει την εξάλειψη διακοπών του βίντεο σε συνθήκες χαμηλού εύρους ζώνης. Επιπλέον, προτείνεται μία εφαρμογή Ποιότητας Εμπειρίας βασισμένη στην αρχιτεκτονική Software-Defined Networking (SDN), ονόματι “QoE-SDN APP”, η οποία επιτρέπει την ανάδραση πληροφοριών δικτύου από παρόχους κινητής τηλεφωνίας σε παρόχους υπηρεσιών βίντεο, αναδεικνύοντας πλεονεκτήματα ως προς την Ποιότητα Εμπειρίας για τους πελάτες των παρόχων βίντεο αλλά και ως προς την εξοικονόμηση εύρους ζώνης για τους φορείς εκμετάλλευσης δικτύου. Εν κατακλείδι, η παρούσα διατριβή προωθεί την ενοποίηση του ερευνητικού πεδίου της Ποιότητας Εμπειρίας με τον τομέα των κινητών επικοινωνιών, καθώς και τη συνεργασία αμοιβαίου ενδιαφέροντος μεταξύ των παρόχων δικτύου (επίπεδο δικτύου) με τους παρόχους υπηρεσιών (επίπεδο εφαρμογής), αναδεικνύοντας την δυναμική από τέτοιου είδους προσεγγίσεις για όλους τους εμπλεκόμενους φορείς.Traditionally, previous generations of mobile cellular networks have been designed with Quality of Service (QoS) criteria in mind, so that they manage to meet specific service requirements. Quality of Experience (QoE) has, however, recently emerged as a concept, disrupting the design of future network generations by giving clear emphasis on the actually achieved user experience. The emergence of the QoE concept has been a result of the inevitable strong transition that the Telecom industry is currently experiencing from system-centric networks to more user-centric solutions and objectives. Mobile network operators, service providers, application developers, as well as other stakeholders involved in the service provisioning chain have been attracted by the opportunities that the integration of the QoE concept could bring to their business; indeed, the provisioned QoE constitutes a determining factor of differentiation among different stakeholders, a tendency which is expected to become even more intense in the years to come. Motivated by this boost towards user-centricity, the objective of the research conducted in this thesis is to explore the challenges and opportunities that arise in modern mobile cellular networks when QoE is considered. Such opportunities concern, first of all, the possibility to comprehend the QoE that a provider achieves when provisioning a service. This can be enabled by the implementation and integration of QoE assessment methods into the real-time operation of a network. Then, the next step is the exploitation of collected QoE-related intelligence in order to re-examine existing network-layer mechanisms (e.g., radio scheduling), or application-layer mechanisms (e.g., video streaming), as well as propose novel cross-layer approaches towards ameliorating the achieved QoE. Moreover, the opportunity emerges to propose novel algorithms that stem from the inherent idiosyncrasies of QoE, such as the non-linear impact of QoS-related parameters on QoE, as a way to further enhance the users’ QoE. In this direction, throughout this thesis, QoE estimation models and metrics are explored and exploited in order to quantify QoE and thus, to improve existing mechanisms of mobile cellular networks. The core of this thesis is the proposal of a QoE provisioning cycle that allows the control, monitoring (i.e., modeling) and management of QoE in a cellular network. Each one of these functions is further analyzed, while emphasis is given on the modeling and management operations. In terms of modeling, QoE assessment methods and QoE-related performance indicators are described and classified. Parametric quality estimation is identified as the most appealing type of QoE estimation in mobile cellular networks, thus, it is thoroughly described for widely used types of services, such as Voice over IP (VoIP) and video streaming. In terms of QoE management, novel QoE-aware mechanisms that demonstrate QoE improvements for the users are proposed, namely: a) a QoE-driven Device-to-Device (D2D) communication management scheme that enhances end-user QoE, b) a “consistent” radio scheduling algorithm that improves the end-user QoE by mitigating throughput fluctuations, and c) a context-aware HTTP Adaptive Streaming (HAS) mechanism that successfully mitigates stallings (i.e., video freezing events) in the context of bandwidth-challenging scenarios. Moreover, a programmable QoE-SDN APP into the Software-Defined Networking (SDN) architecture is introduced, which enables network feedback exposure from mobile network operators to video service providers, revealing QoE benefits for the customers of video providers and bandwidth savings for the network operators. Overall, this thesis promotes the uniting of the domain of QoE with the domain of mobile communications, as well as the collaboration of mutual-interest between mobile network operators (network layer) and service providers (application layer), presenting the high potential from such approaches for all involved stakeholders

Crowdsourcing platform for QoE evaluation for cloud multimedia services

This paper presents a novel web-based crowdsourcing platform for the assessment of the subjective and objective quality of experience (QoE) of the video service in the cloud-server environment. The user has the option to enter subjective QoE data for video service by filling out a web questionnaire. The objective QoE data of the cloud-server, network condition, and the user device is automatically captured by the crowdsourcing platform. Our proposed system collects both objective and subjective QoE simultaneously in real-time. The paper presents the key technologies used in the development of the platform and describes the functional requirements and design ideas of the system in detail. The system collects real-time comprehensive data to enhance the quality of the user experience to provide a valuable reference. The system is tested in a real-time environment and the test results are given in terms of the system performance. The crowdsourcing platform has new features of real-time network monitoring, the client device, and cloud monitoring, which currently has not been provided by existing web platforms and crowdsourcing frameworks. The results show that 1MB buffer is filled 100% very soon after starting watching videos from the crowdsourcing platform.</jats:p