Application du codage réseau aux plate-formes des jeux en ligne

par Marwa Dammak

Thèse de doctorat en STIC (Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication) - ED EM2PSI

Sous la direction de Inbar Fijalkow.

Thèses en préparation à Cergy-Pontoise en cotutelle avec l'Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sfax (ENIS) , dans le cadre de Ecole doctorale Économie, Management, Mathématiques , Physique et Sciences Informatiques (EM2PSI) (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec ETIS - Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (laboratoire) .


  • Résumé

    L'application de jeu en ligne massivement multijoueurs fournit une grande partie du trafic Internet global. Le trafic est généralement composé d'une petite partie de données utiles encapsulé dans des segments TCP, entrainant un volume élevé d'entêtes transmis via le réseau. Cela implique: 1) la taille des paquets est trop petite pour un routage efficace et; 2) la bande passante requise par le serveur augmente. Par conséquent, il est nécessaire de trouver des techniques de transmission et de routage plus efficaces afin de réduire le volume de trafic et augmenter l'efficacité du réseau permettant de prendre en charge le nombre croissant des joueurs. D'autre part, la qualité d'expérience (QoE) dans le contexte des jeux en ligne est fortement liée à la consistance. Cette consistance est influencée par la qualité de service (QoS) offerte par le réseau, principalement en termes de délai, de gigue et d'ordre de paquets. Par conséquent, une solution qui améliore ces paramètres aidera à satisfaire davantage de joueurs et à améliorer la qualité de service. L'objectif de cette thèse est de proposer des solutions pour améliorer la qualité d'expérience des jeux en ligne en augmentant la consistance de vue, en réduisant les délais et en augmentant l'efficacité du réseau. Pour le problème de consistance, nous proposons une topologie de réseau cyclique. Cette topologie ordonnée facilite la mise en place des procédures de gestion et de contrôle de la transmission pour imposer un ordre causal entre tous les joueurs. Concernant le délai et l'efficacité du réseau, certains ont proposé l'application de la technique du tunnel, compression et multiplexage (TCM). Cependant, les paquets transmis avec TCM sont plus grands que ceux d'origine, ce qui nécessite plus de temps pour les transmettre et augmente le risque de saturation au niveau des fils d'attente. Nous proposons l'utilisation de la technique de codage réseau (NC) qui permet d'augmenter le débit dans certaines conditions de topologies et de routage. Cette technique permet aux nœuds intermédiaires d'encoder les paquets qu'ils reçoivent plutôt que d'effectuer une simple fonction de stockage et de transfert. Cela peut réduire la charge de trafic, réduire les délais et augmenter l'efficacité du réseau. Dans cette thèse, nous proposons des modifications pour améliorer la technique TCM et nous évaluons ses performances. De plus, nous proposons d'ajouter le concept de partition des joueurs et de changer la topologie d'un arbre à une forêt. Nous étudions ensuite la topologie cyclique. Nous concevons un protocole de routage optimisé sur une topologie en cycle basée sur la technique de codage réseau. Puis, nous évaluons ses performances en termes de délai, de charge et d'ordre. Les résultats montrent que l'utilisation du codage NC permet de réduire la charge et le nombre de paquets transmis, garantir un ordre de paquet par période et de réduire le délai. En effet, on peut gagner jusqu'à 14% de latence avec notre protocole par rapport à un protocole de routage optimisé sans codage réseau. Par la suite, nous proposons un scénario de mise en pratique de cette solution sur une infrastructure Device-to-Device. Nous validons les limites théoriques du délai en utilisant des simulations réseau et nous discutons ensuite des contraintes pratiques qui s'imposent lors de l'implémentation dans un réseau réel. Finalement, nous proposons des solutions pour ces contraintes.

  • Titre traduit

    Network coding application for online games platformes


  • Résumé

    The application of massively multiplayer online games provides a large part of the global internet traffic. The traffic is typically encapsulated in TCP segments of small size information (the so called payload) resulting in a high volume of headers transmitted through the network. This implies the following: 1) the packets' size is too small for efficient routing and; 2) the bandwidth required by the server seems to be increasing. Therefore, it is necessary to find more efficient transmission and routing techniques to reduce the traffic's volume and to increase the network's efficiency in order to support the growing number of players. On the other hand, Quality of Experience (QoE) in the context of online games is strongly influenced by consistency. This consistency is influenced by the quality of service (QoS) offered by the network, mainly in terms of delay, jitter and order of the packets. As a result, a solution that enhances these parameters will help in satisfying more players and subsequently improving QoE. The goal of this thesis is to propose solutions to enhance the QoE of online games by increasing the consistency of view, reducing the delay and increasing the efficiency of the network. For consistency, we propose a cyclic network topology. This ordered topology facilitates the implementation of transmission management and control procedures to impose a causal order between all players. As for the delay and the efficiency problem, some have proposed the application of Tunneling, Compression and Multiplexing (TCM) technique. However, the transmitted packets with TCM are larger than the original ones, which requires more delay to transmit them and increases the risk of congestion. We propose the use of the Network Coding technique (NC) which makes it possible to increase the bit rate of the network under certain topological and routing conditions. This technique allows intermediate nodes to encode the data they receive rather than perform a simple ”store and forward” function. It can reduce the traffic load, reduce the delay and increase the network's efficiency. In this thesis, we propose some modifications to enhance the TCM technique and evaluate its performance. Besides, we propose to add the players partition approach and change the topology from a tree to a forest. Afterwards, we investigate the cyclic topology. We design an optimized routing protocol over a cycle topology based on the network coding technique and evaluate its performance in terms of delay and order. The results show that by using NC coding, one can gain up to 14% of latency over an optimized routing protocol for the cycle topology without the use of network coding. Afterwards, we propose a practical implementation scenario of this solution over a device-to-device (D2D) infrastructure. We finally validate the theoretical limits of delay using network simulations and discuss a number of practical constraints.