Ordonnancement et allocation de bande passante dans les systèmes de streaming pair-à-pair multicouches

Scheduling and bandwidth allocation in P2P layered streaming systems

• Auteur / Autrice : Abbas Bradai
• Direction : Toufik Ahmed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/12/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Mathématiques et Informatique (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Damien Magoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Djamel Meddour, Olivier Fourmaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Gaïti, Pascal Lorenz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Qualité de Service (télécommunications)

Ordonnancement (informatique)

Streaming (télécommunications)

Poste à poste (Internet)

Mots clés libres

P2P

H.264/SVC

Transmission vidéo temps réel

Allocation de bande passante

Ordonnancement

Qualité de service

P2P

H.264/SVC

Real-time Video Streaming

Bandwidth Allocation

Scheduling

Quality-Of-Service

Résumé

Le but de cette thèse est de proposer des mécanismes efficaces pour l'ordonnancement des chunks et l'allocation de la bande passante dans le contexte de la transmission vidéo sur les réseaux P2P,afin d'offrir une meilleure qualité de service pour l'utilisateur final. Dans un premier temps nousavons proposé un mécanisme d'ordonnancement des chunks pour la transmission de vidéomulticouche dans les réseaux P2P. Le mécanisme proposé est basé sur une nouvelle technique quipermet de sélectionner les chunks adéquats et les demander des pairs les plus appropriés. Ensuitenous avons proposé un mécanisme d'allocation de la bande passante, toujours dans le cadre detransmission de vidéo multicouche dans les réseaux P2P. Le pair émetteur organise une enchère pour«vendre » sa bande passante. L'allocation tient en considération la priorité des pairs et l'importancedes couches demandées. Finalement nous avons proposé un mécanisme d'adaptation lisse « smooth» d'une vidéo multicouche transportée sur un réseau P2P.Après une introduction, nous présentons dans le chapitre 2 les motivations du travail le but du travailet les problèmes recherche qui demeurent. Dans ce chapitre nous présentons les composants dessystèmes P2P et tout particulièrement la distribution et l'adaptation de contenus. Dans ce cadre,nous proposons une classification des applications de streaming vidéo P2P ainsi que des mécanismesd'allocation de bande passante et d'ordonnancement pour le streaming pair-à-pair. Nous nousintéressons également aux techniques d'adaptation de la qualité en se focalisant plusparticulièrement sur la norme SVC (Scalable Video Coding).Le chapitre 3 propose des mécanismes de priorisation pour la planification de streaming P2P multicouches.Nous proposons une heuristique pour résoudre un problème général d'affectationgénéralisé (Generalized Assignment Problem – GAP). La solution présentée est ensuite adaptée aucas du streaming non multicouches. Les résultats issus des simulations montrent que les solutionsproposées donnent de meilleurs résultats que les solutions traditionnelles.Le chapitre 4 décrit un mécanisme d'allocation dynamique de la bande passante pour les réseaux destreaming P2P multicouches qui se base sur l'allocation d'une bande passante aux pairs tout enassurant un minimum de qualité de service à l'ensemble des pairs. Les bonnes performances desmécanismes proposés, qui sont détaillées à travers l'étude du ratio concernant l'utilisation de labande passante ainsi que du niveau de satisfaction des pairs, montrent que ces derniers permettentd'obtenir une utilisation optimale de la bande passante.Le chapitre 5 porte sur le lissage du streaming multicouches dans les réseaux P2P en se basant sur lesmétriques liées à la variation de la fréquence et de l'amplitude. Les mécanismes proposés ont étéimplémentés dans un banc d'essai réel et l'évaluation des performances montrent l'efficacité desmécanismes pour le lissage du streaming.Dans le chapitre 6 (conclusion and perspectives), nous résumons les contributions proposées danscette thèse ainsi qu’une ouverture sur les travaux futures

Recently we witnessed an increasing demand for scalable deployment of real-time multimediastreaming applications over Internet. In this context, Peer-to-Peer (P2P) networks are playing asignificant role for supporting large-scale and robust distribution of multimedia content to end-users.However, due to peers’ dynamicity, heterogeneity of terminals and access networks, the deploymentof real-time video streaming applications over P2P networks arises lot of challenges. Indeed, animportant issue in P2P overlays is the capacity to self-organize in the face of the dynamic behavior ofpeers in order to ensure content availability and continuity. In addition, the heterogeneity in networks,terminals, and P2P characteristics make the situation more challenging. In this context, layered videostreaming in P2P networks has drawn great interest to overcome these challenges, since it can notonly accommodate large numbers of users, but also handle heterogeneity of peers. However, there isstill a lack of comprehensive studies on video data blocks (chunks) scheduling and bandwidthallocation for the smooth playout in layered streaming over P2P networks.The aim of this thesis is to analyze these concerns and to propose an efficient real-time chunksscheduling and bandwidth allocation mechanisms for QoS provisioning of layered streamingapplications over P2P networks. Our contributions in this thesis are threefold. First, we propose ascheduling mechanism for layered P2P streaming. The proposed mechanism relies on a novelscheduling algorithm that enables each peer to select appropriate stream layers, along withappropriate peers to provide them. The presented mechanism makes efficient use of networkresources and provides high system throughput. Second, we propose a bandwidth allocation modelfor P2 layered streaming systems based on auction mechanisms to optimize the allocation of senderpeers’ uploads bandwidth. The upstream peers organize auctions to “sell” theirs items (links’bandwidth) according to bids submitted by the downstream peers taking into consideration the peerspriorities and the requested layers importance. The ultimate goal is to satisfy the quality levelrequirement for each peer, while reducing the overall streaming cost. Finally, we present a smoothingmechanism for layered streaming in P2P networks. The mechanism aims to reduce the number oflayer changes under varying network conditions, and ensure a smooth playout for the end-user.