Approche cross-layer pour services multimedia évolutifs distribués sur la prochaine génération de réseaux convergents : architectures et performances

Distributed cross-layer scalable multimedia services over next generation convergent networks : architectures and performances

• Auteur / Autrice : Tien Anh Le
• Direction : Noël Crespi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 15/06/2012
• Etablissement(s) : Evry, Institut national des télécommunications
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Université : Université Pierre et Marie Curie (Paris ; 1971-2017)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes à paramètres répartis

Conception cross-layer

Multicast (réseaux d'ordinateurs)

Mots clés libres

Application nouvelle couche de multidiffusion

Plateforme d'évaluation vidéo

Analyse d'architecture

Fonction de coût

Optimisation cross-layer

Réseau overlay

Réseaux convergents

Architecture distribuée

Application layer multicast

Video evaluation platform

Architecture analysis

Cost function

Cross-layer optimization

Overlay network

Convergent networks

Distributed architecture

Résumé

Multi-parti de conférence multimédia est le type le plus compliqué de la communication mais aussi le service principalement utilisé sur Internet. Il est aussi la killer application sur les réseaux 4G. Dans cette recherche, nous nous concentrons sur trois parties principales du service de téléconférence: L'architecture de distribution de médias, le codage vidéo, ainsi que l'intégration du service dans les infrastructures sans fil 4G. Nous proposons un algorithme d'application nouvelle couche de multidiffusion utilisant une architecture de services distribués. L'algorithme proposé estime que les limites de la perception humaine, tout en participant à une conférence vidéo afin de minimiser le trafic qui n'est pas nécessaire pour la session de communication. Riche des modèles théoriques de la perception basée proposé architecture distribuée, l'architecture traditionnelle centralisée et basée sur la perception architecture centralisée ont été construits en utilisant la théorie d'attente afin de refléter le trafic généré, transmises et traitées à l'pairs distribués, les dirigeants et le serveur centralisé. La performance des architectures a été pris en compte dans les différents aspects de la durée totale d'attente, le retard de point à point et le taux de service requis pour le débit total. Ces résultats aident le lecteur à avoir une vue globale des performances de la proposition dans une comparaison équitable avec les méthodes conventionnelles. Pour construire l'arbre de distribution des médias pour l'architecture distribuée, une fonction de coût nouvelle application-aware multi-variable est proposée. Il tient compte des besoins variables des applications et des mises à jour dynamiquement les ressources disponibles nécessaires pour parvenir à un nœud particulier sur l'arbre de distribution de l'ALM. Codage vidéo scalable est utilisé comme le principal multi-couche codec à la conférence. Afin d'évaluer la performance de la fonction de coût multi-variable nouvellement proposées dans une application dynamique et avancé environnement réseau sans fil, codage vidéo scalable (SVC) des transmissions sur un réseau overlay ALM construite sur un réseau sous-4G/WiMAX réelles ont été utilisées. Nous avons développé EvalSVC et l'utiliser comme plate-forme principale pour évaluer la fonction de coût proposé. Comme un problème commun, l'architecture distribuée nécessite que les pairs contribuent une partie de leur bande passante et capacité de calcul afin de maintenir la superposition mutuelle inter-connexion. Cette exigence se développe en un grave problème pour les utilisateurs mobiles et l'infrastructure sans fil, comme la ressource radio de ce réseau est extrêmement coûteux, et est l'une des raisons pour lesquelles l'architecture distribuée n'a pas été largement appliquée dans la prochaine génération (4G) des réseaux. C'est aussi la raison principale pour laquelle les services multimédias tels que vidéo-conférence doivent s'appuyer sur une architecture centralisée coûteuse construite sur un des contrôleurs des médias coûteux fonction des ressources (CRFM), via l'IMS (IP Multimedia Subsystem). Ce travail de recherche propose une nouvelle architecture distribuée utilisant la capacité de renseignement et extra, actuellement disponibles sur le LTE et stations de base WiMAX de réduire le besoin des débits que chacun a à fournir par les pairs afin de maintenir le réseau overlay. Cette réduction permet d'économiser des ressources précieuses et de radio permet une architecture distribuée pour fournir des services de visioconférence sur les réseaux 4G, avec tous les avantages d'une architecture distribuée, comme la flexibilité, l'évolutivité, les petits retards et à moindre coût. De plus, cela peut être mis en œuvre avec une modification minimale de la plate-forme standardisée IMS et les infrastructures 4G, économisant ainsi les opérateurs et les fournisseurs de services d'investissements excessifs. [...]

Multimedia services are the killer applications on next generation convergent networks. Video contents are the most resource consuming part of a multimedia flux. Video transmission, video multicast and video conferencing services are the most popular types of video communication with increasing difficulty levels. Four main parts of the distributed cross-layer scalable multimedia services over next generation convergent networks are considered in this research work, both from the architecture and performance point of views. Firstly, we evaluate the performance of scalable multimedia transmissions over an overlay network. For that, we evaluate the performance of scalable video end-to-end transmissions over EvalSVC. It is capable of evaluating the end-to-end transmission of SVC bit-streams. The output results are both objective and subjective metrics of the video transmission. Through the interfaces with real networks and an overlay simulation platform, the transmission performance of different types of SVC scalability and AVC bit-streams on a bottle-neck and an overlay network will be evaluated. This evaluation is new because it is conducted on the end-to-end transmission of SVC contents and not on the coding performance. Next, we will study the multicast mechanism for multimedia content over an overlay network in the following part of this PhD thesis. Secondly, we tackle the problems of the distributed cross-layer scalable multimedia multicast over the next generation convergent networks. For that, we propose a new application-network cross layer multi-variable cost function for application layer multicast of multimedia delivery over convergent networks. It optimizes the variable requirements and available resources from both the application and the network layers. It can dynamically update the available resources required for reaching a particular node on the ALM's media distribution tree. Mathematical derivation and theoretical analysis have been provided for the newly proposed cost function so that it can be applied in more general cases of different contexts. An evaluation platform of an overlay network built over a convergent underlay network comprised of a simulated Internet topology and a real 4G mobile WiMAX IEEE802.16e wireless network is constructed. If multicast is the one-to-many mechanism to distribute the multimedia content, a deeper study on the many-to-many mechanism will be done in the next part of the thesis through a new architecture for video conferencing services. Thirdly, we study the distributed cross-layer scalable video conferencing services over the overlay network. For that, an enriched human perception-based distributed architecture for scalable video conferencing services is proposed with theoretical models and performance analysis. Rich theoretical models of the three different architectures: the proposed perception-based distributed architecture, the conventional centralized architecture and perception-based centralized architecture have been constructed by using queuing theory to reflect the traffic generated, transmitted and processed at the perception-based distributed leaders, the perception-based centralized top leader, and the centralized server. The performance of these three different architectures has been considered in 4 different aspects. While the distributed architecture is better than the centralized architecture for a scalable multimedia conferencing service, it brings many problems to users who are using a wireless network to participate into the conferencing service. A special solution should be found out for mobile users in the next part of the thesis. Lastly, the distributed cross-layer scalable video conferencing services over the next generation convergent network is enabled. For that, an IMS-based distributed multimedia conferencing services for Next Generation Convergent Networks is proposed. [...]