Prise en compte des caractéristiques matérielles pour l'adaptation de la QoS dans un protocole de streaming vidéo Hybrid Client/Serveur - Viewer to Viewer

Taking into account hardware characteristics for adapting Quality of Service (QoS) in a Hybrid Client/Server - Viewer to Viewer video streaming protocol.

• Auteur / Autrice : Yi Lu
• Direction : Guillaume Urvoy-Keller
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I3S - Informatique, Signaux et Systèmes de Sophia-Antipolis

Mots clés

Mots clés libres

Viewer to Viewer

Streaming

Caractéristique matérielle

Algorithme de contrôle

Viewer to Viewer

Streaming

Hardware characteristics

Control algorithm

Résumé

Internet a permis la révolution de la télévision. Les nouveaux usages ont favorisé l'adoption du streaming ainsi que le développement de l'OTT (Over the Top) dont profite plusieurs leaders de la vidéo. Ceci a contribué à la popularisation des services VOD (Video on Demand). Les contenus vidéo représentent désormais une part majeure du trafic Internet. Par exemple, le trafic vidéo de Netflix représenterait à lui seul 71% de la bande passante consommée aux Etats-Unis en période de pointe, deux fois plus qu'en 20111. En moyenne, Netflix consomme 35,2% de la bande passante, suivi par YouTube avec 17,5% et Amazon Prime Video à 4,3%. La gestion de l'explosion du trafic vidéo est un challenge qui suscite l'intérêt de plusieurs acteurs économiques et technologiques. Nous ajoutons à cela le développement des technologies émergentes comme la UltraHD, 4K et la HDR (High Dynamic Range), l'utilisation optimale de la bande passante disponible est donc un sujet crucial pour les grands acteurs du streaming vidéo. Des solutions protocolaires et des techniques d'encodage et de compression de contenus ont été proposées pour améliorer la fluidité et la qualité de la lecture. Nous prenons l'exemple du streaming adaptatif qui permet d'adapter dynamiquement la qualité de la vidéo à la bande passante disponible. Par contre investir dans des écrans et des connexions haut débit pour recevoir de la vidéo en qualité standard reste frustrant pour le consommateur. Le diffuseur du contenu cependant, ne partage pas cette même vision puisqu'il doit assumer les importants coûts de la bande passante, surtout en période de pointe. Le modèle C/S sur lequel repose la diffusion de contenu actuellement reste bloquant et fort coûteux pour les diffuseurs, sans oublier que l'incapacité des CDN à suivre la demande en cas de mauvaise estimation de l'audience engendre plus de frais et des congestions. Une solution alternative est la diffusion Pair-à-Pair qui permet de réduire les coûts ainsi que d'améliorer la qualité du streaming. Les réseaux Pair-à-Pair (P2P) jouent un rôle capital dans le monde de la télécommunication d'aujourd'hui. Ce rôle s'est concrétisé avec l'avènement des protocoles du type P2PWeb [1] qui combinent le paradigme du Pair-à-Pair au traditionnel modèle Client/Serveur. L'intégration de ces nouveaux réseaux s'est encore renforcée avec l'arrivée des normes WebRTC et l'utilisation légale du P2P à travers les diffusions des contenus audiovisuels (Live et VoD) sur Internet comme c'est le cas pour Roland Garros est pas mal de plateformes SVoD. Le protocole P2PWeb est un véritable protocole hybride dans la mesure où il utilise de manière simultanée les 2 modèles C/S et P2P. L'intérêt de ce type de protocole est de faciliter l'administration tout en garantissant le passage à l'échelle. Dans ces types de réseaux les informations concernant les contenus diffusés (contenu visualisé, temps de visualisation, qualité visualisée, géolocalisation...) sont également décentralisées. Une partie de l'information est sur le serveur du fournisseur du contenu. L'autre partie est entre tous les pairs qui ont participé à la diffusion de ce contenu. La troisième partie est sur les serveurs qui ont fait office d'annuaire pour connecter les pairs entre eux (Les Managers). S'ajoute à cette complexité la nature et la forme de la diffusion. Les travaux de recherches d'Ishani Sarkar [2,3,4], (thèse doctorale soutenue Octobre 2021), ont permis l'amélioration de la qualité de visionnage, l'optimisation de la sélection des Viewers et de la bande passante consommée pour la diffusion. L'optimisation menée par Ishani était essentiellement basée sur les paramètres réseaux et géolocalisation des Viewers. Les objectifs de cette thèse seront de proposer initialement une méthode de récupération des information hardware (CPU, RAM, carte réseaux, ...) des plateformes utilisées pour visualiser les contenus. Permettre par la suite un fonctionnement dynamique du protocole P2PWeb en fonction de la puissance de la plateforme pour assurer une optimisation individualisée par utilisateur. Ce qui impliquerait des limitations en nombre de sockets à ouvrir et une optimisation des ressources à exploiter sur la plateforme de l'utilisateur pour lui assurer une meilleure qualité de service avec la consommation la plus écologique des ressources de sa plateforme. Le candidat doit également analyser les différentes combinaisons concernant les plateformes de diffusion, players (Dash/ HLS) et réseaux (WiFi, 4G ...) et établir une synthèse concernant les utilisateurs (qui ? regarde quoi ? ...) pour proposer une gestion optimisée. L'exploitation de ces différentes informations sera le schéma directeur du broadcasteur pour réduire le coût de sa bande passante ainsi que maximiser son audience. Ce système de “ feedback” que nous devons mettre en place devrait être finement précis pour éviter tout risque d'intensifier les phénomènes de groupement (clustering) pas seulement par groupe de même puissance réseaux mais également par groupe de même type plateforme de diffusion. Ce qui nuira à l'essence même de l'intégration de ces nouveaux protocoles.

The internet has facilitated the television revolution, with new user habits promoting the adoption of streaming and the development of Over-the-Top (OTT) services, benefiting several video industry leaders. This has contributed to the widespread popularity of Video on Demand (VOD) services. Video content now represents a significant portion of internet traffic. For instance, Netflix's video traffic alone reportedly constitutes 71% of the bandwidth consumed in the United States during peak periods, twice as much as in 2011. On average, Netflix consumes 35.2% of bandwidth, followed by YouTube at 17.5%, and Amazon Prime Video at 4.3%. Managing the explosion of video traffic poses a challenge that attracts interest from various economic and technological players. Additionally, the emergence of technologies like UltraHD, 4K, and High Dynamic Range (HDR) makes optimal use of available bandwidth crucial for major video streaming entities. Protocol solutions and content encoding and compression techniques have been proposed to enhance the fluidity and quality of playback. Adaptive streaming, for example, dynamically adjusts video quality based on available bandwidth. However, investing in high-quality screens and broadband connections for standard video viewing can be frustrating for consumers. On the other hand, content distributors face significant bandwidth costs, especially during peak periods, under the current Client/Server (C/S) content distribution model. The inability of Content Delivery Networks (CDNs) to accurately estimate audience demand can lead to additional expenses and congestion. An alternative solution is Peer-to-Peer (P2P) streaming, which reduces costs and improves streaming quality. Peer-to-Peer (P2P) networks play a crucial role in today's telecommunications landscape. This role has solidified with the advent of P2PWeb protocols, combining the Peer-to-Peer paradigm with the traditional Client/Server model. The integration of these networks has further strengthened with the adoption of standards like WebRTC and the legal use of P2P for streaming audiovisual content on the internet, as seen in events like Roland Garros and various Subscription Video on Demand (SVoD) platforms. The P2PWeb protocol is a true hybrid protocol, simultaneously utilizing both the C/S and P2P models. This protocol's interest lies in facilitating administration while ensuring scalability. In these types of networks, information about the distributed content (viewed content, viewing time, visual quality, geolocation, etc.) is decentralized. Part of the information resides on the content provider's server, another part among all peers who participated in content distribution, and the third part on servers that acted as directories to connect peers (Managers). Adding to this complexity is the nature and form of distribution. Ishani Sarkar's research work (Ph.D. thesis completed in October 2021) has contributed to improving viewing quality, optimizing Viewer selection, and reducing consumed bandwidth for distribution. Ishani's optimization was primarily based on Viewer network parameters and geolocation. The objectives of this thesis are to initially propose a method for retrieving hardware information (CPU, RAM, network card, etc.) from platforms used to view content. Subsequently, enable dynamic operation of the P2PWeb protocol based on the platform's power to ensure individualized optimization per user. This would involve limitations on the number of sockets to open and optimization of resources to be exploited on the user's platform to ensure better quality of service with the most ecological consumption of platform resources. The candidate must also analyze different combinations of distribution platforms, players (Dash/HLS), and networks (WiFi, 4G, etc.) and provide a synthesis regarding users (who? watches what?...) to propose optimized management. The exploitation of this information will be the broadcaster's master plan to reduce the cost of bandwidth and maximize audience reach. The feedback system we aim to establish must be finely accurate to avoid any risk of intensifying clustering phenomena, not only by the group of the same network power but also by the group of the same type of distribution platform. This would undermine the essence of integrating these new protocols.