Combining in-network caching, HTTP Adaptive Streaming and Multipath to improve video Quality Of Experience
Amélioration de la Qualité d'Expérience vidéo en combinant Streaming Adaptif, Caching Réseau et Multipath
Résumé
Volume of video traffic has grown considerably in recent years: Cisco has predicted that its share in the Internet will attain 81% by 2021, doubling its net traffic volume as compared to 2016. Such an abrupt increase in video traffic is pushing the capabilities of Internet Service Providers' networks (ISPs) to their limits, which results in their overutilisation and, consequently, decreased users' Quality of Experience (QoE) of video sessions. This thesis attempts to tackle the problem of improving users' video QoE without relying on ISPs to upgrade their networks. To achieve this, we have chosen to combine such technologies as in-network caching, HTTP Adaptive Streaming (HAS), and multipath data transport. We start with exploration of interaction between HAS and caching. We design an optimal boundary for performance of a HAS quality adaptation algorithm, and compare it to the performance of Rate-Based, Buffer-Based, and state-of-the-art optimisation-based algorithm called Fast MPC. We confirm the benefits of achieving cache-awareness in quality adaptation when operating in a presence of proxy cache, and propose such an extension to Fast MPC. Concluding on the difficulty of achieving cache-awareness, we take a step back to study a video delivery system on a large scale, where in-network caches are represented by Content Delivery Networks (CDNs). They deploy caches inside ISPs and dispose of their own outside video servers. As a novelty, we consider users to have a simultaneous multipath connectivity to several ISP networks. We anticipate, however, that in-network caches cannot be accessed with multipath as they are not accessible from outside networks. This brings two new operational points to the system: video clients can either access outside multipath servers with aggregate bandwidth (which may increase their QoE, but will also bring more traffic into ISP), or stream their content from a closer cache through only single connectivity (bringing less traffic into ISP). This potential disagreement in ISP and CDN objectives leads to suboptimal system performance, which we identify by modelling an optimal boundary for joint ISP-CP performance. In response to this, we develop two collaboration schemes between two actors, performance of which can approach optimal boundary for our settings, and discuss its practical implementation.
Le volume de trafic vidéo s'est considérablement accru pendant ces dernières années: selon Cisco, sa part dans l’Internet atteindra 81% d’ici 2021, soit le double du volume de son trafic net par rapport à 2016. Cette augmentation aussi importante du trafic vidéo repousse les capacités des réseaux des Fournisseurs de Access Internet (FAI), ce qui entraîne leur surutilisation et, par conséquent, la dégradation de la Qualité d'Expérience (QoE) vidéo perçu par leurs utilisateurs. Cette thèse tente de résoudre le problème de l'amélioration de la QoE vidéo des utilisateurs sans compter sur les FAI pour mettre à niveau leurs réseaux. Pour ce faire, nous avons choisi de combiner des technologies telles que la mise en cache (Caching), le streaming adaptatif HTTP (HAS) et le transport de données Multipath. Nous commençons par l'exploration de l'interaction entre HAS et le Caching. Nous concevons une limite optimale pour la performance d'un algorithme d'adaptation de la qualité pour la HAS et la comparons à la performance de l'algorithmes basés de débit, de buffer, et à la pointe de l'optimisation appelé Fast MPC. Nous confirmons les avantages de la reconnaissance du cache dans l'adaptation de la qualité lors de l'utilisation d'un cache proxy et proposons une telle extension à Fast MPC. Concluant sur la difficulté de la reconnaissance de la cache, nous prenons un pas en arrière pour étudier un système de diffusion vidéo à grande échelle, où les caches en réseau sont représentés par des réseaux de distribution de contenu (Content Delivery Networks, CDN). Ils déploient des caches à l'intérieur des réseaux des FAI et disposent de leurs propres serveurs vidéo externes. Comme nouveauté, nous considérons que les utilisateurs disposent d’une connectivité multi-accès simultanée vers plusieurs réseaux de FAI. Nous prévoyons toutefois que l'accès aux caches dans le réseau ne soit pas possible par Multipath, car ils ne sont pas accessibles depuis des réseaux extérieurs. Cela apporte deux nouveaux régimes opérationnels au système: les clients vidéo peuvent accéder aux serveurs Multipath extérieurs avec une bande passante agrégée (ce qui peut augmenter leur QoE, mais apportera également plus de trafic au FAI), ou diffuser leur contenu à partir d'un cache plus étroit via une seule connexion (apportant moins de trafic dans FAI). Ce désaccord potentiel dans les objectifs FAI et CDN conduit à des performances système non optimales, que nous identifions en modélisant une limite optimale pour les performances FAI-CP conjointes. En réponse à cela, nous développons deux schémas de collaboration entre deux acteurs, dont les performances peuvent s'approcher des limites optimales pour nos paramètres, et nous discutons de sa mise en oeuvre pratique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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