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Bandwidth allocation optimization for IPTV QoS/QoE prediction & measurement = IPTV QoS/QoE 예측 및 측정을 향한 대역폭 할당 최적화
서명 / 저자 Bandwidth allocation optimization for IPTV QoS/QoE prediction & measurement = IPTV QoS/QoE 예측 및 측정을 향한 대역폭 할당 최적화 / Jin-Sul Kim.
저자명 Kim, Jin-Sul ; 김진술
발행사항 [대전 : 한국정보통신대학교, 2008].
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DM0001101

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문지도서관2층 학위논문

ICU/DS08-23 2008

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초록정보

There are two different aspects, i.e. 'network' and 'multimedia,' that are both closely coupled in many critical issues such as QoS, QoE, etc., for IPTV and mobile IPTV services. An important problem is to provide realtime QoS/QoE-guaranteed multimedia services over packet-based networks. The problem is still unsolved because there are many parameters affecting quality between network and multimedia. In order to solve the problem, a study on QoS/QoE prediction and measurement is necessary. IP networks are on a steep slope of innovation that will make them the longterm carrier of all types of traffic, including multimedia for IPTV and mobile IPTV services in the NGN environment today. However, such networks are not designed to support realtime multimedia communication because their variable characteristics (e.g. due to bandwidth, packet loss, delay, etc.) lead to a deterioration in video quality. A major challenge in such networks is how to predict or measure video quality accurately and efficiently considering network resources that provide QoS/QoE-guaranteed services. Finally, we propose QoS/QoE prediction and assessment methodology by model design and performance analysis in network and in video. For the QoS prediction in the network level, we propose and analyze resource allocation algorithms based on reward optimization with bandwidth allocation of four different class levels in a constraints limited system resource. First of all, the formulated bandwidth allocation and adaptation algorithms for real-time QoS-guaranteed multimedia service in this research are useful to get an advantage in cost benefit as an aspect of the system or service provider. For QoS requesting and delivering in realtime, these bandwidth allocation and adaptation algorithms are developed based on two strategies: cost-based admission control in priority reservation regarding system (service provider) benefit and flow-based dynamic adaptation control regarding user satisfy in QoS. We design the system as a M/M/m/m and M/M/m/m/s queueing model and then apply a cost-based admission control algorithm with the terms 'reward and 'loss' per each class respectively according to whether a service request is admitted or rejected. The system can obtain the best reward as a function of cost characteristics and user requests. For the multimedia traffic control with the amount of bandwidth, a flow-based dynamic adaptation algorithm is proposed in the second strategy. In order to allocate the amount of bandwidth optimally in an already defined band-width for each users' service request, a call admission control-based dynamic allocation for each service flow is useful to compensate the system for 'loss'. A physical interpretation is given for the best combination of strategic choices for benefit targets. We demonstrate that the reward and loss value which the system receives under our proposed methods at optimizing conditions can be much higher and lower than the traditional method which is not aware of the cost- and flow-control based optimization. For the QoS/QoE prediction and measurement on the video level, we analyze video QoE indicators and design a hybrid video quality metric model based on reduced reference and no reference measurement methods. We extract five critical indicators (e.g. blur, block, jerkiness, edge busyness, color error) with VMOS. Each indicator is designed by objective methods. Also, to evaluate video quality metric, the result is compared with extracted values by subjective methods. Actually, although subjective measurement (e.g. MOS) is the benchmark for objective methods, it is not useful because it is slow, time consuming and expensive. The problem of objective measurement in intrusive or nonintrusive methods is that intrusive methods like FR and RR are more accurate but normally are unsuitable for monitoring live traffic. This makes nonintrusive methods like NR more attractive for monitoring video quality from IP network impairments. However, current nonintrusive methods do not meet the high requested quality in reliability and in accuracy. Also, jerkiness is one of the frequent errors in realtime broadcasting and multimedia service for IPTV and mobile IPTV. It occurs with several errors such as block distortion, blurring, edge busyness, and color error in the considering the bandwidth allocation problem. For the realtime quality enhancement for IPTV and mobile IPTV services, we propose color based restoration algorithms for transmission errors such as out of order, jitter, and packet loss. The method can be applied for transmission errors to improve user perceived QoE efficiently. Finally, the main goal of this research is to propose novel and efficient model designs for QoS/QoE prediction and measurement for IPTV and mobile IPTV and to demonstrate their usefulness in new and emerging IPTV and mobile IPTV applications.

IPTV서비스는 기존의 방송서비스와 통신서비스를 융합하는 새로운 차세대 서비스로 대두되고 있다. 또한 이러한 서비스는 통신, 방송, 인터넷이 융합된 차세대 네트워크 망을 기반으로 하여 이동성을 지원하는 무선구간에서까지 언제 어디서나 자유롭게 IPTV서비스를 이용하도록 하는 mobile IPTV 서비스로 발전하고 있다. 이처럼 차세대 통.방 융합형 멀티미디어 서비스는 IP망을 통해서 사용자에게 전달되는 데 기존의 TV와 같은 수준의 고품질을 제공하지를 못하고 있는 것이 단점 중에 하나이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 QoS/QoE측면의 기술적인 문제가 큰 이슈로 두각되고 있다. IPTV/mobile IPTV 서비스는 멀티미디어를 이용한 다양한 융합형 서비스를 제공하는 특성상 네트워크 측면에서 대역폭 할당이 중요하다. 또한 서비스 요청이 증가할 때 기존 할당된 대역폭으로는 데이터의 폭주로 인한 전송에러 발생으로 품질을 보장하지 못한다. 따라서 본 논문에서는 서비스 요청별 대역폭 할당을 고려하여 네트워크에서의 QoS와 엔드유저의 QoE 체감품질의 예측 및 측정으로 상호연관성을 연구하기 위해 시도되었으며 도출된 알고리즘을 적용 및 성능 분석을 위해서M/M/m/m 및 M/M/m/m/s 큐잉 모델을 디자인하여 채널 및 대역폭 할당에 있어서 최적화된 값을 도출하였다. 첫째로, 서로 다른 등급을 가지는 사용자들을 각 등급별 제한된 시스템의 대역폭 내에서 효과적으로 대역폭을 할당하여 서비스 제공자 측면에서 최대이익을 얻기 위한 방안에 대하여 연구하였으며 또한 대역폭 낭비의 최소화와 고객에게 최대한의 서비스 제공을 위해서 서비스 요청자 측면에서의 플로우 기반 등급별 동적 대역폭 할당 방안을 제안하였다. 사용자의 등급은 총 4 등급 (Gold, Silver, Bronze, and Best-Effort)로 구분하였으며 시스템을 M/M/m/m 으로 모델링하고 서비스 등급에 따라 수락과 거절에 따른 이득과 손실을 바탕으로 GAIN을 도출하였다. IPTV망에서의 멀티미디어 트래픽 환경을 가정으로 하였다. 성능 분석을 위하여 서비스 요청 도착률과 서비스 시간, 각 등급에 따른 이득과 손실을 정의하여 다양한 트래픽 환경에서 등급별 이득을 최대화하여 대역폭을 최적 할당하였다. 또한 플로우 기반 동적 대역폭할당으로 대역폭 낭비의 최소화와 함께 동적으로 현재 플로우 적응형 알고리즘을 제시하여 등급별로 서비스 보장을 위해 시도하였다. 동시에 M/M/m/m/s 큐잉 시스템을 적용하여 다양한 트래픽 환경에서의blocking probability를 예측하였다. Mobile IPTV 서비스를 위해서는 이기종 망(WIBRO, WLAN, (W)CDMA, etc)과 다양한 LCD 사이즈를 가진 이기종 터미널 환경을 고려하여 각 망이 제공할 수 있는 최대 대역폭에서 패킷 손실률을 측정하였으며 엔드 유저에게 최적의 QoE를 제공하기 위해서 Object 추출에 의한 LCD 사이즈에 최적화된 디스플레이 방안을 제안하였다. 또한, 실영상을 적용하여 본 제시한 알고리즘과 기존 연구를 비교 분석하고 패킷 손실률과 jerkiness효과를 동시에 고려하여 QoE 측면에서 가장 흔히 발생하는 문제점을 찾아 해결하기 위해 연구하였다. 여기서 얻은 끊김 현상은 혼성 비디오 측정 메트릭 안에 하나의 파라메터로 적용하여 사용자가 느끼는 고객체감 품질의 정밀도를 높였다. 객관적 혼성 비디오 측정 방법은 block distortion, blurring, edge busyness, color error and jerkiness측정요소로 디자인 되었다. 이는 또한 주관적 품질 평가 후 Pearson Correlation Coefficient 방법을 적용하여 객관적 품질 측정값의 정확성과 신뢰성을 증명하였다. 마지막으로 QoS 네트워크 품질 제어에 의존하지 않으면서 엔드단에서 block distortion 효과와 color를 이용하여 컨텐츠를 복원해주는 알고리즘을 제안하여 QoE가 향상됨을 보여주었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {ICU/DS08-23 2008
형태사항 xiii, 125 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 비공개 : 2011년 이후 공개 가능
저자명의 한글표기 : 김진술
지도교수의 영문표기 : Min-Soo Hahn
지도교수의 한글표기 : 한민수
학위논문 학위논문(박사) - 한국정보통신대학교 : 공학부,
서지주기 References : p. 113-117
주제 Bandwidth Allocation
IPTV
QoS
QoE
Design and Performance
대역폭 할당
서비스 품질
체감 품질
설계 및 성능
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