With increasing needs of a live video streaming service to mobile devices, peer-to-peer video delivery is required to provide seamless quality of video even if a user moves across heterogeneous networks. The key challenge to provide a seamless peer-to-peer live video delivery over mobile heterogeneous networks is to handle dynamic changes of networks due to vertical handoff. In order to adapt to network dynamics, lots of path adaptation schemes have been proposed to construct a new overlay path for routing efficiency and to handle a bandwidth heterogeneity problem of different access networks. However, there has been little attention on user's video quality during path adaptation.
A mobile user may suffer from video quality degradation during path adaptation due to (1) insufficient path capacity of a new overlay path; (2) congestive losses when roaming with the previous rate preserved; and (3) adaptation delay imposed by a series of procedures for path adaptation. In order to minimize the service disruption due to adaptation delay, a multi-path handoff support which allows receiving packets via both of old network and new one in their overlapped coverage is required. However, it causes shared bottleneck problem which hinders proper path adaptation.
In this dissertation, we propose a path adaptation scheme for peer-to-peer live video delivery to minimize the video quality degradations during vertical handoff. The proposed scheme consists of two specific adaptation algorithms: (1) QoS-aware path selection with active probing; and (2) conservative rate adaptation with redundancy control. We exploit active probing flows to obtain path capacity information by estimating available bandwidths of potential overlay paths and detecting shared bottleneck links. Using this path capacity information about the potential paths, a mobile user can choose a new overlay path which can provide the best QoS among the potential paths. After constructing a new overlay path, the roaming receiver starts to adapt its reception rate conservatively to the new overlay path with controlling the redundancy from the old overlay path.
In order to evaluate the performance of the proposed scheme, we have conducted ns-2 simulations. The results show that the proposed scheme seamlessly handles the user mobility in peer-to-peer live video delivery with minimized video quality degradation.
이동 단말에서 실시간 비디오를 시청하기 위한 요구가 높아지면서 사용자가 서로 다른 네트워크로 이동할 때에도 비디오 품질의 저하가 없는 피어 투 피어 기반의 비디오 전송 서비스가 필요하게 되었다. 피어 투 피어 비디오 전송 서비스에서 이종망간 이동성에 따른 가장 큰 문제점은 바로 가용 네트워크 자원이 동적으로 변화한다는 것이다. 이러한 이동성에 따른 네트워크 자원의 변화에 대응하기 위해 기존의 연구에서는 오버레이 경로를 바꾸거나 비디오 수신률을 조절하여 데이터 전송이 끊기지 않도록 하였다. 그러나 이들은 이동성에 따른 네트워크의 다양성 문제를 해결하는 방법에 초점을 맞추었을 뿐, 실시간 비디오 사용자가 이동 중에 발생할 수 있는 비디오의 품질 변화에 대해서는 크게 관심을 가지지 않았다.
그러나 이러한 적응 과정 중에 사용자는 수신 비디오의 품질 저하를 겪을 수 있는데, 이는 (1) QoS가 부족한 전송 경로를 선택하거나, (2) 기존 네트워크에서의 수신률을 그대로 보존하며 새로운 네트워크로 이동하여 네트워크 혼잡을 일으키거나, (3) 이러한 적응 과정이 끝나기 전에 기존의 오버레이 경로가 끊겨서 패킷 손실을 겪거나, (4) 새로운 오버레이 경로를 찾을 때 공유된 병목 구간에서 잘못된 측정값에 의해 적응 과정이 방해를 받을 때이다.
이러한 피어 투 피어 사용자의 실시간 수신 비디오의 품질 저하 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 비디오 품질 저하를 최소화 하는 피어 투 피어 전송 경로 적응 기법을 제안한다. 본 기법에서는 (1) 잠재적인 전송 경로의 송신 능력을 평가한 결과로 새로운 전송 경로를 선택하고, (2) 중복되는 데이터를 제거하면서 네트워크 혼잡을 피하면서 수신률을 조심스럽게 증가시켜 핸드오프 동안 사용자의 비디오 품질 저하를 최소화 하도록 한다. 먼저 핸드오프가 예상될 경우, 이전 경로를 통한 데이터의 수신을 유지한 상태에서 새로운 부모 노드 후보 들로부터 일련의 조사 데이터를 전송하도록 한다. 이를 통해 새로운 전송 경로의 송신 능력을 평가하여 가장 좋은 전송 품질을 제공하는 전송 경로를 선택한다. 다시 새로운 전송 경로에 적응하기 위해 수신률을 점점 증가시키는 동시에 기존의 전송 경로를 통해 수신하는 중복된 데이터의 양을 줄여나간다.
본 기법의 성능 평가를 위해 피어 투 피어 기반의 실시간 비디오 서비스를 구현한 ns-2 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 제안된 기법을 사용하면 수신 비디오의 품질 저하를 최소화한 상태에서 서로 다른 네트워크로 이동할 수 있음을 확인하였다.
