Recently, the growing dispersion of mobile devices equipped with IEEE 802.11 module increases the demands for real-time multimedia applications over wireless networks. Furthermore, the demands are moving toward higher-quality video service according to the improvement of physical data rates in IEEE 802.11 standards. Accordingly, wireless mesh networks (WMNs) based on IEEE 802.11 has emerged as one of the promising technology for supporting network access to mobile users because of its comparative advantages including easy deployment, low installation cost, high data link speed and diverse routing paths. In order to support higher-quality video services at relatively low bit rate, H.264 video coding standard was proposed by JVT (Joint Video Team). Currently, H.264 is widely used in various video applications because of its coding efficiency and network-friendly features. However, providing the data-intensive and delay-sensitive video services over WMNs is challenging because WMNs are easily suffered from channel interferences and are prone to congestion. These characteristics increase end-to-end delay and packet loss so that some video packets cannot be delivered at the receiver on time. Therefore, it is difficult to guarantee the quality of video service over WMNs.
In this thesis, we propose Early Drop scheme for enhancing the quality of H.264 video delivery over WMNs. The proposed scheme mainly concentrates on the playout time of video frames and takes advantage of the H.264 video coding features. The scheme assigns the delay budget, which represents the remaining time until its playout time, to each video packet. Using the delay budget, an intermediate mesh router drops the video packets which cannot be decoded at the destination node due to the excess of its playout time. Also, we differentiate the delay budget based on the importance of H.264 video frames to ensure the transmission of more important video frames such as I-frame. Therefore, we can save the network bandwidth and reduce video frame distortion under network congestion.
The proposed method is implemented as a module in the EXATA network simulator and evaluated by OEFMON (An Open Evaluation frame work for Multimedia Over Networks). The simulation results demonstrate that the proposed method achieves lower end-to-end delay, frame loss ratio and better PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) than 802.11e EDCA mapping approach.
IEEE 802.11기반 무선 메쉬 네트워크의 불안정한 채널 상태로 인해 발생하는 패킷 손실과 전송 지연은 실시간 멀티미디어 서비스 품질을 저하시킨다. 특히, 네트워크 혼잡 상황에서 대화형 멀티미디어 서비스는 제한된 재생시간(playout time)으로 인해 서비스 품질 보장이 어렵다. 본 논문에서는 무선 메쉬 네트워크에서 H.264 비디오 코딩을 이용한 대화형 멀티미디어 전송시 서비스 품질을 향상시키기 위한 Early Drop 기법을 제안한다. Early Drop 기법은 비디오 프레임의 재생시간과 H.264로 인코딩 된 비디오프레임의 중요도를 고려하여 네트워크 혼잡 시 발생하는 큐잉 지연(queuing delay)과 queue overflow로 인한 비디오 서비스 품질 저하를 효과적으로 개선하기 위해 개발되었다. 계층간 최적화(Cross-Layer)기법을 사용하여 각 비디오 패킷 별로 재생시간까지 남은 시간을 의미하는 delay budget을 할당하고 전송 중 재생시간 초과로 인해 목적지 노드에서 재생되지 못하는 비디오 패킷을 전송초기 손실 시켜 무선대역폭 낭비와 전송 지연을 최소화 한다. 또한, H.264 비디오 프레임 타입별 중요도를 고려하여 차별화 된 delay budget을 할당해 중요도가 높은 비디오 프레임의 전송을 보장하여 비디오 전송 품질을 높인다. 성능 검증을 위해서 네트워크 시뮬레이터인 EXATA를 통해 제안하는 기법을 구현하였고 OEFMON을 통해 실시간 비디오의 전송 및 서비스 품질을 평가했다. 네트워크 혼잡 시 Early Drop 기법은 기존에 제안된 IEEE 802.11e 기반의 H.264 비디오 전송기법과 비교 했을 때 전송지연과 프레임 손실률을 최소화 하여 보다 향상된 비디오 전송 품질을 보였다.
