The demand for video streaming services by mobile devices worldwide is increasing rapidly. The additional delay caused by the core network and the radio access network of the wireless network between the cache server of the conventional content delivery network and the mobile user degrades the Quality-of-Experience (QoE) in the streaming of the high-quality video. Generally, in the mobile environment, video transmission is a heavy load on high-speed wireless backhaul such as LTE and LTE-A, and a solution for improving network performance is required. As a solution to this problem, in a mobile edge computing (MEC) environment, a cache server is hosted in a base station very close to a mobile user, thereby guaranteeing video streaming QoE to a mobile user and reducing network load on the core network in wireless due to video transmission. However, the cache server in the MEC environment has a limited storage space compared to the servers in the existing content delivery network, and accordingly, a new caching scheme suitable for a low capacity storage space is required to improve the efficiency of the cache server in MEC. In general, content providers such as Yotube and Netflix adopt dash streaming for video streaming. It provides streaming by dividing a video file into chunks of files which can be played for a certain period of time. In particular, with live DASH streaming, chunks requested by users change over time, therefore, cache server efficiency can be improved in MEC environment through chunked caching.
This thesis proposes a new cache management scheme for live dash streaming in MEC environments. The proposal scheme is a two-phase cache management scheme that estimates the popularity of live media based on the number of requests similar with existing scheme in phase 1 and estimates the request probability of chunks in each live channel formatted DASH over time in phase 2. Based on the estimated chunk request probability, proposal scheme perform selective caching for chunks which have high popularity or high request probability and guarantee high cache performance and QoE of users who request live dash stream. As an evaluation of the proposal scheme, we configure the environment in which users receive live DASH stream from a single MEC cache server and compare with existing cache scheme. Compared with the existing cache scheme, the proposal scheme can improve the cache performance and QoE of users watching live DASH streaming by selective chunk caching and prefetching.
전 세계적으로 모바일 디바이스에 의한 비디오 스트리밍 서비스의 요청이 급증하고 있다. 기존의 콘텐츠 전송 네트워크의 캐시 서버와 모바일 유저 사이에 wireless 망의 코어 네트워크 및 Radio Access Network 에서의 처리 지연은 고화질 영상 스트리밍 서비스의 품질을 저하시키는 주요한 요인이 되고 있다. 일반적으로 모바일 환경에서 비디오 전송은 LTE, LTE-A 와 같은 고속 wireless 망의 backhaul에 큰 부하가 되고 있으며 네트워크 성능 향상을 위한 해결 방안이 요구되고 있다. 이러한 문제점에 대한 해결방안으로 모바일 엣지 컴퓨팅(MEC) 환경을 구축하여 모바일 사용자와 매우 가까이 위치한 기지국에 캐시 서버를 배치하는 방안을 도입하게 되면, 사용자에게 모바일 비디오 스트리밍의 품질을 보장하고, 또한 효율적인 캐싱 방식을 통해 비디오 전송에 따른 코어 네트워크의 부하를 감소시킬 수 있을 것이다. 그러나 MEC 환경에서의 캐시 서버는 기존 콘텐츠 전송 네트워크의 서버와 비교해 상대적으로 제한된 저장 공간을 가지고 있으며, 캐시 서버의 효율적인 운용을 위해 상대적으로 제한된 스토리지 공간에 맞는 새로운 캐시 기법이 요구된다. 일반적으로 Yotube, Netflix 와 같은 콘텐츠 제공자는 비디오 스트리밍에 있어서 DASH 스트리밍 방식을 채택하고 있다. 비디오 파일을 일정 시간 재생이 가능한 chunk 단위의 파일로 나누어 스트리밍을 제공하는데 특히 라이브 DASH 스트리밍의 경우, 시간에 따라 유저들이 요청하는 chunk 가 변하므로 chunk 별 캐싱을 통해 MEC 환경에서의 캐시 서버 성능 개선이 가능하다.
본 논문에서는 MEC 환경에서의 라이브 DASH 스트리밍에 대한 새로운 캐시 관리 기법을 제안한다. 제안 기법은 Two-phase 로 이루어지는데 phase 1 에서 기존 기법의 요청 수에 기반하여 라이브 미디어에 대한 인기도를 추정하고 phase 2 에서 라이브 DASH 스트리밍의 각 채널상의 chunk 별 시간에 따른 요청 확률 추정을 수행한다. 추정된 요청 확률을 기반으로 다수의 유저로부터 발생하는 라이브 DASH 스트리밍 요청에 대해서 인기도가 높은 미디어와 현재 요청 확률이 높은 chunk 에 대해서 선별적으로 caching을 수행함으로써 높은 캐시 성능과 유저들의 Quality of Experience (QoE) 를 보장한다. 최종적으로 제안 기법에 대한 평가로 단일 MEC 캐시 서버로부터 유저들이 라이브 DASH 스트리밍을 제공받는 환경을 구성하고 기존의 캐시 기법과 비교 실험을 진행하였다. 제안 기법이 기존의 캐시 기법과 비교하여 라이브 DASH 스트리밍에 대해서 chunk 단위의 캐싱 수행과 선별적인 프리페칭을 통해 높은 캐시 성능과 이를 시청하는 유저들의 QoE를 향상시킬 수 있음을 확인하였다.