Multiple-description coded streaming video multicast over software-defined networks

Abstract

Video internetin en önemli uygulamalarından biri haline geldi. Video akışı sağlıyan uygulamaların birçoğu CDN kaynağından, video talep eden çokça kullanıcıya dağıtılır. Fakat, günümüz internetinin programlanabilir olmayan yapısından dolayı, IP çoğa gönderim tabanlı uygulamaların geniş kitlelere ulasamamaktadır. Çoğa gönderim video akışı için kullanılan çözümlerden birisi, uygulama katmanında çoğa gönderim yapmaktır. Fakat bu teknik, iletişim ağı için ise trafik yoğunluğunun ve kullanıcılar için gecikmenin artmasına sebep olur. Bu calısma, SDN tabanlı, ag denetleyicisinin bir kaynak ve kullanıcılar arası IP çoğa gönderim servisini sagladığı gibi, basit bir üst seviye yönelimli(northbound) arayüz ile coklu betimlenmis video icerigi barındıran dağıtık kaynakları da kontrol ettigi bir cerceve uzerinedir. Bu çalışmada standart ve öncelikli (premium) kullanıcılar olduğunu varsaydık. Standart kullanıcılar video nun tek betimlemesini (description) alırken, öncelikli kullanıcılar birden fazla betimlemesini alabiliyor. Öncelikli kullanıcılar, farklı kaynaklardan, aynı anda sözbu betimlemeleri alıp, oynatımdan önce birleştirerek, video kalitesini arttırmaktadırlar. Bu çalışmada kontrolör -kullanıcılardan aldığı bilgi ışığında- dinamik bir multicast ağacı inşa edip, bu ağacın yenilenmesini sürdürerek, çoğa gönderim rotaları oluşturur. SDN tabanlı çoğa gönderim video akışının performansını değerlendirme amacıyla, deneysel kurulum Mininet ile inşa edildi. Bu çalışmada, SDN tabanlı çoğa gönderim video akış metodolojisinin, günümüz SDN tabanlı olmayan uygulama katmanındaki multicast çözümlerine oranla, yoğun trafik bulunan ağlar için, video PSNR değerini kayda değer şekilde arttırdığı gözlemlenmiştir.

Video has become one of the most prominent applications of the Internet. Manyof the video streaming applications involve the distribution of content from a CDNsource to a large population of interested clients. However, widespread support ofIP-Multicast has been unavailable to a large extent due to technical and economicalreasons, all stemming from the non-programmable nature of today's Internet. Asa solution, streaming multicast video is commonly operated using application levelmulticast. However, this technique introduces excessive delays for the clients andincreased traffic load for the network. This thesis is concerned with the introductionof a SDN based framework that allows the network controller to not only deploy IP-Multicastbetween a source and subscribers, but also control, via a simple northboundinterface, the distributed set of sources where multiple-description coded video contentis available. Standard and premium users are envisioned. While standard subscribersare to receive one of the descriptions of the video, premium subscribers will receivemultiple descriptions, each from a different source, simultaneously and combine thesedescriptions prior to playback for increased video quality. In the framework, thecontroller constructs and maintains a dynamic multicast tree from each source andformulates the associated multicast routes. An experimental testbed has been setupon Mininet to assess the performance of the SDN-based streaming multicast videoapplication using QoS performance metrics on a well-known test videos. We observethat for medium to heavily loaded networks, relative to todays solution of applicationlayer multicast in a non-SDN network, the SDN-based streaming multicast videoframework increases the PSNR of the received video significantly, from a level that ispractically unwatchable to one that has good quality.