Adaptive video streaming over openflow networks with quality of service

Abstract

Çokluortam akıtma uygulamalarının kaliteli servis ihtiyaçları en iyi çaba (best-effort) mantığıyla çalışan internet tarafından her zaman karşılanamaz. Servis kalitesini sağlamak amacıyla son yirmi yıl boyunca birçok ağ mimarisi ortaya atıldı, fakat şu ana kadar hiçbiri başarılı olamadı ve yaygınlaşamadı. Bu tezde çokluortam akıtımı için servis kalitesi sağlayan yeni bir mimari ortaya atıyoruz. Sunacağımız mimari bir Yazılım-Tanımlı Ağ (Software-Defined Networking) örneği olan ÖzgürAkış (OpenFlow) üzerine kurulmuştur. ÖzgürAkış'ın ileri ağ kontrol özelliğini kullanarak, mimarimiz üzerine dinamik olarak baştan sona kaliteli çokluortam servis yönlendimesini eniyileyen bir çerçeve öneriyouz. Kapsamlı olarak gerçekleştirdiğimiz simulasyon sonuçlarına göre önerdiğimiz mimari ve eniyileme çerçevesi günümüz internet mimarisinin en kısa yol yönlendirmesinden çok daha iyi performans gösteriyor. Buna ek olarak, sunduğumuz çerçevenin büyük ağlarda ölçeklenebilir kılmak için ÖzgürAkış'a yeni bir dağıtık sistem dizaynı ve buna bağlı dağıtık bir eniyileme çerçevesi öneriyoruz. Yaptığımız çalışmalar gösteriyor ki, önerdiğimiz çözümümüz genel(global) eniyi çözüme çok yaklaşıyor ve çok büyük, çoklu alanlı ağlara da uygulanabiliyor. Ayrıca bu fikirleri gerçek ağlar üzerinde uygulamak için bir kontrol edici (controller) yazılımı ürettik ve üniversitemize gerçek bir ÖzgürAkış ağı kurduk. Gerçek ağ üzerinde yaptığımız testler önceki simülasyonlarımızı doğruladı ve gösterdi ki, bu yeni mimari ile kesintisiz ve kaliteli vidyo servisini garantileyebiliyoruz.

Multimedia streaming applications have stringent Quality of Service (QoS) requirements which cannot be always met by the best-effort Internet. To provide QoS, several QoS architectures have been explored over last two decades, but none of them has been truly successful and globally implemented. This thesis presents a novel QoS architecture for multimedia streaming based on OpenFlow, a Software Defined Networking (SDN) paradigm that has already attracted many commercial vendors and recently being deployed throughout the world. We leverage off OpenFlow's enhanced network control capabilities to deliver multimedia with QoS. On top of OpenFlow, we propose an optimization framework for dynamic QoS routing which fulfills the required end-to-end QoS by dynamically optimizing the routes of the multimedia traffic. Our extensive simulation results show that the proposed architecture and the optimization framework on routing significantly improves the QoS of the multimedia streaming compared to traditional shortest path routing in the Internet. In addition, we extend our framework for large scale multi-domain OpenFlow networks. We propose a distributed control plane architecture and present new methods for dynamic inter-domain QoS routing by addressing the messaging between OpenFlow controllers and the network scalability. We show that the proposed solution to the distributed routing closely approaches the globally optimal routing and nicely scales to large networks. We also implement a controller software to demonstrate the performance of our approach over a real OpenFlow network deployed in our campus. Our experimental results on the real network acknowledge our simulation results and show that we can guarantee seamless video delivery with little or no video artifacts experienced by the end users.