A policy-based framework towards smooth adaptive playback for dynamic video streaming over HTTP

Abstract

The growth of video streaming in the Internet in the last few years has been highly significant and promises to continue in the future. This fact is related to the growth of Internet users and especially with the diversification of the end-user devices that happens nowadays. Earlier video streaming solutions didn´t consider adequately the Quality of Experience from the user’s perspective. This weakness has been since overcame with the DASH video streaming. The main feature of this protocol is to provide different versions, in terms of quality, of the same content. This way, depending on the status of the network infrastructure between the video server and the user device, the DASH protocol automatically selects the more adequate content version. Thus, it provides to the user the best possible quality for the consumption of that content. The main issue with the DASH protocol is associated to the loop, between each client and video server, which controls the rate of the video stream. In fact, as the network congestion increases, the client requests to the server a video stream with a lower rate. Nevertheless, due to the network latency, the DASH protocol in a standalone way may not be able to stabilize the video stream rate at a level that can guarantee a satisfactory QoE to the end-users. Network programming is a very active and popular topic in the field of network infrastructures management. In this area, the Software Defined Networking paradigm is an approach where a network controller, with a relatively abstracted view of the physical network infrastructure, tries to perform a more efficient management of the data path. The current work studies the combination of the DASH protocol and the Software Defined Networking paradigm in order to achieve a more adequate sharing of the network resources that could benefit both the users’ QoE and network management.

O streaming de vídeo na Internet é um fenómeno que tem vindo a crescer de forma significativa nos últimos anos e que promete continuar a crescer no futuro. Este facto está associado ao aumento do número de utilizadores na Internet e, sobretudo, à crescente diversificação de dispositivos que se verifica atualmente. As primeiras soluções utilizadas no streaming de vídeo não acomodavam adequadamente o ponto de vista do utilizador na avaliação da qualidade do vídeo, i.e., a Qualidade de Experiência (QoE) do utilizador. Esta debilidade foi suplantada com o protocolo de streaming de vídeo adaptativo DASH. A principal funcionalidade deste protocolo é fornecer diferente versões, em termos de qualidade, para o mesmo conteúdo. Desta forma, dependendo do estado da infraestrutura de rede entre o servidor de vídeo e o dispositivo do utilizador, o protocolo DASH seleciona automaticamente a versão do conteúdo mais adequada a essas condições. Tal permite fornecer ao utilizador a melhor qualidade possível para o consumo deste conteúdo. O principal problema com o protocolo DASH está associado com o ciclo, entre cada cliente e o servidor de vídeo, que controla o débito de cada fluxo de vídeo. De facto, à medida que a rede fica congestionada, o cliente irá começar a requerer ao servidor um fluxo de vídeo com um débito menor. Ainda assim, devido à latência da rede, o protocolo DASH pode não ser capaz por si só de estabilizar o débito do fluxo de vídeo num nível que consiga garantir uma QoE satisfatória para os utilizadores. A programação de redes é uma área muito popular e ativa na gestão de infraestruturas de redes. Nesta área, o paradigma de Software Defined Networking é uma abordagem onde um controlador da rede, com um ponto de vista relativamente abstrato da infraestrutura física da rede, tenta desempenhar uma gestão mais eficiente do encaminhamento de rede. Neste trabalho estuda-se a junção do protocolo DASH e do paradigma de Software Defined Networking, de forma a atingir uma partilha mais adequada dos recursos da rede. O objetivo é implementar uma solução que seja benéfica tanto para a qualidade de experiência dos utilizadores como para a gestão da rede.