Management of Layered Variable Bitrate Multimedia Streams over DiffServ with A Priori Knowledge

Dreibholz, Thomas GND

The Internet is developing with a very high speed. Just a few years ago, its main applications were file transfer and e-mail access, all based on the best effort TCP/IP service over quite slow links. With the quickly growing deployment of high-speed Internet accesses, there is a growing demand for also using the Internet in application scenarios like real-time multimedia streaming, particularly for audio and video on demand services. However, such multimedia applications do not only require sufficient bandwidth. They have stricter quality of service demands, like e.g. an upper bound on the transfer delay to ensure interactivity for their users. In the context of this thesis, a system for the cost-efficient transfer of variable bitrate multimedia streams over Differentiated Services (DiffServ) is presented and evaluated. This system supports layered transmission, i.e. streams may be partitioned into sub-streams denoted as layers (e.g. a video layer and an audio layer). Distinct layers may have different priorities as well as quality of service requirements and may therefore use different DiffServ classes for data transmission. Also, the streams may be scalable, i.e. the quality of the transferred media may be decreased in order to reduce the bandwidth requirements when bandwidth becomes scarce. Particularly, the system makes use of the fact that media files in e.g. a video on demand library can be analyzed a priorily. The information that is computed during the offline analysis is used to realize a dynamic and cost-efficient transport of layer data over different DiffServ classes. Furthermore, the system applies an adaptive buffering to smooth the flows -- in order to save bandwidth -- while also taking care of the delay constraints.

Das Internet entwickelt sich mit rasanter Geschwindigkeit. Noch vor wenigen Jahren bestanden seine Anwendungen hauptsächlich aus Dateitransfer und E-Mail-Zugriff, alles basiert auf dem Best-Effort-Dienst von TCP/IP über relativ langsame Leitungen. Mit der schnell steigenden Verbreitung von Hochgeschwindigkeits-Internetzugängen besteht jedoch ein wachsender Bedarf zur Nutzung des Internets auch in Anwendungsszenarien wie Echtzeit-Multimediastreaming, insbesondere für Audio- und Video-on-Demand-Dienste. Allerdings benötigen solche Multimediadienste nicht mehr nur eine ausreichende Bandbreite. Diese Dienste haben strengere Anforderungen an die Dienstgüte des Netzwerkes, wie z.B. eine obere Schranke für die Übertragungsverzögerung zur Sicherstellung der Interaktivität für seine Nutzer. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein System zur kosteneffizienten Übertragung von Multimedia-Strömen mit variabler Datenrate über Differentiated Services (DiffServ) vorgestellt und evaluiert. Dieses System ermöglicht gelayerte Übertragung, das heißt die Ströme können in als Layer bezeichnete Unterströme unterteilt werden (z.B. ein Video-Layer und ein Audio-Layer). Unterschiedliche Layer können verschiedene Prioritäten sowie Dienstgüteanforderungen besitzen und daher verschiedene DiffServ-Klassen zur Datenübertragung verwenden. Des Weiteren können die Ströme skalierbar sein, das heißt die Qualität der übertragenen Medien kann reduziert werden, um den Bandbreitenbedarf bei Bandbreiteknappheit zu verringern. Im Besonderen macht das System Nutzen von der Eigenschaft, daß z.B. im Falle einer Video-on-Demand-Bibliothek die Mediendaten a priori analysiert werden können. Die Informationen, welche in einer Offline-Analyse berechnet werden, werden dann zur Realisierung eines dynamischen und kosteneffizienten Transports von Layer-Daten über verschiedene DiffServ-Klassen genutzt. Zudem verwendet das System eine adaptive Pufferung zur Glättung von Strömen um -- unter Berücksichtigung der Verzögerungsrandbedingungen -- Bandbreite einzusparen.

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Dreibholz, T., 2012. Management of Layered Variable Bitrate Multimedia Streams over DiffServ with A Priori Knowledge.
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