Multiple Live Videos Delivery in Underprovisioned Networks - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Multiple Live Videos Delivery in Underprovisioned Networks

Diffusion de flots vidéos dans des réseaux sous-provisionnés

Résumé

The proliferation of new devices (such as smartphones and tablets) promotes new multimedia services (e.g. user-generated live video broadcasting), as well as new streaming techniques (e.g. rate-adaptive streaming). As a matter of fact, scientists observe a formidable, sustainable growth of Internet traffic related to video streaming. Yet, network infrastructures struggle to cope with this growth and it is now frequent that a delivery network is insufficiently provisioned. Such underprovisioning problem is more severe for live videos due to its real-time requirement. In this thesis, we focus on bandwidth efficient video delivery solutions for live streaming in underprovisioned video delivery networks. Specifically, we have two main contributions: (1) a user-generated live videos sharing system based on peer-to-peer (P2P) technique, and (2) a live rate-adaptive streaming system based on Content Delivery Network (CDN). First of all, we built an multioverlay P2P video sharing system which allows Internet users to broadcast their own live videos. Typically, such a system consists of multiple P2P live video streaming systems, and faces the problem of finding a suitable allocation of peer upload bandwidth. We designed various bandwidth allocation algorithms for this problem and showed how optimal solutions can be efficiently computed. Then, we studied the problem of delivering live rate-adaptive streams in the CDN. We identified a discretize streaming model for multiple live videos in modern CDNs. We formulated a general optimization problem through Integer Linear Programming (ILP) and showed that it is NP-complete. Further, we presented a fast, easy to implement, and near-optimal algorithm with approved approximation ratios for a specific scenario. This work is the first step towards streaming multiple live rate-adaptive videos in CDN and provides a fundamental theoretical basis for deeper investigation. Last, we further extended the discretized streaming model into an user-centric one which maximizes the overall satisfaction of an user population. Further, we presented a practical system, which efficiently utilizes CDN infrastructure to deliver live video streams to viewers in dynamic and large-scale CDNs. The benefits of our approaches on reducing the CDN infrastructure capacity is validated through a set of realistic trace-driven large-scale simulations. All in one, this thesis explores bandwidth efficient live video delivery solutions in underprovisioned delivery network for multiple streaming technologies. The aim is to maximally utilize the bandwidth of relay nodes (peers in P2P and forwarding equipments in CDN) to achieve an optimization goal.
Avec la prolifération de nouveaux appareils (tels que les smartphones et tablettes), de nouveaux services multimédias (e.g. vidéo en direct généré par les utilisateurs), ainsi que de nouvelles techniques de diffusion (e.g. le streaming adaptatif) sont apparues. Les scientifiques observent une croissance formidable du trafic Internet lié au streaming vidéo, au point que les réseaux de distribution peuvent être insuffisamment provisionné. Ce problème est particulièrement sévère pour les vidéos en direct en raison de sa condition en temps réel. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur des solutions de diffusion vidéo en direct efficaces en bande passante depuis les réseaux sous-provisionnés. Nous avons deux contributions principales: (1) un système basé sur les réseaux pair-à-pair(P2P) pour partager des vidéos en direct générées par les utilisateurs, et (2) un système de streaming des vidéos en direct en débit adaptatif reposant sur un Content Delivery Network(CDN). Dans le cas du système de partage de vidéos basé sur les réseaux P2P, un problème apparaît quand il y a de multiples vidéos dans le système car chaque pair doit alors allouer ses ressources parmi de nombreux réseaux P2P. Nous avons conçu différents algorithmes pour ce problème et montré comment des solutions optimales peuvent être calculées rapidement. Ensuite, nous avons étudié le problème de diffuser des vidéos en direct adaptatif dans le CDN. Pour ce problème, nous avons identifié un modèle de " streaming discrétisé ", et formulé un problème d'optimisation général qui est NP-complet. En outre, nous avons présenté un algorithme rapide, facile à mettre en oeuvre, et quasi-optimal pour un scénario spécifique. Ce travail est la première étape vers le streaming des vidéos en direct multiples avec débit adaptatif dans CDN. Enfin, nous avons étendu le modèle discrétisé général à un modèle centré sur les utilisateurs, qui maximise la satisfaction d'une population d'utilisateurs. Nous avons présenté un système pratique, qui utilise efficacement l'infrastructure CDN pour fournir des flux vidéos en direct aux téléspectateurs. Les avantages de nos approches sur la réduction de la capacité de l'infrastructure CDN sont validés par un ensemble de simulations à grande échelle réalistes. Plus généralement, cette thèse explore des solutions de diffusion vidéo en direct efficace dans des réseaux de distribution sous-provisionnés pour plusieurs technologies de streaming. L'objectif est d'utiliser au maximum la bande passante de noeuds relais (pairs dans P2P et les équipements de CDN) pour atteindre un objectif d'optimisation.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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tel-00978741 , version 1 (14-04-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00978741 , version 1

Citer

Jiayi Liu. Multiple Live Videos Delivery in Underprovisioned Networks. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Télécom Bretagne, Université de Rennes 1, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00978741⟩
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