Actividad Lab. #8 - Congestión de Redes

Resumen de:

Congestion Control for Scalable Video Streaming Using the Scalability Extension of H.264/AVC

Autores: Dieu Thanh Nguyen and Joern Ostermann

IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN SIGNAL PROCESSING, VOL. 1, NO. 2, AUGUST 2007

Mencionan que en la actualidad la demanda del video streaming ha crecido en gran medida, ya que la mayoría de los servicios que hay en internet ofrecen de diferentes formas contenido presentado de esta forma, como puede ser video streaming de servicios como youtube, dailymotion donde el video se descarga normalmente a nuestra computadora mientras se reproduce o servicios de video on demand donde el video se descarga y se “decodifica” para que lo podamos ver, o también video streaming de transmisiones en vivo, donde puede ocurrir algo parecido al video on demand.

Cada una de estas formas de prestar el servicio de streaming acusa un congestionamiento o saturación de la red, ya que la mayoría de las aplicaciones consumen la mayor parte del ancho de banda que se encuentre disponible dejando sin recursos a otras aplicaciones o usuarios incluso afectando a sí mismos si el ancho de banda no es el adecuado que se ve reflajado como pérdida de paquetes, retrasos, etc.

La propuesta de este paper es una especie de algoritmo para controlar en gran medida el congestionamiento de las redes al utilizar servicios de streaming, la idea que proponen es que este algoritmo se encuentre en funcionamiento directamente en los servidos de las aplicaciones de streaming y no en los clientes (que sería lo más entendible), se busca que este algoritmo sea capaz de optimizar totalmente el flujo de datos teniendo en cuenta las carencias de la red del cliente que se conecte para así no saturar su propia red ni la del cliente, y tener más oportunidades de ofrecer un mejor servicio al momento de la conexión de un gran número de clientes a la vez.

Un aspecto importante a mencionar en el paper es el formato/codificación para video que proponen para mejorar el flujo cuando se hace streaming, que ya desde hace tiempo varias organizaciones han buscado su estandarización y que al parecer a la fecha la norma se quedó en H.264/AVC.

Estos formatos permiten organizar la información contenida en el video de manera que se pueden producir grandes calidades de imagen a menores cantidades de espacio, debido a sus mecanismos de compresión/descompresión por lo que son ideales para aplicaciones para hacer streaming.

Arquitectura del sistema propuesto

Debido a que las aplicaciones de video streaming se ejecutan usando UDP como protocolo de transporte y no TCP, se desaprovechan algunas opciones de este último como el hecho de poder reducir la latencia mediante retransmisión de paquetes, además el protocolo UDP no provee mecanismos para controlar la congestión de la red (TCP si lo hace) y al querer implementar algo para arreglar esto, es necesario que lo que se cree se ejecute en la capa de aplicación del UDP.

Para la estimación del ancho de banda disponible y evitar la congestión de la red, el algoritmo propuesto identifica los cuellos de botella, es decir los puntos en los que la conexión se reduce considerablemente evitando el flujo de la información, con estos embotellamientos detectados procede a disminuir la carga del flujo de información con el fin de no presionar el embotellamiento y causar más caos, y recalcula estos embotellamientos constantemente para decir el tamaño del flujo.

Debido a que la estimación del ancho de banda puede fallar (se calcula el ancho de banda disponible pero la información de este llega retrasada por lo que el flujo de datos a enviar puede no ser el correcto en ese momento), también se propone un mecanismo que actúe en caso de que este error ocurra. La idea es tomar todos los paquetes recibidos y ordenarlos según su prioridad, debido a que el dato de la estimación del ancho de banda puede no ser correcto, estos paquetes se comienzan en enviar de manera que los de mayor prioridad sean los primeros y después los de menor prioridad.

Esto es debido a que el decodificador del video si puede reconstruir la estructura del video a partir de los paquetes con mayor prioridad (lo hace disminuyendo la calidad de video o con breves pérdidas de calidad) y no puede hacer esto partiendo de los paquetes con menos prioridad.

Esto se hace así con el fin de que si el ancho de banda no es el adecuado, solo se pierdan los paquetes de menor calidad y la transmisión del video pueda continuar.

Una imagen de la simulación del sistema con ns-2, donde se espera hacer streaming desde el servidor al cliente, el enlace entre las dos partes de simula utilizando dos routers (R1 y R2) y el cuello de botella será el el menor ancho de banda que produzca alguno de estos dos routers (1200kbit/s). El protocolo de envío de paquetes es UDP.

Los resultados de la simulación anterior comparándolo con los manejos de TCP y UDP se pueden ver en la siguiente gráfica:

Conclusiones

En conclusión se puede decir que la idea de estos tipos es buena, aunque se puede mejorar utilizando un sistema parecido pero ejecutándose en los clientes y que interactúe con el del servidor, de esta manera se puede obtener mayor precisión en los datos para los cálculos de los anchos de banda o el envío de información.

Y aunque a simple vista los resultados pueden ser favorables, un escenario simulado no ofrece con exactitud los mismos factores de un escenario real, por lo que el aplicar este sistema en escenarios reales puede que no arroje los mismos resultados que se muestran anteriormente.

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Referencias:

Dieu Thanh Nguyen and Joern Ostermann, "Congestion Control for Scalable Video Streaming Using the Scalability Extension of H.264/AVC", IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN SIGNAL PROCESSING, VOL. 1, NO. 2, AUGUST 2007
Link al paper -> http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=04276656