FMS를 사용하는 유틸리티 기반의 스케일러블 비디오 멀티캐스트 기법

Abstract

본 논문에서는 비디오 멀티캐스트에서 사용자 비동질성 (user heterogeneity) 문제를 해소하기 위해 스케일러블 비디오와 FMS (flexible multicast service)를 접목시킨 새로운 멀티캐스트 기법을 제안한다. 스케일러블 비디오는 서비스 형태에 따라 포맷을 변화시켜 컨텐츠를 가변적으로 사용할 수 있는 비디오 서비스이며, FMS는 송신측에서 전송 할 멀티캐스트 스트림이 여러 개일 때 멀티캐스트 스트림을 각각 분리하여 전송하는 서비스이다. 비디오 멀티캐스트에서 사용자들은 채널 환경, 사용가능한 에너지의 양, 비디오 품질과 에너지 소모량 사이의 선호도 등이 다르기 때문에 멀티캐스트 서비스를 받는 사용자 모두를 만족시키는 것은 어렵다. 그래서 본 논문에서는 스케일러블 비디오의 기본계층(base layer, BL)과 향상계층(enhancement layer, EL)을 각기 다른 스트림으로 분리하여 전송하는 기법을 제안한다. 이 때 BL 스트림과 EL 스트림은 FMS에서 각기 전송 시기가 다르며 사용자가 선택적으로 패킷을 수신할 수 있다. 이렇게 하면 사용자는 자신이 원하는 것에 가까운 서비스를 제공받을 수 있게 된다. 또한 제안기법에서는 멀티캐스트 전송 시 일반적으로 재전송이 없어 신뢰성이 떨어진다는 점을 고려하여 네트워크 부호화(network coding)를 사용하여 부호화한 패킷을 전송한다. 사용자의 효용을 나타내는 유틸리티는 비디오의 품질과 에너지 소모 그리고 사용자의 선호가 잘 반영될 수 있도록 정의한다. 사용자측에서는 EL 패킷의 전송 시에 주어진 전송환경을 고려하여 자신의 유틸리티가 최대가 되도록 행동을 결정한다. 송신 측에서는 이러한 사용자의 행동을 파악하고 모든 사용자의 유틸리티의 합이 최대가 되도록 EL의 전송속도와 전송 패킷 수를 결정한다. 시뮬레이션에 의하면 제안한 기법이 기존의 멀티캐스트에 비해서 15 ~ 34 %의 유틸리티 이득이 있어 사용자 비동질성 문제를 해소함을 확인할 수 있었다.

The thesis proposes a new multicast scheme which combines scalable video with FMS (flexible multicast service) for handling user heterogeneity problem in video multicast. In scalable video, content may be provided in a variable format depending on the service type. FMS is a service that the source separates the multicast streams and transmits respective streams at specific time, when the source has multiple multicast streams to transmit. In video multicast, it is difficult to satisfy the requirements of all users, because they differ in channel conditions, available energy capacity, preference between video quality and energy consumption, etc. In the proposed scheme, the BL (base layer) and the EL (enhancement layer) of the scalable video are separated into different streams and then transmitted. The BL and the EL streams have different transmission times and users can selectively receive those packets. As a consequence, users can receive services that are better tailored for individual users. Noting that multicast is unreliable in general because retransmission is not used, we transmit the coded packets by using network coding. We define the utility function to reflect the video quality, energy consumption and the preference of users. At the user side, users determine their actions to maximize their own utility considering their situation when EL packets are transmitted. At the source side, the source determines the PHY rate and the number of EL packets to maximize the sum of all users utilities after determining users behavior. Through simulations, we have confirmed that the proposed scheme has about 15 % to 34 % gain in utility over the legacy IEEE 802.11 multicast scheme and alleviates the user heterogeneity problem.