Αυτοδιαχειριζόμενα συστήματα παράδοσης πολυμεσικού περιεχομένου σε ασύρματα δίκτυα τύπου IPv6 που βελτιστοποιούν την ποιότητα εμπειρίας χρήστη

Abstract

This thesis addresses the problem of next-generation multimedia content management and delivery over advanced heterogeneous wireless networks based on IPv6, while also satisfying the multiple and often diverse objective quality of service requirements set by the end user towards satisfying this overall viewing experience. Attempting to address a number of recognized issues in composite service delivery environments today, this thesis through exhausted analysis proposes advanced methodologies enabling quality of service management over upper application layers, which either integrate not only efficient wireless resource allocation mechanisms but also objective information related to users’ overall quality of experience, that are dynamically and autonomically evaluated and processed in real-time, enabling the dynamic alteration and adaptation of the underlying resource allocation and content delivery mechanisms. Taking into consideration specific requirements, this thesis provides an enhanced content provisioning and delivery environment, which, through the dynamic user-system interaction, enables the system as a whole to independently manage its resources and the user to individually decide on his service quality, satisfying his needs and requirements in a number of usage scenario cases. Users’ decisions are based on usage experience criteria (content consumption and service utilization characteristics), on the objectively perceived quality of service, as well as on economic aspects (system and service pricing).The proposed system is capable of autonomically self-configuring and self-adopting to dynamic environmental changes or to user actions (requests for higher/lower service quality levels), acting either proactively or reactively imposing the minimum impact to the rest of the system. Towards this goal, the thesis closely examines unified autonomic architectural design issues, middle and higher level protocols and mechanisms (network-, transport-, application-layer) and their interconnections. It also proposes efficient solutions through protocol extensions and intuitive graphical user interfaces that facilitate effective interaction and user feedback to the quality of service and experience through monitoring and control of systems. On the business domain the study achieves an effective documentation, evaluation and demonstration of the benefits of commercially exploiting such a complete solution for any multiple-play Service Provider who aims to invest on advanced integrated unified and innovative access environments, facilitating the delivery and provisioning on of rich media applications on high end terminals (e.g. smartphones, tablets). The provided results illustrate that through the adoption of the proposed solutions and mechanisms the integrated system under consideration achieves the expected behavior, providing advanced flexibility not only in service access and delivery, but also in maintaining the requested service quality levels thus optimizing users’ experience. Respectively, results on system scalability and stability verify the applicability and efficacy of the proposed mechanisms, proving its independency of the system size.

Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετώνται διεξοδικά, θέματα παράδοσης ποιότητας υπηρεσιών και εφαρμογών πολυμεσικού περιεχομένου σε συστήματα τελευταίας γενιάς, που παρέχονται μέσω προηγμένων αυτόνομων ευρυζωνικών ασύρματων δικτύων πρόσβασης, διανομής και παράδοσης, βασισμένα στο διαδικτυακό πρωτόκολλο τύπου IPv6, με τη χρήση κριτηρίων ποιότητας υπηρεσίας που καθορίζονται μεταξύ άλλων και από την αποτίμηση εμπειρίας του τελικού χρήστη (QoE, Quality of Experience). Πιο συγκεκριμένα αντιμετωπίζεται ολοκληρωμένα το πολυσύνθετο πρόβλημα παροχής και διαχείρισης της ποιότητας υπηρεσίας ως προς την αντιλαμβανόμενη από το χρήστη εμπειρία αυτού, με δυναμικό τρόπο και σε πραγματικό χρόνο, αφενός μεν εκμεταλλευόμενοι πλήρως τα χαρακτηριστικά των υφιστάμενων μηχανισμών ελέγχου ποιότητας υπηρεσίας δικτύου QoS του εκάστοτε παρόχου, σε άμεση σύνδεση με τα χαρακτηριστικά ποιότητας της πολυμεσικής εφαρμογής βίντεο συνεχούς ροής (streaming) και αφετέρου επιτρέποντας στο χρήστη να επιλέγει κάθε φορά το επιθυμητό επίπεδο ποιότητας εμπειρίας του βάσει κριτηρίων χρήστης και κόστους μέσω επιχειρησιακών μοντέλων. Το προτεινόμενο σύστημα διαθέτει μηχανισμούς αυτό-διαχείρισης σε επίπεδο πόρων και εκπλήρωσης ώστε δυναμικά και κατ’ απαίτηση να μπορεί να αναδιοργανώνεται για να προσαρμόζεται αυτόνομα σε κάθε αναγνωριζόμενη κατάσταση δρώντας προληπτικά (proactive) ή/και αντιδραστικά (reactive) κατά περίσταση, με τις ελάχιστες δυνατές συνέπειες για τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος. Σε επιχειρησιακό επίπεδο, επιτυγχάνει μέσω στοχευμένων μοντέλων, να τεκμηριώσει, να αξιολογήσει και να αποτιμήσει στη πράξη τα οφέλη της εκμετάλλευσης μίας τέτοιας λύσης για τον πάροχο ενοποιημένων πολλαπλών-υπηρεσιών τελευταίας γενιάς (multiple-play Service Provider) που επιθυμεί να επενδύσει σε ενοποιημένα και καινοτόμα περιβάλλοντα διανομής και παράδοσης προηγμένων εφαρμογών εμπλουτισμένου πολυμεσικού περιεχόμενου (rich media applications) σε τερματικά χρηστών τελευταίας γενιάς (smartphones, tablets). Τα πειραματικά αποτελέσματα εφαρμογής σε πραγματικό περιβάλλον, αποδεικνύουν ότι μέσω της υλοποίησης των προτεινόμενων λύσεων το υπό μελέτη σύστημα επιτυγχάνει να διατηρεί την ικανότητα υποστήριξης, με αυτόνομο και αρμονικό τρόπο, βέλτιστης δυνατής ποιότητας υπηρεσίας προσφέροντας μεγάλη ευελιξία τόσο σε επίπεδο πρόσβασης και παραμονής στην υπηρεσία όσο και διατήρησης συγκεκριμένων ορίων διακύμανσης στη παρεχομένη ποιότητα διατηρώντας ικανοποιητικά επίπεδα εμπειρίας χρήστη. Αντίστοιχα βελτιωμένα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε θέματα κλιμακοσιμότητας (scalability) και σταθερότητας (stability) συστήματος σε σχέση με υφιστάμενες λύσεις μη δυναμικών συστημάτων, οι οποίες εξαρτώνται ισχυρά από τα χαρακτηριστικά κεντροποιημένων συστημάτων διαχείρισης ποιότητας υπηρεσίας (π.χ. MPLS), αποδεικνύοντας την εφαρμοσιμότητα των προτεινόμενων μηχανισμών σε συστήματα μεγάλης κλίμακας.