CC BY
35
94
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
АНАЛИЗ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АДАПТИВНОГО ВИДЕО СТРИМИНГА
© Ястребова М.А.*
Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов
В статье проведен анализ методов адаптивной потоковой передачи медийной информации при использовании протоколов TCP/HTTP. Приведено аналитическое решение повышения производительности видео стриминга.
Ключевые слова: передача медиаданных, адаптивная потоковая передача, TCP, HTTP, производительность видео стриминга.
Последнее десятилетие показало значительный рост популярности приложений потоковой передачи данных мультимедиа через Интернет. Сегодня существует множество мультимедийных сервисов, таких как прослушивание музыки онлайн, онлайн-радио, Интернет-телевидение и видео по запросу. Вследствие особенностей, присущих сервисам, доставляющим медиа-данные, обеспечение гарантий качества обслуживания при использовании сетей с коммутацией пакетов по-прежнему остается сложной задачей.
Согласно прогнозам Cisco (2013-2018 гг.), ежегодный глобальный IP трафик к концу 2018 года достигнет зеттабайта (1021 байт) в год [2]. Прогнозы относительно глобального потребления Интернет видео представлены ниже (рис. 1).
Так как надежная передача в TCP основана на подтверждениях полученных сегментов и повторной передаче потерянных, пропускная способность TCP r ограничена максимальным размером сегмента (MSS, Maximum Segment Size) и временем кругового обращения (RTT, Round-Trip Time) [1]. Таким образом, перспективным методом повышения производительности TCP стриминга является организация передачи медиа контента с использованием множественных параллелельных TCP/HTTP соединений.
В [4] предложена аналитическая модель производительности множественного параллельного запрос-ответ (Request-Response, RR) видео стримин-га, которая может быть охарактеризована следующим образом:
- передача данных осуществляется посредством коротких запрос-ответ (ЗО) TCP соединений;
- без установления соединения;
* Магистрант кафедра «Информационные системы и технологии», преподаватель отделения «Информационные технологии» Профессионально-педагогического колледжа ФГБОУ ВПО «СГТУ имени Гагарина Ю.А.».
- более надежные и менее подверженные ошибкам соединения;
- агрегирование множества TCP потоков для единого использования потенциально не обладает TCP-толерантностью по отношению к другим соединениям TCP;
- для управления TCP-толерантностью предлагается использование задержки между запросами.
Рис. 1. Общий уровень потребления Интернет видео
Предполагается, что блок данных размером ID передается в рамках раунда TCP за время RTT, и nP параллельных TCP потоков используются для передачи медиа данных. Рассмотрим модель ЗО потоков. Верхняя граница производительности nP параллельных ЗО TCP потоков без потери сегмента представляется в виде:
= пр О
RTT +1
(1)
где пР - количество параллельных ЗО потоков;
ЯТТ - время кругового обращения;
1в - величина передаваемых данных за время одного ЯТТ;
^ - временная задержка между потоками.
Предположение, что блок данных может быть передан за время одного раунда ЯТТ, может оказаться неверным в случае передачи блоков данных значительного размера. В этом случае необходимо определить количество раундов пк для передачи блока данных 1П как
D
96
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ID
nR > (2)
1ZO
где IZO - количество байт данных, которое может быть передано в отдельном запрос-ответ потоке за один раунд.
Модель (1) также может быть переопределена с учетом потери сегмента и задержки в буфере пограничного маршрутизатора сети доступа, который в свою очередь является узким местом при потоковой передаче данных множественными параллельными TCP потоками. В случае потери сегмента необходимо определить количество данных IZOP, которое может быть передано за один RTT в рамках одного запрос-ответ потока:
IZOP = min
f т MSS л
Izo +
(3)
где р - вероятность потери сегмента для данного КГТ.
Так как на количество раундов, необходимых для передачи блока дан-
ных также влияют потери сегментов, оно определяется как:
In
IZOP
(4)
В результате ожидаемая длительность передачи одного блока данных 1П с учетом потери сегмента равна:
[пКР ](ЯГГ +
tZMP ) > (5)
где tZMP - средняя задержка в очереди маршрутизатора с учетом потери сегмента.
Наконец, производительность системы потоковой передачи данных запрос-ответ соединениями ТСР с учетом потери сегментов может быть определена в виде:
( I Л
ЧОР = ПР В , (6)
V '■вр + ^ )
где пР - количество параллельных ЗО потоков; 1п~ величина блока передаваемых данных;
- длительность передачи блока данных 1и с учетом потери сегмента; tz - временная задержка между потоками.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: - несмотря на то, что запрос-ответ потоки являются потоками без установления соединения, они требуют большое количество вычислительных ресурсов;
- отдельный запрос-ответ TCP поток не может в полной мере использовать доступную пропускную способность;
- запрос-ответ потоки хорошо масштабируются при увеличении размера передаваемых блоков данных или количества используемых параллельных потоков;
- при достижении высокой производительности обеспечивается TCP-толерантность;
- при использовании запрос-ответ TCP потоков наблюдается значительный выигрыш в производительности в случае потери сегмента.
Потоковая передача данных, основанная на использовании связки протоколов TCP/HTTP, становится все более популярной благодаря своей способности приспосабливаться к изменяющимся условиям IP сетей. Преимуществом HTTP является возможность предоставлять обход межсетевых экранов и механизма трансляции адресов.
Проведенные исследования показали, что адаптация к сетевым условиям может проводится на различных уровнях взаимодействия участников передачи. С концептуальной точки зрения управление потоковой передачей происходит на прикладном уровне, кроме того, поведение протокола главным образом определяется приложением - источником контента.
Вследствие того, что на сегодняшний день при потоковой передаче мультимедиа данных через Интернет на транспортном уровне применяется TCP, этот протокол представляет значительный интерес в качестве использования его для адаптивной потоковой передачи.
Таким образом, организация потоковой передачи мультимедийных данных в IP сетях является важной задачей, с учетом всевозрастающего объема передаваемой информации в глобальных IP сетях и запросов пользователей.
Список литературы:
1. Еременко А.С. Сравнительный анализ моделей производительности соединений ТСР и их использование в объединенных сетях [Текст] / А.С. Еременко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. -2011. - № 5/9 (53). - С. 34-39.
2. Cisco Visual Networking Index: Forecast and Methodology, 2013-2018 [Электронный ресурс] // Cisco White Paper. - Режим доступа: http:// www.cis-co.com/c/en us /solutions/collateral/service-provider/ip-ngn-ip-next-generation-network/white_paper_c 11-81360.html.
3. Kuschnig R. Evaluation of HTTP-based Request-Response Streams for Internet Video Streaming [Текст] / R. Kuschnig, I. Kofler, H. Hellwagner // MMSys'11 Proceedings of the second annual ACM conference on Multimedia systems. -2011. - Р. 245-256.
4. Afanasyev A. Host-to-Host congestion control for TCP [Текст] / A. Afana-syev, N. Tilley, P. Reiher, L. Kleinrock // IEEE Communication Surveys and Tutorials. - 2010. - Vol. 12, Issue 3. - Р. 304-342.
