Highlights€of€VTT's QoS Research€at€Oulu€¦ · 5...

15
1 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Highlights of VTT's QoS Research at Oulu - Examples of Measurements, Tools and Environments - Marko Jurvansuu, PhD VTT Electronics, Oulu Telecommunication Systems [email protected] VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND VTT NOW Tampere Oulu Jyväskylä Outokumpu Espoo Vaasa Turku Rajamäki Raahe Kajaani Technical Research Centre of Finland •Governmental, non-profit research organisation •Total staff 2 982, 300 at Oulu •Staff holding a university degree 2040 •Doctors and licentiates 590 Units: VTT Electronics (Oulu) VTT Information Technology VTT Industrial Systems VTT Processes VTT Biotechnology VTT Building and Transport VTT Information Service VTT Corporate Management and Services

Transcript of Highlights€of€VTT's QoS Research€at€Oulu€¦ · 5...

1

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Highlights of VTT's QoS Research at Oulu­ Examples of Measurements, Tools and Environments ­

Marko Jurvansuu, PhD

VTT Electronics, Oulu

Telecommunication [email protected]

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

VTT NOW

• •• • •

Tampere

Oulu

JyväskyläOutokumpu

Espoo•

Vaasa

Turku Rajamäki

•Raahe•Kajaani

Technical Research Centre of Finland•Governmental, non­profit researchorganisation

•Total staff 2 982, 300 at Oulu•Staff holding a university degree 2040•Doctors and licentiates 590

Units:VTT Electronics (Oulu)VTT Information TechnologyVTT Industrial SystemsVTT ProcessesVTT BiotechnologyVTT Building and Transport

VTT Information ServiceVTT Corporate Management

and Services

2

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Contents

•Network:•Case I: Mobile phone based QoS measurement

in GPRS and 3G networks•Objective and subjective:

•Case II: QoS Aware Gaming­on­Demand in IPTVenvironment

•Case III: Mobile Video Service User Tests•B3G mobile service testing and development platform

I/Odevices

Serverapp.

Clientapp. Transport

Subjective Application QualityObjective Application Quality

Network QoS

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Case I: Mobile phone based QoS measurement

3

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Mobile Phone based QoS measurement

•VTT has developed a novelmethod for GPRS/EDGE/3Gcellular network QoS testing

•Real phones, networks andservices under test

GPRSEDGE 3GGPRS

EDGE 3G InternetInternet

• Mobile Internet ­ is it working?

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Major differences in end­to­end round­trip­delayGPRS operators

•Baseline perf. similar

•BUT, long delays occur

Chart 19. Operator test 16:01­00:01 (DNA#4)

02000400060008000

10000120001400016000

16:0

1:49

16:2

7:34

16:5

3:08

17:1

8:43

17:4

4:14

18:0

9:49

18:3

5:20

19:0

0:54

19:2

6:27

19:5

2:01

20:1

7:34

20:4

3:07

21:0

8:38

21:3

4:12

21:5

9:45

22:2

5:18

22:5

0:52

23:1

6:23

23:4

1:55

 HTTP times (ms) =

Chart 29. Operator test 16:01­00:01 (Sonera#4)

02000400060008000

10000120001400016000

16:0

1:09

16:2

2:58

16:4

4:38

17:0

6:08

17:2

7:49

17:4

9:21

18:1

1:19

18:3

3:02

18:5

4:39

19:1

6:22

19:3

7:53

19:5

9:25

20:2

1:10

20:4

2:52

21:0

4:26

21:2

6:00

21:4

7:36

22:0

9:38

22:3

1:39

22:5

3:12

23:1

5:05

23:3

6:46

23:5

8:33

 HTTP times (ms) =

Operator A

Operator B

Round­trip­time measurements in GPRS

4

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

3G/UMTS GOODPUT vs. PAYLOAD SIZEMEASUREMENTS

RTT

•Ethereal

•Traceroute, ping

Two measurement set­ups• Measurement application (MOSET)

running on laptop + Nokia 6630 (3G) asmodem

• Measurement application in laptopconnected directly to LAN

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

LAN: FIRST CONNECTION GOODPUT

4 8 16 32 64 128 256 512 1024

020

0040

0060

0080

0010

000

MOSET Payload (KB)

Goo

dput

 (kb/

s)

X XX

X X

X

X

X

X •Goodput = payload/totalconnection time

•In LAN, first connectiongoodput is the same orhigher as with the followingtransmissions

5

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

3G/UMTS: FIRST CONNECTION GOODPUT

4 8 16 32 64 128 256 512 1024

050

100

150

200

250

300

350

MOSET Payload (KB)

Goo

dput

 (kb/

s)

X X X

XX

X

X

X

X

Significant differencesfound in 3G network end­to­end goodput

• First connection vs. next

• Content size

Reasons:

•Channel establishment

•TCP slow start

First connection goodput ismeasured after the packetconnection is initialised i.e. you seeGPRS/3G sign on your phone

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Conclusions: Mobile network QoS

•Mobile network IP traffic bandwidth does not meetadvertised values in all cases

•Long RTT delays cause user dissatisfaction•occasionally•first connection

•Theoretical 3G bandwidth is achieved only close to1MB payloads

6

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Case II: QoS Aware Gaming­on­Demand in IPTVenvironment

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

QoS­Aware Gaming­on­Demand in IPTV environment

•Real­time video codingadaptation method for gameservice

•Network monitoring modules•Real­time video encoding

parameter optimisation•Partners: G­Cluster, Maxisat

• Without network QoS control, applicationlevel QoS is used

7

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Traffic model: Home scenario

Network activity:• 0...30 s: No network activity.• 30...90 s: Intensive web surfing.• 90...120 s: Downloading a big file.• 120...150 s: Downloading

continues + surfing.• 150...180 s: No network activity.

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Traffic model: Hotel scenario

Network activity:• 0...60 s: Intensive web surfing

on two laptops/set­top­boxes +3 Gaming­on­Demand users.

• 60...120 s: Intensive websurfing on four laptops/set­top­boxes + 1 Gaming­on­Demand user.

• 120...180 s: Intensive websurfing on three laptops/set­top­boxes + 2 Gaming­on­Demand users.

8

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Step I: Adaptation works

•The Additive Increase Multiplicative Decrease (AIMD) based adaptationalgorithm

•The best parameter combination gave overshoot time of about 1 % andthe ratio of used bitrate and available bandwidth of about 62 %

•However, it is not always feasible to aim to maximum BW usage!!

Home scenario Hotel scenario

Overshoot time: The proportion of timethe used bitrate is above the availableleading to congestion and jerkiness inthe game

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Step II: Thresholds for acceptable gaming experience?

•Users gave either acceptable (=1) orunacceptable (=0) grade

•Game was Sega Sonic•fast•moving background and objects

•Changes in game bitrate changedpicture quality ­ coarseness

•Acceptability depending on the gamebitrate

•good between 1.5­3 Mbps•acceptable even at low bitrate

Target bit rate sequences

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,00

3000 2500 2000 1500 1000 500 256

Target bit rate (Kbps)

Acc

epta

bilit

y

Increasing Quality Decreasing Quality

9

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Thresholds, cont.

•Acceptability depends moreheavily on frame rate anddelay than picture quality

Delay sequences

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,00

100 125 150 175 200 300 500

Down link delay (ms)

Acc

epta

bilit

y

Increasing Quality Decreasing Quality

Frame rate sequences

0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,00

25 21 17 13 9 7 5

Frame rate (fps)

Acc

epta

bilit

y

Increasing Quality Decreasing Quality

•Acceptability maintainedhigher much longer when thequality was decreasing

•users expected that thegood quality wouldresume

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Conclusions: IPTV game service

•IPTV services are still mainly proprietary and needcustomised solutions for QoS management

•TV, game or web services need different QoSmanagement ­ even between different games

•VTT's game adaptation module performs well•For good user experience, it is beneficial to start with

relatively high video quality due to first impression andquality resume expectations

•Algorithm development:•multiple parameter threshold adaptation (frame

rate, delay, several streams,..)•interactive/learning game parameter selection (by

user)•channel state information (cross­layer)

10

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Case III: Mobile Video Service User Tests

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Adaptive Mobile Video Platform

• CANDELA videodelivery platform

• Advanced features onvideo creation,analysis, storage,search, retrieval,browsing are placed inone platform

• VTT mobile videoplatform, Solidmetadata database,Hantro videocodec/player

11

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

1.

2.

3.

4.

5.6.

7.

8.

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Evaluation: Mobile application

•Number of selections decreasing ­ learning curve•Few metadata descriptions/video (average 2.4 words)•Annotation based on ontology three would be more

useful than direct metadata annotation ­ should beintelligent

12

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

This kind of service is useful tome

30 %

50 %

10 %

0 %

10 %

St rongly agree

Agree

Not  sure

disagree

St rongly disagree

I would be interested using thiskind of service in the future

22 %

56 %

11 %

11 % 0 %

St rongly agree

Agree

Not  sure

disagr ee

St rongly disagree

Usefulness

• Roughly 80% of users agreed that they would beinterested using mobile video service in the future orthat they find such service useful for them

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Conclusions: Mobile video application

•There seems to be need for ease­of­use mobile video service

•Downloadable application provided means to tailor mobile videocontent management service

•The application was useful to the user and it enabled creation,storage and sharing of video clips within an acceptable usabilitylevel

•The Digital Rights Management (DRM) technologies were toocomplex for some users ­> these things should have been hiddenfrom the users

•Still many technical restrictions exist:  Video quality, data transferrates, cost of data transfer…

13

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

New Facilities:3G and B3G mobile service development and testing

platform

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

B3G service development and testing platformMultimedia

Service

Operatorservices

Company Server

WCDMAnodeB

Radio CoreNetwork

Simulator

Control systemWLANhotspot

3G phones

HSDPA

WPAN

14

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Platform: what for?

•3G network parameter optimisation (e.g. RTT or QoS levels)•3G mobile service, mobile application, nodeB, core network

equipment testing ­ for VTT's customers e.g. manufacturers•B3G service enablers such as multiaccess (3G+WLAN+WiMax),

personal area network, sensor network, RFID...•Platform, from which new solutions can be transferred to

operational network infrastructure

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

Conclusions

•VTT's QoS related work concentrates on•mobile network performance measurements•real time video adaptation on application layer•small scale user test

•Findings have given valuable insight to both mobileand fixed line service performance

•New 3G/B3G equipment will allow us to do detailedwork in formerly unattainable area

15

VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND

References

• T. Sutinen & T. Ojala (2005) "Case study in assessing subjective QoS of a mobile multimedia webservice in a real­multi­access network" In proc. of International Workshop on Quality of Service(IWQoS 2005), June 21­23, Passau, Germany, pp. 294­308.

• Mobile phone based QoS measurement• Palola, Marko; Jurvansuu, Marko; Korva, Jari

Proceedings 2004 12th IEEE International Conference on Networks (ICON 2004).Singapore, 16 ­ 19 Nov. 2004 . IEEE. US (2004), 31 ­ 34.

• Kostas Pentikousis, Marko Palola, Marko Jurvansuu, Pekka Perälä, "Active GoodputMeasurements from a public 3G/UMTS network", IEEE Comm. Lett., Vol. 9, No. 9, Sept.2005

• K. Pentikousis and M. Huusko, "Quality of service in heterogeneous networks", a two­hour tutorial to be presented at APNOMS 2005, Okinawa, Japan, September 2005.

• QoS aware Gaming­on­demand:• Sari Järvinen, Jukka­Pekka Laulajainen, Tiia Sutinen and Sami Sallinen, ”QoS aware real

time video encoding –how to improve the user experience of a Gaming­on­Demandservice”, submitted (30.6.2005), 7­10 January 2006, Las Vegas, NV, USA, IEEEConsumer Communications and Networking Conference.

• Jukka­Pekka Laulajainen, Adapting Video Streams to Network Conditions in a Gaming­on­Demand Service, University of Oulu, Department of Electrical and InformationEngineering, Master’s Thesis, 65 p. May 2005.

• Mobile video service application user test• J. Lahti et al. MobiCon ­ Integrated Capture, Annotation, and Sharing of Video Clips

with Mobile Phones. ACM Multimedia 2005, Singapore, To be published Nov 2005.