다종 무선망 환경에서 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 위한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘 방법 QoE-aware Network Selection Algorithm for Scalable Video Streaming Services in the Heterogeneous Wireless Networks원문보기
다수의 이종 무선망들 중에서 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스에 적합한 망을 선택하는 경우, 기존에는 망 품질만을 고려하였다. 그러나 사용자 중심의 체감품질을 고려하지 않고 망 선택을 함에 따라 서비스에 대한 체감 만족이 낮아지는 문제가 있다. 이에 따라, 본 논문에서는 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 위해 망의 품질뿐만 아니라 일반 사용자, 가격민감 사용자, 품질민감 사용자로 사용자의 소비성향을 구분하고 비디오 품질열화에 대한 서비스 가격 만족도 등을 고려한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘을 제안한다. 실험결과 일반 사용자보다 가격민감 사용자와 품질민감 사용자는 각각 36%, 9% 정도 체감만족 향상을 갖는 망을 선택할 수 있었다.
다수의 이종 무선망들 중에서 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스에 적합한 망을 선택하는 경우, 기존에는 망 품질만을 고려하였다. 그러나 사용자 중심의 체감품질을 고려하지 않고 망 선택을 함에 따라 서비스에 대한 체감 만족이 낮아지는 문제가 있다. 이에 따라, 본 논문에서는 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 위해 망의 품질뿐만 아니라 일반 사용자, 가격민감 사용자, 품질민감 사용자로 사용자의 소비성향을 구분하고 비디오 품질열화에 대한 서비스 가격 만족도 등을 고려한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘을 제안한다. 실험결과 일반 사용자보다 가격민감 사용자와 품질민감 사용자는 각각 36%, 9% 정도 체감만족 향상을 갖는 망을 선택할 수 있었다.
Most previous work on network selection in heterogeneous wireless networks has concentrated on the quality of the network alone. Therefore, users are not satisfied with network quality based network selection due to different user preferences. To solve this problem, we proposes a QoE-aware network s...
Most previous work on network selection in heterogeneous wireless networks has concentrated on the quality of the network alone. Therefore, users are not satisfied with network quality based network selection due to different user preferences. To solve this problem, we proposes a QoE-aware network selection algorithm that is based on the consumption patterns of user preferences which is divided into normal user, cost-sensitive user, quality-sensitive user and video quality as well as network quality. As a result of experiments, cost-sensitive user and quality-sensitive user are satisfied with enhanced QoE by 36% and 3% from the proposed network selection algorithm compared to the normal user, respectively.
Most previous work on network selection in heterogeneous wireless networks has concentrated on the quality of the network alone. Therefore, users are not satisfied with network quality based network selection due to different user preferences. To solve this problem, we proposes a QoE-aware network selection algorithm that is based on the consumption patterns of user preferences which is divided into normal user, cost-sensitive user, quality-sensitive user and video quality as well as network quality. As a result of experiments, cost-sensitive user and quality-sensitive user are satisfied with enhanced QoE by 36% and 3% from the proposed network selection algorithm compared to the normal user, respectively.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 이종망의 핸드오버 상황에서 비디오 스트리밍 서비스 제공 시 개인이 선호하는 소비성향에 따라 합리적인 가격을 지불함으로써 얻는 만족도를 이용한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 소비성향 종류를 일반적인 서비스를 받길 원하는 일반 사용자, 비디오 품질을 우선적으로 보장받으려 하는 품질민감 사용자, 가격을 우선적으로 보장받으려 하는 가격민감 사용자로 분류하고자 한다.
가설 설정
WiBro의 가용비트율의 측정데이터는 [7] 을 활용하였고, 현재 사용자의 소비성향 정보, 연결 가능한 모든 무선망의 신호강도와 비트 에러율를 측정할 수 있다고 가정하였다 [9].
단말은 10분 동안 화살표 방향에 따라 일정한 속도로 이동 하는 동안, 연결 가능한 WiBro, WLAN, 3G 중에서 제안방법으로 핸드오버 대상 망을 선택하도록 하였다. 실험효과를 분석하기 위해 각 망의 핸드오버 지연시간은 같다고 가정하였으며, 각 무선망의 서비스 가격은 Kbps당 3G=0.2, WiBro=0.15, WLAN=0.1 cent/sec 로 정의하였다.
우리가 고려하는 기본적인 가정은 망의 가용비트율과 개인이 선호하는 소비성향이라는 두 가지 제한인자를 고려하여 기존의 망 품질기반에서 사용자 중심의 체감품질기반으로 망을 선택할 수 있도록 하는 것이다.
제안 방법
단말은 10분 동안 화살표 방향에 따라 일정한 속도로 이동 하는 동안, 연결 가능한 WiBro, WLAN, 3G 중에서 제안방법으로 핸드오버 대상 망을 선택하도록 하였다. 실험효과를 분석하기 위해 각 망의 핸드오버 지연시간은 같다고 가정하였으며, 각 무선망의 서비스 가격은 Kbps당 3G=0.
본 논문에서 제안한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘은 시간에 따라 변하는 망의 품질변화 뿐만 아니라 비디오 품질과 사용자 선호 소비성향을 고려하여 망 선택이 가능하도록 하였다. 제안 방법으로 사용자는 기존의 망 품질 변화 기반의 일률적인 망 선택결과보다 더 나은 서비스 만족감을 가지게 될 것으로 기대한다.
본 논문에서는 주기적으로 측정된 망 품질과 개인이 선호하는 소비성향에 따라 불만족도 J 가 최소인 n* 을 선택하는 체감품질기반의 망 선택 알고리즘을 제안하며, 그 알고리즘은 아래의 식 (1) 과 같다.
제안 방법으로 망을 선택한 결과에 대하여 개인소비성향에 따른 가격절감과 혹은 품질개선 정도를 측정하기 위하여 평균 가격 절약율, CSRavg (Cost Saving Ratio) 평균 화질 개선율, PGRavg (PSNR Gain Ratio) 과 같이 두 가지 측정 방법을 정의하였다.
Joe [3]은 단말전원의 수명시간과 서비스 특성에 따라 무선망을 선택하는 방법을 제안하였고, Ormond [4]는 가격 단가가 다른 망 사이에서 서비스를 위해 사용자가 지불하고자 하는 금액의 효용가치를 산출하는 방법을 제안하였다. 특히, 효용함수검증을 위해 사용자의 선호에 따른 효용가치 차이는 비실시간 서비스의 전송시간과 서비스 가격을 이용하여 실험하였다. 또한, 스케일러블 비디오 스트리밍서비스분야에서는 최선의 품질보장을 위해 좀 더 중요한 비디오 데이터가 전송이 잘 될 수 있도록 하는 우선순위 에러 강인성 연구도 진행되어 왔다 [7].
데이터처리
이는 가용비트율에 따라 일부 계층만 전송하여도 복호화가 가능하므로, 사용자가 수신한 비디오 계층스트림 수에 따라 서비스 품질 차별화가 가능한 장점이 있다. 이로 인해 나타나는 영상품질 변화를 측정하기 위하여 원래 영상과 복호화된 영상의 평균 에러값인 Mean Square Error (MSE) 를 사용한다.
이론/모형
) 를 정의하였다. 이 함수는 [4] 가 제안한 효용함수를 활용하여 수정하였다.
성능/효과
‘Football’ 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 예로 볼 때, 기존 일반 사용자보다 가격민감사용자는 36% 정도의 가격절감효과를 보았고 품질민감 사용자는 3% 정도의 품질 향상을 보였다.
‘Football’ 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 예로 볼 때, 기존 일반 사용자보다 가격민감사용자는 36% 정도의 가격절감효과를 보았고 품질민감 사용자는 3% 정도의 품질 향상을 보였다. 결과적으로, 망 품질만을 고려한 기존 방법보다 사용자는 자신의 선호에 맞는 스케일러블 비디오 서비스를 경험할 수 있다.
또한, “Soccer", "Foreman" [5], [8] 등 다른 영상도 추가 실험하였다. 그 결과, 가격민감 사용자는 일반 사용자 대비 28% ~ 36% 의 가격절감을, 품질민감 사용자는 3% ~ 9% 정도의 향상된 비디오 품질을 경험함으로써 개인이 선호하는 소비성향에 따라 만족효과가 있음을 알 수 있다. 참고적으로, 비율 값이 크다고 하여 제안 방법 효과측면의 차이를 의미하지는 않는다.
이와 같이 비디오 품질열화에 대한 소비가격, 소비성향에 따른 불만족이 최소인 망을 선택할 수 있어 제안한 방법을 검증할 수 있었다.
후속연구
앞으로 다양한 무선망이 등장하고, 멀티 무선인터페이스가 내장된 스마트 폰의 보급이 확산되면, 제안방법이 필요할 것으로 예상한다. 또한, 플로우 이동성 (flow mobility) 에 대한 관심이 커지면서 계층별로 다른 망을 선택하는 방법에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 전망한다.
표 3에서 보면, 상위계층 7~10 계층까지 수신하기 위하여 비싼 가격을 지불하여야 되기 때문이다. 반면에, 품질민감 사용자는 D 지점과 같이 품질이 보다 높은 스케일러블 비디오 서비스를 제공하는 망을 선택할 것이다. 그러나 380초 (E 지점) 를 보면 품질민감 사용자도 선호 품질의 기대치보다 가격현실이 큰 경우 품질이 낮은 망을 선택하기도 한다.
앞으로 다양한 무선망이 등장하고, 멀티 무선인터페이스가 내장된 스마트 폰의 보급이 확산되면, 제안방법이 필요할 것으로 예상한다. 또한, 플로우 이동성 (flow mobility) 에 대한 관심이 커지면서 계층별로 다른 망을 선택하는 방법에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 전망한다.
본 논문에서 제안한 체감품질기반의 망 선택 알고리즘은 시간에 따라 변하는 망의 품질변화 뿐만 아니라 비디오 품질과 사용자 선호 소비성향을 고려하여 망 선택이 가능하도록 하였다. 제안 방법으로 사용자는 기존의 망 품질 변화 기반의 일률적인 망 선택결과보다 더 나은 서비스 만족감을 가지게 될 것으로 기대한다. ‘Football’ 스케일러블 비디오 스트리밍 서비스를 예로 볼 때, 기존 일반 사용자보다 가격민감사용자는 36% 정도의 가격절감효과를 보았고 품질민감 사용자는 3% 정도의 품질 향상을 보였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사용자 중심의 체감품질이란?
예를 들어 품질변화가 있더라도 끊김없이 비디오 서비스가되기를 원하거나, 혹은 품질이 지속적으로 유지되길 원하거나, 음성만을 요구하는 등 사용자마다 서로 다른 요구기준이 있을 수 있다. 이러한 개인 선호기준에 의한 서비스 품질을 결정하는 것을 사용자 중심의 체감품질 (QoE : Quality of Experience) [6] 이라고 한다.
단말의 위치에 따라 달라지는 요소는?
단말의 위치에 따라 접속 가능한 망의 종류와 각망 사용 가격, 가용비트율은 서로 다르다. 뿐만 아니라 사용자 수 및 사용량 등에 의해 망의 품질은 지속적으로 변하므로 주기적인 망의 품질 측정이 필요하다.
스마트 네트워크 시대에 스마트폰 사용자가 선택해야만 하는 것은?
더욱이, 사용자는 스마트 폰을 이용하여 원하는 멀티미디어에 끊김없이, 즉각적으로 획득하기를 원하고 있다. 결국 사용자는 스마트 폰의 멀티 무선 인터페이스를 이용하여 3G 망을 이용할지, WLAN 망을 이용할지를 선택하여야만 한다. 많은 사람들은 서비스 품질과 상관없이 무조건 저렴한 망을 선택하는 등의 방법으로 망을 선택한다.
참고문헌 (9)
E. Ong and J. Y. Khan, "On optimal network selection in a dynamic multi-RAT environment," Commun. Letters, IEEE, vol. 14, no.3, pp.217-219, Mar. 2010.
L. Mingxin, X. Dongliang, H. Bo, et al., "Vertical Handoffs for Optimizing Joint Radio Resource Management in Heterogeneous Wireless Networks," Global Mobile Congress 2009, pp.1-6, Oct. 2009.
I. Joe, W. Kim, and S. Hong, "A Network Selection Algorithm Considering Power Consumption in Hybrid Wireless Networks," IEICE Trans. Commun., vol. E91-B, no.1, pp.314-317, Jan. 2008.
O. Ormond, J. Murphy, and G. Muntean, "Utility -based Intelligent Network Selection in Beyond 3G Systems," 2006 IEEE International Conf. on Commun., vol.4, pp.1831-1836, Jun. 2006.
T. Wiegand, G. Sullivan, and H. Schwarz, "Text of ISO/IEC 14496-10:2005/FDAM 3 Scalable Video Coding," ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N9197, Jul. 2007.
A. Khan, L. Sun, E. Jammeh and E. Ifeachor "Quality of experience-driven adaptation scheme for video applications over wireless networks," IET Communications, vol.4, Issue 11, pp.1337-1347, Jul. 2010.
J. Son, Y. Cho, D. Y. Suh, et al., "Cross Layer Optimization Technique for Multi-view Video Streaming Service over WiBro Network," Journal of Broadcast Engineering, vol.13, no.5, pp.719-731, Sep. 2008.
H.Schwarz, D. Marpe, T. Wiegand, "Overview of the Scalable Video Coding Extension of the H.264/AVC Standard," IEEE Transaction on CSVT., vol.17, Issue 9, pp.1103-1120, Sep. 2007.
M. Van der Schaar, N. Sai Shankar, "Cross-layer wireless multimedia transmission: challenges, principles, and new paradigms," IEEE Wireless Communications Magazine, vol.12, no.4, Aug. 2005.
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