[논문 리뷰] A Survey on Energy Consumption and Environmental Impact of Video Streaming

Samira Afzal, Narges Mehran외 5명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 18.

Image and Video Quality Assessment인용 수 7

한 줄 요약

이 설문조사는 provisioning 및 소비 단계에서 비디오 스트리밍의 에너지 사용과 탄소 발자국을 분석하고, 에너지 요인 분류를 제안하며, 열려 있는 연구 격차, 데이터셋 및 도구를 강조합니다.

ABSTRACT

Climate change challenges require a notable decrease in worldwide greenhouse gas (GHG) emissions across technology sectors. Digital technologies, especially video streaming, accounting for most Internet traffic, make no exception. Video streaming demand increases with remote working, multimedia communication services (e.g., WhatsApp, Skype), video streaming content (e.g., YouTube, Netflix), video resolution (4K/8K, 50 fps/60 fps), and multi-view video, making energy consumption and environmental footprint critical. This survey contributes to a better understanding of sustainable and efficient video streaming technologies by providing insights into the state-of-the-art and potential future directions for researchers, developers, and engineers, service providers, hosting platforms, and consumers. We widen this survey's focus on content provisioning and content consumption based on the observation that continuously active network equipment underneath video streaming consumes substantial energy independent of the transmitted data type. We propose a taxonomy of factors that affect the energy consumption in video streaming, such as encoding schemes, resource requirements, storage, content retrieval, decoding, and display. We identify notable weaknesses in video streaming that require further research for improved energy efficiency: (1) fixed bitrate ladders in HTTP live streaming; (2) inefficient hardware utilization of existing video players; (3) lack of comprehensive open energy measurement dataset covering various device types and coding parameters for reproducible research.

연구 동기 및 목표

• 비디오 스트리밍이 전체 CO2 배출 및 에너지 사용에 얼마나 기여하는지 이해한다.
• 프로비저닝 및 소비에서 에너지 소비를 주도하는 구성 요소와 요인을 파악한다.
• 전력, 에너지 및 CO2 평가를 위한 측정, 추정 모델 및 이용 가능한 도구/데이터 세트를 조사한다.
• 방법론적 도전과제를 강조하고 보다 신뢰할 수 있고 재현 가능한 연구를 위한 방향을 제안한다.

제안 방법

• 콘텐츠 프로비저닝 및 소비 전반의 에너지 관련 요인(인코딩, 저장, 검색, 디코딩, 디스플레이)에 대한 분류를 개발한다.
• 선별된 889개 소스 중 56개 연구에 대한 체계적 문헌고찰을 수행해 에너지 영향 맵을 작성하고 미해결 이슈를 식별한다.
• 기존 탄소 발자국 추정 방법과 트레이드오프, 정확성 및 신뢰성을 요약한다.
• 비디오 스트리밍에서 전력, 에너지 및 CO2 배출을 측정하기 위한 도구와 데이터셋을 목록화한다.
• 측정의 변동성과 불확실성을 비판적으로 논의하고 향후 연구 방향을 제시한다.

Figure 1. Surveyed video streaming components from production to end-user consumption, comprising encoding, storage, retrieval, decoding, and display.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비디오 스트리밍이 전체 CO2 배출에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ2 다양한 비디오 스트리밍 구성 요소가 에너지 사용 및 CO2 배출에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 각 스트리밍 구성 요소의 에너지 소비에 영향을 주는 주요 요인은 무엇인가?
• RQ4 에너지 소비와 CO2 배출을 어떻게 추정하거나 측정할 수 있는가?
• RQ5 각 구성 요소에 대해 기존의 에너지 또는 CO2 추정 모델은 무엇이며 그 장단점, 정확성 및 신뢰성은 어떤가?
• RQ6 비디오 스트리밍의 전력, 에너지, CO2 배출을 측정할 수 있는 도구와 데이터셋은 어떤 것이 있는가?

주요 결과

• 초기 889편의 기사 중 56편이 철저히 조사되었으며, 멀티미디어 시스템, 컴퓨팅, 통신 및 에너지 분야를 포함한다.
• 에너지 소비와 탄소 발자국은 국가의 전력 구성, 최종 사용자 기기, 시기 및 네트워크 요인에 따라 달라지며, 지역 간 추정치의 큰 차이를 야기한다.
• 비디오 스트리밍 시간당 CO2 배출 추정치는 가정과 방법에 따라 약 36 g/h에서 불확실한 77,000 g/h까지 광범위하게 변동한다.
• 데이터 증가를 에너지 사용과 분리하는 것은 재생 가능 에너지 도입과 클라우드, 에지 및 장치의 효율성 향상을 통해 가능하다.
• 비디오 스트리밍 연구에서 전력, 에너지 및 CO2 배출을 측정하기 위한 도구와 데이터셋의 모음이 존재한다.
• 주요 연구 격차로는 HTTP Live Streaming의 고정 비트레이트 계단, 플레이어의 비효율적 하드웨어 활용, 포괄적이고 열린 에너지 측정 데이터 세트의 부족이 있다.

Figure 2. Literature selection methodology inspired from (Turner et al . , 2010 ) .