[논문 리뷰] PSNR and Jitter Analysis of Routing Protocols for Video Streaming in Sparse MANET Networks, using NS2 and the Evalvid Framework

Sabrina Nefti, Maamar Sedrati|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 11.

Mobile Ad Hoc Networks참고 문헌 7인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 NS2와 Evalvid 프레임워크를 사용하여 희박한 모바일 애드혹 네트워크(MANET)에서 네트워크 희박성, 노드 밀도 및 이동성의 영향을 영상 품질에 평가한다. 프로액티브(OLSR) 및 레이티브(AODV) 라우팅 프로토콜을 비교한 결과, AODV는 희박하고 고도로 이동성이 높은 환경에서 OLSR보다 우수한 성능을 보이며, 동적 조건에서의 경로 발견 능력 덕분에 최대 32.5 dB의 PSNR와 15 ms 이하의 낮은 잼프를 달성한다.

ABSTRACT

Advances in multimedia and ad-hoc networking have urged a wealth of research in multimedia delivery over ad-hoc networks. This comes as no surprise, as those networks are versatile and beneficial to a plethora of applications where the use of fully wired network has proved intricate if not impossible, such as prompt formation of networks during conferences, disaster relief in case of flood and earthquake, and also in war activities. It this paper, we aim to investigate the combined impact of network sparsity and network node density on the Peak Signal Noise to Ratio (PSNR) and jitter performance of proactive and reactive routing protocols in ad-hoc networks. We also shed light onto the combined effect of mobility and sparsity on the performance of these protocols. We validate our results through the use of an integrated Simulator-Evaluator environment consisting of the Network Simulator NS2, and the Video Evaluation Framework Evalvid.

연구 동기 및 목표

• 모바일 애드혹 네트워크(MANET)에서 네트워크 희박성, 노드 밀도 및 이동성의 복합적 영향을 영상 품질에 평가하기 위해.
• 영상 스트리밍을 위한 희박한 MANET에서 프로액티브(OLSR) 및 레이티브(AODV) 라우팅 프로토콜의 성능을 비교하기 위해.
• 동적 네트워크 조건에서 라우팅 프로토콜 행동으로 인한 영상 품질 열화를 평가하기 위해.
• 정확한 영상 품질 메트릭을 확보하기 위해 NS2와 Evalvid를 통합한 시뮬레이션-평가 프레임워크를 사용하여 결과를 검증하기 위해.

제안 방법

• 다양한 노드 밀도와 이동 패턴을 가진 희박한 MANET을 NS2를 사용하여 시뮬레이션한다.
• 표준화된 영상 트레이스를 사용하여 영상 스트림을 생성하고 평가하기 위해 Evalvid 프레임워크를 활용한다.
• PSNR(피크 신호 대 노이즈 비율)를 사용하여 영상 품질을 측정하고, 잼프 메트릭을 사용하여 네트워크 성능을 측정한다.
• 직접 비교가 가능하도록 동일한 네트워크 시나리오에서 OLSR과 AODV 라우팅 프로토콜을 구성한다.
• 통계적 신뢰성을 확보하기 위해 제어된 파rameter를 가진 다수의 시뮬레이션 런을 실행한다.
• 다양한 영상 콘텐츠 유형을 평가하기 위해 표준 영상 시퀀스(예: Foreman, Mobile)를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 네트워크 희박성은 MANET에서 영상 스트리밍의 PSNR와 잼프에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 희박하고 이동성이 높은 조건에서 프로액티브(OLSR) 및 레이티브(AODV) 라우팅 프로토콜은 영상 품질 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ3 노드 이동성은 MANET에서 영상 스트리밍의 PSNR와 잼프에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 노드 밀도는 라우팅 프로토콜의 영상 품질 유지 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 고도의 이동성과 낮은 연결성 조건에서 어느 라우팅 프로토콜이 더 나은 엔드 투 엔드 영상 품질을 제공하는가?

주요 결과

• AODV는 희박한 MANET에서 OLSR을 능가하며, 고도의 이동성과 낮은 노드 밀도 조건에서 최대 32.5 dB의 PSNR를 달성한다.
• 희박하고 이동성이 높은 환경에서 AODV의 잼프 값은 15 ms 이하로 유지되며, OLSR은 주기적인 제어 패킷 오버헤드로 인해 더 높은 잼프(최대 25 ms)를 보인다.
• OLSR는 과도한 제어 패킷 전송으로 인해 희박한 네트워크에서 성능이 떨어지며, 네트워크 혼잡도가 증가한다.
• 노드 밀도가 증가함에 따라 두 프로토콜 모두 PSNR와 잼프에서 향상되지만, AODV는 고도의 이동성 환경에서 일관된 우위를 유지한다.
• 네트워크 희박성이 1000 m²당 10개 노드를 초과하면 OLSR의 영상 품질이 심각하게 열화되며, 특히 고도의 이동성 조건에서 그렇다.
• 고도의 이동성과 낮은 밀도의 조합은 OLSR의 PSNR를 20-30% 감소시키지만, AODV는 5-10% 감소에 그친다.