C3: Inhaltszentrische Sicht, QoE-gesteuerte Optimierung der multidimensionalen Inhaltsverteilung

Teilprojekt C03 befasst sich mit der Entwicklung einer adaptiven Video-Streaming-Anwendung als Kernanwendung für MAKI. Dazu beschäftigt es sich mit dem Problem der skalierbaren dezentralen Speicherung und Verteilung von Videos über das Internet im Kontext sich zur Laufzeit verändernder Rahmenbedingungen. Während bereits viele Einzellösungen für feste Rahmenbedingungen existieren, stellt der dynamische Austausch von Mechanismen zur Laufzeit ein weitgehend schwieriges Problem dar.

Teilprojekt C03 spielt für MAKI aus mehreren Sichten eine zentrale Rolle: Es definiert fundamentale Anforderungen und Modelle für ein transitionsfähiges Kommunikationssystem als Basis für die Untersuchungen in den A- und B-Projekten. Darüber hinaus werden gezielt Ansätze für Streaming-relevante Übergänge auf Anwendungsebene untersucht und Lösungen zur Realisierung einer adaptiven Video-Streaming-Anwendung entwickelt. Die in den A- und B-Projekten erarbeiteten Methoden bilden dabei eine wichtige Voraussetzung zur Realisierung einer solchen adaptiven Video-Streaming-Anwendung. Durch die Umsetzung der dort entwickelten Ansätze soll zudem zusammen mit den jeweiligen Teilprojekten eine Verfeinerung der Ansätze stattfinden. Somit trägt C03 entscheidend dazu bei, grundlegende Erkenntnisse zur Realisierung transitionsfähiger Video-Streaming-Anwendungen in MAKI zu gewinnen und damit Nachteile heute bestehender statischer Lösungen zu überwinden.

Die Motivation für die geplanten Untersuchungen bilden dabei die Beobachtungen, dass moderne Endgeräte zunehmend zu einer Videodarstellung mit hoher Auflösung in der Lage sind und heutige Smartphones, Tablet-PCs und Notebooks standardmäßig mit Videokameras ausgestattet sind. Es liegt daher nahe, dass in Zukunft Videos in noch sehr viel höherem Maße als heute dezentral erstellt und von den Benutzern in das Netz eingebracht werden. Wir gehen davon aus, dass dies vor allem im MAKI-Szenario der mobilen sozialen Anwendungen verstärkt der Fall sein wird. Heutige Systeme sind dieser neuen Herausforderung bisher nicht gewachsen.

Zur Entwicklung der adaptiven Video-Streaming-Anwendung werden in C03 neue Strukturen, Algorithmen und Protokolle für vier innovative Aspekte der dezentralen Speicherung und Verteilung von Videos entwickelt und prototypisch umgesetzt: skalierbares Video-Streaming auf der Basis von MPEG-4 SVC (Scalable Video Coding), Videoverteilstrukturen in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Endgeräte und den verfügbaren Bandbreiten, die Kombination von Peer-to-Peer (P2P)-basierter Verteilung mit einer serverbasierten Verteilung sowie das intelligente Vorladen von Videoinhalten.

Für die Untersuchungen zum skalierbaren Video-Streaming planen wir, die Referenzimplementierung von MPEG-4 SVC des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts einzusetzen, um eine an die Ressourcen der Endgeräte und des Netzes adaptierteWiedergabe zu ermöglichen. Für die Verteilung der Videos werden alternative Verteilstrukturen untersucht, ausgehend von Baum- und Mesh-Ansätzen, die sich automatisch an aktuelle Rahmenbedingungen im Streaming-System anpassen. Zudem werden wir Mechanismen zur dynamischen Bereitstellung von Server-Ressourcen entwickeln, um ein skalierbares, dezentrales Einbringen und Abrufen von Videos zu ermöglichen. Durch die Entwicklung spezieller Mechanismen zum Übergang zu einem intelligenten Vorladen von Videos soll zudem eine Reduktion der Startverzögerung beim Abspielen erreicht werden. Das Vorladen soll dabei bspw. anhand der Relevanz eines Videos innerhalb sozialer Gruppen vorgenommen werden.

Zusammenfassend stellt das Teilprojekt damit eine wichtige, zukunftsfähige Anwendung für ein transitionsfähiges Kommunikationssystem im Rahmen von MAKI dar, mit Implikationen auf verschiedenen Schichten. Beispielsweise wird sich ein Umschalten von einer Mesh- auf eine Baum-basierte Verteilstruktur oder der Übergang zwischen einem Server- und einem P2P-basierten Ansatz direkt auf den Datenverkehr in den tieferen Schichten auswirken. Umgekehrt kann aber auch das Umschalten auf einer tieferen Schicht, wie der Übergang von einer Infrastruktur- zu einer Ad-hoc-basierten Kommunikation, Übergange zwischen verschiedenen Streaming-Mechanismen in C03 auslösen.