MuVi: ¡A ¡Mul)cast ¡Video ¡Delivery ¡Scheme ¡ ¡ for ¡4G ¡Cellular ¡Networks ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Jongwon ¡Yoon ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Honghai ¡Zhang ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡University ¡of ¡Wisconsin ¡Madison ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡NEC ¡Labs ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Suman ¡Banerjee ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Sampath ¡Rangarajan ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡University ¡of ¡Wisconsin ¡Madison ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡NEC ¡Labs ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
Mo)va)on ¡ • Video ¡streaming ¡can ¡be ¡one ¡of ¡the ¡dominant ¡ applica)ons ¡in ¡4G ¡and ¡future ¡wireless ¡networks ¡ – Mobile ¡TV ¡services, ¡live ¡entertainments, ¡live ¡ broadcast ¡of ¡sports ¡ – High ¡quality ¡broadcast ¡of ¡educa)onal ¡content ¡in ¡ campus ¡ – Video ¡teleconferencing ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
Mobile ¡Video ¡ Future ¡ Present ¡ • WiFi: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-‑ ¡Not ¡always ¡connected ¡ • 3G ¡Cellular: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-‑ ¡Limited ¡bandwidth ¡ ¡ ¡ ¡ Cisco ¡Visual ¡Networking ¡Index: ¡ Global ¡Mobile ¡Data ¡Traffic ¡Forecast ¡Update, ¡ ¡2011–2016 ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
Outline ¡ • Mo)va)on ¡ • WiMAX ¡background ¡ • MuVi ¡ – Packet ¡value ¡awareness ¡ – Client’s ¡feedback ¡ – U)lity ¡maximiza)on ¡ – MCS ¡selec)on ¡ • Evalua)on ¡ ¡ • Conclusion ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
WiMAX ¡background ¡ • Frame ¡structure ¡ 5 ¡msec ¡ Frequency ¡ ¡(Sub-‑channels) ¡ Slot ¡ DL ¡Burst1 ¡ UL ¡Burst1 ¡ Control ¡ MBS ¡ Zone ¡ DL ¡Burst2 ¡ UL ¡Burst2 ¡ TransiIon ¡gap ¡ Up-‑link ¡ Down-‑link ¡ Time ¡(Symbols) ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
Modula)on ¡and ¡Coding ¡Scheme ¡ Index ¡ MCS ¡ Data ¡bits ¡per ¡slot ¡ 0 ¡ BPSK ¡ 1 ¡ 1 ¡ QPSK ¡¾ ¡ 1.5 ¡ 2 ¡ 16 ¡QAM ¡½ ¡ 2 ¡ 3 ¡ 16 ¡QAM ¡¾ ¡ 3 ¡ 4 ¡ 64 ¡QAM ¡½ ¡ 3 ¡ ¡ 5 ¡ 64 ¡QAM ¡⅔ ¡ 4 ¡ 6 ¡ 64 ¡QAM ¡¾ ¡ 4.5 ¡ 7 ¡ 64 ¡QAM ¡ ⅘ ¡ 5 ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
MPEG-‑4 ¡Encoded ¡Video ¡ • Video ¡sequence ¡consists ¡of ¡different ¡frame ¡types ¡ ¡ 1 ¡sec ¡ B ¡B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡GOP ¡ P ¡ (Group ¡Of ¡Picture) ¡ . ¡ . ¡ . ¡ B ¡B ¡ P ¡ I ¡ B ¡B ¡ P ¡and ¡B-‑frames ¡depend ¡on ¡ ¡ I ¡and ¡P-‑frames ¡when ¡decoding ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
WiMAX ¡Transmission ¡Example ¡ WiMAX ¡frame ¡ MCS ¡2 ¡ B ¡ P ¡ C1 ¡ I ¡ MCS ¡4 ¡ C2 ¡ BS ¡ MCS ¡7 ¡ C3 ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
MCS ¡Selec)on ¡Example ¡ I ¡ B ¡ P ¡ Client ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ MCS ¡ 2 ¡ 4 ¡ 7 ¡ Pkt/MCS ¡ ¡ ¡WiMAX ¡Frame ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡1 ¡ I ¡ I ¡ P ¡ B ¡ I ¡ P ¡ B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Client ¡ Recv. ¡ Client ¡ Recv. ¡ Client ¡ Recv. ¡ 1 ¡ I ¡ 1 ¡ I ¡ 1 ¡ -‑ ¡ 2 ¡ I ¡ 2 ¡ I, ¡P ¡ 2 ¡ -‑ ¡ 3 ¡ I ¡ 3 ¡ I, ¡P, ¡B ¡ 3 ¡ I, ¡P, ¡B ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
MCS ¡Selec)on ¡Example ¡ I ¡ B ¡ P ¡ Client ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3 ¡ MCS ¡ 2 ¡ 4 ¡ 7 ¡ Guarantee ¡the ¡delivery ¡of ¡important ¡packet ¡ Pkt/MCS ¡ ¡ ¡WiMAX ¡Frame ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡I: ¡1 ¡ Maximize ¡the ¡resource ¡u)liza)on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡P: ¡1 ¡ I ¡ I ¡ P ¡ B ¡ I ¡ P ¡ B ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡B: ¡1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ 1. ¡How ¡to ¡schedule ¡video ¡packets ¡ ¡ Client ¡ Recv. ¡ Client ¡ Recv. ¡ Client ¡ Recv. ¡ given ¡resource ¡constraints? ¡ 1 ¡ I ¡ 1 ¡ I ¡ 1 ¡ -‑ ¡ 2 ¡ I ¡ 2. ¡What ¡MCS ¡will ¡be ¡used ¡for ¡each ¡packet? ¡ 2 ¡ I, ¡P ¡ 2 ¡ -‑ ¡ 3 ¡ I ¡ 3 ¡ I, ¡P, ¡B ¡ 3 ¡ I, ¡P, ¡B ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
MuVi ¡ • Mul)cast ¡Video ¡delivery ¡scheme ¡ 1. ¡Priori)zes ¡video ¡packet ¡value ¡ ¡ 2. ¡Incorporates ¡the ¡clients ¡channel ¡condi)on ¡ 3. ¡Op)mizes ¡resource ¡alloca)on ¡ 4. ¡Adapts ¡the ¡MCS ¡for ¡each ¡video ¡packet ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
1. ¡Packet ¡Values ¡ • Not ¡all ¡video ¡packets ¡are ¡created ¡equal ¡ B ¡B ¡ GOP ¡ P ¡ B ¡B ¡ P ¡ I ¡ B ¡B ¡ MPEG-‑4 ¡encoded ¡video ¡ The ¡packet ¡value: ¡Dependence ¡of ¡other ¡packet ¡ ¡1. ¡I ¡Packet ¡> ¡P ¡Packet ¡> ¡B ¡Packet ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
1. ¡Packet ¡Values ¡ • Not ¡all ¡video ¡packets ¡are ¡created ¡equal ¡ B ¡B ¡ GOP ¡ P2 ¡ B ¡B ¡ P1 ¡ I ¡ B ¡B ¡ MPEG-‑4 ¡encoded ¡video ¡ The ¡packet ¡value: ¡Depends ¡on ¡the ¡posiIon ¡ ¡2. ¡P1 ¡Packet ¡> ¡P2 ¡Packet ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
2. ¡Client ¡Feedback ¡ • Incorpora)ng ¡clients ¡feedback ¡ Channel ¡State ¡InformaIon ¡(CSI): ¡ ¡ Every ¡5 ¡msec ¡via ¡dedicated ¡uplink ¡channel ¡ SNR ¡ C1 ¡ SNR ¡ C2 ¡ BS ¡ SNR ¡ C3 ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
SNR-‑MCS ¡Rela)ons ¡ • Incorpora)ng ¡clients ¡feedback ¡ 18 ¡ 16 ¡ QPSK ¡3/4 ¡ Throughput ¡(Mbps) ¡ 14 ¡ 16QAM ¡1/2 ¡ 12 ¡ 16QAM ¡3/4 ¡ 10 ¡ 64QAM ¡1/2 ¡ 8 ¡ 64QAM ¡2/3 ¡ 6 ¡ 64QAM ¡3/4 ¡ 4 ¡ 64QAM ¡5/6 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 15 ¡ 19 ¡ 21 ¡ 24 ¡ 26 ¡ 28 ¡ 32 ¡ SNR ¡(dB) ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
SNR-‑MCS ¡Table ¡ • Incorpora)ng ¡clients ¡feedback ¡ MCS ¡ SNR ¡range ¡(dB) ¡ 7 ¡ (28, ¡∞) ¡ 6 ¡ (26, ¡28] ¡ 5 ¡ (24, ¡26] ¡ 3, ¡4 ¡ (20, ¡24] ¡ 2 ¡ (15, ¡20] ¡ 1 ¡ (-‑∞, ¡15] ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
Problem ¡Formula)on ¡ B ¡ T ¡slots ¡ GOP ¡ B ¡ P ¡ . ¡ . ¡ . ¡ P ¡ 200 ¡ B ¡ B ¡ I ¡ WiMAX ¡frame ¡ BS ¡ 1 ≤ m ≤ M MCS: ¡ Video ¡packet ¡size ¡> ¡T ¡slots ¡x ¡bits/MCS ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡T ¡slots ¡with ¡robust ¡MCS ¡are ¡not ¡enough! ¡ -‑> ¡Higher ¡MCS, ¡Packet ¡scheduling ¡based ¡on ¡priority ¡ γ 2 SNR: ¡ γ K γ 1 SNR: ¡ SNR: ¡ ¡. ¡. ¡. ¡ C 1 ¡ C k ¡ C 2 ¡ Jongwon ¡Yoon ¡/ ¡MuVi ¡/ ¡MobiCom ¡2012 ¡
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