Optimized wide area media transport strategies

Abstract

Modern networks are increasingly used for a multitude of different application scenarios, which primarily include multimedia transmission with a strict delivery time constraint. This kind of content has far more complex requirements than traditional applications, such as file transfer via download or sending an email. This thesis motivates the segmentation of default IP-based communication paths for optimized network and transport utilization concerning retransmission error coding schemes and strict delivery time limits. Theoretical considerations for general channel coding approaches with no time limitation show, that the network load measurably decreases in case the transmission is fully split. Time-restricted transmissions with packet-retransmission error correction schemes require more complex mechanisms for the time budget distribution and retransmission characteristics. The development of an upper bound for the number of segments established on a transmission path with hybrid error correction and a time constraint represents a significant contribution of this thesis. Metrics are presented that enable a reliable identification of network segments with a high optimization potential. Mathematical programming and graph theoretical methods demonstrate their versatility. Experimental measurements and simulations verify that network path segmentation leads to a significant reduction of the network load.

Moderne Netzwerke werden zunehmend für multimediale Übertragungen mit strikter Zeitbegrenzung verwendet. Diese haben weitaus komplexere Anforderungen als traditionelle Anwendungen wie die Übertragungen von Dateien oder der Versand von Emails. Die vorliegende Arbeit motiviert die Segmentierung traditioneller IP-basierter Kommunikationspfade zur Optimierung des Netzwerktransports unter Verwendung von paketbasierten Fehlerschutzmechanismen und fixen Begrenzungen der zulässigen Latenz. Theoretische Betrachtungen für Kanalkodierungen ohne Zeitbegrenzung zeigen eine erkennbare Verbesserung der Netzwerkauslastung, sofern Übertragungspfade vollständig segmentiert werden. Zeitkritische Übertragungen mit paketbasierten Korrekturverfahren erfordern komplexe Mechanismen für Zeitbudgetverteilung und Paketwiederholungsverhalten. Die Ausarbeitung einer oberen Schranke für die Anzahl von Segmenten innerhalb eines Übertragungspfades bei Verwendung von hybriden Fehlerschutzverfahren unter Zeitbeschränkung stellt einen signifikanten Beitrag der Arbeit dar. Des Weiteren werden Metriken vorgestellt, die eine verlässliche Lokalisierung von Netzwerksegmenten mit hohem Optimierungspotential erlauben. Methoden der mathematischen Programmierung und Graphentheorie demonstrieren die praktische Einsetzbarkeit. Experimentelle Auswertungen und Simulationen belegen, dass die Segmentierung eines Transportpfades zu einer signifikanten Reduktion der Netzwerkauslastung führt.