Real-time video transmission in multi-homed vehicular networks

Abstract

Providing high quality video transmission in vehicular ad-hoc networks (VANETs) is very challenging due to the highly dynamic, unpredictable topology, and low bandwidth characteristics. Moreover, within an IP-based multihomed VANET, there is an array of different network access technologies roadside units (RSUs), through which on-board units (OBUs) establish connections. In these connections, each available technology has its own medium access control protocol, and other defined parameters, that may interfere with the packet’s order of arrival in the mobile network’s clients, attached to an OBU. In this document, we design a system able to optimally transmit RTP video streams in such IP-based multi-homed VANETs. By splitting the video stream packet flows through its different frame types, in the array of available multihomed paths, the system can then send critical frames, depending on the used coding standard, through a more reliable path. Tests were conducted with H.264 encoded video streams, differing in spatial resolutions of 240p, 360p, 720p, and 1080p, between three different video frame distribution algorithms. Such tests were also executed in three different phases (on both laboratory and outside environments). This dissertation results show that without applying any criterium to video streams distribution, in the VANET’s manager, the video transmission loss percentages are significant, mostly in smaller resolutions. Otherwise, with the video frame distribution algorithms enabled, we achieved decreases until approximately 60.4%, as evaluated in our outside experiments.

Fornecer conteúdo de vídeo de alta-qualidade numa rede veicular (VANET) é uma tarefa desafiante, dada a sua topologia dinâmica e imprevisível, e pelas suas características de largura de banda reduzidas. Mais, no contexto de uma VANET com recurso a multi-homing, existe uma lista de tecnologias de acesso de rede entre várias infrastruturas de estrada (RSUs), por onde passam unidades intra-veículo (OBUs) estabelecendo ligações. Nestas ligações, cada tecnologia possui um protocolo de controlo de acesso ao meio, entre outros parâmetros definidos, que podem interferir com a ordem de chegada de pacotes aos clientes da rede móvel, associados a uma OBU. Neste documento é estudado o desenho de um sistema capaz de transmitir fluxos de vídeo encapsulados pelo protocolo de transporte multimédia RTP, numa rede veicular assente em protocolos da família IP e com multi-homing. Através de uma divisão dos fluxos de vídeo pelas várias tecnologias de envio disponíveis, o sistema poderá enviar as frames mais críticas por canais de comunicação mais fiáveis e resilientes, dependendo do tipo de codificação de vídeo em causa. Testes foram conduzidos com fluxos de vídeo codificados em H.264, diferindo em resoluções espaciais de 240p, 360p, 720p e 1080p, entre três diferentes algoritmos de distribuição de frames de vídeo. Estes testes foram também executados em três fases diferentes (em ambos ambientes de laboratório e de exterior). Os resultados desta dissertação mostram que, sem qualquer critério na distribuição dos vídeos, no gestor de mobilidade, a percentagem de perdas associadas à transmissão de vídeo são significativas, principalmente em pequenas resoluções. Para além disso, com os algoritmos de distribuição de frames vídeo ativos, é possível atingir reduções até aproximadamente 60,4%, obtidos em cenários de ambiente exterior.