Implementation of BOLA and Comparison with Other Adaptive Bitrate (ABR) Mechanisms in the OMNeT++ Simulation Platform

Abstract

I dag er vi være vitne til en økning i videostreaming på internett, muliggjort av en rekke strømningsteknologier som er tilgjengelige over hele verden. En av de mest utbredte teknikkene som brukes for videostreaming er adaptiv HTTP-strømming (HAS). I denne sammenhengen har adaptive bitrate-videoalgoritmer (ABR) stor betydning for å sikre en optimal visningsopplevelse for sluttbrukeren. HAS bruker vanligvis en forhåndsvalgt adaptiv videostreamingalgoritme for en videoseanse, hvorav en er Buffer Occupancy basert Lyapunov Algorithm (BOLA), for å levere optimal videokvalitet. BOLA tilpasser videokvaliteten gjennom en økt ved å undersøke videobufferstørrelsen og optimalisere jevnhet og oppløsning for å sikre at brukeren får den beste visningsopplevelsen, med tanke på avbrudd og videokvalitet. Optimalisering av både jevnhet og bitrate er en utfordrende oppgave i visse scenarier, da forbedring av jevnhet kan kreve en reduksjon i bitrate og vice versa. Til tross for sin økende popularitet mangler det offentlige implementeringer av BOLA på noen av de største nettverkssimuleringsplattformene. Dette er bekymringsfullt siden de nåværende tilgjengelige implementeringene er basert på enkle ABR-er som ikke tillater realistisk etterligning av videostreaming, noe som er nødvendig for å oppnå gyldige og representative simuleringssresultater. Denne avhandlingen tar sikte på å løse dette problemet ved å implementere og validere BOLA i OMNeT++-simuleringsplattformen. Det primære målet er å sammenligne BOLA med eksisterende ABR-implementeringer i frontlinjen. Spesifikt gir avhandlingen en BOLA-implementering i OMNeT++, analyserer den og sammenligner noen av resultatene med de som er oppnådd ved bruk av eksisterende enkle ABR-implementeringer. Konklusjonen er at denne studien bidrar til forståelsen av effektiviteten til BOLA og dens sammenlignende analyse med førsteklasses ABR-implementeringer. Dette arbeidet understreker også betydningen av realistisk etterligning av videostreaming for å oppnå gyldige og representative simuleringsresultater, noe som potensielt kan ha bred innvirkning på utviklingen av effektive og effektive videostreamingteknologier.

Today we can witness a surge in video streaming on the Internet, facilitated by a variety of streaming technologies available worldwide. One of the most prevalent techniques employed for video streaming is HTTP adaptive streaming (HAS). In this context, adaptive bitrate video algorithms (ABRs) hold great importance in ensuring an optimal viewing experience for the end user. HAS usually employs a preselected adaptive video streaming algorithm for a video session, one of which is the Buffer Occupancy based Lyapunov Algorithm (BOLA), to deliver optimal video quality. BOLA adapts the video quality throughout a session by examining the video buffer size and optimizing smoothness and resolution to ensure the user gets the best viewing experience, considering interruptions and video quality. The optimization of both smoothness and bitrate is a challenging task in certain scenarios, as enhancing smoothness may require a reduction in bitrate and vice versa. Despite its growing popularity, public implementations of BOLA are lacking in some of the largest networking simulation platforms, presenting a concern since currently available implementations are based on simplistic ABRs that do not permit realistic emulation of video streaming, necessary for obtaining valid and representative simulation outcomes. This thesis aims to address this issue by implementing and validating BOLA within the OMNeT++ simulation platform. The primary objective is to compare BOLA with existing state-of-the-art ABR implementations. Specifically, the thesis provides a BOLA implementation in OMNeT++, analyses it, and compares some of the results with those obtained using existing simplistic ABR implementations. In conclusion, this study contributes to the understanding of the effectiveness of BOLA and its comparative analysis with state-of-the-art ABR implementations. This work also highlights the significance of realistic emulation of video streaming in obtaining valid and representative simulation results, which can potentially have a broader impact on the development of efficient and effective video streaming technologies.