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Master Thesis – Evaluation eines IPTV Monitoringsystems auf Basis von Android

Im Zeitalter moderner Netzwerkinfrastrukturen und einer Konvergenz zum Next-Generation-Network (NGN) oder auch ALL-IP-Network (3GPP TS22978), werden altbekannte Dienste wie lineares Fernsehen, welches bisher über Kabel, Satellit oder Terrestrisch per Broadcast von den Sendeanstalten ausgestrahlt wurden, auf neue Übertragungsmedien portiert. Die gängigste Bezeichnung von Fernsehen, das über das Internet ausgestrahlt bzw. empfangen wird, ist „Internet Protocol Television“ (IPTV). Mit IPTV wird im Allgemeinen die digitale Übertragung von Audio- und Videosignalen mittels einer Breitbandinternetverbindung bezeichnet. Durch die Breitband-internetverbindung (DSL) ist eine echte Interaktion mit dem Verbraucher möglich, die neue Anwendungsgebiete und Dienste, wie zum Beispiel Video-On-Demand (VoD) realisieren lässt. Zeitgleich zeichnet sich ein Trend ab, dass Endbenutzer im Internet exzessiv Plattformen wie „YouTube“ und „Vimeo“ als Videoportale nutzen, um den täglichen Konsum von Videomaterial nachzugehen.

Auch die Entwicklung von Mobilfunktechnologien hat in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen, sodass auch SmartPhone durch ihren technologischen Fortschritt immer mehr in der Lage sind, Video-Streaming-Dienste mobil zu nutzen. Diese multimedialen Angebote stellen große Herausforderungen an die Übertragungsnetze, denn die Nutzung dieser Dienste im Mobilfunk wird oft durch den stark fehlerbehafteten Übertragungsweg gestört, wodurch die Zufriedenheit des Endbenutzers negativ beeinflusst wird. Um die Ende-zu-Ende Dienstgüte zu ermitteln, müssen Netzwerk- und Video-Parameter analysiert werden, wobei die Analyse der aktuellen Video Qualität meistens sehr aufwendig und kostenintensiv ist.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojektes SmartVideo wird ein kostengünstiges Verfahren zur Qualitätsbestimmung von IP-basierten Videoströmen wie IPTV oder Video-on-Demand (VoD) entwickelt. Das IPTV Monitoring System dient zur Bestimmung der Qualität an Breitbandanschlüssen (DSL) und basiert auf ressourcenschonenden Messköpfen, die als verteiltes Messsystem eingesetzt werden können. Um die Qualität einer Videoübertragung auf einem mobilen Endgerät zu erfassen, ist eine Software nötig, die Netzwerk- und Videoparameter analysiert und eine Bewertung des Videos vornimmt.

Ziel dieser Master Thesis war es, einen QoS/QoE Monitoring Sensor (Messkopf) auf Basis eines Android SmartPhone innerhalb der SmartVideo Architektur zu entwickeln. Der Sensor soll spezifische Parameter aufnehmen und eine erste Abschätzung der Qualität des Videos vornehmen. Es werden verschiedene Messverfahren evaluiert und die Android Architektur dabei untersucht, um ein
geeignetes Konzept für eine Implementierung zu finden.

Das Thema meiner Master Thesis war Evaluation eines IPTV Monitoringsystems auf Basis von Android

Architektur „SmartVideo Probe for Android“

Anbei zum Download:

Master Thesis von Stephan Küffner

Master Thesis - Evaluation eines IPTV Monitoringsystems auf Basis von Android

Forschungsprojekt SmartVideo

Das Forschungsprojekt SmartVideo ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Projekt und bettet sich in den Forschungsschwerpunkt Next Generation Services in Heterogeneous Network Infrastructures (NEGSIT) der FH Köln ein.

Durch den Aufbau und die Migration bestehender Telekommunikationnetze zu Next Generation Networks (NGN) ergeben sich eine Vielzahl neuer Anwendungsmöglichkeiten und Dienste für die Nutzer. Besonders die stetig wachsende Nachfrage an Video-over-IP bzw. IPTV (IP TeleVision) und Voice-over-IP (VoIP) zwingen die Netzbetreiber über die Sicherstellung ihrer Dienstgüte (QoS) nachzudenken und geeignete Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen um dieser Güte gerecht zu werden.

Heute eingesetzte Verfahren zur Messung der QoS von IPTV sind aufwendig, rechen- und kostenintensiv. Schwerpunkt des Forschungsprojekts SmartVideo ist die Entwicklung eines „light weight“ Messsystem zur Bewertung der Quality-of-Experinece (QoE) von IP Videostreams, wie IPTV und VoD, in Zusammenarbeit mit Vodofone (ehem. Arcor) und CeTeCom (ehem. Vierling). Das Forschungsprojekt SmartVideo berücksichtigt bei der Entwicklung von geeigneten Messsystemen sowohl Broadcast-, Content-, Network-, Accessprovider wie auch Home Networks, um ein netzübergreifendes System zu schaffen.

In das Forschungsprojekt SmartVideo fliessen die Ergebnisse des BMBF-Projekts QoSSIP ( http://www.qossip.org ) zur Bewertung von QoS in NGN ein.

NetRestore – Virtualisierung

NetRestore ist eine webbasierte Oberfläche zur Steuerung der Virtualisierungstechnik OpenVZ. NetRestore wurde entwickelt um Testsysteme bzw Testrechner schnell und ohne Aufwand zu erschaffen. Mit Hilfe von NetRestore können virtuelle Environments erstellt und verwaltet werden. Templates können erstellt oder hinzugefügt werden. Das System erzeugt automatisch virtuelle Netzwerkkarten (VETH) und bietet so der VE einen Netzzugang nach aussen hin. Das Webfrontend bietet weiterhin die Möglichkeit den Server (Host) und die virtuellen Environments (VEs) zuverwaltet und nachträglich einzustellen (Diskquota, RAM).

Das Webfrontend ist intuitiv zu bedienen. In der Übersicht besteht die Möglichkeit eine VE hinzuzufügen. Ist eine VE mit 3 Klicks erstmal angelegt, muss sie nur aktiviert werden und nach wenigen Sekunden ist die VE über Dienste wie SSH oder WWW erreichbar.

Folgende Features sind in der Version 1.0 vorhanden:

  • VE´s erstellen, ändern, löschen
  • Benutzerverwaltung mit Gruppen und Rechten
  • Backup-System für die VE´s. (Sicherung der VE in Sekunden)
  • Schnelles Einbinden der VE´s in einen anderen Netzbereich
  • Softwaresystem im Browser skalierbar (zoomen)
  • Passwörter werden mit Hashs verglichen
  • Mirgieren von VE´s zu einem anderen Host
  • Auswahl von fertigen Templates beim Start (Debian, Suse)
  • Apt-Konfigurationstool
  • Datenbanksicherung mit Auswahl
  • Anzeige von Systeminformationen – Live
  • Sperren von Accounts bei 3 mal falscher Anmeldung
  • Konfiguration über eine Settingsdatei
  • PHP5, MySQL5, XHTML
  • XHTML konform

Forschungsprojekt QoSSIP

Das vom BMBF im Rahmen des FH³-Programms geförderte Projekt QoSSIP (Netzeübergreifende Quality-of-Service bei SIP-basierter VoIP-Kommunikation) behandelt Design- und Konfigurationsempfehlungen, Messmethoden und Abrechungsverfahren für qualitativ steuerbare Kommunikationsdienste in zusammen geschalteten, heterogenen Datennetzen. Es werden Design- und Konfigurationsempfehlungen, Messmethoden und Abrechnungsverfahren für QoS-steuerbare Dienste in Next Generation Networks (NGN) und IP Multimedia Subsystems (IMS) entwickelt und evaluiert.

IP-basierte Netzwerke bestehen oft aus einer Vielzahl heterogener Netze, welche getrennt voneinander verwaltet werden. Gerade zeitkritische Dienste wie die populäre Internettelefonie (VoIP) oder IPTV profitieren von einer bevorzugten Behandlung in IP-Netzen. Da bereits eine einzige überlastete Strecke die Qualität (Quality-of-Experience, QoE) eines Videostreams oder eines VoIP-Gesprächs empfindlich stören kann, ist es wichtig Dienstgüte (Quality-of-Service) durchgehend über Netze hinweg zu messen und zu steuern. Zu den aktuellen Entwicklungen der Forschungsgruppe Datennetze gehören:

  • NetBox, Virtualisiertes QoS-fähiges Netzwerk, IMS-Testumgebung
  • NetAccount, QoS-Accounting für NGN und IP Multimedia Subsystem (IMS)
  • IMS ShowCase, IMS Application Server
  • NetGage, Lastgenerator und MOS-Bestimmung (E-Model, PESQ), Echoanalyse
  • NetGen, Netzparameter Steuerung (Delay, Jitter, Packet Loss, CRC Error, u.a.)

Neben der mangelnden Lokalisierbarkeit eines Telefonteilnehmers für Not- und Röchelrufe oder der fehlenden Sicherung vor dem Abhören von Gesprächen ist die Gewährleistung einer gleich bleibenden Qualität eines Telefonats oder einer Videokonferenz über das Internet derzeit nicht gegeben.

QoSSIP widmet sich dieser Problemstellung. Es werden Lösungen und Designvorschläge für Netzbetreiber entwickelt, wie man die Qualität von VoIP über mehrere Netze hinweg und in verschiedenen Netztechnologien (ADSL, WLAN, gemanagte IP-Netze, Internet, Satellitenstrecken) steuern kann und wie man die voreingestellte Dienstgüte (Quality-of-Service) auch nachweisen und messen kann, um sie dann ggf. einer definierten Abrechnung (Billing) zuzuführen.

Die besondere Schwierigkeit im Projekt QoSSIP beruht auf der heterogenen Netzwerktechnik, die durch unterschiedliche Zugangsnetze (ADSL, WLAN, LAN) und dem Einsatz unterschiedlicher Netzwerke bei verschiedenen Netzbetreibern entsteht. Als Verbundprojekt wird QoSSIP gemeinsam mit der FH Frankfurt, der FhG FOKUS SatCom (Schloss Birlinghoven) und den Unternehmen JDSU/Acterna (Eningen), Arcor (Eschborn), HEAG Medianet (Darmstadt) und Tecon (Köln) durchgeführt.