A Cell Loss Constraint Method of Bandwidth Renegotiation for Prioritized MPEG Video Data Transmission in ATM Networks

ATM망에서 우선 순위가 주어진 MPEG 비디오 데이터 전송시 대역폭 재협상을 통한 셀 손실 방지 기법

Our problem is improvement of image quality because it is inevitable cell loss of image data when traffic congestion occurs. If cells are discarded indiscriminately in transmission of MPEG video data, it occurs severe degradation in quality of service(QOS). In this paper, to solve this problem, we propose two method. The first, we analyze the traffic characteristics of an MPEG encoder and generate high priority and low priority data stream. During network congestion, only the least low priority cells are dropped, and this ensures that the high priority cells are successfully transmitted, which, in turn, guarantees satisfactory QoS. In this case, the prioritization scheme for the encoder assigns components of the data stream to each priority level based on the value of a parameter ${\beta}$. The second, Number of high priority cells are increased when value of ${\beta}$ is large. It occurs the loss of high priority cell in the congestion. To prevent it, this paper is regulated to data stream rate as buffer occupancy with UPC controller. Therefore, encoder's bandwidth can be calculated renegotiation of the encoder and networks. In this paper, the encoder's bandwidth requirements are characterized by a usage parameter control (UPC) set consisting of peak rate, burstness, and sustained rate. An adaptive encoder rate control algorithm at the Networks Interface Card(NIC) computes the necessary UPC parameter to maintain the user specified quality of service. Simulation results are given for a rate-controlled VBR video encoder operating through an ATM network interface which supports dynamic UPC. These results show that dynamic bandwidth renegotiation of prioritized data stream could provided bandwidth saving and significant quality gains which guarantee high priority data stream.

ATM 망에서의 폭주로 인한 셀 손실은 피할 수 없기 때문에 영상 데이터 전송시 화질의개선 여지가 문제점으로 남아있다. ATM망에서 MPEG 비디오 전송시에 무차별적인 셀들의 손실은 서비스 품질의 심각한 저하를 가져올 수 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 두 가지 방법을 제안한다. 첫째, MPEG 부호화기의 데이터 스트림의 트래픽 특성을 분석하여 높은 우선 순위의 데이터 스트림을 생성한다. 그리고 망의 폭주시에 가능한 한 낮은 우선 순위의 셀들을 폐기시키고 높은 우선 순위의 셀들을 전송하게 함으로써 사용자의 QOS를 보장한다. 이 때 부호화기의 데이터 스트림에 대한 우선 순위는 파라미터 ${\beta}$값의 증감에 따라 우선 순위 단계를 조절한다. 둘째, ${\beta}$값이 클수록 우선 순위가 높은 셀들의 수가 증가하게 된다. 이것은 망의 폭주시 우선 순위가 높은 셀의 손실을 초래한다. 이를 예방하기 위하여 본 연구에서는 사용량 감시 제어기를 설치하여 버퍼의 상태에 따라 전송률을 재 조절하는 방법을 취한다. 즉, 부호화기의 대역폭은 부호화기와 네트워크 사이의 재협상을 통하여 얻는다. 본 논문에서는 부호화기의 대역폭 요구사항을 최대 셀 전송률, 버스트 길이, 지속율을 다루는 사용 파라미터 제어(UPC)에 의하여 얻는다. 네트워크 인터페이스 카드(NIC : Network Interface Card)에 있는 적용 부호화기의 비트율 제어 알고리즘은 사용자의 QOS를 유지하기 위해 필요한 UPC 파라미터를 계산한다. 시뮬레이션시에는 동적인 UPC를 지원하는 ATM 네트워크 인터페이스 환경을 통하여 MPEG 부호화기의 비트율을 조절함으로써 측정하였다. 우선 순위가 주어진 데이터 스트림의 대역폭 재협상을 통한 실험의 결과는 대역폭의 이득과 우선 순위가 높은 데이터 스트림의 손실을 방지함으로써 영상의 화질이 개선됨을 보여준다.