Le fonctionnement de la fragmentation adaptative au niveau du XLAVS

= − + = sta Nb i i llc phy mac threshold r Ri hs hs fsi 1 1 1 Eq. 5-7 Exemple numérique :

Nous supposons que trois stations sont connectées au XLAG : station 1 (1Mbits/s), station 2 (1 Mbits/s) et station 3 (5 Mbits/s). Nous supposons qu’un flux vidéo est transmis à la station 1. Le débit du flux vidéo au niveau LLC est égal à 450 Kbits/s. En utilisant l’équation Eq.5-7, le fsithreshlod de la station 1 est égal à 1000 octets, c’est-à-dire, que la station 1 ne peut pas utiliser une taille de trame inférieure à 1000 octets, sinon l’overhead introduit pas la fragmentation fera déborder le débit physique disponible.

Dans le cas où le débit physique de la station 3 passe à 54 Mbits/s, le fsithreshlod de la station 1 passe à 420 octets puisque le débit physique total a augmenté, ce qui fait diminuer la taille minimale d’un fragment.

5.2.3.3 Le fonctionnement de la fragmentation adaptative au niveau du XLAVS

Dans cette section, nous détaillons comment la limite inférieure pour la taille d’une trame peut être utilisée dans un système de fragmentation adaptative. Cette fragmentation 802.11 adaptative est exécutée durant la transmission des flux TV vers les stations. La Figure 5-9 illustre les échanges d’informations nécessaires pour le fonctionnement de la fragmentation adaptative.

XLAVS Application Transport Network 802.11 MAC Fragmentation ^Connection Statistics Cross Layer Decision Point XLDP RTCP 802.11 PHY

Figure 5-9 : L'échange d'informations pour la fragmentation 802.11 Adaptative

Le module XLDP récupère des paramètres de monitoring au niveau applicatif et au niveau MAC. Ces paramètres sont donnés ci-dessous :

• Au niveau MAC :

o Le nombre de stations qui sont connectées au XLAG. o Le débit physique de chaque station.

• Au niveau applicatif :

o Le taux de perte RTCP de chaque session IPTV ouverte au niveau du XLDP. À partir des paramètres récupérés au niveau MAC, le XLDP calcule pour chaque station une limite inférieure pour la taille des trames suivant la procédure détaillée dans la section précédente. Ce calcul est répété d’une manière itérative afin de mettre à jour les limites en cas de :

• Connexion et/ou départ des stations.

• Changement des débits physiques des stations. • Changement des débits des flux vidéo.

Le changement de la taille des trames pour chaque station se base principalement sur les taux de perte RTCP transmis par la station et sur des politiques d’adaptation qui fournissent une correspondance entre les taux de perte et la taille du fragment. Le fonctionnement basique de ces politiques consiste à faire baisser la taille des trames lorsque le taux de perte augmente et à augmenter la taille des trames lorsque le taux de perte diminue. Cependant, la taille du fragment choisie doit toujours respecter la limite inférieure calculée par le module XLDP.

L’activation et la désactivation de la fragmentation ainsi que la taille du fragment sont signalés par le module XLDP à la couche MAC en utilisant un appel de fonction interne.

Afin d’éviter les oscillations de la taille des fragments engendrées par une oscillation des taux de perte RTCP, nous utilisons une moyenne pondérée dans le temps afin de lisser (smooth) le niveau des taux de perte tout en donnant une importance aux taux de perte récents. Cette moyenne

wp est calculée par l’équation Eq. 5-8, la valeur λ représente le facteur de pondération.

wp p

wp←(1−λ)× _rtcp +λ× Eq. 5-8

5.2.3.4 Tests et évaluations de performance

Dans cette section, nous présentons une évaluation de performance pour la fragmentation 802.11 adaptative. L’évaluation est limitée à une station pour démontrer uniquement l’importance d’une fragmentation adaptative durant les périodes d’interférences. L’évaluation se base sur des tests conduits sur la plateforme d’expérimentation présentée dans la section 5.2.2.4. Les tests consistent toujours à transmettre simultanément un flux vidéo dans le réseau « IPTV WLAN » et un flux UDP dans le réseau « IPERF WLAN » (voir Figure 5-2).

L’implémentation de la fragmentation adaptative se base sur l’intégration au niveau du XLDP d’un appel de fonction système fourni par le pilote libre MadWiFi. Cette fonction représente une interface de configuration qui permet de contrôler dynamiquement la fragmentation au niveau MAC ainsi que la taille des fragments.

Nous avons défini deux scénarios de tests pour comparer la fragmentation adaptative proposée avec un système conventionnel sans aucune adaptation. Dans chaque scénario, nous exécutons dix tests. Les deux scénarios sont détaillés ci-dessous :

• Scenario 1 : Dans ce scenario, le XLAVS n’exécute aucune adaptation. La fragmentation 802.11 est désactivée. La taille d’une trame MAC est inférieure ou égale à 1512 octets.

• Scenario 2 : Dans ce scenario, le XLAVS exécute une fragmentation adaptative en utilisant la politique d’adaptation détaillée dans le Tableau 5-3.

Taux de perte pondérés (%)

(λ = 0.2) ^{Taille des trames (octets)}

= 0 ^{Aucune fragmentation} ≤ 1512 < 5 ≤ 1024 ≥ 5 ≤ 512

Tableau 5-3 : La politique d'adaptation pour la fragmentation adaptative

La durée d’un test est de 240s. Les caractéristiques techniques de la séquence vidéo sont résumées dans le Tableau 5-2. Les deux scénarios sont sujets au même modèle d’interférence présenté ci-dessous :

• [0s, 60s] : Aucune interférence ; aucun trafic UDP. • ]60s, 100s] : Avec interférences ; trafic UDP 100 Kbits/s. • ]100s, 140s] : Avec interférences ; trafic UDP 200 Kbits/s. • ]140s, 180s] : Avec interférences ; trafic UDP 300 Kbits/s. • ]180s, 240s] : Aucune interférence ; aucun trafic UDP.

La Figure 5-10 et la Figure 5-11 donnent respectivement les taux de perte RTCP et le débit d’émission vidéo au niveau MAC pour un test dans chaque scénario. La variation de la taille des trames pour le deuxième scénario est donnée dans la Figure 5-12. Ces résultats montrent la réactivité du système d’adaptation.

0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 200

Packet loss ratio (%)

Time (s)

Scenario 1: No fragmentation Scenario 2: Adaptive fragmentation

300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 50 100 150 200 Throughput(Kbps) Time (s) Scenario 1: No fragmentation Scenario 2: Adaptive fragmentation

Figure 5-11 : Le débit d’émission du flux vidéo au niveau MAC d’un test dans les scénarios 1 et 2

800 1000 1200 1400 1600 1800 0 50 100 150 200

MAC fragment size(bytes)

Time (s)

Scenario 2: Adaptive fragmentation

Figure 5-12 : La variation de la taille des trames d’un test dans le scénario 2

Dans la Figure 5-10, nous remarquons clairement la différence entre les deux scénarios concernant les taux de perte. Durant la période d’interférence [60s, 180s], le deuxième scénario utilisant la fragmentation adaptative déclenche dynamiquement la fragmentation en réduisant la taille des trames de 1512 octets à 1024 octets, comme illustré par la Figure 5-12. Ceci réduit considérablement les taux de perte et augmente sensiblement le débit du flux vidéo. À la fin de la période d’interférence ]180s, 240s], les taux de perte baissent, Dans le scénario 2 la fragmentation 802.11 est désactivée et la taille des trames est réinitialisée à 1512 octets.

0 20 40 60 80 100 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 PSNR_Y (db) Frame Number Scenario 1: No fragmentation Scenario 2: Adaptive fragmentation

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 SSIM_Y (%) Frame Number Scenario 1: No fragmentation Scenario 2: Adaptive fragmentation

Figure 5-13 : PSNR pour les scénarios 1 et 2 entre l'image #1000 et l’image #5000

Figure 5-14 : SSIM pour les scénarios 1 et 2 entre l'image #1000 et l’image #5000

Pour mesurer la qualité objective des vidéos reçues par les stations dans les deux scénarios, nous avons calculé durant l’intervalle [40s, 200s] le PSNR et le SSIM donnés respectivement dans la Figure 5-13 et la Figure 5-14. Nous distinguons clairement la différence entre le premier et le deuxième scénario. La fragmentation adaptative dans le scénario 2 réduit les pertes des paquets et augmente, par la même, la qualité de la vidéo reçue par la station.

450 455 460 465 470 475 480 485 490 No fragmentation Adaptive fragmentation Throughput(Kbps) 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 No fragmentation Adaptive fragmentation Loss ratio (%)

Figure 5-15 : Le débit moyen d’émission des dix tests dans les scénarios 1 et 2

Figure 5-16 : Le taux moyen de perte des dix tests dans les scénarios 1 et 2

Les moyennes des taux de perte et du débit d’émission vidéo obtenus dans les dix tests de chaque scénario sont données respectivement dans la Figure 5-15 et la Figure 5-16. Les moyennes sont calculées durant la période d’interférence. Ces résultats illustrent la capacité de la fragmentation adaptative à diminuer les pertes contre une augmentation sensible du débit d’émission du flux vidéo causée par une augmentation de l’overhead.

5.3 Le groupage de trames basé sur l’image vidéo