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Control de interrupciones de Vídeo Streaming Móvil en arquitecturas Android usando técnicas de realidad aumentada y WebRTC

Autor(es)
Diego Miguel Marcillo Parra
Fecha de lectura
03-Feb-2016

Título: Control de interrupciones de Vídeo Streaming Móvil en arquitecturas Android usando técnicas de realidad aumentada y WebRTC

Autor: Diego Miguel Marcillo Parra

Directores: Álvaro Suárez Sarmiento y Elsa María Macías López

Departamento: Informática y Sistemas

Fecha de lectura: 3 de febrero de 2016

Calificación: Sobresaliente "Cum Laude"

Tribunal evaluador:

Presidente: Juan Carlos Guerri Cebollada

Secretario: Antonio A. Ocón Carras

Vocal: Julián Fernández Navajas

Vocal: María Dolores Cano Baños

Vocal: Alexis Quesada Arencíbia

Resumen:

Los avances en la Tecnología de la Información y la Comunicación han impactado la Sociedad muy sorprendentemente, constituyéndose en un elemento de vital importancia. El ser humano está en una constante búsqueda de nuevas tecnologías, que simplifiquen las actividades en cualquiera de las áreas que necesite. En la Comunicación inalámbrica se ha incrementado el ancho de banda usando nuevas técnicas de codificación, se ha mejorado mucho la arquitectura hardware de los terminales móviles y sus sistemas operativos. El hardware puede incluir hasta ocho núcleos, pantallas flexibles que faciliten el consumo de contenidos de realidad virtual y de realidad aumentada. Los sensores permiten diseñar aplicaciones inteligentes e interactivas con el medio físico. Los sistemas operativos optimizan el consumo energético y manejo eficiente de datos multimedia (audio y vídeo). Servicios móviles como la videoconferencia y streaming de video almacenado son muy habituales a día de hoy; por lo que es imperativo garantizar la prestación del servicio con criterios de calidad de experiencia. Desafío complejo porque la gran cantidad de tráfico que demanda este servicio es difícil de procesar en los limitados recursos de los terminales móviles. Pero más complejo es el hecho que el canal inalámbrico tiene un comportamiento impredecible ocasionado por la desconexión impredecible del canal inalámbrico que causa interrupciones del servicio de video. Esto afecta muy negativamente a la Calidad de la experiencia del usuario y pone en peligro el futuro éxito de este servicio. Por eso, en esta tesis se ha contribuido a mitigar este problema, contribuyendo con varias soluciones software que se aplican en diferentes ambientes. Para ello se ha modelado con patrones de diseño una arquitectura básica de un esquema general de video streaming. Para entender el problema que afecta al servicio de video streaming, se modeló y generó un modelo matemático que permite demostrar claramente que el rendimiento del servicio ante interrupciones es muy pobre.

La primera solución consiste en utilizar proxies para mitigar los efectos adversos de una interrupción de video streaming; permitiendo al cliente continuar consumiendo el contenido multimedia desde la posición en la que se encontraba, dado el establecimiento del canal de comunicación. Posteriormente se planteó un modelo basado en realidad aumentada, donde el usuario puede observar en tiempo real mediante técnicas de realidad aumenta, como se encuentra el estado del canal de comunicación en un lugar dado; para con esta información tome acciones que permitan la continuidad del contenido multimedia, evitando entrar en zonas de interrupción. Se utilizó el modelo base en forma iterativa con incrementales de funcionalidad mediante el uso de patrones software y reglas de negocio que evalúan el estado del  canal de comunicación a través del sensado del dispositivo móvil, entregando información que permite desplegar consultas colaborativas debido a que arma mapas online con la información obtenida sobre la ruta seguida por el usuario mediante archivos KML. Estos archivos pueden ser consumidos por herramientas como Google Earth y Google Maps.

Finalmente, se planteó un modelo para video en tiempo real que permita controlar la interrupción de una sesión de  videoconferencia por video streaming, debido a una disrupción del canal de comunicación inalámbrico. Se mantuvo el  modelo base en forma iterativa con incrementales en sus dos subsistemas: establecimiento y externo. Cada uno de estos subsistemas se desarrolló con base en patrones software de diseño y funcionalidades adicionales para cumplir con el objetivo de proveer control de interrupción y continuidad del servicio de videoconferencia.

Ninguna de las soluciones anteriores supone un coste adicional en el tiempo de ejecución y se ha definido un mecanismo que permite reestablecer la sesión; continuar con la visualización del contenido multimedia desde la posición en la que se encontraba, cuando se produjo la disrupción. Minimizando significativamente el impacto negativo de la pérdida de sesión y mejorando la experiencia de usuario en servicios de videoconferencia y video streaming.

Palabras clave:

Video streaming, comunicación inalámbrica, dispositivos inalámbricos, agentes inteligentes, servicios Web, disrupción, interrupción, recuperación, video streaming bajo demanda, video streaming en tiempo real, WebRTC, HTML5, DASH, sensores, reglas de negocio, patrones software de diseño, realidad aumenta, KML, KMZ.

Abstract:

Advances in information technology and communication have impacted surprisingly in the society, being an element of vital importance. Human beings are in constant search for new technologies that reduce the activities in any of the needed areas. In wireless communication the bandwidth has been increased using new coding techniques, the hardware architecture of mobile devices and their operating systems has been greatly improved. The hardware can include up to eight cores, flexible displays to facilitate the use of virtual and augmented reality. Sensors allow to design smart applications with the physical environment. Operating systems optimize energy consumption and efficient management of multimedia data (audio and video). Mobile services such as videoconferences and video streaming are very common these days, so it is imperative to ensure the service with quality criteria of experience. This is a complex challenge because of the amount of traffic that this service demands, is difficult to process in the limited resources of mobile terminals.

The wireless channel has an unpredictable behavior caused by the unpredictable wireless channel disconnection that causes interruptions in the video service. This negatively affects to the quality of user experience and puts in danger the future success of this service. Therefore, this thesis has contributed to mitigate this problem with several software solutions that apply in different environments.

For this reason a basic architecture of a general scheme of video streaming has been modeled with design patterns. To understand the problem that affects the video streaming service, it was modeled and created a mathematical model to demonstrate clearly that service performance facing interruptions is very poor.

The first solution is to use proxies to mitigate adverse effects of a video streaming interruption; allowing the costumer continue consuming the multimedia content from the position he was when the channel communication was stablished.

After that a model based on augmented reality was raised, where the user can observe in real time trough augmented techniques how is the status of the communication channel in a specific place, for this information I took decisions that allow the continuity of multimedia content, avoiding entering in interruption areas. The base model was used interactively with increments of functionality through the use of software patterns and business rules that evaluate the status of the communication channel by sensing the mobile device, providing information that allows to deploy collaborative consultations because online maps are formed with the obtained information of the route followed for the user through KML files. This files can be consumed by tools like Google Earth and Google Maps.

Finally, a model for video in real time that allows to control the interruption of a videoconference by video streaming was raised, due to a disruption of the wireless communication channel. The base model was maintained in an iteratively way with incremental in two systems: establishment and external. Each of these subsystems was developed based on design software patterns and additional features to get the goal of provide interruption control and continuity of videoconference service.

None of the previous solutions has an additional cost in the executing time and a mechanism to reestablish the session, continue displaying the media from the position that the costumer was when the disruption occurred was defined. Significantly minimizing the negative impact of the loss of session and improving the user experience in videoconferences and video streaming.

Keywords:

Video streaming, wireless communication, wireless devices, smart agents, web services, disruption, interruption, video streaming on demand, video streaming in real time, WebRTC, HTML5, DASH, sensors, business rules, design software patterns, augmented reality, KML, KMZ.

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