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Video multicast in peer-to-peer networks [Elektronische Ressource] / Francisco de Asís López Fuentes

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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHENLehrstuhl für KommunikationsnetzeFachgebiet MedientechnikVideo Multicast in Peer-to-PeerNetworksFrancisco de Asís López FuentesVollständiger Abdruck der von der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik derTechnischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades einesDoktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)genehmigten Dissertation.Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus DiepoldPrüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach2. apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Walter StecheleDie Dissertation wurde am 05.08.2008 bei der Technischen Universität München eingereichtund durch die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik am 07.01.2009 angenom-men.iiVideo Multicast in Peer-to-Peer NetworksFrancisco de Asís López FuentesJanuary 31, 2009To Iliana, Ingrid and MagnoliaAcknowledgmentsI am very grateful to my advisor Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach who guided my researchand shared his ideas and insights during these years. I appreciate his time, support, andadvices given by my work. This doctoral thesis would never have been possible without hissupport, guidance and professional attitude.I would also like to thank Prof. Dr.-Ing. Walter Stechele for accepting to be the secondexaminer of this thesis and Prof. Dr.-Ing. Klaus Diepold for heading the committee.

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Published 01 January 2009
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Lehrstuhl für Kommunikationsnetze
Fachgebiet Medientechnik
Video Multicast in Peer-to-Peer
Networks
Francisco de Asís López Fuentes
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der
Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Diepold
Prüfer der Dissertation: 1. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach
2. apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Stechele
Die Dissertation wurde am 05.08.2008 bei der Technischen Universität München eingereicht
und durch die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik am 07.01.2009 angenom-
men.iiVideo Multicast in Peer-to-Peer Networks
Francisco de Asís López Fuentes
January 31, 2009To Iliana, Ingrid and MagnoliaAcknowledgments
I am very grateful to my advisor Prof. Dr.-Ing. Eckehard Steinbach who guided my research
and shared his ideas and insights during these years. I appreciate his time, support, and
advices given by my work. This doctoral thesis would never have been possible without his
support, guidance and professional attitude.
I would also like to thank Prof. Dr.-Ing. Walter Stechele for accepting to be the second
examiner of this thesis and Prof. Dr.-Ing. Klaus Diepold for heading the committee.
During my stay at the Technische Universität München (TUM) I had the pleasure to interact
with the members of the Media Technology Group (MTG) and Lehrstuhl für Kommunika-
tionsnetze (LKN). A research group with diversity and high motivation. I want to thank
to all them. Especially, the collaboration and discussions with Shoaib Khan, Wei Tu, Dr.-
Ing. Ingo Bauermann and Peter Hinterseer was always very fruitful. I would like to thank
Dr.-Ing. Martin Maier, for all the technical support at LKN.
This research was partially supported by the Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia
(CONACyT) of Mexico since October 1, 2003 until March 31, 2008, and by the Deutscher
Akademischer Austausch Dienst (DAAD) since April 1, 2008 until September 30, 2008. A
German course was sponsored by DAAD between April 1, 2003 to 30, 2003.
Gracias a mi familia y amigos por su apoyo y comprensión en todo momento. A mi padres
por la formación que ellos me dieron. A mi esposa Iliana por toda su paciencia durante el
desarrollo de este trabajo y a mis hijas Ingrid y Magnolia Nicole por toda felicidad que ellas
nos han traido. A mis hermanos, suegros y cuñados por su motivación y apoyo.
Munich, July 2008
Francisco de Asís López Fuentes
vviAbstract
Peer-to-peer (P2P) video streaming is a promising solution to enable efficient video distribu-
tion over the Internet. The nodes or peers in this type of system can take the role of both a
server and of a client at the same time. During video distribution each peer acts as a relay
node contributing it upload capacity. This thesis focuses on a specific topic known as P2P
Video Multicast within the P2P streaming area. The contribution of this thesis is to present
network-adaptive techniques and novel architectures which improve the video delivery in
terms of end-to-end delay, scalability and video quality for different scenarios. The pro-
posed architectures are supported by an analytical framework, extensive simulations and
evaluations in real-world scenarios using the PlanetLab overlay testbed.
Kurzfassung
Peer-to-Peer (P2P) Video Streaming ist ein vielversprechender Ansatz, um eine effiziente
Verteilung von Videos über das Internet zu ermöglichen. Die beteiligten Netzknoten können
gleichzeitig die Rolle eines Servers oder eines Clients übernehmen. Während der Videoüber-
tragung agiert jeder Peer als Relais-Knoten und trägt seine Upload-Kapazität bei. Diese
Arbeit beschäftigt sich mit P2P Video Multicast, welches einen Teilbereich von P2P Video-
Streaming darstellt. Der Hauptbeitrag der Arbeit besteht in neuen Architekturen und adap-
tiven Methoden, die die Videoübertragung hinsichtlich Ende-zu-Ende-Verzögernung, Skalier-
barkeit und Videoqualität in verschiedenen Szenarien verbessert. Die vorgeschlagenen Ar-
chitekturen werden sowohl analytisch, durch umfangreiche Simulationen, sowie durch eine
Implementierung im weltumspannenden Overlay-Netz PlanetLab evaluiert und validiert.
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