Preemptive Strategies for Data Transmission through JPEG2000 Interactiive Protocol

Abstract

Hoy en día, con el desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones, las imágenes son ampliamente utilizadas en muchos ámbitos de nuestra vida. Cuando se comparten o transmiten imágenes, el consumo de ancho de banda de la red es importante, especialmente para imágenes de gran resolución. En un escenario cliente-servidor, el consumo de ancho de banda aumenta con el número de imágenes solicitadas por el usuario y con el número de usuarios. Por lo tanto, se necesitan estrategias de transmisión eficientes para reducir los costes de transmisión y los tiempos de respuesta de los clientes. Se puede alcanzar una mayor eficiencia a través de la compresión y también mediante el uso de un protocolo de transmisión adecuado. JPEG2000 es un estándar de compresión de imágenes que está a la vanguardia y que destaca por su rendimiento en la codificación de imágenes, características avanzadas y por sus potentes capacidades para la transmisión interactiva de imágenes. El protocolo JPEG2000 Interactive Protocol (JPIP) destaca porque es capaz de lograr una navegación fluida y porque minimiza la información intercambiada entre el cliente y el servidor. Además, la eficiencia de JPIP puede mejorarse mediante: 1) los parámetros de codificación apropiados; 2) la reorganización de paquetes en el servidor; 3) el prefetching en los clientes; y 4) el despliegue de servidores proxy en la red. Las estrategias de prefetching mejoran la capacidad de respuesta, sin embargo, cuando los clientes se encuentran en una red de área local, no se aprovechan las redundancias entre los clientes y la conexión a Internet puede llegar a saturarse. Este trabajo propone el despliegue de mecanismos de prefetching en los proxy JPIP para mejorar el rendimiento global del sistema. El proxy JPIP aprovecha los instantes de inactividad de la conexión a Internet para precargar datos y anticipar posibles peticiones futuras de los clientes. Dado que el prefetching se realiza en el proxy, se tienen en cuenta las redundancias existentes entre todos los clientes, lo que minimiza la carga de la red. Tres son las estrategias de prefetching que se estudian en esta tesis para reducir la latencia. La primera estrategia considera probabilidades equiprobables para los futuros movimientos de los clientes. La segunda estrategia utiliza un modelo basado en el comportamiento de navegación del usuario. La tercera estrategia predice las regiones de las imágenes que tienen una mayor probabilidad de ser solicitadas basándose en el contenido semántico de la imagen. Todas estas estrategias están integradas en nuestra implementación de código libre de JPIP llamada CADI, que es también una contribución de esta tesis.

Nowadays, with the advent of information technology and communications, images are widely used in many areas of our life. When sharing or transmitting images, the network bandwidth is a major concern, especially for large resolution images. In a client-server scenario, the bandwidth consumption increases along with the number of images requested by a user and with the number of users. Thus, efficient transmission strategies are needed to reduce the transmission cost and the client’s response time. Efficiency can be achieved through compression and by using a suitable transmission protocol. JPEG2000 is a state-of-the-art image compression standard that excels for its coding performance, advanced features, and for its powerful interactive transmission capabilities. The JPEG2000 Interactive Protocol (JPIP) is key to achieve fluent image browsing and to minimize the information exchanged in a client-server scenario. Furthermore, the efficienty of JPIP can be improved with: 1) appropriate coding parameters; 2) packet re-sequencing at the server; 3) prefetching at clients; and 4) proxy servers over the network. Prefetching strategies improve the responsiveness, but when clients are in a local area network, redundancies among clients are commonly not exploited and the Internet connection may become saturated. This work proposes the deployment of prefetching mechanisms in JPIP proxy servers to enhance the overall system performance. The proposed JPIP proxy server takes advantage of idle times in the Internet connection to prefetch data that anticipate potential future requests from clients. Since the prefetching is performed in the proxy, redundancies among all the clients are considered, minimizing the network load. Three strategies are put forward to reduce the latency. The first strategy considers equal probability for next movements. The second strategy uses a user-navigation model. The third strategy predicts the regions of the images that are more likely to be requested employing a semantic map. All these strategies are implemented in our open source implementation of JPIP named CADI, which is also a contribution of this thesis.