Improving the performance of a CouchDB powered WebSocket API in low-quality internet conditions

Thumbnail Image

Files

master_Salminen_Severi_2019.pdf (27.89 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Perustieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2019-12-16

Department

Major/Subject

Computer Science

Mcode

SCI3042

Degree programme

Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences

Language

en

Pages

65+1

Series

Abstract

FIBA and Futurice have developed a web application Scores for recording 3x3 basketball game events and synchronizing the recorded data with a CouchDB database. The backend server provides various APIs, which allow embedding game info into live video streams in real-time. Some basketball venues, however, have a low-quality Internet connection, which causes delays or missing emission for API users. This mostly affect the live video streaming: the game information such as scores and game clock embedded in the video stream is lagging behind the actual game state. In the worst cases, a lag of over ten seconds has been observed. To mitigate the problems, an Electron application Venue Server has been developed. It works as a local PouchDB database server for Scores and also exposes an API providing the live game states. With Venue Server the data can be transmitted from Scores to the API user within the local area network. This way the Internet problems shouldn't affect the quality of API usage. This research describes the architecture of Scores system and assesses the quality of data transmission via the API with and without Venue Server. A method called network emulation is used in the experiments to simulate different network conditions. In the tests, game actions are created and API output analyzed in terms of end-to-end delay and missing data emissions. In the tests, network delay, throughput and packet loss rate are varied in addition to game action creation interval. The results show that Venue Server improves the quality of the APIusage. In all 80 cases, the first null hypothesis was rejected: tests with Venue Server showed a significantly lower end-to-end delays than tests without Venue Server. In 42 cases out of 80, the second null hypothesis was rejected: tests with Venue Server had less missing API emissions than tests without Venue Server. It can be concluded that in most cases Venue Server improved the situation significantly. Venue Server also improved the quality of theAPI when no network impairments were applied.

FIBA ja Futurice ovat kehittäneet Scores-verkkosovelluksen 3x3-koripallon pelitapahtumien tallentamista varten. Ohjelma myös synkronoi tiedot CouchDB-tietokannan kanssa. Taustapalvelimen ohjelmistorajapintojen (API:t) avulla pelien tiedot voidaan sisällyttää reaaliajassa videokuvaan. Joillain tapahtumapaikoilla on kuitenkin heikkolaatuinen Internet-yhteys, minkä takia API:n kautta saatu data saattaa olla viivästynyttä tai puutteellista. Tämä vaikuttaa erityisesti videokuvaan: kuvaan upotettu pelitilanne voi olla jopa yli kymmenen sekuntia viivästynyttä. Yhteysongelmia varten on kehitetty Electron-sovellus Venue Server. Se toimii paikallisena PouchDB-tietokantapalvelimena Scoresille. Venue Server tarjoaa saman API:n kuin taustapalvelin pelitilanteiden lukemista varten. Venue Serverin avulla data voidaan ohjata API:n käyttäjälle Scores-sovelluksesta paikallisverkon sisällä. Näin mahdollisten Internet-ongelmien ei pitäisi vaikuttaa API:n käyttöön. Tämä tutkimus esittelee Scores-järjestelmän arkkitehtuurin ja vertailee API:n tiedonsiirron laatua Venue Serverin kanssa ja ilman Venue Serveriä. Vertailu toteutetaan kontrolloiduin kokein, joissa simuloidaan erilaisia yhteysolosuhteita verkkoemulaation avulla. Testeissä luodaan pelitapahtumia ja anaysoidaan API:n lähettämää dataa kokonaisviiveen ja puuttuvien viestien osalta. Testeissä varioidaan verkon latenssia, tiedonsiirtonopeutta ja pakettihävikkiä, sekä pelitapahtumien luontitaajuutta. Tulosten mukaan Venue Server auttaa API:en käyttöä. Kaikissa 80:ssä testissä ensimmäinen nollahypoteesi hylättiin: Venue Server pienensi kokonaisviiveiden keskiarvoa tilastollisesti merkitsevästi verrattuna testeihin, joissa Venue Serveriä ei käytetty. 42:ssä testissä 80:stä myös toinen nollahypoteesi kumottiin: Venue Server vähensi puuttuvien API-viestien osuutta verrattuna testeihin, joissa Venue Serveriä ei käytetty. Suurimmassa osassa tapauksista Venue Serverista oli huomattava hyöty. Lisäksi Venue Server paransi suosituskykyä, vaikka verkkoa ei keinotekoisesti hidastettu.

Description

Supervisor

Vuorimaa, Petri

Thesis advisor

Rantanen, Jarno

Keywords

CouchDB, network emulation, WebSocket, Dummynet

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201912226574

Collections

[dipl] Perustieteiden korkeakoulu / SCI