無線網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量控制.pdf

1、通信技術(shù)近些年來得到了迅猛發(fā)展，層出不窮的無線通信系統(tǒng)為用戶提供了多種的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括無線個(gè)域網(wǎng)（如 Bluetooth）、無線局域網(wǎng)（如Wi-Fi）、無線城域網(wǎng)（如 WiMAX）、公眾移動(dòng)通信網(wǎng)（如2G、3G）、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以及AdHoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。盡管這些無線網(wǎng)絡(luò)為用戶提供了多種多樣的通信方式、接入手段和無處不在的接入服務(wù)，但要實(shí)現(xiàn)真正意義的自組織、自適應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)具有端到端服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證的服務(wù)，還需要充分實(shí)現(xiàn)異構(gòu)

2、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)融合。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上開展通信業(yè)務(wù)是下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)IP網(wǎng)“盡力而為”的服務(wù)方式早已不能滿足眾多多媒體實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的需求，加上無線信道本身低效、時(shí)變、易受干擾等缺點(diǎn)，給異構(gòu)網(wǎng)中視頻傳輸?shù)腝oS保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)端到端服務(wù)質(zhì)量的保障需要在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層次上采取措施，包括合理的無線鏈路層以及MAC/PHY層控制機(jī)制和算法，適合于多媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層相關(guān)協(xié)定的設(shè)計(jì)等。本論文系統(tǒng)地分析了IEEE802

3、.11無線網(wǎng)絡(luò)在支持視頻傳輸方面面臨的問題。以無線局域網(wǎng)（WLAN）及相關(guān)無線網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，以無線互聯(lián)網(wǎng)中視頻傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量增強(qiáng)為研究目標(biāo)，重點(diǎn)研究了MAC層協(xié)議性能優(yōu)化機(jī)制和傳輸層端到端的協(xié)議優(yōu)化算法。論文的創(chuàng)新性工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 1）IEEE802.11e VBR視頻傳輸?shù)腝oS保障
　　 IEEE802.11e是在已有的盡力而為的IEEE802.11協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)多媒體等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供QoS保障的機(jī)

4、制。其中引入的傳輸機(jī)會(huì)TXOP（Transmission Opportunity）機(jī)制可以保證站點(diǎn)在一次接入機(jī)會(huì)中連續(xù)傳輸多個(gè)包，從而減少了再次競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)，大大提高了網(wǎng)絡(luò)效率，降低了延遲。但在接入點(diǎn)QAP（QoS-capable Access Point）已有的接納控制規(guī)則中沒有充分考慮速率波動(dòng)性較大的VBR（Variable BitRate）視頻業(yè)務(wù)的特性，對(duì)所有的視頻流都根據(jù)平均速率來分配均等的傳輸機(jī)會(huì)。當(dāng)同等優(yōu)先級(jí)的CBR

5、（Constant Bit Rate）視頻業(yè)務(wù)和VBR視頻業(yè)務(wù)相互競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，突發(fā)性較強(qiáng)的VBR業(yè)務(wù)往往很難獲得所需的服務(wù)質(zhì)量保障。針對(duì)這一問題，本文提出了對(duì)TXOP分配機(jī)制的改進(jìn)措施，利用支持向量機(jī)（Support Vector Machine，SVM）模型對(duì)VBR視頻流的幀大小進(jìn)行學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)，QAP則利用該模型根據(jù)先前到達(dá)的若干幀大小來預(yù)測(cè)后一SI內(nèi)將要到達(dá)的幀長度，并根據(jù)將要傳輸?shù)膸目傞L度自適應(yīng)的分配VBR流所需的TXOP長度，使得

6、突發(fā)到達(dá)的幀不會(huì)因?yàn)闆]有足夠的TXOP而延誤了傳輸。實(shí)驗(yàn)證明，SVM可以足夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)VBR流的幀大小，自適應(yīng)分配TXOP的傳輸策略可以較好的滿足VBR流的延遲、吞吐量需求，有效降低系統(tǒng)的丟包率。
　　 2）有線一無線混合網(wǎng)絡(luò)端到端的丟失區(qū)分機(jī)制
　　 在有線一無線混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不像在單純的有線網(wǎng)絡(luò)中那樣僅存在擁塞導(dǎo)致的丟包，無線鏈路差錯(cuò)也是導(dǎo)致丟包的重要原因。傳統(tǒng)的擁塞控制協(xié)議（如典型的基于TCP吞吐量方程的TFRC

7、協(xié)議）并不區(qū)分導(dǎo)致丟失的原因，而認(rèn)為丟失均由網(wǎng)絡(luò)擁塞引起，因此只是根據(jù)總的丟失事件率調(diào)整發(fā)送速率，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能的下降。要克服這個(gè)缺點(diǎn)，必須區(qū)分丟失的原因，使傳輸層的擁塞控制協(xié)議有針對(duì)性的僅對(duì)擁塞導(dǎo)致的丟包采取控制措施。本文提出一種端到端的丟失區(qū)分機(jī)制來改進(jìn)TFRC協(xié)議的性能，將模式識(shí)別領(lǐng)域里優(yōu)秀的機(jī)器學(xué)習(xí)算法-SVM引入到網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量指標(biāo)聯(lián)合起來進(jìn)行丟失區(qū)分。該策略不需要網(wǎng)絡(luò)中間設(shè)備的支持，所使用的判決特征

8、是端到端測(cè)量的丟失前后區(qū)間內(nèi)包的單程延時(shí)和到達(dá)間隔等的相對(duì)比值。通過仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估了該算法在網(wǎng)絡(luò)條件（競(jìng)爭(zhēng)流個(gè)數(shù)、無線差錯(cuò)率、路由器緩存大?。┳兓瘯r(shí)丟失區(qū)分的效果。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，該分類器在大多數(shù)場(chǎng)景下均可取得滿意的效果，在相同實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下的結(jié)果要優(yōu)于ZBS（ZigZag，mBiaz and Spike）策略。
　　 3）無線移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)端到端的丟失區(qū)分機(jī)制
　　 對(duì)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)MANET（Mobile Ad hoc

9、 NETwork）中發(fā)生丟包的原因進(jìn)行了分析，其中由擁塞引起的丟包只占一小部分，多跳無線網(wǎng)絡(luò)本身的不可靠性加之節(jié)點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致路由的頻繁切換，這兩種因素產(chǎn)生相當(dāng)比重的丟包會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。本文針對(duì)這一問題利用支持向量機(jī)模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)中鏈路的隨機(jī)差錯(cuò)丟包、路由切換丟包和擁塞丟包三種主要的丟包原因進(jìn)行了有效的區(qū)分。文中對(duì)于支持向量機(jī)特征參數(shù)的選取和特征篩選進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。在此基礎(chǔ)上，對(duì)TFRC傳輸協(xié)議進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，發(fā)送端可以根據(jù)