無線網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信傳輸速率及通信可靠性在不斷提高，這些新技術(shù)也很快被應(yīng)用在了各種無線通信網(wǎng)絡(luò)中，包括方便快捷成本低廉的無線局域網(wǎng)絡(luò)和廣為覆蓋的蜂窩無線接入網(wǎng)絡(luò)，目前最新的采用IEEE802.11n標準的無線局域網(wǎng)，其物理層（PHY）采用了多天線技術(shù)（MIMO）和正交頻分復(fù)用技術(shù)（ OFDM），最高傳輸速率可達600Mbps，當前正在發(fā)展的 IEEE802.11ac和IEEE802.11ad標準，其目標傳輸速率預(yù)計取得吉

2、比特量級。較高的通信速率使得在無線局域網(wǎng)上傳輸大流量高清視頻流成為可能；蜂窩無線接入網(wǎng)絡(luò)中也因為采用先進的多天線技術(shù)（MIMO），碼分多址技術(shù)（CDMA）等，使得當前正計劃實施的第四代（4G）無線接入網(wǎng)絡(luò)其下行傳輸速率可達500Mbps，這為實施高清視頻流的傳輸服務(wù)提供了有力的保證。但是視頻流媒體傳輸不同于普通的數(shù)據(jù)傳輸，視頻流傳輸具有錯誤敏感，延時敏感的特點，錯誤敏感來自于視頻流數(shù)據(jù)包所具有的優(yōu)先級區(qū)分的特點，一些高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包的錯誤

3、或丟失將會帶來比其它低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包更嚴重的后果；延時敏感來自于視頻流傳輸?shù)膶崟r性要求，比如視頻會議，實時視頻內(nèi)容分享等。基于這些新特性，需要重新研究無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中各個層的傳輸控制協(xié)議及相關(guān)參數(shù)。視頻流傳輸?shù)男绿匦砸矝Q定了其性能評價準則和普通數(shù)據(jù)包傳輸?shù)陌俜职倏煽?，延時無關(guān)的準則不同。為了評價視頻流傳輸服務(wù)給用戶提供的觀看體驗，提出了可解碼幀比率的概念，以及后來進一步的體驗質(zhì)量（QoE）的概念。因此，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，為了給用戶提供更

4、好的視頻流觀看體驗，無線網(wǎng)絡(luò)的視頻流傳輸服務(wù)還有很多值得研究改進的地方。
　　本論文正是針對上述問題，以無線網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸為主要的研究對象，在深入學(xué)習(xí)當今無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，視頻流編解碼技術(shù)的基礎(chǔ)上，對無線網(wǎng)絡(luò)視頻流傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)進行了一些討論和研究。主要工作為：
　　1.無線局域網(wǎng)視頻流下行傳輸競爭接入?yún)f(xié)議改進設(shè)計。針對視頻流主要從無線局域網(wǎng)接入點（AP）下行傳輸給無線終端用戶（User），提出了一種改進的無線局域網(wǎng)競爭接入

5、協(xié)議參數(shù)調(diào)整技術(shù)來保證下行傳輸吞吐量的同時又使系統(tǒng)最優(yōu)。IEEE802.11無線局域網(wǎng)主要在媒體接入控制層（MAC）采用分布式協(xié)調(diào)功能（DCF）的公平隨機競爭接入?yún)f(xié)議，但是通過理論分析表明該機制不能保證在接入點處下行視頻流傳輸?shù)耐掏铝浚簿筒荒鼙ＷC視頻流下行傳輸?shù)臅r延，因此，在基于現(xiàn)有的馬爾可夫理論分析模型的基礎(chǔ)上，建立了新改進接入?yún)f(xié)議的分析模型，并擴展到了有錯信道的情況，提出了新的接入?yún)f(xié)議參數(shù)調(diào)整技術(shù)，使得在保證下行視頻流傳輸吞吐量的

6、同時，也使系統(tǒng)取得最優(yōu)，即最大化系統(tǒng)總吞吐量。
　　2.無線局域網(wǎng)視頻流傳輸發(fā)送速率控制和重傳次數(shù)限制控制技術(shù)。在無線局域網(wǎng)絡(luò)中，低的發(fā)送速率增加了傳輸?shù)目煽啃?，但是傳輸吞吐量降低，易造成隊尾溢出丟包，類似的，高的重傳次數(shù)限制值增加了傳輸?shù)目煽啃?，但是傳輸吞吐量降低，也易造成隊尾溢出丟包，因此在視頻流傳輸過程中采用最優(yōu)的控制參數(shù)設(shè)置是最大化傳輸效率的重要保證。為此，針對發(fā)送速率控制和重傳次數(shù)限制控制，分別提出了基于馬爾可夫決策過程

7、理論（MDP）的優(yōu)化算法和基于馬爾可夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移的優(yōu)化模型，并驗證了其改進性能的有效性。最后，聯(lián)合發(fā)送速率和重傳次數(shù)限制，研究設(shè)計了在有重傳次數(shù)限制情況下最優(yōu)的發(fā)送速率控制策略。
　　3.無線局域網(wǎng)視頻流多播（Multicast）傳輸技術(shù)。一般情況下的視頻流傳輸主要是單播，即一對一的服務(wù)。但是在某些應(yīng)用場景中，往往需要廣播或多播給一組用戶，目前的無線局域網(wǎng)廣播或多播設(shè)定采用最低速率的傳輸方式，以保證廣播或多播組成員內(nèi)信道最差的用戶也

8、能可靠的接收到數(shù)據(jù)包，這種簡單的速率設(shè)定方式嚴重降低了具有較好信道質(zhì)量用戶的觀看體驗。為此，基于視頻流數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級特性，結(jié)合多播組內(nèi)成員用戶無線信道差異化且相互獨立，考慮視頻傳輸延時限制的要求，利用動態(tài)規(guī)劃（DP）來優(yōu)化多播傳輸中發(fā)送速率控制，有效提升了廣播或多播組內(nèi)成員用戶接收到的視頻流的可解碼幀比率。
　　4.無線接入網(wǎng)視頻流下行傳輸統(tǒng)計QoS保證技術(shù)。無線接入網(wǎng)下行傳輸中，在基站處的調(diào)度算法決定了給多個用戶提供的服務(wù)質(zhì)量，

9、根據(jù)經(jīng)典且實用的基于隊列長度信息的最大速率（QLBRM）調(diào)度算法，利用有效容量理論分析了在該調(diào)度算法下，多個用戶之間最大輸入數(shù)據(jù)流量和漸進穩(wěn)態(tài)隊列長度分布律上限的關(guān)系?；诖朔治觯谘訒r限制或者說隊列長度閥值限制設(shè)定的情況下，可以估計每個用戶隊尾的溢出丟包率上限，也就是所謂的統(tǒng)計意義上的QoS保證，從而可以在系統(tǒng)設(shè)計時綜合考慮用戶的輸入流量，延時限制，統(tǒng)計QoS保證之間的權(quán)衡關(guān)系。并且，在隊尾溢出丟包發(fā)生時，利用視頻流數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級特性