無線網(wǎng)絡視頻流傳輸技術研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代無線通信技術的發(fā)展，無線通信傳輸速率及通信可靠性在不斷提高，這些新技術也很快被應用在了各種無線通信網(wǎng)絡中，包括方便快捷成本低廉的無線局域網(wǎng)絡和廣為覆蓋的蜂窩無線接入網(wǎng)絡，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（MIMO）和正交頻分復用技術（ 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)絡中也因為采用先進的多天線技術（MIMO），碼分多址技術（CDMA）等，使得當前正計劃實施的第四代（4G）無線接入網(wǎng)絡其下行傳輸速率可達500Mbps，這為實施高清視頻流的傳輸服務提供了有力的保證。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，實時視頻內容分享等?；谶@些新特性，需要重新研究無線網(wǎng)絡體系結構中各個層的傳輸控制協(xié)議及相關參數(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?，延時無關的準則不同。為了評價視頻流傳輸服務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量（QoE）的概念。因此，在現(xiàn)有技術條件下，為了給用戶提供更

4、好的視頻流觀看體驗，無線網(wǎng)絡的視頻流傳輸服務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)絡視頻流傳輸為主要的研究對象，在深入學習當今無線網(wǎng)絡傳輸技術，視頻流編解碼技術的基礎上，對無線網(wǎng)絡視頻流傳輸?shù)南嚓P技術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)調整技術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?，也就不能保證視頻流下行傳輸?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)調整技術，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。在無線局域網(wǎng)絡中，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。一般情況下的視頻流傳輸主要是單播，即一對一的服務。但是在某些應用場景中，往往需要廣播或多播給一組用戶，目前的無線局域網(wǎng)廣播或多播設定采用最低速率的傳輸方式，以保證廣播或多播組成員內信道最差的用戶也

8、能可靠的接收到數(shù)據(jù)包，這種簡單的速率設定方式嚴重降低了具有較好信道質量用戶的觀看體驗。為此，基于視頻流數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級特性，結合多播組內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。無線接入網(wǎng)下行傳輸中，在基站處的調度算法決定了給多個用戶提供的服務質量，

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）調度算法，利用有效容量理論分析了在該調度算法下，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系?；诖朔治?，在延時限制或者說隊列長度閥值限制設定的情況下，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保證之間的權衡關系。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