無線網(wǎng)絡視頻傳輸?shù)馁|量控制.pdf

1、通信技術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)絡環(huán)境，包括無線個域網(wǎng)（如 Bluetooth）、無線局域網(wǎng)（如Wi-Fi）、無線城域網(wǎng)（如 WiMAX）、公眾移動通信網(wǎng)（如2G、3G）、衛(wèi)星網(wǎng)絡，以及AdHoc網(wǎng)絡、無線傳感器網(wǎng)絡等。盡管這些無線網(wǎng)絡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，但要實現(xiàn)真正意義的自組織、自適應，并且實現(xiàn)具有端到端服務質量（QoS）保證的服務，還需要充分實現(xiàn)異構

2、無線網(wǎng)絡技術的有機融合。在異構網(wǎng)絡上開展通信業(yè)務是下一代網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢。傳統(tǒng)IP網(wǎng)“盡力而為”的服務方式早已不能滿足眾多多媒體實時性業(yè)務的需求，加上無線信道本身低效、時變、易受干擾等缺點，給異構網(wǎng)中視頻傳輸?shù)腝oS保障帶來了巨大的挑戰(zhàn)。實現(xiàn)端到端服務質量的保障需要在網(wǎng)絡各個層次上采取措施，包括合理的無線鏈路層以及MAC/PHY層控制機制和算法，適合于多媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡層、傳輸層、應用層相關協(xié)定的設計等。本論文系統(tǒng)地分析了IEEE802

3、.11無線網(wǎng)絡在支持視頻傳輸方面面臨的問題。以無線局域網(wǎng)（WLAN）及相關無線網(wǎng)絡為研究對象，以無線互聯(lián)網(wǎng)中視頻傳輸?shù)姆召|量增強為研究目標，重點研究了MAC層協(xié)議性能優(yōu)化機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)議的基礎上對多媒體等實時業(yè)務提供QoS保障的機

4、制。其中引入的傳輸機會TXOP（Transmission Opportunity）機制可以保證站點在一次接入機會中連續(xù)傳輸多個包，從而減少了再次競爭發(fā)生碰撞的機會，大大提高了網(wǎng)絡效率，降低了延遲。但在接入點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性較大的VBR（Variable BitRate）視頻業(yè)務的特性，對所有的視頻流都根據(jù)平均速率來分配均等的傳輸機會。當同等優(yōu)先級的CBR

5、（Constant Bit Rate）視頻業(yè)務和VBR視頻業(yè)務相互競爭時，突發(fā)性較強的VBR業(yè)務往往很難獲得所需的服務質量保障。針對這一問題，本文提出了對TXOP分配機制的改進措施，利用支持向量機（Support Vector Machine，SVM）模型對VBR視頻流的幀大小進行學習和預測，QAP則利用該模型根據(jù)先前到達的若干幀大小來預測后一SI內將要到達的幀長度，并根據(jù)將要傳輸?shù)膸目傞L度自適應的分配VBR流所需的TXOP長度，使得

6、突發(fā)到達的幀不會因為沒有足夠的TXOP而延誤了傳輸。實驗證明，SVM可以足夠準確的預測VBR流的幀大小，自適應分配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)絡端到端的丟失區(qū)分機制
　　 在有線一無線混合網(wǎng)絡環(huán)境中，不像在單純的有線網(wǎng)絡中那樣僅存在擁塞導致的丟包，無線鏈路差錯也是導致丟包的重要原因。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)分導致丟失的原因，而認為丟失均由網(wǎng)絡擁塞引起，因此只是根據(jù)總的丟失事件率調整發(fā)送速率，這勢必會導致無線網(wǎng)絡吞吐量性能的下降。要克服這個缺點，必須區(qū)分丟失的原因，使傳輸層的擁塞控制協(xié)議有針對性的僅對擁塞導致的丟包采取控制措施。本文提出一種端到端的丟失區(qū)分機制來改進TFRC協(xié)議的性能，將模式識別領域里優(yōu)秀的機器學習算法-SVM引入到網(wǎng)絡領域，將多個網(wǎng)絡測量指標聯(lián)合起來進行丟失區(qū)分。該策略不需要網(wǎng)絡中間設備的支持，所使用的判決特征

8、是端到端測量的丟失前后區(qū)間內包的單程延時和到達間隔等的相對比值。通過仿真實驗評估了該算法在網(wǎng)絡條件（競爭流個數(shù)、無線差錯率、路由器緩存大小）變化時丟失區(qū)分的效果。對比實驗表明，該分類器在大多數(shù)場景下均可取得滿意的效果，在相同實驗場景下的結果要優(yōu)于ZBS（ZigZag，mBiaz and Spike）策略。
　　 3）無線移動Ad Hoc網(wǎng)絡端到端的丟失區(qū)分機制
　　 對移動自組織網(wǎng)絡MANET（Mobile Ad hoc

9、 NETwork）中發(fā)生丟包的原因進行了分析，其中由擁塞引起的丟包只占一小部分，多跳無線網(wǎng)絡本身的不可靠性加之節(jié)點移動導致路由的頻繁切換，這兩種因素產(chǎn)生相當比重的丟包會嚴重影響網(wǎng)絡的傳輸性能。本文針對這一問題利用支持向量機模型對網(wǎng)絡中鏈路的隨機差錯丟包、路由切換丟包和擁塞丟包三種主要的丟包原因進行了有效的區(qū)分。文中對于支持向量機特征參數(shù)的選取和特征篩選進行了詳細的分析和討論。在此基礎上，對TFRC傳輸協(xié)議進行了相應的改進，發(fā)送端可以根據(jù)