流媒体信源码率和信道速率控制研究

论文摘要

流媒体信源码率和信道速率控制是流媒体传输自适应策略的重要组成部分，能够使得应用程序适应不同的网络条件，达到最佳的播放效果。本文研究了流媒体信源码率和信道速率控制的联合设计算法，通过信源码率控制和信道速率控制的相互配合，能够有效改善播放质量，优化系统性能。首先讨论了：Internet环境下的联合设计问题。为了引入传输层对于应用程序QoS需求的支持，提出了可支持应用程序QoS需求的拥塞控制算法TFFRCC。TFFRCC能够实时感知流媒体应用的服务质量(QoS)需求，并允许在必要时暂时牺牲TCP友好性以支持应用程序的QoS需求，同时引入速率补偿算法来保证传输协议的长期TCP友好性，从而能够在不影响传输协议的长期TCP友好性以及网络性能的前提下，为应用程序提供更好的服务质量支持。然后在TFRCC工作基础上结合跨层设计思想，提出了应用层信源码率控制和传输层拥塞控制的联合设计算法。该算法通过信源码率控制和拥塞控制的信息交互和紧密协作，能够使得流媒体应用在来自网络的约束(网络公平性、对网络状况的反应敏捷性)和应用程序的QoS约束之间取得合理的折衷，从而优化了整体系统的性能(包括应用程序的播放质量，传输协议和网络的性能)。进一步将上述针对有线信道的联合设计方案扩展到。Internet下的无线环境，在充分考虑来自MAC层的无线信道信息、来自传输层的网络约束以及应用程序QoS需求的基础上，提出了支持无线流媒体的跨层设计方案。该方案能够有效避免无线信道传输差错对发送速率的影响，同时通过信源码率控制和拥塞控制的联合设计，能够显著的提高无线流媒体的播放质量。最后讨论了在提供服务质量保证的网络环境下的联合信源码率和信道速率控制问题。从控制理论的角度出发，将VBR视频流在CBR信道和VBR信道下的传输问题统一表示为离散线性时延系统的最优控制问题，然后运用离散极大值原理得到该问题的最优解。该算法的主要贡献在于降低了问题求解的复杂度，同时算法对于参数设置无特殊要求，具有更宽的适用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景介绍
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 流媒体信源码率和信道速率控制研究的意义
• 1.2.2 研究现状及存在的问题
• 1.3 本文主要工作
• 1.3.1 创新点和主要研究内容
• 1.3.2 本文的结构
• 第2章 可支持应用程序QoS需求的拥塞控制算法
• 2.1 引言
• 2.2 相关工作
• 2.2.1 TFRC
• 2.2.2 基于TFRC的扩展方案
• 2.2.3 TFMCC
• 2.3 可支持应用程序QoS需求的拥塞控制算法
• 2.3.1 协议结构与实现机制
• 2.3.2 反馈间隔的决定
• 2.3.3 发送速率的决定
• 2.3.4 对应用程序QoS需求的支持
• 2.3.5 理论分析
• 2.4 初步仿真验证
• 2.4.1 性能评价指标
• 2.4.2 对支持应用程序QoS需求的验证
• 2.5 参数设置与性能分析
• 2.5.1 灵敏因子γ的设置
• 2.5.2 综合评估TFRCC性能的仿真结果
• 2.5.3 算法的适用范围
• 2.6 小结
• 第3章 信源码率控制和拥塞控制的联合设计方案 4l
• 3.1 引言
• 3.2 相关工作
• 3.2.1 基于TCP的解决方案
• 3.2.2 基于UDP的解决方案
• 3.2.3 平滑技术
• 3.2.4 跨层设计
• 3.3 基于虚拟网络缓冲区的信源码率控制方法
• 3.3.1 问题描述
• 3.3.2 相关工作
• 3.3.3 基于虚拟网络缓冲区的信源码率控制方法
• 3.4 信源码率控制和拥塞控制的联合设计方案
• 3.4.1 系统结构
• 3.4.2 主要思想
• 3.4.3 具体实现
• 3.4.4 工程可实现性分析
• 3.5 仿真结果
• 3.6 小结.
• 第4章 支持无线流媒体的跨层方案设计
• 4.1 引言
• 4.2 相关工作
• 4.2.1 用于无线信道的拥塞控制算法ARC
• 4.3 无线流媒体的跨层设计方案
• 4.3.1 系统结构
• 4.3.2 丢包率vs丢失事件率
• 4.3.3 各参数的测量
• 4.3.4 性能分析与改进
• 4.3.5 仿真验证
• 4.4 仿真结果
• 4.5 小结
• 第5章 VBR视频流在提供服务质量保证信道上传输时的最优控制问题
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述
• 5.2.1 CBR信道下的问题
• 5.2.2 VBR信道下的问题 9l
• 5.3 相关工作
• 5.4 基于控制理论的解决方案
• 5.4.1 系统建模
• 5.4.2 问题求解
• 5.5 算法性能分析
• 5.6 仿真结果
• 5.7 小结
• 第6章 结论
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A关于流媒体服务质量需求的介绍
• 附录B相关定理的证明
• 附录C相关定理的证明
• 附录D离散极大值原理
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果