基于离散事件动态系统的多媒体网络传输若干问题研究

论文摘要

多媒体网络通信结合了计算机科学、通信和多媒体技术等研究领域,成为近十几年来的一门重要学科。目前多媒体网络通信及其应用的研究已发展为多个方向,包括多媒体压缩编码、多媒体业务传输、多媒体终端设计及多媒体数据存储等。在下一代网络(NGN)的演进过程中,交互式多媒体网络融合业务逐渐成为最具特色的核心业务之一。本文在离散事件动态系统的理论框架下,从多媒体网络系统数据传输、资源分配和随机同步三个方面展开研究,主要研究对象包括多媒体网络的接入控制、服务质量(QoS)优化、资源开销优化及动态节点同步等,具体内容和取得的成果如下:1.针对网络系统中多个用户媒体流同时传输的特性,分析并设计了接入控制及媒体质量优化算法。考虑源端使用可扩展编码(SVC)以适应带宽变化,结合其可扩展性,在用户媒体流到达分布未知和具有严格传输时延要求的情况下,给出了多速率用户流的可扩展接入条件。在此基础上,设计了接入控制算法,提高网络利用率且避免了拥塞。针对并发用户媒体业务均存在多个不同的质量层级,通过进一步设计动态QoS优化算法并证明最优解的存在性,实现了所有已接入用户整体QoS的最大化。为验证所设计算法的有效性,考虑家庭网络背景下两种典型的多媒体业务,即:视频点播(VOD)及网络电视(IPTV),给出了接入控制及优化的仿真结果。2.在用户网络传输及QoS得到保证的同时,研究并提出了网络系统资源开销的优化机制。通过建立多个并发用户传输队列的M/G/1/K排队模型,根据其动态传输特性,进一步地将队列的演化过程描述为半Markov过程。在对其嵌入Markov链研究的基础上,结合性能灵敏度方法,设计了基于梯度的资源开销优化算法并证明了最优性及收敛性。通过仿真进一步验证了算法的有效性。3.从流量动力学的角度讨论并给出了网络拓扑随机变化时系统的稳定与同步条件。结合复杂网络的研究方法,通过建立Markov跳跃模型,分别针对节点间耦合时延及节点内处理时延两种情况,研究了网络拓扑结构、节点动态方程及随机切换方式对系统性能的影响。仿真结果进一步验证了所提出理论的有效性和可行性。在论文最后,对本文所做工作进行了归纳总结,并结合未来多媒体网络发展的趋势,从离散信息拓扑空间理论、基于智能化管控机理的建模与协同调控、多媒体业务系统资源变化特性建模与稳定性分析及多媒体业务系统的节能机理的建模与控制等四个方面给出了进一步需要研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 表格
• 插图
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状与主要内容
• 1.3 本文的工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 网络传输系统理论模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 排队理论模型
• 2.2.1 排队系统的组成
• 2.2.2 排队系统的符号表示
• 2.2.3 排队系统的性能公式
• 2.3 网络演算理论模型
• 2.3.1 网络演算的数学基础
• 2.3.2 网络演算的曲线表示
• 2.3.3 网络演算的性能评估
• 2.4 结论
• 第3章 多媒体网络传输接入控制与性能优化
• 3.1 引言
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 系统描述
• 3.2.2 用户接入控制
• 3.2.3 用户性能优化
• 3.3 家庭网络应用
• 3.3.1 系统描述
• 3.3.2 算法应用
• 3.3.3 仿真算例
• 3.4 结论
• 第4章 多媒体网络资源分配中的开销优化
• 4.1 引言
• 4.2 Markov决策模型
• 4.2.1 Markov决策过程
• 4.2.2 半Markov决策过程
• 4.2.3 性能势
• 4.3 M/G/1/K排队系统开销优化
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 最优准则
• 4.3.3 基于梯度的策略优化算法
• 4.3.4 特殊服务分布应用
• 4.4 仿真算例
• 4.5 结论
• 第5章 随机动态网络系统稳定与同步
• 5.1 引言
• 5.2 模型研究
• 5.2.1 确定性网络同步模型
• 5.2.2 Markov跳跃模型
• 5.3 时变时延随机网络系统同步性分析
• 5.3.1 耦合时延网络系统
• 5.3.2 节点时延网络系统
• 5.4 仿真算例
• 5.5 结论
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要工作及研究成果
• 6.2 进一步研究内容
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果