无线环境下多媒体传输服务质量研究

1、 中国科 学 技 术大学 学 位 论文 原 创 性声 明缉罕 埠作者签名 ：壅煎垄 瑃 鷈 瑃 甌 琒 ， 目目第 禄 诙嗝 教 逡 滴 褡韵 嗨菩 缘 腝 研究 目 仿 真与分析 参 考 文 献 目 目 图 无 线 环 境 下 视 频 传 输系 统图 图 视 频 传 输仿 真场 景图 播放速率对播放中断概 率的 影 响图 信 道 状态对播放中断概 率的 影 响图 重 传 次 数对播放中断概 率的 影 响图 视 频 文 件大小对播放中断概 率的 影 响 表 格 索 引多 媒体 业务 分组 平均 大小统计 表 随 着无 线 通 信 技 术的 迅 猛发展 和移动智 能终端 的 迅 速普 及 ， 无

2、 线 网 络用 户 数多 媒体 应用 的 迅 猛发展 得 益于 三个方面 的 因 素 ：网 络技 术、视 频 压 缩 编码 标 作 为 多 媒体 业务 重 要 组 成 部 分的 视 频 业务 ， 应用 最 为 广 泛 ， 占 据 的 数据 量最大， 保证 视 频类业务 的 传 输服 务 质量是 保证 多 媒体 业务 传 输服 务 质量的 重 要 内容 。然 而 ， 由于 视 频 业务 的 编码 结构 等 的 特 殊 性， 使得 其传 输服 务 质量要 求 与普 通 的数据 类业务 不 同 。 简 单 的 数据 丢包 概 率， 时 延 概 率等 参 数并 不 能直 接的 反 映视 频业务 尤 其

3、是 实 时 视 频 业务 的 传 输服 务 质量。 由于 视 频 编码 结构 的 复杂性， 无 线 信道 带 宽 的 不 稳定 性， 传 输的 不 可 靠 性， 保证 实 时 视 频 类业务 在无 线 环 境 下 的 传 输服 务 质量更具挑 战 ， 是 个有待 解 决 的 难题 。 视 频 类业务 较其它 非 实 时 业务 相比 最大的 特 点 是 时 延 敏 感 性， 视 频 业务 时 延 敏 感 性表 现 为 视 频 分组 在网 络传 输中若超过其有效 的 生存 期限 就会被 视 为 无 效 ， 视 频 分组 的 超期失效 会导 致 视 频 失真， 影 研究现 状多 媒体 传 输服 务

4、质量研究的 目标 旨在有限 的 带 宽 资源 下 提 供 更优的 传 输服务 质量， 表 现 为 较小的 丢包 率， 较低的 延 迟 和较小的 延 迟 抖动。 研究多 媒体 业务流量特 征 ， 对网 络业务 流量进 行合 理 建 模是 进 行传 输服 务 质量分析 的 第 一 步。 流量模型 是 流量行为 特 性的 数学 近 似 ， 既 能有效 地刻画 实 际 流量的 突 出特 性， 又 能方便数学 上 的 分析 【引 。 随着网 络规 模的 扩 大和各种 多 媒体 业务 的 广 泛 应用 ， 合 理的 网 络业务 流量建 模对服 务 质量分析 、 网 络性能管 理 以及 接入 控 制 都 有

5、重 要 的 作用 和意 义 【 。 对网 络突 发性的 描 述 存 在不 足， 因 此不 能有效 地描 述 多 媒体 业务 流量汇 聚 后的 自相似 性， 而 且 基 于 传 统网 络业务 模型 对媒体 业务 的 传 输服 务 质量分析 往 往 会低估对资源 的 需求 【 。 目前基 于 自 相似 业务 流量模型 的 分析 大都 集 中在有线 网 络， 而无 线 网 络较有线 网 络信 道 带 宽 的 随 机性大大增 加 了自 相似 业务 流量模型 在无 线网 络中的 分析 难度。 目前的 研究大多 关注 多 媒体 传 输服 务 质量参 数的 平均 值 ， 如平均 时 延 ， 但 是 视 频

6、等 时 延 约 束的 多 媒体 应用 ， 有严格 的 时 延 限 制 ， 当时 延 超出一 定 范 围 时 分组 会被 视 为 无 效 ， 这种 平均 时 延 等 参 数对多 媒体 业务 意 义 不 大， 因此应该关注 传 输过程 中的 时 延 大于 给定 值 的 概 率。 研究多 媒体 时 延 超过给定 限 制的 概 率更有意 义 ， 而 这方面 的 研究比 较少 。受 关注 的 问题 。 提 高视 频 传 输服 务 质量的 研究有很 多 ， 比 如 从视 频 压 缩 的 角度提 实 时 视 频 业务 对传 输服 务 质量有更加 严格 的 要 求 ， 在保证 汇 聚 后的 多 媒体 业务 传

7、 输服 务 质量的 同 时 要 关注 实 时 视 频 业务 的 传 输服 务 质量。 实 时 视 频 业务 在无线 环 境 中传 输面 临着 更多 挑 战 ， 主要 难点 包 括：第 一 ， 实 时 视 频 业务 数据 量大而且 具有严格 的 时 延 约 束 ， 期望 在网 络中高效 率、 低时 延 地进 行传 输。 无 线 网 络中信 道 环 境 具有不 稳定 性和时 变 性， 使得 视 频 分组 在无 线 网 络中传 输极 易 出错 ， 传输效 率低， 影 响视 频 质量。 第 二 ， 视 频 服 务 质量或者 视 频 失真的 度量方法通 常采用 均 值 信 噪 比 和峰 值 信 噪 比

8、等 参 数， 然 而 这些 参 数与网 络用 户 的 观 看 体 验 存 在一定 的 差 距。 第 三， 播放中断和初 始 缓冲 时 延 都 影 响着 网 络用 户 的 视 频 观 看 体 验 ，如 何在播放中断概 率和初 始 缓冲 时 延 之 间 采取折 中， 提 高实 时 视 频 的 传 输服 务 质量以及 用 户 的 观 看 体 验 。实 时 视 频 类多 媒体 业务图 无 线 网 络传 输系 统框 图 论文 结构 第 二 章 对多 媒体 业务 特 性进 行了分析 。 首 先 详细 介绍了什么是 自 相似 性以及自 相似 性的 数学 定 义 ， 然 后介绍了多 媒体 业务 的 自 相似

9、性表 现 形 式 ， 也剖 析 了网络流量存 在自 相似 性的 原 因 。 本 章 还详细 介绍了各种 业务 流量模型 ， 包 括以泊 松模型 等 为 代表 的 传 统流量模型 ， 指 出了这类流量模型 在描 述 多 媒体 业务 自 相似 性方面 存 在的 不 足， 然 后详细 介绍了用 来描 述 网 络流量自 相似 性的 流量模型 。第 三章 对汇 聚 后的 多 媒体 业务 网 络流量自 相似 性进 行了建 模分析 ， 而 且 对多媒体 业务 的 分组 大小差 异 进 行建 模， 利用 排队 理 论分析 出了队 列长 度概 率， 延 迟概 率以及 丢包 率等 重 要 的 服 务 质量参 数，

10、 最 后对系 统进 行了仿 真分析 ， 研究了不同 的 自 相似 程 度和分组 大小分布 情 况 对传 输服 务 质量参 数的 影 响。第 四章 对时 延 约 束的 实 时 视 频 业务 传 输服 务 质量进 行了分析 研究。 首 先 介绍了视 频 的 相关特 性， 包 括视 频 的 编码 结构 以及 时 延 敏 感 性等 。 然 后， 通 过对视 频分组 的 有效 时 间 进 行建 模， 利用 排队 理 论分析 视 频 分组 的 超期丢包 概 率， 估 计 视频 的 播放中断概 率， 得 出了播放中断概 率与初 始 缓冲 时 延 以及 重 传 次 数等 因 素 的关系 。 最 后对分析 结果

11、 进 行了仿 真评 估 。 根 据 分析 结果 可 以设 置合 理 的 初 始 缓冲时 延 ， 满 足对播放中断概 率的 要 求 ， 从而 提 高用 户 的 最 终观 看 体 验 。第 五 章 对论文 的 内容 进 行总结， 并 对相关的 后续 研究方向 进 行了展 望 。 文 字和语 音 业务 为 主， 而 是 朝 着文 字、 语 音 、 视 频 等 混合 的 多 媒体 业务 发展 。 多媒体 业务 与传 统的 业务 不 同 ， 它 在流量上 表 现 出自 相似 的 特 性。 合 理 地针 对业务流量特 性进 行建 模， 对多 媒体 业务 传 输服 务 质量的 准确分析 以及 拥塞 和溢 出

12、控 制等 十分重 要 。换的 自 相似 模型 和基 于 分形 自 回 归 积 分滑 动平均 过程 的 自 相似 模型 等 。 这些 模型用 不 同 的 方法描 述 分形 过程 ， 尝 试描 述 业务 的 自 相似 性。 然 而 每 种 模型 描 述 自 相似 的 复杂度不 同 ， 模拟 产 生流量的 方法也不 同 。 本 章 对这些 模型 进 行系 统的 阐述和比 较， 对模型 选择 问题 做 了简 要 的 分析 。 本 章 为 第 三章 和第 四章 中用 到 的 业务流量模型 做 了铺垫 ， 第 三章 将采用 本 章 中介绍的 分形 布 朗运 动运 动对汇 聚 后的 多媒体 业务 的 进 行

13、流量建 模， 第 四章 将采用 本 章 中介绍的 泊 松 模型 对具体 的 单 一 视频业务 的 到 达过程 进 行建 模。 业务 自 相似 性及 其成 因特 性。 如 果 一 个物 体 是 自 相似 的 或者 是 分形 的 ， 那么它 的 一 部 分当被 放大时 在某篙一一上上上土图 一 维康 托 尔 集网 络流量自 相似 用 来直 观 地描 述 网 络流量在不 同 时 间 尺度上 突 发性， 如 图次 的 业务 量图 。 可 以发现 时 间 缩 放的 尺度是 倍 的 关系 。 虽 然 不 像图 那样 。图 业务 流量统计 自 相似 图 那么， 是 严格 二 阶 自 相似 的 。 其中 ，

14、万 荴 姆讲 睿琀 如 果 自 相关函 数满 足 七 七 暌 础 ， 后来发展 的 很 多 自 相似 模型 都 是 基 于 二 阶 自 相似 性的 。随 着 网 络的 演 化， 计 算 机网 络呈 现 出各式 各样 的 网 络拓 扑 结构 ， 有研究表 明数据 在资源 受 限 的 网 络中传 输必 然 会有资源 竞 争， 为 了保证 数据 的 稳定 传 输，网 络会进 行反 馈控 制 ， 这种 反 馈控 制 信 息的 引 入 导 致 数据 流量的 非 线 性；网 络数据 在不 同 的 网 络层级 上 受 到 的 协 议 约 束 不 同 ， 影 响的 时 间 尺度不 同 ， 如 在网 络层主要

15、影 响分钟 时 间 尺度， 在链 路 层主要 影 响毫 秒 时 间 尺度， 这些 复杂的 网 络实 体之 间的 交互 和反 馈也会导 致 自 相似 的 产 生。 多 媒体 业务 流量模型 是 在时 间间隔 ， 到 达的 事 件个数。 到 达时 间间隔过程 和计 数过程 是 等 价 的 是 因月 存 在自 相关， 而 自 相关则 是 表 征 时 间 序 列的 时 间 依 赖性的 重 要 统计 特 征 。 而 且 ， 图 泊 松 业务 与自 相似 业务 流量对比 图 论文 在对自 相似 流量建 模是 采用 了该模型 ， 将在第 三章 中详细 介绍。 基 于 离 散小波变 换的 自 相似 模型 变

16、换的 伸 缩 和平移等 获得 自 相似 模型 。 賞 ， 滑 动平均 项表 示为 ： 本 章 介绍多 媒体 业务 的 流量特 性。 首 先 介绍了什么是 自 相似 或者 分形 ， 然 后解 释 了网 络流量的 自 相似 ， 并 给出了严格 的 数学 定 义 形 式 。 本 章 还分析 了网 络业务 流量自 相似 形 成 的 原 因 ， 系 统的 分析 了主要 的 网 络业务 模型 ， 包 括传 统的 基 于泊 松 和基 于 马尔 科 夫 的 业务 模型 ， 重 点 对近 年 来的 网 络流量尤 其是 多 媒体 流量呈现 出的 自 相似 性进 行了分析 ， 介绍多 种 不 同 的 自 相似 流量

17、模型 ， 简 单 讨论了模型 第 禄 诙嗝 教 逡 滴 褡韵 嗨菩 缘 腝 研究第 禄 诙嗝 教 逡 滴 褡韵 嗨菩 缘 腝 研究本 章 从队 列分析 的 角度出发， 研究多 媒体 业务 自 相似 性对传 输服 务 质量的 影响。 来自 应用 层的 多 媒体 业务 通 过有线 网 络汇 聚 到 无 线 接入 点 后， 业务 流经 过封包 形 成 的 分组 通 过无 线 信 道 发送 到 移动终端 。 这种 汇 聚 的 业务 流量具有很 高的 突发性， 会对无 线 接入 点 处的 队 列性能产 生重 要 影 响。 本 章 主要 分析 无 线 接入 点 处的 排队 性能， 对这种 高突 发性的 汇

18、 聚 业务 进 行建 模分析 ， 具体 采用 自 相似 模型 中的 分形 布 朗运 动模型 来捕 获这种 突 发性。 同 时 ， 对无 线 网 络信 道 容 量进 行合 理 建模， 具体 采用 高斯信 道 容 量。 由于 无 线 信 道 容 量变 化给队 列分析 带 来很 大的 难度，本 章 通 过分析 求 得 等 效 容 量的 方法分析 排队 系 统的 性能， 求 解 多 媒体 业务 的 传 输服 务 质量参 数， 包 括队 列长 度概 率分布 ， 分组 的 排队 等 待 时 延 概 率分布 ， 分组 溢出概 率分布 等 。 最 后通 过仿 真和分析 研究不 同 的 自 相似 程 度对这些

19、参 数的 影 响。此外， 在分析 中还考 虑 了多 媒体 业务 分组 大小的 影 响。 文 章 对分组 大小的 概 率分布 进 行建 模， 分析 了分组 大小对排队 性能的 影 响。 具体 假 设 到 达队 列的 分组 大小分布 服 从重 尾分布 ， 在队 列分析 中用 分组 大小分布 的 期望 和方差 来描 述 分组 大小对队 列的 影 响。 最 后通 过仿 真分析 探究分组 大小的 分布 变 化对传 输服 务 质量的 影响。 相关工 作针 对多 媒体 网 络业务 量自 相似 性的 研究有很 多 ， 如 文 献 中作 者 通 过观 察证 实 了无 线 网 络中业务 流量具有自 相似 性， 文

20、 献 【 】证 明了无 线 移动流在综合 服 务 机制 和区 分服 务 机制 下 的 服 务 质量性能。 上 述 研究虽 然 旨在通 过不同 的 机制 提 高自 相似 业务 在网 络中的 服 务 质量， 但 是 ， 由于 自 相似 业务 流数学 分析 固有的 难度， 之 前的 研究并 没有从理 论分析 的 角度给出服 务 质量参 数的 表 达式 ，尤 其是 服 务 质量参 数与业务 自 相似 性的 关系 。 无 线 环 境 下 的 多 媒体 应用 更加 普 遍 ，分析 无 线 环 境 下 多 媒体 业务 的 自 相似 性对传 输服 务 质量的 影 响更具现 实 意 义 。以往 的 有关队 列分

21、析 的 研究大都 假 设 分组 是 单 位 大小或者 固定 长 度的 。 但 是对于 多 媒体 业务 汇 聚 的 队 列系 统， 分组 大小差 异 很 大， 分组 大小可 能从几个字节多 媒体 业务 分组 平均 大小统计 表百 度网 易飞 信微 信 建 模与分析力图 无 线 网 络分组 传 输模型 图如 图 所 示是 典 型 的 无 线 网 络分组 传 输模型 。 多 媒体 业务 分组 通 过有线 网络到 达无 线 接入 点 ， 在无 线 接入 点 的 发送 端 进 行排队 等 待 发送 ， 分组 通 过无 线 信道 发送 到 接收端 ， 由于 信 道 的 不 可 靠 等 原 因 ， 会产 生

22、比 特 错 误而 导 致 分组 丢失。到 达无 线 接入 点 的 多 媒体 流汇 聚 后具有较高的 突 发性， 这种 突 发性会对分组 的 队列长 度产 生重 要 影 响， 可 能导 致 溢 出丢包 ， 同 时 也会影 响分组 的 排队 等 待 时 延 等 。由于 业务 的 多 样 性， 分组 大小差 异 很 大， 这种 分组 大小的 差 异 也会给排队 系 统的性能造 成 影 响， 本 章 主要 对如 图 所 示虚线 框 内无 线 接入 点 处业务 汇 聚 后的 队列行为 进 行建 模， 分析 无 线 接入 点 出系 统的 队 列长 度， 排队 延 时 以及 队 列溢 出概率等 。网 络流量

23、模型 是 描 述 网 络流量行为 的 数学 近 似 ， 描 述 网 络流量自 相似 的 模型 一 参 数， 表 示相似 程 度， 数值 越大， 自 相似 程 度越高。随 机过程 云 绻 亲 韵 嗨疲 敲 丛 谑 隙 杂谌 我獾 恼 齴 满 足： 符 号 “兰 ”表 示两 个随 机过程 具有相同 的 有限 维分布 。 琭 猻 籞 无 线 网 络中， 由于 受到 信 道 衰 落和终端 移动的 影 响， 信 道 容 量是 时 变 的 【 】【 】， 琭 狫 籞 多 媒体 业务 的 分组 大小是 不 相等 的 ， 很 多 的 实 验 和研究表 明分组 大小会影 响 胗 蚨鴉 如 果 随 机变 量 覮

24、分布 ， 它 的 尾分布 函 数： 一 根 据 嵌 套 随机过程 ， 当到 达过程 和服 务 过程 分别 为 人 虲 时 ， 我们 可 下 一 节 中， 我们 将多 媒体 业务 排队 系 统的 性能进 行仿 真， 验 证 理 论结果 ， 分析 不 同 的 自 相似 系 数对传 输服 务 质量参 数的 影 响以及 分组 大小的 不 同 分布 情 况对传 输服 务 质量参 数的 影 响。 仿 真与分析 表 仿 真方案 及 参 数设 置 自 相似 参 数对性能的 影 响图 ， 图 和图 分别 是 采用 白 相似 系 数不 同 的 业务 流对系 统的 排队 长度， 延 时 概 率以及 分组 丢失概 率

25、进 行仿 真和分析 的 对比 图 。 图 中， 用 连 续 的 线 表示计 算 分析 曲线 ， 用 离 散的 点 表 示该点 处的 仿 真值 。 分析 曲线 与仿 真结果 值 吻合地较好， 说 明分析 结果 的 合 理 性。 对不 同 的 自 相似 业务 流的 分析 和仿 真曲线 进 行比 较可 以发现 ：业务 的 自 相似 性会影 响服 务 质量参 数。 具体 地， 自 相似 程 度越高，排队 长 度为 较小值 缤 校 恿 谐 刃 纸 的 概 率越小， 而 队列长 度为 较大值 缤 校 恿 谐 却 笥 纸 时 的 概 率越大， 这也说 明了自 相似 程 度越高， 业务 具有更高的 突 发性，

26、 对队 列大小的 要 求 越高；对于延 时 概 率和分组 丢失概 率可 以得 到 类似 的 结论， 即延 时 概 率和分组 丢失概 率分别在延 时 较大和队 列大小较大时 随 着自 相似 程 度的 增 加 而 增 大， 在延 时 较小和队 列大小较小时 随 着自 相似 程 度的 增 加 而 减小。 此外， 业务 流的 自 相似 性会导 致 服 务质量参 数的 概 率分布 有很 重 的 “拖 尾” ， 即概 率不 会随 着队 列长 度或者 时 延 大小增加 而 趋 向 于 零 ， 这与采用 泊 松 模型 等 传 统业务 流模型 分析 得 到 的 结果 有本 质的 区别 。 这种 “拖 尾”现 象

27、 是 由自 相似 业务 流的 高突 发性和长 相关性引 起的 。 时 延 下 图 不 同 自 相似 系 数的 时 延 概 率曲线 第 禄 诙嗝 教 逡 滴 褡韵 嗨菩 缘 腝 研究色 照图 不 同 分组 大小分布 的 时 延 概 率图 图 比 较了分组 大小分布 对分组 丢失概 率的 影 响。 分别 选取了队 列大小为情 况 下 分组 丢失概 率较高。 这说 明分组 大小分布 影 响着 分组 丢失概 率， 分组 大小分布 方差 越大， 在其它 条 件相同 的 情 况 下 ， 分组 丢失概 率越大。 本 章 小结 本 章 分析 了各种 多 媒体 业务 汇 聚 后的 业务 流量的 自 相似 性对延

28、 时 概 率， 丢包率等 服 务 质量参 数的 影 响， 能够 为 资源 预 留 热 缟 柚煤 侠淼姆 衿 鞫 恿 写 笮 、调度管 理 等 提 供 依 据 和参 考 ， 从而 提 供 更好的 服 务 质量保证 。 然 而 ， 针 对多 媒体业务 中的 实 时 视 频 业务 ， 延 时 概 率等 参 数并 不 能很 好的 度量业务 的 服 务 质量。 因此， 论文 将在第 四章 中针 对实 时 视 频 业务 的 传 输服 务 质量进 行分析 。 无 线 环 境 下 ， 带 宽 资源 有限 且 不 稳定 ， 这不 仅导 致 丢包 率增 加 ， 而 且 使得 信道 传 输速率降低， 严重 影 响视

29、 频 业务 的 传 输服 务 质量。 视 频 编码 技 术利用 编码 消除 图 像的 冗 余 信 息， 达到 图 像压 缩 的 目的 ， 进 而 能够 提 高视 频 的 传 输效 率。 但 是视 频 编码 压 缩 了图 像信 息的 同 时 引 入 了视 频 帧之 间 的 依 赖性， 会带 来视 频 的 错 误传 播等 ， 导 致 视 频 失真。 引 起 视 频 失真的 因 素 还包 括编码 过程 中的 量化失真， 传输过程 中的 失真以及 解 码 过程 中的 错 误等 。 提 高实 时 视 频 在传 输时 的 服 务 质量的目的 是 尽 量减少 视 频 传 输过程 中的 失真。 实 时 视 频

30、 业务 不 仅对丢包 和比 特 错 误敏感 ， 而 且 对传 输延 迟 和实 时 性同 样 敏 感 。 当传 输延 迟 超过一 定 阈值 后即使能够 正确到 达接收端 ， 同 样 被 视 为 无 效 ， 引 起视 频失真， 导 致 视 频等 业务 的 播放不 连 续 ，影 响用 户 的 观 看 体 验 。实 时 视 频 业务 的 服 务 质量评 价 标 准与普 通 的 业务 不 同 。 由于 用 户 是 观 看 视 频的 主体 ， 用 户 观 看 体 验 是 实 时 视 频 业务 服 务 质量评 价 的 重 要 标 准之 一 ， 视 频 播放的 清晰 性， 流畅性等 参 数影 响视 频 的 观

31、 看 体 验 。 在视 频 等 业务 的 传 输中， 由于 网络的 不 可 靠 等 原 因 导 致 的 数据 丢失， 到 达的 不 及 时 ， 解 码 的 非 实 时 性等 ， 将引 起视 频 播放的 不 连 续 性。 为 了减少 视 频 传 输的 不 连 续 性， 最 常用 的 做 法是 在接收端设 置播放缓冲 区 ， 在视 频 业务 播放之 前先 缓冲 一 定 的 数据 量， 尽 力 消 除 后续 播放的 中断。 然 而 这种 方法虽 然 有效 ， 但 是 设 置多 大的 播放缓冲 时 延 有一 定 的 盲目性。本 章 从分组 的 时 延 约 束角度， 分析 实 时 视 频 流的 播放中断

32、概 率影 响因 素 。 实时 视 频 业务 播放中断意 味 着播放缓冲 器 为 空 ， 造 成 播放缓冲 器 为 空 的 原 因 是 分组不 能及 时 到 达播放缓冲 区 进 行解 码 。 初 始 播放缓冲 时 延 ， 信 道 的 重 传 次 数， 分组 研究内容 主要 包 括两 部 分：第 一 部 分， 对分组 的 有效 时 间 进 行建 模分析 。 分组 的 有效 时 间 模型 与初 始 播放缓冲 时 延 ， 视 频 长 度等 因 素 有关。 如 何建 立合 理 的分组 有效 时 间 模型 对准确分析 分组 的 超期丢包 行为 非 常重 要 。 本 文 假 设 到 达接收节 点 的 实 时

33、 视 频 分组 是 基 本 按 照 视 频 播放顺 序 到 达的 ， 那么在这种 有序 到 达的 前提 下 ， 分组 不 能及 时 到 达接收节 点 必 然 会导 致 接收节 点 的 播放缓冲 器 为 空 ， 产 生视 频 播放中断。 队 列分析 中， 分组 在达到 接收节 点 之 前， 只 要 超过有效 时 间 都 将被 丢弃， 这种 队 列叫 做 不 耐 烦 队 列 然 较长 的 初 始 播放缓冲 时 延 能够 增 加 分组 的 有效 时 间 ， 降低播放中断概 率。 初 始播放缓冲 时 延 和播放中断概 率是 一 对需要 合 理 权 衡 的 参 数。 通 过对不 耐 烦 队 列的排队 行

34、为 分析 ， 推 导 出实 时 视 频 业务 的 播放中断概 率与初 始 播放缓冲 时 延 的 关系 ，分析 影 响播放中断概 率的 因 素 ， 能够 更好的 提 高视 频 业务 的 传 输服 务 质量。 第 二部 分， 对实 时 视 频 业务 进 行大量的 仿 真验 证 和分析 。 影 响播放中断概 率的 因 素 有很 多 ， 包 括视 频 序 列长 度， 信 道 服 务 速率， 重 传 次 数， 信 道 误码 率等 等 ， 通 过仿真验 证 理 论推 导 结果 的 合 理 性， 分析 视 频 序 列长 度等 因 素 对播放中断概 率和初 始缓冲 时 延 的 影 响。 在给定 播放中断概 率

35、要 求 下 ， 能够 设 置最 小的 播放缓冲 时 延 ，进 而 提 高了实 时 视 频的 传 输服 务 质量。本 章 的 结构 安排如 下 ： 节 介绍了研究背景以及 本 章 的 主要 研究内容 ， 节 介绍了相关的 视 频 特 性， 包 括视 频 的 编码 结构 ， 时 延 敏 感 性以及 服 务 质量的 度量方法， 节 介绍了与视 频播放控 制 相关的 研究工 作 ， 节 介绍了建 模与分析过程 ， 节 对结果 进 行了仿 真分析 ， 节 是 本 章 小结。 豳 坩目悭 篓，飞一 型缀鎏 瓣醚匮如 图 所 示是 视 频 从源 端 传 输到 目的 端 的 传 输过程 模型 。 视 频 在源

36、 端 经 过读取原 始 视 频 序 列、 视 频 编码 以及 分组 封 装 后， 通 过网 络到 达目的 端 ， 目的 端 进行可 逆 的 操作 即分组 解 析 、 视 频 解 码 获得 解 码 后的 视 频 序 列进 行播放。 原 始 视 频图 像有较高的 冗 余 度不 适 合 在信 道 中直 接传 输， 视 频 编码 包 括预 测 编码 、 变 换编码 以及 熵编码 等 分别 可 以消 除 视 频 图 像时 间 冗 余 信 息， 空 间 冗 余 信 息以及 统计 冗图 视 频 编码 结构 相关工 作响关系 ， 最 后优化了重 传 次 数使总的 丢包 率最 小。 文 献 吭 谖南住 的 基

37、础 上对有限 长 度的 视 频 流进 行扩 散逼 近 ， 分析 了中断概 率上 界 与播放缓冲 区 缓存 大小的 关系 。 这些 研究大都 是 针 对播放缓冲 区 排队 行为 进 行的 ， 对播放缓冲 区 队 列进行建 模， 分析 播放缓冲 区 队 列的 溢 出和为 空 的 概 率， 但 是 并 没有给出播放中断概率与初 始 缓冲 时 延 的 关系 ， 对于 通 过设 置合 理 的 播放缓冲 时 延 保证 较低的 播放中断概 率的 指 导 意 义 不 大。 网 络对发送 端 节 点 队 列的 控 制 比 对接收端 播放缓冲 器 的控 制 更加 灵 活 ， 而 且 分组 的 超期丢包 行为 发生在到 达接收端 播放缓冲 器 之 前， 因此针 对发送 端 发送 队 列对视 频 分组 的 超期丢包 行为 进 行分析 ， 研究播放中断概 率的 影 响因 素 能更加 有效 地提 高传 输服 务 质量。 链 路 层物 理 层 甃 叫图 无 线 环 境 下 视 频 传 输系 统图记 八 为 第 ， 龇 肿 榈酱 镂 尴 呓 尤 氲 愣 恿 械 氖 笨 蹋 敲 碅 。 苐， 可 以证 明八 服 假 设 实 时 视 频 分组 在无 线 接入 点 队 列是 服 从先 到 先 服 务 的 ， 分组 到 达是 有序 的 ， 即分组 到 达是 按 照 视 频