论文研究 基于机会网络编码的视频流传输性能仿真研究.pdf
研究无线网络中基于机会网络编码的实时视频数据传输性能。深入分析网络编码的工作原理及其对于无线网络性能的提升, 在简要介绍视频传输特点的基础上探讨机会网络编码支持视频传输的要点, 通过仿真的方法研究无线网络中基于机会网络编码的实时视频传输性能, 并比较分析传输后的重构图像与原始图像的质量。仿真结果表明, 网络编码不仅可以提高网络吞吐量, 还提高了视频传输的质量。3704计算机应用研究第30卷802.11以及COPE协议,ONC协议下的四个视频片段的PSNR图 I-frame值均较高(除了hal视频片段硝微低点)。图7(b)(c)是hall、视频片段的每帧PSNR的分布,从图7(b)可看10出ONC的PSNR较低,而从图7(c)可看出ONC协议的PSNR影宝目最高,IEEE802.11、COPE的PSNR均较低。这表明加人ONC协议后,更倾向于提高P帧的可解码唢率,而对Ⅰ帧的效果不4-3444-4是很明显。(a)可解码帧率frameframe至18除§$§IEEE 802, 11 COPE BENDIEEE 802.11 COPE BEND4a)可解码帧率(h)丢包率()丢包率图6十字拓扑图3三级拓扑a boatmanISNR是评价图像的客观标准,SNR值越大,表明重构图像与原始图像的差別就越小。从图4(a)中可以看出,4-2-4hall视频片段的ISNH值最高;图4(b)是hl视频片段在四种拓扑结构下每帧的ⅣNR变化情况,从图中可以看出,4-2-4结构的ISNR均比其余三种高。图5是三层拓扑的四种拓扑IEEE 802. 11 COPE BEND(a)十字拓扑的y均PSNR分布结构下的ha视频片段的截图(第109帧),从图中可以看0一5q出,4-2-4结构下接收端恢复的hal视频与原始图像最接近:对45应图4(b)可以看出,在109帧处四种拓扑结构的PNH值分3别为23642426因此对比图4与5可以得出结论,21SNH值越大,接收端图像恢复的效果越好,视频质量也越好。45≌3bha视频片段每帧的PSNR( c)mother-daughter视频片段每帧的PNR区图7十字拓扑PSNR分有图8是三种协议下视频片段的恢复情况,木文选取两个具15有代表意义的视频片段作为例子(hallghter),从图4-1-44-244-3-4444frame numter(a)三级拓扑的平均NR分和(b)三级拓扑下hal视频片段每帧的SNR中可以看出,接收端在对hll视频片段恢复时,ONC协议的效图4三级拓扑PS\R分有果最差;而从图7(a)(b)可以看到,ONC协议下的hall视频片段的PNR最低,每帧的ⅣNR也偏低。图8第2行为 mother网逦两daughter视频片段在种协议下的恢复情况,可以看出,此时ONC协议下的恢复效果最好,对应图7(a)(c)中0NC协议的a)原始图像(b)4-14(d)4-3-4(e)44-4PSNR也是最高的;对应图6中的 mother-daughter视频片段的图5三层拓扑下四种结构恢复图像对比可解码帧率和丢包率可以得出P帧的丢失率依次降低(IEEE2.2.2十字拓扑802,11、COPE、BEND),而此时PNR依次增加(图7(a)。出如图6所示,在十字拓扑结构中,本节分别对四个视频片此可以看出,P在这种视频片段中起着重要作用,可以适当段在IEE802.1、CO門E以及ONC协议下的可解码幀率和丟采取措施降低P帧的丢失率,从而提高视频传输质量。对于不包率进行比较。从图6(a)可以看出,对hl视频片段而言同的视频片段类型采取不同的措施(如降低I帧或P帧的丢失ONC协议下的可解码帧率比IEE802.1l以及COPE协议下率),可以有效地提高视频传输的质量。原始图像TEEE802l1COPEONC的均低很多。从图6(b)可以看出,ONC的hl视频片段I帧hl视频的丢失率均铰大。通过两红实验均能表明I帧在这和视频片片段第70帧段中的重要性。而对于 mother- daughter视频片段,从图6(a)燃可以看出ONC协议下的可解码帧率最高,由图6(b)可以看到Imother视频P帧的丢失率依次降低(IEE802.11、COPE,ONC)。由此可片段以看出,P帧在这和视频片段中起到重要的作用第75帧图7是十宇拓扑PSNR值分布。图7(a)是十字拓扑在这图8两种视频在三种协议下恢复情况对比三种协议下的平均PSNR值分布,从图中可以看出,相比IEE(下转第3711页)第12期曾显华,等:CEO移动通信系统中ⅥF-TDMA突发分配算法研究·3711场景1下的系统利用率如图9(a)所示。图中的横坐标表95%,接近理论最优值,有效地满足了 GMPRS标准对信道分示在实验屮设定的各种突发的比例。图9(a)屮,系统利用率配的实时性与资源利用率的要求。方面,BTP算法接近暴力算法得到的最优值,且优于 RCP-fit算参考文献:法。场景1下的拒绝率如图9(b)所示。由于突发分配时的碎[1] PPOLITO1. J. Satellite communications syslem engineering M片影响,BP的拒绝率与理论最优值存在一定的差异。New Jersey: John Wiley sons Ltd, 2008: 200-202.0.[2]郭庆,王振永,顾学迈.卫星通信系统[M].北京:电子工业出版ratc社,2010:15-163 European Telecommunications Standards Institute. GMPRS-1010.1201v2. 2. 1 general packet radio service: introduction to the GMfamilyEb/oL1.(2005-01-02).http://pda.etsiorg/exchange各突发比例各突发比例folder/s_1013760102O20201p.po(a)不同突发比例下各算法的資源利用率(b)不同突发比例下各算法的扣绝率[4 European Telecommunications Standards Institute. GMPRSZ-101图9场景1中的系统利用率与拒绝率201 v2. 2. 1 general packet radio service: radio interface physical layer算法在场景2下的运行结果如图10所示。图10(a)中,specificationsLeb/Ol.(2005-03).http://pdla.etsi.org/ex-在高负载下,BPP算法的系统利用率通近最优值,平均值接近changefolder/ts_101376-55w02 020l p pdf95%;图10(b)中,系统的总资源是一定的,当MES请求的资[5 PARK J M, SAVAGAONKAR U R, CHONG E, et al. Allocation ofQos connections in MF-TDMA satellite systems: a two-phase approach源远远超出系统总资源时,拒绝率接近37%[J. IEEE Trans on Vehicular Technology, 2005, 54(1): 1770「6董启甲,张军,张涛,等.高效 MF- TDMA系统时隙分配策略「J04航空学报,2009,30(9):1718-17260.3[7] YAZDANI N. Multi-frequency time-division multiple-access MH0.7如1:2:1:23211:1:11:1331:1:1:12:1::222:2:11:小:1TDMA) resource packing C]//Proc of Military Communications21:211:23:21:l::11:1:33111:121:122:2:2:11:3:t:各突发比例各突发比例Conference. 2008: 1-8(a)不同突发比例下各算法资源利月率(b)不同突发比例下各算法的拒绝率8]LEEM, Lee J J, KIMJ B,eal. Adaptive packing strategy to reduce图10场景2中的系统利用率与拒绝率packing loss in MF-TDMA satellite nel works[ C//Proe of International Conference on Computational Science and Its Applications. Ber-4结束语in: Springer, 2011: 133-146本文为∫改善 GMPRS协议MAC层中的 MF-TDMA突发9 European Telecommunications Standards Institute. GMPRS-101 201v2.2.1 general packet radio service: overall description of the GM分配算法的性能,提出∫一种基丁半衡树的分配算法TP。该RSradiointerfaceEB/OL.(2005-03)http://pdaelsiory/ex算法将宽时隙资源空间进行分割,每次分配当前满足条件最changefolder/ts_10137603221020201p pdf优的突发,在构造表示可分配空间的二又树中进行平衡化操[101傅英定,成孝子,唐应辉,最优化理论与方法[M].北京:国防工业作。该算法简化了突发分配问题,有效保证了突发分配的实时版社,20性及系统资源的高利用率。仿真结果表叨,该算法能在规定时[11 Scalable network technologies,lnc. QualNet4.0 programmer's guide问内完成突发分配任务,在高负载下,系统的资源利用率达到LM.LS 1.: Scalable Network Technologies, 2007: 1-5(上接第3704页412.L 3 DAI G, TAO J, SIIEN IL. A link-lifetime based dynamic source rou3结束语ting protocol ( LTDSR ) for multimedia over MANETs[ J. Journal of本文深人分析研究无线网络屮基于机会网络编码(ONCthe Chinese Institute of Engineers, 2010, 33(5 ): 761-768的实时祝频传输性能,设计了两组实验,通过NS-2仿真软件[4] AHLSWEDE R,CAIN,ISR,etal!. Network information flowLJ. IEEE Trans on Information Theory, 2000, 46(4): 1204对这两组实验进行仿真,在接收端对视频数据进行恢复,将得l206到的重构图像与原始图像进行对比分析;比较分析了各种情况[5 KATTI S, RAHUL H, HU W, et al. XORs in the air: practical wire下的解码率、丢包率,并找出解码帧率下降的原因;分析了三种less network coding[ J]. IEEE/ACM Trans on Networking, 2008视频帧丢失的影响大小,以及这三和视频帧的重要性,为下16(3):497-510步提高祝频传输质量的硏究工作奠定了基础。[6. ZHANG J, CHEN Y P, MARSIC L. MAC-layer pro-active mixing for参考文軾:network coding in multi-hop wireless networks[J. Computer Net[1]沈航,白光伟,赵露,等.多跳无线网络中具有时间意识的视频works,2010,54(2):196-207.流控制协议[J.东南大学学报:自然科学版,2012,42(5):808-[7」王明伟,王奇,杨洁,等。视频流传瑜性能的研完与分祈[冂.电视技术,2010,34(12):30-33[2]BMlG, OLADOSU K, WILLIAMSON C. Performance benchmarking[8]杨嘉深,侯春萍.基于PSNR立体图像质量客观评价方法[J]of wireless Web servers[ J]. Ad Hoc Networks, 2007, 5(3):392-天津大学学投:自然科学版,2008,41(12):1448-1452