机会网络的视频传输关键技术研究

发布时间：2017-10-24 15:01

  本文关键词：机会网络的视频传输关键技术研究

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【摘要】：随着移动智能终端的普及,人们获取和分享信息的方式变得越来越便捷,其内容也从文字、图片到音频、视频,变得越来越丰富；与此同时,基于智能终端的大量应用也涌现出来,尤其是各种视频服务备受人们的关注。然而,视频数据的传输需求给用户和服务提供商带来了巨大的成本压力,同时高速增长的视频数据流在可预见的未来几年也将远远超出蜂窝网和有限覆盖的Wi-Fi热点的容量限制。因此,充分利用移动智能设备为载体,通过用户间有意识或无意识的机会接触来进行数据交换就成为一种新的视频传输模式,而短距无线通信技术的发展也为这种机会传输模式提供了可能。然而,机会网络自身的动态松散性、间歇连通性等特点与视频传输服务质量保证要求的网络环境之问的矛盾,使得现有针对一般非实时数据的机会传输方法难以很好地应用到视频传输中来。因此,本文结合机会网络的特点,围绕视频数据在机会网络中的传输问题,分别从包调度策略、路由算法、用户协作激励等三个方面展开研究,提出相应的模型、算法和机制。具体来讲,本文的主要贡献如下：(1)面向视频重建质量的包调度策略。在机会网络的视频传输中,每一个数据包在被成功接收以后都会对视频重建质量产生一定的增益。该增益的大小不仅与视频数据包自身的重要性相关,而且还与数据包在网路中的扩散状况相关。我们建立了视频重建质量与上述两种因素之间的量化关系模型,并据此提出了一种基于视频质量增益的包调度策略,通过对视频数据包的优化调度来提高视频数据的重建质量。(2)传输模式自适应的视频机会路由算法。在城市环境中,由于信道衰落和干扰,数据包在利用无线链路传输的过程中会因为受到损伤而被丢弃,从而影响视频重建质量；如果仅仅依靠移动车辆的机会传输,数据包又会因为延迟过大而被丢弃从而造成视频失真。为了解决该矛盾,我们建立了机会网络中视频传输率失真模型,并提出了一种视频质量保障的机会传输路由算法,它能够在上述两种传输模式之间实现自适应切换,通过在传输时延和丢包之间达到均衡来最大化视频流的重建质量。(3)静态节点辅助的视频机会路由算法。如何在一定视频质量约束下以最小的时延向运动目标投放视频流是一个非常具有实际应用需求的问题。我们利用具备大容量存储及无线通信功能的交通监控设备(如摄像头等)作为静态节点,提出了一种静态节点辅助的视频传输机会路由算法。该算法能够在综合考虑视频重建质量要求和网络情境信息的情况下为每一段视频流选择最优的静态节点作为缓存节点,并依靠缓存节点间的协作和接力来保证最小的投递时延和较高的播放质量。(4)视频机会传输中的用户协作激励机制。机会网络中的视频传输需要节点间紧密协作来保证视频的传输质量,而用户的自私性会严重影响节点问的协作。为了解决该问题,我们把机会网络看作是虚拟市场,把视频数据包当作虚拟商品,从而提出了一种视频重建质量驱动的协作传输激励机制,充分利用市场的逐利性激励数据包在用户间的交换。由于数据包的动态定价是以边缘质量增益和备份数作为依据,因此该激励机制在驱动节点协作的同时还能实现对视频投递质量的优化。综上,本文从数据包调度、路由算法、用户协作激励机制等三个方面对视频数据在机会网络中的传输进行探索,提出了一系列模型和方法,并通过理论分析及仿真实验验证了它们的有效性,从而为各种基于机会网络的视频服务提供了理论依据和技术支撑。
【关键词】：机会网络 视频传输 包调度策略 路由算法 激励机制
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-40
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 机会网络15-28
• 1.2.1 无线自组织网络的演化16-17
• 1.2.2 机会网络概念及特征17-19
• 1.2.3 机会网络典型应用19-21
• 1.2.4 机会网络研究内容21-28
• 1.3 机会网络中的视频传输问题28-34
• 1.3.1 机会网络中视频传输需求28-31
• 1.3.2 机会网络中视频传输面临的挑战31-33
• 1.3.3 机会网络中视频传输研究现状33-34
• 1.4 研究内容和主要贡献34-37
• 1.5 论文章节安排37-40
• 第二章 面向视频重建质量的数据包调度策略40-58
• 2.1 引言40
• 2.2 视频数据重建质量建模40-45
• 2.2.1 视频重建质量定义41
• 2.2.2 视频重建质量与帧间局部相关性关系量化41-43
• 2.2.3 视频重建质量与数据包扩散关系建模43-45
• 2.3 基于视频重建质量边缘增益的包调度策略设计45-49
• 2.3.1 视频数据包边缘质量增益计算45-46
• 2.3.2 视频数据包调度策略设计46-49
• 2.3.3 分布式的包调度策略49
• 2.4 实验与分析49-56
• 2.4.1 仿真环境介绍50
• 2.4.2 性能评估与比较分析50-56
• 2.5 本章小结56-58
• 第三章 传输质量保障的视频流路由算法58-88
• 3.1 引言58-59
• 3.2 静态节点辅助的视频机会路由算法59-71
• 3.2.1 系统模型及问题描述59-61
• 3.2.2 路由算法设计61-65
• 3.2.3 实验与分析65-71
• 3.3 传输模式自适应的视频机会路由算法71-86
• 3.3.1 系统模型及问题描述71-73
• 3.3.2 路由算法设计73-79
• 3.3.3 实验与分析79-86
• 3.4 本章小结86-88
• 第四章 视频机会传输中的用户协作激励机制88-104
• 4.1 引言88-89
• 4.2 问题概述89-90
• 4.3 面向视频质量的传输激励机制设计90-96
• 4.3.1 视频数据包的动态定价90-92
• 4.3.2 视频数据包的交易机制92-93
• 4.3.3 视频数据包的交换机制93-94
• 4.3.4 基于双人协作博弈的贪婪算法94-96
• 4.3.5 视频传输优化分析96
• 4.4 实验与分析96-102
• 4.4.1 仿真环境96-97
• 4.4.2 性能评估和比较分析97-102
• 4.5 本章小结102-104
• 第五章 总结与展望104-106
• 参考文献106-118
• 致谢118-120
• 个人简历及参加的科研工作120-122
• 附录：在攻博期间完成的文章122

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本文编号：1089249