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国际期刊的创新在计算机和通信工程的研究

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自适应跨层在无线局域网视频流

Fairoz B
m技术的学生,计算机科学和工程部门,斯里兰卡Taralabalu Jagadguru理工的卡纳塔克邦,印度
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国际期刊的创新在计算机和通信工程的研究

文摘

最近看到了一个巨大的多媒体无线局域网或无线局域网流量。然而,带宽密集型多媒体交通WLAN时最冲击过载。长包延迟、抖动和低吞吐量在接收端视频质量明显恶化,从而削弱了用户体验。在这篇文章中,我们实现一个新的计划来保证服务质量(QoS)等资源密集型交通视频甚至在网络中资源稀缺的时期。我们通过优先完成这个特定的(但不是全部)视频数据包并确保这些数据包他人资源分配。我们也确保这种优惠待遇一类交通不抢其他低优先级交通公平份额的资源。这个方案是实现之间的接口逻辑链路控制层(LLC)和媒体访问控制(MAC)层协议栈的802.11。广泛的模拟在NS-2平台显示,我们的方案会导致在接收端视频质量显著改善,而仍保留的QoS要求等其他交通音频和ftp,在可接受的范围内。

关键字
逻辑链路控制、媒体访问控制。

介绍
随着pda和其他无线设备,无线流量可能是有史以来的最高[1]。无线局域网或无线局域网也经历大量的流量增长同时,多媒体应用在无线设备的使用也飙升使多媒体交通在无线局域网的一种普遍现象。然而,带宽密集型多媒体通信,无线局域网时最冲击过载。长包延迟、抖动和低吞吐量在接收端视频质量明显恶化,从而减少用户体验[2]。广泛的工作进行了分析流媒体视频比特率变化的数据包在WLAN网络列表和详细研究表现[3][4]。我也进行了广泛的试验研究性能的高比特率不同的拥挤的无线网络条件下的流媒体视频。像[5],得出的结论是,收到视频失去质量惨在拥挤的无线网络。
这个实验的结果也使我们得出结论,这种情况发生的主要原因是特定的数据包的丢失编码视频帧的解码视频流中发挥最重要的作用。这导致提高QoS要求提出一种新颖的方案,因此保护视频流的质量在接收机的结束。基于之前的研究,我设计了一个方案,我们优先考虑包在一个给定的视频流。我们将优先级最高这些特定的视频数据包中至关重要的视频解码流程和优惠的网络资源分配给这些更喜欢从网络视频数据包从而保护他们灾难包丢失和广泛的延迟。我们还确定,我们不会饿死其他交通网络。
与大多数其他工作在文献[5][6][7],主要集中在IEEE 802.11 e机制来提高QoS在多媒体交通,我们是独立于底层的无线技术。同样,这些研究的范围是有限的仅仅802.11 MAC子层,而我们的不是。在我们的工作重点在802年稍高一些。x堆栈和IEEE 802.2之间使用接口逻辑链路控制层(LLC)和IEEE 802.11介质访问控制(MAC)层修改协议。这是特别有趣,因为这使得我们的工作跨各种移植低带宽无线MAC协议(如蓝牙和无线个域网。
这项工作尤其重要,因为可用的文献和出版物[6][7][8]不要谈论可能的QoS实现协议层之间。协议层之间的接口队列提供最大的努力服务(FIFO)所有数据包,不分类/分类类型的数据包通过。在本文中,我们做的数据包进行分类,并提供优先级最重要的视频数据包。Netsim平台上执行广泛的模拟,表明,该方案明显提高视频流的质量,而影响其他并发音频流和FTP流量无关紧要的。本文的其余部分组织如下:第二部分讨论了虚拟瓶颈的基础概念分别超过802.11协议栈。第三部分建筑和概述了视频流QoS增强算法。部分IV.discuss调度技术。第五部分给出了实验装置.Section最后,我们在第六部分总结本文。

相关工作
的方法提出了应用程序知道支持h . SVC交付/无线局域网是如图1所示。在本文中,我们限制我们的调查的情况下行视频流。这是代表videoon——需求的情况下,在最终用户连接到一个无线局域网热点独立访问一个或多个视频服务器放置在有线网络。
背后的想法虚拟瓶颈(VBN)如图1所示非常简单,但实用和有效的。它从观察到mac层帧出现损失很少发生在一个无线局域网,因为通道质量缺陷。事实上,从汽车的速度开始下降——[6],几种速度适应机制[7]提出了改进帧交付,通过估计信道帧和/或测量数据质量损失比,然后切换到一个合适的调制方案。802.11 MAC函数重新传输MAC帧因为通道错误或通道访问碰撞损坏。因此,MAC帧丢失完全只有达到的最大值。802.11标准,这是一个相对较大的值(默认设置是4 -短重试限制-和7长重试限制-重发,根据MAC帧[5])的长度。因此,在正常情况下,所看到的MAC帧赔付率较高图层通常较低。它只成为重要如果严重通道发生退化,非常严厉,甚至速度适应最小可用传输速率是不够的。
我们可以假设所有MAC帧的大部分损失发生在美联社缓冲区。损失事件显然发生在负载提供给美联社大于最大吞吐量在美联社。一般来说,时变电容C美联社(t)的数量取决于我)站必须要和美联社通道访问com和ii)所有竞争的个人传播率[8]。
虚拟瓶颈交通控制箱放置在有线网络在美联社。它拦截所有的交通提供给美联社本身。它的目标是实施交通节流功能设计防止交通提供给美联社的可用容量美联社(t)。提供节流功能能够遵循美联社的变化时间能力,并提供足够的美联社缓冲能力和足够的带宽可用保证金部署之间的交通VBN和实际美联社提供的能力,最终的结果是,美联社缓冲永远不会饱和,因此没有帧损失会发生在美联社本身。相反,所有的损失将发生在VBN盒子。几种机制存在运行时可用的美联社估计能力的动态控制调节的功能,例如,[17],[18],[19],[20]。然而,这个估计的细节超出了本文的范围。这里,我们感兴趣的VBN充分利用利用应用层信息安排交通。我们的话,自从VBN是一个单独的控制实体,它可以很容易地部署在任何预先存在的WLAN基础设施与遗留接入点。如果WLAN支持802.11 e服务质量改进(在我们的试验装置一样),可以利用这些配置VBN设置IP的服务类型(TOS)字段的值160(个子-无线多媒体的APs)所以MAC帧发生传播EDCA视频访问类别。

算法
在本节中,我们简要描述不同CLD类别中使用无线视频流。更多细节关于这个主题详细[18]- [20]。然后我们描述了q学习方法用于CLD,应用于医学视频。
答:无线网络跨层适应计划
CLD指协议和模型体系结构设计,利用层间依赖获得最佳收益。这不是对分层的概念;实际上这是一个附加模型了OSI开放系统互连)模型。跨层系统使用不同的模型和算法依赖的体系结构中使用这样的实现。在本部分中,我们将查看跨层体系结构和选择一个特定的模型,该模型适合最好的通常,crosslayer系统执行三个主要任务:数据抽象、优化和重新配置。抽象和重新配置严格依赖于系统模型和之间的交互层,和优化算法和协议用于分配最优的解决方案。最重要的crosslayer模型如下所示[13]。
1)综合方法:这个模型需要一个最优决策基于所有信息,参数,和要求,收到不同的层。尽管其他方法,所有层可以发送他们的质量要求,不仅有独特的层来决定其他层的质量。因此,这个模型应该为不同层次提供不同的需求;这使得这种方法最适合的方法对当前应用。然而,这种方法需要一个实时优化方法提供最优层值。
一般来说,跨层可以增加计算复杂性寻找最佳的QoS策略因为QoS策略的数量增加相比,层架构。公式(1)-(3)表明这一事实[20]
方程
SLaye rd和sci QoS策略分层和跨层结构,分别为L层的设置,和李i层。在这篇文章中,为减少实时计算复杂度,我们使用一个RL算法。
b .问题公式化和q学习方法
解释说在前面的部分中,我们采用了使用作为RL q学习方法来找到最好的行动不同的跨层参数变化。在这种方法中,RL代理学习如何行动以最大化一个数值奖励的信号。跨层优化的过程是基于一个离散时间马尔可夫决策过程,这是一个随机过程建模通过有限数量的州美国每个州,一组有限的行动是可能的。通过选择行动αk∈当时一步k,我们承担成本/奖励c (Sk,αk)。图式化的方法是一个政策的代理(π)由分配对应国家的行动αk Sk在每个时间步k。跨层优化器(CLO)充当决策者,称为代理监控环境的状态,并相应地分配行为。代理发布这个动作时,环境状态的变化;代理接收到新环境的状态和直接奖励或成本由于先前的行动。基于这些信息,代理更新其知识数据库。
重复这个过程,直到剂达到最优政策π,分配最优行为导致环境状态,满足系统需求。代理的目的是找到最优的政策导致了行动为每个Skαk,满足成本函数[2],[20]。
q学习方法的原理是基于试验和重复的过程。代理尝试操作在一个特定的州和评估其后果的直接奖励或接收成本,然后再估计的状态的价值。反复尝试所有操作在所有国家,将创建Q矩阵被称为寻找最好的行动在一个特定的情况下。矩阵Q和奖励是监控更新如果需要[2],[20]。
表明法律行动后对所有可能的状态和状态和行动,我们将计算它的成本,成本函数,定义在(4)。如果政府行动(Skαk)已经决定,立即成本被定义为成本函数[1]。Sk包括视频质量和链接(Vk、路),和Sk创建抽象后的状态。我们使用216州。每个州,27岁的行为;这意味着成本函数需要大约216×27行动做好准备;这个过程需要做开头。网络过程中,Q矩阵将被扫描,选择一个行动基于系统的状态情况。Q-relearning过程将作为一个后台进程完成。这个概念描述[24]。

调度技术
一)h .
一个h .流是温州市的一个序列。温州市是由标题和实际编码视频帧携带有效载荷。温州市头包含的信息——在解码过程中类型及其相关性。从温州市头信息报告(见全部细节在[9],[13]),我们特别感兴趣的三个参数称为依赖项id(做),颞id (TID)和质量id (QID)。每个参数决定一个特定的可伸缩性。并允许粗粒可伸缩性,TID允许时间可伸缩性和QID允许介质颗粒可伸缩性。
粗粒可伸缩性(CGS)提供了粗的能力适应视频性能;例如,视频的空间分辨率CIF 4 CIF。这个视频应该用一个合适的编码组粗增强子,叫dependency-layers。是温州市的dependency-layer的识别。温州市的解码属于dependency-layer做> 0取决于温州市dependency-layer−1, TID和QID相同的价值。这种依赖性规则后,我们可以通过去除粗降低视频质量——确实大于特定值。为简单起见,我们不考虑粗粒可伸缩性在本文的其余部分。然而,我们的工作扩展到研究生院理事会很简单。
时间可伸缩性提供视频的帧频的适应能力。温州市的TID指定时间层,即。“帧频子”。温州市属于时间层的tid > 0和qid = 0取决于时间层的温州市tid−1,相同和qid所做的那样。这条规则后,应完成的帧频扩展通过移除温州市TID大于特定值中粮食可伸缩性(也称为渐进细化)允许改编的视频质量(即。,PSNR值)。应适当编码的视频质量增强子,叫quality-layers。qualitylayer减少了编码量化误差,从而提高了PSNR。QID识别quality-layer温州市。一个属于quality-layer温州市qid > 0取决于温州市quality-layer qid−1,相同的是,TID。这种依赖性规则后,质量比例应通过消除温州市QID大于特定值。总的来说,关于时间和介质颗粒可伸缩性、依赖规则可以概括为,其中箭头表示“取决于”
(tid > 0, qid = 0)→(tid−1, qid = 0)
(tid≥0, qid > 0)→(tid, qid−1)
B.H.263application Scheduler
我们提出感知应用程序调度程序的设计目标是利用h . SVC温州市类型和他们的依赖关系
1)实现一个高效的无线资源的使用,避免转移——这不会被接收者解码因为失踪的依赖性;
2)提供一个视频质量的顺利适应与变化的可用容量上限(t)或提供视频流量的负载。
这两个目标可以通过优先级排队规则,将一个单独的队列可能TID-QID组合。考虑到TID值的默认范围从0到4,考虑两个额外的增强quality-layers(即。,QID values in the range from0 to 2), we deploy 5 × 3 = 15 limited-size queues, with queue #0 having the highest priority and queue #14 having the lowest one, as shown in Figure 2. An incoming NALU is delivered to a queue #n according to the following classification rule:
n = 5 qid + tid

实验结果
实验是基于一个室内WLAN部署5站关联到一个美联社。所有站经验良好的平均信道条件(AP之间的距离小于2米的条件),支持最大11 Mbps 802.11 b物理层速率没有损失。VBN已经扼杀了6.0 Mbps,测量值略低于MAC吞吐量约6.3 Mbps的美联社。这个保证,当我们在随后的测量,证实没有MAC帧丢失美联社缓冲区。此外,我们还与WLAN物理层速率执行测试减少到2 Mbps的;在这种情况下,VBN压制1.5 Mbps。评估的结果报告的视频质量指标(PSNR)以及交付效率指标。
VBN)的影响
图3显示了Y-PSNR(亮度)随着时间的推移,测量的视频流SVC(一)交付给第一个用户没有VBN调度,对原始,pre-encoding原始视频。PSNR值相比,两个参考曲线:i)理想的PSNR(顶部曲线标记为“所有图层”)的流没有温州市损失的情况下,在PSNR值只取决于退化而造成由于编码过程,和(二)提供的PSNR基础层(标记为“基地层”),假设所有基础层温州市接收和所有其他层——是下降了。
图3确认的交货表现h . SVC VBN差没有感知应用程序的调度执行,即。MAC帧时,和结果——随机下降。在过载条件下突然发生严重的PSNR退化。由此产生的视频经常“冻结”(这意味着失去了几个视频帧),和整体视频质量是不可接受的。
平均总视频2.86 Mbps的速度,当三个流。PSNR值不降低额外流时进一步承认。这是由于这一事实的PSNR值的比较两个随机帧相同的测试序列大约是15分贝,为进一步的实验证实了(这里没有显示)。因此,这是最低的PSNR值我们可以期待。相反,感知应用程序的调度程序允许平稳退化h . SVC流。当所有5用户共享通道,他们实现每用户平均速率为700 kbps。基础层的PSNR值方法,预期的行为,鉴于基地层平均使用650 kbps。
上图描述了在接收端传输视频接收成功许多客户可以访问视频在同一时间,但这里我们使用的方法是视频没有跨层方法和VBN,所以接收到的视频帧的视频质量不好和抖动。
上图描述了在接收端传输视频接收成功。许多客户可以访问视频在同一时间,但这里我们使用的方法是在WLAN跨层方法和VBN视频流,所以接收到的视频帧的视频质量很好我们会jitterless视频。

结论和未来的工作
我提出了一个比较分析研究跨层优化的视频/ WLAN。WLAN提供了一个更好的性能在fps方面,框架尺寸和PSNR值在85%的效率,失踪框架2 - 4,平均34.67%。我未来的工作是使用h编码的视频处理服务器简易框架,现在我只是流媒体视频,在未来我将在流媒体视频和音频同时并行开展工作。

确认
我想表达我诚挚的感谢机构Sri Taralabalu Jagadguru理工的指导和工作人员的连续支持这项调查,最后我的朋友他们在这项工作协调。

数据乍一看
图1 图2 图3 图4 图5
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引用