带宽管理的无线家庭网络IPTV解决方案

文摘

传输带宽的优化配置是至关重要的IPTV服务提供者,以确保最大的服务质量。本文强调了无线传输的相关性在今天的IPTV解决方案,并讨论了这种新媒体如何影响现有的广播技术。新的马尔可夫链的渠道模型解决传输吞吐量的优化问题,并提出了一种新的方法实证测量评估的数学分析。

1。前言

术语的IPTV开放论坛(OIPF)规范版本2 (1)选择来描述互联网协议电视IPTV功能摘要,因为我们体验方面的广泛多样性几个期刊这可能会使读者感到迷惑。我们相信OIPF条款是直截了当的,他们可以很容易地解释任何IPTV解决方案虽然我们的工作是独立于标准本身。

2。动机

电信行业正在缓慢地变化。新兴市场的新一代顶级(OTT)服务从谷歌、微软、苹果、亚马逊把很大压力运营商远离传统的电信模型和评估从奥特威胁和机会的球员。客户今天有一场大比赛,和遗留工业已扩大其投资组合与不同的值添加服务,比如三件套,丰富的通信,或移动支付。本文评估一个特定主题的竞争、视频广播服务。

我们已经观察到IPTV业务的快速发展在过去的十年。高清广播流行自2004年推出以来,和3 d内容的可访问性逐年增长。消费者电子产品成为我们生活的一部分,客户从机顶盒(机顶盒)访问数字内容到平板电脑和移动设备。从IPTV服务提供者的角度来看,高质量的服务的需求出现;然而,基础设施的访问网络保持不变。电信运营商提供网络的主要技术仍然是20 - 30岁的扭曲的铜条。

一方面,最大化的IPTV服务提供者的动机是他们的客户,但在许多情况下数字用户线xDSL提供高质量服务的带宽不足(1]。访问网络提供商需要找到一个解决方案,使他们能够利用现有的基础设施。答案可能包括一个更先进的编码算法的实现(h, H.265),结果在相同质量较小的吞吐量(2]或引入混合服务取代最耗费带宽将内容传输数字视频广播DVB-X技术(3],使用渐进式下载,或者,正如我们指出我们的工作,更有效的实现接入网的带宽分配将确保一个更高效的运输。

另一方面,服务的可移植性允许消费者访问的内容不仅机顶盒,但也从各种手持设备。今天的无线接入技术在消费领域是无线局域网WLAN连接,因此服务平台提供者必须适应他们的IPTV解决方案支持无线通信信道的具体要求。

大多数当前的研究论文(4- - - - - -6)只需要考虑上述两个方面之一。无线信道的影响通常是处理媒体访问控制层,和IPTV分布的研究只关注固定网络基础设施的质量。我们研究并解决上述描述重叠的IPTV交付在WLAN xDSL技术的有限的资源环境。我们目前的带宽分配的概念和主要问题部分3。介绍了我们的新理论模型部分4。我们开发一个更有效的带宽分配算法5我们评估和验证。最后,部分6总结我们的工作并进一步显示了一些潜在的应用领域。

3所示。带宽分配

让我们开始讨论带宽管理通过引入一个典型的三件套带宽分配方案图1。访问网络提供商通常把预留带宽的接入网络之间的语音通信和共享剩余的吞吐量IPTV和互联网服务优先考虑前一个。

的实际吞吐量IPTV服务取决于用户的配置。在大多数情况下,基于流管理允许用户同时接收多个流用于现场查看或记录(1 + 1高清或3 sd + 0 hd)。

一个令牌分配带宽的AV(音像)数据传输和储备专用带宽的传输延迟服务。我们讨论这个问题和权衡的带宽分配,因此,在下面的文章中,我们将详细描述它。

之间的平衡分配的带宽对AV数据,保留带宽的RET服务实现IPTV解决方案的最大质量是至关重要的。一方面流带宽恒定的时间(因为广泛应用被认为是恒定比特率CBR的视频编码)的分配更多的吞吐量AV数据和更好的流质量可以通过编码比特率的增加,但给纠错的机会更少。平滑锋利的流可能会被阻塞或全帧中断由于RET吞吐量不足。另一方面手中保留高带宽纠错降低整体流质量由于编码比特率较低。基于不同的网络安装,RET AV数据带宽的比例通常是调整10至25%,但是一个次优值可能显著降低吞吐量,IPTV解决方案的质量。

4所示。提出了模型在WLAN网络带宽分配IPTV解决方案

我们的研究的主要概念和福利由图显示2。实线代表的理论吞吐量AV数据流在不同的丢包概率的静态带宽分配。函数是常数损失概率,损失率是如此之高,传输流量完全占据了其预留带宽。上面这个,重传率没有足够的带宽来恢复所有的包丢失;因此,AV数据流的实际吞吐量下降(不传输数据包),和客户体验质量恶化。我们也声明一个临界带宽值(对AV数据传输)。(低于这个值,是没有意义提供IPTV服务由于巨大的损失。

动态带宽分配(dash-dot图2)增加AV流的吞吐量较低的丢包率达到一个更好的IPTV服务质量(机会)。其次,亏损率更高,AV流的吞吐量下降,以避免双包交付(opportunity-b),使操作员能够扩大的价值关键数据包损失率(),提供了一个低但无错的IPTV服务质量在一个糟糕的环境。

在本文中,我们目前只有一个部分的整体研究,选择最优的传输吞吐量。我们的方法,即将到来的sections-predicts失去无线传输的属性,定义了最优值的RET吞吐量考虑整体损失参数包损失最小化的目的。首先,我们描述了通道和带宽模型。

4.1。信道模型

考虑上面的要求和WLAN传输的属性,我们决定引入一个离散时间信道和马尔可夫模型的数学描述朋友以为你上班接口(AV数据流的访问和住宅网络)。我们不仅考虑包的到来,但也重传交通作为一个离散时间随机过程,我们证明它是一个齐次马尔可夫链。

让,尽管代表发送的数据包的数量在图3TX多播内容传递函数,,尽管无线通信信道的加性白噪声,d传输延迟,RX打开IPTV终端功能(OITF)。接收到的数据包表示成功的包传输包丢失}。我们假设接收机检测到一个包丢失(通过检查数据包的序列号),请求重传包重传否则}每丢失数据包的只有一次B快速通道变化/传输服务器。我们还假设重传请求通信是保护一个错误的协议,比如TCP。根据这个定义,我们获得

的通过相同的无线信号传播渠道;因此,它也受到同样的影响噪音,它可能也失去了。我们模型表达这种效果的收到修正信号三个运营商,一个逆变器(−1),一个乘数(*),一个通道传输延迟(d)。这些功能使我们能够分配的价值为只有在传输信号时不受信道噪声的影响(不会丢失),和的值否则。

最后的信号接收和纠正为成功的包传输,包丢失(失败重传),成功的数据包重传}

让我们观察到第一项添加等于0的定义和上学期=的抽样白噪声的延迟信号。白噪声的自相关为0的所有非零时间变化(7];因此,可以被描述为一个序列的一个独立的随机变量满足马尔可夫性质。是一个齐次马尔可夫链。

让如果th数据包接收正确;如果th数据包丢失和没有转播的;最后如果包后成功转播的损失。我们分析和描述了一个三态马尔可夫模型在我们之前出版;因此,我们简单地列出最重要的属性。包括解决(详细讨论3)- (6)和概率的意义,请参阅我们的前文献[8]。

转换矩阵

稳态的丢包率

稳态数据包重传率 和损失的概率破裂长度

4.2。带宽限制的模型

前一节中介绍了无线信道影响数据包的传输,现在我们要分析IPTV解决方案的带宽分配。

我们将介绍三个平面的IPTV数据包传输。的发射机飞机是提供者的网络,接收机飞机代表OITF,播出计划代表OITF中的内容表示。包丢失的事件通常显示burstiness在无线通信9- - - - - -11]。因此,我们研究一个intra-burst损失4在第一次连续包丢失(b)接收方请求他们重新传输该数据包(c)内包传输的带宽分配(d)的演示设备(e)。一个成功的重传,所有转播的包要比他们早来表示时间()。表达这种情况持续时间 在哪里是一个数据包的平均传输时间,是往返时间,和通信信道的带宽分配,是包在OITF播放缓冲区。连续的数据包数量最大的公式可以成功转播的被定义为

AV流的实际吞吐量可能随安装;因此,我们对这个值的比率和。

其次,我们在图突出interburst行为的障碍5。长破裂的损失后,被重新传输带宽的流量重新传输数据包,即使没有其他包丢失时的视频。这意味着损失的事件块传输通道。我们感兴趣的是以下问题:假设有多少包(后长时间的损失,)一个新的破裂发生损失也将成功转播的(例如,最小距离是多少)两个损失之间爆发如果第一个持续包?)现在,,。图5显示, 在哪里。表达

我们提出上述声明函数(8)- (10)图6。这张图表显示,在小的值(0% - -15%),inter-burst阻塞的影响更大。例如,5%的最大连续区间长度是10包,和重新传输通道是被这交通30包。20%以上,这种效应变得无关紧要。

我们还与刨丝器播放缓冲区状态(),RET能够正确的爆发更大损失的代价更大的端到端延迟。

5。最优重传

在本节中,我们介绍一种新的方法基于模型的传输带宽分配,目的是实现一个更好的视频质量。该方法实现了在测试环境中,我们的假设是测量和证明。

传统的RET算法要求所有丢失的数据包;因此,他们必须实现一个网络层流量塑造适合实际传输吞吐量到分配带宽。这通常是通过数据包排队从而增加整个数据包重传时间;因此,重新传输数据包的概率迟到(其播出时间之后)是伟大的。数篇论文解决这个问题(12),引入选择性重传协议通过评估应用程序级别上的交通,和分配优先级为每个数据包重发和重要性。

我们的方法的主要优点是最小的额外延迟,低资源需求,考虑无线信道。我们的方法评估RET机制在网络层,跳过(禁止)重传请求丢失的数据包根据以上描述内部和interburst通道阻塞,并考虑无线信道的特性。我们的算法包括三个步骤。(1)包丢失的数据包到达过程不断监控。(2) 和计算。(3)丢失数据包重传请求只有内部和inter-burst通道阻塞不禁止重传;否则,重传请求跳过。

5.1。实证评估

评估我们的模型和方法,我们跟着OIPF系统架构(13)和实施以下OIPF功能在测试环境中(源代码可用(14])。(1)多播内容交付功能,爵士、c++应用程序生成UDP / RTP多播流量,并实现了一个简单的控制协议由x86 Linux服务器连接到核心网络的德意志电信(DT)。(2)RET服务器,受潮湿腐烂c++应用程序商店多播流量在一个循环的缓冲区中,并实现了一个简单的重传请求协议由相同的x86 Linux服务器。(3)朋友以为你上班接口,部分实现了ADSL2 +接入网提供的DT, DLink ADSL调制解调器。(4)朋友以为你上班接口,由802.11 b b部分实现了WLAN网络,提供的思科1200系列无线接入点(AP)连接到宽带调制解调器。(5)OITF:clic++应用程序实现了一个简单的广播接收器和控制函数的多播内容交付功能和RET服务器。托管在x86 Linux笔记本电脑连接到思科美联社。

图7显示了传输流两种情况下的吞吐量:传统的重传(RET所有:所有丢失的数据包重传请求)和我们的新重传方法(RET跳过:重传请求可以跳过基于信道的实际参数)。可以清楚地看到,我们的算法使传输吞吐量在其专用带宽,确保及时交货,但是我们故意跳过那些重传请求重传数据包的时间交付将不会保证由于通道阻塞(内部和inter-burst效应)。

我们的方法的主要好处是显示在图8。我们比较总丢包率在上述两种情况,我们发现的智能跳过数据包重传请求,我们能够达到一个更好的(小)损失率然后电源的所有数据包。我们的方法避免了后期重新传输的影响。如果一个请求数据包重传没有确保必要的传输带宽,那么它可能会进一步延迟后重传请求可能到达晚播出时间。这导致低效的传输带宽利用率,增加了整体(丢包率播出飞机)。

5.2。Intraburst限制的影响

让我们分析结果理论上。在这,在即将到来的一节中,我们描述我们的马尔可夫转移矩阵的朋友以为你上班接口模型和设计的属性访问网络。运用内部和inter-burst限制我们的模型,我们得到的概率传输跳过算法造成的。最后,我们表达的整体丢包率是一个关键指标的视频传输的质量。

intra-burst限制有一个重大的短期效应如果破裂损失是伟大的的距离()。我们的问题是关于重新传输数据包跳过的概率。首先,我们计算连续重发请求的最大数量

的概率长重传请求是由马尔可夫模型(6)。我们计算的概率如果重传破裂大于包跳过,这是

包的整体概率跳过由

让我们观察到最后一笔可以表述为一种特殊形式的polylogarithm(也称为Jonquiere的函数) 对于每一个。满足这个标准。因此使用著名的公式方程可以表示在一个封闭的形式

整个包丢失的概率可以表示为一笔数据包跳过(15)和包丢失的稳态概率(4)。

5.3。Interburst限制的影响

我们问同样的问题在前面的小节中,数据包跳过的概率是多少?让我们假设第一个破裂是小到可以转播的()。重传破裂的概率是大小是由我们的马尔可夫模型(6)。的概率重传破裂之后良好的传播破裂,第二次重传

第一个包第二个重传是跳过如果破灭。由此,我们可以计算一个数据包跳过的概率

为全面的数据包跳过概率,我们必须总结(17),每

整个包丢失的概率可以表示为一笔数据包跳过(18)和包丢失的稳态概率(4)。

6。结论

在这篇文章中,我们强调了相关性的无线传输在今天的IPTV解决方案,我们指出它和访问网络的综合效应的带宽管理不深入讨论出版物。我们这个特定区域通过引入几个研究项目目标优化方法,我们提出了一个优化的数据包重传之前的页面。

我们创建了一个新的离散时间信道模型来描述破裂的影响损失IPTV服务质量和数据包传输的作用。我们证明了它是一个马尔可夫链,作为我们的研究结果的一部分,我们表示和评价最重要的定量参数。使用我们的模型,我们还介绍了一个重传算法的优化在IPTV解决方案/ WLAN家庭网络。

的进一步评估我们的结果,我们创建了一个测试平台与OPIF对齐系统架构,我们表现的实证分析通道模型和方法。我们表明,改善整体包丢失特性概念。此外,我们附上我们的数学分析的算法,我们推导出的理论丢包概率来支持我们的测量。

在接下来的研究阶段,我们要调查,介绍,并利用我们的理论结果吞吐量管理的自适应比特率的流媒体技术IPTV解决方案,我们会评估我们的通道模型在媒体访问控制层的无线接入技术。

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