异构网络中视频数据流传输的拥塞控制算法研究

作     者：马悠静 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲁凌云

授予年度：2015年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 

主      题：异构网络 视频传输 拥塞控制 随机早检测算法 多路径 

摘      要：随着网络的发展,视频传输的需求越来越广泛,同时网络终端呈现多宿化趋势。这些新变化为用户提供随时、随地以任意一种或多种方式接入网络享受视频服务的可能。然而用于端到端数据传输的传统TCP协议只能使用单条路径进行视频流传输,已经无法满足视频传输对高带宽的需求,所以在视频流传输过程中会出现实时视频传输时延与抖动导致视频播放不连贯、丢包造成视频质量下降等问题。同时,在使用单一路径进行视频传输的情况下,拥塞控制算法改进更是遇到瓶颈。而使用多路径进行视频流传输则可以解决上述视频传输中的问题,更可以提出更高效的拥塞控制算法使得视频传输性能显著提高。同时利用多路径进行视频传输可以充分利用异构网络覆盖的优势,大大增加多路径视频传输的聚合带宽,提高网络资源利用率和服务可靠性。 拥塞控制算法是传输层架构的核心,良好的拥塞控制算法才能保证网络资源的利用率最大化。异构网络中视频流通过原有的多路径机制进行传输时,ECN机制和中间节点的拥塞控制采用随机早检测(RED)算法实现。然而异构网络下无线链路一些固有特性,如高丢包率,高延时等均会造成RED算法性能下降。 针对以上问题,本文的研究工作如下： (1)深入研究异构网络中视频数据流拥塞控制算法,以此为核心提出多路径视频数据流传输系统,此系统以多路径拥塞控制算法为基础,兼顾多路径传输的可靠性、数据包映射机制。此模型比采用传统单一路径TCP传输吞吐量大大增加,传输时延降低,可有效避免网络拥塞。 (2)通过对多路径视频传输系统存在的缺陷及原因进行研究,提出此多路径传输系统的数学模型。结合建立的数学模型以及典型的TCP/RED模型提出一种多路径视频传输的流体模型。此模型从理论角度出发,结合多路径机制的单条路径拥塞控制策略,兼顾视频传输的可靠性。仿真表明此模型可以动态获取各条路径的状况,可以在拥塞发生之前进行拥塞避免,同时可以有效应对网络中突发流量。 (3)基于多路径流体模型提出一种改进的多路径拥塞控制算法,分析多路径拥塞控制系统的稳定性,建立网络参数和稳定性的关系,进一步提高视频数据流在异构网络中的传输性能,并且能够在网络环境突然变化时,也能够有效地缓解拥塞,实现网络资源的合理利用。