视频传输下无线Mesh网络中基于QoE的分簇路由协议的研究

作     者：关博文 

作者单位：辽宁大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹凤杰

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：无线Mesh网络 QoE 路由协议 分簇算法 蚁群算法 网络编码 

摘      要：随着时代的不断迈进,科技逐渐的发达,网络给人们建立起了一条又一条的“高速公路,人们的日常生活、工作以及学习都越来越离不开网络。随着无线网络为了提供更优质的服务向下一代发展,无线Mesh网络(WMN,Wireless Mesh Network)作为其中一种关键技术越发受到研究人员和设计者的关注,已经成为宽带家庭网络、社区网络和企业网络等许多应用的关键技术。传统的无线网络深受互联网连接“最后一公里的问题所困扰,无线Mesh网络的出现能够有效的解决这一问题。因此,近年来无线Mesh网络已经在各大领域得到了广泛的应用。现有的关于无线Mesh网络的研究大多都集中在服务质量(QoS,Quality of Service)上,作为一种评价网络中的丢包率、延迟、抖动等参数的技术指标,在网络技术层面的评价中,QoS有着良好的表现。但是,对于网络信息服务商来说,技术层面的性能是一种相对客观的评价指标,并不能明显的体现出用户的满意程度,他们需要一种能够直接体现出用户对于所提供的服务的满意程度的指标,因此,与QoS相比较来说,QoE(Quality of Experience)是一种更符合网络信息提供商要求的评价指标,它综合考虑了用户层面、环境层面以及服务层面的影响因素,能够更加直接的反应出用户对网络的认可度。本文针对现如今受众广泛的视频流的QoE问题,分别从影响QoE值的两方面,即视频失真以及视频响应时间入手,提出了视频传输下无线Mesh网络中基于QoE的分簇路由协议。该协议共包含有两个子协议,即簇间路由协议与簇内路由协议。论文的主要研究如下:(1)提出了基于排序蚁群算法的簇间路由协议,针对视频的失真问题,通过借鉴现存的分簇算法思想,将系统中的Mesh路由器分成不同的簇。为了更好的评价用户体验质量,选用G.1070模型作为QoE的评价建模,并在簇间路由协议中通过运用排序蚁群算法来选择满足该模型约束条件的最优路径,通过将视频以最优路径传输来提高视频的QoE值。算法中使用精英蚂蚁收敛的思想加快全局收敛速度,降低视频传输所需的时间,并且降低了算法复杂度。同时,添加了多路径传输,该方法在降低算法复杂度的基础上还能够保证数据传输的可靠性。(2)提出了基于改进的MORE(MAC-independent Opportunistic Routing&Encoding)协议的簇内路由协议,该协议以降低视频响应时间为目的,以此来提高用户服务体验质量。网络编码相较于传统的“储存-转发式结构能够有效的减少传输次数,因此,本协议使用时延最小化网路编码的编码方式,使得每次传输的编码包所能定位的用户数都为所有用户,对于整个系统来说能够降低所有用户接收数据包的总时间,提高了系统整体的QoE值。同时,为了更好的降低视频传输的时延,将原本MORE协议中源和中继节点持续重传等待目的节点确认的机制改为拒绝确认机制,以减少数据包传递的等待时间的方法来降低整个系统的时延。本文通过MATLAB仿真软件进行仿真实验,在QoE的数值以及网络的时延方面进行对比。实验表明,视频传输下无线Mesh网络中基于QoE的分簇路由协议能够有效的提高用户体验质量,并且能够降低网络的时延,有效地提高了用户对于网络服务体验的满意度。