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基于IGMP的IEEE 802.11无线组播速率自适应机制

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沈阳工业大学学报 2017年第6期39卷 691-696页

作者：王金涛李明齐中国科学院上海高等研究院上海201210 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京101407 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210

针对组播速率不能满足传输需求的问题,提出了基于因特网组管理协议(IGMP)与改进自动速率回退(ARF)算法的无线组播速率自适应机制.该机制利用组播中必须发送的IGMP报文来获取接收信噪比,进而决定组播速率.基于IGMP报文的周期间隙调整,加... 详细信息

针对组播速率不能满足传输需求的问题,提出了基于因特网组管理协议(IGMP)与改进自动速率回退(ARF)算法的无线组播速率自适应机制.该机制利用组播中必须发送的IGMP报文来获取接收信噪比,进而决定组播速率.基于IGMP报文的周期间隙调整,加入了改进后的ARF算法进行速率调整.该机制规避了大量反馈帧产生碰撞的问题,可以使组播路由器获得传输结果的有效反馈,从而更准确地进行速率调整.结果表明,所提机制能够较好地调整无线组播速率,提升无线组播的吞吐量.

关键词：无线局域网无线组播因特网组管理协议速率自适应改进ARF 信噪比吞吐量

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喷泉码及其在无线视频组播环境中的应用

电视技术 2011年第11期35卷 76-79页

作者：闫慧慧宋建新南京邮电大学图像处理与图像通信实验室江苏南京210003

针对无线组播环境,根据中间节点功能不同的情况,提出了两种喷泉码数据分发调度方案。并针对无线组播用户面临信道质量不同的情况,提出一种混合喷泉编码方案,发送端根据组播用户信道质量的差异选取不同码长的喷泉编码。实验证明,对丢包... 详细信息

针对无线组播环境,根据中间节点功能不同的情况,提出了两种喷泉码数据分发调度方案。并针对无线组播用户面临信道质量不同的情况,提出一种混合喷泉编码方案,发送端根据组播用户信道质量的差异选取不同码长的喷泉编码。实验证明,对丢包率高、信道质量差的接收端而言,短码长的喷泉编码方案提高了接收端的译码成功概率。

关键词：无线组播数据分发混合喷泉编码

无线视频组播中基于压缩感知的视频压缩方法研究

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无线视频组播中基于压缩感知的视频压缩方法研究

作者：倪诗锋南京邮电大学

学位级别：硕士

随着无线网络和多媒体技术的迅猛发展,无线环境下的组播视频通信在成为可能的同时也面临着巨大的挑战。由于无线信道的随机衰落性和高误码率,如何保证为处于不同信道的众多接收端提供服务成为了问题的焦点。这些接收端支持的比特率不同... 详细信息

随着无线网络和多媒体技术的迅猛发展,无线环境下的组播视频通信在成为可能的同时也面临着巨大的挑战。由于无线信道的随机衰落性和高误码率,如何保证为处于不同信道的众多接收端提供服务成为了问题的焦点。这些接收端支持的比特率不同、数据包丢失率不同、吞吐量不同,相同的地方是它们都想接收到高质量的视频。本文利用最新出现的压缩感知理论提出了解决上述问题的办法。压缩感知是近几年信号处理理论的重大突破,它采用测量的方法对信号进行压缩处理,测量后的数据呈现出一种无结构的性质,也就是每一个数据对于信号的重建的重要程度都是一样的。我们利用这一特性来设计适合于无线组播环境的视频编解码器。首先在无线环境中,将压缩感知编码视频帧得到的数据中的部分进行重建,结果仍然得到一定质量的视频。实验证明重建质量与数据数量基本成线性关系,而与位置信息无关。随后将这一编码特性推广至无线组播中,证明压缩感知编码视频适合于特殊的无线组播环境。为了进一步增加视频的压缩率,充分利用帧与帧之间巨大的相关性,我们提出三种不同的帧间改进方案。首先我们提出一种适用于头肩序列的差值压缩感知方法,该方法对非关键帧压缩感知的数据进行二次压缩感知,提高了压缩率。然后根据现有视频编码运动估计的框架,针对残差高稀疏性的特点,对关键帧与残差分别进行压缩感知。最后我们利用帧间块与块的相关性,采用构造冗余字典的方法,对关键帧和非关键帧分别采用基于帧级的压缩感知和基于块级的压缩感知,在保持压缩率的同时提高了非关键帧的恢复质量。实验结果表明,基于压缩感知的视频编解码方法运用于无线组播环境能够满足不同接受端的需要,达到一条编码流就能够满足不同信道需要的效果。

关键词：无线组播压缩感知视频压缩解码运动估计

基于IEEE 802.11协议的MAC层协同组播策略

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应用科学学报 2011年第6期29卷 559-564页

作者：宋留斌徐友云谢威余江解放军理工大学通信工程学院南京210007 上海交通大学电子工程系上海200240

提出一种基于IEEE 802.11协议的MAC(media access control)层协同组播调度策略,利用正确接收数据的组内用户充当临时中继,根据地理位置信息选择优秀的转发节点来协同传输组播数据.分析了所提出的组播策略的中断概率和吞吐量性能,并给出... 详细信息

提出一种基于IEEE 802.11协议的MAC(media access control)层协同组播调度策略,利用正确接收数据的组内用户充当临时中继,根据地理位置信息选择优秀的转发节点来协同传输组播数据.分析了所提出的组播策略的中断概率和吞吐量性能,并给出了使用NS2(Network Simulator 2)工具的仿真方法.仿真结果表明,相比于原有的MAC层协议,该策略提升了组播的吞吐量,降低了组播用户的丢包率.

关键词：无线组播协同通信 Network Simulator 2 IEEE 802.11协议

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高能效协作组播中资源分配方法的研究

高能效协作组播中资源分配方法的研究

作者：张锋电子科技大学

学位级别：硕士

无线组播技术可以在同一频段向不同用户同时发送相同数据,从而大大提高频谱效率并增加系统容量。近年来,对于无线组播及其相关技术的研究越发热门。尤其是在状态控制、时钟同步以及诸如IPTV、视频会议这些新兴业务中,无线组播的高效可... 详细信息

无线组播技术可以在同一频段向不同用户同时发送相同数据,从而大大提高频谱效率并增加系统容量。近年来,对于无线组播及其相关技术的研究越发热门。尤其是在状态控制、时钟同步以及诸如IPTV、视频会议这些新兴业务中,无线组播的高效可靠为它们提供了强大的技术支持。由于传统组播时通常采用信道状态信息(Channel State Information,CSI)最差用户的可达速率进行数据传输,这虽然可以保证组播成功率,但是传输速率较低,尤其是随着用户数量的增加,组播速率可能趋于极低值,组播系统的容量也相应急剧降低;而另一种方法则是采用预设的固定速率进行传输,但可能导致中断概率较高,不能满足系统的成功率要求,导致整个组播无法获得预期的容量增益。采用协作通信的双时隙组播技术利用重传转发可以很好地克服上述缺点。该方法利用协作通信与数据重传技术,通过空间分集与时间分集获得复用增益,在提高系统容量的同时兼顾了用户公平性。然而,已有的双时隙协作组播大部分都是建立在时隙长度固定或者发射功率固定的基础上,随着绿色通信的日渐普及,以及无线组播系统对续航能力的要求的提高,提高无线组播通信的能量效率的相关研究也越发重要,中继功率可变与时隙可变的组播方案研究在这方面有着重要意义。本文从协作组播模型出发,针对基于终端到终端(Device-to-Device,D2D)技术的双时隙组播模型下的资源分配问题,展开了以下研究工作:首先,分析了协作组播技术中的双时隙重传组播系统模型,总结归纳了典型的双时隙协作组播方法,并给出了简单的性能分析与比较。其次,在中继功率动态可变的基础上,提出了一种基于信道增益的功率分配方案。首先在双时隙组播的基础上构建了功率可变的中继模型,然后通过半定松弛进行约束放缩,转化为凸优化问题,进而求解得到了相应的功率分配方案。最后,从降低接收复杂度的角度,对用户接收信号的合并方式进行了简化改进,并研究了合并路数对性能的影响。再次,从时隙可变的角度出发,研究了双时隙组播模型下的时隙因素对于无线组播能效的影响。将时隙因素与功率控制结合起来,研究了不同时隙分配方案下组播系统的能量效率,针对集中式系统与分布式场景下的组播系统分别进行了分析与仿真,结果显示与传统固定时隙方案相比获得了显著的性能提升。

关键词：无线组播双时隙功率分配 D2D

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面向内容中心业务的雾无线接入网优化设计

面向内容中心业务的雾无线接入网优化设计

作者：魏兴北京交通大学

学位级别：硕士

雾无线接入网(Fog Radio Access Network,F-RAN)是面向5G的移动网络架构之一。其利用雾层网络设备的计算和存储能力,实现更优的网络性能增益。然而,近年来,以内容为中心的移动业务呈现出指数增长的态势,使F-RAN的前传链路负载激增,成为... 详细信息

雾无线接入网(Fog Radio Access Network,F-RAN)是面向5G的移动网络架构之一。其利用雾层网络设备的计算和存储能力,实现更优的网络性能增益。然而,近年来,以内容为中心的移动业务呈现出指数增长的态势,使F-RAN的前传链路负载激增,成为瓶颈。视频点播(Video on Demand,VoD)和内容下载业务作为内容中心业务主要类型,对前传链路负载影响最大。然而,已有的研究大部分仅考虑采用雾层的缓存或前传链路组播降低前传链路负载,并未研究二者联合优化方案,也没有针对前述两类业务的系统优化方案。因此,本文在F-RAN架构下,对于内容下载和视频点播业务,采用雾层缓存和前传链路组播的联合优化方法,在保证用户体验的同时可有效降低前传链路负载。本文主要工作如下:根据内容下载业务时延小、传输持续时间较短等特点,将前传链路负载刻画为平均传输时延。在满足用户时延要求的前提下,考虑有缓存的组播链路速率约束和缓存空间约束,通过联合优化前传链路组播和雾层缓存策略,使前传链路的平均传输时延最小。该优化问题为混合整数非线性规划问题,采用整数松弛、引入辅助变量、函数上图重组(Epigraph Reformulation)和连续凸近似等方法对该优化问题进行转化求解,并据此提出缓存和组播联合优化算法。通过该优化问题求解可以证明,小基站有缓存时,前向链路组播调度与云端到该基站的链路质量无关,从而能更好的减轻前传链路负载。仿真结果也表明,该联合优化策略较缓存和组播单独优化策略能更好的降低前传链路的平均传输时延。根据视频点播业务要求传输时间持续较长且对传输速率有要求等特点,将前传链路负载刻画为平均传输速率。根据视频点播对同一内容的请求不同时发生的特点,在雾层小基站引入缓冲空间。考虑缓存和缓冲空间对减小前传链路传输的作用,提出缓存和缓冲空间使能的打补丁组播策略(Caching and Buffering Enabled Multicast Patching,CBE-MP),并证明其最优性。在CBE-MP策略的基础上,通过缓存策略最小化前传链路的平均传输速率。求解该优化问题,得到最优的缓存策略。该缓存策略通过缓存视频开头部分以“富集”异步需求,进而减少组播次数,更好的降低前传链路的开销。仿真结果也验证了该缓存策略比基于流行度的缓存策略和平均缓存策略能更好的降低前传链路的平均速率,且在不同的缓存空间、内容流行度和内容请求速率下均具有良好的性能。

关键词： F-RAN 无线内容中心网视频点播内容下载无线组播缓存

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LTE集群组播波束赋形与D2D技术研究

LTE集群组播波束赋形与D2D技术研究

作者：董从刚电子科技大学

学位级别：硕士

无线组播是一种介于单播和广播之间的业务，通过“一发多收”的传输形式向同一时频资源块上的组播用户发送数据，从而提高频谱效率和扩大系统容量。最近，在实际的公网系统中，组播不仅被广泛的研究，而且在长期演进（Long TermEvolutio... 详细信息

无线组播是一种介于单播和广播之间的业务，通过“一发多收”的传输形式向同一时频资源块上的组播用户发送数据，从而提高频谱效率和扩大系统容量。最近，在实际的公网系统中，组播不仅被广泛的研究，而且在长期演进（Long TermEvolution, LTE）和全球微波接入互操作（World interoperability for MicrowaveAccess,WiMAX）中已经形成了多媒体广播组播业务（Multimedia Broadcast andMulticast Service,MBMS）协议和标准。相比之下，以集群通信系统为代表的专网系统，虽然以组播为主要业务，但发展却相对滞后，而且没有形成统一的行业标准。因此，为缩短差距，实现高质量、高速率、低资源占用率的多媒体传输，在集群系统中借鉴和研究公网中已有的关键技术显得势在必行。在空间域，采用多天线技术，在下行链路进行波束赋形，可以通过空间分集提高组播用户的服务质量和基站的覆盖范围;在时间域，针对组播业务的容量受限于群组内最差用户的信道状态信息（Channel State Information, CSI）这一特性，采用数据重传（Automatic Repeat-reQuest,ARQ）技术，可以通过时间分集兼顾组播容量和用户之间的公平性。因此，本文从时域和空域出发点，针对适用于集群系统下的组播波束赋形技术和终端到终端（Device-to-Device, D2D）技术，展开了以下研究工作：第二章，总结了下行组播波束赋形的基本原理。首先，按照单群组和多群组构建赋形模型;其次，在已知CSI下，遵循服务质量（Quality of Service, QoS）与最大最小公平（Max-Min Fair, MMF）准则阐述组播波束赋形原理，并介绍了半定松弛（Semidefinite Relaxation, SDR）、随机化、以及功率控制等概念;最后，通过仿真，分析组播波束赋形算法的赋形效果。第三章，研究了适用于集群系统下的组播波束赋形方案。首先，针对集群系统，提出基于用户波达角的赋形模型，设计相应的赋形方案;其次，通过仿真分析组播波束赋形与用户角度间隔、用户数、基站天线数、信噪比（Signal to NoiseRatio, SNR）或信干噪比（Signal to Noise plus Interference Ratio, SINR）等赋形参数的关系;最后，提出一种基于用户角度信息的自适应切换赋形方案。第四章，讨论了适用于集群系统下的D2D技术。首先，针对集群下的组播业务，引入D2D技术，构建两时隙传输模型。其次，在分析成功转发（Success to Help,SH）、请求转发（Asking for Help, AH）两种中继选择策略之后，引入终端（UserEquipment, UE）电量信息，提出一种基于能量效率的改进方案：成功用户主动服务（Offering Help, OH），并给出中心式最优方案（Central Optimal, CO）;然后，从牺牲成功率换取数据量的角度出发，设计了一种基于平均电量信息（AverageBattery Information-Based, ABIB）的方案;最后，通过仿真，对比五种中继选择方案的性能。第五章，对全文进行总结并提出未来研究的方向。

关键词：无线组播组播波束成形波达角 D2D 中继选择

基于强化学习的无线NDN可伸缩视频流传输机制研究

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基于强化学习的无线NDN可伸缩视频流传输机制研究

作者：邓世超中南大学

学位级别：硕士

伴随网络技术的快速发展与移动设备的大量普及,内容密集型应用发展迅速,视频流量已在互联网总流量中占有很大比例。用户对高质量观看体验的追求不仅对视频供应商具有现实经济意义,同时视频内容由于其内容密集属性而具有数据量大且带宽... 详细信息

伴随网络技术的快速发展与移动设备的大量普及,内容密集型应用发展迅速,视频流量已在互联网总流量中占有很大比例。用户对高质量观看体验的追求不仅对视频供应商具有现实经济意义,同时视频内容由于其内容密集属性而具有数据量大且带宽要求高的特点,为承载视频流数据传输的网络带来巨大挑战。此外,无线局域网由于其接入成本低的特性,是目前大量用户请求视频内容的主要方式。因此本文的研究工作在于如何优化视频流数据在无线NDN网络中的传输效率。TCP/IP网络由于其端到端的架构设计,进行视频流传输时存在硬件存储和带宽利用率较低的现象。命名数据网络(Named Data Networking,NDN)作为一种以内容为中心的网络架构,对组播和网内缓存功能具有良好支持,可以显着减少骨干网承载的过多重复内容,具有进一步优化用户观看体验的潜质。此外,本文使用SVC(Scalable Video Coding,SVC)对视频进行编解码,以提升视频下载的灵活性。因此本文针对无线NDN网络设计可伸缩视频流传输机制,主要研究工作如下:1)由于NDN网络高动态性导致传统比特率自适应算法难以对带宽进行有效估计,导致无法及时适应网络波动做出下载策略的调整;同时针对SVC编码引入庞大下载位置决策空间的问题,本文提出基于强化学习的无线NDN视频流传输自适应算法NVRSA。NVRSA针对上述问题做出针对性的模型设计,在不基于对网络环境进行假设的条件下,通过离线训练算法调整与环境进行交互的在线智能体策略,得到最佳的视频块下载决策策略。2)NDN组播组基于多个消费者请求相同内容构成,当无线NDN网络中多个STA请求热门视频内容,出现信道竞争的同时会频繁构成组播组从而进一步加剧无线NDN网络的动态性。因此,本文在NVRSA算法的基础上,提出一种基于强化学习的无线NDN组播速率选择算法NMRA。NMRA针对传统无线组播方案缺少反馈的问题,对NDN的兴趣包和数据包进行扩展,使用基于多智能体的离线训练算法最大化数据在无线网络中的整体传输效率。3)针对NDN视频流传输的仿真问题。本文对AMuSt视频流仿真项目进行代码重构,实现了一个基于NS-3的视频流仿真模块DAS-NDN。实验结果表明:针对单STA场景,与其它比特率自适应算法相比,NVRSA算法在静态网络和动态网络环境下平均能够提升约28%视频质量以及约48%用户QoE。在此基础上,针对多STA场景,与其它组播速率选择算法相比,NMRA算法能提升约62%的视频块下载速度,约15%的视频质量以及54%的用户QoE。结合本文所提出的两个算法的视频流传输方案与原有方案相比能提升79%的用户QoE。图51幅,表3个,参考文献100篇

关键词：命名数据网络动态自适应流可伸缩视频编码无线组播强化学习

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基于SDN的网络流量调度方法的设计与实现

基于SDN的网络流量调度方法的设计与实现

作者：陈品殿北京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,移动互联网的飞速发展,流量调度技术作为网络性能优化的重要手段,越来越受到研究者的关注。目前,传统IP网络的流量调度方法由于转发机制的局限性,难以灵活高效的利用网络资源,使得流量调度技术面临诸多挑战。软件定义网络(SDN)... 详细信息

近年来,移动互联网的飞速发展,流量调度技术作为网络性能优化的重要手段,越来越受到研究者的关注。目前,传统IP网络的流量调度方法由于转发机制的局限性,难以灵活高效的利用网络资源,使得流量调度技术面临诸多挑战。软件定义网络(SDN)思想的出现为研究流量调度技术带来了新的思路,通过利用控制与转发分离的特性,控制器感知全局网络状态信息,使得流量调度方法能够根据网络状态和业务需求制定更加优化的调度策略。因此,将SDN思想应用于网络流量调度技术是优化业务传输质量的一种行之有效的方法。本文介绍了无线局域网中流量调度技术的研究现状,分析了在线视频组播业务在无线局域网传输质量保证问题,设计了一种基于SDN的无线组播优化方法,包括数据包优化,带宽分配,路径选择等三个核心功能模块。通过动态维护组播映射关系将组播数据包映射成单播数据包,保证数据传输质量要求,减少业务丢包;进一步针对组播数据包转化为多个单播数据包后,可能造成的无线资源竞争问题,引入基于用户需求的带宽虚拟分片方法,实现网络资源隔离,保证特定单播流的带宽要求。同时,为了避免组播数据包在无线局域网传输过程中产生丢包,通过将网络状态,业务属性和用户需求等作为多属性决策算法的因子,为数据包匹配转发路径,提高数据传输可靠性。本文搭建了基于SDN/OpenFlow的无线局域网流量调度试验环境,对上述无线组播优化方法的功能和性能进行了测试验证。

关键词：流量调度软件定义网络无线组播路径选择资源预留