计算机科学
2006Vo
l.
33NQ.
1
无线视频流媒体异构接入的二维自适应流控模型研究头)
朱晓亮杜旭杨宗凯程文青
(华中科技大学电子与信息工程系
武汉
430074)
摘 要
TFRCCTCP-Friendly Rate
Co
ntro
l)机制适用于视频流媒体
UDP
流传输的流控,它保证
UDP
流的吞吐量具
备良好的
TCP
友好特征。异构用户接入也可以借助
TFRC
机制探测可用带宽,但其在无线信道中面临新的挑战。基
于无线信道特征,本文提出一种无线流媒体接入二维自适应流控模型。该模型建立在丢包率
CPLR
,
Packet Loss Ra-
tio)
、误码率
CBER
,
Bit
Error
Ratio)
统计的基础上,分别针对包长和帧速率进行二维调节。首先,基于
BER
统计来调
整包长和发送间隔以提供稳定帧速率的流量;其次,根据
TFRC
方程,由
RTTCRound
Trip
Time)
、
RTOCRetransmis
sion
timeout)
、
PLR
等计算可用带宽,结合帧错误率
CFER
,
Frame
Error
Ratio)
作为帧速率调整指标。仿真结果验证
了该模型的有效性。
关键词
无线流媒体,
TCP
友好流控,二维自适应模型,服务质量
Research
on
2D-
Adaptive
Rate
Control
Model
for
Streaming
Media
Di
stribution
in
Heterogeneous
Wireless
Access
Environments
ZHU
Xia
o-
Liang
DU
Xu Y
Al'叫
G
Zong-Kai
GHENG
Wen-Qing
(Dept.
of
Electronics & Inforrnation
Eng.
, Huazhong University
of
Science
&
Technology
,
Wuhan
430074)
Abstract
The
method of TFRCCTCP-Friendly
Rate
Co
ntro
l)
adapts to rate control of video streaming transmitting by
UDP
stream, which can guarantee throughputs of
UDP
streams with
w
巳
11
TCP-
Friendly features.
Furthermore
, it can
be adopted to detecting available bandwidth for heterogeneously
acc
巳
ssing
clients. However, this method is fraught
with new challenges in wireless channels. According to features of wireless channels
, this paper
propos
巳
s
a 2D-adaptive
rate control model for streaming media distribution in heterogeneous wireless access environments. Based
on
statistics
of
PLR
Cpacket loss ratio) and BER
CBit
Error
Ratio) , 2D adjustment according to packet size and frame
rat
巳
can
be
carried o
n.
Firstly, packet size and transmission interval
are.
regulated based on the statistics of BER
to
present
throughputs with const frame rate. Secondly
, according to
TFRC
equation,
FER
CFrame
Error
Ratio) and available
bandwidth calculated by
Rτ
寸
CRound
Trip
Time) ,
RTO
CRetransmission timeout) and
PLR
estimations are adopted as
indexes to regulate frame rate. Simulation results demonstrate effectiveness of proposed schemes.
Keywords Wireless streaming media,
TFRC
, 2
D-
Adaptive Model, QoS
引言
无线接入网络的研究进展已经为无线流媒体业务的引入
铺平了道路。然而,元钱流媒体传输必须面对解决异构带宽
和高传输误码率、时变等问题的挑战[1
J
。尤其是在元钱信道
上,信号常由于诸如外界冲击噪声和互调噪声等噪声干扰而
损伤,造成信道误码率较高且随机变化[口。通常,光纤导向
媒体的误码率小于
10
一
10
,而无线电非导向媒体的误码率可达
1O[
-3
J
~
10-
4
凶。因此,提供适合用户
QoS
要求的流速是无
线流媒体接入流控一个关键问题。另外,由于流媒体业务的
实时性要求,它一般采用
UDP
组包传输,而且具有高带宽需
求,因此视频流媒体业务应用是网络的"杀手,,[1
J
传统网络
TCP
流量占统治地位的情况将发生逆转。众所周知,
UDP
流
量本身不具备流控能力,因此实现无线接人时,其与
TCP
流
量的公平竞争将是无线流媒体接入流控的另一个关键问题。
目前,众多的学者针对以上问题提出了相应的解决方案,
并已取得一些成果。其中,
Sally
Floyd
研究了实现
UDP
流的
TCP
友好性的
TFRC
机制
[3J
但是在无线应用下面临新的挑
战[叫。
Liu
Jiangchuan
研究了视频多播条件下媒体适配问
题,但是其整个方案并未针对无线信道的特点凶。张占军研
究了无线多媒体网络中端到端自适应
QoS
保证策略,提出了
误码率对于无线信道的影响与
QoS
自适应模型,但是该方法
未考虑
TCP
友好性
[2J
。以上研究考虑的侧重点不同且均未
能综合考虑影响元钱流媒体传输的两大主要特征事件一丢包
和误码,来兼顾
QoS
和
TCP
友好性要求。结合以上研究成
果的成功经验,本文提出了参考误码和丢包事件的端到端二
维自适应流控模型。该模型提供了一种二维的流控方案:以
传输时延和帧错误率作为
QoS
指标,其由包长和帧速率两维
调整得到。由误码率模型
[2J
发现无线信道误码特性影响可靠
传输时延,进而可作为最佳包长的推算依据。另外,由可用传
输速率结合帧错误率统计来调整帧速率并采用
TFRC
方程
保证模型的
TCP
友好性。本文第
2
节提出并建立二维自适
应速率调整模型
F
第
3
节为模拟实验和结果分析;最后对全文
进行了总结。
2
二维自适应速率调整模型
2.1
二维自适应速率调整问题分析
流控一般包括基于端对端的方案和基于网络的方案两
类。通常,端对端方案是运行在发送端和接收端,通过反馈机
制来达到拥塞避免的效果。基于网络的方法,其目标是控制
网络拥塞状况,重点在于降低网络传输时的数据损失和减小
时延。这类方法可以分为链路层控制和
IP
层控制两类。然
而在处理实时性流量时,效率不高,且易引发视频流媒体的误
差扩展
CError
propagation)
问题。因此,端对端的机制成为首
叫国家自然科学基金
(60302004)
资助项目。朱晓亮博士生;杜旭博士,副教授;杨宗凯教授,博士生导师;程文青副教授。
• 95 •