网络编码:多媒体传输（精选7篇）
网络编码:多媒体传输 篇1
摘要：在网络编码环境下的多媒体传输技术, 能够给传统传输技术带来革新性的变化。国内外有很多的学者致力于研究如何将网络编码应用于多媒体传输中, 并且取得了显著的成效。笔者通过分析网络编码的定义及网络编码环境下多媒体传输中所面临的问题, 为进一步研究多媒体传输技术应用做好了充分的准备。
关键词：网络编码:多媒体传输,单播,组播
随着网络的不断普及, 海量的信息交换使得传输系统受到了前所未有的严峻考验, 很多专家学者都在寻找一种更好的通信模式, 来改变传统的多媒体传输技术所存在的缺陷。网络编码作为一种新型的通信概念, 不仅能够较好地增加单次传输的信息量, 还很好地均衡网络负载, 提升网络传输系统的整体性能。同时又降低了制造和使用的成本, 有利于大范围推广。但是网络编码也存在一些不足, 例如端到端的传输会产生延迟, 每个节点的计算负担加重等。因而, 如何避免这些缺陷, 正确发挥充分网络编码的功能, 是当前研究的主要课题。
1 网络编码概念
网络编码的出现, 改变了人们对于传统网络通信技术的认识。一般的通信都是通过存储转发式路由器来完成传输的, 中间节点并不会对数据进行任何的加工或者处理。然而网络编码却颠覆了这一逻辑, 使网络通信出现了重大的突破。网络编码的概念是允许网络中的各个节点对接收到的数据进行处理然后再转发出去, 这样每个中间节点都成为一个小型的数据编码器。这种改变为实现网络的全覆盖提供了坚实的实践基础, 随着网络的不断延伸, 节点的数量也在不断增长, 大大减轻了传输过程中数量巨大的数据信息给网络带来的压力。
2 网络编码的优势与缺陷
尽管在当前网络编码的应用还没有路由技术那样广泛, 但是其优势是十分明显的。网络编码能够极大地提高网络数据吞吐量, 并有效提高网络带宽的利用率, 同时还能降低无线网络节点的能量消耗。网络编码具有较强的数据抗性, 能够在一定程度上降低由于传输失败给数据带来的损失。当网络覆盖到更广大的区域时, 很容易出现网络负载过大。使用网络编码就能够很好地将负载均衡到每个节点上, 解决网络拥堵问题。
网络编码的缺陷也十分突出。例如当两个节点之间进行数据传输的时候, 会不可抗拒地出现延迟, 这是由于节点的计算负担较大, 影响了传输速度。同时节点还担负了存储的任务, 逐渐增加的缓存数量会随着网络规模的扩大进一步加重数据的延迟。每个节点由于其处理能力的局限性, 不能对数据进行有针对性的分类, 当重要数据经过网络编码之后生成的数据包, 需要重新进行识别和筛选。因此, 在当前网络特别是无线环境中应用网络编码技术, 还需要进一步完善技术上的缺陷, 在各方面之间取得平衡。
3 网络编码在多媒体系统中的应用
3.1 多媒体单播
在网络编码环境系统, 能够有效提升网络单播的流媒体服务质量。由于网络编码具有的强大数据吞吐能力, 使得网络中的每个节点都能够保存其通信范围内某一段时间的数据包。同时与周围节点进行数据和缓存信息的交换。当多个单播流经过同一个节点时, 节点能够选择最合适的数据包进行编码, 然后通过数据信息的交换, 使得周围的节点也获得该数据包;一旦单播流经过其他邻近的节点, 这些节点能够迅速对数据进行编码, 缓解了延迟的产生。其原理就是当节点在对单播流进行网络编码时, 不仅涉及到数据包与邻近节点的交换, 还包括了对于重要数据的分类, 例如截止时间, 数据信息内容等;当下一次同类型的重要数据再次经过节点时, 能够自动获得优先解码和编码, 提高网络数据传输的稳定性, 使网络编码在快速和可靠之间取得了均衡。
3.2 多媒体组播
网络编码具有提高网络数据吞吐量的特点, 并且提高了数据传输的可靠性, 因此将其应用到组播当中, 能够更加充分地利用网络带宽资源。有相当一部分的学者对如何在流媒体组播中应用网络编码具有很大的兴趣, 因为一旦成功, 流媒体的数据存储和传播将迈上一个新的台阶。目前来说, 网络编码应用于流媒体组播的问题有两个, 带宽过低和较高的误码率。可以在网络编码的基础上, 通过对分层视频进行优先级分类, 利用分布式优化算法, 在每个节点上尽量扩大可用带宽, 建立起一个多路径路由, 在最大范围内接收尽可能多的编码包, 使数据传输的数量和质量得到保证, 即带宽提升。还可以建立一种组播方案, 它在网络编码的环境下, 利用节点移动性预测的上游节点来构建拥有多个节点的多树组播路由。通过此路由进行网络编码组播, 能够保证节点在高速移动的情形下仍能实现有效的网络组播, 即降低了误码率。
3.3 多媒体广播
广播是组播的一种特殊形式, 但是广播具有更好的传输特性, 更加易于在网络特别是无线网络中进行实践。随着无线网络的不断普及, 在网络编码环境下优化无线网络广播的服务质量, 是当前比较热门的研究课题。可以利用节点的反馈信息来获知不同终端丢失的数据包类型, 然后将数据包的线性编码组合进行重传。这样即使无法马上找出是哪一个终端出了问题导致数据丢失, 也能够有效避免重传数据包的时候再次丢失。每个数据包的线性编码都可以恢复若干个数据包, 这样不仅提高了网络的鲁棒性, 也使网络的带宽资源得到了更加有效的利用。
4 结语
将网络编码应用到多媒体传输系统中, 需要理论的不断完善和实际应用的不断尝试。随着网络编码环境下的多媒体技术研究的全面展开, 将会有更多的多媒体传输产业从中受益。在不久的将来, 网络编码将成为改变多媒体传输系统的重要技术, 值得进行大力推广。
参考文献
[1]赵刚.移动互联网上自适应多媒体传输研究[D].华中科技大学, 2005.
三时隙网络编码传输与信道估计 篇2
最近几年,网络编码的研究已经拓展到了无线传输领域。在无线网络中,一个节点发送的数据包可以同时被其他多个节点接收到。这种广播特性,使得在无线网络中使用网络编码更加方便。通过考虑无线环境因素的机会网络编码,可以大幅度提高系统的吞吐量。网络编码也可以应用在无线网络的物理层中,并同其他的技术相结合,例如抗衰落技术等。联合网络编码和信道编码的设计方案,可以获得额外的分集增益[1]。通过混合电磁波信号的直接网络编码能够进一步提高系统的吞吐量。
在无线系统中,检测端为了恢复出接收信号,需要进行信道估计。在实际通信系统中,通过一段已知的导频序列来完成信道估计。导频序列同信息数据在不同的时隙进行传输。尽管适当的选择导频序列的位置可以得到精确的信道估计值,但是这种方法需要额外的带宽。一种将导频序列加入到数据符号中叠加训练序列(ST)的方案[2],可以节省系统带宽,但同时会降低信号的信噪比。应用在OFDM领域的信道估计也已经取得了很多研究成果,包括非盲信道估计、盲信道估计和半盲信道估计,其中半盲信道估计具有更好的性能。
本文重点研究三个时隙的无线网络编码方案与信道估计设计。在接收端,采用软判决和最大比合并的方法提高接收信息的质量。同时使用基于导频序列的LS信道估计方案。通过仿真比较,采用分集接收可以提高网络误码性能。
2 网络编码
重点研究无线等间隔三时隙网络编码传输方案,为了提高接收信号质量,在目的节点采用分集接收和软判决技术。
2.1 最大比合并(MRC)
在多径传输中,采用分集接收是非常实用的。目的节点可以从不同路径接收两组比特信息。本文采用基于软比特信息的最大比合并方案(soft-MRC),这种类似MRC处理方式可以提高系统性能。假设A、B为双向中继网络中的传输节点,R为中继点。由于节点A和B之间存在直接的传输链路,则在目的节点处就可以使用最大比合并的方法来获得分集增益。在节点i′接收到的由节点i通过直接链路传输的信号可表示为:
其中Si表示节点i的发送信号,hd表示节点A和B之间直接传输信道的参数,nd表示两个节点直接的AWGN。当i表示A时,i′表示B,即i′表示与i相反的另一个节点。为了能提高性能,这里都采用软判决,即对数似然比来做操作数。直接链路得到的软判决值可表示为:
节点i对于接收到的SR的软判决值表示为S軌R,最终得到的二进制信息表示成d軌i′,类似最大比合并的方法,利用这两路接收信号的对数似然比得出的信息可近似表示为:
利用软信息能够提高接收信号的质量,降低误码率,但是增加了系统的复杂度。
2.2 异或的对数似然比
当在中继R使用软判决时,假设从节点A和B接收到的信号软判决分别表示为vA和vB,由[3]可知,异或后的信号可表示为:
则中继点R最终的发送信号可表示为:
其中Pv表示vR的平均功率,其表达式为:
经过再调制,在第三个时隙,中继R把SR广播给节点A和B。在接收节点的处理方法跟上述MRC相类似,在目的节点同样用到了直接链路的传输信号,以获得分集增益,这里不再赘述。在包含信道编码的网络编码方案中,该方法可以大幅度的降低系统复杂度。
3 信道估计
图1显示了两个源节点同时向中继节点和目的节点发送导频序列进行信道估计的传输过程,本文仅实现两个源的联合信道估计,可以减少信道估计所占用的时间。如图1所示,接收到的信号y如下式:
其中复信道脉冲响应h可表示为[4]:
n表示为加性高斯白噪声,每个信源发送一段唯一的Np位的导频训练序列进行信道估计,如下式所示:
则两个信源导频信号结合得到的矩阵为:
采用LS信道估计计算信道脉冲响应可表示为:
由文献[4]可知,上式可转换为:
其中()H和()-1分别表示矩阵的共轭转置矩阵和逆矩阵。在准静态衰落的假设下,每个数据块内的信道系数h是不变的。即
平均后相当于滤波,即
这样目的节点就获取到相应的信源至中继链路的信道系数。
4 仿真结果
为了检验上述方案的性能,进行了统计性能分析。具体的仿真环境和参数为:传输的信息比特被设定为128位,导频序列为16位,调制方式为BPSK,采用迫零信道估计方案,传输信道为平坦的单径瑞利衰落信道,AWGN的均值均为0,方差均为1,中继处线性处理方式为异或。并且引入了放大前传(AF)机制,用来衡量网络编码的误码率性能。
图2显示了传统MRC的AF、soft-MRC网络编码和使用对数似然比的网络编码的误码率的性能分析结果。通过仿真可以看出,在误码率为10-3时,网络编码所需要的信噪比比AF方案多了大约3d B,随着信噪比不断的增大,网络编码的性能在不断地接近AF性能。当信噪比达到20d B时,网络编码的误码率性能已经达到了AF的水平。在低信噪比的情况下,网络编码的误码率性能并不理想,但是网络编码能够获得更大的吞吐量,相当于用信噪比换取了吞吐量。
信道估计是利用导频信号来估计信道参数的值,在平坦瑞利衰落信道中,即是估计信道脉冲响应的大小。同理想信道相比,估计值越接近性能越好。图3显示了第一和第二时隙中,中继节点进行信道估计所得到的信道脉冲响应同理想信道参数的均方误差。在低信噪比的情况下,最小均方误差(MSE)的值很大[5],表明实际估计出来的信道参数同理想信道参数差距较大,这样会影响接收端正确恢复出接收信号,增加误码率。当信噪比为20d B时,MSE的值趋近于0,即在大信噪比的情况下,信道估计表现出了很好的性能。
5 结束语
文中研究无线双向中继网络中等间隔三时隙网络编码的传输设计,在目的节点使用最大比合并的分集接收,并采用基于软比特信息的译码方案。研究结果显示,基于软判决的网络编码能够在高信噪比时到达令人满意的性能,还研究了两个信源同时发送导频信号的信道估计,能够满足接收端对于信道系数的要求。今后研究点之一是多于两个信源点的同时信道估计。基于网络编码的优点,网络编码在无线通信领域必将发挥重要作用。
摘要：重点研究三个时隙的无线网络编码传输方案,接收端采用信道估计,能够准确得到无线信道的特征信息。目的节点采用分集接收,提高信号质量,降低误码率。引入软判决方案代替硬判决提高网络性能。同时使用异或的对数似然比提高系统性能,该方案建立在软判决的基础之上,加入信道纠错编码后,在中继节点可以大幅的降低计算的复杂度,同时能够获得与传统网络编码相当的信道容量,应用前景广阔。
关键词：网络编码,信道估计,对数似然比,分集接收,软判决
参考文献
[1]SL.Zhang,Y.Zhu,SC Liew.Soft Network Coding in Wireless Two-Way Relay Channels[J].journal of communications and networks,10(4):371-383Sp.Iss.SI DEC2008.
[2]Mounir Ghogho,Des McLernon,Enrique Alameda-Hernandez,and Ananthram Swami.Channel Estimation and Symbol Detection for Block Transmission Using Data-Dependent.Superimposed Training[J].IEEE SIGNAL PROCESSING LET-TERS,VOL.12,NO.3,MARCH2005.
[3]C.Hausl and P.Dupraz,.Joint network-channel coding for the multiple-access relay channels[C].in Proc.Intern.Workshop on Wireless Ad-hoc and Sensor Networks(IWWAN),New York,USA,June2006.
[4]Yafei Hou,Tomohiro Hase.Channel Estimation Improvement for MIMO Single-Carrier Block Transmission System[J].IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the IEEE ICC2011.
网络编码:多媒体传输 篇3
关键词：p2p,分层编码,流媒体
1、前言
随着IPTV的逐渐升温, 网络视频数据流的传输对新的源编码技术和网络传输算法提出了新的更高的要求。通过护网传送视频数据流的主要问题是包延时的大范围起伏、损耗、流量限制等。因此, 在接收端需要找到一种优化显示质量的方法, 以满足比特率限制和延时限制的要求。这样就要求对数据进行有效的压缩, 某种形式的比特率调节, 弹性容错技术等。比特率调节可用标量编码器采用分层编码技术实现, 译码时以不同的比特率译码, 这样可提供不同质量的图象。一般说来, 视频编码分为非扩展 (unscalable) 性视频编码和扩展 (scalable) 性视频编码两类。
非扩展性视频编码是将完整的视频内容压缩成一个固定码率的比特流 (hit-stream) , 它是面向存储的视频压缩编码技术, 因此不适合用于视频流的网络传输。
扩展性视频编码是将视频内容压缩成多个子比特流 (Substream) , 其中一个比特流作为基本位流, 形成基本层 (Base Layer) 视频数据流, 解码器可以对其进行独立解码, 并产生粗糙质量的视频序列, 而其它的比特流则形成增强层 (Enhancement Layer) 视频数据流, 解码器必须依靠基本位流才能对其进行解码, 解码后的视频质量将大大优于仅依靠基本位流解码的视频质量。因此, 我们又把扩展性视频编码技术称为分层视频编码 (Layered Video Coding) 技术, 通过将视频信息进行分层, 动态调整编码速度, 以适应不同网络环境下网络带宽所发生的变化, 具有网络带宽适应能力, 特别适用于网络传输。在分层视频编码方式下, 如果我们要得到最佳的视频解码效果, 必须对所有比特流 (基本层和增强层) 进行解码还原, 当视频信息在网络传输过程中出现比特流丢失, 那么解码效果将视比特流的丢失程度, 引起相应的视频质量劣化。
2、流媒体传输技术
现有的P2P流媒体传输系统很多是基于分层编码实现的, 其系统主要由两个模块组成:一是资源发现模块;二是资源传输模块。
2.1 资源发现模块
资源发现模块的主要任务是协助新加入节点找到自己感兴趣的流媒体文件的所在位置。首先简要介绍一下P2P流媒体的节点接入机制。每一个节点有一个在整个系统的全局唯一的标识, 比如IP地址, 超级节点维护一个系统中其他节点的标识缓存。当新节点A接入时, 首先通过资源查找获得拥有所需文件的伙伴节点列表。对于列表中的节点, A通过TCP的“三次握手”的机制与对方建立连接, 并测试和对方的可用带宽, A从所有的备选节点中选择合适的节点作为自己的上游节点, 则此建立连接的过程才得以完成。新节点获得稳定的伙伴节点, 开始进行流媒体下载缓冲, 进入稳定的播放阶段。整个节点接入流程如图2-1所示。
从目前的研究现状来看, P2P流媒体的资源查找主要存在以下3种算法:
第一是集中索引算法 (Central index) 以Na Pster系统为代表。在Napster系统中, 用户都与一个中央服务器相连接, 中央服务器上保存了共享文件的索引。由中央服务器对收到的用户请求进行匹配查找, 直到找到保存了所需文件的目的用户。然后, 由发起请求的用户与目的用户直接进行文件交换。这种算法的不足在于依赖一个集中式的结构, 将会影响系统的可扩展性。
第二是洪水消息算法 (Flooded requests) 代表系统为Gnutella。每一个用户消息都将被广播给与该用户直接相连的若干其他用户, 这些用户收到消息后, 也同样地将消息广播给各自连接的用户, 以此类推, 直到请求被应答。这种算法存在的不足在于需要较大的网络带宽, 因此也会影响可扩展性。
第三是文件路由算法 (Document routing) 代表系统为Freenet。算法的特点是采用基于哈希函数的映射。系统中的每一个用户都有一个随机的ID序列号, 系统中的每一个文件也有一个ID序列号, 这个序列号是根据文件的内容和他的名字, 经过哈希函数映射得来的。文件发布时, 每一个用户都把文件转发到拥有与文件的ID最相近的ID值的用户上去, 直到最接近文件ID的用户就是该用户本身。转发过程中每经过的一个用户都将保持该文件的副本。索取文件时, 每个用户都将请求消息转发给一个拥有与所需文件ID最相近的ID的用户, 直到文件或文件的一个拷贝被发现为止。这种算法的优势在于可扩展性较好, 不足在于它可能导致整个网络分裂成若干彼此不相连的子网络, 形成所谓的孤岛, 他的查询也要比洪水消息算法等麻烦些。
2.2 资源传输模块
资源传输模块的任务是完成资源传输中的任务分配, 任务调度以及任务控制等内容。在P2P文件传输系统中, 流媒体文件被以GOP组为单位划分成数据块, 文件块中的数据又被分为多个数据包, 并且使用可用度向量的概念来标识一个节点拥有数据块中的哪些数据包。P2P流媒体传输系统的资源传输模块分为请求数据, 发送数据和接收数据三个相关联的部分。发送部分相对简单, 如图2-2所示, 首先判断接收到的请求的类型:
1.如果是连接请求, 则检查已经建立的连接的数目是否达到最大连接数如果已经达到, 则发送拒绝消息, 如果没有达到, 则发送接受连接消息。
2.如果是数据请求, 则从本地存储的数据中找出对应的数据发送给其它节点。如果没有找到, 则发送未找到消息。
接收部分的主要任务是接收到数据后, 按照一定的结构将数据存放在本地, 并且修改本地的数据的可用度向量。如果接收到重复数据, 则直接丢弃。请求数据部分首先向发送节点询问当前期望传输文件块的可用度向量, 得到以后, 根据请求节点与其他提供资源节点之间的带宽情况, 计算出对应于每个提供资源节点的队列长度, 以及将然后再将欲发送的请求放入各自的队列中, 各队列独立的向对应节点发送请求。当一个时间段T后还未收到某节点A发送的数据包, 则认为A已经离开系统, 并将其余下的任务按照一定算法分配给剩余的节点。如果一段时间后又收到A发送的数据包, 则重新为A建立请求队列, 并填充数据请求。
3、结束语
目前, Internet网络非常成功的实现了提供“尽力而为”的数据业务服务, 但是对于提供实时视频通信服务还面临着严峻的挑战, 必须能根据网络带宽、延时、抖动等综合因素动态地调整视频流量才能保证实时视频业务的有效传输。分层扩展视频编码技术有效地为我们提供了一种在异构网络环境中, 在出现网络拥塞的情况下, 动态实现视频图像有效编码与传输的解决途径。
参考文献
[1]龚海刚, 刘明, 谢立.2004.P2P流媒体传输的研究进展综述, 计算机科学.2009年第3期
[2]郭东, 郑烇, 殷保群, 王嵩.2008.基于P2P媒体内容分发网络中分布式节点的设计和实现.电信科学2008年第8期.
网络编码:多媒体传输 篇4
由于无线网络自身的广播特性，它更易受到各种各样的攻击。目前除了安全性[1,2,3]，无线网络中用户的隐私保护问题也越来越重要。在威胁用户隐私的攻击方式中，抗流量分析攻击的危害性极大。以往研究中主要是采用加密[4]、数据填充[5]、消息置乱[6]和建立匿名路径[7,8,9]的方法来对用户的身份和位置信息以及消息的内容进行保护的。网络编码的提出为抗流量分析攻击提供了新的方法[10,11,12,13]，它具有自然混淆的特性，不需要对数据进行加密，编码后的数据包具有相同的大小并且缓存在中间节点以获得新的编码信息，这样就很自然地防止了消息的大小相关性和时间相关性的攻击。
然而，在利用网络编码来实现被动窃听攻击的过程中往往需要提前建立匿名路径[8,9,10]，而且匿名建路的方式往往涉及到一些加/解密运算和密钥交换过程，具有很高的复杂性。编码矩阵一般采用随机构造的方式，文献[8]中证明，只有在有限域足够大的情况下才能够保证编码数据包的完全可解码性，而且通信的过程中需要携带整个编码向量进行数据传输[8,9,10,14,15]，这无疑增加了数据包的大小。基于以上问题的考虑，本文提出了一种简单而有效的网络编码数据传输方案。方案中的区域推进机制不需要进行密钥的分发和交换，降低了匿名路径建立的复杂度，基于范德蒙矩阵[16]的编码矩阵构造方法能够保证编码矩阵完全可逆和数据包在目的节点的无条件可解码性。分析结果表明，该方案不仅可以达到抵御被动窃听的目的，确保通信的匿名性，还能在一定程度上减小通信过程中数据包的大小。
1 新型数据传输方案
1.1 网络模型
如图1所示的网络模型，其中S代表源节点，T代表目的节点。以目的节点T为中心将网络划分成若干区域，每个区域在图中用虚线圆环表示，区域宽度为r/4，网络中数据包转发的辐射半径定义为r/2。每个区域定义一个区域编号，以目的节点为中心从里向外区域编号依次增大，而且每一个区域的编号都不相同，处于同一个区域中的节点编号相同且大小等于该区域的编号。
图1中，从源节点开始，S在区域B中，且区域A中节点的ID大于B、C和D区域中节点的ID，我们就定义区域A为S的后向区域，B为S所在的区域，C和D为S的前向区域。
另外，我们在网络的每一个区域中定义一个主节点，该节点长期固定地存在于该区域中，它能够对区域中其他节点(从节点)进行调度和管理。对于每个进入区域内的节点，主节点都会分配给它一个令牌。在主节点需要进行数据转发的时候，它根据令牌编号随机地选取转发节点，然后给已选取的节点打上标签，如图2所示。
其中，中心的实心黑点表示该区域的主节点，实线所连接的节点(1、2、6)即为所选的处理节点，虚线所连接的节点(3、4、5)表示区域中的其他从节点。
1.2 特殊的编码向量
对于编码矩阵，本文借助范德蒙行列式的思想[12]。假设A是一个范德蒙矩阵M所对应的范徳蒙行列式，则由范徳蒙行列式的性质[16]可知，则M的秩R(M)=n，所以M的n个列向量线性无关。从矩阵M中任意选取k个列向量，组成一个矩阵C，由于M得n个列向量都是线性无关的，即C是满秩的，R(C)=k，所以这任意选取k个列向量也是线性无关的。因此，如果采用本文中的方法来构造编码矩阵，那么在不考虑丢包的情况下，无论有限域多大都能够保证编码矩阵的可逆性，从而实现编码数据包的无条件可解码性。
另外，范德蒙行列式的特殊形式使得网络编码过程中的每一个行向量都能由向量中的一个元素得到。例如，编码向量v=(1,a1,a12，…，a1n)，它就能够由a1通过简单的幂运算得到，那么只需携带a1作为编码向量即可，即v'=a1。中间节点再编码时只需在单个数字之间进行运算，不用还原编码向量，只有在目的节点解码数据包时需要编码向量进行还原。
1.3 数据包格式
图3表示IP数据包头部格式。
标识、标志和段偏移量这三个字段主要与IP分片有关。标识(代标识和流标识)字段用以表示那些小的分片同属一个大的分片，偏移表示每片数据的开始位置，标志字段主要用在接收节点处，用以判断是否收到所有的数据片，0表示最后一片，1表示还有未收到的分片。图4表示本文中对头部中选项字段的定义。
GEV标识表示编码向量，SID记录源节点所在的圆环的ID号，CNodeID用来记录通信过程中当前节点所在的圆环ID号。
1.4 编码节点选取算法
采用图1的网络模型，由定义可知，每个区域中的主节点具有对该区域中的从节点进行调度和管理的能力，每一个进入该主节点所在区域中的节点，主节点都为其分配一个令牌，当有节点离开时主节点收回该节点的令牌。
本文中进行节点选取主要是采用随机的思想，在进行编码节点选取过程中，主节点根据令牌编号随机地选择若干个从节点作为该区域内的编码节点(从节点个数与数据传输的路径数有关)，然后给已选取的编码节点打上标签。由于在数据转发的过程中我们采用的是广播机制，为了避免返回的确认消息泄露接收节点的信息，接收节点选择直接发送确认消息给上一跳节点或者随机选择该区域中的节点对该确认消息进行转发，收到确认消息的节点也同样可以选择将消息直接发送给上一跳节点或者随机选择该区域中的节点进行转发。这样，即使攻击者窃听到了返回的确认消息，他也不能确定该消息到底是由哪一个节点发出的，从而保证接收节点的匿名性。类似地，在发送端，发送者不直接将消息进行广播，而是在该节点所在的区域中随机选择节点，先将消息转发给这些节点，然后由它们对消息进行广播。具体的算法如下:
1.5 数据传输方案实现
采用图1的网路模型，假设上一区域节点广播数据之前，其下一区域中的主节点已经事先选好了处理节点，下面说明方案的具体实现过程。
(1)源节点假设源节点S要发送给目的节点T的数据为M。首先，源节点将M分成大小为H的若干个数据块，其中一个数据流中连续的h个消息称作是一代信息，对消息的编/解码操作是在同一信息流的同一代数据中进行的。假设源节点要发送给目的节点的第i个信息流第j代的h个连续的消息为(m1,m2，…，mh)。接着进行数据的编码操作，源节点从范徳蒙行列式所对应的矩阵中随机选取h个列向量作为此时的全局编码向量，编码的过程如下:
其中Vn,l表示向量Vn中的第l个元素，1≤n≤h。在编码完成之后，源节点需要对数据进行打包。包体是编码数据，头部中包含:编码向量标识、源节点ID号、当前节点ID号(此时CNodeID与SID相同)、流编号以及代编号。数据打包之后，S将数据转交给随机选择的节点n0，由n0按照区域推进机制以r/2为辐射半径在其前向区域广播数据包。
(2)中间节点中间节点收到数据包后，首先查看自己是否具有标签并且查看CNodeID是否大于自身ID，如果有标签且CNodeID大于自身ID，则接收数据包，否则不接收，然后将接收到的数据包缓存起来。接着，在缓存的数据包头部中查找流编号和代编号，找到属于同一信息流同一代的消息。假定经过查找发现中间节点已经接收到了属于同一信息流的同一代中的r个编码信息(m'1,m'2，…，m'r)，对应的GEV为(v1,v2，…，vr)。为了产生新的编码消息中间节点需要选取一个本地编码向量c=(c1,c2，…，cr)，然后通过下面的操作获得新的编码消息和对应的GEV。
在编码完成之后对数据进行打包，首先更新数据包中的编码消息、当前节点ID号和编码向量标识，再将数据转发给在该区域中随机选择的节点，由它们其前向区域中将数据包进行广播。
(3)目的节点在目的节点T收到数据包后，如果数据包装中的CNodeID小于T的ID，则丢弃该数据包;如果大于T的ID，则将数据包接收并缓存。接着，目的节点T需要查找缓存数据包头部中的流编号和代编号字段，找到属于同一流同一代的信息。假设经过查找得到的第i个信息流第j代的h个编码消息为(m″1,m″2，…，m″h)，对应的GEV为(v″1,v″2，…，v″h)。最后，目的节点通过GEV得到对应的编码矩阵，通过下面的运算获得原始消息(m1,m2，…，mh)。
在目的节点接收数据包的过程中，如果发现某一数据包头部中的标志字段为0，则说明该数据流中的所有数据分片均已到达，源节点根据字节数和偏移字段的值将数据进行重新组合就能得到最初的数据M。
在信息传输的过程中，为了防止攻击者得到一定数量的编码向量解码出数据包，我们采用文献[8,9]中的同态加密方法来对GEV进行保护。
2 方案分析
2.1 数据包大小分析
假设源节点S需要传输的消息为(m1,m2，…，mh)，每个消息的大小为H，对应的编码矩阵是h×h的矩阵，则要传输h个消息本文中的方案与文献[8]网络编码方案中的h个数据包大小总和分别为P和P':
其中，C为22个字节(IP首部长度+SID长度+CNodeID长度)。则数据包减小的百分比为:
经分析:H=1500，当h=[1,14]时，l在99.9%～99.1%之间;当h=[15,20]时，l在99%～98.7%之间。也就是说，当要传输的数据固定后，随着h的增加采用本方案节省的空间就越多。另外，令h=15,H=[1000,1500]时，l在98.6%～99%之间，且随着H的增大节省的空间越少。这样，当h=[15,20],H=[1000,1500]时，采用本方案就能够节省1%的存储空间。
2.2 匿名性分析
系统的匿名性可以用信息熵来度量[17]，定义如下:
其中，N代表网络中节点的数目，P(x)代表节点是源节点或者目的节点的概率，Hmax代表系统的最大熵。假设网络的每一个区域中都有n个节点，数据传输的路径长度为L。本文主要分析源节点和目的节点的抗被动窃听攻击的能力。
对于源节点，在进行数据广播之前源节点随机地将数据转发给区域中的某一节点n0，则在此阶段n0有两种情况。情况一:n0为恶意节点，此时，源节点的匿名性为0，这种情况发生的概率很低;情况二:n0为可信节点，此时攻击者在此阶段获得源节点的信息的概率为1/n。显然，随着n的增大，攻击者获得源节点信息的可能性就越小。假设攻击者通过分析得到的连续路径的最大数目为s，由此可知s的第1阶段肯定不存在恶意节点。因为，如果s的第一阶段存在恶意节点，攻击者肯定可以获得s的第一阶段的前驱节点，s就不是连续路径的最大数目了。令f表示节点被攻击者控制的概率，D表示s的第一阶段节点的集合。如果x∈D，则P(x=src)=1/nL-s。剩余的每个区域中非恶意节点的个数为n(1-f)-|D|。因此，节点x是源节点的概率是:
对于目的节点，由于在数据传输的过程中，上游节点是通过广播的方式将数据发送给下一跳节点的，因此，攻击者只能通过返回的确认消息获得关于目的节点的信息。假设在确认消息返回的过程中总共经过了m次的转发，最后将确认消息上交给了发送节点。同样地，进行确认消息转发的第一个节点nd有两种情况。情况一:nd为恶意节点，此时目的节点的匿名度为0，这种情况发生的概率很低;情况二:nd为信任节点，此时目的节点在该转发阶段的匿名度为1/n。假设攻击者通过分析得到的关于目的节点的连续路径的最大数目为d，则d的后一阶段肯定不存在恶意节点。因为如果d的后一阶段存在恶意节点，则攻击者还能够得到其后继节点的信息，d就不是最大的路径数目了。假设N表示目的节点进行确认消息转发的第一阶段中的节点的集合。如果x∈N，则P(x=des)=1/nL(m-d)，剩余的每个区域中非恶意节点的个数为n(1-f)-|N|。因此，节点x是目的节点的概率是:
由图5的仿真结果可以看出，本文中的方案可以很好地保证源节点和目的节点的匿名性。其中，随着节点被攻击者控制概率的增加，源节点和目的节点的匿名度越来越小，当f为1时，节点的匿名度为0。
在数据传输的过程中，由于对编码向量运用了同态加密保护，且仅有目的节点知道加密密钥。对于网络中的攻击者，由于不能够获得编码向量的信息，因而无法对上下游消息之间的对应关系，得不到数据传输路径的信息，从而保证数据传输路径信息的匿名性。
数据传输的过程中采用的是多路径的传输方法，这样就增加了攻击者得到数据信息的难度，因为攻击者只有获得所有路径上的消息，他才能够通过消息解码恢复出原始数据信息。另外，由于同态加密机制的保护，就算是攻击者获得了所有路径上的数据包，在没有密钥的情况下他得到原始数据信息的可能性也非常小，这样就保证了数据在传输过程中的安全性。
2.3 方案与其他网络编码方案的比较
本文中的方案采用了新的传输机制、编码矩阵构造方法和编码向量格式，和文献[8]中的网络编码方案相比它的优势如下表1所示。
3 结语
网络编码:多媒体传输 篇5
关键词：机会网络,交织编码,性能评估
0 引 言
机会网络是针对无线网络链路频繁中断、端到端连接不能保证以及传输延时大的情况下仍然能够联网并提供信息传输服务的一种无线自组织网络。机会网络是一种结合具体的网络形式和网络通信新技术的复合型新型网络,对普适计算具有重要意义[1,2]。
在机会网络中,过短的链接时间导致节点驻留大量信息,因此在转发时需要多数据包连续发送以完成信息的单跳传输[3]。潜在的问题是,一旦发生突发性拥塞很可能导致数据包的集中丢失,而确认重传机制等传统方法很难解决该问题。野生动物监控是机会网络的典型应用之一,普林斯顿大学设计的ZebraNet对野生斑马的研究表明,严重的丢包问题导致网络收集到的完整数据非常少[4]。
考虑到机会网络拥塞导致的数据丢失、网络吞吐量降低等问题,不少学者对此进行了研究并取得了一定的研究成果。文献[5]提出了基于随机现行网络编码的机会转发机制;文献[6]提出了一种基于擦除编码(EC)的机会转发机制;文献[7]提出了一种基于擦除编码和复制的混合式路由机制(H-EC)。这些文献的共同点在于,建立网络传输模型和传输延时模型,提出拥塞控制机制,降低网络拥塞的概率,而对于突发性拥塞引起的丢包问题如何处理并没有进行深入的研究。针对该问题,利用机会网络中通过多数据包转发的数据具有很强时间相关性的特点,文献[8]提出了基于交织编码思想的容错数据传输算法。算法核心在于对待发送数据进行交织编码,利用相邻数据估计丢失数据从而提高机会网络中数据传输的容错性。
文献[8]较为详细地描述了算法实现细节,本文对算法性能进行了全面分析。从理论分析和模拟实验两个方面对算法进行了评估。在理论分析方面,从不可恢复概率证明、数据恢复误差分析、交织传输延时分析和复杂度分析等几个方面入手;在模拟实验方面,通过数据分散实验、数据恢复对比实验和恢复误差实验等几组实验进行分析。分析结果表明,算法复杂度低、易于实验,在丢包严重的情况下仍能保持良好的性能。这些都表明算法具有很强的实用性。
1 基于交织编码的容错传输算法[8]
文献[8]中提出的算法可以概述如下:首先,在节点本地上查询与之存在过链接的节点平均链接时间长度,链接时间越长交织深度越大。然后,通过本文提出的交织编码规则对交织深度内要发送的数据包重新排列。最后,当节点收到转发的数据包后进行逆交织排序,对缺失数据包内的数据进行正交估计,恢复完整的数据。该算法对网络获取一定精度的完整数据集提供了保证,同时不要求参与通信的双方进行额外的信息交互,节约了短暂的链接时间。
该算法由运行在发送节点的交织发送算法和运行在接收节点的逆交织重排算法两部分组成。同时,接收节点将在重排后,利用分段拉格朗日插值算法对丢失的数据进行插值恢复。
1.1 基于交织编码的发送算法
在机会网络中由于连续发送数据导致的集中丢包问题可以如图1所示。假定机会网络中每个发送的分组(数据包)携带5字节数据,则驻留25个字节的节点需要5个分组将数据全部发送出去。如果发送过程中出现短时信号衰落导致丢失一个数据包,那么丢失的数据在无确认重传机制的网络中将无法恢复。可以看出,信号衰落的持续时间短,丢失的数据比较集中。虽然节点发送的数据具有较强的时间相关性,由于丢失数据与接收数据之间时间距离过长,很难用估值算法恢复数据。
基于交织编码进行传输的思路是将可能集中丢失数据包所携带的数据进行分散,以缩短丢失数据与接收数据之间的时间相关距离,如图2所示。假定有25个字节待发送,每个数据包携带5个字节,每个字节按时间先后编号为1到25。在发送节点的内存中,25个字节以行的方式顺序排列,但在发送时则采用列的方式顺序发送。即:交织后第一个发送的报文所携带的数据为字节1、6、11、16和21。可以看出,经交织编码后,接收节点所接收单个数据包内每个样本之间的时间距离为5。因此,当信道等原因导致集中报文丢失时,出错样本被均匀分散在时间轴的不同位置,从而缩短丢失数据的集中长度,有利于数据恢复的准确度。
上述交织发送算法可以描述如下:
上述算法运行于机会网络中发送数据的节点上,主要对发送数据进行交织发送,分散丢失的数据。某些情况下,待传输数据是高维数据组合,如:一段轨迹数据需要经度、纬度、海拔等三个数据来共同表示同一个坐标点,可以将多维数据每一项分别存储到不同的缓冲矩阵进行交织编码。
1.2 数据恢复算法
根据交织编码规则,编码后的数据中出错数据与健康数据之间的时间距离不超过相关长度,就可以通过插值算法对丢失的数据进行有效恢复。文献[8]采用分段拉格朗日插值算法对丢失数据包中含有的数据进行恢复。
针对接收数据中有数据丢失的数据恢复算法描述如下:
数据恢复算法运行于机会网络中接收数据的节点上,节点首先根据包序号确认丢了哪些数据包,然后对接收缓冲的数据进行逆交织排序,最后根据上述分段拉格朗日插值算法对丢失的数据进行恢复。
2 性能分析
针对提出的传输算法,从理论分析和模拟实验两个方面对其性能进行了综合分析。
2.1 理论分析
2.1.1 交织性能分析
设节点发送的数据之间的相关距离为d,节点发送的一个数据包中负载的数据长度为lpacket,且lpacket<d,因为连续丢失d个数据,插值算法所恢复的数据不满足误差要求。对机会网络中节点的发送信道进行Bernolli建模,一个数据包发送后不能被接收节点正确完整接收的概率为Pf ,相反,能被接收节点正确完整接收的概率为1-Pf。不难得出,机会网络中发送的数据不可被接收节点恢复的概率为:
采用交织算法后,连续的数据被分散,接收节点除了连续丢失d个数据包,其余情况下恢复的数据均能满足误差要求。由此得出定理1。
定理1 假设机会网络节点发送数据的相关距离为d,信道的丢包率为Pf,那么采用交织算法,接收节点不可恢复数据的概率为Pfd。
证明:采用Bernolli概率统计模型进行信道丢包建模,那么每次信道丢包随机试验只有两种结果:丢(D)与不丢(D′) 。在定理假设中,节点通过交织发送结束,连续的d个样本将会均匀分布在d个不同的数据包中。又由于信道丢包是无记忆的,即前后两次丢包试验之间是独立的。
因此:
又由于
2.1.2 数据恢复误差分析
假设机会网络某节点所发送数据中有L个连续数据因信道衰落或拥塞发生了集中式丢失。采用分段拉格朗日插值算法,可以得:
记机会网络节点发送缓冲区中的相应数据为f(iT),σ= f(iT)-Φ(iT)为恢复后数据的误差。为了符合数据样本之间时间距离越长相关度越小这一特征,假设发送数据的自相关函数为一个负指数函数e-αt,其中α为相关强度因子,记信号的平均能量为Es。则有:
从式(4)可以看出,连续丢失的数据长度L越短,采用插值算法恢复数据所产生的误差就会越小。因此,在采用交织发送算法可有效缩短连续丢失数据长度的基础上,对连续丢失的数据进行插值恢复精度较高。
2.1.3 交织传输延时分析
相比于前向纠错码和差错控制包,基于交织编码的数据传输不会在报文中附加其他码字,因此也不会带来额外的计算和传输开销。一个潜在缺点是,虽然更深的交织深度具有更好的容错性能,但同时也使接收端收到完整连续数据的延时增加。
为便于分析交织传输引起的延时进行分析,假设网络传输介质的延时为0。本文提出算法中交织编码的深度d=m,宽度为n。记网络中节点的通信带宽为R,如果发送缓冲矩阵中一个元素代表一个字节,那么交织所产生的延时为:D= (mn)/R。由此可见,在待传送数据维数不变的情况下,缩小发送缓冲宽度可以减小交织传输带来的延时。
2.1.4 复杂度分析
本文提出的算法由发送算法和恢复算法两部分构成,二者是顺序加和关系。其中:发送算法主要是对内存(即:发送缓冲)的读写顺序进行改变,其复杂度为线性。
恢复算法在接收端采用拉格朗日插值算法进行数据恢复,公式如下:
式中x0,x1,…,xn和f(x0),f(x1),…,f(xn-1)分别为函数y=f(x)的n个已知变量值及其对应的函数值,x和y(x)分别为插值区间内任一点及其对应的插值结果。记丢失数据的数量为drop_count,根据恢复算法其复杂度为O(drop_count),其复杂度也为线性。因此,算法整体上的复杂度仍然为线性。
2.2 模拟实验
为了验证所提算法在真实数据中的性能表现,实验仿照Zebranet实验中对斑马运动轨迹的监测,采用真实的GPS轨迹数据对算法性能进行评估。实验数据集为广西省南宁市某人上下班的GPS轨迹数据(数据来源:http://bbs.godeyes.cn/ showtopic-369632.aspx)。
2.2.1 数据分散实验
第一组实验目的是验证交织发送算法对集中式丢失数据包的分散性能。图3(a)所绘制的曲线为完整的GPS数据绘制的轨迹曲线,其中一条横坐标为纬度,一条横坐标为经度,纵坐标表示海拔。假设机会网络中的节点需要将该条轨迹对应的数据发送到另外一个节点,在发送的过程中出现了信道的衰落或短时的拥塞,出现了集中性丢包现象,如图3(b)所示,可见轨迹曲线中对应的很长一段都丢失了。基于提出的交织编码算法重新进行编码后,同样的情况发生时,原来丢失的集中性数据被分散在曲线的各个部分,如图3(c)所示。
根据模拟实验结果,直观上可以看出,采用提出的算法对数据重新编码之后,接收数据仍然体现了原有数据的特点,这对后续估计丢失数据提供了基础。
2.2.2 数据恢复对比实验
第二组实验目的是检验本文所提出的容错传输算法对连续丢失数据的恢复程度。图4中的(a)和(b)分别是不采用和采用提出算法对连续丢失48个数据进行插值恢复后的曲线图。从图中可以看出,图4(b)的曲线比图4(a)的曲线更为平滑一些,更接近原始GPS数据所绘制的曲线。比如:在纬度22.82,经度108.37处图4(b)比图4(a)更平滑。
图4 数据恢复实验
2.2.3 均方误差
由于曲线数据的自相关度过高,从直观上看诸如图4所示差别并不明显。为了凸显所提算法对数据恢复的性能,进行第三组对比实验,目的是在连续丢失的数据包增多情况下,把使用交织传输容错算法和不使用交织传输容错算法的均方误差曲线进行对比。
实验中仍然设定数据包中含有8个样本数据,图5给出了实验结果。从中可以看出,随着连续丢失数据包个数的增多,采用提出算法恢复的数据与原始数据的均方误差都会增大。但是增长的速度有非常明显的差别,使用所提算法后对应的均方误差曲线增长速度缓慢,在丢失18个数据包的情况下其均方误差值约为0.03,未使用交织传输容错算法的均方误差值大约为0.24。相比于未使用所提算法而言,采用所提算法后,数据恢复性能被大大提高。
3 结 语
针对提出的基于交织编码的容错传输算法,本文对算法性能进行了全面分析。该算法由基于交织编码的传输算法和基于拉格朗日插值的数据恢复算法两部分组成。本文从理论和模拟实验两方面进行评估。理论分析得到了如下结论:得到了定量的接收节点不可恢复数据的概率;采用交织思想可以提高插值恢复精确度;算法复杂度是线性;在待传送数据维数不变的情况下,缩小发送缓冲宽度可以减小交织传输带来的延时。模拟实验结果,算法可以将集中丢失的数据分散到整个数据的不同部分;算法能有效恢复丢失的数据,并大大提高了数据恢复性能。
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网络编码:多媒体传输 篇6
1 IPTV简介
IPTV即交互式网络电视, 是一种利用宽带有线电视网, 集互联网、多媒体、通讯等多种技术于一体, 以机顶盒和电视机作为用户终端, 通过为运营商互联网宽带接入, 为用户提供一套基于IP协议的高质量视频服务和增值服务。
IPTV和传统电视在业务上的区别主要有两点:一是具有双向互动性, 用户不再是单向被动地按照时间表来接收电视节目, 还可以主动点播;二是可以在电视机上实现一些简单的互联功能, 如网络游戏、远程教育等。
IPTV的工作原理是把源端的电视信号数据进行编码处理, 转化成适合IP网络传输的数据形式, 然后通过IP网络传送, 最后在接收端进行解码, 再通过电脑或是电视播放。由于数据的传输速度要求高, 要采用最新的高效视频压缩技术。IPTV的优势正在于运用高效的视频压缩技术及传输技术, 使视频流传输带宽仅仅需要800Kb/s就可以达到3M b/s的DVD收视效果。
2 MPEG-4视频解码技术
IPTV系统是集视频编解码、流媒体发布传输、网络安全接入、内容保护等技术以及嵌入式应用技术为一体的多技术综合应用系统, 这些技术推动了IPTV的发展。
图像压缩方式分为:MPEG-2:DVD的标准技术, 还可用于有线电视网、卫星直播;MPEG-4:在保证图像还原质量的前提下, 提供比MPEG-2更高压缩率;H.264:具有更高压缩比, 使视频可以在更低的比特流上传输;WM9:微软私有视频编码标准, 其压缩率和M PEG-4相当。
IPTV中视频解码技术最典型的就是M PEG-4标准, 采用了基于对象的编码、基于模型的编码等第二代编码技术, MPEG-4最显著的特点是基于内容的编码, 所谓的对象是在一个场景中能够访问和操纵的实体, 对象的划分可以根据其独特的纹理、运动、形状、模型和高层语义为依据。作为一种基于内容的数据压缩方式, MPEG-4则要求对图像和视频做更多的分析。背景对象采用压缩比较高、损失比较大的办法进行编码, 运动物体对象采用压缩比较低、损失较小的办法, 这样就在压缩效率和解码图像质量间得到较好的平衡。
M PEG-4基于视听媒体对象, 是面向视频对象 (Video Object VO) 的编码。VO是M PEG-4编码的独立单元, M PEG-4的场景可以由一个或多个VO组成, 每个VO的形状、运动和纹理用其相关的时间和空间信息给出, 它由时间上连续的许多帧构成。MPEG-4通过引入VO实现区域分层, 这样就可把视频流中的每一帧分割成任意形状的图像区域, 即视频对象平面 (Video Object Plane, VOP) , 然后针对VOP的形状、运动、纹理3类信息分别进行帧内、帧间编码。
AV对象 (Audio Visual Object AVO) 是M PEG-4为支持基于内容编码而提出的重要概念。对象的划分可根据其独特的纹理、运动、形状、模型和高层语义为依据。在MPEG-4中, 不同的AV场景由不同的AV对象组成。AV对象是听觉、视觉或者视听内容的表示单元, 始AV对象具有高效编码、高效存储与传输以及可交互操作的特性。因此MPEG-4标准的基本内容就是对AV对象进行高效编码、组织、存储与传输。AV对象, 使多媒体通信具有高度交互及高效编码的能力, 是MPEG-4的核心编码技术。
3 网络传输CDN技术介绍
视频传输技术具有连续实时发送、边播放边下载的特点。主要视频传输技术有:顺序流媒体和实时流媒体。而属于多媒体类型的IPTV业务流的数据量很大, 尤其是对视频流。在有限带宽上实现连续, 实时地播放节目, 目前多采用流媒体技术作为网上音视频传输的解决方案。流媒体传输技术是采用流式传输方式对影像和声音等多媒体文件经过特殊压缩, 分成一个个压缩包提供给服务器, 由它向终端连续传送的技术。这种模式最大的特点是:当用户要立即观看或收听节目时, 无需等到整个媒体文件全部下载完, 只需几秒或数10秒的启动延时就终端可以边解码边播放, 大大缩短了等待时间, 同时也降低了对硬盘容量的要求。
IPTV的业务数据流量非常大, 因此需在宽带城域网络上部署内容分发网络 (CDN) , 经过策略部署可以改善流媒体服务质量.并有效降低骨干网的压力。内容分发网络 (CDN) 起初只是一个为了加快用户的互联网访问速度而建立的网络, 其目的是, 通过CDN把互联网视频和网页内容分发到靠近用户端的CDN节点, 提高用户的响应速度。CDN工作原理是在网络各节点放置内容缓存服务器, 由CDN中心控制系统实时地根据网络流量和各节点的连接以及到用户的距离等信息。将用户的请求引导到最佳的服务节点上。通过CDN系统, 提高了网络服务的总体性能。
CDN的核心思想是将内容从中心推倒靠近用户的边缘, 这样有效提高了用户访问内容的性能, 更有效减轻了中心设备和骨干网络压力。通过CDN, 可以将内容从原来的单一中心结构变为分布式的结构, 提高访问网站的速度。
4 结语
通过上述分析我们可以看到, 许多技术因素影响着IPTV市场化的进程, 但是这些问题是技术进步的动力。相信随着技术的进步和标准的统一、技术的发展, IPTV最终会在市场需求的动力之下走人人们的生活。IPTV是利用计算机或机顶盒+电视机完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能, IPTV为互联网用户和普通电视用户提供了更加广阔的视听平台, 使广大互联网用户用PC电脑就能欣赏到高质量的精彩纷呈的电视节目;使广大电视机用户借助网络机顶盒, 变被动接收为自由选择自己感兴趣的节目, 逐步走向集互联网内容、网络游戏、电视节目和视频点播等为一体的丰富多彩的多媒体互动娱乐生活。
摘要：随着宽带技术的蓬勃发展, IPTV作为一种新的电视技术, 其频道多且真正实现了互动、信息丰富、潜在用户数量大等特点引领了电视收播技术的改革。本文简要介绍了基于IPTV的新型网络电视的技术特点、典型网络构成, 分析了视频编解码、组播和流媒体等关键技术, 对MEPG-4及CDN技术在IPTV中的应用做了详细阐述。
关键词：IPTV,网络电视,视频编码,传输技术
参考文献
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[2]李振国.IPTV技术及应用[J].无线电工程, 2007.
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网络编码:多媒体传输 篇7
一、应急多媒体通信的无线网络特点
其一, 低宽带, 通常情况下, 其宽带仅为1-2个数量级;其二, 时变性, 对于应急通信终端来说, 其主要用于移动情况, 此时的应用环境会影响无线网络的宽带变化, 特别是移动处于高速状态下, 可能发生突变;其三, 非对称性, 无线网络的上行与下行宽带各异;其四, 影响较大, 在实际数据传输中信道干扰较为严重, 同时误码率较高, 通常情况下, 与有线传输相比, 会高出几个数量级。在实际研究与设计过程中, 结合上述特点, 要求应急多媒体通信传输技术应符合以下要求:第一点, 在保证清晰度的前提下, 占用较小的宽带资源;第二点, 宽带大小变化过程中应具备较强的自适应性;第三点, 多媒体数据传输时应保证较小的延时;第四点, 数据传输应具备较高的可靠性与稳定性。
二、 应急多媒体通信流媒体协议的选用
目前, 传输协议较多, 其中使用频率较高的有用户数据报协议 (UDP) 与传输控制协议 (TCP) 。
1、UDP协议。此协议属于无连接协议, 其在网络中主要用于处理数据包, 它的优点为简单的分组格式、较小的头部开销、较快的处理速度, 因此, UDP作为应用层时, 所提供的传输服务则会缺少可靠性。在选用UDP协议时, 应考虑UDP的特性, 通常情况下, 其可用于大信息量的音频、视频与普通数据的实时传送[1]。UDP协议的快速与简单等优点较为显著, 满足了大多数流媒体的应用需求, 但由于此协议缺少可靠性与可控性, 导致其极易出现各种问题。
2、TCP协议。此协议的设计主要是为了服务有线网络, 当前, 其作为传输层协议的使用频率较高。由于有线网络拥塞问题较为严重, 进而极易出现报文丢失, 同时其出错率也相对较低, 而使用TCP协议后, 经发送方、接收方与网络的协调合作, 进而保证了有线网络数据传输的效果。对于无线网络而言, 如果其使用TCP协议, 为了保证多媒体数据的高效传输, 需要较大的缓冲区, 同时也需要充足的宽带, 但在实际应用中不具备上述条件, 随之出现了诸多问题, 如:较高的丢包率、较差的网络状况等。
3、混合协议。现阶段, 流媒体传输协议中最为流行的为RTSP/RTP/RTCP/UDP协议, 实时传输中应使用RTP与RTCP两个端口, 前者借助UDP协议, 以此保证了实时视音频数据的快速传输, 后者借助TRCP协议, 从而实现了对传输信息的有效控制, 通过二者, 最终实现了高效传输[2]。UDP具有良好的实时性, 但其不具备拥塞控制机制, 导致UDP协议易丢失数据, 进而擦混熟速率也将受到较大的影响;TCP拥有拥塞控制机制、重传机制与流量控制机制, 其实施需要借助大量的反馈信息, 而此时的信息会占用一定的宽带。在此情况下, 本文结合二者的优缺点, 设计了TCP/UDP混合协议, 通过二者优点的充分发挥, 兼顾了传输效率与可靠性, 以此保证了无线网络视音频的高质量传输。
三、ARM/DSP双核嵌入式系统
在无线网络中传输视音频时, 利用TCP/UDP混合协议, 保证了传输的速度与质量, 但为了保证整个音视频通信的效果, 仍需要注重其终端, 在强有力终端支持下, 进一步增加多媒体数据传输的速度, 进一步提高其通信的质量。目前, 国内外学者在研究多媒体时, 主要关注的内容为嵌入式终端系统计算能力的提高。本文提出了ARM/DSP双核移动多媒体嵌入式系统, 其中ARM端的主控芯片为S3C2440A芯片, DSP端的主控芯片为Black Fin533芯片, 它可支持Win CE与Linux系统, 充分发挥了ARM的控制性能与DSP的视频数据处理能力。ARM/DSP双核嵌入式系统主要是由ARM、DSP及其相连接的SPI接口三部分构成的, ARM作为操作系统, 主要提供的功能有图形界面、应用程序与网络通信功能;DSP需要提供SPI通信协议, 从而实现了相应的操作[3]。
总结:综上所述, 本文分析了无线网络应急多媒体通信传输技术, 重点分析了其传输协议及终端系统, 相信, 通过TCP/UDP混合协议及ARM/DSP双核嵌入式系统的应用, 无线网络应急多媒体通信的质量将不断提高。
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