【作者】 李博；

【导师】 徐异凌；

【作者基本信息】 上海交通大学 ， 信息与通信工程， 2017， 硕士

【摘要】 互联网的快速发展和消费终端的不断更迭将传统的多媒体消费带入了新的时代,高清视频和超高清视频的普及,VR、AR等交互式媒体服务的兴起,移动智能设备和可穿戴设备的广泛应用,促进了新的多媒体消费场景和消费模式的诞生。媒体内容和接入用户的爆炸性增长,消费内容和消费终端的多元化发展,不同用户的个性化需求,所有这些新特性和场景都对传统的媒体服务提出了挑战。同时,业务与内容的融合、多元网络融合以及终端融合成为新的时代背景下媒体消费发展的趋势所在,其中以网络融合最为关键。异构网络的出现将结合传统单一网络的优点并弥补各自的不足,从而将提供前所未有的服务效果。通过异构网络,用户将只需要关注服务内容和服务质量本身,而不需要再关注内容背后的传输细节。因此,研究在新的异构网络的大背景下,如何实现最快速最高质量的媒体资源传输,如何实现最优质的用户消费体验将具有重大的理论和现实意义。本文以异构网络的特点为研究基础,以典型的异构网络传输协议智能媒体传输(Smart Media Transport,SMT)协议和系统为重点研究对象,在研究现有传输协议的基础上,将新的传输特性和消费需求作为主要的考量目标,研究智能媒体传输系统的异构网络传输优化并加以实现。本文在对传输层协议进行分析对比和对智能媒体传输协议进行研究的理论基础上,提出了基于UDP的智能媒体传输优化模型并主要完成以下几项工作。首先,考虑到UDP无法提供传输可靠保证的缺点,在应用层增加传输控制功能,通过在智能媒体传输协议中加入拥塞控制和前向纠错模块,实现基于UDP的可靠多媒体传输,新的传输模型既集成了UDP传输低延时的特性,又保证了传输的可靠性,因而能够实现优于现有传输协议的传输效果。其中的拥塞控制模块采用了收发端双重控制模型,在发送端根据丢包率调整发送速率,而接收端则根据数据包的到达时间对当前网络的拥塞状况进行估计并将估计的发送速率反馈给发送端,发送端对两个发送速率进行评估选择合适的发送速率。收发端双重控制的拥塞控制模型与传统的拥塞控制方法相比能够实现良好的拥塞控制效果,并且能够获得当前带宽的准确估计。在丢包恢复方面,考虑到多媒体传输系统对于时延的敏感度较高,因此没有采用丢包重传的方案而通过应用层前向纠错进行丢包的恢复。同时,在前向纠错方案的设计中,充分考虑到多媒体传输的特性设计了自适应的差异化保护方案,针对媒体数据的不同重要性提供不同强度的保护。与目前常用的不等差错保护方案不同,改进后的前向纠错方案采用基于喷泉码的扩展窗方案,通过扩展窗的选择可以实现灵活的保护强度控制,在编解码过程中不需要进行多次编码,因此能够实现灵活的保护强度调整,同时可以降低编解码复杂度和冗余率。在上述研究的过程中,对智能媒体传输协议中不能满足新功能的特性进行改进,通过设计新的信令和改进系统架构的方式以支持新的系统功能和特性。并在改进后的系统上进行了大量的系统仿真以验证改进后的系统的性能,仿真实验表明,改进的拥塞控制方案能够在保证较低延时的传输效果下实现很高的带宽利用率,与基于UDP和TCP的智能媒体传输系统相比实现了很好的系统性能提升。改进后的差异化前向纠错方案与现有的差错保护方案相比能够实现在相同冗余率下更高的保护强度并且可以实现灵活的保护强度调整。其次,在上一步拥塞控制模块中,可以获取当前系统可用带宽的准确估计,因此,在获取当前可用带宽的基础上,研究了在多用户场景下的最优带宽分配策略。多用户情况下的带宽分配的重点在于在满足单个用户需求的情况下实现最大程度的带宽利用,传统的带宽分配方式采用平均分配或者基于服务类型的方式进行分配,这样的分配方式简单但是不能实现最大程度的带宽利用。因此,我们设计了基于用户视频质量评价的带宽分配方案,与传统的带宽分配方案不同,新的带宽分配策略以用户的视频消费体验为评价指标,以实现用户总体的用户质量体验最佳为优化目标,在总的带宽一定的情况下,通过对不同用户的消费内容进行分析,建立新的最优化模型以实现最优的带宽分配。对于改进的带宽分配方案,我们在上述改进的SMT系统上也进行了仿真,建立多用户多类型服务的模型并对上述方案进行测试,实验结果表明,相对于平均分配的带宽分配方式,改进后的分配方案可以实现总体用户体验的最大化,因而可以实现可用带宽的最大有效利用。更多还原

【Abstract】 The development of Internet and the variety of media terminal has brought media consumption to a new era.The widespread of HD and ultra-HD videos,the rise of VR and AR videos and the popularity of various user devices has brought new challenges to traditional media consumption patterns.What’s more,the mergence of different network and different terminals has become a new trend,especially for network.The emergence of heterogeneous network will combine the advantages of different network as well as avoid the disadvantages of every single network,thus will bring up wholly new services experience.Users will only need to focus on the service quality under heterogeneous network without caring about the transport details under the network.Thus,the research of providing reliable media service under heterogeneous network will be of great importance.Considering the characteristics of heterogeneous network and the new trend for media consumption and transport,this paper studies the optimization and implementation of media transport on heterogeneous network,mainly on SMT(Smart Media Transport)protocol,which is a typical representative of heterogeneous transport protocol.Firstly we conduct a thorough research on SMT protocol,including the SMT data model,SMT transport protocol and the SMT signaling system.Then we take a deep research in UDP and TCP.And based on this,we come up with a new SMT model based on UDP.To make up for the shortcomings of UDP,we add two functionality modules into the system,namely congestion control module and FEC module to achieve reliable transport on UDP.The congestion control module implements congestion control with both sender and receiver control and this system can achieve good congestion control performance as well as get accurate bandwidth estimation.And considering that different part of media data is of different importance,the FEC module provides adaptive differentiated protection for media data of different importance.And we re-design the architecture of SMT system to fit for the functionality newly added.The optimized system makes use of the low latency of UDP as well as provides reliable media transport and can achieve better performance than existing systems.The second part of this paper is an optimized bandwidth allocation strategy based on user video quality assessment.Unlike traditional bandwidth allocation strategies which only consider the transport characteristics such as transport delay or packet loss rate,the optimized bandwidth allocation strategy focus mainly on the video quality assessment and takes all the users as a whole.Based on the different video content of different users,the optimized bandwidth allocation strategy aims to achieve the optimization of all the users involved.Thus the new system can make better use of the network resources.更多还原