移动流媒体终端节能策略研究

摘要

近年来，随着硬件工艺的改进和无线网络技术的成熟，人们可以通过随身携带的移动终端（如智能手机、PDA、平板电脑等）随时随地乃至在移动过程中获取互联网服务。当前，在移动终端上观看流媒体音视频已成为一种广泛应用的无线数据业务，它给人们的工作、学习、娱乐、生活带来极大的便利。但是，这些应用和服务在最初设计的时候并没有过多考虑能耗问题，流媒体大数据、长时间持续传输的特性会使无线网卡长期处于高能状态，进而严重缩短应用终端的续航时间，影响用户使用满意度。因此，开展流媒体移动终端的节能研究具有现实意义和科学意义。
　　数据传输是流媒体应用能耗较大的主要原因。本文研究发现，当前流媒体数据的传输策略多以降低网络拥塞、增加带宽缓存利用率、实现流畅播放为目标，而较少考虑终端的电量消耗。为了提高流媒体数据传输的能耗利用效率，延长电池的使用时间，本文研究从现有流媒体数据传输调度算法入手，探讨基于能耗优化的流媒体数据传输方案。本文主要开展了以下几个方面的研究工作:
　　(1)深入分析总结现有的流媒体终端节能技术，重点研究流媒体数据传输策略对终端能耗的影响，找出流媒体数据传输能量利用效率低的原因。
　　(2)针对固定缓存阈值策略以平滑网络波动为导向，而非能耗最优，提出一种新的基于缓存门限自适应调整的移动终端节能算法(DBTA)。算法根据监测到的网络带宽和流媒体编码率信息，对终端缓存区下限阀值做出自适应的调整，使缓存空间大小更契合当前带宽和流媒体编码率，提高终端的休眠工作时间比，进而延长终端的续航时间。
　　(3)针对当前时兴的DASH（Dynamic Adaptive Streaming over HTTP）流媒体传输技术中，贪婪自适应速率选择算法以提高带宽利用率为目标，呈现出速率切换频繁、能耗开销大的问题，提出一个基于能耗感知的速率自适应选择算法(Energy-aware Adaptive Rate Selection algorithms, EARS)，算法使用DBTA动态调整终端缓存下限阈值，通过设置一个动态安全边界和响应延时因子，在确保TCP吞吐量确实稳定提高的条件下，才进行速率提升切换，降低了速率切换频率，避免了贪婪算法所出现的码率突然大的抖动情况，从而提升了能量的利用效率。
　　(4)在NS3仿真平台上设计并实现了所提出的两个节能算法，仿真实验结果都说明了这两个算法的有效性。
　　本文的研究为延长无线终端电池的使用寿命以及减少无线网络能量消耗提供了新的方法和研究思路，研究成果具有科学意义和研究价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 休眠节能研究

1．2．2 动态速率调节节能研究

1．3 已有研究工作分析和结论

1．4 论文主要研究内容

1．5 论文的组织结构

第二章 流媒体概述与相关知识介绍

2．1 流媒体概述

2．1．1 流媒体概念

2．1．2 流媒体的内在属性特征

2．2 流媒体传输

2．2．1 流媒体传输方式

2．2．2 流媒体传输协议

2．3 基于HTTP防议的动态自适应流媒体技术(DASH)介绍

2．4 本章小结

第三章 基于缓存门限自适应调整的移动终端节能算法——DBTA

3．1 问题提出

3．2 相关研究

3．3 算法描述

3．3．1 数据监测

3．3．2 自适应缓存下限调整

3．3．3 DBTA算法详细流程

3．4 算法仿真与性能分析

3．4．1 仿真实验环境设置

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 基于能耗感知的速率自适应选择算法——EARS

4．1 问题提出

4．2 相关研究

4．3 算法描述

4．3．1 算法设计思路

4．3．2 算法详细描述

4．4 算法仿真与性能分析

4．4．1 仿真实验环境设置

4．4．2 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究的不足与进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间已发表和已录用的文章