异构网络下实时多媒体传输研究

摘要

近年来移动互联网发展迅速并得到极大普及，然而移动互联网提供的功能却不能满足人们的需求，尤其是实时多媒体通信。因此，如何保证多媒体在移动互联网上实时地通信成为了研究热点。此外，由于多种异构网络的存在及流行，如Wi-Fi网络、WiMax网络、PSTN网络、GSM网络和3G网络，使得跨网络的多媒体传输变得更加重要。然而现有的互联网音视频传输技术均未能有效地解决不同网络之间多媒体通信的瓶颈问题，尤其是IP网络中的传输质量及性能。
　　 因此，本文以多媒体传输为主线，研究了不同网络中多媒体传输的优化及控制，提高传输质量。本文首先分析了多媒体网络传输的研究现状及评价其传输质量的性能指标。然后介绍了使用端口关联分析预测算法进行TCP互联网穿透，使用了滑动平均值预测策略和坡度预测策略保证多媒体在异构网络间能够进行无缝地切换及平滑地传输。在传输中，本文结合了静音检测技术，充分利用静音帧传输视频数据提高网络带宽利用率，并使用二项式概率模型控制冗余数据大小及发送速率，高效地利用带宽及减少网络拥塞。最后，实现了多方会议原型系统，使用自适应概率决策混音方案及会议管理功能提高了异构网络多方会议的效率。这些研究对于异构网络下多媒体音视频传输具有重要的指导意义。本文的具体工作为：
　　 (1)提出了一种端口关联分析预测(PCAP)算法。由于TCP协议自身的复杂性，使得TCP穿越NAT的问题仍然存在很多挑战。本文在全面比较和分析P2P系统中用于解决NAT穿越问题的各种方法后，运用PCAP算法对建立TCP连接时NAT端口分配的规则进行预测，从而提出一种新型的穿越NAT建立TCP连接的策略。通过实验对该方法进行了测试，结果显示PCAP算法对NAT行为探测和端口预测是有效的，利用PCAP算法能够获得较高的P2P连接成功率。
　　 (2)针对IEEE802.11无线切换延时过长的问题，本文提出了一种基于无线接入点(AP)邻居表的滑动平均值预测策略。通过运用背景扫描机制获取AP信号强度。该策略动态地计算信号强度平均值以决策移动终端(MH)发起切换的时间点。为降低切换过程中数据传输的丢包率，该策略还结合了邻居表将数据路由至候选AP，使得MH与候选AP建立连接后接收到数据。同时，本文分析了3G到WLAN切换过程的特点，提出了坡度预测法的改进切换策略。坡度预测策略通过计算所接收信号强度的一阶导数来决策是否发起切换。这两种策略的结合使用提高了移动终端发起切换的效率，缩短了切换过程中处于无连接状态的延时。
　　 (3)结合静音检测技术，提出了基于静音帧自适应调整的音视频传输技术。使用静音帧传输带宽，将视频帧分包并通过静音帧以捎带的方式传输到目的地址。同时使用OWD策略实时检测网络带宽状况，并自适应地调整发送速率，以减少网络拥塞。为提高音视频传输质量，本文分析了现有的音视频传输的丢包恢复技术，并结合前向纠错(FEC)Reed-Solomon冗余编码技术及交织恢复丢包技术，提出了二项式概率传输模型。该模型根据接收端回馈的结果计算需要编码出的冗余包个数，使用交织技术将音讯冗余包与原始数据混合传输，有效地节省了带宽资源。
　　 (4)提出了3G324M协议中的控制协议H.245和多任务协议H.223的优化设计及实现方案，并将该方案应用于多方会议中。从而使得终端能够接受和发送多路音视频数据。为提高多方会议数据传输效率及控制效率，本文还提出了一种新颖而简单的快速实时自适应调整跨平台多方会议方案。该方案采用概率决策优先权的方式，即服务器端根据各客户端语音能量值和编码数据大小计算其语音概率值，由语音概率值决策出当前发言人，最后依据决策结果转发语音包和视频包。