流媒体的速率反馈控制算法研究

摘要

随着多媒体技术的飞速发展，实时流媒体业务在Internet上的应用日益广泛。与传统的数据传输相比，这种业务对服务质量有严格的要求(如带宽，延迟，数据丢失)。目前，大多数实时流媒体业务基于UDP服务，缺乏有效的拥塞控制机制，可能造成网络拥塞，导致流媒体服务质量的下降。因此研究一个适合流媒体传输，能够有效避免拥塞的速率控制机制成为Internet传输领域重要课题。 目前提出的大多数流媒体速率控制算法主要针对网络的拥塞，没有考虑网络带宽的利用率，以及流媒体对QoS的要求。针对这些问题，人们利用网络流理论和控制理论提出了基于流模型的速率控制算法。这种算法根据缓冲区队列长度来调整流媒体的发送速率，有效地避免了拥塞，提高了网络的利用率。然而，现有的算法多数不能灵活的处理带有时变延迟，网络负载变化，以及受控源干扰情况下的速率控制问题。 本文在大量查阅国内外文献的基础上，介绍了流媒体速率控制研究的发展现状及存在的问题。在此基础上，描述了流媒体速率控制机制的控制理论建模过程，针对时变延迟干扰存在的网络环境，利用模糊控制原理，提出了模糊PI速率反馈控制算法和模糊PID速率反馈控制算法，有效地避免了拥塞，减少了数据丢失，同时还保证了发送速率的平滑性，从而提高了流媒体的服务质量。本文使用Matlab/Simulink仿真工具，对所提的算法进行了系统的仿真研究。仿真表明本文方法在一定程度上改进了某些算法的不足，改善了系统的暂态性能，增强了对延迟、用户数变化，以及不受控源干扰等不确定性的鲁棒性，提高了网络的利用率。

目录

文摘

英文文摘

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引 言

1流媒体速率控制研究意义与现状

1.1流媒体技术概述

1.1.1流媒体的基本概念

1.1.2流媒体技术的应用

1.1.3流媒体技术的发展现状

1.1.4流媒体研究面临的挑战

1.2流媒体速率控制研究的目的和意义

1.2.1流媒体传输的特点及其对网络性能的要求

1.2.2流媒体速率控制的目的和意义

1.3流媒体速率控制算法的研究现状

1.3.1基于探测的速率控制算法

1.3.2基于模型的速率控制算法

1.3.3基于流模型的速率控制算法

1.4本文工作

2模糊PID控制算法理论基础

2.1 PID控制算法介绍及理论基础

2.1.1 PID控制器的基本原理

2.1.2数字PID控制算法

2.2模糊控制理论基础

2.2.1模糊控制原理

2.2.2模糊控制的基本设计方法

3流媒体的模糊PI速率控制算法

3.1基于流模型的速率控制机制建模

3.1.1网络的队列模型

3.1.2速率控制的要求与要点

3.2流媒体的模糊PI速率控制算法

3.2.1模糊PI控制基本算法

3.2.2模糊PI控制器设计

3.3仿真实验

3.3.1仿真软件介绍

3.3.2仿真模型

3.3.3仿真结果分析

3.4小节

4流媒体的模糊自整定PID速率反馈控制算法

4.1模糊自整定PID基本理论

4.2模糊自整定PID控制器的设计

4.2.1控制器的结构

4.2.2精确量的模糊化

4.2.3模糊规则的建立

4.2.4模糊量的清晰化

4.3仿真实验

4.4算法的分析比较

4.5小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢