多路径并行传输环境下流媒体业务高效调度算法研究

摘要

随着互联网通信技术的快速发展，流媒体以其独特的应用方式，为网络媒体传播带来了革新式的飞跃，流媒体业务具有连续性、实时性、时序性等特点，现有网络尽力而为的特性无法为流媒体传输提供相应的QoS保障，使用多路径并行传输技术是提高流媒体传输质量的重要解决方法，基于流控制传输协议(Stream Control Transmission Protocol，SCTP)的多路径并行传输技术(Concurrent Multipath Transfer，CMT)是一种带宽聚合技术，能够有效提高端到端通信的吞吐量，保证系统的可靠性和容错能力。但当前SCTP-CMT协议使用轮询算法进行传输路径选择且不区分数据包优先级，由于每条传输路径具有不同的特性状态，接收端易产生数据包乱序到达问题，在此环境下，使用多路径并行传输技术可能降低流媒体业务的传输质量。本文针对上述问题，主要工作内容包括:
　　第一，对比说明了四种常用的数据包调度策略，分析其优缺点及适用场景，详述了三种流媒体编解码技术并提取流媒体数据帧特点，为后续研究奠定了理论基础。
　　第二，提出了一种基于最小路径相对时延的数据包调度策略MRDF，该算法添加了三种新的控制块格式用于实现数据发送与接收的时间戳记录，定义并推导了由数据包时间戳计算路径相对单向时延的公式，详细说明了MRDF算法中数据发送端与接收端在多种传输状态下的具体操作。通过该算法，发送端与接收端可以选择具有最小单向时延的路径进行数据包传输，能够尽最大可能确保数据包的按序到达。
　　第三，提出了一种流媒体视频质量评估框架，通过对NS2中SCTP协议模块的修改实现了MRDF算法与视频评估框架，在多种仿真场景中模拟了MRDF算法与RR算法的数据流与视频流传输，并基于流媒体评估框架分别通过TSN、吞吐量、CWND、PSNR与MOS等性能评估指标与体系验证了MRDF算法能够有效减少接收端数据包乱序问题的发生，确保数据按序到达，提升系统的吞吐量;能够提升流媒体业务的视频传输质量，保证视频画面清晰流畅地播放，提升用户体验。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 多路径并行传输研究现状

1．2．2 流媒体技术研究现状

1．3 论文研究内容及组织结构

2 基于SCTP的多路径并行传输协议分析

2．1 SCTP及其特性

2．1．1 SCTP关联

2．1．1 SCTP特性

2．2 多路径并行传输CMT及其关键技术实现

2．2．1 CMT数据传输

2．2．2 SFR算法

2．2．3 CUC算法

2．2．4 DAC算法

2．3 流媒体视频编码技术

2．3．1 视频编码原理

2．3．2 流媒体数据帧

2．4 本章小结

3 基于SCTP的最小相对时延优先算法研究

3．1 典型调度算法分析

3．2 最小相对时延优先算法

3．2．1 单向路径时延的定义与测量

3．2．2 SCTP-CMT数据包格式的定义

3．2．3 MRDF算法的具体操作

3．3 MRDF算法在流媒体业务中的应用扩展

3．3．1 基于MRDF的流媒体视频帧传输策略

3．3．2 基于MRDF的流媒体视频帧重传算法

3．4 本章小结

4 MRDF算法的仿真实现与性能评估

4．1 MRDF算法的仿真实现

4．1．1 NS2网络模拟平台

4．1．2 SCTP-CMT协议扩展

4．1．3 流媒体评估框架的扩展与实现

4．2 MRDF算法仿真实验与性能分析

4．2．1 流媒体视频预处理

4．2．2 仿真场景设计

4．2．3 仿真性能分析

4．3 本章小结

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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