网络测量研究概述_计算机_理工毕业论文

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计算机: 网络测量研究概述
时间：2020/10/14 13:38:09  作者：  来源：  查看：0  评论：0
内容摘要： 联网的视频通信[1]是指，通过确定沿一个端到另一端路径上的可用带宽，相应地适应编码的视频码率以实现视频在客户端的流畅播放。互联网上的易失性通信业务通常都由负荷条件创建所需要的videospecific措施[2]，可以准确和及时地确定网络状态。丢包历来信号拥塞的TCP，在取...
联网的视频通信[1]是指，通过确定沿一个端到另一端路径上的可用带宽，相应地适应编码的视频码率以实现视频在客户端的流畅播放。互联网上的易失性通信业务通常都由负荷条件创建所需要的videospecific措施[2]，可以准确和及时地确定网络状态。丢包历来信号拥塞的TCP，在取得了避免过度上网拥堵显着成效。然而，分组丢失的局限性，已被确定为在TCP和增强性能瓶颈与基于分组的延迟指示器的协议被提出[3]。
     然而，TCP仿真器[4]通过UDP实时传输（以避免通过TCP无界交货延迟）不包括在他们的模型分组丢失的因素。当数据包丢失在文件传输可以接受的，丢失的数据包都只是通过TCP的可靠传输，播放和解码期限重新传输必须流视频时，应该满足。然而，UDP的拥塞控制之下，没有避税措施，也没有发生重传数据包丢失，降低了交付的视频质量。本文表明，因为在发送速率减少波动，视频的基于UDP模糊逻辑拥塞控制器（FLC）可以更近接近最佳制度，其中，所述可用带宽密切以最小分组丢失跟踪。输入到FLC是从分组分散的措施，这是基于延迟的拥塞控制的一种形式。
     基于延迟与延迟梯度拥塞控制是用于应用程序[5]，如视频会议以较低的平均终端到终端的延迟与吞吐量的最小限制到达。在此过程中发现，输出oscillationswere与延迟方差而降低。该方法还避免了'相效果“[6]，由此丢包基于探针的拥塞控制引入在相同链路流之间的不公平，作为相同流可以反复遭受在拥塞链路分组丢失。视频流的拥塞控制可以通过一个速率自适应代码转换器来实现。
     视频代码转换器，包括我们[7]适于可变比特率（VBR）数据流，打开在最大可能速率发送预编码的视频位流，而不过于超过可用网络带宽的可能性。因此，后续的路由器缓冲是能够应付输出分组流。实际上，这是很可能以较少的分组丢失到达甚至避免损失完全由一个代码转换器的装置重新压缩已经压缩位流。虽然在本文中，我们采用模糊逻辑的一个速率自适应代码转换器中，编码器量化的步长大小的直接模糊逻辑控制也是可能的。然而，由于预编码的视频包括在因特网上的大多数视频流的，而不是实时视频流，描述集中于自动转码。
     模糊逻辑，其中有从成立之初被广泛用于工业和商业控制应用[8]，是我们简单处理未建模的网络拥塞状态的便利工具。内视频编码已经在通过根据输出缓冲器的状态，这是没有解析解一个复杂的控制问题改变编码器的量化参数保持恒定的视频速率发现一个应用[9]。拥挤的模糊逻辑控制是单播流量基于发件人的系统。接收机返回指示时间平滑并且标准化变化到分组到达间隔时间的反馈消息。这些允许发送者计算通过设计预模糊模型的网络拥塞级别。发件人然后施加一个控制信号输出到代码转换器的量化电平，如预期的拥塞的反映。因此，在没有分组丢失反馈拥塞控制是通过测定当遇到忙路由器队列，特别是在紧的联系，较最小可用带宽的网络路径上的点所产生的分组流分散实现的。模糊控制，因此能够在低丢包率的环境下工作。
对于转码视频应该一个精心设计的FLC：
   1）要TCP友好以便在FLC的扩散的情况下，在互联网内流，有拥塞崩溃的风险有限。
   2）与典型的Internet通信量共存，由长期的文件传输流和短期的Web服务器的连接。
   3）作为密切跟踪的可用带宽为可能的，尽管在同一时间减少或消除包丢失。
   4）实现了最佳的平滑流，避免在交付视频质量波动
     项目一和二是解决方案的质量的措施，因为没有这些规定控制器可以简单地贪婪地收购其他流量的带宽。项目三，四是视频流量非常可取的。
     在本文的其余部分安排如下。系统架构和FLC的细节在第二节给出。第三节报告一系列的仿真实验。最后，第四节得出了一些结论，解释为什么提出一个FLC的视频流。
     图1示出在其中模糊逻辑被用于控制比特率的视频流体系结构。在服务器[7]一种视频代码转换器是必需的预编码的视频速率自适应。客户端的定时器单元监视传入分组的分散和中继该信息给拥挤度判定（CLD）单元。的CLD单元监视输出数据包流，特别是分组大小，并结合了来自客户端的反馈此信息，作为确定网络拥塞级别，CL的基础。本机还计算变化，ΔCL的拥堵级别率。计时器单元测量找到该分组分散体的时间平滑和规范化估计之前到达的分组的分组间间隙（IPG的）。一个IPG是收据一个分组的结束和下一个的到达之间的时间间隔。该FLC采用CL和ΔCL，作为输入，并计算发送速率，反映了网络的状态。在转码量化等级相应的变化，然后计算。传送报文是由客户端接收，去分组，解码并在视频速率显示。
     在服务器中，视频代码转换器输入的预编码后的视频，并降低响应于从FLC控制信号其比特率。下界来的发送速率被设定为在输入的发送速率的10％。对于一般的输入发送的2 Mb / s的模拟中在第三部分率，200 kb / s的下限是足以为一个可接受的视频质量。代码转换后的视频被分组，每个分组一个片，和一个UDP分组内通过网络发送。除了错误恢复，由于解码器同步标记，每片分组也减少了在服务器上的延迟。转码的视频数据包随后具有恒定的IPG输出在透射点。确保一个恒定的IPG降低分组到达间隔的抖动在客户端和还呈现流视频更稳健的错误突发。
     模糊逻辑模拟的控制处理，好像人类专家被调节传输速率。多个模糊从属函数模型中的反馈专家的感知的不确定性，而输出速率决定是由解模糊的过程中，它转换在输出不确定性为清晰值，即一个特定的控制信号值进行精确。
     图2是一个FLC的框图。 Fuzzifiers转换输入CL和未CL到合适的语言变量。一个知识库封装与所需的控制目标应用程序的专业知识。它定义了帮助指定一组语言规则的标签。推理引擎块是控制器的智能，以模拟人类的决策过程的能力，基于模糊逻辑，由知识数据库的装置和用于制造这些决定嵌入的规则。最后，解模糊化块从推理引擎的推断模糊控制决定转换为清晰值，将其转化为一个控制信号，CT图2，代码转换器，然后输出一个重压缩的比特流。
     模糊化是给予一个隶属函数的申请中，术语，μ，以一个数据值，以找到其成员的可能性，即，μ（x）的产生的模糊子集为其中μ是隶属函数的成员的可能性。输入变量被的三角形的隶属函数手段模糊化，作为在从一个状态到另一个更清晰的过渡的费用减少计算时间之间的通常的折中。选择的隶属函数的数量是很重要的，因为它决定了比特率粒度的平滑度。然而，隶属函数的数量是成正比的计算时间。拥堵等级，在它的变化率，以及所述控制输出分别划分为一组的重叠的三角形的隶属函数，与重叠，使得任何一个三角形的程度达到的另一底座的中点。
     该算法模拟了著名的NS-2网络仿真器（使用的版本2.30）。模拟网络，具有典型的“哑铃”拓扑，有两个路由器和所有方链路带宽之间的瓶颈链路被配备为，使得拥塞只会发生在瓶颈链路。它是从发件人和到接收器的接入链路被设定为100兆位/秒。瓶颈链路的路由器的默认缓冲大小配置为两倍的带宽时延乘积，为的是在这样的实验中正常避免过小的缓冲包的损失。瓶颈链路的单向延迟设定为5毫秒和侧链接'的延迟分别设定为1毫秒。瓶颈链路路由器的排队策略是默认是FIFO（落尾）。随机早期检测（RED）的路由器而不是吸尾报道[14]如难以在模拟来配置以这样的方式，该行为是在一系列的背景流强度均匀的。虽然预计RED将改善拥塞控制是否以及何时它被广泛地部署，[14]报道说，对于轻负载链接有误差脉冲串的一个危险，如果被施加红色。
     在所有实验中，模糊控制下时，在IPG在发送被设定为2.2毫秒，其对应于第二节-A的视频分组化特性。网络状态决定是每帧或帧传输间隔（例如40毫秒）后饲喂从接收器返回到模糊控制器。一个MPEG-2视频“的新闻剪辑”中度运动的N = 12，M = 3组的图像（GOP）结构选择，以2.0 Mb / s的平均速率原本预编码。
     比较采用的TCP友好速率控制（TFRC）协议时，都将RFC [15]，并从“TCP友好”概念的发起人拥塞控制的方法，突出的主题。以确保公平的公开可用的TFRC的ns-2模拟器模型1（在对象TCL脚本的形式来驱动模拟器）中的使用。在TFRC，发送速率是在接收器测得的单往返时间（RTT）持续时间期间所作的测量分组丢失率的函数。发件人然后根据在[16]中给出的TCP吞吐量的公式计算的发送速率。在TFRC实验中，TFRC控制器通过同一网络紧链路分派固定大小的UDP数据包，根据该可用带宽改变IPG，由TFRC反馈机制估计。在由TFRC使用的TCP吞吐量方程，注意到该分组长度明确地显示为线性比例因子，允许TFRC根据恒定分组大小调整其行为。包丢失和RTT出现在方程中作为非线性的因素。在[17]，我们发现，对于UDP流中位分组长度为640 B，其类似于TFRC的在这些试验中固定700乙包长度。
     此外，比较用的RAP [14]，这是等式基于建模的替代制成。 RAP不同固定大小的数据包之间的IPG允许其平均发送速率接近TCP的一个给定的可用带宽。每一个平滑的RTT，RAP实现了一个算术乘法增加减少（AIMD）样算法[18]，具有相同的阈值和增量为TCP。因为这将否则导致TCP的“sawtooth'状率曲线，具有明显的中断多媒体流，RAP引入细粒平滑（在本文中的测试开启），其中考虑到shortand长期RTT的趋势。由于其先锋作用，密切相似的TCP，RAP经常担任拥塞控制器比较点。为了确保公平说唱公共NS-2 models2被利用了
     网络测量研究[19]已经证明一个典型的互联网流量搭配，包括长期的流动，'龟'，代表文件传输，和短暂的HTTP连接，“蜻蜓”的。在该组实验本文一FLC视频源和多达十个的TCP源通过链路被传递。前五TCP来源为“蜻蜓”以秒为一到五年之间的随机时间。从均匀分布并用秒一到五之间的关闭持续时间，还随机地从均匀分布生成生成这些来源。其余五个TCP源wereconfigured为“龟”，具有一个上的秒二十五之间的持续时间和一个5秒的时间的关闭持续时间，所有还随机地从均匀分布产生的。在第一个实验中，只有一个TCP源是存在作为背景流量，在第二两个TCP源充当背景流量等，和所有十个的TCP源是作为背景的流量为第十实验。所有实验重复使用不同的种子十倍，平均结果被采取。


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