- Nghiên cứu phương pháp tăng chất lượng dịch vụ truyền Video trên mạng không dây. - Abstract: Nghiên cứu các phương pháp cải tiến nhằm nâng cao chất lượng truyền tải video Mpeg-4 trên mạng không dây 802.11e. - Dựa vào đặc tính của các khung hình Video, thuật toán đã ưu tiên cho các khung quan trọng hơn của dòng Video để đảm bảo sự tái tạo cũng như chất lượng của Video tại nơi thu. - Trong trường hợp tắc nghẽn xảy ra, các khung ít quan trọng sẽ được loại bỏ, hơn nữa bằng cách tự động phân phối các gói tin Video khác nhau vào các truy cập AC thích hợp nhất theo các lưu lượng trên truy cập MAC. - Bằng việc mô phỏng và đánh giá kết quả của phương pháp 802.11e, ánh xạ tĩnh và ánh xạ động luận văn đã đánh giá được hiệu suất của các phương pháp và đưa ra các tham số tối ưu cho phương pháp ánh xạ động, một phương pháp đã thành công trong việc nâng cao chất lượng truyền Video trên mạng không dây.. - Mạng không dây. - Truyền tải đa phương tiện qua mạng không dây đã được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu trước đây. - Để cải thiện chất lượng truyền dẫn Video, các nghiên cứu trước đây đã đề xuất nhiều phương án khác nhau để cải thiện dịch vụ đa phương tiện qua mạng không dây, một trong những hướng nghiên cứu đó là tạo ra các mô hình xuyên lớp trong truyền tải Video trong thời gian thực. - Người ta đã đề xuất ra tiêu chuẩn 802.11e EDCA chia thành các truy cập AC0, AC1, AC2, AC3 để phân loại các luồng dữ liệu theo, đồng thời cũng có thuật toán ánh xạ tĩnh và ánh xạ động dựa trên 802.11e EDCA để cải thiện chất lượng dịch vụ truyền Video. - Thuật toán ánh xạ tĩnh, phân bổ dữ liệu Video H264 vào các hàng đợi theo mức độ ưu tiên theo ý nghĩa mà hóa của nó, tuy nhiên ánh xạ tĩnh chỉ phù hợp cho tải nặng của lưu lượng mạng, khi tải nhẹ, các dữ liệu Video được ánh xạ tới các truy cập AC có độ ưu tiên thấp hơn sẽ cho kết quả chậm trễ truyền dẫn, để giải quyết vấn đề này người ta đã đề xuất ra. - phương pháp ánh xạ động dựa vào xác suất xuất hiện của các khung hình video và đô ưu tiên của các hàng đợi truy câp AC, để phân bổ tối ưu các luồng dữ liệu Video vào các hàng đợi cho phù hợp. - Trong đề tài này tôi sẽ tập trung vào việc mô phỏng và đánh giá lại hiệu suất của 3 phương pháp trên, tập trung vào tối ưu các tham số trong thuật toán ánh xạ động.. - Mô tả về đặc thù của Video Mpeg 4, cũng như các tiêu chuẩn 802.11e EDCA, thuật toán ánh xạ tĩnh, ánh xạ đông mà luận văn sẽ sử dụng Chương 4: Mô phỏng. - Thông qua công cụ mô phỏng NS2, các kịch bản mô phỏng sẽ được đưa ra để đánh giá lại hiệu suất của các phương pháp nêu trên, từ đó đưa ra các tham số tối ưu cho phương pháp ánh xạ động.. - 2.2 IEEE 802.11e EDCA ...3. - Thuật toán ánh xạ tĩnh và ánh xạ động ..5. - 3.1 Ánh xạ tĩnh ...5. - 3.2 Ánh xạ động ...5. - Mô phỏng...7. - 4.1 Kịch bản mô phỏng ...7. - 4.2 Kết quả mô phỏng ...7. - Để hỗ trợ những yêu cầu đa dạng về chất lượng dịch vụ của những ứng dụng thế hệ mới, một chuẩn mới là IEEE 802.11e đã được quy định. - xác định bốn loại truy cập AC (Access Category) có những ưu tiên truyền dẫn khác nhau. - Ưu tiên truyền dẫn là xác suất thành công trong việc tìm kiếm cơ hội để truyền tải khi từng loại truy cập đang cạnh tranh để truy cập vào các kênh không dây, ưu tiên truyền dẫn càng cao thì càng có cơ hội được dẫn cao hơn.. - Tuy nhiên, trong một kênh không dây, việc mất mát và chậm chễ trong truyền dữ liệu, băng thông hạn hẹp là những thách thức lớn của hiệu quả truyền tải dữ liệu đa phương tiện. - Do đó, một số cơ chế tiên tiến đã được đề xuất dựa trên chuẩn 802.11e để hỗ trợ truyền tải đa phương tiện và cụ thể là truyền tải video. - Hầu hết các cơ chế được đề xuất cải thiện hiệu suất bằng cách điều chỉnh các hoạt động của 802.11e MAC, chẳng hạn như kích cỡ Contention Window, TXOPlimit, và tốc độ truyền tải dữ liệu. - Tuy nhiên, các cơ chế này không tính đến mức độ quan trọng của những dạng lưu lượng khác nhau (chẳng hạn như video), do đó hạn chế các cải tiến hiệu về suất có thể đạt được.. - Đối với lưu lượng video, độ quan trọng của các dữ liệu video được mã hóa khác nhau. - Việc truyền tải ưu tiên của video được mã hóa phân sẽ mang một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện trong một mạng không dây. - Tuy nhiên, 802.11e cung cấp QoS thông qua phân phối lưu lượng ở đó tất cả các dữ liệu video trong cùng một loại truy cập. - Kết quả là, cơ chế truy cập kênh và chương trình truyền không tính đến các thông tin về độ quan trọng của dữ liệu video. - Nếu cơ chế truyền dẫn khai thác các đặc điểm của nội dung dữ liệu video bằng cách xem xét các thông tin có ý nghĩa video được tạo ra từ các lớp ứng dụng, dữ liệu video sẽ có dịch vụ ưu tiên và chất lượng được cảm nhận ở bên nhận có thể được cải thiện.. - Theo mối quan hệ mã hóa, trong dòng video MPEG-4, loại video quan trọng nhất là khung I, và khung P thì. - quan trọng hơn khung B.. - 2.2 IEEE 802.11e EDCA. - IEEE 802.11e EDCA phân loại lưu lượng truy cập thành bốn AC (như minh họa trong hình 2). - Bốn loại truy cập bao gồm AC _VO (lưu lượng truy cập bằng giọng nói), AC_VI (lưu lượng truy cập video), AC_BE. - (lưu lượng best efford), và AC _BK (lưu lượng nền (background. - Ưu tiên giữa AC sau đó được xác định bởi các thông số riêng của từng AC, được gọi là bộ tham số EDCA. - Hình 2: Bốn loại truy cập trong IEEE 802.11e Table 1: 802.11e EDCA parameter set.. - Hình 3 trình bày các hoạt động trong 802.11e EDCA. - AC với AIFS nhỏ nhất có ưu tiên cao nhất, và một trạm cần phải được trì hoãn hoạt động cho khoảng AIFS tương ứng của nó. - Giá trị tham số (như AIFS CWmin và CWmax) càng nhỏ thì xác suất được truy cập vào môi trường truyền tải càng lớn. - Mỗi AC trong một trạm hoạt động như một trạm ảo cá thể: nó cạnh tranh để truy cập vào môi trường truyền dẫn và bắt đầu thủ tục backoff của nó một cách độc lập sau khi phát hiện các kênh rỗi trong khoảng thời gian ít nhất một AIFS. - Khi AC đụng độ nhau trong cùng một trạm, AC với ưu tiên cao hơn được cấp cơ hội để truyền tải, trong khi AC với ưu tiên thấp hơn sẽ gặp phải một cuộc đụng độ ảo, tương tự như một vụ đụng độ thực tế xảy ra bên ngoài trạm.. - Hình 3: Các hoạt động của IEEE 802.11e EDCA.. - Thuật toán ánh xạ tĩnh và ánh xạ động 3.1 Ánh xạ tĩnh. - Để hỗ trợ việc truyền tải theo chất lượng dịch vụ của một video được mã hóa theo cấp bậc trên một mạng IEEE 802.11e, một kiến trúc theo thiết kế đa lớp đã được đề xuất. - Như thể hiện trong hình 4, các tác giả của kiến trúc này đề xuất một thuật toán ánh xạ, dựa trên các đặc điểm kỹ thuật về lưu lượng truy cập của IEEE 802.11e EDCA, và dữ liệu video được mã hóa H.264 được phân bổ vào các hàng đợi AC được ưu tiên khác nhau tùy theo độ quan trọng của mã hóa video. - Tuy nhiên, thuật toán này có tính tĩnh và không thích ứng cao. - Khi tải mạng nhẹ, các dữ liệu video được ánh xạ tới AC với ưu tiên thấp hơn sẽ dẫn đến sự chậm trễ không đáng có trong truyền dẫn và tổn thất gói. - Theo đó, nếu luồng video MPEG-4 được truyền đi như là lưu lượng truy cập cho các thuật toán ánh xạ được đề xuất trong [2], khung I sẽ luôn luôn được ánh xạ tới AC [2], trong khi khung P sẽ được ánh xạ tới AC [1] và B khung sẽ được ánh xạ tới AC [0]. - Hình 4: Kiến trúc đa lớp trong 3.2 Ánh xạ động. - Chúng tôi đề xuất một thuật toán ánh xạ đa lớp có tính thích ứng cao để nâng cao chất lượng truyền tải video MPEG-4 qua mạng không dây IEEE 802.11e [3]. - Trong cách tiếp cận đa lớp được đề xuất, gói video MPEG-4 được tự động ánh xạ đến AC thích hợp dựa trên mức độ quan trọng của dữ liệu video và tải lưu lượng mạng. - Bằng cách khai thác phương pháp ánh xạ đa lớp, chúng ta có thể ưu tiên việc truyền tải dữ liệu video cần thiết và cải thiện việc tận dụng không gian hàng đợi.. - Hình 5: Kiến trúc của sơ đồ ánh xạ đa lớp. - Hình 5 mô tả kiến trúc đa lớp, và hiển thị các thông tin về độ quan trọng của dữ liệu video được truyền từ lớp ứng dụng tới lớp MAC. - Để đảm bảo chất lượng của video được truyền tài, thuật toán ánh xạ chủ động phân bổ các đoạn video cho AC phù hợp nhất ở lớp MAC dựa theo cả độ quan trọng của các loại video và tải lưu lượng mạng. - Đối với dòng video MPEG- 4, sự mất mát của các khung hình video quan trọng hơn sẽ làm xấu đi chất lượng video được truyền đi. - Dựa trên độ quan trọng của khung hình video, độ ưu tiên của các kênh truy cập được sử dụng để ưu tiên các cơ hội truyền tải ở lớp MAC được thiết lập với các khung I là cao nhất. - độ ưu tiên của các khung P dưới I nhưng trên B, và các khung B được thiết lập ở mức ưu tiên thấp nhất.. - Để phân bổ dữ liệu video quan trọng vào hàng đợi AC ưu tiên cao hơn trong lớp 802.11e MAC càng nhiều càng tốt, chúng tôi cung cấp các xác suất ánh xạ khác nhau, được định nghĩa là Prob_TYPE, cho các loại khung hình video khác nhau theo mã hóa độ quan trọng của nó. - Nếu phân bổ một khung vào một hàng đợi ưu tiên thấp hơn là không thể tránh khỏi, xác suất phân bổ truyền tải của khung hình có độ quan trọng thấp hơn là cao hơn so với khung hình video có độ quan trọng cao hơn. - Loại khung video ít quan trọng hơn sẽ được chỉ định Prob_TYPE lớn hơn. - Theo các đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.11e, khi truyền qua mạng không dây IEEE 802.11e, gói video MPEG-4 được đặt trong AC2 với cơ hội tốt hơn để truy cập vào kênh so với các AC có ưu tiên thấp hơn. - Vì lý do này, các thuật toán ánh xạ sắp xếp lại các gói video nhận được trong thời gian gần nhất vào hàng đợi khác có độ ưu tiên thấp hơn, trong lúc hàng đợi của AC2 đang bị đầy. - Hai thông số trên được áp dụng trong thuật toán của biểu thức sau đây:. - Trong hàm này, xác suất ánh xạ theo hướng đi xuống được xác định trước ở thời điểm ban đầu của từng loại khung hình video, Prob_TYPE, sẽ được điều chỉnh tùy theo chiều dài hàng. - đợi hiện tại và các giá trị ngưỡng, và kết quả sẽ là một xác suất ánh xạ xuống mới, Prob_New. - Các giá trị Prob_New càng cao, càng có nhiều cơ hội cho các gói tin được ánh xạ vào một hàng đợi với ưu tiên thấp hơn.. - Mô phỏng 4.1 Kịch bản mô phỏng. - Để đánh giá hiệu suất của thuật toán ánh xạ đa lớp, chúng tôi đã tiến hành mô phỏng bằng cách sử dụng hệ thống mô phỏng mạng được áp dụng rộng rãi NS-2, và tích hợp với EvalVid. - Các kết quả của các thuật toán ánh xạ được so sánh với các kết quả rút ra từ IEEE 802.11e EDCA [1] và các thuật toán ánh xạ tĩnh trong [2]. - Nguồn video được sử dụng trong mô phỏng là YUV QCIF (176 x 144), Foreman. - Mỗi khung hình video được chia nhỏ thành các gói dữ liệu trước khi truyền, và kích thước tối đa của gói tin truyền tải qua mạng mô phỏng là 1000 byte. - Hình 7 trình bày mô phỏng cấu trúc liên kết trong các thí nghiệm. - Tốc độ truyền dữ liệu của liên kết không dây là 1Mbps.. - Số lượng khung hình video và các gói tin của video gốc.. - Có hai kịch bản mô phỏng để đánh giá hiệu suất truyền tải video:. - Kịch bản 2: chúng tôi thử nghiệm với các trường hợp tải nhẹ và nặng, bao gồm các tải trọng khác nhau của lưu lượng truy cập bằng giọng nói (64k, AC [3. - Luồng lưu lượng được tạo ra ngẫu nhiên và được truyền qua môi trường mô phỏng. - Trong kịch bản này, chúng tôi đã phân tích chất lượng video nhận được để đánh giá hiệu quả của sơ đồ ánh xạ trong nhiều điều kiện tải mạng khác nhau.. - 4.2 Kết quả mô phỏng. - Kết quả sử dụng thuật toán 802.11e EDCA. - Kết quả sử dụng thuật toán ánh xạ tĩnh. - Kết quả sử dụng thuật toán ánh xạ động. - frame Total 802.11e. - Ánh xạ tĩnh . - Ánh xạ động . - Trong luận văn này, tôi đã nghiên cứu các phương pháp cải tiến nhằm nâng cao chất lượng truyền tải video Mpeg-4 trên mạng không dây 802.11e.. - Trong trường hợp tắc nghẽn xảy ra, các khung ít quan trọng sẽ được loại bỏ, hơn nữa bằng cách tự động phân phối các gói tin Video khác nhau và các truy cập AC tích hợp nhất theo các lưu lượng trên đường truy cập MAC. - thuật toán ánh xạ tĩnh đã thành công trong việc tăng chất lượng truyền dẫn Video.. - Thông qua các trường hợp mô phỏng, đã đánh giá được hiệu suất của các phương pháp 802.11e EDCA, ánh xạ tĩnh và ánh xạ động.. - [1]IEEEStd802.11e-2005;"WirelessLANMediumAccessControl(MAC)and PhysicalLayer(PHY). - “Applications and challenges of the 802.11e EDCA mechanism: an experimentalstudy”,IEEENetwork,July,2005.. - [3]YangXiao,“QoSguaranteeandprovisioningatthecontention-basedwirelessMAC layer in the IEEE 802.11e wireless LANs”, IEEE. - [12]Ksentini,A.,Naimi,M.,andGueroui,A.;“TowardanimprovementofH.264video transmissionoverIEEE 802.11e through a cross-layer. - 802.11WLANs,”IEEEJournalonSelectAreasCommunications,Dec.