IPTV-網(wǎng)絡(luò)部分-流媒體代理ppt課件

1、IPTV-網(wǎng)絡(luò)部分-流媒體代理緩存擁塞控制謝衛(wèi)華IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器(proxy server) 位于因特網(wǎng)邊緣，經(jīng)過(guò)局域網(wǎng)(LAN)或接人網(wǎng)(xDSL，HFC)等，近間隔與用戶(hù)相銜接IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器的作用與現(xiàn)狀 多媒體代理效力器是流媒體研討領(lǐng)域中的重要課題，隨著流媒體技術(shù)近年來(lái)在Internet和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的高速開(kāi)展，對(duì)多媒體代理效力器的研討也逐漸深化 多媒體代理效力器的研討集中于緩存交換(cache replacement)算法、媒體預(yù)取(prefetch)算法、前綴緩存(prefix caching)算法等。其中，緩存交換算

2、法是管理緩存的主要手段，因此也是決議代理效力器性能的中心要素IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器的作用與現(xiàn)狀 普通代理效力器的作用 代理效力器承當(dāng)了一部分用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，有效降低了Web網(wǎng)站效力器的訪(fǎng)問(wèn)負(fù)載 由于位于Internet邊緣，代理效力器利用緩存數(shù)據(jù)效力用戶(hù)，可節(jié)約從遠(yuǎn)程效力器到代理效力器之間的網(wǎng)絡(luò)資源 利用代理效力器直接效力用戶(hù)，可提高用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)呼應(yīng)速度 代理效力器是提高Internet效力器魯棒性(robust)的有效手段IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器的作用與現(xiàn)狀 多媒體代理效力器與傳統(tǒng)代理效力器也有顯著的區(qū)別 具有傳統(tǒng)代理效力器的特點(diǎn) 可有效降低用戶(hù)的啟

3、動(dòng)延遲(startup latency) 媒體代理效力器間隔用戶(hù)較近，因此網(wǎng)絡(luò)情況較好，從而可以提高用戶(hù)接納媒體流的媒體質(zhì)量 在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的代理效力器作用更明顯IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 Internet及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)下的多媒體代理效力器 internet環(huán)境下，多媒體代理效力器的研討集中于緩存交換算法、媒體預(yù)取算法、前綴緩存算法 到目前為止，針對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的多媒體代理效力器的研討尚未深人展開(kāi)，現(xiàn)有任務(wù)主要集中于碼率控制戰(zhàn)略、代碼轉(zhuǎn)換等方面IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器的體系構(gòu)造 多媒體代理效力器(在下文中簡(jiǎn)稱(chēng)代理效力器)位于Internet網(wǎng)絡(luò)邊緣，一端支持Internet用

4、戶(hù)和無(wú)線(xiàn)用戶(hù)，另一端銜接Internet中的視頻效力器 代理效力器由懇求管理、緩存管理、效力器選擇、無(wú)線(xiàn)信道編碼和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等模塊組成IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 多媒體代理效力器的體系構(gòu)造 效力器選擇模塊用于執(zhí)行對(duì)遠(yuǎn)程視頻效力器的選擇 為了提高效力性能，Internet視 頻效力器經(jīng)常經(jīng)過(guò)鏡像等方式設(shè)置多個(gè)效力器。在這種多效力器模型下，代理效力器需求按照一定的效力器選擇算法為預(yù)取或未命中效力選擇一個(gè)最正確的遠(yuǎn)程視頻效力器。 效力器選擇算法的優(yōu)劣，也直接影響到代理效力器對(duì)終端用戶(hù)提供的效力質(zhì)量IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的根本概念 基于TCP的擁塞控制方案 傳統(tǒng)方案，運(yùn)用往返時(shí)間延

5、遲方差估計(jì)、指數(shù)重傳定時(shí)器退后、慢啟動(dòng)、擁塞時(shí)動(dòng)態(tài)窗口調(diào)整(AIMD)以及快速重傳等算法使有效帶寬在理想情況下被平均分配給各個(gè)TCP流 Internet音頻播放器、IP、視頻會(huì)議和其他同類(lèi)型的實(shí)時(shí)運(yùn)用繼續(xù)添加，一個(gè)能夠的結(jié)果是非TCP通訊量的百分比大幅度提高，沖擊TCP的擁塞控制 該當(dāng)針對(duì)非TCP通訊量定義適當(dāng)?shù)乃俾首皂槕?yīng)規(guī)那么和機(jī)制，以便與TCP的速率自順應(yīng)機(jī)制一致IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 原理 TCP協(xié)議以段為單位發(fā)送數(shù)據(jù)在TCP協(xié)議中，當(dāng)建立銜接時(shí)確定進(jìn)展通訊的數(shù)據(jù)單位稱(chēng)為最大段長(zhǎng)(MSS：Maximum SegmentSize) 運(yùn)用窗口控制來(lái)提高速率，發(fā)送端

6、主機(jī)對(duì)于所發(fā)送的段不等待一定確認(rèn)應(yīng)對(duì)包，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)段的發(fā)送。我們把不等待一定確認(rèn)應(yīng)對(duì)包可以發(fā)送數(shù)據(jù)的大小稱(chēng)為窗口的大小(windows size)IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 原理 滑動(dòng)窗口方式IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 原理 滑動(dòng)窗口方式 要保管一個(gè)比較大的緩沖區(qū)IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 窗口控制和重發(fā)控制 包喪失，如沒(méi)有窗口控制時(shí)要重發(fā) 有窗口控制時(shí)，需求多次確認(rèn)這個(gè)重發(fā)懇求以加快發(fā)生IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 流控制(flow control) 流控的需求，負(fù)載比較重的時(shí)候，有能夠不能接納完數(shù)

7、據(jù)。假設(shè)接納端主機(jī)無(wú)法接納所發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么必需重新發(fā)送該數(shù)據(jù)，這就添加了浪費(fèi) 在TCP協(xié)議中，接納端主機(jī)向發(fā)送端主機(jī)發(fā)送一個(gè)接納數(shù)據(jù)大小的通知。這個(gè)大小就是窗口的大小。這就是說(shuō)，窗口大小是由接納端主機(jī)來(lái)決議的IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 擁塞的產(chǎn)生 采用TCP協(xié) 議的窗口控制，那么即使沒(méi)有一定確認(rèn)應(yīng)對(duì)包，也可以延續(xù)地發(fā)送大量的包 防止這種情況的發(fā)生，在TCP協(xié)議中，當(dāng)通訊開(kāi)場(chǎng)時(shí)，運(yùn)用了慢啟動(dòng)(slow start)法來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送量IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 TCP擁塞控制機(jī)制 TCP和TCP友好 運(yùn)用TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，要求一種數(shù)據(jù)的添加不會(huì)呵斥另一種數(shù)據(jù)的擁塞

8、，這種相互制約的關(guān)系稱(chēng)為友好 算法 啟動(dòng)時(shí)TCP實(shí)行慢啟動(dòng)，這期間速率大約每RTT添加一倍，以后快速得到它本人公平的帶寬份額。在穩(wěn)定形狀下，TCP運(yùn)用一種加法添加，乘法減少的機(jī)制AIMD來(lái)探測(cè)額外的帶寬和執(zhí)行擁塞控制 假設(shè)沒(méi)有喪失信息，TCP的擁塞窗口每RTT添加一個(gè)時(shí)隙。假設(shè)一次超時(shí)指示分組喪失，擁塞窗口減少到一個(gè)時(shí)隙，TCP重新進(jìn)人慢啟動(dòng)階段；假設(shè)3個(gè)一樣的ACK指示分組喪失，那么窗口減半IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 碼率控制碼率整形和基于窗口基于速率的分類(lèi)方法 基于單播、組播、單速率、多速率以及端到端的路由器支持的方法IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方

9、法 碼率控制和碼率整形 減少丟包和延遲的一個(gè)方法是在信源和(或)接納端運(yùn)用擁塞控制 碼率控制經(jīng)過(guò)使視頻流的碼率與可用的網(wǎng)絡(luò)帶寬相匹配，力求將網(wǎng)絡(luò)擁塞和丟包的數(shù)目降至最低 碼率整形迫使信源以碼率控制算法規(guī)定的碼率發(fā)送視頻流IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 碼率控制是一個(gè)基于估計(jì)的網(wǎng)絡(luò)中的可用帶寬來(lái)確定視頻通訊發(fā)送碼率的技術(shù) 現(xiàn)有的碼率控制方案可分為三類(lèi)：基于信源的、基于接納端的和混合的碼率控制IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 基 于信源的碼率控制 在基于信源的碼率控制下，由發(fā)信方擔(dān)任調(diào)理視頻傳輸碼率 基于信源的碼率控制機(jī)制要利用反響。發(fā)信方根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的反響信息調(diào)

10、理視頻 流的碼率 基于信源的碼率控制可運(yùn)用于單播和組播。對(duì)于單播 現(xiàn)有的基于信源的碼率控制機(jī)制按照兩種方法實(shí)現(xiàn)：基于探測(cè)器的方法和基于模型的方法IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 基于接納端的碼率控制 在基于接納端的碼率控制下，接納端經(jīng)過(guò)添加或丟棄通道(層)來(lái) 調(diào)理接納的視頻流碼率，而發(fā)信方不參與碼率控制 基于接納端的碼率控制只運(yùn)用于分層的組播，而不運(yùn)用于單播視頻 現(xiàn)有的 基于接納端的碼率控制機(jī)制按照兩種方法實(shí)現(xiàn)：基于探測(cè)器的方法和基于模型的方法IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 混合的碼率控制：在混合的碼率控制下，接納端經(jīng)過(guò)添加或丟棄通道來(lái)調(diào)理接納碼率，同時(shí)發(fā)

11、信方根據(jù)從接納端反響回的信息也調(diào)理發(fā)送碼率IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 碼率整形 經(jīng)過(guò)碼率整形技術(shù)可以將預(yù)緊縮的視頻比特流的碼率修正到目的碼率。碼率整形器是緊縮層與網(wǎng)絡(luò)傳輸層之間或兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)段之間的一個(gè)接口(或?yàn)V波器)，經(jīng)過(guò)它可以到達(dá)視頻流與可用帶寬之間的匹配IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 碼率整形 編解碼濾波器：編解碼濾波器對(duì)視頻流進(jìn)展緊縮和解壓 棄幀濾波器：棄幀濾波器可以區(qū)分幀的類(lèi)型(例如MPEG中的I幀、P幀和B幀)，并根據(jù)幀的重要程度丟棄某些幀 棄層濾波器：棄層濾波器可以識(shí)別并根據(jù)重要程度丟棄某些層 頻率濾波器：頻率濾波器在緊縮層進(jìn)展運(yùn)算 再量化

12、濾波器：再量化濾波器在緊縮層進(jìn)展運(yùn)算(即DCT系數(shù))IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 基于窗口和基于速率的擁塞控制 基于窗口的擁塞控制在發(fā)送端或者接納端運(yùn)用一個(gè)擁塞窗口來(lái)保證TCP友好 基于速率的擁塞控制根據(jù)某些指示網(wǎng)絡(luò)擁塞的網(wǎng)絡(luò)反響機(jī)制動(dòng)態(tài)地調(diào)整傳輸率，以獲得TCP友好性IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 單播和組播的擁塞控制 單播和組播通訊量都要求TCP友 好。然而，好的組播擁塞控制協(xié)議的設(shè)計(jì)比單播協(xié)議的設(shè)計(jì)要困難得多 組播擁塞控制機(jī)制理想的形狀應(yīng)該可以擴(kuò)展到較大的接納端集合，可以處置接納端異構(gòu)的網(wǎng) 絡(luò)條件IPTV流媒體代理緩存擁塞控制 擁塞控制的分類(lèi)方法 單速率和多速率的擁塞控制 TCP友好的組播擁塞控制協(xié)議一個(gè)普通的分類(lèi)規(guī)范是它們以單速率或者以多