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无线多跳网络视频传输的多路径选择及调度技术

富士通研究开发中心有限公司

2016-09-20

富士通研究开发中心有限公司开发了一种用于无线多跳网络视频传输的多路径选择及调度技术。已有的多跳视频传输方法将跳数最少的路径作为主路径,跳数较多的路径将被丢弃或者只是作为主路径失效后的备选路径。这些方法没有考虑实际的应用需求,因为跳数最少的路径并不一定是延时最小的。

我们提出的视频传输技术以应用为中心,可以实现多描述视频流的传输。视频数据的有效传输被作为路径选择的依据,即根据路径的实际延迟状况进行路由选择并用于不同优先级数据的传输。此外,所提技术将采用路径切换策略应对网络环境的改变。

与传统方法相比,该技术同样适用于以多跳的方式实现远距离的视频传输,但是其面向应用的特点可以减小视频流中I帧数据包的端到端延迟,同时提高收包率,从而降低视频失真。

详细技术发表于2016年9月5~9日在塞浦路斯帕福斯召开的第12届国际无线通信和移动计算大会(The 12th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference, IWCMC 2016)。

【开发背景】

近年来,随着无线通信技术和多媒体技术的快速发展,基于无线网络的视频通信需求不断增长。无线多跳网作为一种低成本、易部署和组网灵活的无线网络,可应用于远距离、大范围的视频传输。但是,由于无线通信环境的复杂性,如何保证无线网络中视频传输的质量成为有待解决的问题。

【 课题 】

已有的多路径视频传输方法选取跳数最少的路径作为主路径,其余路径被丢弃或作为主路径的备选路径。如图1所示,在传统方法中,路径1将被选作主路径,路径2将被选为主路径的备选路径。

这些路径选择方法认为跳数少的路径延时小,仅把路由作为网络层问题进行考虑,与应用分离,没有考虑具体的应用场景。然而,在实际网络中会存在如语音、数据等多种业务,这些业务将不可避免地影响视频传输的质量。

此外,已有的方法没有考虑网络环境的变化。如图1所示,当路径1受到其他业务(路径3)干扰时,视频传输的质量将会受到严重影响。例如,路径1上的节点1和节点2将会受到路径3上的节点3和节点4的干扰,进而在这两个节点上出现数据包丢失的现象。

多路径传输示意图
图1 多路径传输示意图

【 开发的方法 】

本次开发的多路径选择及调度技术考虑了视频数据的特点以及无线信道易受干扰的实际情况。如图2所示,具体的方法分为三个部分:路径选择、失真感知和路径调度。

多路径选择及调度技术原理图
图2 多路径选择及调度技术原理图

1. 路径选择

在网络部署完成之后,提出的方法首先使用回溯路由算法寻找K条节点分离路径。由于多描述视频流中不同类型的视频数据(I、B、P)对于恢复视频的质量具有不同的重要性。所以,将数据的类型作为路径选择的依据,不同的视频数据被分配到不同的路径。

2. 失真感知

网络环境的变化将会影响数据传输,恢复视频的质量同时受到收包率和端到端延时的影响。针对这一问题,所提方法利用失真感知检测网络环境的变化情况,不仅考虑数据的收包率,同时考虑数据到达的及时性。

源节点发送的视频数据包含了发送时间信息。目的节点统计不同视频帧(I、B、P)的收包率以获取视频失真信息,其中超出截止时间收到的数据包同样被视为无效的数据包。

3. 路径调度

当失真感知过程检测到视频质量下降时,目的节点将视频失真信息反馈给源节点,源节点结合路径上的干扰及数据包的重要性进行路径切换。路径切换保证了重要性高的I帧数据的优先传输,进而减小了恢复视频的失真度。

通过本技术,我们可以实现至少6跳的视频传输,同时该技术可将网络覆盖率提高9倍。

【 将来 】

富士通研究开发中心将进一步研究多源多目的视频传输方式,探索扩大网络容量的有效方法。同时积极寻找相关技术与潜在用户应用需求的契合点,旨在实现无线多跳网视频传输的实际应用。

电话: 电话: 010-59691510(直拨)
邮箱: 邮箱:kubo@cn.fujitsu.com
公司:富士通研究开发中心有限公司
通信技术研究部

新闻ID: 2016-09-20
日期: 2016-09-20
公司: 富士通研究开发中心有限公司