无线网络视频感知的机会网络编码实现方法技术

本发明专利技术提出了一种无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，具体包括：A、节点首先判断待转发的数据包是否满足编码条件，对满足编码条件的编码包和需要转发的原始数据包采用视频感知的机会转发机制；B、根据数据包的重要程度以及无线网络的邻居链路质量状况，用效用增益函数来评估每个数据包对视频质量的贡献程度；C、根据数据包的效用增益函数值的不同，为其分配不同的优先级，效用增益函数值越大，数据包将以更高概率接入信道；反之，则接入信道概率降低。本发明专利技术根据效用增益值的大小，采用多优先级的调度机制接入信道，提高网络视频传输质量。

【技术实现步骤摘要】
无线网络视频感知的机会网络编码实现方法
本专利技术涉及一种无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，属于计算机通信网络领域。
技术介绍
随着通信技术的迅猛发展，无线网络由于其网络覆盖范围广、投资成本低廉、组网灵活等优势得到了广泛应用。新兴的多媒体应用如视频点播、网络游戏、移动电视等对无线通信网络的实时数据传输和服务质量（QoS）保证提出了更新的、更高的要求。无线网络中的多媒体数据流传输十分复杂，研究表明现有的协议并没有充分考虑无线通信的固有特性，使得无线通信环境下的网络性能明显降低。2000年，香港中文大学R.W.Yeung等人提出了网络编码的思想。自此，网络编码正式进入人们的视线，它打破了通信网络中传统的存储转发的信息处理方式，成为通信领域的一个研究热点。网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术，它在传统存储转发基础上，允许对接收的多个数据包进行编码信息的融合，以增加单次传输的信息量，从而提高网络整体性能[6]。研究表明，网络编码在提高网络吞吐量、改善负载均衡、增强网络鲁棒性等方面均显示出显著的优越性。目前，基于网络编码的无线多媒体技术研究已取得很大的进展，但还存在着若干尚未解决的问题或尚未探索的研究方向。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：现有的无线网络编码机制大多面向普通的数据通信，没有考虑视频数据的特性，从而无法高效地支持实时视频通信。针对这一问题，本专利技术设计了视频感知的机会网络编码（VONC,Video-awareOpportunisticNetworkingCoding）机制，以便更加有效地支持无线网络环境下实时视频通信。本专利技术具体采用以下技术方案：无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，包括以下步骤：A.节点首先判断待转发的数据包是否满足编码条件，对满足编码条件的编码包和需要转发的原始数据包进入下一步骤，否则退出；B.根据数据包的重要程度以及无线网络的邻居链路质量状况，用效用增益函数来评估每个数据包对视频质量的贡献程度；所述的步骤B中数据包重要程度为每个原始数据包pi在数据流中的重要程度，用Ii表示，Ii=λi·△i(3)其中，λi为每个数据流Fi所对应的流优先级，失真值Δi表示原始数据包pi丢失情况下对于图像质量的影响程度；所述的步骤B中效用增益函数用于对于满足编码条件的每一种编码组合数据包表示其对视频传输质量的贡献程度，用U(Pc)表示，其中，表示编码数据包中所包含的每个原始数据包的效用增益函数，M为编码数据包中所包含的原始数据包个数；定义Li为转发数据包pi的邻居链路状况，采用数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX的倒数表示，ETXavg(Ci)表示数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX，进一步采用公式（6）表示：对于每个数据流Fi，均有自己的转发节点集合Ni，hi为Fi的转发节点集合的数目，Ni,j为下一跳转发节点，而ETX(Ci,Ni,j)为当前节点Ci到其下一跳转发节点Ni,j的链路期望传输次数ETX，对于j=1,2,3…,hi，转发节点Ni,j满足以下条件：ETX(Ni,j,Di)<ETX(Ci,Di)(8)式（7）表示任意Ni,j∈Ni均为节点的一跳邻居节点，公式（8）表示任意Ni,j∈Ni到目的节点Di的ETX小于当前转发节点Ci到目的节点Di的ETX；根据公式（5）～（8）得出，对于一个原始数据包，其效用增益函数的计算公式如下：结合公式（4），对于存在编码机会的编码数据包，其编码包效用增益函数U(Pc)公式如下：进一步的，本专利技术的无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，还包括步骤C：根据数据包的效用增益函数值的不同，为其分配不同的优先级，效用增益函数值越大，数据包将以更高概率接入信道；反之，则接入信道概率降低；具体的步骤为：C1.节点发送数据包时，首先根据数据包优先级等待相应的AIFS时间间隔；C2.节点将进入退避阶段，进行信道竞争，竞争窗口值在(0，CW)间选取，竞争窗口CW初始值设为竞争窗口值的最小值CWmin，如果传输失败，竞争窗口CW将加倍，直至达到最大竞争窗口值CWmax。本专利技术采用以上技术手段，具有以下有益效果：本专利技术提出的无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，首先，根据视频流数据包的重要程度以及无线网络的链路状况，用效用增益函数来评估每个数据包对视频质量的贡献程度。在此基础上，采用多优先级的调度机制接入信道，提高了网络视频传输质量。附图说明图1为网络模型。图2为多优先级数据包调度策略表。图3为仿真实验场景的网络拓扑结构。图4为仿真实验各协议可解码率对比情况。图5为仿真实验各协议的平均PSNR对比情况。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案、有益效果更加清楚明白，以下对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术采用期望传输次数ETX(expectedtransmissioncount)作为转发节点的度量准则。利用ETX，路由协议能够在无线网络中寻找出高吞吐量路径。除了最小化成功传递一个数据包所需要的总的传输次数（包括重传）的期望值，ETX还综合考虑了路径上相继链路之间的干扰、链路丢失率以及链路丢失率的不对称性等因素所带来的影响，这对于在无线网络中提高视频传输质量也有着重要的作用。链路的ETX是指通过一条链路成功传输一个数据包需要的期望传输次数（其中包含重传次数）。而一条路径的ETX可以通过对这条路径的所有链路的ETX求和来计算。在计算一条链路的ETX时需要使用这条链路的正向以及反向传输率。对于节点X和Y之间链路，正向传输率rX,Y(t)是数据包成功传输到接收端的概率，反向传输率rY,X(t)是接收端发送的ACK包被发送端成功接收的概率。那么，一次传输被成功接收且被响应的概率可以表示为：rX,Y(t)×rY,X(t)。若发送端未在规定时间内收到ACK包，其将对数据包进行重传。由于每次发送数据包都可以当作是一次伯努利实验，那么，该链路的期望传输次数可表示为：链路传输率r(t)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，其特征在于：包括以下步骤：A.节点首先判断待转发的数据包是否满足编码条件，对满足编码条件的编码包和需要转发的原始数据包进入下一步骤，否则退出；B.根据数据包的重要程度以及无线网络的邻居链路质量状况，用效用增益函数来评估每个数据包对视频质量的贡献程度；所述的步骤B中数据包重要程度为每个原始数据包pi在数据流中的重要程度，用Ii表示，Ii=λi·△i(3)其中，λi为每个数据流Fi所对应的流优先级，失真值Δi表示原始数据包pi丢失情况下对于图像质量的影响程度；所述的步骤B中效用增益函数用于对于满足编码条件的每一种编码组合数据包表示其对视频传输质量的贡献程度，用U(Pc)表示， U ( P c ) = Σ i = 1 M U ( P N i ) - - - ( 4 ) 其中，表示编码数据包中所包含的每个原始数据包的效用增益函数，M为编码数据包中所包含的原始数据包个数；定义Li为转发数据包pi的邻居链路状况，采用数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX的倒数表示， L i = 1 ETX avg ( C i ) - - - ( 5 ) ETXavg(Ci)表示数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX，进一步采用公式（6）表示： ETX avg ( C i ) = Σ j = 1 h i EXT ( C i , N i , j ) h i - - - ( 6 ) 对于每个数据流Fi，均有自己的转发节点集合Ni，hi为Fi的转发节点集合的数目，Ni,j为下一跳转发节点，而ETX(Ci,Ni,j)为当前节点Ci到其下一跳转发节点Ni,j的链路期望传输次数ETX，对于j=1,2,3…,hi，转发节点Ni,j满足以下条件： ∃ N i , j ∈ N i , ∀ N i , j , j = 1,2,3 . . . , h i ; - - - ( 7 ) ETX(Ni,j,Di) U ( P N i ) = I i &...

【技术特征摘要】
1.无线网络视频感知的机会网络编码实现方法，其特征在于：包括以下步骤：A.节点首先判断待转发的数据包是否满足编码条件，待转发数据包分为两种，分别为编码包以及原始数据包；对满足编码条件的编码包和需要转发的原始数据包进入下一步骤，否则退出；B.根据待转发数据包的重要程度以及无线网络的邻居链路质量状况，用效用增益函数来评估每个待转发数据包对视频质量的贡献程度；所述的步骤B中待转发数据包重要程度为每个待转发数据包pi在数据流中的重要程度，用Ii表示，Ii＝λi·Δi(3)其中，λi为每个数据流Fi所对应的流优先级，失真值Δi表示待转发数据包pi丢失情况下对于图像质量的影响程度；所述的步骤B中效用增益函数用于对于满足编码条件的每一种待转发数据包表示其对视频传输质量的贡献程度，用U(Pc)表示，其中，表示待转发数据包中所包含的每个原始数据包的效用增益函数，M为待转发数据包中所包含的原始数据包个数；定义Li为待转发数据包pi的邻居链路状况，采用待转发数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX的倒数表示，ETXavg(Ci)表示待转发数据包pi的当前转发节点Ci与其邻居节点之间的平均期望传输次数ETX，进一步采用公式(6)表示：对于每个数据流Fi，均有自己的转发节点集合Ni，hi为Fi的转发节点集合的数目，Ni,j为下一跳转发节点，而ETX(Ci,Ni,j)为当前节点Ci到其下一跳转发节点Ni,j的链路期望传输次数ETX，对于j＝1,2,3…,hi，转发节点Ni,j满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小墨，白光伟，沈航，李懿雯，曹磊，徐长庚，
申请(专利权)人：句容市东启明软件开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32