[发明专利]用于IEEE802.11无线局域网上的可扩展视频组播的跨层优化

说明书

技术领域

本发明涉及在无线局域网(WLAN)上组播的视频内容，更具体地，涉及通过调整横跨多层协议栈的差错控制策略来优化针对目标用户的分发而得到的视频质量的改进。

背景技术

IEEE802.11无线局域网(WLAN)上的视频组播使得能够有效地向多个接收机分发实况视频或预先记录的视频，例如，电视节目或特定位置的视频信息在诸如机场、咖啡馆和大型购物中心之类的热点区域中的分发。用户可以在浏览因特网的同时通过移动设备观看喜欢的电视节目。其它的示例包括在隧道和地铁中使用WLAN将卫星电视服务延伸到移动设备、无线视频课程、以及针对企业用户的视频培训等等。

无线网络中的误码率通常较高。对于组播而言，IEEE 802.11无线链路层不执行丢失的分组的重传。如果发生差错，则在接收机处丢弃该数据帧。因此，在不具有优良的接收条件的情况下，无法向用户保证所需要的可靠性。此外，在视频组播应用中，针对相同视频的接收机可能经历不同的信道条件，并且针对接收机的信道条件由于衰落、遮蔽、干扰和移动性而在不同的时间变化。新的接收机可以在会话期间加入，或者某些接收机可能离开，从而导致了变化的用户拓扑。

在本领域中已知的是，为了在无线局域网(WLAN)中实现可靠的视频传输，每个网络协议层提供了单独的解决方案，例如，对适当的物理层调制和信道编码(PHY模式)的选择、媒体接入协议(MAC)层重传、应用层前向纠错(FEC)、分组大小优化、可扩展视频编码的使用、等等。然而，每一层的机制独立地操作并且独立地选择该其机制的参数。这种分层的方法并未产生针对视频传送的最优系统性能。

近来，用于实现针对WLAN中的视频传输的最优系统性能的跨层设计已经获得了一些关注。已经通过联合地适配MAC重传限制、应用层FEC、分组化和可扩展视频编码提出了针对WLAN中的视频单播的跨层保护策略。然而，该策略不可应用于组播。首先，对于组播而言，多个用户接收相同的视频，并且对于优化系统设计而言必须考虑所有用户的总视频质量。应当注意，该相同视频的接收机可能同时经历不同的信道条件，并且相同的接收机也可能在不同时间经历不同的信道条件。接收机可能在会话期间加入或离开，因此接收机拓扑动态地改变。不可能像现有技术中一样基于单个用户的反馈来作出适配判决。其次，IEEE 802.11链路层不执行对丢失的组播数据帧的重传。如果发生差错则在接收MAC处丢弃该帧。第三，在现有技术中，PHY模式是固定的。PHY模式是影响视频传输质量的重要参数，特别是在组播的情况下(未经用户链路适配和重传)，因此，对于跨层优化而言需要考虑PHY模式。第四，在现有技术中，带宽分配是优化的。当可针对不同的PHY模式调节信道带宽时，对带宽分配进行优化是不直接的。取而代之地，需要将信道使用率(channle usage)视为更通用的资源。

本发明要解决的问题是如何在有效地利用可用无线网络资源的同时为期望/目标服务区域中的相同组播视频的所有用户提供服务质量。因此，为了在有效地利用可用的无线网络资源的同时向期望/目标服务区域中的相同组播视频的所有用户提供服务质量，新的跨层优化算法对于提供802.11IEEE上的有效和健壮的视频组播服务是必要的。

发明内容

本发明基于一种用于IEEE802.11WLAN上的可扩展视频组播的自适应跨层优化方法和系统。因此，本发明控制并适配不同的网络协议层中可用的各种编码、传输和保护方案，包括物理层中的调制和信道编码模式(PHY模式)、应用层前向纠错(FEC)开销、分组化以及可扩展视频编码速率，以实现期望/目标服务区域中的组播视频会话的所有接收机的最优整体视频质量。此外，根据层(基础层和增强层)的重要性，将不同的跨层传输和保护参数应用于可扩展视频的基础层和增强层。本发明的方法和系统能够动态地适用于多用户的变化的用户拓扑和信道条件。

本发明描述了一种用于在组播会话中向多个接收机传输视频信号的系统和方法，包括控制并适配网络协议栈中的多个层的编码、传输和保护方案。本发明的系统和方法实现了接收机在目标服务区域中的多播会话中的最优整体视频质量。

附图说明

根据下面结合附图来阅读的详细说明，能够最佳地理解本发明。该附图包括以下简述的图示，其中，附图中相似的数字表示类似的元件：

图1是一种网络系统的概述图；

图2是本发明的方法的流程图；

图3是根据本发明的视频服务器的示意性框图；

图4是针对不同的IEEE802.11a PHY模式的分组丢失率的仿真；