Page 33 - 网络电信2019年5月刊下
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型（AC——Acces  Categories）来区分数据流的优先级，当语                输，然后Wi-FiAP设置了不同的传输速率根据不同的优先级转发
            音、视频、尽力而为的数据报文和背景数据流转发到MAC层的时                        基准层和增强层的数据流。建议的方式是基准层赋予较低的MCS
            候，它们就会根据优先级进入相应的AC队列中等待发送。                           （Modulation  and  coding  scheme），这样确保网络中较低处
                但如果有多个视频流进行传输，802.11e就没有办法进一步                    理能力的终端至少能播放基本的视频流，赋予较高处理能力的
            再区分它们之间的优先级。另外802.11e也没有针对组播视频传                      终端较高的MCS，使其能接收和播放较高清晰度的视频流。
            输的可靠性机制进行改善。                                             参考文献   ［14］ 和 ［15］ 是利用视频的分层结构的特点在AP上传
                                                                 输不同的组播数据流的例子。参考文献               ［14］ 讨论了传输基本视
                二、基于QoE的跨层视频传输的总体框架                              频清晰度质量的内容（基准层）以及增强型清晰度（增强层）
                对于上述的单播、组播以及802.11e视频处理的特点和局                     的方案，利用FMS（Flexiblemulticastservice）模式来增强省
            限，为了提高Wi-Fi网络中视频传输的质量，传统的解决方案是                       电模式下的组播数据报文的处理，让接收终端可以根据处理能
            在网络的各个层次中处理各自相关的数据，例如传输层和MAC层                        力选择高清晰度视频或者电能消耗较少的基本质量的视频。结
            研究的重点是数据流的队列优先级，组播传输的重传和纠错机                          果表明这个方案能有效地满足用户对于视频质量和资源消耗权
            制等，并没有涉及到承载的视频流本身的编码和传输的特点，                          衡的需求。
            也没有跟人的主观体验有直接的对应关系。这种数据流的QoS的                            参考文献    ［15］ 利用了相同的视频编码分层的结构，把基
            处理机制已经非常成熟，但对于视频质量提高已经没有更多改                          本质量的视频流和增强的视频流分别放入802.11aa定义的新
            进的空间。例如，如果要在同一个无线网络中支持异构终端不                          增加的2个队列来区分优先级。另外文献中利用组播冲突防护
            同清晰等级的视频播放质量，目前不能通过已有的QoS处理机制                        （Multicast  Collision  Prevention）来减少组播冲突，并增
            来实现。                                                 加接收方的反馈机制来支持数据包重传机制。
                近年来QoE（Quality  of  Experience）是业界关注的重点              参考文献   ［16］ 根据信道统计、源速率以及视频播放的缓冲
            ［4-5］
                。它把用户的体验作为视频传输性能提升的目标。它背后                        状态来调整应用层的播放速率，在物理层上根据丢包率来进行
            的思路是期望网络设备并不仅仅是传输的物理层或路由选择的                          QoS和QoE匹配，文中指出这样的跨层架构能避免视频播放缓冲
            通道，需涉及被传输的应用层内容，然后根据用户对内容质量                          的清空，及时调整缓冲大小来提高视频播放的效果。
            的需求调整传输的带宽。所以QoE研究的是跨网络层方案的视                             本文把这些QoE的研究归纳到系统设计的结构框架中，分别
            频传输   ［13］ ，也就是网络中的上下各层（应用层、MAC层和物理                  介绍各个层次的作用和设计要求，通过基于QoE的度量参数来建
            层）互相配合，利用被传输的视频流的特点来提高质量，而不                          立应用层、MAC层和物理层之间互相配合的关系，来整体提高视
            仅仅把视频传输当成内容无关的数据报文和比特流来转发。                           频传输的用户体验的质量。
                本文根据近年来QoE的研究，从系统设计的角度归纳出无线                          1、基于QoE的跨层视频传输的度量（Metrics）
            网络中进行跨层视频传输的总体框架（见图1）。这个框架中包                             传统度量视频传输QoS的方式跟数据报文一样，即关注视频
            含应用层、802.11MAC层以及物理层进行视频流传输的从上至下                     流中的丢包率、时延和时延抖动。实际上这样的度量并不能体
            的过程，同时物理层收集视频流的链路状态，并从下至上反馈                          现用户对视频质量的真实体验，这些统计数据的实时变化并没
            到MAC层和应用层进行重传控制、缓冲区管理以及视频分层的控                        有跟主观上的视频质量有完全直接的一对一的匹配关系。从终
            制等。利用视频QoE的度量（Metrics）参数来评估整个视频传                     端播放视频的质量来分析，实时缓冲（BufferUtilization）的
            输过程的性能，本文使用的参数是实时缓冲区大小的使用情况                          使用情况以及可持续播放的时间（PlayTime）直接影响用户的
            以及可持续播放视频的时间。                                        体验，本文借鉴了参考文献          ［25］ 的视频QoE的计算方式作为本跨
                                                                 层架构的核心度量。根据图1的跨层视频传输的架构，下面是针
             图1 基于QoE的跨层视频传输框架
                                                                 对可分层视频播放质量的度量方式（Metrics）。
                                                                     H.264/MPEG-4视频流在编码的时候分成基准层和增强
                                                                 层后进行传输，基准层和增强层的视频对应不同的编码码率
                                                                 （Rate）。根据无线环境中不同终端处理视频的不同能力，在
                                                                 物理层针对不同层的视频流利用不同的MCS来进行传输，这样基
                                                                 准层和增强层就有不同的实时吞吐量的测量数据。
                                                                     下面公式中的i代表了不同的视频层的编号，i=1是基准
                                                                 层，i>1是各个增强层。平均吞吐量（AvgThroughput）是各
                                                                 个视频层传输的吞吐量之和的平均值（Mbit/s）。平均码率
                                                                 （AvgRate）是各个视频层的码率之和的平均值（Mbit/s）。


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                这个跨层的架构中充分利用了H.264/MPEG-4视频分级的特                                                                    （2）
            点，即相同的视频流在编码时先分成基准层和增强层后进行传

                                                       网络电信 二零一九年五月                                            57
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