EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم

EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کامپیوتر

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

www.irantarjomeh.com

تطبیق EDCA بهینه شده – Qos بین لایه ای برای استریم سازی ویدیویی بی سیم

چکیده

در این مقاله، ما نوعی از تکنیک بین لایه ای تطبیقی را پیشنهاد می نماییم که به صورت بهینه سبب ارتقای QoS ارسال ویدیویی بی سیم در IEEE 802.11e WLAN خواهد شد. این بهینه سازی خطای نابرابر ویژگیهای محافظتی استریم ویدیویی ، پارامترهای  IEEE 802.11e EDCA و طبیعت پر اتلاف کانال بی سیم را مد نظر قرار می دهد. تکینک پیشنهادی ما از دو  مدل تحلیلی استفاده می نماید: یک مدل اعوجاج ویدیویی و یک مدل ارزیابی عملکرد کلی کانال. اولین مدل اقدام به تشخیص کیفیت ویدیو بر حسب میانگین PSNR از کلیه فریم های ویدیویی کد برداری شده می نماید. مدل دوم اقدام به ارزیابی این کانال از طریق میزان اتلاف پاکت هر صف لایه های MAC می نماید، که پس از آن به عنوان ورودی هایی به داخل مدل اولی تغذیه می شوند. پارامترهای بهینه EDCA به وسیله یک ماژول بهینه سازی بر مبنای اطلاعات حاصله از مدل های تحلیلی انتخاب می گردند. دقت پارامترهای EDCA بهینه شده ما از طریق شبیه سازی گسترده تصدیق می‌گردد.

کلمات کلیدی: بین لایه‌ای / لایه متقاطع – عرضی، QoS ، بهینه سازی، ویدیوی H.264 ، شبکه بی سیم، ۸۰۲٫۱۱e

EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم

۱- مقدمه

بهینه سازی بین لایه ای (CLO ) به عنوان یک تکنیک موثر جهت ارتقای تعامل لایه های این پروتکل پیشنهاد شده است تا آنکه قابلیت ارتقای عملکرد شبکه های بی سیم حاصل آید. در این مقاله، ما برای ارسال ویدیویی بی سیم در محیط IEEE 802.11e WLAN یک CLO را به کار می‌بریم. CLO پیشنهادی ما در بردارنده سیستم کاربردی، لایه های MAC و لایه های فیزیکی همراه با به حداکثر رسانی کیفیت ویدیویی در لایه کاربردی می‌باشد. به استثنای بسیاری دیگر از تکینک های بین لایه ای دیگر که سبب فراهم شدن سازگاری در لایه کاربردی یا ارسال مجدد MAC [1]-[3] خواهند شد، الگوریتم پیشنهادی ما اقدام به بهینه سازی رویه انتخاب دو پارامترهای دسترسی کانال MAC برای IEEE 802.11e EDCA می نماید: CW_min (پنجره رقابتی حداقلی ) و AIFSN (تعداد فضای بین فریمی انطباقی). انتخاب CW_min و AIFSN مناسب می تواند سبب کاهش تاثیر رقابت MAC شده و به صورت دراماتیکی سبب ارتقای ارسال QoS ترافیک ویدیویی خواهد شد. از این رو چنین مبحثی به عنوان رویه اصلی ما مد نظر قرار می گیرد. الگوریتم بین لایه ای ترکیب کننده قدرت مدل اعوجاج ویدیویی [۴] پیشنهادی قبلی ما و مدل ارزیابی عملکرد کلی کانال IEEE 802.11e  [۵] می باشد. مدل ارزیابی کانال ما اقدام به بر آورد نسبت اتلاف پاکت برای هر یک از دسته بندی های دسترسی ۸۰۲٫۱۱e  (AC) می نماید، پس از آن به داخل مدل اعوجاج ویدیویی تغذیه شده تا آنکه قابلیت برآورد PSNR برای هر فریم ویدیویی کد شده H.264 وجود داشته باشد. الگوریتم پیشنهادی اقدام به بکارگیری استراتژی نگاشت QoS که در [۲] تشریح شده است می نماید و به صورت مقطعی پارامترهای EDCA  ((CW_min & AIFSN) را مجددا پیکر بندی می نماید تا آنکه کیفیت ارسال ویدیویی به حداکثر رسد.

ادامه این مقاله به شرح ذیل سازمان دهی می‌شود. ما یک شرح کلی از معماری بین لایه ای پیشنهادی خود را ارائه داده و اقدام به تشریح رویه بهینه سازی جهت به حداقل رسانی اعوجاج ویدیویی در بخش ۲ می نماییم. بخش ۳ نشان دهنده نتایج تجربی می باشد و همچنین تاثیر پارامترهای طراحی نیز در این بخش مورد بحث قرار می گیرد. در نهایت ما به نتیجه گیری این مقاله می پردازیم.

EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم

 ۲- الگوریتم بین لایه ای پیشنهادی

در این بخش، ما دیدگاه بهینه سازی بین لایه ای پیشنهادی خود را جهت ارسال ویدیو بر فراز یک ۸۰۲٫۱۱e  بر مبنای شبکه WLAN را تشریح می نماییم. هدف از الگوریتم بین لایه ای ما یافتن ارزش بهینه پارامترهای دسترسی کانال MAC مرتبط با EDCA  ۸۰۲٫۱۱e  می باشد که قابلیت به حداکثر رسانی کیفیت ویدیویی کد برداری شده ای را خواهد داشت که به وسیله کاربران نهایی برحسب PSNR ارائه شده است، در عین حال قابلیت حفظ عملکرد کلی حداقلی برای ترافیک داده نیز از این طریق تامین می‌شود.

به منظور حصول بینشی در زمینه الگوریتم پیشنهادی، ما به صورت مختصر اقدام به بحث عملیات بهینه سازی بین لایه ای خود در یک چشم انداز سطح بالا می نماییم. این الگوریتم کار خود را از طریق کد کردن استریم بیت ویدیویی به پاکت های ویدیویی آغاز می‌نماید. هر پاکت ویدیویی به یک MAC AC  مختلف نگاشت می شود که منوط به اولویت مشخص شده برای پاکت های ویدیویی در کد کننده منبع در سطح لایه کاربردی می باشد. این الگوریتم پس از آن اقدام به جمع آوری سه مورد از اطلاعات مختلف برای سه لایه متفاوت می نماید:  (۱) پیکربندی کد کننده ویدیویی از لایه کاربردی (۲) اطلاعات ترافیک از لایه MAC و (۳) اطلاعات وضعیت کانال از لایه فیزیکی. بهره گیری از دانش ویدیو، ترافیک و کانال به عنوان یک مولفه اصلی برای طراحی بین لایه‌ای (CLD) مد نظر می‌باشد که خود مشخص کننده مقادیر بهینه CW_min و AIFSN  است، موردی که سبب به حداکثر رسانی کیفیت ویدیویی برای ترافیک جاری و شرایط کانال خواهد شد.

۱-۲٫ معماری بین لایه ای

معماری بین لایه ای پیشنهادی در شکل ۱ نشان داده شده است و متشکل از ۳ مولفه می باشد که شامل مدل اعوجاج ویدیویی ، مدل ارزیای عملکرد کلی کانال و ماژول بهینه ساز می باشد. هر یک از این مولفه ها دارای عملکردها و اهداف متمایزی می باشند که می توان آنها را به شرح ذیل توصیف نمود:

۱) مدل اعوجاج ویدیویی نیازمند پارامترهای کد کننده ویدیویی (x_i) از لایه کاربردی و نرخ اتلاف پاکت (W_i)  هر صف اولویت همانند IEEE 802.11e AC می باشد که از طریق مدل ارزیابی عملکرد کلی کانال مورد سنجش قرار گرفته و سپس اقدام به پیش بینی اعوجاج D_i نموده که به وسیله کاربر نهایی بر حسب PSNR دریافت می‌شود. x_i به عنوان مجموعه ای از پارامترهایی به شمار می آید که ما جهت کد نمودن این ویدیو با استفاده از یک سیستم کد کننده از آنها استفاده می‌نماییم که خود متشکل از نرخ بیت ویدیویی ، اندازه میانگین پاکت ، تعداد فریم کد شده ، مد کد شدگی ، نرخ بینابینی و غیره می باشد. x_i  برای مدل اعوجاج ویدیویی نیز مهم می‌باشد که به منظور ارزیابی کیفیت ویدیو خروجی، بدون تکیه بر روش بازخورد که دارای سازگاری تاخیری – طویلی در جهت تغییر سریع شرط کانال می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابر این، ما از طریق کاربرد رویه تحقیقاتی اولیه خود در زمینه الگوریتم اعوجاج بلوک مدار فریم – بازگشتی هیبرید ، قابلیت ارزیابی اعوجاج ویدیویی که ناشی از خطای ارسال می باشد را خواهیم داشت.

۲-۲٫ بهینه سازی بین لایه ای

در این زیر بخش، ما این موضوع را تشریح می نماییم که چگونه می‌توان نسبت به فرمول بندی مشکل بهینه سازی برای استرم سازی ویدیویی بر فراز  WLAN  e 802.11 اقدام نمود. هدف یافتن یک خط مشی ارسال بهینه ∗Q می باشدکه قابلیت به حداکثر رسانی عملکرد کلی سیستمی را داشته باشد که خود می تواند شامل (۱) کیفیت ویدیو ارائه شده بوسیله اعوجاج ویدیویی (D(xi,Wi,Q و (۲) عملکرد کلی کانال (S_i) از کلیه ترافیک  های داده در شبکه باشد. به منظور تسهیل تناسب در داخل WLAN، ما محدودیتی را در نظر میگیریم که عملکرد کلی هر جریان ترافیک داده نباید کمتر از حداقل عملکرد کلی μ باشد. با توجه بدان که خط مشی ارسال Q به عنوان پارامتری به شمار می آید که ما خواستار حل آن میباشیم، به علاوه این امر ارزشمند خواهد بود تا ناحیه احتمالی Q را نیز مشخص نماییم.

EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم

۳- نتایج تجربی

قبل از ارائه تحلیل نتیجه، ما اقدام به تشریح رویه تجربی می نماییم. نتایج شبیه سازی ما بر مبنای نرم افزار Qualnet نگارش ۵/۴ می باشد. این شبیه سازی می بایست منطبق با نتایج برآورد کیفیت ویدیویی از مشکل CLD ما همراه با نتایج شبیه سازی حاصله از نرم افزار شبیه ساز Qualnet برای AIFSN  و CW_min مختلف باشد. دامنه تست ویدیویی در این آزمایش با استفاده از سیستم کد شده foreman  و با بهره گیری از JM 13.0 ، نرم افزار مرجع استاندارد فشرده سازی ویدیویی H.264/AVC می باشد[۷]. ۲۰۰فریم از سکانس foreman  در مد کد سازی  I-P-P  با ۱۵درصد نرخ میانی و تفکیک داده کد گذاری شده است. فایل رهگیری که به وسیله شبیه ساز Qualnet استفاده می شود بر مبنای جریان بیت ویدیویی کد گذاری شده ایجاد می شود. این اطلاعات که در فایل پیگیری درج می شوند بهصورت دامنه RTP نوع پاکت، زمان کد گذاری، مهر زمانی، اندازه پاکت و سطح اولویت می باشد. در این آزمایش، ما دو نمونه از منابع ترافیک را ایجاد نمودیم. یک نمونه ترافیک ویدیویی و نوع دیگر ترافیک داده ۱ مگا بیت در ثانیه  همراه با محدودیت ۳۰۰ کیلو بیتی در ثانیه برای هر ترافیک. ترافیک داده ۱ مگا بیت در ثانیه در داخل صف AC0 به دلیل القای اتلاف پاکت گنجانده شد. پس از آن ۵۰۰ مورد آزمایش تجربی مشخص شده و میانگین آنها برای هر نتیجه PSNR ویدیویی تعین گردید. مجموع چهار ایستگاه بی سیم در این آزمایش مورد شبیه سازی قرار گرفتند.

EDCA بهینه Qos استریم ویدیویی بیسیم

۴- نتیجه گیری

با وجود آنکه بهینه سازی بین لایه ای ارسال ویدیو بی سیم به طور گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته است تا آنجایی که ما از آن اطلاع داریم هیچ گونه الگوریتمی جهت استفاده از یک مدل e802.11  و ارزیابی دینامیکی پارامترهای ارسال بهینه (CWmin و AIFSN) که قابلیت به حداکثر رسانی کیفیت ویدیو را داشته باشند وجود ندارد. در این مقاله، ما یک تکنیک ارسال ویدیویی بین لایه ای انطباقی بر مبنای دو مدل تحلیلی را عرضه می کنیم. اعوجاج ویدیویی و کانال DTMC، مدل های ارزیابی عملکرد کلی. آزمایش ما نشان دهنده آن است که الگوریتم پیشنهادی می تواند به صورت دقیقی مقادیر AIFSN  و CWmin بهینه را حاصل آورده و از این طریق پارامتر حداکثری ویدیویی PSNR را تحصیل می نماید. تحقیق آتی ما بررسی بر روی پدیده کوژی یا تحدب مشکل بهینه سازی می باشد که در این مقاله ارائه گردیده است.