الگوریتم مدیریت فعال صف WRED برای تطبیق نرخ ویدیوی جویبار سازی شده

الگوریتم مدیریت فعال صف WRED برای تطبیق نرخ ویدیوی جویبار سازی شده

الگوریتم مدیریت فعال صف WRED

در این بخش دانلود رایگان مقاله مدیریت فعال صف WRED برای تطبیق نرخ ویدیوی جویبار سازی شده در شبکه را آماده کردیم که توسط سیوان رحیمی زر و همکارانش نگارش و در سال ۱۳۹۶ در چهاردهمین اجلاس سراسری فناوری رسانه ارائه شده است. در ادامه به چکیده و مقدمه ای از این مقاله فارسی کنترل ازدحام در شبکه پرداخته و لینک دانلود آن قرار داده شده است.

سرویس های ویدیویی مبتنی بر پروتکل اینترنت (IP)

در طی سال های گذشته به لطف رشد سریع فناوری ویدیو و افزایش پهنای باند در دسترس، سرویس های ویدیویی مختلفی در شبکه های مبتنی بر پروتکل اینترنت توسعه داده شده اند. بر این اساس همواره بر ارزش ویدیو به عنوان یکی از دسته های محتوایی مهم و پرمخاطب، در بستر شبکه های اینترنتی تاکید شده است. در مقاله حاضر روشی ارائه شده که به کمک تطبیق نرخ ویدیو و اولویت بندی بسته ها بوسیله مدیریت فعال صف در گره میانی با تحمیل کمترین بار اضافی به شبکه، کیفیت ویدیوی جویبار سازی شده در شبکه نسبت به روش جویبار سازی تطبیقی بهبود می یابد.

استفاده از ویدیو در بستر شبکه های مخابراتی

در چند سال اخیر محبوبیت ویدیو و انتقال آن در بستر شبکه های مخابراتی همواره رو به افزایش بوده است. رشد تکنولوژی ویدیو، بوجود آمدن دستگاه های جدید برای کاربران و افزایش پهنای باند در دسترس سبب بوجود آمدن و توسعه سرویس های ویدیویی مختلفی نظیر Video Conference ، Web TV ، Video On Demand ، OTT TV ، IPTV شده است.

محتوای چند رسانه ای در اینترنت و ازدحام در شبکه

به سبب رشد بسیار زیاد و گسترش اینترنت و همچنین افزایش تقاضا برای محتوای چند رسانه ای در اینترنت، جویبار سازی ویدیو به یکی از موضوع های مورد توجه در تحقیقات دانشگاهی و صنعت تبدیل شده است. از جمله مشکلات قابل توجه در این زمینه، بوجود آمدن ازدحام در شبکه و به سبب آن از دست رفتن بسته های ویدیو می باشد. بنابراین مساله جویبار سازی ویدیو در شرایط ازدحام و بررسی و رفع چالش های موجود در این زمینه از مسایل اجتناب ناپذیر در پژوهش های سالیان اخیر بوده است.

تطبیق نرخ ویدیو و الگوریتم مدیرت فعال صف WRED

در این مقاله با ترکیب تطبیق نرخ ویدیو و الگوریتم مدیرت فعال صف WRED ، روش پیشنهادی ارایه می شود. در روش پیشنهادی، حذف قاب تصویرهای B، تغییری در نرخ ارسالی ایجاد نمی کند. اما در مورد قابهای تصویر P و I ترجیح این است که نرخ بیت ارسالی ویدیو کاهش پیدا کند. تغییر نرخ بیت ویدیو در GOP های بعدی تصویر ایجاد می شود. عملکرد راهکار پیشنهادی نیز با استفاده از ابزار PSNR و VQA مورد ارزیابی قرار گرفته است.

الگوریتم مدیریت فعال صف WRED برای تطبیق نرخ ویدیوی جویبار سازی شده

شکل ۲: احتمال حذف بسته ها در WRED 

مدیریت صف برای جلوگیری از ازدحام در شبکه

کارها و پژوهش های مختلفی در زمینه مدیریت فعال صف، اولویت بندی بسته ها و همچنین تطبیق نرخ ویدیو انجام شده است. مدیریت صف یکی از راهکارهای مهم برای جلوگیری از ایجاد ازدحام، کنترل ازدحام و تامین کیفیت سرویس در شبکه های IP می باشد. نقش سنتی مدیریت فعال صف در شبکه های IP مکمل پروتکل های انتهایی همانند پروتکل TCP در کنترل ازدحام است، تا سبب افزایش کارایی شبکه شود.

مدیریت صف به روش Drop Tail

ساده ترین مکانیزم مدیریت صف روش Drop Tail می باشد که در آن هیچ نوع مدیریتی در حافظه صف صورت نمی گیرد. بر خلاف Drop Tail الگوریتم RED یک روش مدیریت فعال صف می باشد، که از اولین و مهمترین راهکارهای پیشنهادی برای مدیریت فعال صف می باشد.

معرفی الگوریتم RED

الگوریتم RED برای تشخیص ازدحام در شبکه وزن متوسط طول صف را محاسبه می کند، و با استفاده از دو مقدار آستانه حد پایین و آستانه حد بالا، در صورت بوجود آمدن ازدحام، دسته ی ورودی را علامت گذاری کرده و یا آن را حذف می کند. یکی از مشکلات الگوریتم RED این است که بین ترافیک های مختلف اولویت خاصی قایل نمی شود. برای غلبه بر این مشکل، الگوریتم WRED یا RED وزن دار که توسعه ای از RED می باشد بوجود آمد. در این الگوریتم یک صف به جای یک آستانه می تواند چندین آستانه داشته باشد، که هر آستانه می تواند به کلاس ترافیک خاصی تخصیص داده شود. به عبارت دیگر روش WRED قبل از حذف یک بسته اولویت آن را نیز در نظر می گیرد.

الگوریتم مدیریت فعال صف WRED برای تطبیق نرخ ویدیوی جویبار سازی شده

شکل ۳: معماری شبکه طراحی شده در مقاله

انتقال ویدیو به صورت اولویت بندی شده

انتقال ویدیو در شبکه به صورت اولویت بندی شده یکی از مباحث مورد توجه از همان ابتدای بوجود آمدن جویبار سازی ویدیو بوده است. سرویس های متمایز یکی از اولین روش های موفق در این زمینه بود که با توجه به کلاس های سرویس درج شده در سرآیند بسته ها با آنها رفتار می شد. به عنوان مثال در مقاله مرجع شماره ۶ و ۷ اولویت بندی های نابرایر برای بسته های ویدیو با استفاده از سرویس های متمایز معرفی شده است. برخلاف روش های قبلی که مبتنی بر ارایه سرویس های گوناگون به دسته های مختلف بودند در مقاله مرجع شماره ۸ یک روش ساده برای ارایه سرویس های متمایز به کلاس های مختلف (مثلا کلاس با تاخیر کم) برای جریان های ویدیو معرفی شده است.

بهبود انتقال ویدیوی اولویت بندی شده در مراجع مختلف

راهکارهای دیگری نیز برای بهبود انتقال ویدیوی اولویت بندی شده با استفاده از مدیریت فعال صف معرفی شده است. پژوهش انجام شده مقاله مرجع شماره ۹ روشی را پیشنهاد می کند که در آن بسته ها در یک صف قرار گرفته و با استفاده از کنترل کننده PID ، در مورد اولویت حذف بسته ها تصمیم گیری می شود. یک مدل تحلیلی برای انتقال ویدیو به صورت بهینه در مقاله مرجع شماره ۱۰ معرفی گردیده است، که در آن اهمیت حذف بسته ها به صورت اولویت بندی شده در مقایسه با روش حذف تصادفی، در ویدیوی لایه ای مورد بررسی قرار گرفته است.

در مقاله مرجع شماره ۱۱ یک راهکار برای تطبیق نرخ ویدیو پیشنهاد شده است. در این مقاله یک راهکار به منظور جویبار سازی نرخ تطبیقی ویدیو ارایه شده است. یک جریان ویدیو بوسیله کد کننده MPEG4، در ۳۰ نرخ مختلف و با استفاده از پیمانش گر ۲ تا ۳۱ کد می شود، در ابتدا اولین GOP از جریان ویدیو در یک نرخ مشخص شروع به ارسال کرده و با توجه به شرایط شبکه نرخ ویدیو در GOP های بعدی متناسب با شرایط شبکه ارسال می شود. در واقع در این روش یک جریان ویدیو در ۳۰ کیفیت متفاوت، کدگذاری می شود و با استفاده از اطلاعات به دست آمده از بسته های پیام تصدیق ، برای ارسال GOP های بعدی ویدیو از بین نرخ بیت های موجود تصمیم گیری می شود.

در مقاله مرجع شماره ۱۲ یک معماری چندلایه مبتنی بر کیفیت تجربه کاربر و به منظور بهبود جویبار سازی ویدیو بیان شده است. در این پژوهش نرخ بیت منابع ویدیو با توجه به شرایط شبکه در لایه کاربرده به صورت پویا تطبیق پیدا می کند. همچنین در لبه شبکه با استفاده از یک الگوریتم کنترل پذیرش ویدیو محور، در لایه شبکه، کیفیت نشست های فعال ویدیو حفظ می شود. در مقاله مرجع شماره ۱۳ یک روش اولویت بندی هوشمندانه برای حذف بسته های ویدیو ارایه شده است. در این روش بسته های P ، I و B از جریان ویدیو با استفاده از بخش TOS از سرآیند پروتکل IP علامت گذاری می شوند، و در صورتی که بنا به هر دلیلی قاب تصویر در طول مسیر از دست برود مسیریاب لبه به طور هوشمندانه بسته های مربوط به قاب های تصویر P و B وابسته به آن قاب تصویر ا را حذف می کند.

از این رو در مسیریاب ها در شبکه بالاترین اولویت زمان بندی به قاب های تصویر اختصاص داده می شود، تا حتی الامکان مانع از دست رفتن قابهای تصویرا شود. در مقاله مرجع شماره ۱۴ یک راهکار برای حذف هوشمندانه بسته های ویدیوی IPTV در DSLAM ارایه شده است. حذف هوشمندانه بسته ها از این واقعیت استفاده می کند که بعضی از بسته های مربوط به قابهای تصویر ویدیو (مانند I و P از اهمیت بیشتری نسبت به دیگر بسته ها (مانند B) برخوردارند. این اهمیت را می توان در سرایند بسته های ویدیو اعمال نمود. بنابراین هنگام وقوع ازدحام در DSLAM ترجیحا بسته های با اولویت پایین تر حذف می شوند.


مشاهده ویدئو در این باره

خوشحال خواهیم شد اگر نظر خودتون رو درباره این مطلب ثبت کنید

خطا!دکمه ریفریش را بزنید