Исследование сетевых моделей IPTV тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Гергес Мансоур Салама Мансоур

• Гергес Мансоур Салама Мансоур
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гергес Мансоур Салама Мансоур

Список сокращений.

Список обозначений.

Введение.Ю

1. Оценка мультимедийных услуг и исследование сетей 1РТУ.

1.1 Общая оценка мультимедийных услуг

1.2 Архитектура 1РТУ-сети

1.3 Функциональная структура 1РТУ сетей.

1.4 Выводы

2. Исследование вопросов применения теории телетрафика к сетям 1РТУ.

2.1 Распределительная сеть 1РТУ.

2.2 Возможные математические модели вероятности блокировки пакетов.

2.3 Качество оценка производительности упорядочивания пакетов при одновременном многолучевом распространении данных в 1РТУ-сети.

2.4 Аналитическая модель сети 1РТУ

2.5 Выводы

3. Усовершенствование схемы передачи 1РТУ-УоБ в широкополосных сетях связи.

3.1 Сети 1РТУ прова.

3.2 Категории видео-услуг

3.3 Д¥1Мах применение и проблемы для 1РТУ.

3.4 Адаптивный гибридный механизм передачи.

3.5 Сценарии обслуживания IPTV-видео по запросу.

3.6 Предложенный алгоритм (АНТ).

3.7 Модель реализации АНТ.

3.8 Модель системы АНТ и численный анализ

3.9 Выводы

4. Натурный эксперимент в сети IPTV

4.1 Вместимость буфера повторного упорядочивания пакетов для различных задержек на трассе.

4.2 Улучшение качества передачи IPTV требует использование сети с широкополосной схемой передачи.

4.3 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование сетевых моделей IPTV»

Актуальность исследования и состояние предмета исследования

Мы называем это IPTV. И, без сомнения, - это то, куда идет мир».

Председатель совета директоров компании Microsoft

Билл Гейтс.

IP-телевидение (Internet Protocol Television, IPTV) —это предоставление услуг цифрового телевидения и других аудио - и видеоуслуг по широкополосным сетям передачи данных с использованием основных протоколов, поддерживающих информационно-телекоммуникационную сеть «Интернет». Через IPTV-сеть можно оказывать прямые и по требованию цифровые телевизионные и видеоуслуги путем передачи соответствующих программ на телевизионные приемники или видеотерминалы в стандартном формате, а также в формате с высоким разрешением.

Со времени принятия стандарта IEEE 802.16d/e глобальной совместимости доступа WiMax, применение сети широкополосного беспроводного доступа позволит расширить возможности оказания услуг IPTV с широким привлечением беспроводной мобильной связи. Обеспечение высокой скорости передачи данных на базе технологии WiMax (как мобильных, так и фиксированных пользователей) при просмотре телевизионных программ в режиме реального времени или при предоставлении услуги видео по требованию VoD (Video of Demand) делают весьма перспективным IP-телевидение на базе технологии WiMax. Кроме того, создание IPTV-сетей позволит пользователям не только подписаться, по их выбору, на любой канал, но и получить ряд новых услуг, таких, как услуга VoD, постановка на паузу передач прямого эфира и т.п.

Все это делает исследования, проводимые в диссертационной работе, актуальными.

Цель и задачи исследования

Целью диссертации является исследование сетевых аспектов 1РТУ и анализ численных характеристик 1РТУ-трафика и качества услуг через 1РТУ-сеть.

Сформулированная цель определила необходимость решения следующих научных задач.

1. Разработка математической модели организации очередей для сети 1РТУ и ее численный анализ.

2. Анализ использования многоадресной передачи для организации 1РТУ-услуг и расчет вероятности блокировки в сети 1РТУ.

3. Оценка влияния нарушения первоначальной очередности пакетов при многолучевом распространении сигнала в 1РТУ-сети.

4. Расчет заполнения буфера восстановления первоначальной очередности пакетов в разных ситуациях задержек этих пакетов.

5. Разработка схемы передачи услуги УоЭ через 1РТУ-сеть \ViMax с гибридным механизмом передачи и алгоритма АНТ.

Методы исследования

Для решения этих задач используются методы теории телетрафика, вычислительной математики, теории оптимизации, имитационного моделирования.

Научная новизна

Научная новизна исследования состоит в создании новых методов для исследования нового объекта в современных телекоммуникациях - 1РТУ-сетей. Новизна диссертационной работы заключается также в предложенной модели систем с приоритетными дисциплинами обработки услуг 1РТУ.

Личный вклад

Все основные результаты диссертации получены автором лично.

Практическая ценность работы

Результаты диссертационной работы используются в СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича при чтении лекций по курсу «Современные проблемы науки в области телекоммуникаций» и в Научно-техническом центре «Севентест» при разработке протокол-тестеров и средств сетевого мониторинга качества услуг IPTV. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и были одобрены на 63-й, 64-й и 65-й научно-технических конференциях студентов, аспирантов СПбГУТ, на 62-й и 63-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУТ, на Международной конференции «FRUCT8, Lappeenranta, Finland 2010», на Международной конференции «FRUCT9, Petrozavodsk, Russia 2011», на Международной конференции «NEW2AN 2011, СПб, Russia 2011», а также на заседаниях кафедры Систем коммутации и распределения информации СПбГУТ в 2008, 2009, 2010 и 2011 годах.

Публикации

По материалам диссертационной работы в научно-технических журналах и в трудах международных и всероссийских научных конференций опубликовано 12 печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы, 3 приложения. Объем пояснительной записки - 142 страниц, иллюстраций - 48, список литературы - 68 названий. Основные положения, выносимые на защиту • Формализованная модель блокировки услуг в сетях IPTV;

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Гергес Мансоур Салама Мансоур

4.3 Выводы

1 Осуществлено моделирование работы 1РТУ-системы с использованием программы МаЙаЬ с целью определения вероятности блокировки в разных пунктах и на разных уровнях 1РТУ-сети, а также с целью оценки эффективности схемы передачи 1РТУ-УоО в широкополосных сетях связи.

2 Проведено сравнение числа необходимых сеансов часто запрашиваемых видео непредсказуемой длины для одноканальной и многоканальной многоадресной схем передачи, показавшее, что обслуживание очень популярного видео с помощью многоканальной системы передачи требует меньшего числа сеансов. Уменьшение требуемого числа сеансов уменьшает вероятности блокировки УоБ-запроса и, как следствие, улучшает эффективность схемы передачи 1РТУ-УоБ в широкополосных сетях связи.

3 Исследовано влияние на статистические оценки вероятностей блокировки разных показателей запроса в процессе передачи контента, позволившее выявить не только условия наилучшей производительности передачи видео по многоадресным каналам, но и определить, сколько контента нужно доставить для оптимальной работы канала передачи.

4 Показано, что с увеличением абсолютной скорости запросов сервиса 1РТУ-УоБ увеличивается статистическая вероятность блокировки, однако при скорости запросов сервиса 3/мин клиенты не замечают задержки в поступлении видео. Это свойство восприятия контента позволило предложить алгоритм, обеспечивающий низкую вероятность блокировки.

5 Установлено, что по мере увеличения трафика доход провайдера сервиса 1РТУ-УоБ уменьшается из-за возможной блокировки услуги; предложенный алгоритм, обеспечивающий низкую вероятность блокировки, в условиях большого спроса, т.е. в условиях повышенного трафика, обеспечивает более высокий доход провайдера сервиса 1РТУ-УоБ.

Заключение

Исследования, проведённые в диссертационной работе, позволили получить следящие основные результаты.

1. Подробно описаны 1РТУ-сети и проблемы, возникающие в результате блокировки пакетов данных из-за особенностей архитектуры 1РТУ.

2. Определены проблемы применения технологии 1РТУ при одновременной многолучевой передаче (доступе СМР) и обсуждены вопросы выбора пути при СМР-передаче.

3. Разработаны варианты распределения вероятности заполнения буфера повторного упорядочения задержек в разных путях.

4. Исследовано поведение буфера повторного упорядочения пакетов данных при разных типах распределения задержки, - усеченном Гауссовом, равномерном и бимодальном распределениях, - с целью оценки поведения системы в разных условиях обслуживания.

5. Разработан АНТ-алгоритм, с помощью которого можно эффективно оказывать мобильную 1РТУ-услугу через широкополосную сеть беспроводного доступа.

6. Предложена АНТ-модель механизмов передачи, комбинирующая многоканальную многоадресную передачу и одноадресную схему для того, чтобы не только уменьшить вероятность блокировки услуг, но и снизить общее потребление полосы пропускания беспроводной системы.

7. Предложена модель определения размера прибыли/штрафа поставщика 1РТУ-услуг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гергес Мансоур Салама Мансоур, 2012 год

1. Б. С. Гольдштейн, М. С. Гергес, Об одном подходе к организации IPTV-услуги «Видео по запросу» с применением гибридного механизма, Техника Связи № 1,С. 16-21, 2011.

2. Б. С. Гольдштейн, М. С. Гергес, Оценка Производительности Алгоритма Поддержки Очередности Пакетов В Сети IPTV, Проблемы информатики, №1, С. 27-32, 2011.

3. Б. С. Гольдштейн, М. С. Гергес, Улучшение качества передачи IPTV-Услуги видео по запросу через широкополосную сеть доступа, Проблемы информатики, №3, С. 15-21, 2011.

4. Б. С. Гольдштейн, М. С. Гергес, Варианты применения Теории Массового Обслуживания В Сетях IPTV, 62-я НТК, научно-техническая конференция, профессорско-преподавательского состава и аспирантов. Тез. Докл. СПБГУТ. СПБ, С. 36-37, Февраль 2010.

5. В. S. Goldstein, М. S. Gerges, Improving IPTV on-demand Transmission Scheme Over WiMax, S. Balandin et al. (Eds.): NEW2AN/ruSMART 2011, TNCS 6869, pp. 541-549, 2011.

6. B. S. Goldstein, M. S. Gerges, Improving IPTV on-demand Transmission Scheme for Broadband Network, 9th FRUCT Conference, Petrozavodsk, Russia, 25-29, April 2011.

7. B. S. Goldstein, M. S. Gerges, Performance evaluation of packet-reordering on concurrent multipath transmission for IPTV, 8th FRUCT Conference, Lappeenranta, Finland 9-12, November 2010.

8. Broadband service forum. "IPTV Explained" through world wide wib. http://www.slideshare.net/RockvSl l/iptv-explained-4149848.

9. C. Meeyoug, R. Pablo, M. Sue, C. Jon, on Next-Generation Telco managed P2P TV architectures, Telefonica Research, Barcelona , Korea, university of Cambridge, UK, IPTPS Conference, 2008.

10. C. Torbjon, A. Peter, V. Olle, U. Mats, and W. Phel, Network Infrastructure For IPTV, Ericsson Review №3, 2007.

11. D. bertsekas and R. Gallager, Data networks, Prentice Hall, Second edition, 1992.

12. D. gross and C. M. Harris, Fundamentals of Queueing Theory, Wiley series in probability and mathematical Statistics, 1985.

13. D. Sitaram, A. Dan, and P. Shahabuddin, Scheduling policies for an on-demand video server with batching, in Proc. of ACM Multimedia, pp. 15-23, Oct. 1994.

14. Digital video broadcasting (DVB); Transmission system for handheld terminals (DVB-H), ETSI EN 302304.

15. E. Francis, M. Kemal, Y. Tevfik, C. Hasari, Z. Joseph, and M Ranesh., Wireless IPTV over WiMax: Challenges and Applica, University of South Florida, Department of Electrical Engineering

16. E. Roger, B. Balvinder and M. Luiz, RF System and Circuit Challenges for WiMax, Intel Technology Journal, Vol. 8, Issue 3, pp. 189-200, 2004.

17. E. Roger, B. Balvinder and M. Luiz, RF System and Circuit Challenges for WiMax, Intel Technology Journal, Vol. 8, Issue 3, pp. 189-200, 2004.

18. End-user multimedia QoS categories, ITU-T Recommendation, Nov. 2001.

19. G. Driscoll, Next Generation IPTV Services and Technologies, canda; 2008.

20. H. Lawrence, IPTV Testing: Service Quality Monitoring, Analyzing, and Diagnostics for IP Television Systems and Services, ISBN: 1-932813-88-8, 2008.

21. H. Yaghoobi, Scalable OFDMA physical layer in IEEE 802.16 Wireless MAN, Intel Technology Journal, vol. 8, №3, 2004.

22. I.Alonso, Open-Loop Streaming Near-VOD Client, Master's thesis, University of Pamplona/Institute Eurecom, Pamplona, Jul. 19, 2001.

23. I. Chen and T. His, Performance analysis of admission control algorithms based on reward optimization for real-time multimedia servers, The International Journal Performance Evaluation, vol. 33, pp. 89-112, Mar. 1998.

24. I. Gojmerac, P. Reichl, and L. Jansen, Towards Low-Complexity Internet Traffic Engineering: The Adaptive Multi-Path Algorithm, Computer Networks, vol. 52, No. 15, pp. 2894-2907, Oct. 2008.

25. I. Widjaja, A. leon Garcia and Communication networks, McGraw Hill 200, First Edition. Publication Date, 2003.

26. IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Network, Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access System, IEEE 802.16e, Feb. 2006.

27. IEEE Standard 802.16.2-2001 ("IEEE Recommended Practice for local and metropolitan area networks—Coexistence of Fixed Broadband Wireless Access Systems"), 10 September 2001.

28. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems. IEEE Std 802.16™-2004.

29. International telecommunication Union "Issues in standardizing IP/TV services", TSB Director's Consultation meeting on IPTV standardization.

30. IPTV service scenarios, ITU-T draft Recommendation, Dec. 2007.

31. J. hou, J. Chen and J. Zhao and J. Wang and W. Kang, Design of a High Performance RF Transceiver for WiMax Basestation, APMC, vol. 5, 2005.

32. J. Kwon and H. Yeom, Providing VCR functionality in staggered video broadcasting, IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 48, no. 1, pp. 41-48, Feb. 2002.

33. J. Lane and A. Nakao, Sora: A shared overlay routing architecture, in Proceedings of the 2nd International Workshop on Real Overlays And Distributed Systems (ROADS), Warsaw, Poland, Jul. 2007.

34. J. Lane and A. Nakao, Best-Effort Network Layer Packet Reordering in Support of Multipath Overlay Packet Dispersion, Global Telecommunications Conference, IEEE Issue Date: Nov. 30, Dec. 4, 2008.

35. J. Wang, M. Venkatachalam, and Y. Fang, System architecture and cross-layer optimization of video broadcast over WiMax, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 25, №4, pp. 712-723, 2007.

36. J. Wong, Broadcast delivery, Proceedings of IEEE, vol. 76, №12, pp. 15661577, Dec. 1988.

37. J. Zhou, J. Chen and J. Zhao and W. Kang, Design of a High Performance RF Transceiver for WiMax Base-station, Microwave Conference Proceedings, Asia-Pacific Conference Proceedings, vol. 5, 2005.

38. K. Gummadi, H. Madhyastha, S. Gribble, H. Levy, and D. Wetherall, Improving the reliability of internet paths with one-hop source routing, in Proc. OSDI'04, San Francisco, Ca., USA, Dec. 2004.

39. K. Kerpez, G. Lapiotis, B. Lyles and R. Vaidyanathan, IPTV service Assurance, IEEE Communications Magazine, Sept. 2006.

40. K. Rao, Z. Bojkovic, and D. Milovanovic, Introduction to multimedia communications: applications, middleware, networking, Printed in the United States of America, TK5105.15.R36, 2006.

41. K. Ross, Multiservice Loss Models for Broadband Telecommunication Networks, ISBN3-540-19918-7, Springer-Verlag, Berlin, Heidelber, New York, 1995.

42. K. Tutschku, T. Zinner, A. Nakao, and P. Tran-Gia, Network Virtualization: Implementation Steps Towards the Future Internet, in Proc. of the Workshop on Overlay and Network Virtualization at KiVS 2009, Kassel, Germany, Mar. 2009.

43. L. Juhn and L. Tseng, "Harmonic broadcasting for video-on-demand service," IEEE Trans. Broadcasting, vol.43, №.3, pp. 268-271, Sep. 1997.

44. L. Juhn and L. Tseng, Staircase data broadcasting and receiving method for hot video service, IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 43, pp. 1110— 1117, Nov. 1997.

45. L. Wei, L. Hong, W. Yivan, Introduction to IPTV, Communication Research Center, Canada, IEEE/BTS tutorial at IBC 2007.

46. Lawrence H., IPTV Basics, ISBN: 193281356X. Copyright: 2007.

47. M. Cha, Network support for emerging multimedia streaming service, Daejean, Korea, 2007.

48. M. Schwartz, Telecommunication Networks, Protocols, Modeling and Analysis, Addison Wesley, Columbia University, 1987.

49. P. Francisko, IPTV testing over DST, application note, 148. EXFO Electro-Optical Engineering Inc., 2006.

50. P. Martin, Fast retransmission for multicast IPTV, Design and Analysis of Communication Systems (DACS), thesis of master, university of Twente, June 27, 2008.

51. P. Minu, IPTV: a brif description, 4th Anniversay souvenir 2008.

52. P. Van nieghem, Performance Analysis of Communication Network and System, combrdge university, ISBN: 052110873X, 2006.

53. S. Azad and M. Murshed, An efficient transmission scheme for minimizing user waiting time in video-on-demand systems, IEEE Communications Letters, vol. 11, №3, Mar. 2007.

54. S. Chan and F. Tobagi, On achieving profit in providing near video-on-demand services, in Proceedings of IEEE International Conf. on Communications ICC '99, vol. 2, pp. 988-993, Jun. 1999.

55. S. Juhn, Fast data broadcasting and receiving for popular video service, IEEE Trans. Broadcasting, vol. 44, №1, pp. 100-105, Mar. 1998.

56. S. Viswanathan and T. Imielinski, Pyramid broadcasting for video on demand service, in Proceedings of IEEE Multimedia Computing and Networking Conf., vol. 2417, pp. 66-77, 1995.

57. T. Chang, A Segment-Alignment Interactive Broadcasting Scheme, Master Thesis, Department of Computer Science and Information Engineering, National Central University, Taiwan, 2001.

58. T. Jiang and W. Xiang, Multicast broadcast services support in OFDMA-based WiMax system, IEEE Communications Magazine, vol. 45, №8, pp. 78-86, Aug. 2007.

59. T. Paila, M. Luby, R. Lehtonen, V. Roca, and R.Walsh, FLUTE—File Delivery over Unidirectional Transport, Internet Engineering Task Force (IETF), Oct. 2004.

60. T. Rahrer, Triple Play Service Quality of Experience (QoE) Requirements, DSL Forum Technical Report Tr-126, Dec. 2006.

61. T. Reza, H. Sigurdsson, IPTV market development and regulatory aspects, center for information and communication Technologies, CICT COM, Technical University of Denmark, (ICT), Opportunities and Challenges for Telecommunications (ITS), 2006.

62. T. Schierl and J. Lennox, Internet Engineering Task Force (IETF), Audio/Video Transport (AVT), draft-schierl-avt-rtp-multisession-transmission- Oct. 2008.

63. V. Aggarwal, A. Feldmann, and C. Scheideler, Can isps and p2p systems cooperate for improved performance?, ACM SIGCOMM CCR, vol. 37, № 3, Jul. 2007.

64. W. Stephen, Media-access control (MAC) layer,Essential of UWB, ISBN: 9780521877831, pp. 48-65, 2008.

65. WiMax Forum, Available online, http://www.wimaxforum.org.

66. Y. lu, F. Kuripers, M. janic, and M. Van, E2E blocking probability of IPTV and P2PTV, IFIP networking, Singapore, may 2008.

67. Y. Nebat and M. Sidi, Resequencing considerations in parallel downloads, in Proc. 21st Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (INFOCOM), 2002.

68. Y. Tseng, M. Yang, and C. Chang, A recursive frequency splitting method for broadcasting hot videos in VoD service, IEEE Trans. Communications, vol. 50, pp. 1348-1355,2002.