Разработка и исследование конвейерного метода интервального анализа видеотрафика тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Моисеев Виктор Игоревич

• Моисеев Виктор Игоревич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Моисеев Виктор Игоревич

Введение

1 Анализ характеристик видеотрафика в реальном масштабе времени

1.1 Особенности пакетной передачи видеоинформации

1.2 Показатели качества обслуживания для передачи видеотрафика

1.3 Характеристики трафика видеокодеков

1.4 Моделирование трафика видеокодеков

2 Анализ характеристик потока заявок интервальным методом

2.1 Интервальный метод анализа трафика

2.1.1 Корреляционные соотношения

2.1.2 Применение обобщенной формулы Хинчина-Поллячека

2.2 Исследование конвейерного метода интервального анализа

2.2.1 Интервальный метод с учетом длин пакетов

2.2.2 Уравнение баланса с учетом длины пакета

2.2.3 Анализ алгоритма скользящего окна на буфере временных меток

2.2.4 Алгоритм обратного асинхронного расчета очереди для диапазона значений загрузки

3 Исследование трафика видеокодеков интервальным методом

3.1 Подготовка образцов видеотрафика

3.2 Анализ очередей для различных комбинаций параметров кодеков

3.3 Число заявок на интервалах обслуживания

3.4 Распределение вероятностей чисел заявок на интервалах обслуживания

3.5 Аппроксимация характеристик очередей образуемых видеотрафиком

4 Разработка и исследование системы конвейерного анализа трафика в реальном времени

4.1 Требования к реализации конвейерного метода

4.2 Общее устройство системы конвейерного анализа

4.3 Захват трафика в реальном масштабе времени

4.3.1 Исследование возможностей получения пакетных данных с сетевого интерфейса

4.3.2 Реализация алгоритма скользящего окна синхронных кольцевых буферов

4.3.3 Алгоритм подстройки размеров скользящего окна в зависимости от производительности системы

4.4 Выбор схемы включения системы конвейерного анализа в сеть оператора107

4.5 Порядок работы в системе конвейерного анализа трафика

4.6 Анализ производительности разработанной системы

5 Повышение эффективности передачи видеотрафика кодека Н.264 с использованием системы конвейерного интервального анализа

5.1 Результаты работы алгоритмов в рамках системы конвейерной обработки видеотрафика

5.2 Разработка методики определения размера буфера выходного порта коммутатора

5.3 Определение действующего объема выходного буфера порта коммутатора

5.4 Определение требуемых параметров видеокодека и буфера порта

Заключение

Список литературы

Приложение 1. Акты об использовании результатов диссертации

Приложение 2. Характеристики видеообразцов

Введение

Диссертация посвящена разработке и исследованию конвейерного метода интервального анализа видеотрафика. В работе предложены алгоритмы конвейерного анализа трафика, разработана система конвейерного анализа трафика, представлены результаты теоретического и экспериментального исследования видеотрафика формата H.264 на сети доступа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование конвейерного метода интервального анализа видеотрафика»

Актуальность темы

На сегодняшний день большинство операторов связи широкополосного доступа предлагает клиентам широкий спектр услуг, в том числе услуги IP-телевидения (DVB-IPTV) и Smart-TV. Мониторинг качества таких услуг представляет технически сложную задачу и зачастую основан на обработке претензий абонентов. Проблемы с телевизионным вещанием по IP-сетям, как правило, обусловлены потерями пакетов в сети оператора связи, либо избыточными задержками и вариацией задержки доставки пакетов, особенно при распространении информации по сетям доступа. Причиной потерь и задержек является несоответствие между характеристиками сети доступа и свойствами потока пакетов (заявок) видеотрафика. Требования к качеству услуг передачи данных для целей IP-телевидения регламентированы стандартами серии DVB-IPTV Европейского института по стандартизации в области телекоммуникаций (ETSI) [46], а также стандартами Международного союза электросвязи (МСЭ) [54,55,56]. На практике наблюдается определенное несоответствие и периодическое рассогласование между требованиями стандартов и реализацией данных требований операторами связи на конкретной сети.

Стандарты IEEE, IETF и рекомендации производителей оборудования связи определяют требования в основном к базовым характеристикам сетей при передаче данных потокового или интерактивного видеотрафика с требуемым качеством, в частности границы максимально допустимых потерь пакетов составляют от 0,1% до 5% для различных видов видеотрафика [76,120,115,129]. В

то же время, стандарты ВУБ-1РТУ предусматривают, что потери пакетов в ОУБ-1РТУ регламентируются количеством визуально заметных искажений изображения в час [52,122], т.е. имеется несоответствие метрик качества, что очевидно необходимо учитывать при выборе метода мониторинга характеристик сети [51,68]. Стандарты МСЭ-Т серии G.1000 рекомендуют операторам производить непрерывный мониторинг качества IPTV и адаптировать характеристики сети при наличии искажений, но включают только общий алгоритм действий [53], а не конкретные процедуры по определению требуемых значений параметров канала связи. При этом следует учесть, что к заметному пользователю искажению видеокадра может привести даже потеря одного пакета. В результате в рамках системного подхода требуется изучать характеристики видеотрафика как с учетом характеристик сети, так и с учетом характеристик видеокодека.

В настоящее время существуют специализированные программно-аппаратные комплексы, предназначенные для анализа целостности потока видеоданных. Такие комплексы указывают на наличие проблем в потоке, но не предлагают реализации методов их устранения [20,21,22]. С другой стороны, общепринятые методы статистического исследования потоков видеотрафика применяются уже по факту возникновения или проявления проблемы, на основе анализа отдельных образцов (выборок) трафика, что не позволяет проводить анализ непосредственно в момент трансляции видеосигнала.

Актуальной является задача исследования и разработки методов анализа видеотрафика, пригодных для реализации в системах непрерывного мониторинга поведения видеотрафика, с учетом всего стека протоколов DVB-IPTV.

Разработанность темы исследования

Проблемы анализа видеотрафика и качества обслуживания в сетях передачи данных представлены в научных работах таких авторов, как С.Н. Степанов, Д. Логуинов, О.И. Шелухин, Е.А. Кучерявый, Г.П. Башарин, В.М. Вишневский,

А.Н. Назаров, Г.Г. Яновский, Д.А. Молчанов, М. Конти, Д.С. Ривз, К. Чандра, И. Чен, М. Эллис, Р. Кац, Ж.И. Ле Боудек.

Требования к телевизионным трансляциям традиционно разрабатывались в контексте применения к таким средствам передачи информации как эфир, кабель, спутник. Требования к сети передачи данных для услуги DVB-IPTV в настоящее время проработаны недостаточно, поскольку само поведение видеотрафика современных видеокодеков в сетях еще недостаточно изучено. Так, ряд исследователей в своих работах уделяет внимание анализу видеокодеков и их статистических характеристик, но эти работы описывают внутреннюю структуру кодека и к характеристикам сети неприменимы. В этих научных трудах анализируется не пакетный трафик, а исходные видеофайлы. В ряде работ дается описание только одного образца видео без привязки к технологии трансляции. В работах по оценке статистических характеристик трафика на магистральных сетях рассматривают лишь трафик интернет-серфинга и передачу файлов. Как правило, в этих работах показывается либо опровергается наличие Пуассоновских свойств или долговременных зависимостей потока. К мультисервисному трафику доступа, а тем более ^-телевидения, эти результаты неприменимы. Имеется ряд работ посвященных детальному сравнению качества работы видеокодеков, но в них делается акцент на качество видеокадра без учета трансляционных технологий и стандартов. Во всех указанных работах анализируются образцы трафика уже после факта передачи, и проанализировать в них переходные процессы в моменты перегрузки не представляется возможным. В работах, посвященных исследованию статистических свойств видеоинформации, закодированной по стандарту К264, не рассматриваются особенности реализации видеокодеков и трансляционных устройств. В результате проблема определения необходимых характеристик оборудования для обеспечения качественной передачи видеотрафика с помощью технологий DVB-IPTV и с учетом заданных параметров кодеков остается открытой.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является видеотрафик технологий DVB-IPTV в сети доступа оператора связи, построенной на базе стандартов Ethernet. Предметом исследования является конвейерный метод интервального анализа указанного видеотрафика и алгоритмы, обеспечивающие его реализацию.

Цель исследования

Целью диссертационного исследования является обеспечение повышения качества передачи видеотрафика путем непрерывного мониторинга и изменения характеристик сети с помощью конвейерного метода интервального анализа видеотрафика.

Основные задачи исследования

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Разработка конвейерного метода интервального анализа для обеспечения мониторинга видеотрафика сети доступа непосредственно в процессе трансляции.

2. Проведение анализа размеров очередей в телекоммуникационных системах обслуживания видеотрафика с помощью метода интервального анализа видеотрафика для стандарта DVB-IPTV при различных комбинациях параметров кодека H.264.

3. Разработка системы конвейерного анализа видеотрафика непосредственно при вещании по сети для прогнозирования размеров очередей пакетов на сетевых интерфейсах с помощью расчета интервальных характеристик трафика.

4. Разработка метода определения объема и структуры буферной памяти оборудования сети доступа для оценки его соответствия требованиям обеспечения или повышения качества передачи видеотрафика.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложен и реализован конвейерный метод интервального анализа видеотрафика, отличающийся от существующих учетом длин пакетов и параметров видеокодека К264, что позволяет повысить точность анализа характеристик видеотрафика, а также возможностью работы в реальном масштабе времени.

2. Разработаны и исследованы алгоритмы, обеспечивающие реализацию конвейерного метода анализа видеотрафика, отличающиеся от существующих расчетом характеристик очереди для нескольких коэффициентов загрузки одновременно и учетом производительности системы анализа.

3. Предложен новый метод определения объема пакетного буфера коммутатора на основе наблюдаемого поведения трафика, позволяющий, в отличие от существующих, оценить дисциплину обслуживания и структуру пакетных очередей и не требующий синхронизации времени между источником и приемником данных.

4. Показано, в отличие от известных результатов, что для повышения качества передачи видеоданных необходимо учитывать, помимо номинального битрейта видеопотока, также параметры видеокодека и абсолютные размеры пакетных буферов телекоммуникационного оборудования.

Теоретическая значимость работы определяется следующими, полученными в ней результатами:

1. Предложен, разработан и исследован конвейерный метод интервального анализа, обеспечивающий потоковую обработку видеотрафика, учитывающий размеры пакетов, разработаны алгоритмы для программной реализации метода.

2. Исследование интервальных характеристик видеотрафика стандарта К264 показало, что параметры видеокодека и мультиплексора оказывают определяющее влияние на размеры очередей в телекоммуникационных системах DVB-IPTV. Экспериментально получены предельные значения размеров очередей

и коэффициентов загрузки для используемых в DVB-IPTV вариантов кодирования видеопотока.

3. Разработан метод определения объема и структуры буферной памяти оборудования доступа, не требующий синхронизации времени между источником и приемником данных.

Практическая значимость и внедрение результатов

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная система конвейерного анализа видеотрафика, принимающая исходные данные непосредственно из сети, способна рассчитывать размеры очередей и выводить результаты анализа видеопотока в реальном масштабе времени, а разработанный метод определения объема и структуры буферной памяти оборудования доступа позволяет оценить их соответствие требованиям передачи данного видеопотока. Таким образом, становится возможным подобрать параметры оборудования наиболее оптимальным образом и устранить потери видеотрафика обусловленные переполнением пакетной очереди на участке сети.

Результаты диссертационной работы используются при разработке аппаратуры связи в ПАО «Морион» (г.Пермь), что подтверждено актом от 30.09.2020. Реализованная система мониторинга внедрена в эксплуатацию в отделе информационно-вычислительных сетей (ИВС) Университетского центра Интернет Пермского государственного национального исследовательского университета (ФГБОУ ВО ПГНИУ), который является лицензированным оператором связи, где система используется для мониторинга трафика более 5 тыс. абонентов, что подтверждено актом от 20.12.2019. Результаты диссертационной работы также используются в учебном процессе на физическом факультете ПГНИУ для студентов, обучающихся по специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем», что подтверждено актом внедрения в учебный процесс от 13.12.2019 (см. Приложение 1).

Теоретическая и методологическая основа исследования

Исследование видеотрафика выполнено на основании действующих стандартов цифрового телевидения ETSI и стандартов МСЭ-Т в области кодирования и передачи видеоинформации (ITU-T стандарты серии H), оценки качества видеотрансляций (ITU-T стандарты серии G). Исследование сетей доступа было проведено согласно стандартам IEEE серии 802.3 на технологии семейства Ethernet, а также рекомендациям IETF и МСЭ-Т по качеству обслуживания в пакетных сетях.

Характеристики качества обслуживания видеотрафика исследовались с использованием методов теории массового обслуживания, математической статистики, с применением системного и прикладного программирования и с учетом известных методик оценки качества видеотрансляций.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанный конвейерный метод интервального анализа видеотрафика позволяет получить предельные значения длин очередей и коэффициентов загрузки для обеспечения требуемого качества обслуживания видеопотоков DVB-IPTV с заданными параметрами кодека H.264.

2. Предложенные алгоритмы конвейерной обработки видеотрафика позволяют реализовать систему расчета интервальных характеристик видеотрафика, а также прогнозировать непосредственно в процессе вещания размеры очередей пакетов на портах оборудования доступа.

3. Разработанный метод для видеотрафика кодека H.264 и стандарта DVB-IPTV обеспечивает повышение качества передачи видеотрафика путем снижения коэффициента потерь пакетов до уровня PLR < 10_8 с помощью выбора требуемой длины очереди пакетов при передаче по сети доступа

Степень достоверности и апробация результатов работы

Достоверность и обоснованность научных результатов работы основывается на корректном использовании научных положений и методов исследования, соответствием теоретических исследований и результатов экспериментов.

Результаты диссертационного исследования были представлены и получили положительные отзывы на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Математика и междисциплинарные исследования - 2017» (Пермь, 2017); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых с международным участием «Математика и междисциплинарные исследования - 2018» (Пермь, 2018); XXIII, XXIV, XXVI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ (Самара, 2016; 2017; 2019), XVII и XX Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (Самара, 2016; Уфа, 2018), в рамках круглого стола «Предложения по повышению характеристик СБУ и связи в перспективных РКСН на основе применения современных сетевых телекоммуникационных технологий. Способы моделирования и оценки системных характеристик СБУ и связи» (Пермь, 2021 г.). Получен диплом лауреата 1 степени на конкурсе цифрового развития, инноваций и инновационных проектов Международной академии связи - «Новое поколение 2019/2020» в номинации «Конкурс инновационных разработок и проектов».

Публикации по теме

По теме диссертации автором опубликовано 20 научных работ, из них 19 печатных научных работ и 1 статья в электронном виде, в том числе опубликовано 4 научных статьях в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК Министерства науки и высшего образования Российской Федерации для опубликования результатов диссертаций на соискание ученых степеней кандидатов и докторов наук.

Зарегистрированы программы для ЭВМ: «Система конвейерного интервального анализа видеотрафика, версия 1.0» (свидетельство о регистрации № 24372 от 12.12.2019, «Конвертер потоков заявок СМО, версия 1.0» (свидетельство о регистрации № 24371 от 11.12.2019).

Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в получении лично или в соавторстве, при преобладающем участии автора, новых научных результатов, алгоритмов и программ реализации конвейерного метода интервального анализа, методики исследования буферной памяти, метода параллельного расчета для нескольких коэффициентов загрузки.

Результаты, составляющие содержание диссертационной работы соответствуют пунктам 2, 12 паспорта специальности 2.2.15.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, приложений, содержит 159 страниц текста, 10 таблиц, 70 рисунков, 7 страниц приложений.

Краткое содержание работы

В первой главе проанализированы текущие требования к качеству обслуживания в сетях доступа операторов связи. Рассмотрены технологии DVB-IPTV и требования, предъявляемые к их качеству. Представлен обзор стандарта кодирования видеоинформации ITU-T H.264. Проанализированы требования к сети и видеотрафику, выявлена недостаточная проработанность указанной тематики. Рассмотрены ключевые параметры кодека H.264, влияющие на структуру очередей. Предложен алгоритм исследования IP-трафика, позволяющий выявить конкретные числовые параметры видеокодека H.264, определив в потоке дескриптор параметров. В главе приводится обзор методов исследования видеокодека H.264 с точки зрения СМО и способов мониторинга видеотрафика. Обсуждаются сложности моделирования и изучения видеотрафика кодека H.264, одна из которых - сложность самого стандарта. Обосновывается необходимость разработки конвейерного метода интервального анализа.

Во второй главе приведены основные положения метода интервального анализа трафика. Предложен и разработан конвейерный метод интервального анализа трафика в применении к видеокодеку H.264. Исследованы алгоритмы,

позволяющие реализовать конвейерный метод анализа в системе реального масштаба времени. Участок сети оператора связи на промежутке от магистрального порта коммутатора доступа до порта абонента рассматривается как система массового обслуживания с потоком заявок общего вида (ОЮ/1). Предложен алгоритм перехода от потока пакетов видеотрафика произвольной длины к потоку заявок с фиксированным интервалом обработки. Обсуждается необходимость такого перехода, а также оценивается возникающая погрешность. Предложен алгоритм скользящего окна синхронных кольцевых буферов, позволяющий определить индексы границ окна в произвольный момент времени. Также предложен алгоритм обработки заявок, позволяющий интерпретировать поток заявок для нескольких значений коэффициента загрузки параллельно -алгоритм обратного асинхронного расчета.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального анализа различных способов вещания видеоданных формата Н.264 по протоколу 1Р-мультикаст. Выявлены параметры, позволяющие адаптировать сеть для передачи видеоданных с учетом требований, предъявляемых данным типом кодека. Делается вывод о наличии области стабильного поведения максимальной длины очереди и возможности определения граничного значения коэффициента загрузки. Эксплуатация DVB-IPTV при коэффициентах загрузки свыше граничного значения будет приводить к неконтролируемому поведению очередей. Приведены данные о распределении вероятностей чисел заявок, приходящихся на интервал обслуживании, а также представлены данные об автокорреляции чисел заявок. Предложена формула аппроксимации зависимости средней длины очереди от коэффициента загрузки и рассчитаны характеристические коэффициенты. Делается вывод о необходимости выбирать размеры пакетных буферов коммутатора исходя из максимальных значений длины очереди с учетом граничного коэффициента загрузки при данных параметрах видеокодека.

В четвертой главе рассматривается разработанная система непрерывного мониторинга видеотрафика в сети доступа. Даны обоснования использования

различных вариантов захвата трафика. Приводятся результаты исследования производительности системы конвейерного анализа видеотрафика.

Пятая глава посвящена исследованию характеристик трафика видеокодека Н264 в сети доступа оператора связи, с применением разработанной системы конвейерного интервального анализа. Выработаны требования к объему пакетных буферов коммутаторов доступа, необходимые для передачи видеотрафика с различными параметрами. Разработана методика проверки реального объема буфера коммутатора для оценки соответствия объема буфера потоку видеотрафика. Проведены экспериментальные исследования структуры пакетных очередей популярных моделей коммутаторов. Представленные данные свидетельствуют о необходимости планирования распределения буферов коммутатора и экспериментальной верификации действительного объема буфера для эффективной передачи видеотрафика с заданными характеристиками. Проведен эксперимент, подтверждающий достижение целевых значений показателя PLR наиболее оптимальным образом при использовании разработанной методики. В главе сформулированы рекомендации по повышению эффективности передачи видеотрафика, настройке параметров качества обслуживания на коммутаторах в зависимости от параметров видеокодека Н264.

1 Анализ характеристик видеотрафика в реальном масштабе времени 1.1 Особенности пакетной передачи видеоинформации

В настоящее время операторы связи при предоставлении телематических услуг связи и услуг связи по передачи данных все чаще оказывают услугу IP-телевидения, используя в качестве сети доступа сети Ethernet-стандарта [47]. Настоящая глава в целом посвящена анализу технических аспектов передачи видеоинформации по пакетным сетям Ethernet, характеристикам порождаемого видеотрафика, а также существующим методикам анализа видеотрафика и его статистических свойств.

Существует ряд стандартов, устанавливающих правила кодирования и передачи видеоинформации, в том числе для целей передачи поверх сетей с пакетной коммутацией. Первым звеном в цепочке преобразования видеоданных является видеокодек. В его задачи входит преобразование аналогового сигнала от видеоматрицы либо другого первичного аналогового источника в цифровой вид и дальнейшая оптимизация цифровой информации для передачи или хранения. Видеоинформация от первичного источника, как правило, поступает в виде серии кадров определенного разрешения по вертикали и горизонтали, каждый элемент кадра (пиксель) имеет определенную разрядность и кодирует цвет, яркость, прозрачность или иные характеристики оптического диапазона. Кадры порождаются первичным источником с определенной частотой. Поток кадров определенного разрешения, разрядности, и частоты имеет соответствующую постоянную битовую скорость, которую легко выразить формулой:

B = pvhf, (1.1)

где B - битовая скорость (бит/c), p - разрядность одного пикселя (бит), v -разрешение кадра по вертикали, h - разрешение по горизонтали, f - частота кадров (с-1). Так, для видеоданных с разрядностью пикселя 24 бит, частотой кадров 60 Гц и разрешением кадра 1920х1080 пикселей получим битовую

скорость 2.98 Гбит/с. В контексте стандартов кодирования видео про такой тип видеоданных говорят, что он имеет постоянную битовую скорость, и сокращенно обозначают CBR (от английского «constant bit rate»). Для передачи видеоданных на большие расстояния требуется понизить битовую скорость в несколько десятков или сотен раз (скомпрессировать), чтобы получившийся видеопоток мог быть передан по сетям доступа, например Ethernet технологий 10/100/1000Base-TX, в том числе, чтобы видеотрафик мог соседствовать с трафиком других типов в пределах одного Ethernet канала. Требуется также минимизировать воспринимаемую потерю качества видеоизображения после процесса кодирования/декодирования. Для кодирования/декодирования используются определенные правила обработки реализованные программно или аппаратно -видеокодеки. После процесса кодирования и перед передачей видеоданные требуется мультиплексировать с аудиоданными, добавить сопутствующую информацию (например, наименование программы, субтитры), и адаптировать получившийся поток для передачи в IP-пакетах. Часто требуется в одном потоке передавать несколько видеопрограмм параллельно (например, услуга «картинка в картинке», «двойной экран») - данный процесс в контексте передачи видеоинформации известен как «мультиплексирование».

Популярным кодеком на сегодняшний день является кодек МСЭ-Т носящий название рабочей группы H.264/AVC - Advanced video coding standard. Данный кодек является развитием семейства стандартов H.261 [63], MPEG-1 [78], MPEG-2 / H.262 [64], H.263 [65], MPEG-4 (Part 2) [79], ведущего свою историю с проекта H.26L 1998 года. Предыдущий стандарт MPEG-4 Part 2 относился к рабочей группе организации ISO. После объединения усилий ISO и ITU был создан кодек H.264, который также в идентичном виде существует под именами «MPEG-4 Part 10» и «Advanced Video Codec» (AVC).

Правила кодирования и декодирования видеосигнала описаны в стандарте ITU-T H.264 [66]. Процедуры мультиплексирования под данный кодек описаны в стандарте MPEG-TS рабочей группы ITU H.222 (также опубликованы в стандарте

ISO/IEC 13818-1) [62,77]. Наконец, правила передачи результирующего мультиплексированного потока по IP-сетям для целей телевещания (DVB) стандартизованы Европейским институтом телекоммуникационных стандартов в документах ETSI TS 101 154 и ETSI TS 102 034 [46,122]. Перспективными также являются стек технологий потокового веб-видео (MPEG-DASH), и новый стандарт H.265, которые находятся за рамками рассмотрения данной работы.

Рассмотрим основные параметры и характеристики кодеков и мультиплексоров, которые влияют на поведение порождаемого потока пакетов. Первое, что бросается в глаза при ближайшем рассмотрении кодека H.264 - под битовой скоростью видеоданных понимается средняя интенсивность передачи именно видеоинформации, но не битовая скорость результирующего потока IP-пакетов (см. также [119]). Кодек должен контролировать задержку при передаче сигнала, следовательно регламентировать скорость кодирования и декодирования сигнала на приемнике. Для успешного и эффективного сжатия сигнала и декодирования сигнала, передатчику необходимо обрабатывать целую серию кадров, а приемнику необходимо принять все эти кадры в буфер перед декодировкой. Скорость декодирования и объемы буфера являются техническими характеристиками приемника-декодировщика, а значит регламентируются стандартом. Для поддержки видео разного качества эти требования разные и именуются «Уровнями качества кодировки» (levels). Соответствие максимальной частоты кадров, максимального размера буфера и «уровня кодировки» для уровней 3, 3.1, 3.2, и 4 приведено в Таблице 1.1. На данный момент регламентировано 20 различных уровней от 1 до 6.2, периодически публикуются новые требования (см., например, [66], приложение А, таблица A-6).

Стандарт предусматривает разные сферы применения, такие как видеонаблюдение, хранение и архивирование, студийная работа. Кадры могут сжиматься с использованием различных математических алгоритмов, требующих различных вычислительных мощностей декодировщика. Для разных сфер

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Моисеев Виктор Игоревич, 2021 год

Список литературы

1. Букашкин С.А., Буранова М.А., Сапрыкин А.В. Исследование статистических свойств мультимедийного трафика при обработке в сети MPLS // Радиотехнические и телекоммуникационные системы, 2016, №4. С.34-42.

2. Лихтциндер Б.Я. Интервальный метод анализа очередей в системах массового обслуживания с пачечными потоками заявок // T-Comm. 2017. №3. [Электронный ресурс] URL: https://cyberlemnka.ru/artide/n/intervalnyy-metod-analiza-ocheredey-v-sistemah-massovogo-obsluzhivaniya-s-pachechnymi-potokami-zayavok (дата обращения: 31.05.2020).

3. Лихтциндер Б.Я. Интервальный метод анализа трафика мультисервисных сетей доступа. - Самара: ПГУТИ, 2015. - 121 с.

4. Лихтциндер Б.Я. Корреляционные свойства длин очередей в системах массового обслуживания с потоками общего вида / Инфокоммуникационные технологии. 2015. Том 13. № 3. С. 276-280.

5. Лихтциндер Б.Я. Корреляционные связи в пачечных потоках систем массового обслуживания / Телекоммуникации. 2015. № 9. С. 8-12.

6. Лихтциндер Б.Я. О некоторых обобщениях формулы Хинчина-Поллячека / Инфокоммуникационные технологии. 2007. Том 5. № 4. С. 253-258.

7. Моисеев В. И., Бурнышева С. А. Поведенческий анализ трафика для детектирования ботнет-активности // матер. Межвуз. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Физика для Пермского края». Пермь, 2013. С. 95-98.

8. Моисеев В. И. Детектирование дисциплины обслуживания очередей в Ethernet-коммутаторах // материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых с междунар. участием «Математика и междисциплинарные исследования - 2018», 14-19 мая 2018 г., ПГНИУ - Пермь, 2018. С.189-192.

9. Моисеев В. И. Конвейерный метод интервального анализа трафика мультисервисной сети с учетом длин пакетов // матер. Междунар. науч. -техн.

конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (ПТиТТ-2018), 2022 ноября 2018, Уфа. УГАТУ, 2018. C. 193-194.

10. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Алгоритмы конвейерного интервального анализа трафика // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. Т. 19. №1. Челябинск, 2019. С. 57-69.

11. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Алгоритм скользящего окна для конвейерного метода интервального анализа потоков IP-TV трафика // матер. Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (ПТиТТ-2018), 20-22 ноября 2018. Уфа - УГАТУ, 2018. C. 184-185.

12. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Анализ характеристик очередей IP-TV видеотрафика методом конвейерного интервального анализа // матер. XXVI Рос. науч.-техн. конф. 1111С, научных сотрудников и аспирантов, 4-7 фев. 2019 г., Самара - ПГУТИ, 2019. С. 72-73.

13. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Конвейерный метод интервального анализа трафика мультисервисных сетей доступа // Информационные технологии и управление, 2015. №1. Севастополь, 2015. С. 62-66.

14. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Конвейерный метод интервального анализа трафика // материалы XXIII Рос. науч. конф. ППС, научных сотрудников и аспирантов, 1-5 февраля 2016, Самара - ПГУТИ, 2016. С. 39-43.

15. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Ларина В.А., Бакай Ю.О. Разработка программы автоматизированной системы конвейерного анализа телетрафика // Инфокоммуникационные технологии, Т.18, №3, Самара, 2020. С. 322-327.

16. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Методика расчета параметров линии доступа мультисервисной сети // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. Т. 18. №3. Челябинск, 2018. С. 51-58.

17. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Методика расчета тарифных параметров для абонентских линий мультисервисной сети // матер. Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых с междунар. участием «Математика и междисциплинарные исследования - 2017», 15-20 мая 2017, Пермь. ПГНИУ, 2017. С. 151-156.

18. Моисеев В. И., Лукин С. И. Оценка объема пакетного буфера коммутатора при различных конфигурациях QoS // матер. XVII Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (ПТиТТ-2016), 22-24 ноября 2016, Самара - ПГУТИ, 2016. С. 480-481.

19. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Особенности непрерывной обработки трафика в системах мониторинга // матер. XXIII Рос. науч.-практ. конф. 1111С, научных сотрудников и аспирантов, 1-5 февраля 2016. Самара - ПГУТИ, 2016. С. 38-41.

20. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Особенности формирования очередей пакетного трафика IPTV кодеком H.264 // матер. XVII Междунар. науч.-техн. конф. «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций» (ПТиТТ-2016), 2224 ноября 2016, Самара. ПГУТИ, 2016. С. 108-109.

21. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Формирование очередей пакетного видеотрафика H.264 в технологиях DVB-IP и потоковых сервисах // матер. XXIV Рос. науч.-практ. конф. ППС, научных сотрудников и аспирантов, 30 янв. - 3 фев. 2017 г., Самара - ПГУТИ, 2017. С. 97-100.

22. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. МАР и ВМАР-потоки в моделях трафика телекоммуникационных систем // Инфокоммуникационные технологии, Т.18, №2, Самара, 2020. С. 143-148

23. Моисеев В. И. Метод аудита размера пакетного буфера коммутатора // Вестник Пермского университета. Информационные системы и технологии. Вып. 1. Пермь, 2018. С. 32-35.

24. Моисеев В. И., Пластинин В. И. Оптимизация производительности высокоскоростных вычислительных сетей // матер. Межвуз. науч.-практ. конф.

студентов, аспирантов и молодых ученых «Физика для Пермского края», Пермь, 2013. С. 150-153.

25. Моисеев В. И. Программная реализация алгоритмов конвейерного интервального анализа трафика // матер. XXVI Рос. науч.-техн. конф. 1111С, научных сотрудников и аспирантов, 4-7 февраля 2019 г., Самара - ПГУТИ, 2019. С. 253-254.

26. Моисеев В. И. Экспериментальное исследование структуры пакетного буфера Ethernet коммутатора // T-COMM: Телекоммуникации и транспорт, Т.14, №1, Издательский дом Медиа паблишер, Москва, 2020. Объем: С. 18-24.

27. Хинчин А. Я. Работы по математической теории массового обслуживания / Под редакцией Б. В. Гнеденко. — М.: Физматгиз, 1963. — 236 с.

28. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем — искусство и наука. М.: Мир, 1978.

29. 802.1Q-2014 - IEEE Standard for Local and metropolitan area networks -Bridges and Bridged Networks / IEEE Computer Society, 2014. [Электронный ресурс] URL: https: //ieeexplore .ieee. org/stamp/stamp .j sp?tp=&arnumber=6991462 (дата обращения: 09.06.2020)

30. A Guide to MPEG Fundamentals and Protocol Analysis / Tektronix, 2012. [Электронный ресурс] URL: https://download.tek.com/document/25W-11418-10.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

31. Abbas, Q., Ibrahim, M., Jaffar, A.. Video scene analysis: an overview and challenges on deep learning algorithms // Multimedia Tools and Applications - 2017. DOI: 10.1007/s11042-017-5438-7.

32. Advanced Streaming Using the Command Line - VideoLAN Documentation: Streaming. [Электронный ресурс] URL: https://wiki.videolan.org/Documentation: Streaming_HowTo/Advanced_Streaming_Using_the_Command_Line/ (дата обращения: 09.06.2020)

33. Ansari, N., Liu, H., Shi, Y.Q., Zhao, H.: On modeling MPEG video traffics. IEEE Transactions On Broadcasting 48(4), 337-347 (2002)

34. Ash M. Ring Buffers and Mirrored Memory: Part I / [Электронный ресурс] URL: https://www.mikeash.com/pyblog/friday-qa-2012-02-03-ring-buffers-and-mirrored-memory-part-i.html (дата обращения: 09.06.2020)

35. Balciolu B., Jagerman D., Altiok T. Approximate mean waiting time in a GI/D/1 queue with autocorrelated times to failures // IIE Transactions Volume 39, 2007 - Issue 10. pp. 985-996. DOI: 10.1080/07408170701275343

36. Bertsimas, D.J., Nakazato, D. Transient and busy period analysis of theGI/G/1 queue: The method of stages // Queueing Syst 10, pp.153-184, 1992. https://doi.org/10.1007/BF01159205

37. Bertsimas, D., Paschalidis, I., Tsitsiklis, J. On the large deviations behavior of acyclic networks of G/G/1 queues // Ann. Appl. Probab. 8 (1998), no. 4, pp.1027-1069. doi: 10.1214/aoap/1028903373.

38. Bretherton C.S. Lagged autocovariance and correlation / University of Washington, 2014. [Электронный ресурс] URL: https://atmos.washington.edu /~breth/classes/AM582/lect/lect7-notes.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

39. Chan Y. Introduction to H.264: (1) NAL Unit [Электронный ресурс] URL: https://yumichan.net/video-processing/video-compression/introduction-to-h264-nal-unit/ (дата обращения: 09.06.2020)

40. Chatfield, C. The Analysis of Time Series: An Introduction, Sixth Edition, Chapman & Hall, New York, NY. 2003. 352с.

41. Chen Y., Griffith R., Liu J., Katz R. Understanding TCP Incast Throughput Collapse in Datacenter Networks // Материалы конференции WREN'09, 21 августа, 2009, Барселона, Испания.

42. Conti, M., Gregori, E., Larsson, A.: Study of the impact of MPEG-1 correlations on video-sources statistical multiplexing. IEEE Journal of Selected Areas in Communications 14(7), 1455-1471 (1996)

43. Conti, M., Gregori, E.: Modeling MPEG scalable sources. Multimedia Tools And Applications 13(2), 127-145 (2001) Markovian Characterisation of H.264/SVC Scalable Video 15

44. Daduna H. Queueing Networks with Discrete Time Scale / Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001. - 142c.

45. Dai, M., Loguinov, D., Radha, H. A hybrid Wavelet Framework for modeling VBR video traffic // Материалы конференции IEEE ICIP, Singapore, 2004. Vol. 5, pp.3125-3128

46. Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for the use of Video and Audio Coding in Broadcast and Broadband Applications ETSI TS 101 154 V2.6.1 // European Broadcasting Union, София-Антиполис, Франция, 2019. - 305c.

47. Dubovskis V., Teilans A., Visockis N. IPTV Statistic Data Collection, Processing and Preparation for use in a Modeling System // Procedia Computer Science, Volume 77, 2015, C. 221-226, doi: 10.1016/j.procs.2015.12.376.

48. Eichhammer E. Qt Plotting Widget QCustomPlot / [Электронный ресурс] URL: https://www.qcustomplot.com/index.php/support/documentation (дата обращения: 09.06.2020)

49. Fiems, D., Inghelbrecht, V., Steyaert, B., Bruneel, H. Markovian Characterisation of H.264/SVC Scalable Video // Материалы конференции Analytical and Stochastic Modeling Techniques and Applications: 15th International Conference, ASMTA 2008 Nicosia, Cyprus, June 4-6, 2008. С.1-15.

50. Foss S. The G/G/1 queue // Sobolev institute of mathematics, 2003. [Электронный ресурс] URL: http://www.math.nsc.ru/LBRT/v1/foss/gg1_2803.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

51. G.1000: Communications Quality of Service: A framework and definitions / International Telecommunication Union, 2002. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1000-200111-I (дата обращения: 09.06.2020)

52. G.1010: End-user multimedia QoS categories / International Telecommunication Union, 2002. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1010-200111-I (дата обращения: 09.06.2020)

53. G.1021: Buffer models for development of client performance metrics / International Telecommunication Union, 2012. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1021-201207-I (дата обращения: 09.06.2020)

54. G.1080: Quality of experience requirements for IPTV services / International Telecommunication Union, 2008. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1080-200812-I (дата обращения: 09.06.2020)

55. G.1081: Performance monitoring points for IPTV / International Telecommunication Union, 2008. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1081-200810-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

56. G.1082: Measurement-based methods for improving the robustness of IPTV performance / International Telecommunication Union, 2010. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-G.1082-200904-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

57. Garcia J.-M., Brun O., Gauchard D. Transient Analytical Solution of M/D/1/N Queues // Journal of applied Probability, Vol. 39, No. 4 (Dec.,2002), P. 853864.

58. Garrett M., Willinger W. Analysis, modeling and generation of self-similar VBR video traffic // Proceedings of the conference on Communications architectures, protocols and applications (SIGCOMM '94). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, pp.269-280. DOI: 10.1145/190314.190339

59. Gleixner T. x86: hpet: Work around hardware stupidity // Linux Kernel git archive, 2010. [Электронный ресурс] URL: https://git.kernel.org/pub/scm /linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=54ff7e595d763d894104d421 b 103a89f7b ecf47c (дата обращения: 09.06.2020)

60. GSL - GNU Scientific Library / GNU Project, 2019. [Электронный ресурс] URL: https://www.gnu.org/software/gsl/ (дата обращения: 09.06.2020)

61. Guerrier S., Molinari R., Xu H., Zhang Y., Applied Time Series Analysis with R / Smac Group, 2019. [Электронный ресурс] URL: https://smac-group.github.io/ts/ (дата обращения: 09.06.2020)

62. H.222.0: Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information: Systems / International Telecommunication Union, 2018. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.222.0-201808-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

63. H.261: Video codec for audiovisual services at p x 64 kbit/s / International Telecommunication Union, 1993. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.261-199303-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

64. H.262: Information technology - Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video / International Telecommunication Union, 2012. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.262-201202-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

65. H.263: Video coding for low bit rate communication / International Telecommunication Union, 2005. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.263-200501-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

66. H.264: Advanced video coding for generic audiovisual services / International Telecommunication Union, 2019. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.264-201906-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

67. H.264/14496-10 AVC Reference Software Manual / Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG & ITU-T VCEG, 2009. [Электронный ресурс] URL: http://iphome.hhi.de/suehring/tml/JM%20Reference%20Software%20Manual%20(JVT -AE010).pdf (дата обращения: 09.06.2020)

68. H.360: An architecture for end-to-end QoS control and signalling / International Telecommunication Union, 2004. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-H.360-200403-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

69. Hunter J.J. Mathematical Techniques of Applied Probability, Vol. 2, Discrete Time Models: Techniques and Applications. Academic Press, New York, 1983. 608с.

70. I/O Graphs - Statistics - Wireshark User's Guide Version 3.3.0. [Электронный ресурс] URL: https://www.wireshark.org/docs/ wsug_html_chunked/ChStatIOGraphs.html (дата обращения: 09.06.2020)

71. IA-PC HPET (High Precision Event Timers) Specification (revision 1.0a) / Intel Corporation, 2004. [Электронный ресурс] URL: https://www.intel.com/content /dam/www/public/us/en/documents/technical-specifications/software-developers-hpet-spec-1-0a.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

72. Imam M.A. Cisco Catalyst 3750/3560 and 2960 Series Switching Architecture BRKARC-3437 // Cisco, 2012. [Электронный ресурс] URL: https://pdfslide.net/documents/cisco-catalyst-37503560-and-2960-series-switching-cisco-catalyst-37503560.html (дата обращения: 09.06.2020)

73. Intel QuickSync Video and FFmpeg / Intel Corporation, 2016. [Электронный ресурс] URL: https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en /documents/white-papers/cloud-computing-quicksync-video-ffmpeg-white-paper.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

74. Intelligent Buffer Management on Cisco Nexus 9000 Series Switches / Cisco, 2017. [Электронный ресурс] URL: https://www.cisco.com/c/en/us/products /collateral/switches/nexus-9000-series-switches/white-paper-c11-738488.html (дата обращения: 09.06.2020)

75. IPTV QoE: Understanding and interpreting MDI values / Agilent Technologies, 2008. [Электронный ресурс] URL: http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-5088EN.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

76. IPTV Set-Top Bandwidth Utilization Configuration Guide / Cisco, 2012. [Электронный ресурс] URL: https://www.cisco.com/c/dam/en/us/td/docs/ video/at_home/IPTV/4038926_B. pdf (дата обращения: 09.06.2020)

77. ISO/IEC 13818-1:2019 Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information — Part 1: Systems / ISO, 2019.

[Электронный ресурс] URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-iec:13818:-1:ed-7:v1:en (дата обращения: 09.06.2020)

78. ISO/IEC JTC 1, "Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1.5Mbit/s - Part 2: Video," ISO/IEC 11172 (MPEG-1) / ISO, 1993. [Электронный ресурс] URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-iec:11172:-1:ed-1:v1:en (дата обращения: 09.06.2020)

79. ISO/IEC JTC 1, "Coding of audio-visual objects - Part 2: Visual," ISO/IEC 14496-2 (MPEG-4 Part 2) / ISO, 1999. [Электронный ресурс] URL: https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-iec: 14496:-2:ed-3:v1:en (дата обращения: 09.06.2020)

80. Izquierdo, M.R., Reeves, D.S.: A survey of statistical source models for variablebit-rate compressed video. Multimedia Systems 7(3), 199-213 (1999)

81. J.144: Objective perceptual video quality measurement techniques for digital cable television in the presence of a full reference / International Telecommunication Union, 2001. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-J.144-200103-S/ (дата обращения: 09.06.2020)

82. Janowski R., Krawiec P., Burakowski W. On assuring QoS in Ethernet access network // Материалы конференции International Conference on Networking and Services (ICNS '07), Афины, Греция, 2007, С.17, doi: 10.1109/ICNS.2007.82.

83. Kempken, S., Luther, W.: Modeling of H.264 high definition video traffic using discrete-time semi-Markov processes // ITC 2007. LNCS, vol. 4516. Springer, Heidelberg , 2007.

84. Kingman J. F. C. On Queues in Heavy Traffic // Journal of the Royal Statistical Society. Series B (Methodological), Vol. 24, No. 2(1962), pp. 383-392.

85. Kleinrock L. Queueing Systems. Volume 1: Theory // Wiley-Interscience Publication, USA, 1975. 448с.

86. Klemm, A., Lindemann, C., Lohmann, M.: Modeling IP traffic using the batch markovian arrival process. Performance Evaluation 54(2), 149-173 (2003)

87. Koumaras, H., Skianis, C., Kourtis, A. Analysis and Modeling of H.264 Unconstrained VBR Video Traffic. // IJMCMC, №1, 2009, pp.14-31, - 2009. DOI: 10.4018/jmcmc.2009072802.

88. Lazaris, A., Koutsakis, P., Paterakis, M.: On Modeling Video Traffic from Multiplexed MPEG-4 Videoconference Streams. In: Koucheryavy, Y., Harju, J., Iversen, V.B. (eds.) NEW2AN 2006. LNCS, vol. 4003, pp. 46-57. Springer, Heidelberg (2006)

89. Le Boudec J.-Y., Thiran P. Network Calculus: A Theory of Deterministic Queuing Systems for the Internet / Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001. 276 с.

90. Li W., Issa O., Liu H., Speranza F. Quality Assessment of Video Content for HD IPTV Applications // Материалы конференции 11th IEEE International Symposium on Multimedia, San Diego, CA, 2009, pp. 517-522, doi: 10.1109/ISM.2009.54.

91. Li, Y., Noseworthy, B., Laird, J., Winters, T. A study of precision of hardware time stamping packet traces // Материалы конференции IEEE International Symposium on Precision Clock Synchronization for Measurement, Control, and Communication (ISPCS), Austin, TX, 2014, pp. 102-107, doi: 10.1109/ISPCS.2014.6948700.

92. Liew, C.H., Kodikara, C.K., Kondoz, A.M.: MPEG-encoded variable bit-rate video traffic modelling. IEE Proceedings-Communications, 152(5), 749-756 (2005)

93. Lucantoni D.M. (1993) The BMAP/G/1 queue: A tutorial // Performance Evaluation of Computer and Communication Systems. Performance 1993, SIGMETRICS 1993. Lecture Notes in Computer Science, vol 729. Springer, Berlin, Heidelberg

94. McCane S. Libpcap: An Architecture and Optmizaton Methodology for Packet Capture // Материалы конференции Sharkfest 2011, June 13th - 16th, Stanford University, Stanford, California, 2011. [Электронный ресурс] URL: https://sharkfestus.wireshark.org/sharkfest. 11/presentations/McCanne-Sharkfest'11 _Keynote_Address.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

95. MediaInfo - video files technical data, Version 20.03 / MediaArea, 2020. [Электронный ресурс] URL: https://mediaarea.net/en/MediaInfo (дата обращения: 09.06.2020)

96. Moltchanov, D., Koucheryavy, Y., Harju, J.: The model of single smoothed MPEG traffic source based on the D-BMAP arrival process with limited state space. In: Proceedings of ICACT 2003, Phoenix Park, South Korea, pp. 57-63 (2003)

97. Monitor Microbursts on Cisco Nexus 5600 Platform and Cisco Nexus 6000 Series Switches / Cisco, 2017. [Электронный ресурс] URL: https://www.cisco.com /c/en/us/products/collateral/switches/nexus-5000-series-switches/white-paper-c11-733020.html (дата обращения: 09.06.2020)

98. Overview of the Junos Telemetry Interface / Juniper, 2020. [Электронный ресурс] URL: https: //www.juniper.net/documentation/en_US/j uno s/topics/ concept/junos-telemetry-interface-oveview.html (дата обращения: 09.06.2020)

99. P.910: Subjective video quality assessment methods for multimedia applications / International Telecommunication Union, 2001. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-P.910-200804-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

100. Paxson V., Floyd S. Wide area traffic: the failure of Poisson modeling // IEEE/ACM Transactions on Networking, vol. 3, no. 3, 1995. pp. 226-244. doi: 10.1109/90.392383.

101. Pepelnjak I., Guichard J., Apcar J. MPLS and VPN Architectures, Volume 2 // Cisco Press, New York, USA, 2003. 504с.

102. Prakash P., Dixit A., Kompella R. The TCP Outcast Problem: Exposing Unfairness in Data Center Networks [Электронный ресурс] URL: https: //www.usenix. org/system/files/conference/nsdi 12/nsdi 12-final 126. pdf (дата обращения: 10.10.2019)

103. Rivers J.R. Networks, buffers and drops // Cumulus Networks, ipSpace, 2016. [Электронный ресурс] URL: https://my.ipspace.net/bin/get/xBuffers/Networks %2C%20Buffers%20and%20Drops.pdf?doccode=xBuffers (дата обращения: 09.06.2020)

104. RFC 2236 - Internet Group Management Protocol, Version 2 / Internet Engineering Task Force, 1997. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2236 (дата обращения: 09.06.2020)

105. RFC 2250 - RTP Payload Format for MPEG1/MPEG2 Video / Internet Engineering Task Force, 1998. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2250 (дата обращения: 09.06.2020)

106. RFC 2474 - Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers / Internet Engineering Task Force, 1998. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2474 (дата обращения: 09.06.2020)

107. RFC 2475 - An Architecture for Differentiated Services / Internet Engineering Task Force, 1998. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2475 (дата обращения: 09.06.2020)

108. RFC 2990 - Next Steps for the IP QoS Architecture / Internet Engineering Task Force, 2000. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc2990 (дата обращения: 09.06.2020)

109. RFC 3260 - New Terminology and Clarifications for Diffserv / Internet Engineering Task Force, 2002. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc3260 (дата обращения: 09.06.2020)

110. RFC 3550 - RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications / Internet Engineering Task Force, 2003. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc3550 (дата обращения: 09.06.2020)

111. RFC 3644 - Policy Quality of Service (QoS) Information Model / Internet Engineering Task Force, 2003. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc3644 (дата обращения: 09.06.2020)

112. RFC 3984 - RTP Payload Format for H.264 Video / Internet Engineering Task Force, 2005. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc3984 (дата обращения: 09.06.2020)

113. RFC 4445 - A Proposed Media Delivery Index (MDI) / Internet Engineering Task Force, 2006. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc4445 (дата обращения: 09.06.2020)

114. RFC 6184 - RTP Payload Format for H.264 Video / Internet Engineering Task Force, 2011. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc6184 (дата обращения: 09.06.2020)

115. RFC 7657 - Differentiated Services (Diffserv) and Real-Time Communication / Internet Engineering Task Force, 2015. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc7657 (дата обращения: 09.06.2020)

116. RFC 7761 - Protocol Independent Multicast - Sparse Mode (PIM-SM): Protocol Specification (Revised) / Internet Engineering Task Force, 2016. [Электронный ресурс] URL: https://tools.ietf.org/html/rfc7761 (дата обращения: 09.06.2020)

117. Seeling, P., Reisslein, M. Video traffic characteristics of modern encoding standards: H.264/AVC with SVC and MVC extensions and H.265/HEVC // TheScientificWorldJournal, 2014. DOI: 10.1155/2014/189481

118. Stevens W.R., Fenner B., Rudoff A. Unix Network Programming, Volume 1: The Sockets Networking API (3rd Edition) / Addison-Wesley Professional. 2003. 1024c.

119. Sullivan G., Topiwala P., Luthra A. The H.264/AVC Advanced Video Coding standard: overview and introduction to the fidelity range extensions // Материалы конференции SPIE 5558, Applications of Digital Image Processing XXVII, (2 November 2004); doi: 10.1117/12.564457

120. Szigeti T., Hattingh C., Barton R., Briley K. End-to-End QoS Network Design: Quality of Service for Rich-Media & Cloud Networks, 2nd Edition.// Cisco Press, 2012.- 1040c.

121. Timekeeping in VMware Virtual Machines (for VMware vSphere 5.0, Workstation 8.0, Fusion 4.0) // VMware Inc., 2011. [Электронный ресурс]

URL:http://www.vmware.com/files/pdf/Timekeeping-In-VirtualMachines.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

122. Transport of MPEG-2 TS Based DVB Services over IP Based Networks ETSI TS 102 034 V2.1.1 // European Broadcasting Union, София-Антиполис, Франция, 2016. - 331c.

123. Troubleshooting Both Network IP and MPEG for Video on Demand / IneoQuest Technologies, 2006. [Электронный ресурс] URL: https://web.archive.org/web/20061022081654/http://^p.ineoquest.com:80/pub/docs/Pap ers/troubleshootingIPandMPEG_final.PDF (дата обращения: 17.09.2018)

124. Tsukerman A. Buffer size on 3750G [Электронный ресурс] URL: https://people.ucsc.edu/~warner/Bufs/3750G-buf.pdf (дата обращения: 10.10.2019)

125. WinPcap internals / The WinPCAP Team, 2007. [Электронный ресурс]

URL: https: //www. winpcap.org/docs/docs_40_2/html/group_internals.html (дата

обращения: 09.06.2020)

126. Wolf S., Pinson M. Application of the NTIA General Video Quality Metric (VQM) to HDTV Quality Monitoring // Материалы конференции Third International Workshop on Video Processing and Quality Metrics for Consumer Electronics (VPQM-07), Scottsdale, Arizona, January 25-26, 2007.

127. Won, Y., Ahn, S.: GOP ARIMA: Modeling the nonstationarity of VBR processes. Multimedia Systems 10(5), 359-378 (2005)

128. x264, the best and fastest H.264 encoder / VideoLAN, 2020. [Электронный ресурс] URL: https://code.videolan.org/videolan/x264 (дата обращения: 09.06.2020)

129. Y.1541: Network performance objectives for IP-based services / International Telecommunication Union, 2011. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1541-201112-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

130. Y.1542: Framework for achieving end-to-end IP performance objectives / International Telecommunication Union, 2010. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1542-201006-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

131. Y.1544: Multicast IP performance parameters / International Telecommunication Union, 2008. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1544-200807-I (дата обращения: 09.06.2020)

132. Y.1545.1: Framework for monitoring the quality of service of IP network services / International Telecommunication Union, 2017. [Электронный ресурс] URL: https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1545.1-201703-I/en (дата обращения: 09.06.2020)

133. Zhao, J., Li, B., Ahmad, I.: Traffic model for layered video: an approach on Markovian arrival process. In: Packet Video 2003, Nantes, France (2003)

134. Zukerman M. Introduction to Queueing Theory and Stochastic Teletraffic Models // City University of Hong Kong, 2020. [Электронный ресурс] URL: https://arxiv.org/pdf/1307.2968.pdf (дата обращения: 09.06.2020)

Авторские свидетельства, патенты

1. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Система конвейерного интервального анализа видеотрафика, версия 1.0 // Свидетельство о регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО № 24372 от 12.12.2019.

2. Моисеев В. И., Лихтциндер Б. Я. Конвертер потоков заявок СМО, версия 1.0 / Свидетельство о регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО № 24371 от 11.12.2019.

Приложение 1. Акты об использовании результатов диссертации

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе

ФГБОУ ВО "Пермский ютвенный национальный ^тельский университет"

С. О. Макаров

2019г.

АКТ

внедрения в учебный процесс результатов диссертационной работы Моисеева Виктора Игоревича на тему "Разработка и исследование конвейерного метода интервального анализа видеотрафика", представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций.

Комиссия в составе:

заведующего кафедрой радиоэлектроники и защиты информации ФГБОУ ВО ПГНИУ, к.ф.м.н, доцента Лунегова Игоря Владимировича, заместителя декана физического факультета ФГБОУ ВО ПГНИУ, Сивкова Владимира Григорьевича,

начальника учебного управления ФГБОУ ВО ПГНИУ, к.ф.м.н., доцента, Бабушкиной Елены Вадимовны, составила акт о нижеследующем.

Результаты диссертационной работы Моисеева Виктора Игоревича используются в учебном процессе на физическом факультете ФГБОУ ВО "Пермский государственный национальный исследовательский университет". Моисеевым Виктором Игоревичем разработана рабочая программа дисциплины по курсу «Сети и системы передачи информации» для студентов, обучающихся по специальности «Информационная безопасность автоматизированных систем». Разработанное в рамках диссертационной работы программное обеспечение «Система конвейерного интервального анализа видеотрафика» используется на лабораторных занятиях по данному курсу. Внедренные результаты включают:

1. Применение конвейерного метода интервального анализа для потоковой обработки видеотрафика. В лабораторной работе студенты выполняют оценку свойств очередей, образуемых видеопотоком при различных параметрах видеокодека и протокола передачи.

2. Программное обеспечение, построенное на основе конвейерного метода интервального анализа видеотрафика - «Система конвейерного интервального анализа видеотрафика». Данное ПО используется студентами в лабораторной работе для исследования свойств видеотрафика в реальном времени и получения характеристик сети доступа, необходимых для обеспечения заданного качества передачи.

3. Метод определения объема и структуры буферной памяти оборудования доступа. В лабораторной работе студенты производят оценку используемого объема буферной памяти коммутаторов, а также изучают влияние различных алгоритмов обслуживания очередей на характеристики видеотрафика.

Заведующий кафедрой радиоэлектроники и ^

защиты информации ПГНИУ, к .ф.-м.н., доцент ...........' И.В.Лунегов

Заместитель декана по учебной работе

физического факультета ПГНИУ

В.Г.Сивков

Начальник учебного

управления ПГНИУ, к .ф.-м.н., доцент

Е.В.Бабушкина

АКТ

о внедрении (использовании) результатов диссертационной работы Моисеева Виктора Игоревича на тему «Разработка и исследование конвейерного метода интервального

анализа видеотрафика»

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Моисеева В.И. «Разработка и исследование конвейерного метода интервального анализа видеотрафика», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в ПАО «Морион» при разработке аппаратуры связи. Использованы представленные в диссертации результаты в части методики определения структуры и объема буферной памяти оборудования доступа, результаты анализа влияния характеристик видеокодека на размеры очередей в телекоммуникационных системах, рекомендации по оптимизации параметров оборудования сети доступа.

А.А. Колесников

Приложение 2. Характеристики видеообразцов

Таблица П2.1

Технические параметры тестового образца видеоданных для профиля High10 с _ уровнем 5.2_

Параметр Значение

Kind of stream General

Stream identifier 0

Count of video streams 1

Video Format List AVC

File extension mp4

Format MPEG-4

Commercial name MPEG-4

Internet media type video/mp4

Codec ID isom (isom/iso2/avc1/mp41)

CodecID Compatible isom/iso2/avc1/mp41

Codec MPEG-4

File size 132536273

Duration 60019

HeaderSize 40

DataSize 132525446

FooterSize 10787

IsStreamable No

Overall bit rate 17665908

Frame count 1439

File last modification date UTC 2018-03-20 12:27:15

Writing application Lavf57.25.100

Video

Count 338

Count of stream of this kind 1

Kind of stream Video

Stream identifier 0

Format/Info Advanced Video Codec

Format settings CABAC / 4 Ref Frames

StreamOrder 0

ID 1

Commercial name AVC

Format AVC

Format profile High@L5.2

Format settings, RefFrames 4 frames

Internet media type video/H264

Codec ID avc1

Codec/Family AVC

Codec/Info Advanced Video Codec

Codec ID/Info Advanced Video Coding

Codec/CC avc1

Format settings, CABAC Yes

Codec profile High@L5.2

Codec settings CABAC / 4 Ref Frames

Codec settings, CABAC Yes

Codec Settings RefFrames 4

Duration 60019

Bit rate 17664655

Bit rate 17.7 Mb/s

Width 4 096 pixels

Продолжение Таблицы П2.1

Параметр Значение

Height 2 304 pixels

Sampled Width 4096

Sampled Height 2304

Pixel aspect ratio 1.000

Display aspect ratio 1.778

Display aspect ratio 16:9

Rotation 0.000

Frame rate mode CFR

Frame rate mode Constant

Frame rate 23.976 (24000/1001) FPS

Colorimetry 4:2:0

Bit depth 8 bits

FrameRate Num 24000

FrameRate Den 1001

Frame count 1439

Resolution 8 bits

Scan type Progressive

Chroma subsampling 4:2:0

Interlacement PPF

Color space YUV

Interlacement Progressive

Writing library x264 core 142 r2389 956c8d8

Bits/(Pixel*Frame) 0.078

Stream size 132525438

Writing library x264 - core 142 r2389 956c8d8

Encoded Library Version core 142 r2389 956c8d8

Encoded Library Name x264

Encoding settings cabac=1 , ref=3 , deblock=1:0:0 , psy=1 , psy_rd=1.00:0.00 analyse=0x3:0x113 , me=hex , subme=7 , , mixed_ref=1 , me_range=16 , chroma_me=1 , trellis=1 , 8x8dct=1 , cqm=0 , deadzone=21,11 , fast_pskip=1 , bluray_compat=0 , constrained_intra=0 , chroma_qp_offset=-2 , threads=3 , lookahead_threads=1 , sliced_threads=0 , nr=0 , bframes=3 , b_pyramid=2 , decimate=1 , interlaced=0 , b_adapt=1 , open_gop=0 , b_bias=0 , keyint_min=23 , scenecut=40 , intra_refresh=0 , rc_lookahead=40 , rc=crf , mbtree=1 , crf=23.0 , qcomp=0.60 , qpmin=0 , qpmax=69 , qpstep=4 , ip_ratio=1.40 , aq=1:1.00direct=1 , weightb=1 , weightp=2 , keyint=250

Таблица П2.2

Параметры _ очередей для образцов видеотрафика _

Профиль и уровень кодека H.264 X (с-1) Битовая скорость потока (Мбит/с) Q (ед.) на канале 100 Мбит/с Условная средняя очередь Q (ед.) на канале 100 Мбит/с Чтах (ед.) на канале 100 Мбит/с (ед.) на канале 100 Мбит/с а, (ед.) ß, (ед.) Ро, (ед.) Чтах{р о), (ед.)

baseline.3.0 111,3 0,869 0,002 0,338 2,014 0,038 0,474 -0,294 0,237 3,014

baseline.3.1 191,8 1,498 0,004 0,338 0,338 0,050 0,481 -0,343 0,284 1,676

baseline.3.2 325,6 2,543 0,006 0,338 1,676 0,065 0,501 -0,480 0,332 1,676

baseline.4.0 467,0 3,648 0,009 0,338 1,676 0,078 0,505 -0,501 0,379 2,014

baseline.4.1 781,6 6,106 0,015 0,338 3,014 0,100 0,505 -0,504 0,568 3,352

baseline.4.2 829,0 6,476 0,016 0,339 3,014 0,103 0,506 -0,502 0,568 3,689

baseline.5.0 1 208,7 9,443 0,024 0,339 4,689 0,125 0,506 -0,499 0,426 4,689

baseline.5.1 2 327,7 18,185 0,055 0,401 26,447 0,392 0,543 -0,327 0,521 30,447

baseline.5.2 2 445,8 19,107 0,050 0,351 8,703 0,209 0,511 -0,463 0,474 10,041

Продолжение Таблицы П2.2

Профиль и уровень кодека Н.264 X (с-1) Битовая скорость потока (Мбит/с) 7 (ед.) на канале 100 Мбит/с Условная средняя очередь 7 (ед.) на канале 100 Мбит/с Чтах (ед.) на канале 100 Мбит/с ^ (ед.) на канале 100 Мбит/с а, (ед.) Р, (ед.) Ро, (ед.) Чтах{р о), (ед.)

high10.3.0 105,1 0,821 0,002 0,338 3,014 0,037 0,459 -0,179 0,237 3,014

Ы§Ы0.3.1 176,6 1,380 0,003 0,338 2,014 0,048 0,472 -0,277 0,237 3,014

high10.3.2 286,3 2,237 0,006 0,338 1,676 0,061 0,472 -0,288 0,284 1,676

high10.4.0 371,8 2,905 0,007 0,338 0,338 0,070 0,483 -0,358 0,237 0,676

high10.4.1 691,1 5,399 0,014 0,338 3,014 0,095 0,505 -0,502 0,379 3,014

high10.4.2 933,8 7,296 0,018 0,338 2,014 0,109 0,505 -0,502 0,379 3,014

high10.5.0 1 648,9 12,882 0,033 0,339 4,689 0,144 0,506 -0,498 0,379 5,027

high10.5.1 1 974,1 15,422 0,041 0,354 11,717 0,198 0,517 -0,459 0,474 12,717

high10.5.2 2 128,0 16,625 0,045 0,364 19,082 0,261 0,523 -0,435 0,474 22,082

high.3.0 99,3 0,776 0,000 0,000 0,000 0,000 0,452 -0,122 0,189 3,014

high.3.1 173,5 1,355 0,003 0,338 2,014 0,048 0,451 -0,128 0,237 3,014

high.3.2 284,3 2,221 0,006 0,338 2,014 0,061 0,471 -0,275 0,284 3,014

high.4.0 370,9 2,898 0,007 0,338 3,014 0,070 0,482 -0,351 0,284 3,014

high.4.1 634,2 4,955 0,013 0,338 1,676 0,090 0,505 -0,502 0,379 2,014

high.4.2 690,3 5,393 0,014 0,338 3,014 0,094 0,505 -0,500 0,379 3,689

high.5.0 749,2 5,853 0,015 0,340 2,352 0,100 0,507 -0,485 0,379 4,352

high.5.1 2 071,3 16,182 0,044 0,361 14,730 0,253 0,520 -0,427 0,474 19,420

high.5.2 2 120,1 16,564 0,045 0,359 29,461 0,299 0,520 -0,451 0,474 34,461

main.3.0 97,6 0,763 0,000 0,000 0,000 0,000 0,444 -0,067 0,189 3,014

main.3.1 169,8 1,326 0,003 0,338 2,014 0,047 0,441 -0,052 0,189 3,014

main.3.2 264,2 2,064 0,005 0,338 0,676 0,059 0,450 -0,130 0,189 1,676

main.4.0 353,2 2,759 0,007 0,338 2,014 0,068 0,464 -0,236 0,284 3,014

main.4.1 612,3 4,784 0,012 0,338 3,352 0,089 0,504 -0,490 0,332 3,352

main.4.2 662,0 5,172 0,013 0,338 1,676 0,092 0,505 -0,503 0,426 3,014

main.5.0 1 613,3 12,604 0,037 0,388 12,055 0,258 0,547 -0,349 0,426 14,055

main.5.1 2 009,8 15,701 0,040 0,343 8,703 0,168 0,508 -0,485 0,426 9,703

main.5.2 2 078,0 16,234 0,042 0,346 14,730 0,190 0,510 -0,474 0,426 17,730

baseline.3.0.FF 36,4 0,284 0,000 0,000 0,000 0,000 1,751 -0,560 0,047 10,798

baseline.3.1.FF 70,7 0,553 0,000 0,000 0,000 0,000 3,791 -2,933 0,095 16,495

baseline.3.2.FF 111,9 0,874 0,023 3,000 21,909 0,535 6,119 -5,083 0,237 24,129

high10.5.0.FF 368,9 2,882 0,633 22,257 103,289 6,551 48,880 41,556 0,521 137,078

high10.5.1.FF 353,1 2,758 0,753 27,581 104,990 7,912 61,770 52,335 0,474 140,447

high10.5.2.FF 380,4 2,972 0,916 31,115 134,928 9,205 68,714 58,498 0,332 156,029

high.4.1 .FF 279,4 2,183 0,137 6,571 39,195 1,765 14,026 12,162 0,426 45,195

high.4.2.FF 310,6 2,426 0,166 7,109 42,449 2,000 15,139 13,130 0,474 51,577