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本科生毕业论文(设计)
外文翻译
题目 移动性能量感知移动视频传输
移动性能量感知移动视频传输
Panayiotis Kolios和Vasilis Friderikos,伦敦国王学院
Katerina Papadaki,伦敦经济学院
摘要：移动网络运营商和用户已经经历了多媒体内容消费对无线网络的可怕影响，不仅在影响系统性能的流量超载方面（与感知的用户体验相关），而且还在消耗能源消耗方面基础设施节点和终端的电池。移动视频已成为当今蜂窝网络中占主导地位的总流量贡献者。在这项工作中，节能内容转发策略被设计用于利用移动信息的蜂窝网络上的视频流消费。虽然本质上这样的服务需要严格的实时约束，但在未来的时间实例中，通信片段的数据可能被故意推迟（总是在实时约束下由回放时间要求设置），其经历了可观的发送信道链路增益。通过这样做，可以为移动用户终端和基础设施节点实现多倍的能量消耗节约，而不会牺牲可感知的体验质量。
关键词：移动网络业；数据传输；流量转化；案例分析
1.介绍
毫无疑问，移动网络运营商今天面临的两大关键挑战是能源消耗和数据流量的扩大。随着数据使用量的增加，移动运营商的运营支出成本急剧上升，与此同时，用户的主要关注点是他们面临的电池充电时间相当短，可能会降低整体移动体验。此外，移动数据流量的当前和新兴趋势决定性地将视频流设置为流量整体增长的主导力量。最近的统计数据显示，在某些情况下，视频流量可能对移动网络中总流量的近70％负责，还值得指出的是，即使用户可能在YouTube上花费的时间几乎相同脸书，在YouTube用户的情况下，与Facebook相比，流量增加了350倍。
可以预见，网络解决方案将在满足更高数据速率和更高流量需求的同时保持甚至降低支持上述服务的能耗要求，从而提供显着提升。显然，工程异质接入技术的兴趣已经转移，这不仅可以提高聚合吞吐量，而且还可以通过卸载无线局域网（WLAN）上的流量，进一步减轻高负载单元的负担。后者可能通过WLAN接入点或毫微微小区发生，或者两者共存。但是，仍然有待观察多个WLAN如何影响整体网络性能和用户体验（因为会出现频繁的垂直切换），以及它们如何最终影响总能量预算。在这项工作中，提出了一种替代和免费的技术，通过利用用户固有的移动性和从YouTube，Vimeo等热门网站提供视频的方式来降低能耗。
2.辅助视频传输
事实上，媒体内容交付技术，如HTTP自适应流媒体和HTTP渐进式下载（针对当前移动终端上的传统软件提出）- 两种非常受欢迎的解决方案 - 无论实际的播放要求如何，都以尽力而为的方式向用户提供内容;因此很多应用程序通常会在播放时间之前缓冲提供的内容。
下文提出的解决方案是智能地控制交付，并因此控制在终端处缓冲的内容，以提高无线系统的能量效率。当终端离开基站（BS）时，这种解决方案保持较小的可用缓冲区，而当终端靠近BS时，它更积极地提供内容。这就是说，只要不中断播放，所感知的用户体验根本不受应用程序缓冲区大小的影响，从而在看起来合适时有意地延迟片段传输时具有很大的灵活性。本质上，利用这种延迟容忍度，系统在信道条件不利时进行通信，而只有在有经验的信道增益被认为更好时才进行传输。通过这种方式，通信发生在小区内的最佳位置（就链路增益而言），从而使发射机和接收机节点的总能量消耗最小化，整个过程受到实时回放要求的限制所提供的服务。
图1.在蜂窝网络中提出的机械转发方案的图解
假设车辆上的用户终端（MN1 in图1）请求在巡航时下载视频文件高速公路。而不是瞬间进行传输（这种情况在图中被描述为链接1），BS可以在用户靠近时避免交流在下载文件之前到单元中心，如图所示未来的转发机会（图中2个链接集）。这样就可以实现局部传输导致总能耗显着提高的系统。或者，假设请求的文件是一个视频流。在后一种情况下，BS可以如此发送一些视频片段到移动终端该播放可以立即开始并保持一段时间播放时间提前几秒钟。但是，而不是尽快发送完整的文件（因为是目前通过手机使用的渐进式下载案例视频传送服务），BS可以推迟进一步的内容而终端在接近BS前移动完成所请求视频的文件传输。
请注意，提出的概念与drivethrough不同互联网，无线接入仅在沿着移动节点路线的特定位置。也是不同于传统的延迟容忍网络（DTN）范式认为网络拓扑结构我们认为这不是稀疏的，这是潜在的假设在DTN中。在这里，完整的连接由提供基础设施节点，但沟通是故意的推迟实现目标能效收益。所提出的消息转发方法在下文中称为机械前进（MF），因为机械运动的移动终端被用作改善手段信息交流中的能源效率。
3.内容传送方法
在本节中，我们将回顾多年来不断发展的视频内容传送方法，并介绍即将在下一节中使用的术语。
目前，视频内容通过托管和非托管网络传递给订阅者。尽管受管理的网络（例如有线电视和IPTV）在严格的服务质量（QoS）要求下提供高质量的多播通信以确保观看体验，但其部署和维护成本通常非常高。另一方面，非托管网络上的多媒体服务（也称为OTT服务）使用传统的客户端服务器模型通过Internet提供内容。由于灵活性和易于部署，OTT服务似乎不仅是为用户生成的视频提供内容的首选方式，而且还是专业内容创作者提供的多媒体内容的首选方式（例如，美国的华纳兄弟提供电影分发服务不仅来自其网站;最近，该工作室已与Facebook合作，直接在社交网站上流式传输视频）。此外提供更低的部署成本OTT服务考虑到两者都有生存的可能性和时移内容。时移内容已被证明是特别吸引人的因为它提供个性化的广播和电视针对个人需求的计划。例子这是iPlayer和Radioplayer由英国广播公司在美国委托以前已经提供的王国作为视频点播广播内容（VOD）。最后，内容创作者也提供电影和音乐电子销售（EST），客户可以在其中购买和销售请在设备上下载该文件的副本以便稍后使用时间和存储在他们的数字图书馆。而EST可以采用不同的文件传输协议和互联网上的点对点文件共享机会，媒体串流对两者都有实时查看要求直播和VOD服务，创建一个更复杂的生态系统服务要求。正如我们在续集中讨论的那样，媒体流媒体技术已经发展到三年不同的类。
4.传统的流媒体
传统流媒体（TS）是指媒体通信传输速率符合媒体的方法消费率。这样媒体文件就是即时的在接待处回放，缓冲最少。一个流媒体服务器不会发送超过几秒钟的时间数据在播放时间之前，数据在播放后被删除。因此，TS很容易实现，而内存客户端节点的需求很小。但是同样的，同一个媒体文件的重播需要时间需要再次下载相同的信息。
过去实施的TS方法（包括微软的Windows媒体服务和苹果的QuickTime）属于基于推送协议的类别由此服务器之间的连接总是处于活动状态和客户端，只要数据包一直保存流向客户端。客户端可以请求更多的数据包取决于数据速率和缓冲区状态，或者可选报告其网络和缓冲区状态的测量结果到服务器执行决定。
5.渐进式下载
渐进式下载（PD）已经随着时间的推移而发展最流行的多媒体内容传送方式互联网。有了PD，媒体文件就可以通过它下载互联网作为一系列数据文件，在大多数情况下，HTTP over TCP传输协议。但是，不像传统文件下载，媒体文件的播放几乎开始立即并且通常在整个文件被下载之前。此外，与TS相反，接收的媒体文件是存储在终端的内存中（通常在高速缓存中）如果需要，可以在以后重播。在媒体文件的多个副本存在不同的情况编码速率（以适应不同的目的和功能）访问内容的设备），PD选择最多呼叫建立时的适当流并继续无论网络变化如何，下载该流随着时间的推移。虽然这样的技术可能很简单足以实现并适用于固定宽带连接（广告数据速率没有显着变化随着时间的推移），下行链路极不可能无线信道上的数据速率可以保持很长时间一段时间。实际上，通过无线链路使用PD通常会导致播放停顿和重新缓冲。
表1.移动视频传输技术
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解决方案 |
政策 |
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HTTP渐进下载 |
视频播放在下载之前开始完成了。 积极的方面数据速率使用和能源效率低下。 |
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自适应串流 |
数据速率适应瞬时网络。但长期来看，这是近视平均环节收益的变化。 |
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速率编码优化 |
在实际的空间上调整视频内容视频的细节; 这里再次没有提供节能机制。 |
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智能高速缓存 |
这个想法是智能地存储内容更靠近网络的边缘（即更接近用户的请求）。 这个可以被视为一种补充技术提出的机械转发方案。 |
另外，一旦根据PD开始下载，整个文件尽可能快地发送到客户端。 因此，在用户的情况下会浪费大量的资源决定不看部分或整个媒体文件后已被下载。
6. 自适应流媒体
为了解决PD的缺点，同时保持其简单性，最近提出了一种称为自适应的新技术流媒体（AS）。自适应流媒体继承了好处TS和PD都提供灵活和强大的通信通过互联网传送媒体内容的方法。与PD的情况一样，AS使用基于TCP的HTTP传输媒体内容通过非托管网络。然而，而不是传播大媒体文件，媒体内容被切成更小的时间同步的片段不仅在每个编码流中，而且在所有编码流中可用的编码流。服务器/客户端根据不同的流向前转/请求可用的数据速率，确保观众的体验在保证播放的同时最大化由于变化的联网条件而不会冻结。
此外，视频传送中的小碎片的概念符合互联网的最佳努力性质并提供更好的公平决策。 AS被考虑这是满足媒体日益增长的需求的最佳选择通过互联网传送，以及所有主要供应商已经制作这种技术的变种：例如苹果公司就有开发了HTTP Live Streaming技术并提交它作为IETF草案[8]，而微软的Smooth Streaming体系结构，Adobe的HTTP动态流媒体和思科的Videoscape平台是其他候选产品之一备择方案。最后，值得指出的大部分是这些供应商建议提前约30秒缓冲回放时间一直保持。
PD和AS都是基于拉的协议，其中终端根据可用的请求发送请求媒体片段媒体文件的元数据，包括可能的编码流（对于AS，元数据文件被称为清单文件或播放列表），缓冲区状态和底层网络条件。
因此，必须考虑能源效率媒体流中所有三种变体的方面（除了东部时间），其中的联赛表将有助于指导选择。 表格1突出了各种不同的策略市场上可用的方案。 重要的是，尽管如此在续集中争论，而不是简单地修复缓冲区内容持续时间为固定值，更有利提高能源效率以动态调整缓冲区大小基于对渠道空间特征的预测在未来的时间。
7. 视频流媒体策略：案例研究
靠近BS的移动用户更有可能享受到极好的体验系统性能而不是另一个，只是进一步离开，这可能会遇到退化的服务。这完全是由于信号衰减多项式增加的事实与距离。让我们假设在一个任意的时间点用户发现自己距离小区的BS有一段距离。反过来，让ht代表该距离处的信道增益。然后，下信息的理论最大Shannon界限传输，可实现的数据速率可以被计算为其中B是该用户分配的系统带宽PTx表示传播信号所需的发射功率，NO是噪声功率谱密度。为了简洁起见，假设用户请求一个媒体文件第k个可用媒体流的大小W（k）。然后实现不间断播放，Wt（k）文件的片段必须是时间t通过无线链路传送，总的来说，完整的文件应该以T单位时间交付。潜在地，用户可能下载文件以供稍后回放（即，EST情况）或流传送来自内容提供者的视频（即通过TS，PD和AS）。
5. 电子销售利用移动性
如上所示，美国东部时间促进尽力而为其中媒体内容将由T台递送的方法的时间。 本质上，平均率的要求提供所请求的内容将是可取的。 然而，通过偏离该目标可以实现节能当有良好的信道增益允许增加时在给定的功率水平下的传输速率（表达的折衷以前由香农容量限制）。实际上，它提供了传输速率之间的最佳折衷在不好的频道条件下（可能需要）确保流畅播放），并在良好的频道位置增加传输速率; 这两种情况都会影响到学位的所需电力支出。 重要的是，费率分配在实际上可以通过基本的充水来实施方法。
图2. a）PD，通过互联网使用的流行媒体内容交付方法的图解说明; b）拟议的流动性 - 这种解决方案利用缓冲负载的延迟容限（在播放时间之前发送）来实现节能，通过无线链路进行高效的通信。
6. 流媒体利用移动性
显然，方程中的费率分配。 1不执行保证用于不间断播放。当然，根据实时查看约束条件下，TS需要连续的数据传输（即，几乎恒定的数据速率链路），而PD努力实现可能的最大数据速率和缓冲区在回放之前尽可能多的内容（即，利用完全链接功能，而不考虑成本）。在AS的情况下（没有预先配置的固定缓冲窗口），唯一的先决条件是为缓冲区保持足够的数据不间断在客户端播放。
图2说明了PD和AS如何运作一个移动用户在船上旅行的合理情景车辆（并向BS移动）请求视频流。对于PD，如图2a所示，下载开始，一部分视频文件将在终端上传送并缓存
播放开始。无论播放时间如何，下载都会继续进行，并且经常下载完成播放开始后不久。但是，对于一个终端这启动了一个更远离BS的过程地点，显然视频的最大部分是传输距离最长，传输距离严重降低资源利用效
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