mmlec-1314.ppt

1、School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多媒體不但要解決單機上的問題，也要解決多媒體網(wǎng)絡(luò)通信問題。多媒體信息的傳輸對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了較高的要求 學(xué)習(xí)重點： 分布式多媒體應(yīng)用對通信網(wǎng)絡(luò)的需求 多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量QOS 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 多媒體通信協(xié)議,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),計算機網(wǎng)絡(luò)： 通過通信線路將多臺地理上分散的獨立工作的計算機互聯(lián)起來，以達到通信和共享資源的目的，這樣一個松散耦合的系統(tǒng)就叫計算機網(wǎng)絡(luò)。 多媒體網(wǎng)絡(luò)： 將多臺地理上分散的具有處理多媒體

2、功能的計算機和終端通過高速通信線路互聯(lián)起來，以達到多媒體通信和共享多媒體資源的網(wǎng)絡(luò)。,School of Management Tianjin University,多媒體網(wǎng)絡(luò)發(fā)展： (1)1980年1990年，局域網(wǎng)(10Mbps)，以Ethernet、Novell、Token Ring為代表，傳輸線路以雙絞線和同軸電纜為主，傳送的信息媒體以正文為主。廣域網(wǎng)Internet傳送正文，提供文件和Email服務(wù)。 (2)1990年2000年，高速局域網(wǎng)(100Mbps)， 窄帶ISDN光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供瀏覽、圖形、聲音、電子郵件和靜止圖像傳送。 (3)2000年2010年， B-ISDN，寬帶IP

3、，高速光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供視頻圖像傳輸和實時多媒體服務(wù)。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),分布式多媒體應(yīng)用的通信需求 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征 比特率的可變性 時間依賴性 信道的對稱性 多媒體通信的性能需求 多媒體通信對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高，除了傳輸速率，還有其他一些關(guān)鍵性的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù),School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),吞吐量：是指有效的網(wǎng)絡(luò)帶寬，定義成物理鏈路的傳輸速率減去各種傳輸開銷。 網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨時間變化而變化 影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量的因素有網(wǎng)絡(luò)故障，網(wǎng)絡(luò)擁塞，瓶頸，緩

4、沖區(qū)容量和流量控制等。 可靠性需求 容錯率（error rate）是一重要的性能指標(biāo)，反映網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，用三種方法定義：,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),位差錯率，定義為出錯的位數(shù)與所傳輸?shù)目偽粩?shù)之比 幀差錯率，定義為出錯的幀數(shù)與所傳輸?shù)目値瑪?shù)之比 分組差錯率，定義為出錯的分組數(shù)與所傳輸?shù)目偡纸M數(shù)之比 分別用于不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上計算差錯率。 音頻比視頻的可靠性要求要高一些，這是因為人類的聽覺比視覺更敏感一些，容忍的程度要相對低一些。,School of Management Tianjin University,多媒體通

5、信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),延遲需求：討論端到端延遲問題，是指發(fā)送端發(fā)送一個分組，到接收端正確的接收到該分組所經(jīng)歷的時間。其中包含下面的延遲時間: 傳播延遲 傳輸延遲 網(wǎng)絡(luò)延遲 接口延遲 網(wǎng)絡(luò)的單程傳輸延時應(yīng)在100500ms，一般250ms； 交互式多媒體應(yīng)用，系統(tǒng)對用戶指令響應(yīng)12s 延遲抖動是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的變化量，即端到端延遲的最大值與最小值之差。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),理想情況端到端延遲是一個恒定值（零抖動），但是由于網(wǎng)絡(luò)故障，傳輸錯誤以及網(wǎng)絡(luò)擁塞等延遲抖動總是不能避免的。 在接受端設(shè)置足夠的緩沖區(qū)容量可以緩和延遲和延遲抖

6、動問題。 多點通信的需求: 除了點對點通信外，還需支持： 廣播（Broadcast）：是把相同的數(shù)據(jù)傳送到其他所有站點,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多播：即當(dāng)群體中的一 個成員傳送數(shù)據(jù)時，群體中的每一個成員都收到該份數(shù)據(jù)，而不屬于這個群體成員的則不能收到該數(shù)據(jù)，使用的是組地址，是網(wǎng)絡(luò)上與多個站點相關(guān)的多目的地址。 同步需求：多媒體技術(shù)需要同時處理聲音、文字、圖像等多種媒體信息，在多媒體系統(tǒng)所處理的信息中，各個媒體都與時間有著或多或少的關(guān)系。例如：語音是時間的函數(shù)，聲音和視頻圖像要求實時處理同步進行，使得聲音和視頻具有協(xié)同性

7、,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多媒體通信的兩種類型： 流內(nèi)同步：是保持單個媒體流內(nèi)部時間關(guān)系，即按照一定的延遲和抖動約束傳送媒體分組流，以滿足感觀上的需要 流間同步：是不同媒體間的同步，當(dāng)音頻和視頻以及其他數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同的路徑或不同信源傳送過來時，需要在目的地對媒體進行同步，才能達到媒體的正確表現(xiàn)。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量 服務(wù)質(zhì)量（QoS,Quality of Service）：用于說明網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“好壞”程度。 在開放系統(tǒng)互

8、連模型OSI中，用一組QoS參數(shù)來描述傳輸速率和可靠性等特性 不同的分布式多媒體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)性能的要求不同，對網(wǎng)絡(luò)能提供的服務(wù)質(zhì)量的期望值也不同，可以用統(tǒng)一的QoS參數(shù)來描述這種不同的期望值,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),QoS的基本概念 QoS參數(shù)：用一組網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來表示，典型的有吞吐量，延遲，延遲抖動和可靠性，即QoS=吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動 不同的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，QoS參數(shù)集的定義方法可能是不同的，如下圖所示的五種類型的QOS參數(shù),School of Management Tianjin Universi

9、ty,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),對于交互式多媒體應(yīng)用來說，對延遲有嚴(yán)格的限制，不能超過人所能容忍的限度。否則會嚴(yán)重影響對語言和圖像的理解和識別。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),用戶根據(jù)應(yīng)用的需求來定義所需要的QoS參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的可用資源容量來判斷是否滿足應(yīng)用的QoS需要。經(jīng)過協(xié)商達成一致的QoS參數(shù)值在數(shù)據(jù)傳輸過程中得到基本保證。 壓縮編碼對QoS參數(shù)的影響 對于視頻編碼，如果只采用幀內(nèi)壓縮編碼，可以采取丟幀的方法允許QoS變

10、化，還可以利用各種顯示抖動算法，通過降低顯示質(zhì)量來保證原幀率不變。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),如果采用幀間和幀內(nèi)編碼，如MPEG編碼，則可以通過建立不同的優(yōu)先級來發(fā)送視頻的I,P和B幀，達到調(diào)節(jié)QoS的目的。其中I幀包含幀內(nèi)編碼，具有最高的優(yōu)先級別，以保證獲得良好的QoS服務(wù)。 還可以利用分層壓縮法將重要信息，如運動矢量，DCT的低頻分量或基本的信息，用高質(zhì)量的信道傳輸，標(biāo)以高優(yōu)先級別。當(dāng)信道擁塞時，扔掉低優(yōu)先級的分組，接受端仍然可以從主要的信息中回復(fù)一定質(zhì)量的圖像。,School of Management Tianj

11、in University,QoS參數(shù)的體系結(jié)構(gòu) 在分布式多媒體應(yīng)用中通常采用層次化的QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu) 對等層之間表現(xiàn)為對等協(xié)商關(guān)系，雙方按照承諾的QoS參數(shù)提供服務(wù)；同一方的不同層之間表現(xiàn)為一種映射關(guān)系 不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，QoS參數(shù)集的定義方法不同，通常使用吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來定義QoS,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),應(yīng)用層：面向端用戶，采用直觀，形象的表達描述不同的QoS,供用戶選擇 傳輸層：須由支持QoS的傳輸層協(xié)議提供可選擇和定義的QoS參數(shù) 網(wǎng)絡(luò)層：通過支持QoS的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供可

12、選擇和定義的QoS參數(shù),如RSVP和ST網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 數(shù)據(jù)鏈路層：實現(xiàn)對物理介質(zhì)的訪問控制能力，與網(wǎng)絡(luò)類型有關(guān)。如ATM網(wǎng)絡(luò)能構(gòu)較充分的支持QoS,QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu),School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),QoS的管理 QoS服務(wù)的分類 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù)，但是由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載是動態(tài)變化的，會引起QoS的動態(tài)波動，結(jié)果如何主要取決于QoS類型 確定型QoS：即必須履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù) 統(tǒng)計型QoS：即對承諾的QoS運行在一定范圍內(nèi) 波動，而且不會造成不良后果 盡力型QoS：最佳效果傳輸，網(wǎng)絡(luò)不提供任何

13、QoS保證，網(wǎng)絡(luò)性能隨負(fù)載的增加而明顯下降,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),QoS管理機制 為了標(biāo)準(zhǔn)化QoS參數(shù)定義，國際組織提供了以系列相關(guān)的協(xié)議,如IEEE 802.1p,資源保留協(xié)議RSVP和區(qū)分服務(wù)DiffServ 以及ATM等，都是從不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層提供QoS定義，分類和保證機制 QoS管理機制應(yīng)該提供的QoS管理特性如下： QoS管理是可配置的 QoS管理是可協(xié)商的 QoS管理是動態(tài)的,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù), QoS管理是端到端的 QoS管

14、理應(yīng)是層次化的 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不適合作為多媒體的傳送載體, 從多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，討論一下幾種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù): 10BASE-T以太網(wǎng)1978年提出，傳輸速率為10Mbps， 最大站間距離為1500米， 可通過中繼器擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，速度有限，不能完全適應(yīng)多媒體通信實時性要求和媒體種類變換的要求，但對靜態(tài)媒體的傳輸效果還可以。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),100BASE-T快速以太網(wǎng)是由快速以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的100Mbps高速以太網(wǎng)， 組成的LAN較好地支持多媒體通信，IEEE已將100BASE-T確

15、定為IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)。 千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的1000Mbps以太網(wǎng)技術(shù)，已作為IEEE 802.3z和802.3ab標(biāo)準(zhǔn)，千兆以太網(wǎng)技術(shù)顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬， 可用在任何規(guī)模的局域網(wǎng)的通信中。 但以太網(wǎng)沒有提供QoS的支持，這對多媒體通信來說是一種缺陷。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以太網(wǎng)構(gòu)成,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口) FDDI實際上是以光纖為傳輸媒介的、速率為100Mbps的令牌環(huán)局域網(wǎng)的ANSI標(biāo)準(zhǔn)

16、。IEEE已將FDDI確定為IEEE 802.8標(biāo)準(zhǔn)。 它既可用于主機與外圍設(shè)備之間、各主機之間的互連， 又可作為主干網(wǎng)，實現(xiàn)了多個LAN連接。 FDDI是一種提供面向連接傳輸服務(wù)的高速局域網(wǎng)，固定分配通信信道帶寬。16個面向連接服務(wù)，每個6.144Mbps。 由于它專用于數(shù)據(jù)傳輸， 不能為不同媒體選擇不同協(xié)議、不能動態(tài)分配帶寬， 所以對多媒體通信支持有局限性。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),FDDI結(jié)構(gòu)及應(yīng)用,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)

17、（ISDN）是以提供端到端連接的電話網(wǎng)IDN為基礎(chǔ)發(fā)展而成的通信網(wǎng)， 用以支持電話及非話的多種業(yè)務(wù)。 它能提供具有等時性的、高達2Mbps的信道帶寬，是目前交互式廣域多媒體通信中用得最多的。 B-ISDN的寬帶業(yè)務(wù)常指其傳輸速率超過一次群速率的業(yè)務(wù)， B-ISDN中交換主要是高速分組交換、高速電路交換、異步傳輸模式(ATM)和光交換技術(shù)。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),基于分組交換的異步傳輸模（Asynchronous Transfer mode, ATM） ATM網(wǎng)為多媒體流提供了足夠的帶寬。常規(guī)負(fù)載下的延遲和延遲抖動已相

18、當(dāng)小，它還提供多站點方式。因此ATM是符合前述多媒體需求的一種較好網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最近幾年來，ATM商品(路由器等）有很大的發(fā)展 多媒體通信協(xié)議 隨著分布多媒體廣泛應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)支持多媒體通信的能力提出越來越高的要求，原來的協(xié)議顯示出明顯的不足 近幾年來提出一些基于TCP/IP的多媒體通信協(xié)議,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),IP v6協(xié)議 與IPv4兼容. 128位的地址空間. “流標(biāo)志符”用以鑒別屬于同一流的所有組塊，可以確定優(yōu)先級等,IP層使用流標(biāo)志來進行資源預(yù)留和QoS承諾 改進的多站點尋址方案。 用于完整性及數(shù)據(jù)加密性的機制

19、。 IP v6通過優(yōu)先級和流標(biāo)志符字段提供QoS支持機制，同時要求數(shù)據(jù)傳輸路徑上的各個路由器也應(yīng)具備QoS支持能力。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),RSVP協(xié)議 （Resource reSerVation Protocol）是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，通過建立連接，位特定 的媒體保留資源，提供QoS服務(wù)。 RSVP允許應(yīng)用程序為它們的數(shù)據(jù)流保留帶寬。主機根據(jù)數(shù)據(jù)流的特性使用這個協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)請求保留一個特定量的帶寬，路由器也使用RSVP轉(zhuǎn)發(fā)帶寬請求。為執(zhí)行RSVP，在接收端、發(fā)送端和路由器中都必須要有執(zhí)行RSVP的軟

20、件。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),RSVP的2個主要特征是： 保留組播樹的帶寬，單播是一特殊情況； 接收端驅(qū)動，即接收端啟動和維護資源的保留 實現(xiàn)RSVP的關(guān)鍵技術(shù)是路由器對RSVP的支持能力，包括路由器的QoS編碼方案，資源調(diào)度策略，可提供的RSVP連接數(shù)量等。,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),RESV消息沿著PATH消息的反向路徑到達源端,在沿途路由器上預(yù)留資源 Path報文 Resv報文：對發(fā)送者的保留請求給予確認(rèn)，并與到達同一端口的其他Resv報文合并，再傳送給上游路由器，直至到達發(fā)送者,School of Management Tianjin University,多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù),當(dāng)應(yīng)用需要QoS保證的服務(wù)時，發(fā)送端要向接收端發(fā)送一個稱之為路徑的組播包說明所要求的服務(wù)類型和業(yè)務(wù)流特點，沿途的路由器將路徑消息逐段傳遞至接收端，接收端返回一個稱之為預(yù)留的消息來請求資源，在此消息中給出接收端所要求的服務(wù)質(zhì)量。 網(wǎng)絡(luò)在回傳這消息時，沿途的每個路由器可接受或拒絕預(yù)留消息的請求。如果拒絕，則返回一個錯誤給接收端，呼叫被終