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在互联网上为用户提供稳定的服务质量不仅是网络工作者追求的目标,也是互联网能够持续发展的一个关键因素。近年来对互联网服务质量保障技术的研究非常活跃,涉及到网络服务框架的建立、应用层的自适应技术以及各种队列调度和管理技术,本文对这些研究工作做了介绍和总结。在不根本改变互联网网络风格、不影响网络传输效率的前提下,为达到改善网络服务质量的目的,本文主要围绕下面两个方面进行展开性工作:
1.分析了多种编码格式的媒体流存在的编码特征,以及不同编码结构对媒体流恢复质量的不同影响。除大家熟知的图像帧对媒体流恢复质量具有不同作用外,本文还指出了编码结构描述信息对媒体流恢复质量的重要影响。在保持现有网络风格和资源公平分配的原则下,如何为媒体流提供一种能够照顾到媒体流编码特征的网络传输框架就成为本文研究的第一个问题。针对这个问题,本文突破了目前IETF有区分服务(DiffServ)只在不同的业务类间提供服务质量区分的框架,将媒体流编码特征和网络传输结合在一起,提出了针对媒体流内部的编码结构提供服务质量区分的概念,以及对TCP友好的业务内有区分服务(IntraServiceDifferentiation,ISD)的新框架,并讨论了TCP公平下优惠值和子码流速率的多种选取方法。此外,本文以MPEG编码流为例.分析了对MPEG编码流的不同编码结构选用不同优惠值进行保护传输与图像传输质量之间的定量关系。
2.通过对目前DiffServ网络节点控制机制的分析,本文指出DiffServ缺乏一种实现简单、控制效果稳定的网络节点控制机制。针对这个问题,本文提出了一种能够有效提供DiffServ的实用网络控制机制——分级指导随机提早丢弃(CGRED)。基于单队列管理的CGRED不仅具有实现简单的优点,同时也具有优先级管理和维护分配带宽的能力,同时满足了对服务质量的精细控制和实现简单性两方面的需求。
本文取得的主要结果如下:(1)在保持现有网络风格和资源分配的公平性准则下,本文突破了目前IETF有区分服务(DiffServ)只在不同的业务类间提供服务质量区分的框架,提出了针对媒体流内部的编码结构提供服务质量区分的概念,以及对TCP友好的业务内有区分服务的新框架。此外,为避免得到优惠后的媒体流过多占用网络资源,本文还讨论了保持TCP公平原则下的优惠值和子码流速率的多种选取方法。业务内有区分服务充分考虑了媒体流内存在的编码特点,在网络传输过程中提供了区分对待媒体流中具有不同重要性的编码数据的手段,达到了充分利用网络资源、优化媒体流的总体传送质量的目的。(2)基于优惠券机制的TCP友好不等保护传输方案是业务内有区分服务的子码流实现方案。在该方案中,着重分析了为不同编码结构选用的不同优惠值(即不同的保护程度)和图像传输质量之间的定量关系,并通过仿真实验证实了该方案按照分组优惠值给定的保护程度,在网络传输的过程中减少重要编码结构信息的分组丢失率,可以有效减少图像帧的丢失、并改善MPEG码流的图象恢复质量。(3)提出了一种实用的网络控制机制——基于单队列管理的分级指导随机提早丢弃(CGRED)队列管理机制。CGRED采用自适应算法得到的丢弃指导概率作为RED所确定的分组丢弃概率的边界,将不同业务类的实际带宽占用情况转化成丢弃不同业务类分组的实际操作,同时使CGRED交替工作在指导模式和RED模式两种模式之间。这种工作方式使CGRED具有实现简单、对算法参数变化不敏感的优点,又具有优先级管理和维护分配带宽的能力,同时满足了对服务质量的精细控制和实现简单性两方面的需求。