多媒体通信网络技术解析

SLIDE1SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术•多媒体不但要解决单机上的问题，也要解决多媒体网络通信问题。多媒体信息的传输对网络基础设施提出了较高的要求•学习重点：–分布式多媒体应用对通信网络的需求–多媒体通信的服务质量－QOS–多媒体通信网络环境–多媒体通信协议SLIDE2SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术•计算机网络：通过通信线路将多台地理上分散的独立工作的计算机互联起来，以达到通信和共享资源的目的，这样一个松散耦合的系统就叫计算机网络。•多媒体网络：将多台地理上分散的具有处理多媒体功能的计算机和终端通过高速通信线路互联起来，以达到多媒体通信和共享多媒体资源的网络。SLIDE3SchoolofManagementTianjinUniversity•多媒体网络发展：(1)1980年—1990年，局域网(10Mbps)，以Ethernet、Novell、TokenRing为代表，传输线路以双绞线和同轴电缆为主，传送的信息媒体以正文为主。广域网Internet传送正文，提供文件和Email服务。(2)1990年—2000年，高速局域网(100Mbps)，窄带ISDN光纤网络，提供浏览、图形、声音、电子邮件和静止图像传送。(3)2000年—2010年，B-ISDN，宽带IP，高速光纤网络，提供视频图像传输和实时多媒体服务。SLIDE4SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术分布式多媒体应用的通信需求–多媒体数据流的基本特征1.比特率的可变性2.时间依赖性3.信道的对称性–多媒体通信的性能需求多媒体通信对网络环境要求较高，除了传输速率，还有其他一些关键性的网络性能参数SLIDE5SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术1.吞吐量：是指有效的网络带宽，定义成物理链路的传输速率减去各种传输开销。–网络的吞吐量随时间变化而变化–影响网络吞吐量的因素有网络故障，网络拥塞，瓶颈，缓冲区容量和流量控制等。2.可靠性需求–容错率（errorrate）是一重要的性能指标，反映网络传输的可靠性，用三种方法定义：SLIDE6SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术①位差错率，定义为出错的位数与所传输的总位数之比②帧差错率，定义为出错的帧数与所传输的总帧数之比③分组差错率，定义为出错的分组数与所传输的总分组数之比–分别用于不同的网络协议层次上计算差错率。–音频比视频的可靠性要求要高一些，这是因为人类的听觉比视觉更敏感一些，容忍的程度要相对低一些。SLIDE7SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术3.延迟需求：讨论端到端延迟问题，是指发送端发送一个分组，到接收端正确的接收到该分组所经历的时间。其中包含下面的延迟时间:⑴传播延迟⑵传输延迟⑶网络延迟⑷接口延迟–网络的单程传输延时应在100~500ms，一般250ms；–交互式多媒体应用，系统对用户指令响应1~2s–延迟抖动－是指网络传输延时的变化量，即端到端延迟的最大值与最小值之差。SLIDE8SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–理想情况端到端延迟是一个恒定值（零抖动），但是由于网络故障，传输错误以及网络拥塞等延迟抖动总是不能避免的。–在接受端设置足够的缓冲区容量可以缓和延迟和延迟抖动问题。4.多点通信的需求:–除了点对点通信外，还需支持：–广播（Broadcast）：是把相同的数据传送到其他所有站点SLIDE9SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–多播：即当群体中的一个成员传送数据时，群体中的每一个成员都收到该份数据，而不属于这个群体成员的则不能收到该数据，使用的是组地址，是网络上与多个站点相关的多目的地址。5.同步需求：多媒体技术需要同时处理声音、文字、图像等多种媒体信息，在多媒体系统所处理的信息中，各个媒体都与时间有着或多或少的关系。例如：语音是时间的函数，声音和视频图像要求实时处理同步进行，使得声音和视频具有协同性SLIDE10SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–多媒体通信的两种类型：•流内同步：是保持单个媒体流内部时间关系，即按照一定的延迟和抖动约束传送媒体分组流，以满足感观上的需要•流间同步：是不同媒体间的同步，当音频和视频以及其他数据流经过不同的路径或不同信源传送过来时，需要在目的地对媒体进行同步，才能达到媒体的正确表现。SLIDE11SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术多媒体通信的服务质量•服务质量（QoS,QualityofService）：用于说明网络服务的“好坏”程度。•在开放系统互连模型OSI中，用一组QoS参数来描述传输速率和可靠性等特性•不同的分布式多媒体应用对网络性能的要求不同，对网络能提供的服务质量的期望值也不同，可以用统一的QoS参数来描述这种不同的期望值SLIDE12SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术•QoS的基本概念–QoS参数：用一组网络性能参数来表示，典型的有吞吐量，延迟，延迟抖动和可靠性，即QoS={吞吐量，差错率，端到端延迟，延迟抖动}–不同的多媒体应用系统，QoS参数集的定义方法可能是不同的，如下图所示的五种类型的QOS参数SLIDE13SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术分类方法举例参数按性能分端到端延迟，比特率等按格式分视频分辨率，帧率，存储格式，压缩方法等按同步分音频和视频序列起始点之间的实滞按费用分连接和数据传输的费用和版权费按用户可接受性分主观视觉和听觉质量SLIDE14SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–对于交互式多媒体应用来说，对延迟有严格的限制，不能超过人所能容忍的限度。否则会严重影响对语言和图像的理解和识别。多媒体对象最大延迟/ms最大延迟抖动/ms平均吞吐量Mb/s可接受的比特差错率语音0.25100.06410-1视频（TV）0.251010010-2压缩视频0.2512〜1010-6数据1-1〜1000实时数据0.001-1-100图像1-2〜1010-9SLIDE15SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–用户根据应用的需求来定义所需要的QoS参数，系统根据当前的可用资源容量来判断是否满足应用的QoS需要。经过协商达成一致的QoS参数值在数据传输过程中得到基本保证。•压缩编码对QoS参数的影响–对于视频编码，如果只采用帧内压缩编码，可以采取丢帧的方法允许QoS变化，还可以利用各种显示抖动算法，通过降低显示质量来保证原帧率不变。SLIDE16SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–如果采用帧间和帧内编码，如MPEG编码，则可以通过建立不同的优先级来发送视频的I,P和B帧，达到调节QoS的目的。其中I帧包含帧内编码，具有最高的优先级别，以保证获得良好的QoS服务。–还可以利用分层压缩法将重要信息，如运动矢量，DCT的低频分量或基本的信息，用高质量的信道传输，标以高优先级别。当信道拥塞时，扔掉低优先级的分组，接受端仍然可以从主要的信息中回复一定质量的图像。SLIDE17SchoolofManagementTianjinUniversity•QoS参数的体系结构–在分布式多媒体应用中通常采用层次化的QoS参数体系结构–对等层之间表现为对等协商关系，双方按照承诺的QoS参数提供服务；同一方的不同层之间表现为一种映射关系–不同的应用系统中，QoS参数集的定义方法不同，通常使用吞吐量，差错率，端到端延迟，延迟抖动等网络性能参数来定义QoSSLIDE18SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术⑴应用层：面向端用户，采用直观，形象的表达描述不同的QoS,供用户选择⑵传输层：须由支持QoS的传输层协议提供可选择和定义的QoS参数⑶网络层：通过支持QoS的网络层协议提供可选择和定义的QoS参数,如RSVP和STⅡ网络协议⑷数据链路层：实现对物理介质的访问控制能力，与网络类型有关。如ATM网络能构较充分的支持QoS应用层QoS传输层网络层数据链路层QoS参数体系结构SLIDE19SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术QoS的管理1.QoS服务的分类在数据传输过程中，网络应该履行所承诺的QoS参数服务，但是由于网络负载是动态变化的，会引起QoS的动态波动，结果如何主要取决于QoS类型⑴确定型QoS：即必须履行所承诺的QoS参数服务⑵统计型QoS：即对承诺的QoS运行在一定范围内波动，而且不会造成不良后果⑶尽力型QoS：最佳效果传输，网络不提供任何QoS保证，网络性能随负载的增加而明显下降SLIDE20SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术2.QoS管理机制–为了标准化QoS参数定义，国际组织提供了以系列相关的协议,如IEEE802.1p,资源保留协议RSVP和区分服务DiffServ以及ATM等，都是从不同网络协议层提供QoS定义，分类和保证机制–QoS管理机制应该提供的QoS管理特性如下：⑴QoS管理是可配置的⑵QoS管理是可协商的⑶QoS管理是动态的SLIDE21SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术⑷QoS管理是端到端的⑸QoS管理应是层次化的多媒体通信网络环境•一些传统的网络技术不适合作为多媒体的传送载体,从多媒体数据传输的要求，讨论一下几种高速网络技术:–10BASE-T以太网1978年提出，传输速率为10Mbps，最大站间距离为1500米，可通过中继器扩展网络覆盖范围，速度有限，不能完全适应多媒体通信实时性要求和媒体种类变换的要求，但对静态媒体的传输效果还可以。SLIDE22SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术–100BASE-T快速以太网是由快速以太网联盟开发的100Mbps高速以太网，组成的LAN较好地支持多媒体通信，IEEE已将100BASE-T确定为IEEE802.3u标准。–千兆以太网联盟开发的1000Mbps以太网技术，已作为IEEE802.3z和802.3ab标准，千兆以太网技术显著地提高了网络的可用带宽，可用在任何规模的局域网的通信中。–但以太网没有提供QoS的支持，这对多媒体通信来说是一种缺陷。SLIDE23SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术重发器重发器服务器以太网构成SLIDE24SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术•FDDI(光纤分布式数据接口)–FDDI实际上是以光纤为传输媒介的、速率为100Mbps的令牌环局域网的ANSI标准。IEEE已将FDDI确定为IEEE802.8标准。–它既可用于主机与外围设备之间、各主机之间的互连，又可作为主干网，实现了多个LAN连接。–FDDI是一种提供面向连接传输服务的高速局域网，固定分配通信信道带宽。16个面向连接服务，每个6.144Mbps。–由于它专用于数据传输，不能为不同媒体选择不同协议、不能动态分配带宽，所以对多媒体通信支持有局限性。SLIDE25SchoolofManagementTianjinUniversity多媒体通信网络技术节点机PABXCTV