多媒体通信第6章质量保证.

多媒体通信质量保证主讲：庞玉博第6章多媒体通信的质量保证多媒体通信的同步6.2通信的服务质量6.1视频通信的差错控制6.36.1通信的服务质量1.服务质量的概念CCITT(现在的ITU-T)定义服务质量（QoS），是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度。RACE（ResearchintoAdvancedCommunicationforEurope）定义：QoS描述了关于一个服务的某些性能特点，这些性能特点是用户可见的，它以用户可理解的语言表述为一组参数，这些参数具有客观值或者主观值。InternationalconsultativecommitteeontelecommunicationsandTelegraph(国际电报电话咨询委员会)一般按照用户级、表现级和资源级等层次来描述。用户级服务质量由于多媒体演示的最终对象是用户，所以一些用户所关心的数据就构成了用户级别的服务质量。主要建立在以下几个基础之上：a)用户感觉b）用户偏好c）任务需求表现级服务质量独立于用户的选择，也独立于用于表现或传送媒体的设备，只是描述输出媒体的质量，例如：视频的表现参数如帧速率、空间分辨率、颜色深度（就是表示颜色的位数）等。连续媒体流的延时变动。包括多个媒体流的系统同步。资源级服务质量资源：用来表现多媒体的计算机系统及外设，用来传送多媒体的网络系统以及用来存取的存储系统等。比如CPU的时间片、屏幕和显示设备的分辨率，网络的带宽、错误率、网络延时变动情况和磁盘的数据率。多媒体网络的服务质量是一个非常重要的方面。补充：多媒体通信协议与标准国际标准化组织和机构1.多媒体通信的标准化问题先有多媒体（单机），然后再有多媒体通信（多机）。多媒体通信技术的发展要求一个统一的规范，即国际标准。世界上最重要的两个标准化组织是：ITU:InternationalTelecommunicationUnion（国际电信联盟）ISO:InternationalOrganizationforStandardization（国际标准化组织）补充：多媒体通信协议与标准2.电信和信息标准化组织1）ITU-U（1）组织机构ITU是从事电信领域工作的联合国专门机构。ITU-U：国际电信联盟-电信标准化部，是国际电信联盟的常设机构，负责研究技术、操作和资费等问题。ITU-T成员由成员国家和部门成员两类组成。与多媒体通信相关的ITU-T建议A.AVMMS:音频/视频多媒体业务B.NGN：未来网络和下一代网络媒体对象表现的服务质量指标媒体图像视频音频服务质量颜色深度颜色深度采样方式分辨率采样大小帧速率采样速率分辨率跳动跳动出错率出错率黑色字体的服务质量不依赖于时序关系，红色字体的服务质量是与时间相关的，它们受展示系统的影响有限，这是由于它们主要取决于捕获过程所选择的服务质量。通常，展示系统往往会导致质量下降，红色的服务质量完全由潜在的展示环境控制。6.1.2QoS参数分布式多媒体系统QoS分层模型为了适应分布式多媒体应用的端到端的需求，通常采用分层的方法把QoS管理分为5层，如图所示（2）多媒体间的关系。如各种媒体间的同步、实时关系等。各层的含义如下：1、用户QoS。顾名思义，用户QoS是由用户提出的，用户不一定是计算机专业人员，所以用户的需求描述是比较直观的。用户QoS需求反映的是用户的主观感觉，所以一般将用户的QoS可以分为5个等级，即非常满意、比较满意、基本满意、不满意、极不满意。2、应用QoS。应用QoS是通过映射把用户的QoS转换为应用QoS参数，其参数将根据多媒体质量来描述应用服务可能指定的需求。具体可以从以下两个方面来描述应用QoS的需求。（1）多媒体自身的特点和传输的要求。如端到端的延迟、不同多媒体声音、静态图像、动态图像和数据等。3、系统QoS。系统QoS是由应用QoS映射出来的，它是描述应用QoS对通信服务和操作系统服务的需求，具体可以从定性和定量两方面来描述。所谓定量，就是从数学的角度来衡量。如带宽、错误率、任务的处理时间、包的大小等参数。定性的标准包括流间的同步、有序传输、纠错机制和调度策略等。4、网络QoS。具体可以从两方面来描述。（1）网络负载。主要描述网络流量，如网络连接的平均/最小响应时间、包的大小、包在节点的服务时间等。（2）网络性能。主要描述网络服务所必须保证的、源和目的端之间的延迟、包丢失率等。6.1.3QoS管理1．QoS提供机制所谓QoS管理，是指计算机网络系统按照一定的管理策略，对用户应用所需要的QoS进行分类统计，并且调用相应的资源分配和调度程序去保证用户得到所需的QoS保证的过程。QoS管理的目的是充分利用网络资源，确保用户的服务质量。。2．QoS控制机制3．QoS管理机制1．QoS提供机制（1）QoS映射接纳控制研究的问题是对于一个具有一定QoS要求的连接,网络是否在不影响其它连接的前提下予以接纳。接纳控制与网络体系结构中许多部分有关。首先,必须明确新连接对服务类型、QoS的需求以及流量特性的影响,这些内容都必须包括在流量规范中;第二,一旦给定流量规范,网络就要决定它是否能够按照应用对QoS的需求在两个端系统间建立起连接;这包括选路,检查路由上各个节点是否拥有足够的资源,以及确定接纳新连接所要进行的资源分配或预置;这就是所谓的QoS协商,完成这些工作的协议有基于RSVP的OP-WA,在IPtel中使用的基于RTCP（RealTimeControlProtocol)的一个简单的方案等。（4）资源预留与分配（3）接纳控制（2）QoS协商接纳控制技术可分为确定性、统计性与基于测量的三种。确定性与统计性接纳控制分别采用(σ，ρ）有效带宽技术,但存在需要事先确定流量参数、需要在流量管制复杂性与模型准确性之间进行平衡等缺点。基于测量的接纳控制技术MBAC(MeasurementBasedAdmissionControl)无需端系统为业务流指定流量规范,而是由网络对业务流的流量特性进行测量。确定性控制技术适用于Intsery的保证服务,而基于测量的控制技术则适用于可控负载服务。一个应用对QoS的需求通常以端到端的形式描述,然而接纳控制却是在各个网络节点上进行的,这就需要将端到端的QoS需求分解到路由的各个节点(采用WFQ类调度算法除外).3．QoS管理机制QoS管理机制和QoS控制机制类似，QoS控制机制一般是实时的，而QoS管理机制是在一个较长的时间段内进行的。2．QoS控制机制（1）流调度控制机制（2）流成型（3）流监管（4）流控制（5）流同步QoS管理机制为了实现不同厂商设备之间互通，标准化的QoS参数定义是必须的。为此，有关国际组织制定了一系列相关的协议，它们从不同的网络协议层次提供了QoS定义、分类和保证机制，为QoS的有效管理奠定了基础。QoS管理实质上反映了对网络资源的最佳配置和有效管理问题。QoS管理机制应当具有可配置性、可协商性以及动态自适应性等管理特性。近年来，人们提供了一些QoS管理技术，其中比较有效的是基于策略的QoS管理技术，它通过预先定义的策略规则来解决网络资源的合理配置和有效管理问题，为特定的数据流提供特性化服务和资源保证。QoS管理机制QoS管理机制应当提供如下的QoS管理机特性。2、QoS管理应是可协商的。一个应用在初始启动时，首先以适当的方式提出QoS请求。系统根据其可用资源容量计算和分配应用所需的资源。在该应用运行时，系统动态监测应用的资源需求和实际的QoS。当网络负载发生变化而导致QoS改变时，用户与系统需要重新协商，使之在可用资源约束内自适应于该应用的QoS请求。1、QoS管理应是可配置的。分布式多媒体应用是多样化的，不同应用的QoS要求是不同的，QoS参数及其定义方法也不同。因此，应允许用户对系统的QoS管理功能进行适当的剪裁，以便建立与应用相适应的QoS级。QoS管理机制3、QoS管理应是动态的。一个分布式多媒体应用在运行过程中，应用的资源需求和系统的可用资源都是动态变化的，只是在初始时说明QoS参数并要求它们在整个会话期间都保持不变是不现实的。因此，系统应具有自适应管理能力，在可用资源约束内进行动态调节，以满足该应用的QoS需求，或者提供一种可视化界面，允许用户在会话期间根据应用实际情况动态改变QoS参数值，提供动态QoS控制能力。QoS管理机制4、QoS管理应是端到端的。分布式多媒体应用是一种端到端的活动，源端获取多媒体数据并经过压缩后通过网络传输系统传送到目的端，目的端进行解压并播放多媒体数据。在端到端的传输路径上，任何一个中间节点未履行其QoS承诺都会影响多媒体播放的一致性。因此，允许用户对各个环节所支持的QoS进行抽象，在会话的两端来配置和控制QoS。5、QoS管理应是层次化的。一个端系统的QoS管理任务应按QoS参数体系结构分解在系统的各个层次上，每个层次都承担各自的管理任务，并且应充分考虑网络链路层对QoS支持能力的影响。对于QoS主动链路层，高层负责与链路层协商，使链路层能够设置合适的QoS，以充分发挥这种链路层对QoS的支持能力。QoS管理的基本功能1.QoS的协商功能当用户和系统达成共识，并建立协商之后，QoS管理机制就会对QoS合同进行维护，对用户和系统的行为进行必要的监控，以便确保用户和系统双方都遵守已协商的合同。2.QoS的监控功能多媒体通信的用户都希望系统对分布式多媒体流提供一定程度的QoS保证，并通过应用程序将QoS要求通知给系统，进行必要的协商，以便就QoS使用户和系统达成共识，有一个共同遵守的协商的合同。3.QoS的映射功能QoS管理的基本功能由于用户对QoS的需求是变化的，而且网络上资源的提供也是动态变化的，因此QoS参数不是一成不变的。在传输过程中，要对QoS协商的结果不断地进行调整，即这是一个重协商的过程；QoS也不断地重新配置，以适应不断变化的信息需求。4.动态QoS重协商功能QoS的组成一般都采用层次结构，每层和上下相邻的层之间都要求对QoS参数进行转换，以适应本层QoS参数的需要。QoS管理的实现原则及组成在分布式多媒体系统中，实现QoS管理应遵循以下原则（5）性能原则。在设计和实现QoS管理机制时，将采用一般认同的提高性能的原则来指导协议和功能的划分。（4）异步原则。分布式多媒体系统中，可能有异步活动，各活动之间通过异步算法将周期性地交换与处理控制信号，使系统达成同步。（3）透明原则。下层QoS说明和诸如QoS监控之类的QoS管理的复杂性对应用应该是透明的。系统隐蔽了下层QoS的细节。（2）分开原则。媒体数据传输和控制信号应该彼此分开。（1）集成原则。要求所有层次上都必须是可以配置的、可预测的和可维护的，以满足端到端QoS的需求。QoS管理的组成（2）资源预留。负责预定支持给定QoS的某些资源，这些资源包括CPU，缓冲区和传输带宽等。1、QoS说明和映射。QoS说明按不同的应用和系统处理分层定义，将用户的非常满意、满意、基本满意、可接受、不能忍受等QoS参数分别映射到各相应层。QoS映射在不同层次之间，QoS表达具有自动转换功能。2、QoS协商、资源预留和接纳控制。（1）QoS协商。QoS协商是指用户和系统以及用户之间就所传输信息的服务质量进行交互，最后根据应用和资源协商确定QoS。（3）接纳控制。将QoS产生的资源需求和系统中的可用资源进行比较，确定系统是否满足所需QoS。QoS管理的组成3、维护和监视当系统无法满足某一行为的QoS时，QoS要重协商及调整，最后实现对该行为的所有相关QoS进行全局再配置。综上所述，可以看出，QoS管理组成中的QoS是指多媒体用户要求网络传输系统所必须保证的关于传输多媒体信息的质和量的特征集。它反映服务提供者和服务使用者之间能力和需求的关系。总之，一个良好的多媒体通信系统必须具有QoS支持能力，能够按照所承诺的QoS提供网络资源保证，最大限度地满足用户的QoS需求。4、QoS重协商（2）QoS监视允许系统各层跟踪从低层获得的QoS与最初的需求相比较，并采用反馈环的形式进行调整。（1）Qo