第九章多媒体网络通信技术概述

第9章多媒体网络通信技术9.1多媒体网络技术基础结束2基于计算机网络的分布式多媒体应用计算机网络结束39.1多媒体网络技术基础•分布式多媒体的应用特点o同步：各媒体之间必须同步地向用户表现；o分布性：媒体数据具有分布性，通信可能是在一个群组内部进行。o实时性：视频和音频媒体进行通信必须达到实时性要求。o需要传输：多媒体数据传输与应用的智能化以及信息传递的可靠性和保密性。o数据量大：多媒体数据量大，尤其是连续的视频流，甚至是多路视频流，虽然经过压缩，数据量仍然较大。结束49.1多媒体网络技术基础(续)•分布式多媒体的传输要求o基本要求带宽等o特殊要求对连续媒体流的支持能力实时性交互能力时空约束性结束5与多媒体通信相关几个网络传输概念传输源传输目的带宽、吞吐量：单位时间数据传输量抖动：包传输间隔时间有变化数据包传输间隔延迟丢包结束69.1多媒体网络技术基础(续)•带宽视频必须以压缩形式传送。二种常用的压缩标准：ITU的H.26x标准ISO的MPEG标准多媒体通信量在二个方向上可能是非对称的。结束7•例如：结束8•吞吐量网络物理链路的比特率减去各种额外开销。如某高速网比特率为155Mbps,实际最大吞吐量为136Mbps,3%开销用于同步光缆，9%开销用于ATM.其他因素还有网络拥塞，瓶颈，缓冲区容量，流量控制，节点或线路故障等。9.1多媒体网络技术基础(续)结束99.1多媒体网络技术基础(续)•延迟延迟的来源：信源处的媒体采样和压缩编码，以及打包延迟传输延迟端点系统的排队和播放缓冲延迟信宿处的拆包、解码和输出延迟。结束10•抖动：延迟的变化发送方接收方时间9.1多媒体网络技术基础(续)结束11发送方“targetdestroyed”“fire”observer节点抖动所带来的…结束129.1多媒体网络技术基础(续)•有效支持连续比特流通信基于延迟的通信类型异步———对报文分组的传输延迟没有限制同步———对每个报文分组的传输延迟有一定的限制等时———每个报文分组具有恒定的传输延迟结束139.1多媒体网络技术基础(续)•可靠性（Reliability）可接受的比特差错率BER（BitErrorRate）可接受的分组差错率PER（PacketErrorRate）以下为部分媒体可接受差错率语音图像视频压缩视频BER10-110-410-210-6PER10-110-910-310-9结束149.1多媒体网络技术基础(续)•服务质量QoS（QualityofService）QoS是分布式多媒体信息系统为了达到应用所要求的性能所需的一组定量和定性的特性，可用一组参数表示。Innetworkedmultimediaapplications,variousentitiestypicallycooperateinordertoprovidethereal-timeguaranteestoallowdatatopresentedattheuserinterface.TheserequirementsaremostoftendefinedintermsofQoS.QoSisdefinedasthesetofparametersthatdefinesthepropertiesofmediastreams.《MultimediaCommunicationSystems.Techniques,Standards,andNetworks》p.3结束159.1多媒体网络技术基础(续)•QoS参数层次模型结束16分类结束179.1多媒体网络技术基础(续)•分类从通信的角度，按照ISO/OSI基本参考模型，QoS参数可以分为如下三个层次。o与网络传输技术相关的QoS涉及物理层和数据链路层的QoS参数。o与通信相关的QoS定义与通信协议有关的处理用户数据的功能特性，如差错检测、信息同步、延迟或吞吐量等参数。从第3层网络层到第7层应用层o面向应用的QoS主要有出错率、分辨率、优先级等结束189.1多媒体网络技术基础(续)•分类从用户对系统服务的感受来看，QoS可以分为如下两个方面。o性能相关的QoS用户看到的与性能相关的QoS参数都是可以按数值衡量的，因此，我们也称这类参数为数量上的QoS(Quantatitive)o功能相关的QoS与功能相关的QoS则从质量(Qualitative)的角度表述。如安全性、优先级和同步特性等，而且各个功能可能有各自不同的安全性、优先级和同步特性结束199.1多媒体网络技术基础(续)•分类从系统的组成的角度来看，QoS可以分为如下两个方面。o与端系统相关的QoS包括端系统和中间转接系统在内的系统参数，如内存管理方法或调度机制，系统的负载等o与通信协议相关的QoS包括重新传输次数、确认计时器等与通信协议有关的参数。结束209.1多媒体网络技术基础(续)•多媒体传输QoS参数相关国际标准oISO通信协议，如TP4〖ISO88〗，CLNP〖ISO88－2〗oQoS基本体系结构〖ISO95〗oITU-T提出的服务类型〖ITU94－2〗oITU-T标准E.800〖ITU94－3〗，QoS和相关特性oITU-T标准I.350〖ITU94－4〗，数字网络的QoS和网络性能的一般问题oITU-T关于ATM的标准，如I.356〖ITU94－1〗和I.371〖ITU94－5〗结束219.1多媒体网络技术基础(续)•国际标准对QoS参数支持结束229.1多媒体网络技术基础(续)•与多媒体传输有关的QoS参数结束239.1多媒体网络技术基础(续)•与多媒体传输有关的QoS参数结束249.1多媒体网络技术基础(续)•与多媒体传输有关的QoS参数结束259.1多媒体网络技术基础(续)•QoS管理的几个概念QoS参数的定义和映射QoS参数的定义指定QoS性能指标的上下界限指定达不到要求时系统的反应等。QoS映射系统自动将用户的高层次QoS请求解释成较低层次的QoS参数结束269.1多媒体网络技术基础(续)QoS协商和准许控制协商指用户和系统之间协商确定最终通信的QoS参数的过程；准许控制对于用户应用的每个新需求，系统都要对其对应的QoS与系统当前的资源进行比较，并根据一定的策略确定该行为是否能够实施，这种比较过程和判断策略就是QoS准许控制的主要内容。结束279.1多媒体网络技术基础(续)资源分配和调度资源资源包括CPU、进程、线程、内存缓冲、网络带宽和路由等。系统通过分配和调度这些资源满足用户应用的QoS请求。结束289.1多媒体网络技术基础(续)QoS资源维护、监视和控制动态管理资源，以确保QoS协商过程中所确定的QoS不受负载变化的影响。结束299.1多媒体网络技术基础(续)•Internet与TCP/IPo因特网(Internet)TCP/IP协议堆网关设备动态路由技术oTCP/IP:实际上已成为因特网的代名词。o现今对网络多媒体的研究集中在因特网领域。为对多媒体网络应用有比较深入的理解，就需要了解因特网的基本术语、结构和协议结束309.1多媒体网络技术基础(续)•TCP/IP基础OSI参考模型TCP/IP参考模型7654321应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层Internet层主机至网络不存在结束319.1多媒体网络技术基础(续)•TCP/IP基础oTCP/IP协议与网络{协议网络层：应用传输Internet/网络层物理+数据链路Telnet,FTP,Http,SMTP,NNTP,DNS,…TCP,UDPIP,ICMP,ARPEthernet,WLAN,TokenBus,……结束329.1多媒体网络技术基础(续)•TCP/IP基础oTCP：可靠的、面向连接的协议发送端：允许从一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其它主机。它把输入的字节流分成报文段并传给Internet层。接收端：TCP接收进程把收到的报文再组装成输出流。流量控制：避免快速发送方向低速接收方发送过多的报文而使接收方无法处理结束339.1多媒体网络技术基础(续)•TCP/IP基础oUDP：不可靠的、无连接的协议。不排序无流量控制速度：快应用场合：对准确性要求不严格的场合，比如语音或影像结束349.1多媒体网络技术基础(续)•多点通信o多媒体涉及音频和视频数据，在交互和分配型应用中，典型的是广播（broadcast）和组播（Multicast）信息。结束359.1多媒体网络技术基础(续)o广播是把相同数据传送到其它所有站点。o组播又称多播或多路投递把相同的数据送到一组选择的目的地站点，组播信息传递用的是组（group）地址，组地址是网络上与多个站点相关的多目的地址组播通信是在群组（多个）对等层之间建立连接或通信关系结束369.1多媒体网络技术基础(续)•组播Multicast非组播组播结束379.1多媒体网络技术基础(续)•组播环境oTCP/IP协议堆（族）中可支持IP多目标广播o软件支持网际主机组管理协议(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)，这样就可以申请参加多目标广播组(multicastgroup)和接收多目标广播o要有IP多目标广播应用软件，例如电视会议软件o在发送与接收两端之间的所有路由器都具备多目标广播的功能（许多新的路由器都有这个功能）。结束389.1多媒体网络技术基础(续)•组播环境结束39IGMP协议•IGMP协议工作在主机和直接与其相连的路由器之间。路由器用IGMP协议收集子网内主机的组成员信息•IGMP消息封装在IP数据报(IPdatagram)中，而数据报有两种类型：o主机成员查询(HostMembershipQuery)数据报o主机成员报告(HostMembershipReport)数据报给LAN上的所有地址结束409.1多媒体网络技术基础(续)•多目标广播树o组播树(multicasttree)或者叫做组播生成树(multicastspanningtree)用来描述服务器(播送器)和接收机之间构成的播放与接收关系。服务器只向外传送一个信息包流，组播路由器按组播树为每个分支复制一个信息包。结束419.1多媒体网络技术基础(续)o组播树可以是同构树和异构树同构树的所有分支都支持相同目标的QoS规范，便于对组播QoS的控制；异构树支持异构节点结束429.1多媒体网络技术基础(续)例如在一个多播组中，有N个参与者直接连到高速网络（如ATM网）上，K个参与者通过较低速网络（如窄带ISDN）间接接入。那么，对于同构树来说，所有的N＋K个接收方将忍受相同的经缩减以适合窄带ISDN传送的数据流。而在异构树中，N个接收方可以享受到全面的QoS服务，仅仅K个接收方收到降低的QoS数据结束439.1多媒体网络技术基础(续)o组播源把数据或者组播通知发送给所有路由器o不想参加多目标广播的终端逆向发送一个删除消息o删除没有成员的分支和不在最短路径树上的分支o在组播源生成最短路径树o使用联结和删除功能改变成员之间的关系•组播建立过程结束449.1多媒体网络技术基础(续)•IP组播地址RFC1112：使用IP地址中的D类地址来实现IP多目标广播(IPMulticast)D类地址：224.0.0.0到239.255.255.255共28位表示，同时可有25亿个组主机组地址分为两种：永久性地址，临时性地址永久地址如：224.0.0.1是LAN上的所有地址244.0.0.2是LAN上的所有路由器的地址244.0.0.5是LAN上的所有OSPF(OpenShortestPathFirst)路由器的地址244.0.0.6是LAN上的所有指定OSPF路由器的地址结束459.1多媒体网络技术基础(续)•组播路由协议o两种基本路径选择法：密集型多目标广播路由协议(dense-modemulticastroutingprotocols)假设多目标广播组成员密布在整个网