CC BY
30
25 декабря 2011 г. 3:59
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Марковская модель пакетирования ошибок в беспроводных системах видеонаблюдения
Рассмотрено формирование Марковской имитационной мелели пакетирования ошибок в системах видеонаблкщения, построенных на базе систем беспроводного доступа \ViMax. Показано, что Марковские процессы с необходимым числом состояний достаточно хорошо описывают механизм трансляции видеоинформации. С увеличением числа состояний Марковской цепи наблюдается меньшая расходимость между реальными и моделируемыми данными, однако при этом увеличивается сложность модели, анализ и обработка данных полученных с ПОМОЩЬЮ нее.
Шелухин О.И., Руднев А.Н., Васьковский А.Н., Кульбака С.С.
Постановка задачи. В настоящее время для систем видеонаб-лкздения характерна все возрастающая мобильность средств приема и отправки видео информации в прямом эфире В связи с постоянно меняющимся расположением источников приема и передачи в широкополосных каналах связи, в условиях городской инфраструктуры, информационная последовательность (набор пакетов) частично не доходит до пользователей, что приводит к искажениям видео изображения, или любой другой информации. Оценка поведения потерь во времени является существенной проблемой, так как это один из важнейших параметров, влияющий на распространение информации в пределах сети.
Сложность модели возрастает при более точном описании данных, полученных при экспериментальных измерениях. Марковские процессы с необходимым числом состояний достаточно хорошо описывают механизм трансляции информации, знание которого необходимо для анализа сетевых проблем при пакетной передаче видео. Параметры модели позволяют определить качество переданного видео и статистических параметров сети.
Целью работы является создание реалистичной математической и имитационной модели поведения потерь в каналах связи систем видеонаблюдения на базе аппарата марковских цепей [1]. По экспериментальным данным, полученным в результате трансляции потокового видео с движущегося источника на базе сети \ЛЛМах, разработана модель, описывающая изменение длительностей интервалов ошибок и безошибочных интервалов приема во время передачи потокового видео.
Экспериментальные измерения качества передачи трафика с учетом подвижности абонентов
Для оценки влияния подвижности абонентов была развернута сеть'ММах (2] стандарта 1ЕЕЕ 802.16е с использованием базовой и абонентской станций. Базовая станция (БС) установлена на крыше 23-этажного здания.
Используются кросс-поляризовонные антенны с коэффициентом усиления 9 дБи, ширина диаграммы направленности 90 гр. Азимут на-
правления антенны равен 300 гр. Передвижная абонентская станция (АС) была установлена в автомобиле. Две антенны АС с круговой диаграммой направленности и коэффициентом усиления 2 дБи были установлены на крыше автомобиля. Запись изображения с видеокамеры производилась в движущемся автомобиле на ноутбук и одновременно транслировалась на удаленный компьютер через сеть WiMax Сетевая архитектура сети широкополосного доступа WiMax и общая схема подключения представлена на рис. 1.
Средняя скорость движения автомобиля составляло 60 км/ч. Максимально удаление от базовой станции равно 950 м. На большем протяжении маршрута между БС и АС отсутствует прямая видимость, тем самьш основными причинами возникновения помех при трансляции являются отражение, дифракция, рассеивание и др.
Для построения сети WiMax и трансляции видеопотока использовалось следующее оборудование: Базовая станция RuggedMAX ™ WiN7000. Полоса используемых частот 1350-1400 МГц соответствие WiMax Forum Wave 2 Profile, IEEE 802.16e OFDMA, метод уплотнения TDD, максимальная мощность передачи 36 дБм [7]. Абонентская станция RuggedMAX ™ WiN5100. Полоса используемых частот 1350-1400 МГц соответствие WiMax Forum Wave 2 Profile, IEEE 802.16e OFDMA, метод уплотнения TDD, максимальная мощность передачи 23 дБм [2]. Ноутбук DELL Latitude D430. Веб-камера Logitech QuickCom Pro 9000.
Видео транслировалось в течение 30 минут со следующими параметрами: формат mp4; кодек Н.264; постоянный битрейт 600 кбит/с; частота кадров 25; разрешение 640x480; тип GOP IPBBPBB.
FY«c. 1. Сетевая архитектура сети широкополосного доступа WiMax
T-Comm, # 10-2011
105
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
В соответствии с полученными коэффициентами выражение, аппроксимирующее исходное дополнительное распределение длительностей OFF периодов, можно записать в виде:
Г(к)~ 0.612086*"*^^ * + 0.631933#-***•*»* + 0.073586*-«л****
_ _ 131
Для апроксимацииДФР ON- процесса воспользуемся функцией: Г (к) = + В:е-*к ♦ В,е-*к + В4е-Ь* + + в4Г*>*
(4)
С помошью метода наименьших квадратов находим искомые коэффициенты для выражения (4).
Таблица 2
Коэффициенты аппрпоксимации для выражения (4)
*1 К Bz fit fit
0.065836 0.000643 0.107716 0.00070К 0.33109 0.007203
в, А Ві fit В* h
0.057449 6.1 КН-05 0.007203 0.291568 0.224767 0.0094038
В соответствии с полученными коэффициентами выражение (4), аппроксимирующее исходное дополнительное распределение длительностей ОМ периодов, можно записать в виде:
Г*(*) - 0.065836 в-*000*41 ‘ ♦ 0.107716е-***70* * + 0.33109 * +
♦ 0,057449 + 0,007203 ♦ 0,224767 #‘ов‘тв*в*
(5)
После нормирована полученных аппроксимирующих выражений (3, 5) дополнительных распределений длительностей ОЫ- и ОРР- процессов составим матрицу перехас^ых вероятностей Матрица вероятностей перехода размера 9x9 будет иметь следующий виц (см рис 7).
A (OFF)
В (ON)
0.933579 0 0 0.00411 0.006724 0.020669 0.003586 0.013131 0.018201
0 0.933572 0 0.00411 0.006725 0.020671 0.003587 0.013132 0.018203
0 0 0.575016 0026296 0.043024 0.132245 0.022946 0.064014 0.116459
0.000145 0.00019 0.000308 0 999357 0 0 0 0 0
0.00016 0.000209 0.000339 0 0.999293 0 0 0 0
0.001621 0.002118 0.003438 0 0 0.992823 0 0 0
1.39Е-05 1.82Е-05 2 96Е-05 0 0 0 0 999938 0 0
0.001621 0.002118 0.003438 0 0 0 0 0.992823 0
0.045467 0.059406 0096426 0 0 0 0 0 0.798702
8. Матрщр переход**» вероятностей с коэффициентами
<n(F-)
Подставляя значения соответствующих коэффициентов из таблиц 1 и 2 в найденную матрицу вероятностей перехода получим (см. рис. 8).
Результаты имитационного моделирования
ДФР ON и OFF процессов для смоделированной и экспериментальной последовательностей, полученные с помощью описанной Марковской модели приведены на рис 9.
Проведенные численные эксперименты показали, что увеличение числа состояний Марковской модели описывающей пакетирование ошибок позволяет получить хорошее совпадение между результатами экспериментальных данных и полученными с помощью имитационного моделирования.
Выводы
Получено имитационная модель прохождение сигналов видео трофика в каналах связи на базе аппарата Морковсхой цепи для системы видеонаблюдения на базе WiMax. Марковские процессы с необходимым числом состояний достаточно хорошо описывают механизм трансляции видеоинформации. С увеличением числа состояний Марковской цели наблюдается меньшая расходимость между реальными и моделируемыми данными, однако при этом увеличивается сложность модели, анализ и обработка данных полученных с помощью нее.
Литература
1 OJ4. Шагтухдо, А. М. Твиякшвв, А В. Ост Модвлфовсмю информационных систем — М.: Радиотехника 2006.
2. В.С Goearcm В.И. Есипенко, ЦП. Ковотев, BJ. Сухаребров.
WiMax — технология бесгроводной связи: теоретические основы, стсэдар ты, применение. — Издательство: Петербург, 2005.
2 ПортонаэНИ, ОврсМЯАД» Шуреиаов&М Марковские гроцес-
сьЛ-М: Наука. 1989.
4 ИКВмкпв, СМ.Зу», ГМЦввтхпва Случайные процессы — М: МГТУ им ИЗ.Баумана, 1999.
5. h#p//developer.opple.com/opensource/sefv-
ег/slreaming/indexh(ml. дата обращения
2.06.2010.
6. hip://www.apple.com. дата обращения
29.06.2010.
7. http://standads.ieee.org/geiieee802/ 802.16.ЫгтА дата обращения 9.02.2010.
8. bftp://www.vrtresbcfk.0r9. дата обращения
2.09.2010.
9. Nip://www.virtualdub.ofg. дата обращения
19.04.2010.
In(F-)
6}
* і )\
I\
2 .
4 s*. І
u
« « 1 l і і
но m к
FW. 9. ДФР смоделировсхных выборок длительности Off (а) и ON (6) — периодов: (1 — эксперимент, 2 — моделирование) 108
. к
T-Comm, #10-2011
