空间网络视频传输优化协议研究

In recent years, China has accelerated the research and construction of space networks. With the development of space network technology, new applications are emerging. One of the most important is the transmission of spatial video. However, compared with terrestrial wired networks, spatial networks have limited bandwidth resources, and video applications consume more network resources than traditional data services. At the same time, due to the extremely high video compression ratio, video data is particularly sensitive to channel packet loss and random bit error, which makes it a great challenge to provide seamless high-quality video services in spatial networks with high packet loss, long delay and highly dynamic topological changes. In this project，the video data is encoded based on fountain code. On this basis, an adaptive partial coding video transmission model based on hidden Markov model is proposed. Then，starting from the link characteristics of space network, the congestion control mechanism of transmission protocol suitable for space network is studied. The development of this project will enrich the research of video transmission protocols in space networks such as satellite networks and aviation networks, and will play a positive role in the construction of space networks.

近年来，我国加快了空间网络的研究与建设进度。随着空间网络技术的发展，新型应用不断涌现。其中重要的一项就是进行空间视频传输。但是，相比于地面有线网络，空间网络的带宽资源有限，而视频应用会比传统数据服务消耗更多的网络资源。同时，由于极高的视频压缩比，视频数据对信道丢包和随机误码特别敏感，这就使得在高丢包、长时延、拓扑高度动态变化的空间网络中提供无缝的高质量视频服务具有很大的挑战。课题基于喷泉码对视频数据进行编码，并在此基础上，研究并提出基于隐马尔可夫模型的自适应部分编码视频传输模型；从空间网络链路特点着手，研究适用于空间网络的传输协议拥塞控制机制。课题的开展将丰富卫星网络、航空网络等空间网络视频传输协议的研究，对空间网络的建设会产生积极作用。

随着空间网络技术的发展，各种新型应用不断涌现。其中重要的一项就是进行视频传输。但是，相比于地面有线网络，空间网络的带宽资源有限，而视频应用会比传统数据服务消耗更多的网络资源。同时，由于极高的视频压缩比，视频数据对信道丢包和随机误码特别敏感，这就使得在高丢包、长时延、拓扑高度动态变化的空间网络中提供无缝的高质量视频服务具有很大的挑战。针对空间网络中视频高质量传输会导致较大网络开销这一问题，课题提出具有隐马尔可夫模型的自适应部分编码视频传输协议。该协议采用喷泉码来消除空间网络信道特点引起的视频质量恶化，同时根据网络状态自适应的调节喷泉码的编码度，提供无缝的高质量视频流传输服务。协议首先利用网络具有的状态性特点和视频帧优先级权重，通过隐马尔可夫算法对网络丢包情况和喷泉码编码度建立关系，再通过历史会话数据对隐马尔可夫模型初始参数进行离线训练，然后在传输数据时，利用隐马尔可夫模型对网络状态进行评估得到合适的编码度，同时，进行隐马尔可夫模型参数的实时更新。大量的仿真实验表明，课题研究协议能根据不同的网络状态进行视频流的优化传输，在获得较高吞吐率的同时，保证较小的网络开销和丢帧率，从而保证视频流的QoS质量。课题的开展将丰富卫星网络、航空网络等空间网络视频传输协议的研究，对空间网络视频应用具有重要意义。