Geniş bantlı CDMA ortamında gerçek zamanlı video iletim teknikleri ve servis kalite sürekliliği

Abstract

Genel olarak videonun kablosuz ortamlardan iletilmesi oldukça problemli ve gelişmelere açık bir araştırma sahası olarak karşımıza çıkmaktadır. Bunun nedeni kablosuz bağlantıların durağan yapıdan uzak ve hata başarımı için güvenilir olmamasının yanı sıra, video çerçevelerinin ancak bir zaman aşımı periyodu içerisinde alıcıya ulaştırılmasının gerekiyor olmasıdır. Gerçek zamanlı etkileşimler gerektiren video telefonu, video konferans, teletıp ve oyunlar gibi uygulamalar ise video çerçevelerinin zamanlaması konusunda çok az tolerans göstermektedirler. Bu yüksek lisans tezinde, geniş bantlı CDMA erişimine dayalı hücresel bir mobil şebeke hücresi ortamında, video tafiğinin karakteristik özelliklerinin gerektirdiği farklı Eşzamanlı Medya Arabirim Kontrollü Paket İletimi (SMPT) teknikleri uygulanarak servis kalitesini artırıcı teknikler önerilmiş ve yapılan simülasyonlarla uygulanan tekniklerin sonuçları ortaya konmuştur. Çalışmada gerçek zamanlı video trafiğinin iletimi, video bant genişliği bazlı olan hız kontrollü video ve video görüntü kalitesi bazlı hız kontrolsüz video trafik karakteristiği için gerçekleştirilmiştir. Bant genişliğinin temel alındığı video trafiğinde, iletilen videolar belirli hedef hızlarında kodlanmakta ve dolayısıyla videoların ihtiyaç duydukları bant genişliğindeki değişkenlik mümkün olduğunca düşük tutulabilmektedir. Görüntü kalitesinin temel alındığı video trafiğinde ise iletilen videoların bant genişliği ihtiyacı görüntü içeriğiyle birlikte oldukça değişken olabilmektedir. Bu ise hücrede ihtiyaç duyulan toplam bant genişliğinde de durağansızlıklara neden olmaktadır. Her iki tür video trafiğine göre uygun SMPT tekniklerinin uygulanmasıyla istenen servis kalitesinde video iletimi mümkün olmaktadır. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre hız kontrollü video trafiği için Yavaş-İyileşen SMPT, yüksek gecikme farkları için üstün performans gösterirken, mobil terminal basma maksimum 3 kanal kullanılarak gerçekleştirilen Yavaş- Başlangıçlı SMPT' de video iletim performansında video konferans gibi gerçek zamanlı uygulamalar için gereken 150 msn mertebesindeki ihtiyaçlar kolaylıkla karşılanabilmekte ve arzu edilen servis kalitesini elde etmek mümkün olmaktadır. Hız kontrolsüz video trafiğinde ise Yavaş-Başlangıçlı ve Hızlı-Başlangıçlı SMPT yöntemleriyle video iletim kalitesi ve iletim başarımındaki performans oldukça yüksek tutulabilmiştir. Gerçek zamanlı videonun iletiminde Sıralı iletim tekniğinin uygulanamayacak kadar düşük performans gösterdiği yapılan simülasyonlar sonucunda ortaya çıkmaktadır. XIV Bunun yanında önerilen eşzamanlı paket iletimine dayalı tekniklerin ise gerçek zamanlı video gibi sürekli zamanlı uygulamalar için oldukça iyi performans gösterdiği yapılan simülasyonlarla ortaya konmuştur. İstenen servis kalitesinin sürekliliğinin sağlanması amacıyla hücreyi video trafiğiyle istenen seviyede yüklemek için kabul kontrolü ve video trafiğinde yaşanan durağansızlıklar nedeniyle yaşanabilecek servis kalite kayıplarım engellemek amacıyla yük kontrolü uygulanmış ve sonuçlan simülasyonlarla gösterilmiştir. Sunulan etkili ve uygulanması kolay tekniklerle gelecek nesil kablosuz mobil şebekelerin tasarım ve boyutlandırmasına ışık tutulması amaçlanmışta.Transmission of real time video over wireless environments has many research issues and constitutes a great research area. Although this is mostly due to the unreliable error characteristics of wireless channels, real time video further requires video frames to be transmitted to receiving applications within tight timing constraints. Interactive video applications like videoconferencing, videotelephony, telemedicine and games allow too few tolerance on timing constraints of video frames. In this thesis, we applied different SMPT transmission techniques suitable for different video traffic characteristics to provide the real time video transmission with desired quality of service for a WCDMA accessed cell environment, and revealed results by running extensive simulations. Two types of real-time video traffic have been studied during our work; video with rate control which is based on keeping bandwith requirement stationary and video without rate control which is based on keeping video quality stationary. For rate controlled video traffic, because transmitted videos are coded for a target bit rate, variance in needed bandwith is low. On the other hand, video traffic without rate control has a variable characterictics on needed bantwith both for short and long time periods. And this causes load fluctuations to be more variable compared to rate controlled vide traffic. By appling suitable SMPT techniques for both video traffic, QoS requirements of real-time video applications can be met. In the results of our work, we show that for rate controlled video, while Slow- Healing SMPT provides a good performance for high delay bounds. Slow-Start SMPT with maximum 3 channel usage makes a great performance and meets QoS requirements of applications like videoconferencing which has timing constrainsneeds on the order of 150 ms. By appling Slow-Start and Fast-Start SMPT techniques for video traffic without rate control, performance of transmitted video quality and probablity of successful frame delivery kept on high level. As a result of our simulations, sequential transmission of rel-time video performs very poor QoS and is far from meeting QoS requirements of real-time video applications especially in wireless environments. On the other hand, implemented SMPT techniques gets better and enough performance for continuous media applications like real-time video. xvi In order to grant the continuity in QoS of video transmission, an admision control and load control techniques are implemented and results are obtained by simulations. In our work, efficient and simple to deploy techniques are introduced and aimed to make contributions for development and dimensioning of next generation wireless mobile networks.