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移动Ad Hoc网络是一种不依赖基础设施能够快速和灵活配置的移动通信网络技术,具有无中心、自组织、自适应、多跳通信、分布式控制等特点,在军事和民用领域都有极其广泛的应用价值。随着多媒体应用日益普及,客户端应用需要在移动Ad Hoc网络中实时地传输现场视频数据,这就是一个所谓的M3新课题:Mobile,Multimedia,Multihop。
本论文针对在移动Ad Hoc网络中传输视频的应用场景,对多径路由协议、链路质量估计、跨层优化设计等关键技术进行了详细研究,通过多径路由与多重描述编码相结合的策略、基于链路估计机制的跨层设计以及基于视频失真模型的跨层优化设计来提高传输方案对于网络动态拓扑结构的适应性,进而提高视频传输的性能。本文的主要创新和工作如下:
1.针对一种移动性较高的Ad Hoc网络(称作可重构无线网络),本文提出了多径域路由协议,该协议根据域稳定因子进行多径路由选择,利用路由挽救机制降低分组丢失率；为了刻画可重构无线网络分组丢失的情况,本文提出了网络丢包模型,用于分析多径路由过程中数据分组丢失。多径域路由协议减少了路由发现过程的启动频率,降低了丢包率和端到端的时延,为视频应用提供了服务质量保障。
2.本文针对移动Ad Hoc网络建立了状态模型和观测模型,利用卡尔曼滤波方法估计和预测链路的质量。在状态方程中,本文提出了将分组传输错误概率和分组碰撞概率作为状态变量；在测量方程中,本文提出了将分组丢失率、往返时间和可用带宽作为观测变量。为了解决移动Ad Hoc网络链路状态突变的情况,本文提出了状态多模型和状态变换检测机制,该机制能够在移动场景中较为准确地跟踪无线链路的质量,预测链路的状态。
3.针对具有时延约束的视频传输,本文提出了视频失真模型和多径网络模型,将最小化视频失真问题转化为最小化网络拥塞问题；并基于链路估计机制提出了优化多径路由协议,对网络层和媒体访问控制层进行联合优化。该跨层设计方案在分组丢失率、端到端的时延以及平均峰值信噪比方面,性能均有明显地改普。
4.针对多重描述编码和单重描述编码的视频在移动Ad Hoe网络中传输,本文提出了视频失真模型和多径网络分组丢失模型,将最小化视频失真目标函数转化为最小化分组数据传输错误和分组传输时延的问题；并设计了联合网络层、媒体访问控制层和物理层共享信息的跨层设计框架体系,将动态多径路由,实时媒体访问控制层重传策略以及动态调整的调制方式结合起来,提高了移动AdHoe网络中视频传输的可靠性。