Модель передачи данных с восстановлением потерянных фрагментов на основе ARQ прикладного уровня

А В Абилов; А В Чунаев; А И Нистюк; И А Кайсина

doi:10.22213/2413-1172-2021-3-104-111

Авторы

А. В. Абилов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
А. В. Чунаев АО «Эр-Стайл Софтлаб»
А. И. Нистюк ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
И. А. Кайсина ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-3-104-111

Ключевые слова:

прикладной уровень, фрагмент данных, моделирование, коэффициент потерь данных

Аннотация

Для сетей беспроводной связи в сложных условиях приема характерен высокий уровень группирования потерь, при котором может теряться подряд большое количество фрагментов данных. В этом случае для восстановления потерянных данных применение методов прямой коррекции потерь FEC в большинстве случаев не дает достаточного эффекта. Применение стандартных методов восстановления потерь данных на основе автоматического запроса повторной передачи ARQ на канальном и транспортном уровнях модели OSI может привести к появлению существенных задержек, что является неприемлемым для сервисов потоковой передачи в реальном режиме времени. В этом случае предпочтительнее пропустить фрагмент данных, чем вносить задержку на ожидание доставки фрагмента при повторных передачах. Применение методов, основанных на ARQ прикладного уровня модели OSI для потоковой передачи данных, позволяет более эффективно восстанавливать потерянные фрагменты данных в сетях беспроводной связи с высоким уровнем группирования потерь. Известные модели дискретного канала передачи информации для беспроводных сетей позволяют аналитически оценить вероятность потерь данных, однако не учитывают случаи с повторной передачей потерянных данных. В исследовании предложена математическая модель передачи данных в канале беспроводной связи на основе модели Гильберта, которая учитывает восстановление потерь методом ARQ и позволяет рассчитывать коэффициент потерь фрагментов данных. Для проверки адекватности предложенной модели разработано программное обеспечение, обеспечивающее передачу потоковых данных в сети беспроводной связи с восстановлением потерь фрагментов на прикладном уровне, и проведено соответствующее экспериментальное исследование. Показано, что математическая модель учитывает группирование потерь передаваемых данных и их восстановление методом ARQ.

Биографии авторов

А. В. Абилов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент

А. В. Чунаев, АО «Эр-Стайл Софтлаб»

А. И. Нистюк, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор технических наук, профессор

И. А. Кайсина, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

Библиографические ссылки

Gross J., Klaue J., Karl H., Wolisz A. Cross-layer optimization of OFDM transmission systems for MPEG-4 video streaming. Computer Communications, 2004, vol. 27, no. 11, pp. 1044-1055. DOI: 10.1016/j.comcom. 2004.01.010.

Jin Y., Chang J., Le D. Performance Analysis of an Adaptive Hybrid FEC/ARQ Based on Hops for Wireless Multimedia Sensor Networks. Proc. of the IEEE International Conference on Communications and Intelligence Information Security, 2010, pp. 240-243. DOI: 10.1109/ICCIIS.2010.16.

Wu j., Cheng B., Wang M. Adaptive Source-FEC Coding for Energy-Efficient Surveillance Video Over Wireless Networks. IEEE Transactions on Communications, 2018, vol. 66, no. 5, pp. 2153-2168. DOI: 10.1109/ TCOMM.2017.2785252.

Liu K., Zhang X., Dou Y. Adaptive FEC Allocation Algorithm for Wireless Video Transmission. Proceedings of the IEEE 2nd International Conference on Cybernetics, Robotics and Control (CRC), 2010, pp. 130-133. DOI: 10.1109/CRC.2017.12.

Liankuan Z., Deqin X., Yi T., Yang Z. Adaptive error control in Wireless Sensor Networks. Proc. of the IET International Conference on Wireless Sensor Network (IET-WSN-2010), 2010. DOI: 10.1049/cp.2010.1080.

Baguda Y.S., Fisal N., Syed S.H., Latiff L.A., Yusif S.K., Rashid R. Sani D. Adaptive FEC error control scheme for wireless video transmission. Proc. of the 12th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), 2010, pp. 565-569. DOI: 10.1049/cp.2010.1080.

Harun N.Z., Ghazali O. Enhancement on adaptive FEC mechanism for video transmission over burst error wireless network. Proc. of the 7th IEEE International Conference on Information Technology in Asia, Kuching, Sarawak, 2011, pp. 1-6. DOI: 10.1109/CITA. 2011.5999532.

Neckebroek J., Bruneel H., Moeneclaey M. Application Layer ARQ for protecting video packets over an indoor MIMO-OFDM link with correlated block fading. IEEE J. on Selected Areas in Communications, 2010, vol. 28, no. 3, pp. 467-475. DOI: 10.1109/JSAC.2010. 100417.

Abilov A., Chunaev A., Vasiliev D. Priority retransmission in AL-ARQ for MPEG streaming over WLAN. Proc. of the IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 2015, pp. 1-6. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7146967.

Vasiliev D., Chunaev A., Abilov A., Kaysina I., Meitis D. Application Layer ARQ and Network Coding for QoS Improving un UAV-assisted networks. Proc. of the 25th Conference of Open Innovations Association (FRUCT), 2019, no. 25, pp. 353-360. DOI: 10.23919/ FRUCT48121.2019.8981502.

Vasiliev D., Abilov A. Relaying Algorithms with ARQ in Flying Ad Hoc Networks. Proc. of the IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Omsk, 2015, pp. 1-5. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147016.

Chunaev A.V., Abilov A.V., Pavlova M.M. [AL-ARQ Algorithm for Video Streaming in WLAN]. Infokommunikacionnyetehnologii, 2015, vol. 13, no. 1, pp. 68-73 (in Russ.).

Tao T., Lu J., Jianhua L. Hierarchical Markov model for burst error analysis in wireless communications. Proc. of the IEEE VTS 53rd Vehicular Technology Conference, Rhodes, Greece, 2001, vol. 4, pp. 2843-2847. DOI: 10.1109/VETECS.2001.944120.

Jiang X., Shi Z. Huang L.F.A new scheme of establishing packet loss patterns for wireless video transmission based on Gilbert model. Proceedings of the IET Conference on Wireless, Mobile and Sensor Networks (CCWMSN07), Shanghai, 2007, pp. 205-208.DOI: 10.1049/cp:20070119.

Salih O.S., Wang C., Laurenson D.I., He Y. Hidden Markov model for packet-level error in bursty digital wireless channels. Proc. of the Loughborough Antennas & Propagation Conference, 2009, pp. 385-388. DOI: 10.1109/LAPC.2009.5352446.

Feng J., Liu Z., Ji Y. Wireless Channel Loss Analysis - A Case Study Using WiFi-Direct. Proc. of the International Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), Nicosia, 2014, pp. 244-249. DOI: 10.1109/IWCMC.2014.6906364.

Nielsen J.J., Leyva-Mayorga I. Popovski P. Reliability and Error Burst Length Analysis of Wireless Multi-Connectivity. Proc. of the 16th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Oulu, Finland, 2019, pp. 107-111. DOI: 10.1109/ISWCS.2019.8877248.

Maltsev G.N., Dzhumkov V.V. [Generalized model of a discrete information transmission channel with grouping errors]. Informatsionno-upravlyayushchie sistemy, 2013, no. 1, pp. 27-33 (in Russ.).

Shestakov V.V., Manonina I.V. [Modeling the error stream for digital radio-channels]. Sistemy sinkhronizatsii, formirovaniya i obrabotki signalov, 2019, vol. 10, no. 5, pp. 21-28 (in Russ.).

Markov M.V. [Discrete communication channel models]. Servis v Rossiii za rubezhom, 2011, no. 1, pp. 143-156 (in Russ.).

Chunaev A.V., Emelyanov V.N., Abilov A.V. Programmnyi analizator kachestva peredachi potokovykh dannykh [Software analyzer of streaming data transmission quality]. Molodyeuchenye - uskoreniyu nauchno-tekhnicheskogo progressa v XXI veke : sb. tr. nauch.-tekhn. konf. [Young scientists - accelerating scientific and technological progress in the XXI century: Proc. of the scientific-technical conference]. Izhevsk, ISTU Publ., 2011, pp. 64-70 (in Russ.).