Оцінка якості мультимедійного трафіку під час перемикання між точками доступу у мережах wi-fi - Статья

Обмін практичним досвідом та технологіямиВ даній роботі проводилось дослідження впливу механізму автоматичного перемикання для рухомих абонентів між точками доступу у мережах стандарту Wi?Fi на основі оцінки якості мультимедійного трафіку. The paper considers the conducted researches on the influence of the automatic switching mechanism on movable subscribers between access points in Wi?Fi networks based on quality estimation of the multimedia traffic. The results of the research show that quality analysis of multimedia traffic in wireless Wi?Fi networks can apply methods of spatial image processing, such as luminance histogram of certain selected frames before the transfer and after the transfer.Під час стрімкого росту потреб у передачі великих обємів інформації постають задачі по розробці методів та засобів ефективного розподілу мультимедійного трафіку у сучасних мережах. З одного боку, з кожним роком кількість, розміри та якість інфокомунікаційних послуг зростає, а з іншого - зростає кількість абонентів та пристроїв при розвитку концепції «Інтернет речей». Тому зараз багато світових операторів інфокомунікаційних послуг здійснюють впровадження додаткових безпровідних мереж стандарту Wi-Fi у місцях високої активності абонентів. Постійне збільшення кількості користувачів безпровідних технологій потребує розширення радіусу дії безпровідних мереж, при цьому зберігаючи необхідний рівень якості послуг. Але існує багато факторів, які впливають на канал передачі та значно зменшують радіус впевненої передачі інформації [1], особливо при передачі мультимедійного трафіку.Розглянемо випадок переходу першого рухомого абонента через умовну лінію перемикання (ЛП) на рис. В першу чергу, було проведено дослідження правильності вибору методів дослідження, де оцінено якість передачі мультимедійного трафіку в звичайному режимі передачі інформації та із дією завади в каналі. При наявності завад в каналі прийнятий та початкові кадри мають незначні відмінності, що говорить про ефективну роботу алгоритмів завадостійкого кодування при передачі інформації. Далі розглянемо момент перемикання на умовній лінії ЛП та момент після перемикання, результати досліджень показано на рис. Оскільки, в безпровідних мережах стандарту Wi-Fi рухомими можуть бути багато абонентів одночасно, то дослідимо найбільш типові випадки автоматичного перемикання на умовній лінії ЛП: абоненти рухаються паралельно один одному, абоненти рухаються на зустріч один одному.Таким чином, результати досліджень даної роботи показують, що для аналізу якості мультимедійного трафіку у безпровідних мережах стандарту Wi-Fi можна застосовувати методи просторової обробки зображень, а саме, гістограму яскравості певних вибраних кадрів до передачі та після передачі. Застосовуючи дане твердження було проведено дослідження особливостей процесу автоматичного перемикання між точками доступу під час руху абонентського прийомо-передавального обладнання під час сеансу обміну інформацією, у мережі стандарту Wi-Fi.

Розглянемо випадок переходу першого рухомого абонента через умовну лінію перемикання (ЛП) на рис. 1., при цьому другий абонент є нерухомим. В першу чергу, було проведено дослідження правильності вибору методів дослідження, де оцінено якість передачі мультимедійного трафіку в звичайному режимі передачі інформації та із дією завади в каналі. Результати досліджень наведено на рис. 2 та рис. 3 відповідно.

а б

Рис. 2. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) під час передачі трафіку між абонентами а б

Рис. 3. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) при передачі трафіку та наявності завади в каналі передачі

Як і передбачалось, при відсутності завад на приймальній стороні, гістограма майже ідентична гістограмі початкового кадру, це говорить про те, що завади при передачі були відсутні. При наявності завад в каналі прийнятий та початкові кадри мають незначні відмінності, що говорить про ефективну роботу алгоритмів завадостійкого кодування при передачі інформації. Далі розглянемо момент перемикання на умовній лінії ЛП та момент після перемикання, результати досліджень показано на рис. 4 та рис. 5.

а б

Рис. 4. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) в момент перемикання між точками доступу

Момент автоматичного перемикання, як виявилось, є критичним для передачі мультимедійного трафіку. При цьому відбулась втрата частини інформації відеопотоку, оскільки зєднання має розрив на повторну аутентифікацію до 0,1с і гістограма на рис. 4б показує появу великої кількості середніх тонів, як результат роботи декодуючи алгоритмів із неповними даними про кадр. Після цього подальша передача відновилась без спотворень.

ISSN 2219-9365 Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 3’ 2014 157

Обмін практичним досвідом та технологіями а б

Рис. 5. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) після моменту перемикання між точками доступу

Оскільки, в безпровідних мережах стандарту Wi-Fi рухомими можуть бути багато абонентів одночасно, то дослідимо найбільш типові випадки автоматичного перемикання на умовній лінії ЛП: абоненти рухаються паралельно один одному, абоненти рухаються на зустріч один одному.

Розглянемо перший випадок. Рух абонентів виконувався паралельно один одному між точкою доступу та точкою ретрансляції, та одночасно через лінію автоматичного перемикання. В такому випадку було отримано гістограми початкових та прийнятих кадрів для паралельного руху двох абонентів та під час руху із дією завад в каналі, які наведені на рис. 6 і рис. 7 відповідно.

а б

Рис. 6. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) при паралельному русі двох абонентів а б

Рис. 7. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) при паралельному русі двох абонентів із завадами в каналі

В даному випадку видно, алгоритми завадостійкого кодування мають менший ефект по відношенні до руху одного абонента. Тут можна зробити припущення, що чим більше абонентів рухаються, тим більше виникає спотворень при передачі трафіку у мережі. Гістограма для одночасного автоматичного перемикання двох абонентів, при паралельному русі, наведено на рис. 8.

а б

Рис. 8. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) при одночасному перемиканні двох абонентів

Як видно із рис. 8, спостерігаються значні спотворення прийнятого кадру, що приводять до значних візуальних дефектів.

Застосовуючи аналогічну методику розглянемо другий випадок - зустрічний рух двох абонентів до умовної точки ЛП. Результати дослідження при звичайній передачі аналогічні до попереднього випадку, але в момент автоматичного перемикання відбувся розрив сеансу передачі інформації та втрата відеоінформації як показано на рис. 9. Період розриву досяг значення до 0,5с, після чого передача була відновлена із затримкою. На рис. 10 видно, що в певний момент часу у початковому та прийнятому відеотрафіку знаходились різні кадри.

158 ISSN 2219-9365 Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 3’ 2014

Обмін практичним досвідом та технологіями а б

Рис. 9. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) в момент перемикання при зустрічному русі двох абонентів а б Рис. 10. Початковий кадр (а) і прийнятий (б) після перемиканняТаким чином, результати досліджень даної роботи показують, що для аналізу якості мультимедійного трафіку у безпровідних мережах стандарту Wi-Fi можна застосовувати методи просторової обробки зображень, а саме, гістограму яскравості певних вибраних кадрів до передачі та після передачі. Як було встановлено, на основі гістограм можна оцінити рівень спотворень, які вносить тракт передачі. Застосовуючи дане твердження було проведено дослідження особливостей процесу автоматичного перемикання між точками доступу під час руху абонентського прийомо-передавального обладнання під час сеансу обміну інформацією, у мережі стандарту Wi-Fi. Було встановлено: - процес автоматичного перемикання абонента між точками доступу виникає при падінні потужності на вході приймача до рівня -70 ДБМ, при цьому відбувається перепідмикання до іншої точки доступу;

- під час автоматичного перемикання сеанс передачі інформації переривається на інтервал до 0,1 с, для одного рухомого абонента та до 0,5с, для двох рухомих абонентів, що в такому випадку може привести до повного порушення сеансу передачі;

- режим автоматичного перемикання у безпровідних мережах стандарту Wi-Fi є, по суті, недоліком при передачі мультимедійного трафіку, який вносить додаткові спотворення, що необхідно враховувати при побудові та проектуванні мереж при наданні доступу до нових видів інфокомунікаційних послуг.

1. Michalevskiy D. V. The research of wi-fi channel for multimedia traffic / D.V. Michalevskiy, V.E. Mondlyak, R.O. Krasota // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2014. - №2. - С. 173 - 177.

2. Гонсалес Р. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB / Р. Гонсалес, Р. Вудс, С. Эддине. - М.: Техносфера. 2006. - 616 с.

References

1. Michalevskiy D. V. The research of wi-fi channel for multimedia traffic / D.V. Michalevskiy, V.E. Mondlyak, R.O. Krasota // Vymirjuvalna ta obchysljuvalna tehnika v tehnologichnyh procesah. - 2014. - №2. - S. 173 - 177.

2. Gonsales R. Cyfrovaja obrabotka yzobrazhenyj v srede MATLAB / R. Gonsales, R. Vuds, S. Эddyne. - M.: Tehnosfera. 2006. - 616 s.

Рецензія/Peer review : 21.9.2014 р. Надрукована/Printed :29.10.2014 р.

ISSN 2219-9365 Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах № 3’ 2014 159