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Università degli Studi di Roma La Sapienza Ingegneria delle Telecomunicazioni Ingegneria delle Telecomunicazioni TESI DI LAUREA TESI DI LAUREA Metodi di.

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Presentazione sul tema: "Università degli Studi di Roma La Sapienza Ingegneria delle Telecomunicazioni Ingegneria delle Telecomunicazioni TESI DI LAUREA TESI DI LAUREA Metodi di."— Transcript della presentazione:

1 Università degli Studi di Roma La Sapienza Ingegneria delle Telecomunicazioni Ingegneria delle Telecomunicazioni TESI DI LAUREA TESI DI LAUREA Metodi di Allocazione delle Risorse per Comunicazioni Video su Reti Wireless Metodi di Allocazione delle Risorse per Comunicazioni Video su Reti Wireless Candidato : Giovanni Casale Relatore : Marco Listanti

2 Sommario Sviluppo della Tesi Modello Cross-Layer per lAllocazione delle Risorse Modello Cross-Layer per lAllocazione delle Risorse Paradigmi delle attuali e future Reti Wireless Paradigmi delle attuali e future Reti Wireless Strategie per unefficiente Codifica Video Strategie per unefficiente Codifica Video Allocazione delle Risorse su Reti 3G Allocazione delle Risorse su Reti 3G Allocazione delle Risorse per Videoconferenze su Wlan Allocazione delle Risorse per Videoconferenze su Wlan Allocazione di Risorse su Reti OFDM Allocazione di Risorse su Reti OFDM Obbiettivi della Tesi Garantire la fairness tra gli utenti Garantire la fairness tra gli utenti Massimizzare lefficienza del Sistema Massimizzare lefficienza del Sistema CASALE GIOVANNI

3 Modello Cross-Layer per lAllocazione delle Risorse Privilegiare il flusso informativo verticalmente Privilegiare il flusso informativo verticalmente Considerare le limitazioni verticalmente Considerare le limitazioni verticalmente Ottimizzare lAllocazione delle Risorse orizzontalmente tra gli utenti Ottimizzare lAllocazione delle Risorse orizzontalmente tra gli utenti Eseguire lAllocazione delle Risorse dinamicamente nel tempo Eseguire lAllocazione delle Risorse dinamicamente nel tempo Allocare congiuntamente le risorse di rete con i parametri di codifica di sorgente Allocare congiuntamente le risorse di rete con i parametri di codifica di sorgente Minimizzare la Distorsione end-to-end,il Ritardo end-to-end, e il Costo totale. Minimizzare la Distorsione end-to-end,il Ritardo end-to-end, e il Costo totale. CASALE GIOVANNI

4 Paradigmi delle attuali e future Reti Wireless Obbiettivo primario : sfruttare al meglio le limitate risorse radio Obbiettivo primario : sfruttare al meglio le limitate risorse radio Utilizzare congiuntamente AMC e la Codifica AFEC migliora lefficienza in banda e adatta il livello di protezione dagli errori di canale. Utilizzare congiuntamente AMC e la Codifica AFEC migliora lefficienza in banda e adatta il livello di protezione dagli errori di canale. Usare efficientemente lenergia nei dispositivi mobili Usare efficientemente lenergia nei dispositivi mobili Il Controllo di Potenza di Trasmissione è utile per garantire una certa qualità di collegamento e ridurre le interferenze co-canale. Il Controllo di Potenza di Trasmissione è utile per garantire una certa qualità di collegamento e ridurre le interferenze co-canale. Lassegnazione dinamica del canale può migliorare lutilizzo delle risorse radio del sistema assegnate ad un utente. Lassegnazione dinamica del canale può migliorare lutilizzo delle risorse radio del sistema assegnate ad un utente. Le principali strategie utilizzate sono : Le principali strategie utilizzate sono : CDMA CDMA OFDM OFDM OFDMA OFDMA CASALE GIOVANNI

5 Strategie per unefficiente codifica video (1/2) La Compressione Video: La Compressione Video: 1. Discrete Cosine Transform 2. La Codifica Predittiva Viene effettuata tramite i Moving Vector x i che indicano lo spostamento nei MB dei frame successivi Viene effettuata tramite i Moving Vector x i che indicano lo spostamento nei MB dei frame successivi CASALE GIOVANNI

6 Strategie per unefficiente codifica video (2/2) La Codifica Scalabile : La Codifica Scalabile : 1. Layered Scalable Video Coding -Strato base -Strati superiori 2. Fine Granularity Scalability (FGS) -Strato base -Strato FGS : si può decodificare un qualsiasi bitstream troncato ottenendo una qualità video proporzionale ai bit ricevuti Controllo derrore : Controllo derrore : -Error Resilient allencoder -Error Concealment al decoder CASALE GIOVANNI

7 Allocazione delle Risorse su Reti 3G (1/3) Al video viene applicata una codifica MPEG-4 FGS Al video viene applicata una codifica MPEG-4 FGS Lencoder FGS codifica tutti i bit plane per ogni frame e lascia decidere al server quali inviare (strato FGS) Lencoder FGS codifica tutti i bit plane per ogni frame e lascia decidere al server quali inviare (strato FGS) Il protocollo è implementato alla stazione base Il protocollo è implementato alla stazione base Ogni utente ha un encoder FGS che può inviare anche informazioni R-D al protocollo Ogni utente ha un encoder FGS che può inviare anche informazioni R-D al protocollo Il protocollo in base all informazione di canale minimizza la distorsione totale allocando dinamicamente codici,rate e potenza agli utenti Il protocollo in base all informazione di canale minimizza la distorsione totale allocando dinamicamente codici,rate e potenza agli utenti Il protocollo deve tener conto che i codici,i rate e la potenza da assegnare agli utenti sono limitati Il protocollo deve tener conto che i codici,i rate e la potenza da assegnare agli utenti sono limitati CASALE GIOVANNI

8 Allocazione delle Risorse su Reti 3G (2/3) Algoritmo per lo strato base Assegnare Cj codici a tutti gli utenti,assegnando Tmax, Per trasmettere lo strato base Ro Verificare che ci siano codici disponibili per tutti gli utenti Verificare che la potenza richiesta non superi la massima potenza allocabile Psum>?Pmax Ridurre Psum fine Algoritmo per lo strato FGS Verificare se ci sono altri codici disponibili Liberare Psum Psum>?Pmax Assegnare un nuovo codice per minimizzare la Distorsione Ottenere la minima Distorsione Fine si No Ridurre la Distorsione aumentando la potenza sino CASALE GIOVANNI no si

9 Allocazione delle Risorse su Reti 3G (3/3) Risultati di Simulazione Paragoniamo lalgoritmo proposto ad un algoritmo che ad ogni iterazione assegna un nuovo codice allutente con la più grande |dDj/dPsum| Paragoniamo lalgoritmo proposto ad un algoritmo che ad ogni iterazione assegna un nuovo codice allutente con la più grande |dDj/dPsum| Lalgoritmo proposto fornisce una maggiore fairness tra gli utenti e un guadagno medio di PSNR di 9dB. Al variare del numero degli utenti ottiene miglioramenti del 45% sulla Distorsione totale. Lalgoritmo proposto fornisce una maggiore fairness tra gli utenti e un guadagno medio di PSNR di 9dB. Al variare del numero degli utenti ottiene miglioramenti del 45% sulla Distorsione totale. CASALE GIOVANNI

10 Allocazione delle Risorse per Videoconferenze su WLAN (1/3) Descrizione del Sistema Descrizione del Sistema Si considera il caso di una singola cella con N utenti e N/2 coppie di conversazione, con videoconferenze punto-punto. Si considera il caso di una singola cella con N utenti e N/2 coppie di conversazione, con videoconferenze punto-punto. Il sistema è costituito da :un encoder video,un channel encoder, un componente di trasmissione IEEE e un allocatore di risorse. Il sistema è costituito da :un encoder video,un channel encoder, un componente di trasmissione IEEE e un allocatore di risorse. I video pacchetti sono inviati dallutente al server e reinstradati verso I video pacchetti sono inviati dallutente al server e reinstradati verso l altro partner di conversazione. Si considera lo standard IEEE a con 8 modi PHY. Si considera lo standard IEEE a con 8 modi PHY. Un utente alla volta occupa tutta la banda disponibile. Un utente alla volta occupa tutta la banda disponibile. Si utilizza una codifica MPEG-4 FGS. Si utilizza una codifica MPEG-4 FGS. Si applica la codifica FEC allo strato base e MD-FEC allo strato FGS. Si applica la codifica FEC allo strato base e MD-FEC allo strato FGS. CASALE GIOVANNI

11 Allocazione delle Risorse per Videoconferenze su WLAN (2/3) Ottimizzazione congiunta Uplink-Downlink Scegliere i modi di trasmissione e il numero di pacchetti trasmessi per ogni utente per minimizzare il massimo valore atteso della Distorsione. Scegliere i modi di trasmissione e il numero di pacchetti trasmessi per ogni utente per minimizzare il massimo valore atteso della Distorsione. Soluzione per lo strato base Si trova il più piccolo numero di pacchetti di parità richiesto per ogni modo di trasmissione per ottenere una fissata probabilità di perdita di pacchetto. Si trova il più piccolo numero di pacchetti di parità richiesto per ogni modo di trasmissione per ottenere una fissata probabilità di perdita di pacchetto. Si calcolano i corrispondenti tempi di trasmissione Si calcolano i corrispondenti tempi di trasmissione Si cercano i modi PHY per ottenere il più basso ritardo di trasmissione Si cercano i modi PHY per ottenere il più basso ritardo di trasmissione Soluzione per lo strato FGS Si cerca una serie efficiente Si di modi PHY Si cerca una serie efficiente Si di modi PHY Si ottiene la serie corrispondente Ti dei ritardi di trasmissione Si ottiene la serie corrispondente Ti dei ritardi di trasmissione Si ordina Ti in modo crescente Si ordina Ti in modo crescente Si calcola la funzione ritardo-distorsione per lutente i Si calcola la funzione ritardo-distorsione per lutente i Si calcolano i ritardi di trasmissione che minimizzano la massima distorsione,e si ricavano i modi di trasmissione. Si calcolano i ritardi di trasmissione che minimizzano la massima distorsione,e si ricavano i modi di trasmissione. CASALE GIOVANNI

12 Allocazione delle Risorse per Videoconferenze su WLAN (3/3) Paragoniamo lalgoritmo proposto a un algoritmo che alloca ottimamente le risorse in modo individuale sia per luplink che per il downlink. Paragoniamo lalgoritmo proposto a un algoritmo che alloca ottimamente le risorse in modo individuale sia per luplink che per il downlink. L algoritmo proposto ottiene una qualità video maggiore e più fair tra gli utenti L algoritmo proposto ottiene una qualità video maggiore e più fair tra gli utenti Aumentando il numero degli utenti nel sistema si hanno miglioramenti da 3.67 a 8.65 dB. Aumentando il numero degli utenti nel sistema si hanno miglioramenti da 3.67 a 8.65 dB. CASALE GIOVANNI

13 Allocazione delle Risorse su Reti OFDM (1/3) Descrizione del Sistema : Codifica video : 3-D Embedded Wavelet Video Coding. Codifica video : 3-D Embedded Wavelet Video Coding. Sistema a singola cella multiuser OFDM. Sistema a singola cella multiuser OFDM. Il sistema ha N sottoportanti di banda W e K utenti. Il sistema ha N sottoportanti di banda W e K utenti. Il server memorizza i GOF di ogni video nei buffer Il server memorizza i GOF di ogni video nei buffer Un GOF alla volta viene inviato allencoder 3-D EWV,e viene codificato in un flusso di coding pass. Un GOF alla volta viene inviato allencoder 3-D EWV,e viene codificato in un flusso di coding pass. I coding pass vengono raggruppati in cluster e poi trasmessi I coding pass vengono raggruppati in cluster e poi trasmessi Lallocazione delle risorse viene fatta dallAllocatore delle Risorse in base alle informazioni R-D e alle informazioni di canale. Lallocazione delle risorse viene fatta dallAllocatore delle Risorse in base alle informazioni R-D e alle informazioni di canale. CASALE GIOVANNI

14 Allocazione delle Risorse su Reti OFDM (2/3) Ottimizzazione nellAllocazione delle Risorse : Scegliere ottimamente A,R,dT per minimizzare la massima Distorsione pesata tra tutti gli utenti considerando i limiti di assegnazione di sottoportante,rate e potenza massima allocabile. Scegliere ottimamente A,R,dT per minimizzare la massima Distorsione pesata tra tutti gli utenti considerando i limiti di assegnazione di sottoportante,rate e potenza massima allocabile. Algoritmo proposto Ottenere i GOF R-D di tutti i coding pass non inviati per tutti gli utenti Calcolare il rate richiesto per ottenere una fissata Distorsione per tutti gli utenti Verificare la realizzabilità dei rate Rate ancora disponibile? Raffinamento della Qualità si no Si aumenta la Distorsione fissata si Si diminuisce la Distorsione fissata CASALE GIOVANNI

15 Allocazione delle Risorse su Reti OFDM (3/3) Risultati di Simulazione Paragoniamo lalgoritmo proposto ad un algoritmo simile al TDMA,che assegna tutte le sottoportanti in un intervallo di trasmissione solo allutente con la maggiore Distorsione. Paragoniamo lalgoritmo proposto ad un algoritmo simile al TDMA,che assegna tutte le sottoportanti in un intervallo di trasmissione solo allutente con la maggiore Distorsione. Lalgoritmo proposto ottiene un PSNR maggiore specialmente quando aumenta il numero degli utenti. Lalgoritmo proposto ottiene un PSNR maggiore specialmente quando aumenta il numero degli utenti. Lalgoritmo proposto ottiene una deviazione di PSNR al variare del numero dei frame in un intervallo più piccolo rispetto allaltro algoritmo. Lalgoritmo proposto ottiene una deviazione di PSNR al variare del numero dei frame in un intervallo più piccolo rispetto allaltro algoritmo. CASALE GIOVANNI


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