Введение к работе
Актуальность темы исследования
Достоверная информация о возможностях удаленных клиентов принять мультимедийный поток без задержек требует больших организационных и временных затрат. Применение информационных технологий и математического моделирования позволяет автоматизировать тестирование и получение информации от удаленных пользователей для дальнейшей ее оценки. Выбор битовых скоростей трансляции мультимедийных потоков напрямую влияет на качество воспроизведения потока на стороне клиента.
На сегодняшний день существуют методы адаптивного или динамического переключения битовых скоростей потоков. Однако недостатком этих методов является то, что администратор системы видеотрансляций не может использовать их для тестирования способности удаленных пользователей получать мультимедийный поток с заданной скоростью. Использование таких методов требует создания многочисленных потоков с разными битовыми скоростями, при этом в определенных случаях мультимедийные потоки с малыми битовыми скоростями неприемлемы для проводимого мероприятия.
Таким образом, оценка качества получения мультимедийных потоков удаленными пользователями, рассматриваемая в данном диссертационном исследовании, является актуальной. Степень разработанности темы исследования
Современные методы тестирования способности удаленных клиентов получить мультимедийный поток с необходимым качеством в первую очередь основываются на анализе состояния сетевого канала. Во многих случаях тестирование потока либо совсем не производится, либо происходит по следующему сценарию: удаленные пользователи получают от администратора ссылку на веб-страницу, где осуществляется тестовая трансляция мультимедийного потока с какой-то одной битовой скоростью. После этого пользователи могут запустить видеоплеер, посмотреть изображение и самостоятельно сделать вывод о качестве принимаемого потока. Время, в течение которого пользователи заходят на веб-страницу, является произвольным и не может точно характеризовать состояние загрузки сетевого канала. Существующие сервисы и программные решения для тестирования удаленных точек сети не используют информацию от видеоплееров удаленных клиентов. Таким образом, тестирование в данном случае не дает правильной оценки возможности удаленных клиентов получить мультимедийный поток с нужным качеством.
Цель работы
Автоматизация тестирования мультимедийных потоков на основе комплексной оценки задержек их воспроизведения для определения способности удаленного пользователя принимать мультимедийный поток с заданной битовой скоростью.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ существующих методов тестирования удаленных клиентов.
-
Разработать имитационную модель системы передачи мультимедийных потоков в реальном режиме времени, учитывающую факторы, влияющие на задержки воспроизведения.
-
Провести эксперименты по эмулированию мультимедийных потоков с различными влияющими факторами.
-
Разработать численный метод оценки параметров воспроизведения мультимедийного потока и алгоритм его использования на реальных данных.
-
Реализовать разработанный критерий в программной системе.
-
Разработать веб-сервис для тестирования удаленных пользователей.
-
Использовать результаты работы на практике при организации видеотрансляций Петрозаводского государственного университета.
Методология и методы исследования. Методы и технологии
имитационного моделирования, математические методы планирования
экспериментов, методы и средства инженерии программного обеспечения,
Web-технологии.
Объект исследования. Процессы передачи мультимедийных потоков,
передаваемых в реальном режиме времени.
Предмет исследования. Моделирование и автоматизация тестирования
процессов передачи мультимедийных потоков.
Научная новизна
Имитационная модель, эмулирующая значения факторов, влияющих на задержки воспроизведения мультимедийных потоков, транслируемых в реальном режиме времени, которая впервые позволила исследовать значения состояния воспроизведения мультимедийных потоков видеоплеера.
Новый критерий комплексной оценки задержек воспроизведения мультимедийных потоков, применение которого позволило моделировать и автоматизировать процесс тестирования как в проводных, так и в беспроводных Wi-Fi-сетях.
Новый алгоритм для быстрого тестирования удаленных точек сети, использующий численные методы анализа параметров воспроизведения мультимедийного потока.
Теоретическая и практическая значимость
Предложенный метод, а также критерий комплексной оценки задержек
воспроизведения мультимедийных потоков реализованы в веб-сервисе,
доступ к которому открыт для всех желающих. Удаленные
пользователи, используя разработанное программное приложение для
тестирования качества воспроизведения мультимедийных потоков, получают более точную оценку по сравнению с существующей методикой.
Система имитационного моделирования значений факторов, влияющих на задержки воспроизведения мультимедийных потоков, транслируемых в реальном режиме времени, расширяет возможности разработки новых критериев оценки качества, а также может использоваться в образовательном процессе для наглядной демонстрации влияния различных факторов на воспроизведение видеопотока.
Веб-сервис возможно использовать для рационализации расположения беспроводных точек доступа, применяемых для передачи мультимедийных потоков.
Степень достоверности
Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается совпадением результатов моделирования и реальных данных. Положения, выносимые на защиту
Критерий комплексной оценки задержек воспроизведения мультимедийных потоков, способствующий выбору битовых скоростей для потоков.
Имитационная модель системы передачи мультимедийных потоков в реальном режиме времени, учитывающая факторы, влияющие на задержки воспроизведения, позволяет эмулировать реальный процесс передачи мультимедийных потоков.
Программный комплекс, реализующий предложенную модель и численные методы и предназначенный для удаленного тестирования пользователей.
Апробация работы
Результаты диссертационного исследования докладьшались и обсуждались
на следующих конференциях и семинарах:
-
VII Всероссийская научно-практическая конференция «Информационная среда вуза XXI века» (Петрозаводск, 2013).
-
XLIV международная научная конференция аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость» (Санкт-Петербург, 2013).
-
Выступление на семинаре факультета Department of Photonics Engineering, Технический университет Дании (Копенгаген, Дания, 2012).
-
Научно-методическая конференция «Университеты в образовательном пространстве региона: опыт, традиции и инновации» (Петрозаводск, 2012).
-
Выступление на конференции DIVERSE 2012 (Левен, Бельгия, 2012).
-
Выступление на семинаре Networking research group, Helsinki Institute for Information Technology (Хельсинки, Финляндия, 2012).
-
Выступление на семинаре факультета Faculty of Computing, University of Latvia (Рига, Латвия, 2012).
-
Доклад в Media and Learning Unit, Католический университет Левена (Левен, Бельгия, 2012).
По результатам выполненных исследований и разработок опубликовано 10 статей в научных журналах, в том числе 3 публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Разработанный программный комплекс был использован в процессе тестирования точек сети в рамках гранта Программы стратегического развития на 2012-2016 гг. «Университетский комплекс ПетрГУ в научно-образовательном пространстве Европейского Севера: стратегия инновационного развития».
Программы для ЭВМ, входящие в состав программного комплекса, зарегистрированы в Объединенном фонде электронных ресурсов «Наука и образование» (ОФЭРНиО) № 19332 от 27.06.2013.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка (128 наименований) и имеет объем 105 страниц машинописного текста, включая одну страницу приложений, содержит 35 рисунков и 10 таблиц.
