網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在融媒體廣播電視工程技術(shù)中的應(yīng)用

劉曉霞

（白銀市平川區(qū)融媒體中心，甘肅 白銀 730900）

0 引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、智能終端、云計算服務(wù)、移動搜索、人工智能和5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷成熟，為新媒體的發(fā)展提供了廣闊的空間[1]。廣播電視、新聞媒體等行業(yè)與移動互聯(lián)網(wǎng)相互結(jié)合，產(chǎn)生了大量的新型傳播模式，例如網(wǎng)絡(luò)直播、IPTV 服務(wù)和移動電子商務(wù)等，融媒體廣播電視技術(shù)也進(jìn)入“泛在計算”時代，移動終端、電腦終端和智能顯示屏終端等可以不受時間和空間的限制，及時傳輸信息和實時顯示海量圖片、文字和視頻數(shù)據(jù)，這些對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說，需要更高的信息傳播速率和更強(qiáng)大的存儲能力，以滿足融媒體廣播電視工程面向不同媒介平臺的共生新常態(tài)和移動終端信息的隨著性和移動性需求[2]。

1 融媒體廣播電視工程源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點的速率優(yōu)先算法

在網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)倪^程中，為了動態(tài)地調(diào)整和切換算速率，同時也為了減少全網(wǎng)廣播延遲的情況，不同的數(shù)學(xué)算法被提出，例如經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）、多速度多條無線網(wǎng)絡(luò)算法、加權(quán)連通支配集算法（WCDS）、源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）等。其中，源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法能夠通過集中式的規(guī)劃方法掌握和分發(fā)全局拓?fù)湫畔?，有效地減少數(shù)據(jù)源節(jié)點至其他目標(biāo)節(jié)點的傳輸時間[3]。

構(gòu)建融媒體廣播電視工程無線網(wǎng)絡(luò)二維拓?fù)淠Ｐ椭芯W(wǎng)絡(luò)廣播節(jié)點有4 個，普通節(jié)點有11 個，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點3 個。在網(wǎng)絡(luò)信號傳播的過程中，能夠接收到信號的最大范圍為廣播范圍，該范圍以廣播節(jié)點為圓心，以d（i）為半徑，廣播包以速率R（i）在這個范圍進(jìn)行傳播，R（i）的計算方法如公式（1）所示[4]。

式中：R（i）為第i個無線廣播信號的傳播速率集，bit/s；Bw為無線網(wǎng)絡(luò)帶寬，Hz；N0為廣播信號噪聲功率譜密度；Psignal為信號的功率；Pnoise為信號噪聲的功率；Eb為廣播信號每比特信號能量。

基于圖1 的網(wǎng)絡(luò)傳播模型，采用仿真分析程序Matlab軟件搭建方格網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行計算，模型小網(wǎng)格的邊長最小為120m，最大為360 m，邊長增量為60m，共有5 種不同的網(wǎng)格邊長；節(jié)點數(shù)量最小值為20，最大值為140，節(jié)點數(shù)目增量為10。當(dāng)網(wǎng)格節(jié)點間廣播信號傳播速率為1.0Mbit/s 時，其覆蓋半徑為483m，當(dāng)傳播速率為2.0Mbit/s 時，其覆蓋半徑為370m，當(dāng)傳播速率為5.5 Mbit/s 時，其覆蓋半徑為351m，當(dāng)傳播速率為11.0 Mbit/s 時，其覆蓋半徑為283 m。

圖1 融媒體廣播電視工程無線網(wǎng)絡(luò)二維拓?fù)淠Ｐ?/p>

為了研究無線網(wǎng)絡(luò)中各種算法的傳播效率，筆者將不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目條件下經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）、加權(quán)連通支配集算法（WS）和源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）的廣播延遲進(jìn)行對比[5-7]，其計算結(jié)果如圖2～圖4 所示。

從圖2 可以看出，隨著節(jié)點數(shù)目增加，采用經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）得到的廣播延遲曲線也不斷增加。當(dāng)網(wǎng)格邊長為120 m 時，廣播的延遲時間呈近線形增加，而當(dāng)網(wǎng)格邊長為180 m、240 m 和300 m 時，廣播的延遲時間呈非線性增加的趨勢，增加的速率波動不大，當(dāng)網(wǎng)格邊長為360m時，廣播的延遲時間呈先增速較快，后增速放緩的趨勢。在同一節(jié)點數(shù)目條件下，隨著網(wǎng)格邊長增加，廣播的延遲時間也不斷增加。

圖2 不同節(jié)點數(shù)目條件下SL 算法得到的廣播延遲曲線

從圖3 可以看出，隨著節(jié)點數(shù)目增加，采用加權(quán)連通支配集算法（WS）得到的廣播延遲曲線表現(xiàn)為一致的變化規(guī)律，均呈近線性增加。在同一節(jié)點數(shù)目條件下，隨著網(wǎng)格邊長增加，廣播的延遲時間也不斷增加。

圖3 不同節(jié)點數(shù)目條件下WS 算法得到的廣播延遲曲線

從圖4 可以看出，隨著節(jié)點數(shù)目增加，采用源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）得到的廣播延遲曲線表現(xiàn)為較為一致的變化規(guī)律，當(dāng)網(wǎng)格邊長小于300 m 時，廣播延遲曲線均呈線性增加，當(dāng)網(wǎng)格邊長為360 m 時，當(dāng)廣播的延遲曲線在網(wǎng)格數(shù)據(jù)較大時，其延遲時間增速略有增加。在同一節(jié)點數(shù)目條件下，隨著網(wǎng)格邊長增加，廣播的延遲時間也不斷增加。

將圖2～圖4 進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，在同一網(wǎng)格邊長條件下，按經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）、加權(quán)連通支配集算法（WS）、源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）的順序，其計算的廣播延遲不斷減少。以網(wǎng)格邊長120 m 為例，與經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）相比，加權(quán)連通支配集算法（WS）得到的廣播延遲下降幅度約3.5%～28.9%，源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）得到的廣播延遲下降幅度約為50.4%～60.8%。由此表明，采用源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）可以有效地減少融媒體廣播電視工程廣播信號的延遲時間，提高了信號的傳播速率。

圖4 不同節(jié)點數(shù)目條件下RF 算法得到的廣播延遲曲線

2 異構(gòu)環(huán)境下融媒體廣播電視工程技術(shù)代理緩存布局分析

在異構(gòu)環(huán)境下，如果融媒體廣播電視傳播的第k個影片，其時間長度為l（m），而服務(wù)器的最大原始傳輸速率為Roriginal（k，j），代理緩存的最大傳輸速率為RCache（k，j），那么代理緩存的平均質(zhì)量命中率QHR的計算方法可按公式（2）計算[8]。

式中：QHR為代理緩存的平均質(zhì)量命中率；C（i）為異構(gòu)環(huán)境的接入寬帶；Pop（m）為片段流行度；P（i）為異構(gòu)用戶比例。

為研究無線網(wǎng)絡(luò)中不同緩存模式的使用性能，采用3 種不同的緩存布局方法進(jìn)行比較，質(zhì)量恒定緩存布局（LCD）、質(zhì)量分層緩存布局（LLQ）和代理緩存布局方法（LQHR），同樣地采用仿真分析程序Matlab 軟件搭建方格網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行計算，計算時根據(jù)質(zhì)量命中率計算方法考慮3 種不同的異構(gòu)環(huán)境，分別為窄帶異構(gòu)SN、統(tǒng)一異構(gòu)UN 和寬帶異構(gòu)SW，異構(gòu)環(huán)境的接入寬帶按等比增加，分別為C（1）=64 Kbps、C（2）=128 Kbps、C（3）=256 Kbps、C（4）=512 Kbps、C（5）=1024 Kbps。

圖5～圖7 為異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式的平均命中率。從圖5 可以看出，隨著歸一化磁盤容量增加，窄帶異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線變化規(guī)律一致，呈冪指數(shù)增加的趨勢且在同一歸一化磁盤容量條件下，質(zhì)量分層緩存布局（LLQ）和代理緩存布局方法（LQHR）得到的平均質(zhì)量命中率相近，而質(zhì)量恒定緩存布局（LCD）得到的平均質(zhì)量命中率較低。

圖5 不同緩存布局模式窄帶異構(gòu)平均質(zhì)量命中率

從圖6 可以看出，隨著歸一化磁盤容量增加，統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線變化規(guī)律與窄帶異構(gòu)環(huán)境下得到的平均質(zhì)量命中率曲線明顯不同，統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線呈明顯的“S”形，在同一歸一化磁盤容量條件下，質(zhì)量分層緩存布局（LLQ）和代理緩存布局方法（LQHR）得到的平均質(zhì)量命中率相近，而質(zhì)量恒定緩存布局（LCD）得到的平均質(zhì)量命中率明顯較小。3 種緩存布局模式下的平均質(zhì)量命中率最大值均小于窄帶異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率最大值。

圖6 不同緩存布局模式統(tǒng)一異構(gòu)平均質(zhì)量命中率

從圖7 可以看出，隨著歸一化磁盤容量增加，寬帶異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線變化規(guī)律與窄帶異構(gòu)環(huán)境、統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境得到的平均質(zhì)量命中率曲線明顯不同，寬帶異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線介于“S”形和冪指數(shù)曲線之間，在同一歸一化磁盤容量條件下，質(zhì)量分層緩存布局（LLQ）和代理緩存布局方法（LQHR）得到的平均質(zhì)量命中率相近，而質(zhì)量恒定緩存布局（LCD）得到的平均質(zhì)量命中率明顯較小。3 種緩存布局模式下的平均質(zhì)量命中率最大值均小于窄帶異構(gòu)和統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率最大值。

圖7 不同緩存布局模式寬帶異構(gòu)平均質(zhì)量命中率

3 結(jié)論

該文采用仿真分析程序Matlab 軟件搭建融媒體廣播電視工程無線網(wǎng)絡(luò)二維拓?fù)淠Ｐ?，研究源自關(guān)節(jié)點的速率優(yōu)先算法和異構(gòu)環(huán)境不同緩存布局的存儲速度，得到以下3 個結(jié)論：1）在同一網(wǎng)格邊長條件下，按經(jīng)典的廣播樹集中式算法（SL）、加權(quán)連通支配集算法（WS）、源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）的順序，其計算的廣播延遲時間不斷減少。采用源自網(wǎng)關(guān)節(jié)點無線網(wǎng)狀多速率廣播樹算法（RF）可以減少融媒體廣播電視工程廣播信號的延遲時間，提高信號的傳播速率。2）隨著歸一化磁盤容量增加，窄帶異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率曲線呈冪指數(shù)曲線，統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境下的平均質(zhì)量命中曲線呈“S”形曲線，而寬帶異構(gòu)環(huán)境下的平均質(zhì)量命中曲線介于冪指數(shù)曲線與“S”形曲線之間。3）同一歸一化磁盤容量條件下，質(zhì)量分層緩存布局（LLQ）和代理緩存布局方法（LQHR）得到的平均質(zhì)量命中率相近，而質(zhì)量恒定緩存布局（LCD）得到的平均質(zhì)量命中率明顯較小。3 種緩存布局模式的平均質(zhì)量命中率最大值均小于窄帶異構(gòu)和統(tǒng)一異構(gòu)環(huán)境下不同緩存布局模式得到的平均質(zhì)量命中率最大值。