CN100502370C - 一种在不同传输信道上的媒体传输优化系统及优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种在不同传输信道上的媒体传输优化系统及优化方法，包括设置于网络传输节点上的资源预留协议模块、资源管理模块以及码率转换模块；通过资源预留协议模块传送基于资源预留协议的带有QoS参数的控制报文，实现为媒体的传输动态预留资源及码率转换，有效提高了网络资源的利用率。

Description

一种在不同传输信道上的媒体传输优化系统及优化方法

技术领域

本发明属于多媒体网络传输技术领域，特别是涉及多媒体数据流在异构的网络中通过不同的传输信道时的优化方式。

技术背景

现代通信技术的快速发展使得多媒体信息的网络传输成为可能。但是，如何为具有不同接入方式和带宽资源的用户提供接入支持是当前需要解决的问题。各个用户的接入方式是异构的，即有可能通过宽带接入，也有可能是用窄带接入，同时，各个用户在处理能力，存储设备容量以及接收媒体的质量要求等方面存在差异。如何克服这些差异，目前使用自适应的比特率控制技术来调整数据流的特征以满足可用的网络资源为其中的一种方式，本发明通过另外的途径来克服这些差异。

数据流在网络上传输，由于网络的异构性及网络资源使用情况的变化，就有必要对数据流进行相应的码率转码工作，来实现有效节省和充分利用带宽，并减少丢包数量。在做码率转码工作之前，必须先解决两个问题：

(1)、在什么样的情况下进行码率转码？

(2)、在转码的具体工作中，如何合理设定转码后的码率为多少？

这两个问题涉及到服务质量问题，即QoS，实际上，结合QoS支持，允许媒体在网络传输过程进行资源预留，在不同传输信道上进行码率转码，可以得到比较好的效果，使用户的数据流得到QoS保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过资源预留协议RSVP来实现服务质量QoS支持的媒体网络传输优化系统。

本发明的另一目的在于根据该传输优化系统，提供一种媒体网络传输优化方法。

为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：

一种在不同传输信道上的媒体传输优化系统，包括设置于网络传输节点上的资源预留协议模块、资源管理模块以及码率转换模块；

所述资源预留协议模块用以沿发送方到接收方的传输路径采用资源预留协议传送包含QoS参数的控制报文；

所述资源管理模块为媒体传输预留和动态分配所需的资源，包括在媒体传输路径建立初期，预留端到端资源，以及在媒体传输期间，根据控制报文的QoS参数变化而动态分配资源；

所述码率转换模块可实现媒体的码率转换。

所述资源预留协议模块RSVP负责控制报文的传送，沿发送方到接收方的路径传递QoS参数，预留并维持提供服务所需的资源。

RSVP主要发送两类控制报文：PATH类信令和RESV类信令。其中，PATH类信令包含发送端到接收端的路由信息及对业务的描述，如平均速率，峰值速率，包长，最大时延等。被IPv4或IPv6协议或UDP协议封装后由源端发送，经路由器传到接收端并建立多媒体流的传输路径。当接收端收到PATH类信令，且需要预约资源时，则返回RESV类信令，经路由器以无连接方式预约资源。当预约失败，路由器返回RESVERROR信令，以便接收端和发送端进行适当处理。

值得提出的是，实际上的资源预留与资源预留协议无关，也就是说，RSVP本身并不能真正实现通信所需资源的预留和配置，真正实现是由节点中的资源管理模块完成。网络多媒体系统中，资源管理模块包括资源管理器及资源管理协议，资源管理协议用来在资源管理器之间交换资源管理所需的资源信息，资源管理器则用来实现解决资源冲突所需的资源分配和预留管理功能。

对于每个数据流而言，用户指定的QoS参数隐含着与资源的映射，本发明的优化系统要求节点根据QoS参数为数据流的传输预留资源，通过各个节点的资源管理模块之间传输和协商这些QoS参数，各节点资源管理模块检查自身的资源利用，并决定是否允许预留请求，根据具体情况决定是否对一些数据流进行码率转码。

上述技术方案中，所述资源管理模块包括QoS参数映射模块和QoS参数协商模块；

所述QoS参数映射模块将用户指定的QoS参数映射为应用层的参数值，又将应用层参数值映射到传输层的参数值范围，并在传输层参数值范围内取具体值；

所述QoS参数协商模块动态调整QoS参数，并根据调整后的参数分配资源。

资源管理模块检查资源利用情况，用来实现解决资源冲突所需的资源分配和预留管理功能。资源管理的主要目的是提供数据可靠传输的资源保障，这意味着资源管理至少应有如下的功能：

①、在数据流传输路径建立初期，预留和分配端到端资源，以便码流能按用户指定的QoS需求传输，这就要求在参与数据传输的各系统成分之间传输和协商这些QoS参数。

②、在数据传输期间，网络和系统能根据QoS参数提供资源，这就要求能根据QoS参数使用恰当的服务原则实现资源分配。网络和系统应能适应资源的变化，这就要求应具备支持QoS参数动态变化的机制，能通过网络和用户的再协商重新达到认可的QoS参数。

因此，资源管理模块应包括QoS参数映射模块和QoS参数协商模块。

QoS是一个综合指标，用于衡量使用一个服务的满意程度。不同的多媒体应用要求具有不同的服务需求，所以必须将这些服务参数化。用户提出的QoS请求只是一些简略的描述，如较差、一般、较好、最好等。为了通过资源预留协议进行QoS协商和许可控制，必须将用户QoS映射为应用层QoS，应用层QoS再映射到传输层QoS，那就是一组具体的QoS指标了。QoS参数映射模块的功能是：首先将用户提出的诸如优、良、可接受、是否可降低QoS要求、最低要求等抽象的服务质量要求映射到应用层，通过映射函数将应用层参数值映射到传输层参数的合理取值范围内，然后根据网络状况合理地在此映射范围内取值。这样就可以在端主机系统与中间节点中利用资源预留协议作细粒度请求，如带宽、延迟、延迟抖动等，同时根据网络状态变化可以相应地调整映射区间内的取值，这样从端主机系统到边界网络路由器之间就建立起一条相对较为稳定的、保证服务质量的通信链路。

QoS参数协商模块负责用户数据流的QoS要求的协商。当网络资源不能满足用户理想的QoS要求时，则根据网络状况及用户设定的信息对数据流的QoS参数进行调整。

所述QoS参数协商模块包括适应性函数和资源管理函数；

所述适应性函数用于根据网络带宽资源状态的变化，在不同的传输信道上动态调整QoS参数指标；当无法维持预定的QoS时，适应性函数根据用户提供的一些信息，如QoS指标是否可以降低等，与资源管理函数协商，将QoS调整到一个合适的值来运行。当带宽资源状态变化时，在不同的传输信道上，适应性函数也可以调整QoS指标，例如可以调整数据流的码率等，提供更好的服务质量。

所述资源管理函数自动监控网络节点的资源变化，实时更新资源分配表和可用资源列表；还根据适应性函数调整后的QoS参数分配资源。资源管理函数能够自动监控系统资源的变化，包括网络状态的变化，实时地更新资源分配表和可用资源列表；还能够根据应用的QoS请求和数据流的优先级，包括适应性函数协商的结果将资源分配给数据流使用。

所述资源预留协议模块设置有接纳控制模块和策略控制模块，所述接纳控制模块检查节点是否拥有足够的资源来建立资源预留，所述策略控制模块检查是否具有发起这个资源预留请求的权限。

本发明的码率转换模块根据资源管理模块协商后的用户数据流的QoS参数，制定相应的转码策略，具体实现码率调整的工作。

为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：

一种在不同传输信道上的媒体传输优化方法，包括传输端点的优化和中间节点的优化；

所述传输端点的优化包括传统Internet通信过程和QoS控制过程，传统的Internet通信过程实现Internet上数据传输与控制服务，QoS控制过程实现基于资源预留协议的控制报文传输，并根据控制报文的QoS参数协商和控制不同应用媒体流的服务质量，使端点为媒体流预留实现该服务质量所需的资源；

所述中间节点的优化通过根据基于资源预留协议的控制报文，动态调整媒体流传输的资源分配。

上述技术方案中，所述QoS控制过程具体操作包括如下步骤：

(1)、用户通过QoS协商界面提出数据流的QoS要求等级，调用QoS参数映射模块，将用户的要求映射为传输层参数，然后根据网络状况合理地在映射范围内取值，并指定能否对QoS要求进行降级以及降级策略；

(2)、由接收方通过资源预留协议向节点传送QoS参数；

(3)、在等待节点资源预约结果的同时，预约传送端点系统的资源；

(4)、如节点与传送端点系统中资源预约成功，则向下游接收端发送分组数据；否则发出预留请求拆除消息和路径拆除消息，建立新的路径，返回步骤(2)操作。

所述步骤(2)还包括通过QoS参数协商模块，进行资源的动态预约。

所述中间节点的优化具体包括如下步骤：

(a)、由资源预留协议模块传送带有QoS参数的报文向节点提出QoS资源预留需求；

(b)、节点收到QoS需求后，由资源预留协议模块将该请求传递给节点的接纳控制模块和策略控制模块，接纳控制模块检查该节点是否拥有足够的资源来建立新的资源预留，策略控制模块检查该应用是否具有发起这个QoS资源预留请求的权限；

(c)、如果接纳控制模块和策略控制模块的检查都通过了，则该QoS资源预留请求信息将被进一步传送到上游节点，并建立相应的传送路径；若不具有发起QoS资源预留请求的权限，则节点拒绝建立传送路径，向接收端发出预留请求差错信息；若具有发起QoS资源预留请求的权限而节点没有足够的资源来建立资源预留，则通过QoS参数协商模块协商码率转换，如果协商成功，有足够的资源满足协商后的QoS要求，就可以通过接纳控制模块的检查；如果协商不成功，将拒绝建立传送路径，向接收端发出预留请求差错信息；

(d)、如果节点已建立传送路径，则可通过此路径进行媒体传输。

所述步骤(c)的QoS参数协商模块工作过程具体如下：

Step1、将用户申请QoS参数映射成应用层QoS参数指标，将应用层参数指标映射到传输层参数的取值范围内；

Step2、启动资源管理模块，检查是否有足够资源及权限来接受该QoS请求；

Step3、如果可以接受该QoS请求，则退出工作过程；否则启动适应性函数来调整QoS指标；

Step4、如果调整后的QoS指标不低于最低QoS要求，则返回Step2操作；否则发送错误信息。

步骤(c)的码率转换通过码率转换模块实现。

本发明通过基于资源预留协议的QoS参数传送，可在传输前和传输过程中预留并动态分配传输所需资源，实现有效节省和充分利用网络资源，减少丢包数量，保证数据流的QoS。具有如下特点：

(1)、结合RSVP资源预留协议来决定是否进行码率转码。若提出的预留请求被允许，则不必进行码率转码。

(2)、利用资源管理子系统的资源管理协议，并调用QoS参数协商模块，在各资源管理器之间传输和协商数据流的QoS参数，并根据QoS参数来决定码率转码的具体工作，决定数据流在转码前后的码率变化情况。

(3)、QoS参数协商采用了一些“自适应”的思想，即尽最大努力适应用户的要求，充分利用网络带宽资源；当不能满足用户的理想需求时，逐级降低QoS要求。在不同的传输信道上，当某段信道的带宽资源能满足用户设定的理想码率时，则将该数据流在该段信道上的QoS参数调整为用户设定的理想QoS参数。

附图说明

图1为本发明的系统框架图；

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的系统框架图如附图1所示，在端点及中间节点上均设置有资源管理器、RSVP模块、码率转换模块。

RSVP模块通过资源预留协议发送QoS参数的控制报文，RSVP主要发送两类控制报文：PATH类信令和RESV/RESVERROR类信令。

资源管理器之间也可相互通信，以预留并动态分配资源。

本发明的工作流程如附图2所示，发送端主机发出PATH类信令经路由器等中间节点传到接收端并建立多媒体流的传输路径。当接收端收到PATH类信令，便开始预约资源，先向上一个中间节点发出预留请求信息，即RESV类信令，该预留请求信息包含了该接收端为此特定数据流所请求的QoS参数。节点上的RSVP处理模块将资源预留请求传递给该节点的接纳控制和策略控制模块，接纳控制模块检查该路由器是否拥有足够的资源来建立新的资源预留，策略控制模块检查该应用是否具有发起这个QoS资源预留请求的权限，以确定是否给该媒体流建立相应的RSVP软状态；如果该应用不具有发起这个QoS资源预留请求的权限，则拒绝为该媒体流建立相应的RSVP软状态，向接收端发出预留请求差错信息，即RESVERROR类信令；如果上述这两个检查都通过了，该节点将使用过滤器参数信息对分组排队器进行设置，然后分组分类器将识别属于这个数据流的分组，并且分组调度器将获得它所需要的QoS；该预留请求信息将被进一步传送到上游节点，直至达到发送端，建立相应的传送路径；如果该节点没有足够的资源来建立新的资源预留，该节点的资源管理器将调用QoS协商模块，发出相应信令要求降低QoS要求，例如将数据流的码率转码；如果带宽资源能够满足降低后的码率要求，则接受该预留请求，并将该预留请求传送到上游节点，如果带宽资源仍不能满足用户的最低QoS要求，该节点便向接收端发出预留请求差错信息。接受端收到差错信息后，向发送端发送发出预留请求拆除信息，要求沿途所有主机和路由器删除相应的资源预留状态，发送端收到预留请求拆除信息后，沿下行方向向接收端发出路径拆除信息，发送端重发路径信息，建立一条到接收端的新路径，再进行该条路径上的资源预留工作，如果超过一定的时间仍未建立一个能按用户的QoS要求，包括协商后的QoS要求进行数据流传输的路径，则由用户选择是否终止该项应用；如果预留请求到达了发送端，则意味着路径中的每一个中间节点都已建立了该数据流所需的资源预留，包括QoS协商后的资源预留，则可以开始向下游接收端发送分组。在数据发送过程中，每一个路由器中的分组分类器和分组调度器负责保证该数据流中的每一个分组都可以按照其所要求的QoS参数进行转发。在不同的传输信道上同一个数据流的QoS参数可能不同，则意味着要在相应的节点上进行码率转码工作后，再在该段信道上按照转码后的码率传送数据。

如用户A和用户B之间要通过Internet进行数据流的传输，B用户通过QoS协商界面提出数据流的QoS要求，要求码流速率为150kb/s，并设定为“可降低QoS要求”，最低要求为“80kb/s”，A的端主机发出Path信令，在网络上先建立一条到B的端主机的路径，包括若干个中间节点，B端接收到PATH类信令后，然后开始预约资源，向邻近的上游一个中间节点C发出预留请求信息RESV类信令，节点上的RSVP处理模块将资源预留请求传递给该节点的接纳控制和策略控制模块，接纳控制模块检查该路由器是否拥有足够的资源来建立新的资源预留，策略控制模块检查该应用是否具有发起这个QoS资源预留请求的权限，该应用具有发起这个QoS资源预留请求的权限，而该路由器没有足够的资源来建立该资源预留，则该节点的资源管理器将发出相应信令要求降低QoS要求，调用QoS协商模块，返回一个合理可得到满足的QoS要求，将数据流在该段传输信道传输时的码率转变为120kb/s的码率，那么该路由器接受该预留请求，并将该预留请求传送到另一个上游节点D，D节点上的RSVP处理模块也将资源预留请求传递给该节点的接纳控制和策略控制模块进行检查，该应用具有发起这个QoS资源预留请求的权限，而该路由器没有足够的资源来建立该资源预留，则该节点的资源管理器将发出相应信令要求降低QoS要求，调用QoS协商模块，由于该段网络资源有限，只能允许预留50kb/s的带宽资源，无法满足用户的最低QoS要求，D节点便向接收端发出预留请求差错信息RESVERROR类信令，接收端收到该错误信息后，便发出预留请求拆除信息，向发送端发送，要求沿途所有主机和路由器和主机删除相应的资源预留状态，发送端收到预留请求拆除信息后，沿下行方向向接收端发出路径拆除信息，发送端重发路径信息PATH类信令，建立一条到接收端的新路径，再进行该条路径上的资源预留工作；在新的路径上，所有节点均能满足用户的的QoS要求，包括协商和再协商后的QoS要求，从而利用该路径进行数据流传输。

Claims (9)

1、一种在不同传输信道上的媒体传输优化系统，其特征在于包括设置于网络传输节点上的资源预留协议模块、资源管理模块以及码率转换模块；

所述资源预留协议模块用以沿发送方到接收方的传输路径采用资源预留协议传送包含QoS参数的控制报文；

所述资源管理模块为媒体传输预留和动态分配所需的资源，包括在媒体传输路径建立初期，预留端到端资源，以及在媒体传输期间，根据控制报文的QoS参数变化而动态分配资源；资源管理模块包括QoS参数映射模块和QoS参数协商模块，QoS参数映射模块将控制报文的用户指定的QoS参数映射为应用层的参数值，再将应用层参数值映射到传输层的参数值范围，并在传输层参数值范围内取具体值，QoS参数协商模块动态调整QoS参数，并根据调整后的参数分配资源；

所述码率转换模块可实现媒体的码率转换。

2、根据权利要求1所述的在不同传输信道上的媒体传输优化系统，其特征在于所述QoS参数协商模块包括适应性函数和资源管理函数；

所述适应性函数用于根据网络带宽资源状态的变化，在不同的传输信道上动态调整QoS参数指标；

所述资源管理函数自动监控网络节点的资源变化，实时更新资源分配表和可用资源列表；还根据适应性函数调整后的QoS参数分配资源。

3、根据权利要求1所述的在不同传输信道上的媒体传输优化系统，其特征在于所述资源预留协议模块设置有接纳控制模块和策略控制模块，所述接纳控制模块检查节点是否拥有足够的资源来建立资源预留，所述策略控制模块检查是否具有发起这个资源预留请求的权限。

4、一种采用权利要求1所述优化系统的在不同传输信道上的媒体传输优化方法，其特征在于包括传输端点的优化和中间节点的优化；

所述传输端点的优化包括传统Internet通信过程和QoS控制过程，传统的Internet通信过程实现Internet上数据传输与控制服务，QoS控制过程实现基于资源预留协议的控制报文传输，并根据控制报文的QoS参数协商和控制不同应用媒体流的服务质量，使端点为媒体流预留实现该服务质量所需的资源；

所述中间节点的优化通过根据基于资源预留协议的控制报文，动态调整媒体流传输的资源分配。

5、根据权利要求4所述的在不同传输信道上的媒体传输优化方法，其特征在于所述QoS控制过程具体操作包括如下步骤：

(1)、用户通过QoS协商界面提出数据流的QoS要求等级，调用QoS参数映射模块，将用户的要求映射为传输层参数，然后根据网络状况合理地在映射范围内取值，并指定能否对QoS要求进行降级以及降级策略；

(2)、由接收方通过资源预留协议向节点传送QoS参数；

(3)、在等待节点资源预约结果的同时，预约传送端点系统的资源；

(4)、如节点与传送端点系统中资源预约成功，则向下游接收端发送分组数据；否则发出预留请求拆除消息和路径拆除消息，建立新的路径，返回步骤(2)操作。

6、根据权利要求5所述的在不同传输信道上的媒体传输优化方法，其特征在于所述步骤(2)还包括通过QoS参数协商模块，进行资源的动态预约。

7、根据权利要求4所述的在不同传输信道上的媒体传输优化方法，其特征在于所述中间节点的优化具体包括如下步骤：

(a)、由资源预留协议模块传送带有QoS参数的报文向节点提出QoS资源预留需求；

(b)、节点收到QoS需求后，由资源预留协议模块将该请求传递给节点的接纳控制模块和策略控制模块，接纳控制模块检查该节点是否拥有足够的资源来建立新的资源预留，策略控制模块检查该应用是否具有发起这个QoS资源预留请求的权限；

(c)、如果接纳控制模块和策略控制模块都通过了，则该QoS资源预留请求信息将被进一步传送到上游节点，并建立相应的传送路径；若不具有发起QoS资源预留请求的权限，则节点拒绝建立传送路径，向接收端发出预留请求差错信息；若具有发起QoS资源预留请求的权限而节点没有足够的资源来建立资源预留，则通过QoS参数协商模块协商码率转换，如果协商成功，有足够的资源满足协商后的QoS要求，就可以通过接纳控制模块的检查；如果协商不成功，将拒绝建立传送路径，向接收端发出预留请求差错信息；

(d)、如果节点已建立传送路径，则可通过此路径进行媒体传输。

8、根据权利要求7所述的在不同传输信道上的媒体传输优化方法，其特征在于所述步骤(c)的QoS参数协商模块工作过程具体如下：

Step1、将用户申请QoS参数映射成应用层QoS参数指标，将应用层参数指标映射到传输层参数的取值范围内；

Step2、启动资源管理模块，检查是否有足够资源及权限来接受该QoS请求；

Step3、如果可以接受该QoS请求，则退出工作过程；否则启动适应性函数来调整QoS指标；

Step4、如果调整后的QoS指标不低于最低QoS要求，则返回Step2操作；否则发送错误信息。

9、根据权利要求7所述的在不同传输信道上的媒体传输优化，其特征在于所述步骤(c)的码率转换通过码率转换模块实现。

Images