CN103634299B - 基于多连接的实时流媒体传输终端与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端和方法，该终端是在单连接终端基础上增设信令控制单元和媒体传输单元构成的，信令控制单元负责完成多连接链路的协商与建立，媒体传输单元负责完成媒体流的收发传输功能。本发明的创新优点是：提高了建立多连接数据传输的可能性，从而提高了资源利用率和传输效率，能够在更少的时间内传输更多的数据。而且，本发明方法中采用的基于RTP实时传输协议和RTCP实时传输控制协议的连接质量评估算法、流量分配调度算法和拥塞控制算法，可显著提高数据传输速率、减小延时、减少不必要的快速重传，使得用户的体验效果得到显著改进。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端与方法，属于计算机的技术领域。
背景技术
在现有的多媒体传输方式下，网络的吞吐能力没有被最大限度的使用。并且，随着网络技术的发展，越来越多的终端设备(如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)同时拥有2G、3G和WiFi等多种接入网络，这为流媒体的实时多连接传输提供了非常合适的应用环境。
多连接传输能够弥补单连接传输的缺点，它可以最大限度地聚合多个网络的有效带宽，实时动态调整各链接的传送量，最大效率的发送流媒体文件，从而提高各连接的有效带宽利用率，提供更好的音视频享受和QoS。
现有的对等互联或点对点P2P流媒体传输是一种多连接传输技术，但是，它在播放前需要对媒体流进行缓存，只有将一部分媒体流全部接收到后，才能播放。缓存必然导致延迟，而且，不同用户的缓存进度不同，使得节目不能同步，因此严格地讲，P2P并非实时传输。再者，在P2P技术中，流媒体数据是在多个终端Peer之间传输而非一对通信终端。因此，P2P流媒体与实时流媒体技术有根本区别。
实时流媒体的特点是：数据是动态变化的，事先无法预知大小；实时性强，对传输延迟与抖动要求较高；音频数据和视频数据之间要求严格同步；数据量大，对网络吞吐量有较高要求。多连接实时流媒体传输面向完全实时的音视频通话，缓存时间极短，通信两端必须保持一致，并不需要像传统多连接应用那样等待流媒体数据传输完成无误后才可以使用。
基于多连接的实时流媒体传输系统，充分考虑流媒体数据的特性，利用传统多连接技术的分块和并发传输的思想，配合RTP/RTP+UDP协议，同时加入多连接质量评估、数据流动态分配、拥塞控制等功能，使得多连接技术能够在实时流媒体数据传输上得以使用，提高了媒体流的传输效率、传输速度、用户体验和贷款利用率。
为了有效解决和探测通信双方是否都具备多连接的特性的问题，目前现有技术的实现方式主要有下述两种：
方案一：通过对多媒体会话描述协议SDP(Session Description Protocol)扩展携带多连接信息。其实施方案是通过在SDP协议中添加描述多连接特性的属性字段，用于支持多连接传输，同时携带多个连接可用地址信息，用于后续的会话协商功能。
该技术方案通过扩展SDP协议来携带多连接信息的方法是可行、有效的，但是，其缺陷是：首先它未考虑单个网卡情况下的多连接特性，该方案一般默认在只有一个网卡时，就不具备多连接特性。只有具备多个网卡时，才具备多连接特性并携带相应的地址端口信息，因此该技术方案不能保证多连接的顺利建立。其次，它只是提供一种信令方面的支持多连接技术的方法，并未考虑到多连接建立后，应如何协调多个连接上的数据传输，例如：如何探测各个连接的可用带宽，以便分配流媒体数据进行传输，当连接状态发生改变时(如从空闲变为拥塞时，或连接丢包情况严重不再适合传输数据时)如何调整数据流的分配策略，以适应这种改变。还有多个连接流媒体数据在对端的排序重组问题。
方案二：通过对数据包包头扩展携带多连接地址信息。其实施方案是先以单连接的方式建立连接，并在数据传输过程中，周期检测是否有新的可用的地址端口可以使用，如果有新的可用的地址端口，就将该可用的地址端口信息填入扩展的数据包包头传送给接收端；接收端收到此信息后，会检测判断自己是否同样具有的新的可用的地址端口，并将检测判断结果反馈给发送端。如果接收端同样支持建立新的连接的条件，则发送端和接收端根据各自的新的可用的地址端口信息建立新的连接。
该技术方案使用数据包包头携带多连接信息，虽然可以达到建立多个连接的目的，但其缺陷是：，浪费了过多的时间用于检测发送端或接收端是否支持新的可用的地址端口信息，也会增加包头的字节大小，使得同样字节大小的数据包携带的有用数据信息更少，同时，通过在已经建立单连接的基础上继续添加可用的连接的方法，在数据传输的初始阶段，很可能并不能达到最大范围的聚合有效带宽的目的，因此该技术方案的效果往往是不能让人满意。
为有效解决多个连接上数据传输的问题，目前现有技术实现方式主要是：
《一种改进的适用于多连接多路径的传输方法》(中国专利申请公开号：CN101719918A)申请提供的一种改进的适用于多连接多路径的传输方法如下：主机A通过两个网络接口与网络上的主机B连接，主机A与主机B之间要传输的应用数据分割成多个逻辑独立的数据流，主机A与主机B之间的每个数据流都绑定在特定的路径上进行传输，在不发生连续拥塞丢包和路径故障的情况下，不允许进行数据流传输的路径切换；当发生连续拥塞丢包和路径故障时，发送端就会启用路径切换机制，将故障路径上的数据都转移到新的路径上进行传输。主机A随时探测新的可用路径，并删除旧的故障路径，通过向主机B发送动态地址添加和删除数据块来达到动态添加新路径和删除旧路径。该方法用于建立和实现多连接多路径的数据传输。
该技术方案没有考虑多个连接的不同属性和动态变化的特性，所带来的数据流量在多个连接上分配传输的动态变化的问题(即负载均衡策略动态变化的问题)，同时也没有考虑针对实时流媒体的特殊应用场景下，对数据包的丢包和重传的特殊要求：应该尽量满足用户的延时小、丢包数量尽量少的体验要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是基于传统单连接终端提供一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端与传输方法，本发明是一种改进与探测通信双方是否都具备多连接特性和采用多个连接上传数据的实时流媒体传输终端，以及在流媒体应用环境下使用该终端实现多连接数据的传输方法。
本发明解决的技术问题是：判断终端是否具备多连接特性的方法和携带多连接信息的方法，实时流媒体数据在多连接上传输的方法，并提出一种基于多连接的实时流媒体传输终端。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端，其特征在于：该终端是在传统的单连接终端基础上增设信令控制单元和媒体传输单元构成的，其中：
信令控制单元，负责完成多连接链路的协商与建立：先与网络实体交换信令消息，完成包括用户注册、建立信令通道的各种信令交互功能；再在建立信令通道后，触发媒体传输单元，启动媒体流的收发过程；该信令控制单元设有：多连接实时监测模块和多连接协商与建立模块；所述信令控制单元的两个组成模块的功能如下：
多连接实时监测模块，负责在整个通信过程中检测网络自身状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供与通信对端协商与建立连接；一旦网络状况发生变化，就通知多连接协商与建立模块调整通信双方的网络连接：若发现自身出现新的可用连接，也通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若发现某个自身在用连接发生断裂，则通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该断裂连接从现有会话中删除；
多连接协商与建立模块，负责给通信对端发送信令协商请求，完成会话协商功能：通信开始前，该模块接收多连接实时监测模块提供的自身网络信息，并将该自身网络信息添加到会话建立请求消息中，发送给通信对端请求建立多连接会话；通信过程中，该模块随时接收多连接实时监测模块提供的自身网络变化信息，并根据该信息类型发送相应请求：若信息是自身出现新的可用连接，则给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若信息是某个自身在用连接发生断裂，则给通信对端发送连接删除请求：请求从现有会话中删除该断裂连接，并将该某个自身在用连接发生断裂的信息发送给通信对端；该模块还随时接收QoS质量评估模块发送来的某个自身在用连接变为失效的信息，再给通信对端发送删除该连接的请求；同时，该模块不断接收通信对端发送的请求，并根据不同情况采取相应处理：若为连接添加请求，则将该新的可用连接加入到现有会话中并回复对端；若为连接删除请求，则从现有会话中删除该连接并回复对端；该模块在通信过程中还与媒体传输单元的合流模块交换信息，将合流模块统计的包括数据包发送量、丢包率和时延信息以流控制传输协议RTCP数据包的形式发送给通信对端；
媒体传输单元，负责完成媒体流的收发传输功能：在信令控制单元完成会话建立并建立起信令通道后，就启动媒体传输单元执行媒体交互操作：控制媒体采集设备采集原始媒体流、从媒体采集设备中获取原始媒体流并进行编码，再发送至通信对端；从通信对端获取媒体编码流并进行解码，再将解码后的媒体流呈送给终端播放；该媒体传输单元单元设有：顺序连接的QoS质量评估模块、流量分配调度模块、合流模块和数据缓冲区模块；所述媒体传输单元的四个组成模块的功能如下：
QoS质量评估模块，负责依据接收到的RTCP数据包携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延的信息实时统计和计算每个连接的网络状况和吞吐能力，判断各个连接所处状态是空闲、正常、拥塞还是失效，以便为流量分配调度模块提供决策依据，充分利用各个连接的有效带宽并实现负载均衡；
流量调度分配模块，用于完成三种功能：根据QoS质量评估模块提供的各个连接的带宽质量决定各个连接的发送窗口的大小的优先级，根据流量分配策略实时决策选择流媒体数据的发送路径：发往哪个连接传输，并根据设定策略在各个可用连接上发送一定比例的冗余的流媒体数据包；
合流模块，负责接收通信对端发送来的流媒体数据，并统计各个连接流媒体数据的发送量、丢包率和时延的信息，然后将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块，供其使用；因该终端采用双层序列号编码：每个数据包分别都有一个全局序列号和一个局部序列号，全局序列号供媒体回放模块对数据包进行重排序、剔除冗余数据包和回放使用，局部序列号供合流模块统计各个连接的数据包的发送量、丢包率、时延的信息，并将统计信息以RTCP包的形式发送给通信对端，供通信对端QoS质量评估模块统计计算各个连接的质量，进而给流量分配调度模块执行流量分配调度决策；
数据缓冲区模块，包括一个全局数据缓存区和多个分别存储每个连接的各连接数据缓冲区，全局数据缓存区供数据包重排序和回放使用，各连接数据缓冲区供合流模块统计连接质量信息使用。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端的数据传输方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：
(1)通信开始前，多连接实时监测模块检测自身网络状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供其与通信对端协商与建立连接使用；
(2)多连接协商与建立模块与通信对端按照标准会话发起流程与对端请求建立会话，交换各自可用网络接口信息，以便建立多个可选连接；再根据包括网络状况和用户需求的设定策略在可选连接中选择合适的多个连接建立多连接会话传输数据；并在通信过程中，多连接实时监测模块根据各个连接的变化情况，通知多连接协商与建立模块实时调整通信双方连接：即增删会话中的连接；
(3)QoS质量评估模块依据对端发来的RTCP数据包所携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延的信息实时统计和计算各个连接的网络状况和吞吐能力，判断各个连接的工作状态；
(4)流量分配调度模块根据QoS质量评估结果初始化各个连接的发送窗口大小，并根据QoS质量评估结果，动态调整各个连接的发送窗口大小，然后根据流量调度策略对流媒体数据进行分流，将数据分流到各个连接上进行传输；
(5)接收对端发送来的RTCP数据包，然后执行步骤(3)的操作；
(6)在通信过程中，若QoS质量评估模块统计计算出自身某个连接处于失效状态，通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该处于失效状态的连接从现有会话中删除；
(7)在通信过程中，多连接协商与建立模块接收到通信对端因其检测到自身网络状况发生变化而发送来的连接变更请求，并作相应的后续处理；
(8)在通信过程中，合流模块接收通信对端发送来的流媒体数据，将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块；同时统计各个连接的流媒体数据的发送量、丢包率和时延信息，将统计数据以RTCP包的形式发送给通信对端。
本发明基于多连接技术的实时流媒体传输终端的创新技术是：提出一种基于多连接的实时流媒体传输终端的结构组成，还给出一种实时流媒体数据在本发明多连接的的实时流媒体传输终端进行传输的方法，同时还给出一种判断一个终端是否具备多连接特性的方法和如何携带多连接信息的传输方法。
本发明的创新优点是：与现有技术中的第一方案“通过默认单个网卡不支持多连接传输和多个网卡支持多连接传输”申请文件相比较，提高了建立多连接数据传输的可能性。而与该第一方案的“通过在数据包包头携带多连接信息”相比，提高了资源的利用率和传输效率，可以在更少的时间内传输更多的数据。
而与现有技术中的第二方案“一种改进的适用于多连接多路径的传输方法”申请文件相比较，本发明利用基于RTP实时传输协议和RTCP实时传输控制协议的连接质量评估算法、流量分配调度算法和拥塞控制算法，可以显著提高数据传输速率、减小延时、减少不必要的快速重传，并使得用户的体验效果得到显著改进。因此，本发明具有很好的推广应用前景。
附图说明
图1是本发明基于多连接的实时流媒体传输终端结构组成示意图。
图2是本发明基于多连接的实时流媒体传输终端的传输方法时序图。
图3是图2传输方法中的步骤(3)判断各个连接的传输状态的流程图。
图4是图2传输方法中的步骤(4)调整发送窗口大小的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，介绍本发明基于多连接的实时流媒体传输终端的结构组成：该终端构建在传统单连接终端基础上，包含所有单连接终端的功能模块，再增设信令控制单元和媒体传输单元，这里只介绍新增的模块。其中：
(一)信令控制单元：负责完成多连接链路的协商与建立：先与网络实体交换信令消息，完成包括用户注册、建立信令通道的各种信令交互功能；再在建立信令通道后，触发媒体传输单元，启动媒体流的收发过程。该单元设有：多连接实时监测模块和多连接协商与建立模块。两个组成模块的功能如下：
多连接实时监测模块：负责在整个通信过程中始终检测网络自身状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供与通信对端协商与建立连接。只要网络状况发生变化，就立即通知多连接协商与建立模块调整通信双方的网络连接：若发现自身出现新的可用连接，也通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若发现某个自身在用连接发生断裂，则通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该断裂连接从现有会话中删除。
多连接协商与建立模块：负责给通信对端发送信令协商请求，完成会话协商功能：通信开始前，该模块接收多连接实时监测模块提供的自身网络信息，并将该自身网络信息添加到会话建立请求消息中，发送给通信对端请求建立多连接会话。通信过程中，该模块随时接收多连接实时监测模块提供的自身网络变化信息，并根据该信息类型发送相应的链接建立请求或链接删除请求：若信息是自身出现新的可用连接，则给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若信息是某个自身在用连接发生断裂，则给通信对端发送连接删除请求：请求从现有会话中删除该断裂连接，并将该信息发生给通信对端。该模块还随时接收QoS质量评估模块发送来的某个自身在用连接变为失效的信息，再给通信对端发送删除该连接的请求。同时，该模块不断接收通信对端发送的请求，并根据不同情况采取相应处理：若为连接添加请求，则将该新的可用连接加入到现有会话中并回复对端；若为连接删除请求，则从现有会话中删除该连接并回复对端。该模块在通信过程中还与媒体传输单元的合流模块交换信息，将合流模块统计的包括数据包发送量、丢包率和时延等信息以流控制传输协议RTCP(Stream Control Transmission Protocol)数据包的形式发送给通信对端。
(二)媒体传输单元：负责完成媒体流的收发传输功能：在信令控制单元完成会话建立并建立起信令通道后，就启动媒体传输单元执行媒体交互操作。包括：控制媒体采集设备采集原始媒体流、从媒体采集设备中获取原始媒体流并进行编码，再发送至通信对端；从通信对端获取媒体编码流并进行解码，再将解码后的媒体流呈送给终端播放。该单元设有：顺序连接的QoS质量评估模块、流量分配调度模块、合流模块和数据缓冲区模块。四个模块功能说明如下：
QoS质量评估模块：负责依据接收到的RTCP数据包携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延等信息实时统计和计算每个连接的网络状况和吞吐能力，判断各个连接所处状态是空闲、正常、拥塞还是失效，以便为流量分配调度模块提供决策依据，充分利用各个连接的有效带宽并实现负载均衡。
因为本发明终端对传输层是透明的，且采用流控制传输协议RTCP作为流媒体数据包传输信息的统计工具，发送端是利用接收端回馈的RTCP的接收报告RR(Receiver Report))数据包的信息统计阶段性吞吐能力。所述RR数据包的信息包括：发送端从前一个RR包发送后所丢失的RTP数据包的比率、发送端从前一个RR包发送后接收到的数据包最大序列号，以及接收这些数据包所用的时间；所述连接的带宽质量是根据与流媒体数据包的有效发送量成正比、与丢包率和传输时间成反比的关系计算的。
流量调度分配模块：用于完成三种功能：第一，根据QoS质量评估模块提供的各个连接的带宽质量决定各个连接的发送窗口的大小的优先级；第二，完成流量发送路径的选择，也就是根据流量分配策略实时选择决定流媒体数据发往哪个连接传输；第三，根据设定策略在各个可用连接上发送一定比例的冗余的流媒体数据包。
合流模块：负责接收通信对端发送来的流媒体数据，并统计各个连接流媒体数据的发送量、丢包率和时延等信息，然后将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块，供其使用。因为本发明终端采用双层序列号编码方案：每个数据包分别都有一个全局序列号和一个局部序列号，全局序列号用于供媒体回放模块对数据包进行冗余数据包剔除、重排序和回放使用，局部序列号是供合流模块统计各连接的数据包的发送量、丢包率、时延等信息，并将统计信息以RTCP包的形式发送给通信对端，供通信对端QoS质量评估模块统计计算各个连接的质量，进而给流量分配调度模块执行流量分配调度决策。
数据缓冲区模块：包括一个全局数据缓存区和多个分别存储每个连接的各连接数据缓冲区，全局数据缓存区供数据包重排序和回放使用，各连接数据缓冲区供合流模块统计连接质量信息使用。
参见图2，介绍本发明基于多连接技术的实时流媒体传输终端的数据传输方法的具体操作步骤：
步骤1，通信开始前，多连接实时监测模块检测自身网络状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供其与通信对端协商与建立连接使用。
步骤2，多连接协商与建立模块与通信对端按照标准会话发起流程与对端请求建立会话，交换各自可用网络接口信息，建立多个可选连接；再根据包括网络状况和用户需求的设定策略在可选连接中选择合适的多个连接建立多连接会话传输数据。并在通信过程中，多连接实时监测模块根据各个连接的变化情况，通知多连接协商与建立模块实时调整通信双方连接：即实时增删会话中的连接。
在步骤2中，以SIP多连接会话为例，多连接协商与建立模块的工作是基于对多媒体会话描述协议SDP(Session Description Protocol)的扩展消息。SDP是会话描述协议，为会话通知、会话邀请和其他形式的多媒体会话初始化等目的提供了多媒体会话描述。它的文本有效载体包括构成会话的媒体和有关接收媒体的信息(地址)等。通过扩展SDP消息，在SDP消息中增加的mpip字段和mpport字段，用于分别承载终端的多网卡信息和多个可用端口信息。会话发起端发起会话前，多连接实时监控模块自动获取本地的网络信息和可用端口信息，在发送会话请求时，将多个网卡信息和多个可用端口信息分别填入会话建立Invite请求所携带SDP的mpip和mpport字段。接收端收到会话建立请求后，解析SDP消息并构造回复消息。这时有四种不同情况：
(A)发送端和接收端均有多个网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的多个可用网络的IP地址和多个可用端口信息。接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的多个可用网络和mpport所携带的多个可用端口，并与自己的可用网络一一进行匹配，每对可用网络间会根据可用端口的数量建立多个连接，多个网络及其建立的多个连接均属于同一个会话，并在回复200OK时，将该匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接。
(B)发送端有多个接入网卡，接收端只有一个网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的多个可用网络的IP地址和多个可用端口信息。接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的多个可用网络和mpport所携带的多个可用端口，因接收端检测到自己只有一个可用网络，故接收端的这个网络将与发起端的每个可用网络分别建立一个连接。所建立的上述多个连接均属于同一个会话，并在回复200OK时，将匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接。
(C)发送端只有一个接入网卡，接收端有多个接入网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的唯一可用网络的IP地址和会话发起端的多个可用端口信息。接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的唯一可用网络和mpport所携带的多个可用端口，这时接收端的每个可用网络分别与发起端的唯一可用网络建立一个连接。所建立的上述多个连接均属于同一个会话，并在回复200OK时，将匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接。
(D)发送端和接收端均只有一个接入网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的唯一可用网络的IP地址和会话发起端的多个可用端口信息。接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的唯一可用网络和mpport所携带的多个可用端口，这时接收端将根据可用端口的数量在这对网络间建立多个连接，该多个连接均属于同一个会话，并在回复200OK时将该匹配后的结果回复给会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接。
步骤3，QoS质量评估模块依据对端发来的RTCP数据包所携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延的信息实时统计和计算各个连接的网络状况和吞吐能力，设定各连接的工作状态。
在步骤3中，QoS质量评估模块判断各个连接的状态的操作包括下列内容：(参见图3)
(31)准备阶段：根据与流媒体数据包的有效发送量成正比、与丢包率和传输时间成反比的原则，本发明设定三个连接质量的阈值：TH1、TH2、TH3，并相应设置连接质量的四种不同状态：空闲、正常、拥塞和失效；将小于THl的定义为空闲状态，大于TH1而小于TH2的定义为正常状态，大于TH2而小于TH3的定义为拥塞状态，大于TH3的定义为失效状态。
(32)QoS质量评估模块根据通信对端周期反馈回来的RTCP数据包统计数据传输状况：从反馈信息中提取包括各个连接的数据发送量、丢包率、和时延等信息，计算各个连接的质量；再将计算得到的各个连接的质量与设定的三个阈值TH1、TH2、TH3进行比较，设置各个连接所处的工作状态。
(33)对判断结果进行存储记录(参见图3)。
步骤4，流量分配调度模块根据QoS质量评估结果初始化各个连接的发送窗口大小，并根据QoS质量评估结果，动态调整各个连接的发送窗口大小，然后根据流量调度策略和冗余策略对流媒体数据进行分流，将数据分流到各个连接上进行传输。
流量调度的依据是发送窗口大小的调整结果，以便将一帧视频数据按照连接发送窗口大小占所有连接的比例分配到各个连接上；流量调度的具体方法是：
当新的视频流数据到达时，先判断各个发送窗口大小是否有更新；
如果没有更新，则按照原比例划分相应的数据到各个连接上分别进行传输；
如果有更新，则按照新比例划分相应的数据分流到各个连接上进行传输。
在步骤4中，流量分配调度模块根据QoS质量评估模块设定的各个连接状态，调整各个连接的发送窗口大小的调整操作包括下述操作内容(参见图4)：
在通信初始阶段，因没有可用的足够信息进行连接QoS质量的评估，故QoS质量评估模块在流媒体刚开始传输的阶段，将各个连接的初始状态评估为空闲状态，流量调度分配模块根据连接QoS的评估结果初始化流量分配策略时，将各个连接的优先级都设置为相等的优先级，且各个连接的发送窗口模仿传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)慢启动方式增加；
若连接状态还为空闲状态，则逐渐增加发送窗口大小；
若连接状态为正常状态，则保持传输速率不变；
若连接状态为拥塞状态，理论上应对处于拥塞状态的连接的发送窗口进行缩小，以避免进一步拥塞；但实际应用中，因马上更新流量发送窗口会引起窗口大小过多的摆动，故选择设置一个窗口大小更新的间隔时间，在间隔时间到达后，如果判断该连接仍然处于拥塞状态，则相应缩减该发送窗口；
若连接状态为失效状态，则停止该连接的发送，并通知多连接协商与控制模块将该失效连接从现有会话中删除。
步骤5，接收对端发送来的RTCP数据包，然后返回步骤3的操作。
本发明采用双层序列号编码方案，每个数据包都有一个全局序列号和一个局部序列号。另外，终端不仅设有全局的视频数据缓存区，每个视频收发线程也都有一个数据缓冲区，连接QoS评估模块统计每个线程的丢包状况，并根据统计结果通知流量分发调度模块调整各线程的收发比例等。
步骤6，在通信过程中，若QoS质量评估模块统计计算出自身某个连接处于失效状态，通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该处于失效状态的连接从现有会话中删除。
步骤7，在通信过程中，多连接协商与建立模块接收到通信对端因其检测到自身网络状况发生变化而发送来的连接变更请求，并作相应的后续处理。
步骤8，在通信过程中，合流模块接收通信对端发送来的流媒体数据，将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块；同时统计各个连接的流媒体数据的发送量、丢包率和时延信息，将统计信息以RTCP包的形式发送给通信对端。
本发明已经进行了多次实施试验，试验段结果是成功的，实现了发明目的。
Claims (7)
1.一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端，其特征在于：该终端是在传统的单连接终端基础上增设信令控制单元和媒体传输单元构成的，其中：
信令控制单元，负责完成多连接链路的协商与建立：先与网络实体交换信令消息，完成包括用户注册、建立信令通道的各种信令交互功能；再在建立信令通道后，触发媒体传输单元，启动媒体流的收发过程；该信令控制单元设有：多连接实时监测模块和多连接协商与建立模块；所述信令控制单元的两个组成模块的功能如下：
多连接实时监测模块，负责在整个通信过程中检测网络自身状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供与通信对端协商与建立连接；一旦网络状况发生变化，就通知多连接协商与建立模块调整通信双方的网络连接：若发现自身出现新的可用连接，也通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若发现某个自身在用连接发生断裂，则通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该断裂连接从现有会话中删除；
多连接协商与建立模块，负责给通信对端发送信令协商请求，完成会话协商功能：通信开始前，该模块接收多连接实时监测模块提供的自身网络信息，并将该自身网络信息添加到会话建立请求消息中，发送给通信对端请求建立多连接会话；通信过程中，该模块随时接收多连接实时监测模块提供的自身网络变化信息，并根据该信息类型发送相应请求：若信息是自身出现新的可用连接，则给通信对端发送连接建立请求：请求将该新的可用连接添加到现有会话中；若信息是某个自身在用连接已发生断裂，则给通信对端发送连接删除请求：请求从现有会话中删除该断裂连接，并将该某个自身在用连接发生断裂的信息发送给通信对端；该模块还随时接收QoS质量评估模块发送来的某个自身在用连接变为失效的信息，再给通信对端发送删除该连接的请求；同时，该模块不断接收通信对端发送的请求，并根据不同情况采取相应处理：若为连接添加请求，则将该新的可用连接加入到现有会话中并回复对端；若为连接删除请求，则从现有会话中删除该连接并回复对端；该模块在通信过程中还与媒体传输单元的合流模块交换信息，将合流模块统计的包括数据包发送量、丢包率和时延信息以流控制传输协议RTCP数据包的形式发送给通信对端；
媒体传输单元，负责完成媒体流的收发传输功能：在信令控制单元完成会话建立并建立起信令通道后，就启动媒体传输单元执行媒体交互操作：控制媒体采集设备采集原始媒体流、从媒体采集设备中获取原始媒体流并进行编码，再发送至通信对端；从通信对端获取媒体编码流并进行解码，再将解码后的媒体流呈送给终端播放；该媒体传输单元设有：顺序连接的QoS质量评估模块、流量分配调度模块、合流模块和数据缓冲区模块；所述媒体传输单元的四个组成模块的功能如下：
QoS质量评估模块，负责依据接收到的RTCP数据包携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延的信息实时统计和计算每个连接的网络状况和吞吐能力，判断各个连接所处状态是空闲、正常、拥塞还是失效，以便为流量分配调度模块提供决策依据，充分利用各个连接的有效带宽并实现负载均衡；
流量调度分配模块，用于完成三种功能：根据QoS质量评估模块提供的各个连接的带宽质量决定各个连接的发送窗口的大小的优先级，根据流量分配策略实时决策选择流媒体数据的发送路径：发往哪个连接传输，并根据设定策略在各个可用连接上发送一定比例的冗余的流媒体数据包；
合流模块，负责接收通信对端发送来的流媒体数据，并统计各个连接流媒体数据的发送量、丢包率和时延的信息，然后将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块，供其使用；因该终端采用双层序列号编码：每个数据包分别都有一个全局序列号和一个局部序列号，全局序列号供媒体回放模块对数据包进行重排序、剔除冗余数据包和回放使用，局部序列号供合流模块统计各个连接的数据包的发送量、丢包率、时延的信息，并将统计信息以RTCP包的形式发送给通信对端，供通信对端QoS质量评估模块统计计算各个连接的质量，进而给流量分配调度模块执行流量分配调度决策；
数据缓冲区模块，包括一个全局数据缓存区和多个分别存储每个连接的各连接数据缓冲区，全局数据缓存区供数据包重排序和回放使用，各连接数据缓冲区供合流模块统计连接质量信息使用。
2.根据权利要求1所述的实时流媒体传输终端，其特征在于：因该终端对传输层透明，且采用流控制传输协议RTCP作为流媒体数据包传输信息的统计工具，发送端是利用接收端回馈的RTCP的接收报告RR(Receiver Report))数据包的信息统计阶段性吞吐能力；所述RR数据包的信息包括：发送端从前一个RR包发送后所丢失的RTP数据包的比率、发送端从前一个RR包发送后接收到的数据包最大序列号，以及接收这些数据包所用的时间；所述连接的带宽质量是根据与流媒体数据包的有效发送量成正比、与丢包率和传输时间成反比的关系计算的。
3.一种基于多连接技术的实时流媒体传输终端的数据传输方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：
(1)通信开始前，多连接实时监测模块检测自身网络状况，并将监测结果发送给多连接协商与建立模块，以供其与通信对端协商与建立连接使用；
(2)多连接协商与建立模块与通信对端按照标准会话发起流程与对端请求建立会话，交换各自可用网络接口信息，以便建立多个可选连接；再根据包括网络状况和用户需求的设定策略在可选连接中选择合适的多个连接建立多连接会话传输数据；并在通信过程中，多连接实时监测模块根据各个连接的变化情况，通知多连接协商与建立模块实时调整通信双方连接：即增删会话中的连接；
(3)QoS质量评估模块依据对端发来的RTCP数据包所携带的包括各个连接的数据包发送量、丢包率和时延的信息实时统计和计算各个连接的网络状况和吞吐能力，判断各个连接的工作状态；
(4)流量分配调度模块根据QoS质量评估结果初始化各个连接的发送窗口大小，并根据QoS质量评估结果，动态调整各个连接的发送窗口大小，然后根据流量调度策略对流媒体数据进行分流，将数据分流到各个连接上进行传输；
(5)接收对端发送来的RTCP数据包，然后执行步骤(3)的操作；
(6)在通信过程中，若QoS质量评估模块统计计算出自身某个连接处于失效状态，通知多连接协商与建立模块给通信对端发送连接删除请求：请求将该处于失效状态的连接从现有会话中删除；
(7)在通信过程中，多连接协商与建立模块接收到通信对端因其检测到自身网络状况发生变化而发送来的连接变更请求，并作相应的后续处理；
(8)在通信过程中，合流模块接收通信对端发送来的流媒体数据，将各个连接上的数据流按照全局序列号进行重排序时，剔除冗余的流媒体数据包，然后递交给媒体回放模块；同时统计各个连接的流媒体数据的发送量、丢包率和时延信息，将统计数据以RTCP包的形式发送给通信对端。
4.根据权利要求3所述的数据传输方法，其特征在于：所述步骤(2)在SIP多连接会话中，多连接协商与建立模块基于对SDP协议的扩展消息：增加的mpip和mpport字段分别承载终端的多网卡信息和多个可用端口信息，会话发起端发起会话前，多连接实时监控模块自动获取本地网络信息和可用端口信息，在发送会话请求时，将多个网卡信息和多个可用端口信息分别填入会话建立Invite请求所携带多媒体会话描述协议SDP的mpip和mpport字段；接收端收到会话建立请求后，解析SDP消息并构造回复消息；这时有四种不同情况：
(A)发送端和接收端均有多个网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的多个可用网络的IP地址和多个可用端口信息；接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的多个可用网络和mpport所携带的多个可用端口，并与自己的可用网络一一进行匹配，每对可用网络间会根据可用端口的数量建立多个连接，多个网络及其建立的多个连接均属于同一个会话，并在回复时，将该匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接；
(B)发送端有多个接入网卡，接收端只有一个网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的多个可用网络的IP地址和多个可用端口信息；接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的多个可用网络和mpport所携带的多个可用端口，因接收端检测到自己只有一个可用网络，故接收端的这个网络将与发起端的每个可用网络分别建立一个连接；所建立的上述多个连接均属于同一个会话，并在回复时，将匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接；
(C)发送端只有一个接入网卡，接收端有多个接入网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的唯一可用网络的IP地址和会话发起端的多个可用端口信息；接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的唯一可用网络和mpport所携带的多个可用端口，这时接收端的每个可用网络分别与发起端的唯一可用网络建立一个连接；所建立的上述多个连接均属于同一个会话，并在回复时，将匹配结果告知会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接；
(D)发送端和接收端均只有一个接入网卡时，Invite请求所携带的SDP消息中，mpip和mpport字段分别携带会话发起端的唯一可用网络的IP地址和会话发起端的多个可用端口信息；接收端接收到Invite请求后，解析出mpip所携带的唯一可用网络和mpport所携带的多个可用端口，这时接收端将根据可用端口的数量在这对网络间建立多个连接，该多个连接均属于同一个会话，并在回复200OK时将该匹配后的结果回复给会话发起端，通知会话发起端以相同的策略建立连接，从而在一个会话中建立起多个连接。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，QoS质量评估模块设置各个连接工作状态的操作包括下列内容：
(31)根据与流媒体数据包的有效发送量成正比、与丢包率和传输时间成反比的原则，设定三个连接质量的阈值：TH1、TH2、TH3，并相应设置连接质量的四种不同状态：空闲、正常、拥塞和失效；将小于THl的定义为空闲状态，大于TH1而小于TH2的定义为正常状态，大于TH2而小于TH3的定义为拥塞状态，大于TH3的定义为失效状态；
(32)QoS质量评估模块根据通信对端周期反馈回来的RTCP数据包统计数据传输状况：从反馈信息中提取包括各个连接的数据发送量、丢包率、和时延的信息，计算各个连接的质量；再将计算得到的各个连接的质量与设定的三个阈值TH1、TH2、TH3进行比较，判断各个连接所处的工作状态；
(33)对判断结果进行存储记录。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，流量分配调度模块根据QoS质量评估模块设定的各个连接的工作状态，调整各个连接的发送窗口大小的调整操作包括下述操作内容：
因通信初始阶段没有可用的足够信息进行连接QoS质量的评估，故QoS质量评估模块在流媒体刚开始传输的阶段，将各个连接的初始状态评估为空闲状态，流量调度分配模块根据连接QoS的评估结果初始化流量分配策略时，将各个连接的优先级都设置为相等的优先级，且各个连接的发送窗口模仿传输控制协议TCP慢启动方式增加；
若连接状态还为空闲状态，则逐渐增加发送窗口大小；
若连接状态为正常状态，则保持传输速率不变；
若连接状态为拥塞状态，理论上应对处于拥塞状态的连接的发送窗口进行缩小，以避免进一步拥塞；但实际应用中，因马上更新流量发送窗口会引起窗口大小过多的摆动，故选择设置一个窗口大小更新的间隔时间，在间隔时间到达后，如果判断该连接仍然处于拥塞状态，则相应缩减该发送窗口；
若连接状态为失效状态，则停止该连接的发送，并通知多连接协商与控制模块将该失效连接从现有会话中删除。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，流量调度的依据是发送窗口大小的调整结果，以便将一帧视频数据按照连接发送窗口大小占所有连接的比例分配到各个连接上；流量调度的具体方法是：当新的视频流数据到达时，先判断各个发送窗口大小是否有更新；如果没有更新，则按照原比例并结合冗余策略，将相应的视频数据配置到各个连接上分别进行传输；如果发送窗口大小有更新，则按照新比例和结合冗余策略，将相应的视频数据配置到各个连接上分别进行传输。
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