CN104113884B - 一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制，利用无线网络下TCP Veno如何区分拥塞丢包和无线链路错误丢包的方法，对有线网络环境下的TFRC算法进行改进，提出了无线网络环境下基于RTCP报文反馈的W‑TFRC算法：在区分出丢包原因后，剔除该无线丢包对速率控制机制的影响：具体就是重新计算得到拥塞丢包的丢失事件率，而不是采用总丢包的丢失事件率。本发明更好地解决了将有线网络的控制算法应用到无线网络下由于丢包原因误判从而造成发送速率持续维持在低水平而得不到提高的问题，在TCP友好性、公平性、鲁棒性、吞吐量、丢包等方面均有良好的表现。

Description

一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制

技术领域

本发明涉及无线通信的技术领域，特别涉及一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制。

背景技术

在无线网络的环境下开展实时多媒体业务已经成为业界的热点。传统有线Internet条件下开展实时多媒体业务已经取得长足进展，但是无线网络毕竟和有线网络不同，在有线网络条件下表现良好的实时多媒体传输技术在无线网络背景下就有可能遇到挑战。

TFRC（TCP Friendly Rate Control）协议本来是为有线Internet多媒体实时传输设计的控制技术，它利用网络反馈的参数来评估网络状况，其中一项重要的参数是丢包相关的信息。在无线环境下，丢包除网络拥塞可能的影响外，无线链路由于多径效应、码间干扰等原因也可能造成丢包。该控制协议将丢包原因简单归结于网络拥塞，即当发生丢包时，该控制机制会将网络状态判断为拥塞，虽减小发送速率，但是丢包状况并没有得到如期解决，如果无线丢包仍然存在，算法会判断“网络处于拥塞状态”，这样进入一个恶性循环，发送端将不会再提高发送速率，发送速率只能维持在一个低水平，网络吞吐量大大降低，信道的带宽利用率也下降。

本发明能很好地解决上述问题，它借鉴了TCP Veno应用于无线网络环境下区分拥塞丢包和无线链路丢包原因的算法，提出了无线网络环境下基于RTCP协议反馈的W-TFRC算法。

发明内容

本发明目的是利用TCP Veno在无线网络环境下如何区分拥塞丢包和无线链路错误丢包的技术，基于RTCP反馈报文获取有用网络状况信息，对有线网络中传输实时多媒体应用广泛的TCP友好型速率控制机制——TFRC机制在无线网络环境下的应用进行改进，提高TFRC在无线网络下的吞吐量，使得TFRC更适应无线网络的情况。

本发明的技术方案是：本发明基于无线网络中RTCP反馈的速率控制机制，提出了一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制，该机制利用TCP Veno在无线网络环境下区分拥塞丢包和无线链路丢包原因的算法，在无线网络环境下，基于RTCP协议报文反馈，对TFRC进行改进，提高其吞吐量。

实施方法：本发明提出了一种无线网络中实时多媒体传输速率控制机制，其包括如下步骤：

步骤1）发送方以某一初始速率 ₀向接收方发送数据；

步骤2）接收方将数据包丢失信息、时间戳等信息通过RTCP报文反馈给发送方；

步骤3）发送方根据反馈的信息计算回路往返时延RTT和回路最小往返时延BaseRTT；

步骤4）发送方综合RTT，BaseRTT等参数，根据某一公式计算并推断出丢包是由于何种原因造成（拥塞丢包还是无线链路错误丢包）；

步骤5）发送方区分出不同丢包原因，重新计算相关参数，代入公式计算发送速率；

步骤6）将发送速率调整至计算值；

步骤7）进入步骤2），依次往复；

其中，上述的步骤4为借鉴TCP Veno区分拥塞丢包和无线链路错误丢包的方法，具体操作步骤是：

首先，计算报文积压数。发送方测量两个速率，一个是连接发送速率的实际值，另一个是期望值。分别用和表示。

：当前TCP窗口大小；是所有测量往返时延中的最小值，是最近一次测量所得往返时延值。

当>时，说明网络瓶颈带宽处出现报文积压，若用表示积压报文数，则

根据上式得

然后，将与某个门限值相比较：当≥β时，判断丢包为拥塞丢包；当<β时，判断丢包为无线链路错误丢包。

其中，上述的步骤5所述区分丢包原因，剔除无线链路错误丢包的影响，更新发送速率的具体方法是：

首先，利用步骤4）的技术，区分出一系列丢包的丢包原因；

然后，计算出新的丢包间隔，计算方法如示意图1所示。图a为一段时间内无线链路中既有无线丢包又有拥塞丢包的实际情形，I₁，I₂…为丢包间隔；而图b是改进前的TFRC协议判断丢包的情形，此时拥塞丢包和无线丢包并未区分，它把无线丢包也当作拥塞丢包来处理；而图c则为改进的W-TFRC协议区分出无线丢包和拥塞丢包，剔除无线丢包对计算丢包间隔interval的影响，即对每次丢包的原因做出裁决，然后根据得到的I₁，I₂…可以得到新的丢包间隔I ₁，I ₂…。这样就重新计算了丢包间隔。

再次，根据丢包间隔计算丢失事件率：丢失事件发生表示一个回环时间内发生了丢包。相邻两个丢失事件发生时丢失的封包相差的序列号叫做丢失间隔，丢失事件率是加权平均丢包间隔的倒数。丢包间隔的示意图如2所示。图中横坐标表示时间，纵坐标表示封包的序列号，黑色三角符号表示的就是一个丢包事件，相邻两个黑色三角之间的纵向距离即为丢包间隔。其中，n表示要取的间隔数，一般取不大于8的正整数。每个间隔（interval）的权值可以由下面公式给出：

通常，n取8，这样={1,1,1,1,0.8,0.6,0.4,0.2};

这样得到一个经过加权平均后的间隔：

然而，上式却没有考虑的影响，是最近一次丢失事件以来的封包数，这个间隔与其他不同，因为这个过程还在进行。我们取：

加权平均丢包间隔由下式来计算：

丢失事件率为：

最后，根据公式 来调整发送速率。其中，表示传输速率，以byte/s为单位。表示封包大小，以字节为单位。表示RTT，以秒为单位。表示重传超时值，单位为秒，一般被设置为4*R。

本发明有益效果：

1、本发明重新计算得到拥塞丢包的丢失事件率，而不是采用总丢包的丢失事件率。2、本发明更好地解决了将有线网络的控制算法应用到无线网络下由于丢包原因误判从而造成发送速率持续维持在低水平而得不到提高的问题，在TCP友好性、公平性、鲁棒性、吞吐量、丢包等方面均有良好的表现。

附图说明

图1 本发明计算新的丢包间隔示意图。

图2 本发明计算加权平均丢包间隔示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图详细描述本发明方法的工作机理和具体实施步骤。

本发明利用TCP Veno在无线网络环境下如何区分拥塞丢包和无线链路错误丢包的技术，基于RTCP反馈报文获取有用网络状况信息，对有线网络中传输实时多媒体应用广泛的TFRC速率控制机制在无线网络环境下的应用进行改进，提高其在无线网络下的吞吐量，使得其更适应无线网络的情况。

本发明的具体实施方式为：

1）发送方利用RTP协议接收方发送多媒体数据，同时向接收方一定频率发送SR报文（一种RTCP报文），报告发送方相关信息。同样，接收方收到RTP数据后，也会向发送方反馈RR报文（另一种RTCP报文）。报文中包含LSR（上次SR时间戳）和DLSR（上次SR以来的延时）。

2）根据计算，并计算（是所有测量往返时延中的最小值）。

3）计算报文积压数。发送方测量两个速率，一个是连接发送速率的实际值，另一个是期望值。分别用和表示。

：当前TCP窗口大小；是所有测量往返时延中的最小值，是最近一次测量所得往返时延值。

当>时，说明网络瓶颈带宽处出现报文积压，若用表示积压报文数，则

根据上式得

4）区分出过程中的包丢失的原因：将与某个门限值相比较：当≥β时，判断丢包为拥塞丢包；当<β时，判断丢包为无线链路错误丢包。

5）计算出新的丢包间隔，计算方法如示意图1所示。图a为一段时间内无线链路中既有无线丢包又有拥塞丢包的实际情形，I₁，I₂…为丢包间隔；而图b是改进前的TFRC协议判断丢包的情形，此时拥塞丢包和无线丢包并未区分，它把无线丢包也当作拥塞丢包来处理；而图c则为改进的W-TFRC协议区分出无线丢包和拥塞丢包，剔除无线丢包对计算丢包间隔interval的影响，即对每次丢包的原因做出裁决，然后根据得到的I₁，I₂…可以得到新的丢包间隔I ₁，I ₂…。在示意图中，新的丢包间隔与原来丢包间隔之间的关系为：I ₁ = I₁ ，I ₂ =I₂ + I₃ ，I ₃ = I₄ ，I ₄ = I₅ + I₆ + I₇ 。

6）根据丢包间隔计算丢失事件率：丢失事件发生表示一个回环时间内发生了丢包。相邻两个丢失事件发生时丢失的封包相差的序列号叫做丢失间隔，丢失事件率是加权平均丢包间隔的倒数。丢包间隔的示意图如2所示。图中横坐标表示时间，纵坐标表示封包的序列号，黑色三角符号表示的就是一个丢包事件，相邻两个黑色三角之间的纵向距离即为丢包间隔。其中，n表示要取的间隔数，一般取不大于8的正整数。每个间隔（interval）的权值可以由下面公式给出：

通常，n取8，这样={1,1,1,1,0.8,0.6,0.4,0.2};

这样得到一个经过加权平均后的间隔：

然而，上式却没有考虑的影响，是最近一次丢失事件以来的封包数，这个间隔与其他不同，因为这个过程还在进行。我们取：

加权平均丢包间隔由下式来计算：

丢失事件率为：

7）根据公式 来调整发送速率。其中，表示传输速率，以byte/s为单位。表示封包大小，以字节为单位。表示RTT（round trip time），以秒为单位。表示重传超时值，单位为秒，一般被设置为4*R。

Claims (1)

1.一种无线网络中实时多媒体发送速率控制机制的实现方法，其特征在于，所述方法利用TCP Veno在无线网络环境下如何区分拥塞丢包和无线链路错误丢包的技术，基于RTCP反馈报文获取有用网络状况信息，对有线网络中传输实时多媒体应用广泛的TCP友好型速率控制机制进行改进，包括如下步骤：

步骤1：发送方以初始速率T₀向接收方发送数据；

步骤2：接收方将数据包丢失信息、时间戳的信息通过RTCP报文反馈给发送方；

步骤3：发送方根据反馈的信息计算回路往返时延RTT和回路最小往返时延BaseRTT，其中BaseRTT表示所有测量的往返时延中的最小值；

步骤4：发送方综合RTT，BaseRTT等参数，根据算法计算并推断出丢包是由于何种原因造成，拥塞丢包还是无线链路错误丢包，包括如下步骤：

1)根据公式N＝T*(RTT-BaseRTT)计算报文积压数N；

2)将N与门限值β相比较，当N≥β时，判断丢包为拥塞丢包；当N<β时，判断丢包为无线链路错误丢包；

步骤5：发送方区分出丢包原因后，重新计算相关参数，并计算发送速率T，包括如下步骤：

1)对于过程中的一系列丢包，区分出各自的丢失原因；

2)剔除无线链路错误丢包对丢包间隔的影响，重新计算各拥塞丢包之间的丢包间隔I，相邻两个丢失事件发生时丢失的封包相差的序列号叫做丢包间隔，I₁，I₂…为丢包间隔，此时拥塞丢包和无线丢包并未区分，它把无线丢包也当作拥塞丢包来处理，剔除无线丢包对计算丢包间隔(interval)的影响，即对每次丢包的原因做出裁决，然后根据得到的I₁，I₂…得到新的丢包间隔I₁，I₂…，新的丢包间隔与原来丢包间隔之间的关系为：I₁＝I₁，I₂＝I₂+I₃，I₃＝I₄，I₄＝I₅+I₆+I₇；

3)然后根据公式I_mean＝max(I_(1，n)，I_(0，n-1))，其中w_i＝{1,1,1,1,0.8,0.6,0.4,0.2}；来计算丢失事件率；

4)更新公式中的参数，计算出新的发送速率，其中，T表示发送速率，以byte/s为单位，s表示封包大小，以字节为单位，R表示RTT(round triptime)，以秒为单位，T_RTO表示重传超时值，单位为秒，被设置为4*R；

5)发送方根据发送速率调整至上述计算值；

步骤6：调整发送速率至上述计算值；

步骤7：进入步骤2，依次往复；

6)根据丢包间隔计算丢失事件率：丢失事件发生表示一个回环时间内发生了丢包，相邻两个丢失事件发生时丢失的封包相差的序列号叫做丢包间隔，丢失事件率是加权平均丢包间隔的倒数，其中，n表示要取的间隔数，取不大于8的正整数，每个间隔(interval)的权值w_i由下面公式给出：

n取8时，这样w_i＝{1,1,1,1,0.8,0.6,0.4,0.2}；

这样得到一个经过加权平均后的间隔：

然而，上式却没有考虑I₀的影响，I₀是最近一次丢失事件以来的封包数，这个间隔与其他不同，因为这个过程还在进行，取：

加权平均丢包间隔由下式来计算：

I_mean＝max(I_(1，n)，I_(0，n-1))

丢失事件率为：

7)根据公式来调整发送速率，其中，T表示发送速率，以byte/s为单位，s表示封包大小，以字节为单位，R表示RTT(round trip time)，以秒为单位，T_RTO表示重传超时值，单位为秒，设置为4*R。