CN104115448A - 监测网络传输特性的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种在包括媒体客户端(100)、媒体服务器(200)及数据处理器(250)的网络中监控传输特性的方法，该方法包括：与所述数据处理器(250)建立(300)连接；在所述媒体客户端(100)与所述数据处理器(250)之间建立(310)端到端加密信道以在所述连接上交换流媒体内容；在所述信道上向所述数据处理器(250)发送(320)携带指示所述探测消息发送时刻的第一时间戳的探测消息；接收(330)由所述数据处理器(250)发出的对所述探测消息的响应，所述响应携带指示所述探测消息到达所述数据处理器时刻的第二时间戳；并且从所述第二时间戳与第一时间戳差值中获取(350)时延信息，所述时延信息包括所述媒体客户端(100)与所述数据处理器(250)之间的上游时延。

Description

监测网络传输特性的方法与装置
技术领域
本发明涉及流媒体网络，更具体地说，涉及在这样的网络中对传输特性进行监控。
背景技术
诸如RTMP的使用流协议的架构要求媒体服务器与媒体客户端进行交互。因此，任何媒体处理云(以下统称为“数据处理器”)都需要与大量的这类服务器进行连接。在与若干用户的交互应用中，可能会用到一个或多个此类媒体服务器来将(数据)流在客户端与数据处理器之间传送。在下文中，用来在媒体客户端和数据处理器之间提供数据传输的网络整体被统称为“传输网络”。
目前，尚无令人满意的机制能够从带宽、时延、突发性、丢包率等方面来对承载多媒体流业务的完整传输网络进行表征。而这些参数影响着终端用户体验的质量。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在网络中监测传输特性的方法，所述网络包括媒体客户端、媒体服务器和数据处理器，该方法在媒体客户端包括如下步骤：与数据处理器建立连接，该连接包括媒体客户端与媒体服务器之间的第一连接段以及媒体服务器与数据处理器之间的第二连接段；建立媒体客户端与数据处理器之间的端到端加密通道来交换媒体内容，这个加密通道是由上述连接承载的；通过该端到端的加密通道向数据处理器发送探测消息，该探测消息携带了指示探测消息的发送时刻的第一时间戳；从数据处理器接收对探测消息的响应，该响应携带了指示探测消息到达数据处理器时间的第二时间戳；并获取时延信息，其中时延信息包括媒体客户端和数据处理器之间连接的上游时延特征，该上游时延特征是利用第二时间戳和第一时间戳之间的差值计算得来。
本发明的实施例基于发明人的如下见解，即在诸如RMTP的流协议中，由于防火墙、网关、代理等类似的设备存在，正常情况下用于监测或管理的消息类型可能永远无法到达流服务器或数据处理器。本发明的实施例进一步基于以下见解：利用媒体客户端与数据处理器之间为诸如调用远程进程调用等的特定专用业务而建立的端到端隧道可能有利于监测传输通道的特性。
本发明的实施例还显示了这样的优势，即本发明可以测定媒体客户端和数据处理器之间的整体上游路径时延值。
本发明的实施例还显示了这样的优势，即本发明是对正在进行内容传输的这个信道进行时延测量，而不是测量不同的(带外管理)信道。
在根据本发明的方法的实施例中，响应还携带了指示该响应发送时间的第三时间戳，另外该方法还包括确定指示响应到达时间的第四时间戳；在本实施例中时延信息还包括数据处理器和媒体客户端之间的连接的下游时延特征，该下游时延特征由第四时间戳和第三时间戳之间的差值计算得来。
本发明的这个实施例中显示了一个优势，即本发明可以确定数据处理器和媒体客户端之间的整体下游路径时延值。
在根据本发明的方法的实施例中，在响应中第二时间戳和第三时间戳被表示为单一值。
该实施例是基于这样的认识，如果已知数据处理器一收到探测消息后立即发送响应，那么一个单独的时间戳就已经足以确定上游和下游两条路径的时延。
在实施例中，根据本发明的方法的还包括以周期性的间隔重复发送探测消息、接收响应并获取时延信息；并进一步从周期性获得的时延信息中提取出抖动信息。
这个实施例的优势在于可以提供从收集到的时延信息中获得的抖动信息。
在根据本发明的方法的实施例中，抖动信息中还包括差异系数。
在实施例中，根据本发明的方法的还包括当抖动信息指出抖动已超过预设的水平时，向媒体服务器发送请求来调整流的特性。
这个实施例是基于发明人这样的见解，即对于流媒体服务而言，抖动是对体验质量具有巨大影响的参数。因此，本实施例的优势在于，当抖动达到被认为会对终端用户体验造成负面影响的水平时，可以对流参数进行适应性调整。
在根据本发明的方法的实施例中，调整的流特性包括帧速率、图像分辨率、压缩率之一。
在根据本发明的方法的实施例中，流媒体内容的交换通过RTMP来实现。
根据本发明的一个方面，提供了一种被配置为使得处理器执行上述方法的计算机程序。
根据本发明的一个方面，提供了一种通过网络接收媒体流的装置，该装置包括：被配置为用来与数据处理器的建立连接的协议引擎，该连接包括该装置和媒体服务器之间的第一连接段以及媒体服务器和数据处理器之间的第二连接段；被配置为在该装置与数据处理器之间建立端到端加密信道以交换流媒体内容的加密代理，此处的端到端加密通道由前述连接承载；时钟；可操作地耦合到时钟和加密代理的探测代理，该探测代理被配置为通过端到端加密信道向数据处理器发送携带了指示探测消息发送时刻的第一时间戳的探测消息，并接收数据处理器对该探测消息的响应，响应携带了指示探测消息到达数据处理器时间的第二时间戳；还有可操作地耦合到探测代理的时延测试代理，其被配置为通过第二时间戳和第一时间戳的差值来计算媒体客户端与数据处理器之间连接的上游延迟特性。
在根据本发明的装置的实施例中，响应携带了指示数据处理器发送响应的时间的第三时间戳，并且时延测试代理也进一步被配置为测定包括响应信息消息到达时间的第四时间戳，并通过计算第四时间戳与第三时间戳的差值来计算数据处理器与媒体客户端之间连接的下游时延特征。
在根据本发明的装置的实施例中，响应中第二时间戳和第三时间戳被表示为单一值。
在根据本发明的装置的实施例中，时延测试代理更进一步被配置为从周期性测得的时延信息中获得抖动信息。
在根据本发明的装置的实施例中，抖动信息中还包括差异系数。
在根据本发明的装置的实施例中，协议引擎还被配置为当抖动信息指出抖动已超过预设的水平时，向媒体服务器发送请求以调整流的特性。
根据本发明实施例的程序和装置的优点与上文表述过的本发明中相应的方法实施例的优点相同。
附图说明
现在将参考附图仅以举例的方式描述根据本发明的实施例的一些装置和/或方法的实施例，其中：
图1展示了可部署本发明的示例性网络概况；
图2展示了根据本发明的实施例的设备框图；另外
图3提供了根据本发明的实施例的方法流程图。
具体实施方式
图1示出了可部署本发明的示例性网络。该图包括作为媒体客户端的装置100，装置100通过第一网络段与作为服务提供系统前端的媒体服务器200连接，媒体服务器200终止发往媒体客户端100和数据处理器250的相关协议消息。这里使用的术语“数据处理器”适用于将内容存储和生成流的硬件设施，它可能包括一个或多个服务器。该设施可能会被分布在“云”上。不失一般性，图1中仅示出了一个媒体客户端100和一个媒体服务器200。
在本申请中，由媒体客户端100向媒体服务器200或数据处理器250发送的传输被称为“上游“通信。由媒体服务器200或数据处理器250向媒体客户端100发送的传输被称为“下游“通信。
媒体客户端100和数据处理器250之间的连接包括第一段(位于装置100和媒体服务器200之间)和第二段(位于媒体服务器200和数据处理器250之间)。在实际中每一段均可能包括通过网桥和/或路由器相互连接的多条物理链路，这与本发明不相关。
RTMP定义了在客户端和服务器之间进行交互的特定控制消息(ping消息)，可以利用该消息推断上游或下游链路状态。但由于该类消息交互没有在RMTP中进行详细的描述并且仅仅覆盖了第一段，因此无法令人满意的表征传输网络的特性。
另外，第一段可能包括诸如防火墙、代理、以及网关之类的网络实体，这些实体会限制特定类型的业务量，这其中就包括媒体客户端100和媒体服务器200之间的控制或监测业务量。
通过在媒体客户端100和数据处理器250之间使用端到端的加密通信，本发明的实施例可以很方便的突破这种类型的限制，下面将提供详细描述。
现在参照图2中示出的框图来更详细地描述根据本发明实施例的装置100。装置100一般性的适用于通过网络来接收媒体流，在下文中我们称之为媒体客户端100。该类媒体客户端已知的例子包括配备了播放器或或播放器的计算设备。
媒体客户端100包括协议引擎110，其被配置为与数据处理器250建立310连接。协议引擎110包括在从物理层一直到协议层面提供网络连接的必要硬件和软件，并负责执行内容流化。在最底层，协议引擎110通常包括依据有线通信标准(如IEEE802.3，xDSL，GPON等)或无线通信标准(如IEEE802.11，IEEE802.15，IEEE802.16,3G)的物理层接口及与之相对应的数据链路层逻辑。网络层优选地由因特网协议(IP)管辖。传输层优选地采用传输控制协议(TCP)和/或用户数据报协议(UDP)。流协议优选地采用Adobe(http://www.adobe.com/devnet/rtmp/)发布的RTMP规范中的实时消息传送协议(RTMP)。这些协议的细节及其实施所需的适当软硬件对本领域技术人员来说是公知的。
媒体客户端100还包括被配置为通过媒体客户端100和数据处理器250之间的连接建立320端到端加密信道以进行流媒体内容的交换的加密代理120。该加密信道可以使用RTMPS来建立，RTMPS由使用HTTPS的基于SSL连接的RTMP构成。
媒体客户端100还包括用来产生时间戳的时钟130，它具有足够的精度以便能够获得网络上关于消息传递时延的有用信息。可操作地耦合到时钟130和加密代理110的探测代理140被配置为通过端到端加密信道向数据处理器250发送330探测消息。探测消息携带了由时钟130生成的、指示消息发出时刻的第一时间戳。探测代理140还被配置用来接收由数据处理器250发送的对探测消息的响应。该响应携带了用于进行时延确定的第二时间戳。
根据本发明实施例，由数据处理器250生成的第二时间戳指示了探测消息到达数据处理器250的时间。可操作地耦合至探测代理140的时延获取代理150被配置为利用第二时间戳和第一时间戳的差值来计算媒体客户端与数据处理器之间连接的350上游时延特征。
如果数据处理器250一接收到探测消息就立刻将响应传回媒体客户端100，那么第二时间戳事实上也指示了响应的发送时间。如果情况不是这样的话，可能就需要在响应中提供与响应的发送时刻有关的单独第三时间戳。依据响应到达时间与第二时间戳(或与响应发送时刻有关的单独第三时间戳)的差值，时延获取代理150还可以被配置为计算350数据处理器250与媒体客户端100之间的下游时延特征。
根据本发明实施例的方法将参照图3示出的流程图进行描述。该方法应用在如图1所例示的网络中，该网络包括媒体客户端100、媒体服务器200以及数据处理器250。图3包括三列，指示了参与该方法的各实体的动作。除非有其他指示，下文中对动作的描述均由媒体客户端100的角度进行。
第一步，在媒体客户端100和数据处理器250之间建立连接。该连接包括媒体客户端100和媒体服务器200之间的第一段和媒体服务器200和数据处理器250之间的第二段。
相应地，建立连接需要在媒体客户端100执行操作300，在媒体服务器200执行操作301，在数据处理器250执行操作302。这样该连接才有可能依照RTMP建立完成。
一旦该建立了连接，媒体客户端100与数据处理器250之间的端到端的加密信道(或双向安全连接)就建立完成了。虽然该信道在物理上是由上述的两段连接支撑的，但是媒体服务器200并没有介入到媒体客户端——数据处理器的交互中。建立该信道需要在客户端100处执行操作310，在数据处理器250处执行操作315。如此才可能根据RTMPS建立起加密信道。
现在内容就可以通过建立好的信道在数据处理器250和媒体客户端100之间进行单向或者双向的流动。
为了监控数据处理器250与客户端100之间路径的特征，根据本发明实施例的媒体客户端100通过端到端的加密信道向数据处理器250发送320探测消息。与传统的“ping”消息不同，这里的探测消息携带时间戳，并且其通过端到端信道(也就是说，它被较低层上运行的节点透明地转发)来发送。第一时间戳实际上指示了探测消息的发送时刻。数据处理器250接收321该消息，进而获得有关媒体客户端100至数据处理器250之间上游路径的关于时延控制传输的信息。该时延可以通过计算探测消息发送时间(第一时间戳)与探测消息被接收的时间之差来加以确定。数据处理器250通过发送329包括第二时间戳的响应消息进行回复，事实上第二时间戳指示的时刻就是接收到探测消息的时刻，其可选择地也是响应消息发送的时刻。如果在接收到探测消息321后并没有立刻发送响应329，那么可能就需要在响应中提供与响应的传输时刻有关的单独第三时间戳。
当媒体客户端100接收330到由数据处理器250发送的探测消息的响应时，前者就获得了有关媒体客户端100至数据处理器250的上游路径时延控制传输的一些信息，该信息是通过计算第二时间戳与第一时间戳之间的差值来确定的，所述第二时间戳与探测帧到达321数据处理器250有关。媒体客户端100也可以可选地利用计算响应在媒体客户端100上接收330的时刻(可以认为此时刻为“第四时间戳“，由媒体客户端100的步骤340确定)与第三时间戳之间的差值来获得数据处理器250至媒体客户端100之间下游路径的时延控制传输有关的信息，所述第三时间戳与响应离开329数据处理器250有关(再次指出，所谓“第三时间戳”可能是事实上与“第二时间戳”同时发生的虚拟时间戳)。
通过组合上下游路径的时延数据就可以确定出往返时延。
可以优选采用周期性重复的策略重复执行步骤320-340以测量上游、下游或双向路径的抖动值360，例如每秒25次(模仿视频流的帧速率，以确定该类流所经历的信道特性)。上游路径抖动值可以在数据处理器250处通过相同的方式来加以确定。
优选地，采用已知的方法将抖动值作为差异系数(CV)来计算，即标准化至平均值的时延标准偏差。差异系数(CV)提供了直观的测量传输信道质量的方式(从抖动的角度)。
如果抖动超过了预设值，例如假设差异系数(CV)超过了1，就可以认为该信道受到了抖动的严重影响。优选地对预设阈值这一方面进行抖动评估370，并利用该评估来触发特定功能以提高内容流处理的质量。这些操作优选地包括向媒体服务器200传递请求380以使其修改特定的流参数。可被修改的参数优选地包括帧速率、图像分辨率以及压缩比率。在这些情况下，甚至可以请求选择另外的编解码器或具有不同工作参数的同一编解码器。
虽然出于简明的原因，本发明实施例的一些特性和优点在上文仅仅在装置方面或方法方面进行了描述，但可以理解方法和相应装置的特征可以进行互换来获得相同的优点。
图中所示多种单元，包括任何标记为“处理器”、“代理”、“引擎”的功能模块可以结合适当的软件使用专用硬件或能执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，提供该功能的处理器可能是单独的专用处理器、单独的共享处理器或部分独立处理器被共享的多个独立处理器。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被理解为涉及排除能执行软件的硬件，并且应理解为其包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用来存储软件的只读存储器(ROM)、随机存储器以及非易失存储器。其余常规和/或定制硬件设备也可能包括在内。类似地，图中示出的任何交换都是逻辑意义上的。其功能可能通过对程序逻辑的操作来执行，也可能通过专用逻辑器件、或通过程序控制与专用逻辑器件的交互作用、甚至手动来进行执行，具体实现方式可以由实施者依照其个人对上下文的理解来进行选择。
本领域的技术人员可以很容易的认识到上述方法中的多个步骤均可以通过编程的计算机来执行。这里，一些实施例中还旨在包括例如数字数据存储媒体的程序存储设备，所述程序存储设备可被机器或计算机读取并能够对机器可执行或计算机可执行指令程序进行编码，其中所述指令可以执行上述方法部分或全部的步骤。程序存储设备例如数字存储器可以是例如数字存储器、像磁盘和磁带这样的磁存储介质的程序存储设备、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。实施例还倾向于覆盖编程为执行上述方法的步骤的计算机。

Claims (15)

1.一种在网络中监测传输特性的方法，所述网络包括媒体客户端(100)、媒体服务器(200)及数据处理器(250)，其中所述方法在所述媒体客户端上执行如下步骤： 
-与所述数据处理器(250)建立(300)连接，所述连接包括所述媒体客户端(100)与所述媒体服务器(200)之间的第一连接段以及所述媒体服务器(200)与所述数据处理器(250)之间的第二连接段； 
-建立(310)所述媒体客户端(100)与所述数据处理器(250)之间的端到端加密信道用来交换媒体内容流，所述端到端加密信道由所述连接承载； 
-通过所述端到端加密信道向所述数据处理器(250)发送(320)探测消息，所述探测消息携带指示所述探测消息的发送时刻的第一时间戳； 
-接收(330)来自所述数据处理器(250)的对所述探测消息的响应，所述响应携带指示所述探测消息到达所述数据处理器时刻的第二时间戳；并且 
-获取(350)时延信息，其中所述时延信息包括位于所述媒体客户端(100)与所述数据处理器(250)之间的所述连接的上游时延特征，所述上游时延特征由所述第二时间戳与所述第一时间戳之间的差值计算得来。 
2.如权利要求1所述的方法，其中所述响应还携带指示发送所述响应时刻的第三时间戳，所述方法还包括确定(340)指示所述响应到达时刻的第四时间戳；其中所述时延信息还包括所述数据处理器(250)和所述媒体客户端(100)之间的所述连接的下游时延特征，所述下游时延特征由所述第四时间戳和所述第三时间戳的差值计算得来。 
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第二时间戳与所述第三时间戳在所述响应中表示为单一值。 
4.如以上任意一个权利要求中所述的方法，还包括： 
以规则间隔重复发送所述探测消息、、接收所述响应以及获取时延信 息；并且 
从所述重复获取的时延信息获取(360)抖动信息。 
5.如权利要求4所述的方法，其中所述抖动信息包括差异系数。 
6.如权利要求4或5所述的方法，还包括当所述抖动信息指示抖动超过(370)预设水平时，向所述媒体服务器(200)发送(380)请求来修改(390)流特征。 
7.如权利要求6所述的方法，其中被修改(390)的所述流特征包括帧速率、图像分辨率以及压缩率之一。 
8.如以上任意一个权利要求所述的方法，其中所述交换流媒体内容交换的执行借助于RTMP协议。 
9.一种被配置为使得处理器执行如以上任意一个权利要求中所述的方法的计算机程序。 
10.一种通过网络接收媒体流的装置，该装置包括： 
-协议引擎(110)，被配置为与数据处理器(250)建立(310)连接，所述连接包括所述装置(100)与媒体服务器(200)之间的第一连接段以及所述媒体服务器(200)与所述数据处理器(250)之间的第二连接段； 
-加密代理(120)，被配置为在所述装置(100)与所述数据处理器(250)之间建立(320)用于交换流媒体内容的端到端加密信道，所述端到端加密信道由所述连接承载； 
-时钟(130)； 
-探测代理(140)，可操作地耦合到所述时钟(130)及所述加密代理(110),所述探测代理(140)被配置为通过所述端到端加密信道向所述数据处理器(250)发送(330)探测消息，所述探测消息携带指示发送所述消息时刻的第一时间戳，并接收来自所述数据处理器(250)的对所述探测消息的响应，所述响应携带指示所述探测消息到达所述数据处理器时刻的第二时间戳；和 
-时延获取代理(150)，可操作地耦合到所述探测代理(140)，被配置为通过所述第二时间戳与所述第一时间戳之间的差值来计算(350)所 述媒体客户端(100)与所述数据处理器(250)之间的所述连接的上游时延特征。 
11.如权利要求10所述的装置，所述响应携带指示所述数据处理器发送所述响应的时刻的第三时间戳，其中所述时延测定代理(150)还被配置为确定所述响应到达时刻的第四时间戳，并通过所述第四时间戳与所述第三时间戳之间的差值来计算所述数据处理器(250)与所述媒体客户端(100)之间的所述连接的下游时延特征。 
12.如权利要求11所述的装置，其中所述第二时间戳与所述第三时间戳在所述响应中表示为单一值。 
13.如权利要求10-12中任意一项所述的装置，其中所述时延获取代理(150)还被配置为从重复获取的时延信息中获取抖动信息。 
14.如权利要求13所述的装置，其中所述抖动信息包括差异系数。 
15.如权利要求13或14所述的装置，其中所述协议引擎(110)还被配置为当所述抖动信息指示抖动已超过(370)预设水平时，向所述媒体服务器(200)发送请求来修改(390)流特征。 
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