CN105262643B - 一种基于td-lte移动网络传输特征的丢包区分方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于TD‑LTE移动网络传输特征的丢包区分方法，以丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延、丢包事件发生前后数据包的传输时延抖动值、单次丢包事件中的连续丢包长度为依据，构造丢包区分特征值，并以丢包区分特征值为依据构建两个阈值，通过比较丢包区分特征值与两个阈值的关系，确定丢包的类型。

Description

一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法

技术领域

本发明属于移动网络传输领域，涉及到网络传输过程中的传输特征：传输时延、传输时延抖动、连续丢包长度和数据包丢包类型，特别是涉及到一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法。

背景技术

随着移动通信技术的不断创新和发展，具有高带宽、低延迟优点的4G移动网络已经开始普及，另外一方面，移动终端的配置也不断升级，因此移动终端也承载越来越多的网络应用，如在移动网络视频直播，这样对移动网络的服务质量要求也越来越高。

为了对网络数据传输进行服务质量保证，需要移动网络提供高网络带宽和稳定性、低网络延迟和网络传输错误。但是和有线网不同的是，由于无线链路容易受到干扰、噪音、衰落、移动等因素的影响，移动网络传输过程中存在两种丢包，一种是因为链路拥塞而产生的拥塞丢包，另外一种是数据传输过程中由无线链路传输错误而导致的无线差错丢包。在当前的移动网络的服务质量优化中，链路产生拥塞丢包时，保证服务质量的主要方法是使用TFRC降低发送端的发送速率；链路产生差错丢包时，主要是通过动态FEC方法增加冗余数据包在客户端恢复丢失的数据包，或者进行数据包重传。如果不对这种无线差错丢包和拥塞丢包加以区分，则在速率控制时，就会将无线差错丢包误认为是网络拥塞导致的丢包，使发送端产生过激反应，降低传输视频的码率；在差错控制时，就会误将拥塞丢包认为是无线差错丢包，过多的增加冗余数据或重传数据，加重了网络负载，导致移动网络拥塞程度加重，不仅不能较好的恢复丢失数据，反而有可能使得更多的数据包丢失。因而通过对TD-LTE移动网络数据传输丢包类型的区分，可以保证TD-LTE移动网服务质量，为用户提供良好的TD-LTE移动网络体验。

据申请人检索和查新，检索到的以下几篇与本发明相关的属于网络传输领域的专利，它们分别是：

1.中国专利2011104483464，面向卫星网络的多路径并行传输方法；

2.中国专利2010102870824，自适应的数字家庭网络流媒体传输带宽预测方法；

3.中国专利2008101150994，基于模糊综合评判的异构网络丢包区分方法

在上述专利1中面向卫星网络的多路径并行传输方法是一种在卫星网络传输层中进行数据传输的控制方法，本发明结合卫星网络与多路径传输特性做出改进：在缓解接收端缓存阻塞的基础上，采取一种基于时延抖动的丢包区分方法，接收端通过确认包将拥塞标志传递给源端，源端结合拥塞标志和数据块重传标识相应地调整拥塞窗口，调整发送速率。同时，源端比较所有目的节点反馈的数据包时延选取一条时延最短的路径作为反馈包的最优路径，对于源端，其有助于更迅速的调整拥塞窗口，减轻了窗口增长过快引起的网络性能恶化，且及时的重传丢失的数据块，提高卫星网络中多路径并行传输的吞吐量、窗口抖动、时延和丢包率等方面等性能。

上述专利2中提供一种基于网络信道状态的无线网络最大重传次数的优化方法，属于无线通信网络传输技术领域。首先，根据无线链路的期望传输效率参数ETEij(k)的统计值估计当前网络的整体状态；对于网络状态较差的情况，进一步测量分组成功传递概率P(x)和队列空闲率Queuei，并构建分组丢失区分的判断函数Judge(·)，实现对分组丢失类型的区分；MAC层根据当前网络的主要丢包原因优化最大重传次数，使之适应信道环境的需求，缓解网络的拥塞水平；对于网络状态较好的情况，为了避免出现网络拥塞，仍然进行丢包区分，实现重传优化和速率控制，提高网络性能。

上述专利3中提供了一种基于模糊综合评判的异构网络丢包区分方法。该方法中，首先将包对探测帧的单向传输时延和平均丢包率作为模糊综合评判的因素集参数；在发生丢包时，利用单向传输时延和平均丢包率分别做出独立评判，得到两个因素集参数对当前网络状况的评判值；分别计算与单向传输时延和平均丢包率相关的动态权重分布函数，并对两个动态权重分布函数做归一化处理，以确定单向传输时延和平均丢包率的相对权重值；对相对权重值进行模糊变换，获得综合评判，从而对丢包原因进行区分。有关实验表明，本方法较当前的TCP版本和现有区分方法有更好的实施效果。

上述相关发明专利都通过网络传输特征对丢包类型进行区分，但它们都是对单一的传输特征进行分析后进行丢包类型区分，本发明与上述发明专利的区别在于是将移动网络传输的多个特征传输时延、传输时延抖动和连续丢包长度进行分析，构建新特征值LTE_LDF和新特征值的两个阈值LTE_low和LTE_up，然后用于进行TD-LTE移动网络丢包类型区分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法，用于区分TD-LTE移动网络数据传输丢包是差错丢包还是拥塞丢包，以充分有效利用TD-LTE移动网络带宽，提高移动传输质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法，

以丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1、包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev、单次丢包事件中的连续丢包长度L为依据，构造丢包区分特征值LTE_LDF；以丢包区分特征值LTE_LDF为依据，构建两个阈值LTE_low和LTE_up；通过比较丢包区分特征值LTE_LDF与两个阈值LTE_low和LTE_up的关系，确定丢包的类型。

所述以丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1、包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev、单次丢包事件中的连续丢包长度L为依据，构造丢包区分特征值LTE_LDF的步骤为：

Step1：获取丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1以及单次连续丢包中的连续丢包长度L；

Step2：根据丢包事件发生后第一个到达的数据包的往返时延RTT_i+L+1以及丢包事件发生之前所有包往返时延的滑动平均值RTT_mean计算传输时延的抖动值RTT_dev，其中：

RTT_dev＝RTT_i+L+1-RTT_mean

式中：RTT_i是第i个数据包的往返时延；

是丢包事件发生之前所有包往返时延的算数平均值；

Step3：计算丢包区分特征值

所述以丢包区分特征值LTE_LDF为依据，构建两个阈值LTE_low和LTE_up公式是：

式中：LTE_{LDF_MIN}是历史记录中的最小LTE_LDF值；LTE_{LDF_MAX}是历史记录中的最大LTE_LDF值。

所述通过比较丢包区分特征值LTE_LDF与两个阈值LTE_low和LTE_up的关系，确定丢包的类型，其步骤为：

若LTE_LDF≤LTE_low时，则丢包为拥塞丢包；若LTE_up≤LTE_LDF时，则丢包为差错丢包；若LTE_low<LTE_LDF<LTE_up时，则当前丢包中既有差错丢包，又有拥塞丢包。

本发明的特点在于当TD-LTE移动网络传输数据发生丢包时，可以根据以丢包事件发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1,丢包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev和单次丢包事件中的连续丢包长度L，构建TD-LTE网丢包区分特征值LTE_LDF，以及它的两个阈值LTE_low和LTE_up的关系，判断丢包类型。采用本技术方案可以有效的区分丢包类型，然后分别对拥塞丢包和差错丢包采取不同的措施，进而提高网络服务质量。

附图说明

图1为本发明的基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法算法流程图。

图2为本发明数据发送服务器端程序流程图。

图3为本发明数据接收客户端程序流程图。

具体实施方式

为了增加对本发明的理解，下面结合附图与系统实施对本发明做进一步详细说明。

如附图1所示，本发明为一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法，实施由三部分构成，分别是计算数据包的传输时延RTT和平均往返时延RTT_mean、计算丢包区分特征值LTE_LDF和两个阈值LTE_low和LTE_up，利用丢包区分特征值和阈值的关系进行丢包类型区分。

下面对本发明的技术方案进行详细说明。

1、计算数据包的RTT和平均传输时延RTT_mean

数据包的RTT是通过记录在服务器端trace文件中的每个包的发送时间和服务器端接收到该数据包从客户端返回时的接收时间相减得到。通过比较服务器端trace文件的包序号可以发现是否出现丢包，如果出现丢包，将丢包前后接收到的包的包序号相减，可以得到丢包长度L。丢包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev，可以利用服务器端trace文件中的数据，计算出丢包事件发生后接收到的第一个数据包传输时延RTT_i+L+1和丢包事件发生之前所有包传输时延的滑动平均值RTT_mean，然后根据公式RTT_dev＝RTT_i+L+1-RTT_mean得到。

数据发送服务器端程序流程图如附图2所示，其实验过程具体步骤如下：

Step1：远程编程控制设备，设置链路属性；

Step2：创建UDP Socket，并向客户端发送握手信息包，若收到客户端对握手信息包的确认，则跳至Step3，否则循环发送握手信息包；

Step3：根据本次实验过程中的发送速度和数据包大小计算出单位时间内需要发送的数据包个数，并按此规律发送数据，发包过程中，若收到数据包的反馈，则跳至Step4，否则跳至Step5；

Step4：接收到客户端反馈的确认包，读取确认包中存储的包序号和发送时间，并记录当前时间作为包接收时间；

Step5：本次实验是否完成，若未完成，则继续发送数据包；若完成，则跳至Step6；

Step6：数据包发送结束，将本次实验过程中保存的包信息输出到发送端trace文件中，如果有下一组实验则跳至Step1，若所有实验均结束，则跳至Step7；

Step7：发送结束包告知客户端，控制服务器端程序结束。

数据接收客户端程序流程图如附图3所示，客户端在实验过程中，接收来自服务器端的包，从包首部中读出包类型信息，并根据不同的包类型做出相应的处理。客户端具体步骤如下：

Step1：创建UDP Socket，监听本地端口；

Step2：有数据包到达，首先读取包类型，若是握手包，跳至Step3；若是数据包，跳至Step4；若是结束包，跳至Step5；

Step3：收到的包是握手包，给出握手包的确认，握手信息包只有包首部，读取包头信息中的数据包大小、数据包总数、发送速度、信号强度、衰落模型，存储到本地，输出文件时，构造输出文件的文件名；

Step4：收到的包是数据包，读取包首部，并将首部作为确认包反馈给服务器端，解析包首部中的包序号和发送时间，判断该包是否乱序，记录包信息；循环读取数据，直到接收到的包类型为握手包或结束包时，将统计信息输出到客户端trace文件中；

Step5：收到的包是结束包，返回确认，并关闭客户端程序。

2、计算丢包区分特征值LTE_LDF

以丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1、包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev、单次丢包事件中的连续丢包长度L为依据，构造丢包区分特征值LTE_LDF的步骤为：

Step1：获取丢包发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1以及单次连续丢包中的连续丢包长度L；

Step2：根据丢包事件发生后第一个到达的数据包的往返时延RTT_i+L+1以及丢包事件发生之前所有包往返时延的滑动平均值RTT_mean计算传输时延的抖动值RTT_dev，其中：

RTT_dev＝RTT_i+L+1-RTT_mean

式中：RTT_i是第i个数据包的往返时延；

是丢包事件发生之前所有包往返时延的算数平均值；

Step3：计算丢包区分特征值

3、构建两个阈值LTE_low和LTE_up公式是：

式中：LTE_{LDF_MIN}是历史记录中的最小LTE_LDF值；LTE_{LDF_MAX}是历史记录中的最大LTE_LDF值。

4、丢包区分的步骤

得到特征值LTE_LDF和两个阈值LTE_low和LTE_up后，就可以区分出一次连续丢包的类型，具体步骤为：

若LTE_LDF≤LTE_low时，则丢包为拥塞丢包；若LTE_up≤LTE_LDF时，则丢包为差错丢包；若LTE_low<LTE_LDF<LTE_up时，则当前丢包中既有差错丢包，又有拥塞丢包。

Claims (1)

1.一种基于TD-LTE移动网络传输特征的丢包区分方法，其特征在于：

以丢包事件发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1、丢包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev、单次丢包事件中的连续丢包长度L为依据，构造丢包区分特征值LTE_LDF；

以丢包区分特征值LTE_LDF为依据，构建两个阈值LTE_low 和LTE_up；

通过比较丢包区分特征值LTE_LDF与两个阈值LTE_low和LTE_up的关系，确定丢包的类型：若LTE_LDF≤LTE_low，则丢包为拥塞丢包；若LTE_up≤LTE_LDF，则丢包为差错丢包；若LTE_low<LTE_LDF<LTE_up，则当前丢包中既有差错丢包，又有拥塞丢包；

其中，所述丢包区分特征值LTE_LDF的构造步骤为：

Step1：获取丢包事件发生后接收到的第一个数据包的传输时延RTT_i+L+1以及单次丢包事件中的连续丢包长度L；

Step2：根据丢包事件发生后第一个到达的数据包的往返时延RTT_i+L+1以及丢包事件发生之前所有包往返时延的滑动平均值RTT_mean计算丢包事件发生前后数据包的传输时延抖动值RTT_dev，其中：

RTT_dev＝RTT_i+L+1-RTT_mean

式中：RTT_i是第i个数据包的往返时延；

是丢包事件发生之前所有包往返时延的算数平均值；

Step3：计算丢包区分特征值

所述两个阈值LTE_low和LTE_up通过如下公式构建：

式中：LTE_{LDF_MIN}是历史记录中的最小LTE_LDF值；LTE_{LDF_MAX}是历史记录中的最大LTE_LDF值。