CN106034011A - 一种组播传输质量保障的控制方法及系统 - Google Patents

一种组播传输质量保障的控制方法及系统 Download PDF

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张旭辉
王毅
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Abstract

本发明公开了一种组播传输质量保障的控制方法及系统，其中，该方法包括：接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。

Description

一种组播传输质量保障的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及数据业务技术领域的控制技术，尤其涉及一种组播传输质量保障的控制方法及系统。
背景技术
本申请发明人在实现本申请实施例技术方案的过程中，至少发现相关技术中存在如下技术问题：
组播技术是一种发送者和多个接收者之间点对多点的通信技术。相比单播而言，同一个组播组内的多个接收者同时只需要接收一个数据包，大大减少了数据传输量，减轻了网络负荷。由于上述组播技术的特点，组播技术被广泛用于在线直播、IPTV、OTT、远程医疗、网络电台、在线视频会议等业务场景中。
对于像在线直播、IPTV和OTT等丢包敏感性业务，网络丢包将会严重影响其业务质量，如OTT，丢包会直接影响了视频、音频的解码，引起停顿或马赛克。由于我们熟知的大多数组播协议IGMPv1/v2/v3、IGMP Proxy、PIM-SM和PIM-DM属于三层协议(IGMP-Snooping属于二层协议)，均采用半工单向通信，提供的是一种缺乏传输控制的“尽力而为(Best-Effort)”的服务，并不能实现丢包后纠错和重传，所以前向纠错(FEC，Forward Error Correction)技术被广泛利用于组播传输质量保障，该技术可以通过冗余编码实现组播丢包恢复。
FEC是一种通过在信息源增加冗余信息实现丢包恢复的措施。在IP网络里，数据报文的正确性已经由网络层保证，如果出现传输错误，设备、网卡会自动丢弃。所以，这里的FEC应用不是纠错，而是丢包恢复(或者说，遗失数据报文的位置是可知的)。FEC的数据处理流程如图1所示主要包括：1)FEC Server对原始媒体数据进行前向纠错编码，生成冗余信息；2)原始媒体数据与FEC冗余数据发送到组播组，可能存在丢包；3)组播成员根据收到的数据进行FEC纠错，恢复出丢包的完整内容。
采用现有技术存在的缺点为：FEC技术虽然具有无需反馈、快速实现丢包修复的特点，但是不能还原连续性丢包。而另一种自动重传(ARQ，AutomaticRepeat-reQuest)请求是一种通过丢包反馈重传实现丢包恢复的措施，可以解决丢包还原的问题。ARQ的数据处理流程主要包括：1)组播数据发送到组播成员，可能存在丢包；2)组播成员根据所丢包序号向ARQ Server反馈丢包信息；3)ARQ Server重传丢失包。ARQ技术可以实现包括连续性丢包的任意丢包类型的丢包恢复，但需要组播成员到ARQ Sever的丢包反馈，且丢包恢复受限于传输时延。
综上所述，现有技术的上述FEC技术和ARQ技术各自都有优劣，目前没有一种能兼顾到各自优点的技术方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例希望提供一种组播传输质量保障的控制方法及系统，至少解决了现有技术存在的问题，能兼顾FEC技术和ARQ技术的优点，可实现快速、对组播用户无感知、任意丢包类型的恢复。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例的一种组播传输质量保障的控制方法，该方法包括：
接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；
在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；
根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
上述方案中，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：
解析所述检测结果；
所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式来恢复丢包数据；
所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
上述方案中，所述方法还包括：
判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；
若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；
触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；
接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
上述方案中，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：
解析所述检测结果；
所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；
所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
上述方案中，所述方法还包括：
触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；
接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
本发明实施例的一种组播传输质量保障的控制系统，该系统包括：
服务器，用于接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；所述原始媒体数据由节目源提供；
组播成员客户端，用于在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
上述方案中，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式并调用FEC纠错模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口；
所述FEC纠错模块，用于采用FEC纠错方式来恢复丢包数据。
上述方案中，所述丢包检测统计模块，进一步用于判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；
所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
上述方案中，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
上述方案中，所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
本发明实施例的方法包括：接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
采用本发明实施例，通过丢包检测统计得到的检测结果，选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，能兼顾到FEC技术和ARQ技术的优点，可实现快速、对组播用户无感知、任意丢包类型的恢复。
附图说明
图1为现有FEC组播传输质量保障流程；
图2为本发明实施例的实现流程示意图；
图3为应用本发明实施例一场景的基于应用层FEC和ARQ技术的组播传输保障系统的组成结构示意图；
图4为图3中组播成员客户端的组成结构示意图；
图5为应用本发明实施例的一场景的组播成员客户端丢包恢复流程图；
图6为应用本发明实施例的一场景的无丢包系统流程图；
图7为应用本发明实施例一场景的FEC纠错系统流程图；
图8为应用本发明实施例一场景的FEC纠错失败及ARQ重传系统流程图；
图9为应用本发明实施例一场景的ARQ重传系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。
本发明实施例的组播传输质量保障的控制方法，如图2所示，包括：
步骤101、接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；
步骤102、在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；
步骤103、根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
可见，采用本发明实施例是结合FEC和ARQ技术的优点，提出基于应用层FEC和ARQ组播传输质量保障技术，可实现快速、对组播用户无感知、任意丢包类型恢复。
在本发明实施例一实施方式中，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：解析所述检测结果；所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式来恢复丢包数据；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括：判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
在本发明实施例一实施方式中，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：解析所述检测结果；所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括：触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
本发明实施例的组播传输质量保障的控制系统，该系统包括：
服务器，用于接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；所述原始媒体数据由节目源提供；
组播成员客户端，用于在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
在本发明实施例一实施方式中，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式并调用FEC纠错模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口；
所述FEC纠错模块，用于采用FEC纠错方式来恢复丢包数据。
在本发明实施例一实施方式中，所述丢包检测统计模块，进一步用于判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；
所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
在本发明实施例一实施方式中，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
在本发明实施例一实施方式中，所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
在本发明实施例一实施方式中，所述服务器包括FEC服务器和ARQ服务器，其中，所述FEC服务器，用于接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；所述ARQ服务器，用于接收原始媒体数据，所述原始媒体数据由节目源提供，接收上述组播成员客户端携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求，发送ARQ重传应答，所述ARQ重传应答中包括对应所请求丢包序号的丢包数据。
以下以一个现实应用场景对本发明实施例阐述如下：
应用场景一：
图3为应用本发明实施例基于应用层FEC和ARQ技术的组播传输保障的系统示意图，主要涉及节目源、FEC Server、ARQ Server和组播成员客户端等，具体说明如下：
针对节目源而言，节目源用于提供原始媒体数据，可以通过单播或者组播的方式将原始媒体数据发送给FEC Server和ARQ Server。
针对FEC Server而言，FEC Server用于接收并对原始媒体数据进行FEC编码。FEC Server作为组播源为组播成员客户端分发组播数据。其中，若节目源提供的为单播数据，FEC Server需将单播数据转换成组播数据。
针对ARQ Server而言，ARQ Server用于接收原始媒体数据，响应组播成员客户端丢包请求，根据所丢包序号为组播成员客户端发送所丢数据包。其中，若节目源提供的为组播数据，ARQ Server需将组播数据转换成单播数据。
针对组播成员客户端而言，组播成员客户端用于接收来自FEC Server的组播数据，并实现丢包检测统计、丢包纠错和丢包重传。组播成员客户端如图4所示，包含了丢包检测统计模块、FEC纠错模块和ARQ重传模块。
一、针对所述丢包检测统计模块而言，所述丢包检测统计模块用于实现丢包检测和记录所丢包的编号。为选择FEC纠错或ARQ重传的方式来提供参数Tcache(缓存时间窗口，单位ms)和RTT(Round-Trip Time，组播成员客户端到ARQ Server传输往返时延,单位为ms)。Tcache的计算公式如以下公式(1)所示。
其中Tcache＝(Nlost-Ncurrent)×Spacket/Rcode； 公式(1)
公式(1)中，Nlost为当前第一个丢包的编号，Ncurrent为当前应用调用的包的编号，Spacket为包平均大小，Rcode原始媒体码率。
FEC纠错或ARQ重传的方式各自的优势为：FEC纠错具有丢包恢复速率快，不受传输往返时延RTT影响；ARQ由于需要组播成员客户端接收ARQServer的丢包重传相应，其丢包恢复时间T受传输往返时延RTT影响，T>RTT。
具体的，当丢包检测统计模块监测出丢包，丢包恢复时间T容许范围为T≤Tcache，即组播成员客户端需要在Tcache内实现丢包恢复，当T超过其容许范围将不能满足当前组播应用，如IPTV将出现视频卡顿。所以，当RTT≥Tcache则说明若采用ARQ不能在丢包恢复容许范围内实现丢包恢复，需采用不受RTT影响，丢包恢复速率快的FEC纠错机制。反之，即RTT＜Tcache时，则需采用ARQ机制，ARQ机制可以实现包含连续性丢包在内任意丢包类型的丢包恢复。
二、针对所述FEC纠错模块而言，所述FEC纠错模块，用于接受丢包检测统计模块调用，当发现丢包，并且RTT≥Tcache，通过FEC纠错模块来恢复丢包数据。当FEC纠错未能实现丢包恢复，则调用ARQ重传模块实现丢包恢复。
三、针对所述ARQ重传模块而言，所述ARQ重传模块，用于接受丢包检测统计模块调用，当发现丢包，并且RTT＜Tcache，通过向ARQ Server发送附带所丢包序号的重传请求，并接收来自ARQ Server的应答消息。当FEC纠错模块未能实现丢包恢复，接受FEC纠错模块的调用。
应用场景二：
应用本发明实施例的组播成员客户端一个完整的丢包恢复流程，如图5所示，包括：
步骤201、进行丢包检测统计，判断是否丢包，如果是，则执行步骤202；否则，结束本检测流程；
步骤202、判断是否RTT＜Tcache，如果是，则执行步骤203；否则，执行步骤204；
步骤203、执行ARQ重传来实现丢包恢复；之后转入执行步骤205；
步骤204、执行FEC纠错来实现丢包恢复；
步骤205、判断是否丢包恢复成功，如果是，则结束本检测流程；否则，继续执行步骤203。
以下分别用四个实例来说明本发明实施例应用于具体实践中的情况。
实例一、
无丢包的情况，如图6所示，包括：
步骤301、节目源将原始媒体数据发给FEC Server和ARQ Server；
步骤302、FEC Server将原始媒体数据经FEC编码后，通过组播发送给组播成员客户端；
步骤303，组播成员客户端检测到无数据丢包，从组播数据中获得原始媒体数据。
实例二：
FEC纠错的情况，如图7所示，包括：
步骤401，节目源将原始媒体数据发给FEC Server和ARQ Server；
步骤402，FEC Server将原始媒体数据经FEC编码后，通过组播发送给组播成员客户端；
步骤403，组播成员客户端检测数据丢包后，且RTT≥Tcache,通过FEC纠错恢复丢包数据。
实例三：
FEC纠错失败，启用ARQ重传的情况，如图8所示，包括：
步骤501，节目源将原始媒体数据发给FEC Server和ARQ Server；
步骤502，FEC Server将原始媒体数据经FEC编码后，通过组播发送给组播成员客户端；
步骤503，组播成员客户端检测数据丢包后，且RTT≥Tcache,通过FEC纠错恢复丢包数据；
步骤504，FEC纠错未能恢复丢包数据，组播成员客户端向ARQ Server发送附带所丢包的编号的重传请求；
步骤505，ARQ Server响应重传请求，向组播客户端发送所丢编号的数据包。
实例四：
ARQ重传的情况，如图9所示，包括：
步骤601，节目源将原始媒体数据发给FEC Server和ARQ Server；
步骤602，FEC Server将原始媒体数据经FEC编码后，通过组播发送给组播成员客户端；
步骤603，组播成员客户端检测数据丢包后，且RTT＜Tcache,组播成员客户端向ARQ Server发送附带所丢包的编号的重传请求；
步骤604，ARQ Server响应重传请求，向组播客户端发送所丢编号的数据包。
与现有技术相比，采用本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例这种结合FEC纠错和ARQ技术的组播传输质量保障的方案，组播应用客户端通过实时监测当前应用缓存时间窗口Tcache和传输往返时延RTT，当RTT≥Tcache采用丢包恢复速率快的FEC纠错技术；反之，则采用抗任意丢包类型的ARQ技术。采用本发明实施例，解决了当前FEC纠错不能实现连续性丢包恢复的问题，可实现了组播任意丢包类型的丢包恢复，恢复速度快，对组播用户无感知，不影响用户体验，为组播数据传输提供了保障。该技术能适应于像IPTV、互联网电视、视频会议等电信增值业务。
本发明实施例所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
相应的，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，该计算机程序用于执行本发明实施例的一种组播传输质量保障的控制方法。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种组播传输质量保障的控制方法，其特征在于，该方法包括：
接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；
在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；
根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：
解析所述检测结果；
所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式来恢复丢包数据；
所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；
若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；
触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；
接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复，包括：
解析所述检测结果；
所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式来恢复丢包数据；
所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；
接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
6.一种组播传输质量保障的控制系统，其特征在于，该系统包括：
服务器，用于接收原始媒体数据，对所述原始媒体数据编码后转发给组播成员客户端；所述原始媒体数据由节目源提供；
组播成员客户端，用于在所述组播成员客户端进行丢包检测统计，得到检测结果；根据所述检测结果选择采用第一丢包恢复方式或第二丢包恢复方式来实现丢包恢复。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT≥Tcache时，选择采用FEC纠错方式作为所述第一丢包恢复方式并调用FEC纠错模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口；
所述FEC纠错模块，用于采用FEC纠错方式来恢复丢包数据。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述丢包检测统计模块，进一步用于判断采用所述FEC纠错方式来恢复所述丢包数据是否成功，得到判断结果；若所述判断结果为恢复所述丢包数据不成功时，则选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；
所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述组播成员客户端，进一步包括：
丢包检测统计模块，用于进行丢包检测统计，得到检测结果；解析所述检测结果，得到所述检测结果为丢包，且RTT＜Tcache时，选择采用ARQ纠错方式作为所述第二丢包恢复方式并调用ARQ重传模块；所述RTT为传输往返时延；所述Tcache为缓存时间窗口。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述ARQ重传模块，用于触发携带所述丢包数据对应丢包序号的ARQ重传请求；接收ARQ重传应答，恢复出所述丢包数据。
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