CN106330761A - 基于队列时延的拥塞控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于队列时延的拥塞控制方法及装置，在当前反馈时间间隔分组内，当接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；根据接收时间t1和发送时间t2得到反馈时间间隔分组内该数据包的基本时延T-b，然后根据反馈时间间隔分组内该数据包的基本时延T-b和与该反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到该反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；在反馈时间间隔分组结束后，根据该反馈时间间隔分组最终的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；本发明结合多个反馈时间间隔分组进行队列延时的计算，能准确的反应当前网络的状况，由此计算出的发送码率能适应网络抖动，能有效的防止拥塞。

Description

基于队列时延的拥塞控制方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种基于队列时延的拥塞控制方法及装置。

背景技术

实时通信中，音视频媒体通常使用UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)进行传输，由于UDP是一种无连接的传输协议，是一种尽力而为的服务方式，因此网络中不可避免会发生拥塞。UDP本身没有拥塞控制机制，拥塞发生后会导致声音不连续、视频花屏停顿等现象，严重影响通话质量，因此进行网络拥塞控制是关系用户体验的一项重要技术。

现有技术中，拥塞控制主要依靠丢包率、时延等参数进行：

基于丢包的拥塞控制方法根据丢包率的变化判断网络是否发生拥塞，此类方法存在两个问题：一、引起丢包的原因可能是网络拥塞也可能是随机误码，如何有效地区分这两种情况是较难解决的问题，所以分析丢包的原因时容易发生误判；二、即使正确地判断出因丢包导致的网络拥塞，也会因为丢包往往是在网络拥塞到一定程度后才会发生，而导致根据丢包判断出拥塞的时机较为滞后，在判断出网络拥塞前仍会带来较差的用户体验。

基于时延的拥塞控制，一种方法是依据往返时延(Round-Trip Time，简称为RTT)来估计网络状态，但在实际环境中RTT受到多种因素影响，尤其在网络抖动较大时带来的估计误差较大。另一种方法是依据队列时延来判断网络是否拥塞，原理如下：一个数据包从一端传输到另外一端，中间需要经过多个中间网元，比如路由器、交换机等，由于中间网元两端的网络状况，如带宽，传输速率等是不一样的，所以一般中间网元内部会有一个或多个数据队列，用于缓冲接收的数据。因此，在整个传输链路中，数据包从一端传输到另外一端所需的时间包括传输时延以及所有中间网元队列时延两个部分。在同等网络环境下，由于传输时延基本上可以认为是不变的，所以队列时延的变化很大程度上反映了当前的网络状况的变化。在同等网络环境下，队列时延越小，网络状况越好，可用带宽越大；相反，队列时延越大，网络状况越差，可用带宽越小，当队列时延超出了中间网元可承受的范围，则导致丢包。所以，在现实网络应用中，如果网络状况好，可以提高发送码率以提升用户体验；如果网络状况变差，则需降低发送码率，以防止因数据量过大导致的网络拥塞现象；根据网络状况的好坏，不断调整发送码率，以期收敛达到当前网络状况下适合的最大码率，给用户提供最好的用户体验。

综上所述，利用队列时延判断网络拥塞的方法可以在网络因拥塞而发生丢包之前尽早地判断出网络拥塞的趋势，以通过及时地调整发送码率而避免拥塞的进一步加剧，但是，目前统计队列时延的方法普遍存在以下问题：队列时延由单向传输时延减去基本时延得到，由于基本时延是观测到的最小时延，因此在网络抖动较大时统计的队列时延误差增大，无法适应较大抖动的网络场景。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种基于队列时延的拥塞控制方法及装置，解决现有利用队列时延控制拥塞无法适应抖动网络的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于队列时延的拥塞控制方法，包括：

在当前反馈时间间隔分组内，当接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；

根据所述接收时间t1和发送时间t2得到所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b；

根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；所述N大于等于2；

在所述反馈时间间隔分组结束后，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

将发送端的发送码率更新为所述目标发送码率R。

在本发明的一种实施例中，根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg包括：

根据与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；所述w(1),w(2),……，w(N)为加权值；

将所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b减去所述平均基本时延T-b-avg得到所述反馈时间间隔分组的队列时延T-q；

所述平均队列时延T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q,所述T-q-avg′为反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；所述k大于等于0.9，小于等于0.99。

在本发明的一种实施例中，所述w(1),w(2),……，w(N)对应的各时间间隔分组接收到的总数据量S的关系为从小到大依次排序；所述w(1),w(2),……，w(N)的大小关系为从大到小依次排序。

在本发明的一种实施例中，所述反馈时间间隔分组内所述数据包w(1)+w(2)+……+w(N)＝1。

在本发明的一种实施例中，所述基本时延T-b＝接收时间t1-发送时间t2。

在本发明的一种实施例中，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在计时到达所述反馈时间间隔T-r时所述反馈时间间隔分组结束。

在本发明的一种实施例中，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在所述反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束所述反馈时间间隔分组；所述网络检测时间间隔T-c小于所述反馈时间间隔T-r。

在本发明的一种实施例中，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R包括：

根据所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率。

在本发明的一种实施例中，根据所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率包括：

在所述平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

所述第一档降低值小于所述第二档降低值，所述第二档降低值小于所述第三档降低值。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于队列时延的拥塞控制装置，包括：

时间提取模块，用于在当前反馈时间间隔分组内，在接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；

基本时延计算模块，用于根据所述接收时间t1和发送时间t2得到所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b，

处理模块，用于根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；所述N大于等于2；

码率确定模块，用于在所述反馈时间间隔分组结束后，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

更新模块，用于将发送端的发送码率更新为所述目标发送码率R。

在本发明的一种实施例中，所述处理模块包括：

平均基本时延计算子模块，用于根据与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；所述w(1),w(2),……，w(N)为加权值；

队列时延计算子模块，用于将所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b减去所述平均基本时延T-b-avg得到所述反馈时间间隔分组的队列时延T-q；

平均队列时延计算子模块，用于根据T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q计算得到平均队列时延；所述T-q-avg′为反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；所述k大于等于0.9，小于等于0.99。

在本发明的一种实施例中，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在计时到达所述反馈时间间隔T-r时所述反馈时间间隔分组结束。

在本发明的一种实施例中，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在所述反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束所述反馈时间间隔分组。

在本发明的一种实施例中，所述码率确定模块包括：

比较子模块，用于确定所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围；

码率调整子模块，用于根据所述比较子模块的确定结果将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率。

在本发明的一种实施例中，码率调整子模块根据比较子模块的确定结果将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率：

在所述确定结果为平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

所述第一档降低值小于所述第二档降低值，所述第二档降低值小于所述第三档降低值。

本发明的有益效果是：

本发明提供的基于队列时延的拥塞控制方法及装置，在当前反馈时间间隔分组内，当接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；根据接收时间t1和发送时间t2得到反馈时间间隔分组内该数据包的基本时延T-b，然后根据反馈时间间隔分组内该数据包的基本时延T-b和与该反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到该反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；在反馈时间间隔分组结束后，根据该反馈时间间隔分组最终的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；本发明结合多个反馈时间间隔分组进行队列延时的计算，能准确的反应当前网络的状况，由此计算出的发送码率能适应网络抖动，能有效的防止拥塞，提高网络带宽使用率，提高用户体验。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于队列时延的拥塞控制方法流程示意图；

图2为本发明实施例一提供的发送端更新发送码率的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的基于队列时延的拥塞控制装置结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的通信系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

为了避免网络拥塞，需要在合适的时候发送合适码率的数据；因此根据实际网络情况对发送码率的适时动态调整就显得尤为重要，本是实施例提供的基于队列时延的拥塞控制方法请参见图1所示，包括：

步骤101：在当前反馈时间间隔分组内，当接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1(也即接收端接收该数据包时的系统时间T-recv)以及发送端发送该数据包的发送时间t2(也即T-sent)；

步骤102：根据接收时间t1和发送时间t2得到反馈时间间隔分组内所述数据包(即当前接收到的数据包)的基本时延T-b(也即T-basedelay)；

步骤103：根据当前反馈时间间隔分组内当前数据包的基本时延T-b和与当前反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg(也即T-queuedelay-avg)；本实施例中的N大于等于2；

步骤104：在反馈时间间隔分组结束后，根据反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

步骤105：将发送端的发送码率更新为新计算得到的目标发送码率R。

从上述过程可知，本实施例中在进行网络延时的计算时，结合最近的多个反馈时间间隔分组进行队列延时的计算，因此能准确的反应当前网络的状况，利用其计算出的发送码率能适应网络抖动，能有效的防止拥塞，提高网络带宽使用率。

在本实施例中，具体可按照反馈时间间隔T-r进行分组得到，本实施例中的反馈时间间隔小于等于RTCP的反馈周期T；且可设定为一个固定值，此时在计时到达设定的反馈时间间隔T-r时，该反馈时间间隔分组结束。例如当反馈周期为4s时，则反馈时间间隔可设置为小于等于4s的一个值，例如也设置为4s,则当计时器达到4s时这个反馈时间间隔分组就结束。

另外，为了提升网络拥塞控制的实时性，本实施例可设置反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在该反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束反馈时间间隔分组。其中网络检测时间间隔T-c小于反馈时间间隔T-r。此时该反馈时间间隔分组可能是计时达到反馈时间间隔T-r结束，也可能还未达到反馈时间间隔T-r，在网络检测时间间隔T-c检测到网络变差时就直接结束。例如，设反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为4s,网络检测时间间隔T-c为1s；则在反馈时间间隔分组内每间隔1s就会判断一次网络情况，对于该反馈时间间隔分组内的第一次判断，则根据该反馈时间时间间隔内第1s的检测结果和上一反馈时间间隔分组内最后1s的检测结果进行比对，如果发现网络变差，则立即结束当前的反馈时间间隔分组，此时该反馈时间间隔分组实际就为1s,而并非预先设定的4s，只有在该反馈时间间隔分组内的每次检测网络都没有变差时，该反馈时间间隔分组实际才会为4s。因此通过这种动态检测调整机制可以提升网络拥塞控制的实时性。具体的，本实施例中可以通过比对统计到的平均队列时延判断网络是否变差。

上述步骤102中，反馈时间间隔分组内当前数据包基本时延T-b＝接收时间t1-发送时间t2。

上述步骤103中，根据反馈时间间隔分组内当前数据包的基本时延T-b和与当前反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg包括：

根据与反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg(也即T-basedelay-avg)：

T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；

上述w(1),w(2),……，w(N)为对应最近的N个反馈时间间隔分组的加权值；T-b(1)′、T-b(2)′、……、T-b(N)′则为最近的N个反馈时间间隔分组的基本时延，反馈时间间隔分组的基本时延是指在该分组内接收到所有数据包的基本时延中最小的那个。

本实施例中N的取值可以根据具体的应用场景等因素灵活设定，其取值不宜过大，否则对实际网络的反应速度比较慢；也不宜取值过小，否则抖动会比较大，本实施例优选N的取值为8-12，例如取为10。

由于在同等的网络环境下，码率越小，计算得到的基本时延T-b′也就越准确，所以根据各时间间隔分组接收到的总数据量S(也即S-total,指在一个反馈时间间隔分组所接收到的所有数据包的总和)对基本时延T-b′进行加权时，总数据量S越小，对应的加权值w越大。因此，在上述图1中，在当前反馈时间间隔分组内新接收到一个数据包后，则对该反馈时间间隔分组的中数据量进行更新。

在本实施例中，获取到与当前反馈时间间隔分组最接近的N个反馈时间间隔分组后，可将这N个反馈时间间隔分组按照接收到的总数据量S的大小进行排序，总数据量最小的排在第一，往后依次增加。排在第一的当前反馈时间间隔分组的基本时延T-b′的加权值设置为最大，后续的则依次减小。此时上式中w(1),w(2),……，w(N)对应的各时间间隔分组接收到的总数据量S的关系为从小到大依次排序；w(1),w(2),……，w(N)的大小关系为从大到小依次排序w(1),w(2),……，w(N)对应的关系为从小到大依次排序。且本实施例中的w(1)+w(2)+……+w(N)＝1。

将当前反馈时间间隔分组内当前数据包的基本时延T-b减去通过上式计算得到的平均基本时延T-b-avg得到当前反馈时间间隔分组的队列时延T-q(也即T-queuedelay)；即：T-q＝t1-t2-T-b-avg；

根据T-q计算当前反馈时间间隔分组的平均队列时延T-q-avg：

平均队列时延T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q；

上式中的T-q-avg′为当前反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；k为权重值，其取值大于等于0.9，小于等于0.99。

上述步骤104中，根据反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R包括：

根据平均队列时延T-avg所处的队列时延范围将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率，具体为：

在平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，此时认为网络状况良好，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R，具体提升的幅度可根据实际应用场景灵活设定；

在平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，此时可认为网络状况不太稳定，可保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，此时则认为网络状况较差，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，此时则认为网络状况非常差，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

其中第一档降低值小于第二档降低值，第二档降低值小于第三档降低值；每一档降低的幅度也可根据不同的应用场景按需设定。

应当理解的是，图1中的上述各步骤可以在接收端实现，此时接收端则将计算得到的目标发送码率发送给发送端，发送端收到后对发送码率进行更新。此时的发送端具体处理过程请参见图2所示，包括：

步骤201：初始化各参数；

步骤202：判断在设定时间内是否接收到接收端反馈的数据包，如否，转至步骤204；否则，转至步骤203；

步骤203：获取反馈的数据包中的目标发送码率R；

步骤204：接收端更新发送码率，并在后续发送的数据包中标记该包发送的时间t2；

如果发送端没有收到反馈的数据包，且发送端没有通知发包，则直接更新R＝F(R)，该F()函数可为递减函数，以一定的规律降低发送码率，例如降低为原R的50％；

如果有收到反馈的数据包，则更新发送码率为新接收到的目标发送码率R。

图1中上述步骤也可一部分由发送端实现，另一部分由接收到实现；例如上述步骤101-步骤103由接收端实现，步骤104-步骤105由接收端实现，也即接收端实现反馈时间间隔分组平均队列时延T-avg的计算并发给发送端；发送端则根据接收到的反馈时间间隔分组平均队列时延T-avg得到目标发送码率R并进行更新。

还应当的理解是，图1中的上述步骤还可以由独立于发送端和接收端之外的第三方装置实现，只要其能与发送端和接收端完成相应的信息交互即可。

实施例二：

本实施例提供了一种基于队列时延的拥塞控制装置，请参见图3所示，包括：

时间提取模块31，用于在当前反馈时间间隔分组内，在接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；

基本时延计算模块32，用于根据接收时间t1和发送时间t2得到当前反馈时间间隔分组内所述数据包(也即当前接收到的数据包)的基本时延T-b，

处理模块33，用于根据当前反馈时间间隔分组的基本时延T-b和与当前反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；N大于等于2；

码率确定模块34，用于在反馈时间间隔分组结束后，根据反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

更新模块35，用于将发送端的发送码率更新为目标发送码率R。

应当理解的是，图3中的上述各模块可以在接收端实现，此时接收端则将计算得到的目标发送码率发送给发送端，发送端收到后对发送码率进行更新。

图3中上述步骤也可一部分由发送端实现，另一部分由接收到实现；例如上述时间提取模块31、码率确定模块34、更新模块35由接收端实现，码率确定模块34和更新模块35由接收端实现，也即接收端实现反馈时间间隔分组平均队列时延T-avg的计算并发给发送端；发送端则根据接收到的反馈时间间隔分组平均队列时延T-avg得到目标发送码率R并进行更新。

还应当的理解是，图3中的上述装置还可以是完全独立于发送端和接收端之外的第三方装置，只要其能与发送端和接收端完成相应的信息交互即可。

在本实施例中，具体可按照反馈时间间隔T-r进行分组得到，本实施例中的反馈时间间隔小于等于RTCP的反馈周期T；且可设定为一个固定值，此时在计时到达设定的反馈时间间隔T-r时，该反馈时间间隔分组结束。例如当反馈周期为4s时，则反馈时间间隔可设置为小于等于4s的一个值，例如也设置为4s,则当计时器达到4s时这个反馈时间间隔分组就结束。

另外，为了提升网络拥塞控制的实时性，本实施例可设置反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在该反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束反馈时间间隔分组。其中网络检测时间间隔T-c小于反馈时间间隔T-r。此时该反馈时间间隔分组可能是计时达到反馈时间间隔T-r结束，也可能还未达到反馈时间间隔T-r，在网络检测时间间隔T-c检测到网络变差时就直接结束。

基本时延计算模块32根据接收时间t1和发送时间t2得到当前反馈时间间隔分组内当前数据包的基本时延T-b具体为：基本时延T-b＝接收时间t1-发送时间t2

本实施例中的处理模块33包括：

平均基本时延计算子模块，用于根据与当前反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg：

T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；

上述w(1),w(2),……，w(N)为对应最近的N个反馈时间间隔分组的加权值；T-b(1)′、T-b(2)′、……、T-b(N)′则为最近的N个反馈时间间隔分组的基本时延。

本实施例中N的取值可以根据具体的应用场景等因素灵活设定，其取值不宜过大，否则对实际网络的反应速度比较慢；也不宜取值过小，否则抖动会比较大，本实施例优选N的取值为8-12，例如取为10；

由于在同等的网络环境下，码率越小，计算得到的基本时延T-b′也就越准确，所以根据各时间间隔分组接收到的总数据量S(也即S-total,指在一个反馈时间间隔分组所接收到的所有数据包的总和)对基本时延T-b′进行加权时，总数据量S越小，对应的加权值w越大。因此，在当前反馈时间间隔分组内新接收到一个数据包后，则对该反馈时间间隔分组的中数据量进行更新；

在本实施例中，获取到与当前反馈时间间隔分组最接近的N个反馈时间间隔分组后，可将这N个反馈时间间隔分组按照接收到的总数据量S的大小进行排序，总数据量最小的排在第一，往后依次增加。排在第一的当前反馈时间间隔分组的基本时延T-b′的加权值设置为最大，后续的则依次减小；此时上式中w(1),w(2),……，w(N)对应的各时间间隔分组接收到的总数据量S的关系为从小到大依次排序；w(1),w(2),……，w(N)的大小关系为从大到小依次排序w(1),w(2),……，w(N)对应的关系为从小到大依次排序。且本实施例中的w(1)+w(2)+……+w(N)＝1；

队列时延计算子模块，用于将当前反馈时间间隔分组内当前数据包的基本时延T-b减去通过上式计算得到的平均基本时延T-b-avg得到反馈时间间隔分组的队列时延T-q；即：T-q＝t1-t2-T-b-avg；

平均队列时延计算子模块，用于根据T-q计算当前反馈时间间隔分组的平均队列时延T-q-avg，具体为：

平均队列时延T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q；

上式中的T-q-avg′为当前反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；k为权重值，其取值大于等于0.9，小于等于0.99。

本实施例中的码率确定模块34包括：

比较子模块，用于确定所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围；

码率调整子模块，用于根据比较子模块的确定结果将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率，具体包括：

在确定结果为平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，此时认为网络状况良好，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R，具体提升的幅度可根据实际应用场景灵活设定；

在确定结果为平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，此时可认为网络状况不太稳定，保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在确定结果为平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，此时则认为网络状况较差，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在确定结果为平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，此时则认为网络状况非常差，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

其中第一档降低值小于第二档降低值，第二档降低值小于第三档降低值；每一档降低的幅度也可根据不同的应用场景按需设定。

实施例三：

本实施例以一具体的网络系统为例对本发明做进一步示例性说明。请参见图4所示，发送端100通过中间网元300与接收端200进行通信。中间网元300由一个或多个路由器组成；发送端100主要包含RTP发送模块、RTCP接收模块、音视频数据编码模块和采集模块；接收端200主要包括RTP接收模块、RTCP发送模块、上述基于队列时延的拥塞控制装置、音视频数据解码模块和播放模块。

对于发送端100，其发送模块的发送码率由接收端通过RTCP反馈而得，发送端100启动接收RTCP数据包线程和定时器，比如，可以设定RTCP的反馈周期为4秒，则定时器的超时时间可以设置为2倍的RTCP反馈周期，即8秒。如果在定时器超时之前接收到RTCP反馈数据,则根据RTCP头字段中的码率更新当前的RTP发送模块的发送码率；如果没有接收到RTCP反馈数据超时，则直接减小当前的RTP发送模块的发送码率，比如降为原来的50％。自此，发送端100就可以根据更新的发送码率进行发送RTP数据，并且在每个RTP包的包头标记该包的发送时间t2，以便接收端200使用。

本实施例采用固定的反馈时间间隔，固定为4秒为例进行示例说明，在分组时间间隔4秒内，接收端200接收到RTP数据后，先解析RTP头里的包发送时间T_send，并获取当前系统时间T_recv，并将T_send和T_recv以及数据包的包长S_data三个参数传给带宽估计模块。

首先，基于队列时延的拥塞控制装置根据T_send和T_recv计算该分组的基本时延T_basedelay，比如取T_send和T_recv差值的最小值作为该分组的基本时延T_basedelay；同时，根据数据包长S_data更新该分组实际接收的总数据量S_total。

其次，根据T_send和T_recv的差值及最近N个分组的基本时延得到的平均基本时延T_basedelay_avg得到该数据包的队列时延T_queuedelay，即

T_queuedelay＝T_recv–T_send–T_basedelay_avg

再其次，根据T_queuedelay计算该分组的平均队列时延T_queuedelay_avg。在实施例中，采用加权重的方式计算，即

T_queuedelay_avg＝k*T_queuedelay_avg+(1-k)*T_queuedelay；

其中，k＝0.9。

在同一分组时间内，如此循环处理，不断更新该分组的基本时延T_basedelay、平均队列时延T_queuedelay_avg、实际接收包总数据量S_total等值。

分组时间结束后，基于队列时延的拥塞控制装置根据如上统计的基本时延T_basedelay、平均队列时延T_queuedelay_avg、实际接收包总数据量S_total计算当前网络适合的码率R，计算方法及详细步骤如下：

首先，基于最近的N个分组，根据当前分组的基本时延T_basedelay和接收包总数据量S_total更新平均基本时延T_basedelay_avg，即

T_basedelay_avg＝w₁*T_basedelay(1)′+…+w_n*T_basedelay(N)′；

其中，N为最近的N个分组，w_n为第N个分组的权重，上述N个分组实际接收到总数据量按照从小到大依次排列。

N值不宜取值过大，否则对实际网络的反应速度比较慢；N值也不宜取值过小，抖动比较大。经验取值N＝10。

由于在同等的网络环境下，码率越小，计算得到的基本时延T_basedelay越准确，所以根据接收包总数据量S_total对基本时延T_basedelay进行加权，S_total越小，对应的权值w越大。本发明实施例采用的加权因子为1/2，即

w₁＝1/2；w₂＝1/4；…；w_k＝1/2^k；……；w_n-1＝1/2^n-1；w_n＝1/2^n-1；

其次，根据平均队列时延T_queuedelay_avg计算目标码率R。本发明实施例基于队列时延的拥塞控制装置采用低通滤波器计算最终的目标码率R，并设定低通滤波器最小队列时延T_queuedelay_min(也即最小队列时延阈值)为100ms，最大队列时延T_queuedelay_max(也即中间队列时延阈值)为400ms，超大队列时延T_queuedelay_mmax(也即最大队列时延阈值)为2000ms。如果当前分组平均队列时延T_queuedelay_avg小于最小队列时延T_queuedelay_min，则认为网络状况良好，可以尝试升码率；如果介于最小队列时延T_queuedelay_min和最大队列时延T_queuedelay_max之间，则认为网络状况不稳定，可以小幅度降码率；如果介于最大队列时延T_queuedelay_max和超大队列时延T_queuedelay_mmax之间，则认为网络状况较差，有造成网络拥塞的可能，可以较大幅度降码率；如果大于超大队列时延T_queuedelay_mmax，则认为当前网络状况很差，已经处于网络拥塞状态，直接大幅降码率。其升降码率的幅度可以根据不同的应用场景按需设定。

最后，基于队列时延的拥塞控制装置将计算结果通过RTCP发送模块反馈给发送端100，并重置基于队列时延的拥塞控制装置，以备下一个分组统计。

综上所述，通过本发明可结合多个反馈时间间隔分组进行队列延时的计算，能准确的反应当前网络的状况，因此利用其计算出的发送码率能适应网络抖动，能有效的防止拥塞，提高网络带宽使用率，提高用户体验。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，包括：

在当前反馈时间间隔分组内，当接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；

根据所述接收时间t1和发送时间t2得到所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b；

根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；所述N大于等于2；

在所述反馈时间间隔分组结束后，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

将发送端的发送码率更新为所述目标发送码率R。

2.如权利要求1所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，

根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg包括：

根据与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；所述w(1),w(2),……，w(N)为加权值；

将所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b减去所述平均基本时延T-b-avg得到所述反馈时间间隔分组的队列时延T-q；

所述平均队列时延T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q,所述T-q-avg′为反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；所述k大于等于0.9，小于等于0.99。

3.如权利要求2所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，所述w(1),w(2),……，w(N)对应的各时间间隔分组接收到的总数据量S的关系为从小到大依次排序；所述w(1),w(2),……，w(N)的大小关系为从大到小依次排序。

4.如权利要求3所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，所述w(1)+w(2)+……+w(N)＝1。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，所述反馈时间间隔分组内所述数据包基本时延T-b＝接收时间t1-发送时间t2。

6.如权利要求1-4任一项所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在计时到达所述反馈时间间隔T-r时所述反馈时间间隔分组结束。

7.如权利要求1-4任一项所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在所述反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束所述反馈时间间隔分组；所述网络检测时间间隔T-c小于所述反馈时间间隔T-r。

8.如权利要求1-4任一项所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R包括：

根据所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率。

9.如权利要求8所述的基于队列时延的拥塞控制方法，其特征在于，根据所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率包括：

在所述平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在所述平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

所述第一档降低值小于所述第二档降低值，所述第二档降低值小于所述第三档降低值。

10.一种基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，包括：

时间提取模块，用于在当前反馈时间间隔分组内，在接收端接收到新的数据包后，获取接收端接收该数据包的接收时间t1以及发送端发送该数据包的发送时间t2；

基本时延计算模块，用于根据所述接收时间t1和发送时间t2得到所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b，

处理模块，用于根据所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b和与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到所述反馈时间间隔分组当前的平均队列时延T-q-avg；所述N大于等于2；

码率确定模块，用于在所述反馈时间间隔分组结束后，根据所述反馈时间间隔分组的平均队列时延T-avg得到目标发送码率R；

更新模块，用于将发送端的发送码率更新为所述目标发送码率R。

11.如权利要求10所述的基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，所述处理模块包括：

平均基本时延计算子模块，用于根据与所述反馈时间间隔分组最近的前N个反馈时间间隔分组的基本时延T-b′得到平均基本时延T-b-avg＝w(1)*T-b(1)′+w(2)*T-b(2)′+……+w(N)*T-b(N)′；所述w(1),w(2),……，w(N)为加权值；

队列时延计算子模块，用于将所述反馈时间间隔分组内所述数据包的基本时延T-b减去所述平均基本时延T-b-avg得到所述反馈时间间隔分组的队列时延T-q；

平均队列时延计算子模块，用于根据T-q-avg＝k*T-q-avg′+(1-k)*T-q计算得到平均队列时延；所述T-q-avg′为反馈时间间隔分组内截止上一接收到的数据包得到的平均队列时延；所述k大于等于0.9，小于等于0.99。

12.如权利要求10或11所述的基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在计时到达所述反馈时间间隔T-r时所述反馈时间间隔分组结束。

13.如权利要求10或11所述的基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，所述反馈时间间隔分组的反馈时间间隔T-r为小于等于反馈周期T的固定值，在所述反馈时间间隔T-r内，按照预设网络检测时间间隔T-c对当前网络进行检测，并与上一网络检测时间间隔T-c的检测结果进行比对，在比对结果为网络变差时，结束所述反馈时间间隔分组。

14.如权利要求10或11所述的基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，所述码率确定模块包括：

比较子模块，用于确定所述平均队列时延T-avg所处的队列时延范围；

码率调整子模块，用于根据所述比较子模块的确定结果将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率。

15.如权利要求14所述的基于队列时延的拥塞控制装置，其特征在于，码率调整子模块根据比较子模块的确定结果将当前的发送码率进行对应的提升或降低得到目标发送码率：

在所述确定结果为平均队列时延T-avg小于等于最小队列时延阈值时，将当前发送码率进行提升得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于最小队列时延阈值，小于等于中间队列时延阈值时，保持当前发送码率不变或者将当前发送码率进行第一档降低后得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于中间队列时延阈值时，小于等于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第二档降低后得到目标发送码率R；

在所述确定结果为平均队列时延T-avg大于最大队列时延阈值时，将当前发送码率进行第三档降低后得到目标发送码率R；

所述第一档降低值小于所述第二档降低值，所述第二档降低值小于所述第三档降低值。