CN106533963A - 一种流媒体传输的网络拥塞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流媒体传输的网络拥塞控制方法，包含三步主要步骤，第一步，计算丢包率以及延时变化，第二步，根据丢包率和延时变化对网络的拥塞状况进行划分，第三步，根据网络的拥塞情况，对传输的发送方的发送速率以及传输的周期进行调整，将所述网络的拥塞情况本发明根据丢包率和延时变化来划分网络的拥塞状况，从而动态地调整流媒体的传输以避免拥塞，使网络数据的传输能充分利用网络带宽，减小传输时延，降低网络丢包率。

Description

一种流媒体传输的网络拥塞控制方法

技术领域

本发明涉及流媒体传输领域，涉及一种流媒体传输的网络拥塞控制方法。

背景技术

在流媒体系统中，数据的传输需要传输协议的支持。流媒体技术作为网络中重要的组成部分，拓宽了流媒体业务的应用领域。流媒体视频流是现在网络中的主要业务量，在流媒体传输中，经常出现网络拥塞的现象，当拥塞发生时，最直观的表现是流媒体视频质量变差，而网络中的直接体现是数据丢包率增加，因此，需要对流媒体传输进行控制，从而减少网络拥塞。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的流媒体传输的网络拥塞控制方法。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：一种流媒体传输的网络拥塞控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

设定传输的周期，通过统计在一个传输的周期内传输的接收方收到数据包的数量以及传输的发送方发送数据包的数量，来计算丢包率，并且采用低通滤波器对丢包率进行平滑处理，得到经过经过平滑处理后的丢包率，根据传输的接收方收到数据包的时间与传输的接收发送数据包的时间，两者相减得到数据包的单向延时，将一个传输的周期内传输的接收方收到数据包的数量n带入，用以下公式定义延时变化函数来计算延时变化：

其中，i＝1,…，n为数据包的序号，T_i表示数据包i的单向延时，T_i-1表示数据包i-1的单向延时，函数P()表示计算括号内的式子为假时为1，否则为0；

2)根据经过平滑处理后的丢包率和延时变化对网络的拥塞状况将网络的拥塞情况分为空闲、轻负载、适中负载、满负载、堵塞五种，当经过平滑处理后的丢包率小于等于2.5％时，网络的拥塞情况为空闲，当经过平滑处理后的丢包率在2.5％与3.2％之间时，网络的拥塞情况为轻负载，当经过平滑处理后的丢包率在3.2％与3.8％之间并且延时变化不为正值时，网络的拥塞情况为适中负载，经过平滑处理后的丢包率在3.2％与3.8％之间并且延时变化为正值或者经过平滑处理后的丢包率在3.8％之上并且延时变化不为正值时，网络的拥塞情况为满负载，经过平滑处理后的丢包率在3.8％之上并且延时变化为正值时，网络的拥塞情况为堵塞；

3)根据网络的拥塞情况，对传输的发送方的发送速率以及传输的周期进行调整，调整的规则为：网络的拥塞情况为空闲，新的传输的发送方的发送速率为传输的发送方的发送速率的2倍，同时新的传输的周期为传输的周期的1.5倍；网络的拥塞情况为轻负载，新的传输的发送方的发送速率为在传输的周期内最大传输的发送方的发送速率与最小传输的发送方的发送速率的差的二分之一加上传输的发送方的发送速率；网络的拥塞情况为适中负载，维持传输的发送方的发送速率以及传输的周期不变；网络的拥塞情况为满负载，新的传输的发送方的发送速率为传输的发送方的发送速率减去在传输的周期内最大传输的发送方的发送速率与最小传输的发送方的发送速率的差的二分之一；网络的拥塞情况为堵塞，新的传输的发送方的发送速率为传输的发送方的发送速率减去在传输的周期内最大传输的发送方的发送速率与最小传输的发送方的发送速率的差，同时新的传输的周期为传输的周期的二分之一。

本发明的有益成果是：本发明根据丢包率和延时变化来划分网络的拥塞状况，从而动态地调整流媒体的传输以避免拥塞，使网络数据的传输能充分利用网络带宽，减小传输时延，降低网络丢包率。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：

实施例1：当拥塞发生时，最直观的表现是流媒体视频质量变差，而网络中的直接体现是数据丢包率增加。因此，很多拥塞控制算法都是丢包率作为网络拥塞发生的标准。丢包率作为网络拥塞发生的标志有一定的缺陷：当丢包率很大时说明网络拥塞已经发生，且可能正进一步加剧。当网络中的丢包率很大时，才进行传输速率的调整，会有一定的滞后性。然而，当网络中拥塞要发生时，网络中的数据包数量己经超过其承载能为，数据包在网络中的排队时延增加，所以到达接收端的数据包的延时也増加。而传输延时能更早反映网络的状况，在丢包发生前网络延时己经大大增加。因此使用传输延时判断网络是否发生拥塞，能更早的反馈网络负载信息。单一的采用丢包率和传输时延都不能准确的反应网络状况，又因为流媒体并不对每个数据包进行确认，所测量往返延时需要发送探测包，这增加了网络传输数据量，降低网络利用率。因此，使用单向延时测量网络状态。同时考虑丢包率因素，本发明提出了使用丢包率与单向时延相结合的方式作为拥塞是否发生的判断标准。

本发明拥塞控制的基本思想是：根据丢包率和时延变化趋势设定两个主口限值，网络的拥塞情况分为空闲、轻负载、适中负载、满负载、堵塞五种。发送端从而可根据网络所处的状态调节传输的周期、数据发送速率。在实际应用中，还可以对网络的拥塞情况的划分动态地调整，即动态地调整划分的界限值。

界限值的选取非常重要，界限值选取的太低会使系统的网络带宽不能充分利用，若选取的太高，网络长时间处于接近拥塞状态，则会对负载敏感，会出现振荡调节的现象。所以，可以对界限值适当地调整。首先，设定初始的界限值，界限值根据发送端速率的调整而动态更新。当网络的拥塞情况是处于空闲或轻负载状态，此时网络中的数据包数量应该相对少，且链路带宽未被充分利用。但数据包的延时却有不断增加的现象时，推测可能是界限值的下限偏高，此时减少界限值的上限值。当网络处于拥塞状态时，如果进行了多次次速率调整，但拥塞并未改善，则可能在拥塞非常严重时才进行调节，拥塞上限值设置的过大。此时，需要下调丢包率界限值的上限值。如果同一界限值刚进行上调接着又进行下调时，则恢复界限值为变化前的数值。

实施例2：本发明设定了传输的周期，通过统计在一个传输的周期内传输的接收方收到数据包的数量以及传输的发送方发送数据包的数量，来计算丢包率，并且采用低通滤波器对丢包率进行平滑处理，得到经过经过平滑处理后的丢包率。接收端统计一个传输的周期t内接收到的数据包数量为C，根据发送端发送的数据包数量为M，则接收端统计这周期内的数据包丢失率D(t)为C/M。单一的网络丢包不能判断是使用协议引起的丢包还是因网络拥塞引起的丢包，丢包率作为判断网络状态的重要标准，若一发生丢包就对网络速率进行调整会使视频播放速率更新过于频繁，视频质量不稳定。所以，一般采用低通滤波器对丢包率进行平滑处理，来减小数据的波动性。使用低通滤波器平滑后的数据包丢失率为λD(t)+(1-λ)D(t-1)，用λ来表示平滑因子。D(t-1)表示前一个周期的数据包丢失率。λ值越大越能显示网络的变化情况，小的λ值却能更好地起到平滑网络的作用，所以λ的取值对网络状态的判断影响很大，根据相关研究，λ取值0.7较合适。

为了使发送端能更好地了解网络状况，更快地接收到接收端的反馈信息，更快地更新网络发送端发送速率来适应网络状态的变化，所以，当网络中的传输时延增加时，为了更好的反应网络的状态，应适当增加传输的周期，使发送端的发送速率快速减小，从而减少网络处于拥塞的时间。当网络处于空闲状态时，可适当地减小反馈周期。过短的周期会增加网络的负载，极限情况会增加了网络中无用信息包的数量，且当网络处于拥塞状态时，过多的信息包更加剧了网络的拥塞。而过长的周期会使发送速率的更新跟不上网络状态的变化，所以周期不能无限制增加或减小。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

本发明的有益成果是：本发明根据丢包率和延时变化来划分网络的拥塞状况，从而动态地调整流媒体的传输以避免拥塞，使网络数据的传输能充分利用网络带宽，减小传输时延，降低网络丢包率。

Claims (1)

1.一种流媒体传输的网络拥塞控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

1)设定传输的周期，通过统计在一个所述传输的周期内传输的接收方收到数据包的数量以及传输的发送方发送数据包的数量，来计算丢包率，并且采用低通滤波器对所述丢包率进行平滑处理，得到经过平滑处理后的所述丢包率，根据传输的接收方收到数据包的时间与传输的接收发送数据包的时间，两者相减得到数据包的单向延时，将一个所述传输的周期内所述传输的接收方收到数据包的数量n带入，用以下公式来计算延时变化DT：

$DT=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}P(T_i\≤T_{i-1})}{n-1}$

其中，i＝1,…，n为数据包的序号，T_i表示序号为i的数据包的单向延时，T_i-1表示序号为i-1的数据包i-1的单向延时，函数P()的值的计算方法为，计算括号内的式子，当括号内的式子为假时为1，否则为0；

2)根据所述经过平滑处理后的所述丢包率和所述延时变化对网络的拥塞状况将所述网络的拥塞情况分为空闲、轻负载、适中负载、满负载、堵塞五种，当所述经过平滑处理后的所述丢包率小于等于2.5％时，所述网络的拥塞情况为空闲，当所述经过平滑处理后的所述丢包率在2.5％与3.2％之间时，所述网络的拥塞情况为轻负载，当所述经过平滑处理后的所述丢包率在3.2％与3.8％之间并且所述延时变化不为正值时，所述网络的拥塞情况为适中负载，当所述经过平滑处理后的所述丢包率在3.2％与3.8％之间并且所述延时变化为正值或者所述经过平滑处理后的所述丢包率在3.8％之上并且所述延时变化不为正值时，所述网络的拥塞情况为满负载，当所述经过平滑处理后的所述丢包率在3.8％之上并且所述延时变化为正值时，所述网络的拥塞情况为堵塞；

3)根据所述网络的拥塞情况，对传输的发送方的发送速率以及所述传输的周期进行调整，调整的规则为：当所述网络的拥塞情况为空闲，新的所述传输的发送方的发送速率为所述传输的发送方的发送速率的2倍，同时新的所述传输的周期为所述传输的周期的1.5倍；当所述网络的拥塞情况为轻负载，新的所述传输的发送方的发送速率为在所述传输的周期内最大传输的发送方的发送速率与最小传输的发送方的发送速率的差的二分之一加上所述传输的发送方的发送速率；所述网络的拥塞情况为适中负载，维持所述传输的发送方的发送速率以及所述传输的周期不变；当所述网络的拥塞情况为满负载，新的所述传输的发送方的发送速率为所述传输的发送方的发送速率减去在所述传输的周期内所述最大传输的发送方的发送速率与所述最小传输的发送方的发送速率的差的二分之一；所述网络的拥塞情况为堵塞，新的所述传输的发送方的发送速率为所述传输的发送方的发送速率减去在所述传输的周期内所述最大传输的发送方的发送速率与所述最小传输的发送方的发送速率的差，同时新的所述传输的周期为所述传输的周期的二分之一。