CN109348259B - 一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统 - Google Patents

一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统，包括：在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。本发明在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。

Description

一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤指一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统。
背景技术
近些年来，随着移动网络的普及，基于网络传输的视频应用逐渐得到了广泛的应用。在公共安全领域，对于视频的传输有着全天候、全地形的要求，提供清晰度高、延时性小的视频传输有利于现场情况的及时掌握。但是由于无线网络天生的缺陷，网络传输中会出现丢包现象。丢包原因大致可以分为两类：一类是由于网络拥塞导致，当前的网络无法承载很高的码率；另一类是由于无线链路出错造成，如误码，无线网络质量差等原因。无论是何种原因导致丢包，都极大地影响无线网络的实时视频传输。因此，对网络可用带宽进行有效估计，是提高网络带宽利用率和提高服务质量的有效途径。
传输控制协议(TCP)中实现拥塞控制的机制包括两部分：慢启动和拥塞避免。为了提高传输效率，TCP Reno拥塞控制算法进一步引入快速重传和快速恢复算法，根据发送方收到的重复确认即可判定数据包的丢失，不用再等待到数据包超时。之后也有许多学者继续对其进行补充优化，使得在发生连续丢包的情况下，发送方能够更有效的进行拥塞控制。
目前比较流行的TCP友好速率控制算法(TCP-Friendly Rate Control，TFRC)，在保持对TCP流的友好性基础上，进行拥塞避免，在有线信道的传输中取得了良好的效果，但在无线网络环境中，由于信道环境的复杂性，达不到预期效果。鉴于信道环境复杂的无线网络环境，造成数据丢失的原因已经不仅仅局限于网络拥塞。无线链路的高误码率成为导致网络拥塞的主要原因，未对网络可用带宽进行估计和预测，直接采用有线网络中的规则，势必降低带宽利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统，通过对网络环境进行探测，估计网络可用带宽模型，对网络码流的大小进行预测，尽可能使得网络的传输速率得到较高的应用，该方法在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
本发明提供的技术方案如下：
一种无线网络视频的发送码率调整方法，包括：在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
在上述技术方案中，通过对网络环境进行探测，从概率的角度入手，预测网络可用带宽，进而对下一时间段的视频业务的发送码率进行预测，使得网络的传输速率得到较高的应用，该方法在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
进一步优选的，所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率具体包括：根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率。
在上述技术方案中，通过多次探测来预测下一时间段的视频业务的发送码率，可以使无线网络视频的目标发送码率估算更准确。
进一步优选的，在所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽之后还包括：对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为第一种候选发送码率；根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息；根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率。
在上述技术方案中，考虑了更多的影响网络可用带宽的因素，增加了网络延时信息，如果采用加权求和的方式计算目标发送码率，可以针对不同的网络调整两种候选发送码率的权重，使网络可用带宽估计更准确，从而使带宽利用率更高。
进一步优选的，所述的根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型，具体包括：根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布。
进一步优选的，所述方差στ的计算公式为：
Figure BDA0001866067680000031
所述均值μ的计算公式为：
μ＝R1-στφ-1(f1)；
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，φ-1为标准正态分布函数的反函数。
进一步优选的，所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽具体包括：通过以下公式计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽：
Figure BDA0001866067680000041
其中，BWn为第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽，Tc为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，Ts为当前时间段的起始时间，Tn为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；μn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，σn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，φ-1为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
在上述技术方案中，给出了一种遵循正态分布的网络可用带宽模型，以及基于该模型每次多速率网络探测的网络可用带宽的计算方法，实验和理论证明正态分布模型比较适合无线传输网络，它可以使网络可用带宽预测更准确。
本发明还提供一种无线网络视频的发送码率调整系统，包括：探测模块，用于在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；以及，根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；模型建立模块，用于根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；码率计算模块，用于根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；码率调整模块，用于根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
在上述技术方案中，通过对网络环境进行探测，从概率的角度入手，预测网络可用带宽，进而对下一时间段的视频业务的发送码率进行预测，使得网络的传输速率得到较高的应用，该方法在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
进一步优选的，所述码率计算模块，根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；以及，对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率。
在上述技术方案中，通过多次探测来预测下一时间段的视频业务的发送码率，可以使无线网络视频的目标发送码率估算更准确。
进一步优选的，所述码率计算模块，还用于对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为第一种候选发送码率；以及，根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息；以及，根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；以及，根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率。
在上述技术方案中，考虑了更多的影响网络可用带宽的因素，增加了网络延时信息，如果采用加权求和的方式计算目标发送码率，可以针对不同的网络调整两种候选发送码率的权重，使网络可用带宽估计更准确，从而使带宽利用率更高。
进一步优选的，所述模型建立模块，用于根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；以及，根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；以及，根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布。
在上述技术方案中，给出了一种遵循正态分布的网络可用带宽模型，实验和理论证明正态分布模型比较适合无线传输网络，它可以使网络可用带宽预测更准确。
通过本发明提供的一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统，能够带来以下至少一种有益效果：
1、通过对网络环境进行探测，从概率的角度入手，预测网络可用带宽，进而对下一时间段的视频业务的发送码率进行预测，使得网络的传输速率得到较高的应用，该方法在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
2、考虑了更多的影响网络可用带宽的因素，增加了网络延时信息，如果采用加权求和的方式计算目标发送码率，可以针对不同的网络调整两种候选发送码率的权重，使网络可用带宽估计更准确，从而使带宽利用率更高。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种无线网络视频的发送码率调整方法及系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种无线网络视频的发送码率调整方法的一个实施例的流程图；
图2是本发明的一种无线网络视频的发送码率调整方法的另一个实施例的流程图；
图3是本发明的一种无线网络视频的发送码率调整方法的另一个实施例的流程图；
图4是本发明的一种无线网络视频的发送码率调整系统的一个实施例的结构示意图；
图5是本发明的一种无线网络视频的发送码率调整方法的另一个实施例的多次探测的示意图。
附图标号说明：
110.探测模块，120.模型建立模块，130.码率计算模块，140.码率调整模块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图，并得到其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，一种无线网络视频的发送码率调整方法，包括：
步骤S100在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息。
步骤S200根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息。
具体的，探测流是指用于测试当前网络状态的测试数据包。多速率网络探测(后续简称为探测)是为了了解当前网络状态。每次探测包括至少两次探测流发送，且每次的发送速率不一样；每次探测还包括对应每次探测流发送的接收端所反馈信息的接收。示例，在当前时间段进行一次探测，该探测包括两次探测流发送，比如第1次以码率R1＝5kB/s发送50个包，然后隔一段时间或紧接着再进行第2次发送，以码率R2＝10kB/s发送50个包；在第1次50个包发完之后，约10s收到接收端反馈，成功收到30个包；在第2次50个包发完之后，收到接收端反馈，成功收到20个包；根据上述信息，一次探测流发送的发包信息为发包速率5kB/s、发包数50，收包信息为收到的包数30；另一次探测流发送的发包信息为发包速率10kB/s、发包数50，收包信息为收到的包数20。根据上述信息，得到一次探测流发送的发包成功概率为0.6，另一次探测流发送的发包成功概率为0.4。一次探测流发送的发包信息、收包信息、发包成功概率，和另一次探测流发送的发包信息、收包信息、发包成功概率构成了这次探测对应的探测信息。
在当前时间段可以进行多次探测，比如进行2次探测，每次探测包括两次探测流发送，简单起见，2次探测中的每次探测可以按照相同的发包速率和发包数进行一次探测流发送、按照相同的发包速率和发包数进行另一次探测流发送，比如，2次探测的第一次探测是按照发包速率5kB/s、发包数50个进行一次探测流发送，按照发包速率10kB/s、发包数60个进行另一次探测流发送；第二次探测还是按照发包速率5kB/s、发包数50个进行一次探测流发送，按照发包速率10kB/s、发包数60个进行另一次探测流发送。当然，多次探测中的每次探测的每个探测流的发包速率和发包数也可以不同。在当前时间段可以进行多次探测，每次探测还可以进行超过两次的探测流发送。
步骤S300根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型。
具体的，无线网络可用带宽受多个因素影响，随时间t动态变化。在时间段[t,t+τ]的端到端可用带宽A(t,t+τ)可以看成关于时间t的一个函数，将它视为一个随机过程Aτ(t)，其中τ是时间观测尺度。假设这个过程是稳态一致的分布在整个时间尺度上，那么在时间t上这个过程可以被描述为一个随机变量Aτ，该随机变量Aτ服从正态分布。所以网络可用带宽模型为正态分布模型。
根据探测信息估算当前时间段的网络可用带宽的均值和方差，从而得到对应的正态分布模型。
步骤S400根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；
具体的，网络传输概率是根据高层应用需求所确定出能够承受的网络风险大小。比如要求视频播放质量高、清晰度好、无卡顿等，则需要将网络传输的概率设得较高，如0.85。如果视频质量要求不高，只要基本能看就行，则网络传输的概率可以设得较低，如0.6。概率越大，对应需要的网络可用带宽越大。
根据网络可用带宽模型可以推导出网络可用带宽落在某个范围的概率，反过来，根据需要达到的概率也可以估计最小的网络可用带宽。根据该最小的网络可用带宽确定无线网络视频的目标发送码率，使该目标发送码率不大于该最小的网络可用带宽。
步骤S500根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，使用目标发送码率发送下一时间段的视频业务；在下一时间段，在发送正常的视频业务同时进行探测流发送，根据探测信息估算网络可用带宽，从而调整下下一时间段的视频业务的发送。如此循环，从而动态的估计网络可用带宽，根据网络可用带宽动态地调整视频业务的发送。比如，当网络可用带宽低时，选择低的发送码率进行视频传输，从而避免丢包的产生，避免网络拥塞；当网络可用带宽升高时，则选择高的发送码率进行视频传输，从而提高视频的清晰度以及带宽利用率。
本实施例，在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，一种无线网络视频的发送码率调整方法，包括：
步骤S100在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；
步骤S200根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
步骤S310根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；
所述方差στ的计算公式为：
Figure BDA0001866067680000101
步骤S320根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；
所述均值μ的计算公式为：
μ＝R1-στφ-1(f1)
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，φ-1为标准正态分布函数的反函数；
步骤S330根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布。
具体的，根据大数定理，当每次探测流发送的发包数(比如50)足够大时，必然有f1≈Fτ(R1)，其中，R1为一个探测流的发包速率，f1为一个探测流的发包成功概率，Fτ(a)为随机变量Aτ的概率分布函数。同理，当以另一种速率R2发送另一个探测流时，存在f2≈Fτ(R2)，其中，R2为另一个探测流的发包速率，f2为另一个探测流的发包成功概率。
网络可用带宽模型服从正态分布。根据探测信息的一个探测流的发包速率及发包成功概率、另一个探测流的发包速率及发包成功概率，按照上述相应的公式，计算每次探测对应的正态分布的均值和方差。根据该均值和方差，构建该网络可用带宽模型。
步骤S410根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；
步骤S420对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率；
根据以下公式计算当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn：
Figure BDA0001866067680000111
Figure BDA0001866067680000112
其中，Tc为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，Ts为当前时间段的起始时间，Tn为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；μn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，σn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，φ-1为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
具体的，假设当前时间段内有n次探测，按照上述公式分别计算当前时间段内第1次探测对应的网络可用带宽BW1～第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn，在BW1～BWn中取最小值，将该最小值作为无线网络视频的目标发送码率。
步骤S500根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，如图5所示，在当前时间段进行了n次探测。每次探测，根据得到的探测信息，基于正态分布模型计算网络可用带宽模型。根据预先确定的网络传输所需要的概率和每次探测对应的网络可用带宽模型，计算每次探测对应的网络可用带宽，所以得到n个网络可用带宽值。从这n个网络可用带宽值取最小值，作为下一时间段的视频业务的发送码率。
本实施例提供了一种基于多次探测来调整下一时间段的视频业务的发送码率，多次探测可以使无线网络视频的目标发送码率估算更准确。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，一种无线网络视频的发送码率调整方法，包括：
步骤S100在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；
步骤S200根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
步骤S310根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；
所述方差στ的计算公式为：
Figure BDA0001866067680000121
步骤S320根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；
所述均值μ的计算公式为：
μ＝R1-στφ-1(f1)
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，φ-1为标准正态分布函数的反函数；
步骤S330根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布；
步骤S410根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；
根据以下公式计算当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn：
Figure BDA0001866067680000131
Figure BDA0001866067680000132
其中，Tc为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，Ts为当前时间段的起始时间，Tn为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；μn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，σn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，φ-1为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
步骤S430对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为第一种候选发送码率。
步骤S431根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息。
具体的，假设当前时间段只进行了一次探测，每次多速率网络探测进行两次探测流发送，则根据两次探测流发送的发包信息和收包信息，可以统计总的发包数和总的收包数，由此得到总的丢包数，将总的丢包数除以总的发包数，得到丢包率。根据每个探测流的每个数据包的发送时间和收到时间，得到每个数据包的单向传输延时时间；对所有探测流的所有数据包的单向传输延时时间进行加和求平均，得到单向网络延时，作为网络延时信息中的单向时延。
如果当前时间段进行了多次探测，可以按上述方法把多次探测看做一次探测，根据总的丢包数和总的发包数，得到丢包率；对所有探测流的所有数据包的单向传输延时时间进行加和求平均，得到单向网络延时，作为网络延时信息中的单向时延。针对多次探测，也可以采用其他方法，比如，根据每次多速率网络探测计算对应的丢包率和单向网络延时，再根据n次探测计算的n个丢包率进行加和求平均，得到当前网络的丢包率；根据n次探测计算的n个单向网络延时，进行加和求平均，得到网络延时信息中的单向时延。
网络延时信息中的双向环回时延等于网络延时信息中的单向时延的2倍。
步骤S432根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；
通过以下公式计算所述第二种候选发送码率R0：
Figure BDA0001866067680000141
其中，RTT为所述网络延时信息中的双向环回时延，RTO为所述网络延时信息中的单向时延，P为所述丢包率。
具体的，根据当前网络的丢包率和网络延时信息，按照上述公式计算第二种候选发送码率。
步骤S433根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率；
具体的，对第一种候选发送码率和第二种候选发送码率进行加权求和，作为无线网络视频的目标发送码率；或对第一种候选发送码率和第二种候选发送码率进行加和求平均，将该平均值作为无线网络视频的目标发送码率。
步骤S500根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，本实施例提供了另一种方法计算目标发送码率，考虑了更多的影响网络可用带宽的因素，增加了网络延时信息，如果采用加权求和的方式计算目标发送码率，可以针对不同的网络调整两种候选发送码率的权重，使网络可用带宽估计更准确，从而使带宽利用率更高。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，一种无线网络视频的发送码率调整系统，包括：
探测模块110，用于在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；以及，根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
具体的，探测流是指用于测试当前网络状态的测试数据包。多速率网络探测(后续简称为探测)是为了了解当前网络状态。每次探测包括至少两次探测流发送，且每次的发送速率不一样；每次探测还包括对应每次探测流发送的接收端所反馈信息的接收。示例，在当前时间段进行一次探测，该探测包括两次探测流发送，比如第1次以码率R1＝5kB/s发送50个包，然后隔一段时间或紧接着再进行第2次发送，以码率R2＝10kB/s发送50个包；在第1次50个包发完之后，约10s收到接收端反馈，成功收到30个包；在第2次50个包发完之后，收到接收端反馈，成功收到20个包；根据上述信息，一次探测流发送的发包信息为发包速率5kB/s、发包数50，收包信息为收到的包数30；另一次探测流发送的发包信息为发包速率10kB/s、发包数50，收包信息为收到的包数20。根据上述信息，得到一次探测流发送的发包成功概率为0.6，另一次探测流发送的发包成功概率为0.4。一次探测流发送的发包信息、收包信息、发包成功概率，和另一次探测流发送的发包信息、收包信息、发包成功概率构成了这次探测对应的探测信息。
在当前时间段可以进行多次探测，比如进行2次探测，每次探测包括两次探测流发送，简单起见，2次探测中的每次探测可以按照相同的发包速率和发包数进行一次探测流发送、按照相同的发包速率和发包数进行另一次探测流发送，比如，2次探测的第一次探测是按照发包速率5kB/s、发包数50个进行一次探测流发送，按照发包速率10kB/s、发包数60个进行另一次探测流发送；第二次探测还是按照发包速率5kB/s、发包数50个进行一次探测流发送，按照发包速率10kB/s、发包数60个进行另一次探测流发送。当然，多次探测中的每次探测的每个探测流的发包速率和发包数也可以不同。在当前时间段可以进行多次探测，每次探测还可以进行超过两次的探测流发送。
模型建立模块120，用于根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；
具体的，无线网络可用带宽受多个因素影响，随时间t动态变化。在时间段[t,t+τ]的端到端可用带宽A(t,t+τ)可以看成关于时间t的一个函数，将它视为一个随机过程Aτ(t)，其中τ是时间观测尺度。假设这个过程是稳态一致的分布在整个时间尺度上，那么在时间t上这个过程可以被描述为一个随机变量Aτ，该随机变量Aτ服从正态分布。所以网络可用带宽模型为正态分布模型。
根据探测信息估算当前时间段的网络可用带宽的均值和方差，从而得到对应的正态分布模型。
码率计算模块130，用于根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；
具体的，网络传输概率是根据高层应用需求所确定出能够承受的网络风险大小。比如要求视频播放质量高、清晰度好、无卡顿等，则需要将网络传输的概率设得较高，如0.85。如果视频质量要求不高，只要基本能看就行，则网络传输的概率可以设得较低，如0.6。概率越大，对应需要的网络可用带宽越大。
根据网络可用带宽模型可以推导出网络可用带宽落在某个范围的概率，反过来，根据需要达到的概率也可以估计最小的网络可用带宽。根据该最小的网络可用带宽确定无线网络视频的目标发送码率，使该目标发送码率不大于该最小的网络可用带宽。
码率调整模块140，用于根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，使用目标发送码率发送下一时间段的视频业务；在下一时间段，在发送正常的视频业务同时进行探测流发送，根据探测信息估算网络可用带宽，从而调整下下一时间段的视频业务的发送。如此循环，从而动态的估计网络可用带宽，根据网络可用带宽动态地调整视频业务的发送。比如，当网络可用带宽低时，选择低的发送码率进行视频传输，从而避免丢包的产生，避免网络拥塞；当网络可用带宽升高时，则选择高的发送码率进行视频传输，从而提高视频的清晰度以及带宽利用率。
本实施例，在保证和其他TCP流的友好性基础上，提升了网络可用带宽的利用率，提升了视频业务的发送速率。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，一种无线网络视频的发送码率调整系统，包括：
探测模块110，用于在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；以及，根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
模型建立模块120，用于根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；以及，根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；以及，根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布；
通过以下公式计算所述方差στ：
Figure BDA0001866067680000171
通过以下公式计算所述均值μ：
μ＝R1-στφ-1(f1)；
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，φ-1为标准正态分布函数的反函数。
具体的，根据大数定理，当每次探测流发送的发包数(比如50)足够大时，必然有f1≈Fτ(R1)，其中，R1为一个探测流的发包速率，f1为一个探测流的发包成功概率，Fτ(a)为随机变量Aτ的概率分布函数。同理，当以另一种速率R2发送另一个探测流时，存在f2≈Fτ(R2)，其中，R2为另一个探测流的发包速率，f2为另一个探测流的发包成功概率。
网络可用带宽模型服从正态分布。根据探测信息的一个探测流的发包速率及发包成功概率、另一个探测流的发包速率及发包成功概率，按照上述相应的公式，计算每次探测对应的正态分布的均值和方差。根据该均值和方差，构建该网络可用带宽模型。
码率计算模块130，用于根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；以及，对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率；
根据以下公式计算当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn：
Figure BDA0001866067680000181
Figure BDA0001866067680000182
其中，Tc为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，Ts为当前时间段的起始时间，Tn为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；μn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，σn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，φ-1为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
具体的，假设当前时间段内有n次探测，按照上述公式分别计算当前时间段内第1次探测对应的网络可用带宽BW1～第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn，在BW1～BWn中取最小值，将该最小值作为无线网络视频的目标发送码率。
码率调整模块140，用于根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，如图5所示，在当前时间段进行了n次探测。每次探测，根据得到的探测信息，基于正态分布模型计算网络可用带宽模型。根据预先确定的网络传输所需要的概率和每次探测对应的网络可用带宽模型，计算每次探测对应的网络可用带宽，所以可得到n个网络可用带宽值。从这n个网络可用带宽值取最小值，作为下一时间段的视频业务的发送码率。
本实施例提供了一种基于多次探测来调整下一时间段的视频业务的发送码率，多次探测可以使无线网络视频的目标发送码率估算更准确。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，一种无线网络视频的发送码率调整系统，包括：
探测模块110，用于在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收各种速率发送探测流所反馈的收包信息；以及，根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
模型建立模块120，用于根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差；以及，根据所述探测信息，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值；以及，根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布；
通过以下公式计算所述方差στ：
Figure BDA0001866067680000201
通过以下公式计算所述均值μ：
μ＝R1-στφ-1(f1)；
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，φ-1为标准正态分布函数的反函数；
码率计算模块130，用于根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；以及，根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息；以及，根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；以及，根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率；
根据以下公式计算当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽BWn：
Figure BDA0001866067680000202
Figure BDA0001866067680000203
其中，Tc为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，Ts为当前时间段的起始时间，Tn为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；μn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，σn为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，φ-1为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
通过以下公式计算所述第二种候选发送码率R0：
Figure BDA0001866067680000211
其中，RTT为所述网络延时信息中的双向环回时延，RTO为所述网络延时信息中的单向时延，P为所述丢包率。
具体的，假设当前时间段只进行了一次探测，每次探测进行两次探测流发送，则根据两次探测流发送的发包信息和收包信息，可以统计总的发包数和总的收包数，由此得到总的丢包数，将总的丢包数除以总的发包数，得到丢包率。根据每个探测流的每个数据包的发送时间和收到时间，得到每个数据包的单向传输延时时间；对所有探测流的所有数据包的单向传输延时时间进行加和求平均，得到单向网络延时，作为网络延时信息中的单向时延。
如果当前时间段进行了多次探测，可以按上述方法把多次探测看做一次探测，根据总的丢包数和总的发包数，得到丢包率；对所有探测流的所有数据包的单向传输延时时间进行加和求平均，得到单向网络延时，作为网络延时信息中的单向时延。针对多次探测，也可以采用其他方法，比如，根据每次探测计算对应的丢包率和单向网络延时，再根据n次探测计算的n个丢包率进行加和求平均，得到当前网络的丢包率；根据n次探测计算的n个单向网络延时，进行加和求平均，得到网络延时信息中的单向时延。
网络延时信息中的双向环回时延等于网络延时信息中的单向时延的2倍。
根据当前网络的丢包率和网络延时信息，按照上述公式计算第二种候选发送码率。对第一种候选发送码率和第二种候选发送码率进行加权求和，作为无线网络视频的目标发送码率；或对第一种候选发送码率和第二种候选发送码率进行加和求平均，将该平均值作为无线网络视频的目标发送码率。
码率调整模块140，用于根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
具体的，本实施例提供了另一种方法计算目标发送码率，考虑了更多的影响网络可用带宽的因素，增加了网络延时信息，如果采用加权求和的方式计算目标发送码率，可以针对不同的网络调整两种候选发送码率的权重，使网络可用带宽估计更准确，从而使带宽利用率更高。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线网络视频的发送码率调整方法，其特征在于，包括：
在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收由接收端反馈的各种速率发送探测流对应的收包信息；
根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
根据所述探测信息和以下公式，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差
Figure DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 460588DEST_PATH_IMAGE002
；
根据所述探测信息和以下公式，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
：
Figure 1290DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为标准正态分布函数的反函数；
根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布；
根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；
根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
2.根据权利要求1所述的无线网络视频的发送码率调整方法，其特征在于，所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率具体包括：
根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；
对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率。
3.根据权利要求2所述的无线网络视频的发送码率调整方法，其特征在于，在所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽之后还包括：
对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为第一种候选发送码率；
根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息；
根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；
根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率。
4.根据权利要求1所述的无线网络视频的发送码率调整方法，其特征在于，所述的根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽包括：
通过以下公式计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽：
Figure 97291DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 573403DEST_PATH_IMAGE008
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽，
Figure 754855DEST_PATH_IMAGE010
为上一个时间段中第n次多速率网络探测的结束时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为当前时间段的起始时间，
Figure 99248DEST_PATH_IMAGE012
为当前时间段的第n次多速率网络探测的结束时间；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的均值，
Figure 800488DEST_PATH_IMAGE014
为当前时间段的第n次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型的方差，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为标准正态分布函数的反函数，p为预先确定的网络传输概率。
5.一种无线网络视频的发送码率调整系统，其特征在于，包括：
探测模块，用于在当前时间段进行不少于一次的多速率网络探测，在每次多速率网络探测时，以不同的速率至少两次发送探测流，并接收由接收端反馈的各种速率发送探测流对应的收包信息；以及，根据至少两次探测流发送的发包信息和收包信息，得到每次多速率网络探测对应的探测信息；
模型建立模块，用于根据所述探测信息和以下公式，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的方差
Figure 962348DEST_PATH_IMAGE016
：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
以及，根据所述探测信息和以下公式，得到每次多速率网络探测对应的正态分布的均值
Figure 850669DEST_PATH_IMAGE018
：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，R1为所述探测信息的一个探测流的发包速率，R2为所述探测信息的另一个探测流的发包速率，f1为所述探测信息的一个探测流的发包成功概率，f2为所述探测信息的另一个探测流的发包成功概率，
Figure 920125DEST_PATH_IMAGE020
为标准正态分布函数的反函数；
以及，根据所述方差和所述均值，得到每次多速率网络探测对应的网络可用带宽模型；所述网络可用带宽模型服从正态分布；
码率计算模块，用于根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算无线网络视频的目标发送码率；
码率调整模块，用于根据所述目标发送码率发送下一时间段的视频业务。
6.根据权利要求5中所述的无线网络视频的发送码率调整系统，其特征在于：
所述码率计算模块，根据所述网络可用带宽模型和预先确定的网络传输概率，计算每次多速率网络探测对应的网络可用带宽；以及，对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为无线网络视频的目标发送码率。
7.根据权利要求6所述的无线网络视频的发送码率调整系统，其特征在于：
所述码率计算模块，还用于对当前时间段内所有多速率网络探测对应的所有所述网络可用带宽取最小值，作为第一种候选发送码率；以及，根据当前时间段内所有多速率网络探测的探测信息，统计当前网络的丢包率和网络延时信息；以及，根据所述丢包率和所述网络延时信息，计算第二种候选发送码率；以及，根据所述第一种候选发送码率和所述第二种候选发送码率得到无线网络视频的目标发送码率。
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