CN111601177B - 一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法，通过对一段时间内发送的数据包总数与传输过程中丢失的数据包个数进行统计，得到该时间段内的网络丢包情况。在发送端统计网络丢包率，减少了因为接收端反馈过程而增加的延迟，使统计过程更加实时准确。并且，本发明为判断是否丢包提供了可靠的统计依据，以及，通过基于发送端的实时连续统计进行丢包判断，消除了基于接收端反馈统计时反馈信息受网络波动的影响，避免了对接收端的依赖。

Description

一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法
技术领域
本发明属于视频传输技术领域，具体涉及一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法。
背景技术
随着第三代移动通信技术(3rd-generation，简称3G)网络、长期演进项目(LongTerm Evolution，简称LTE)网络、无线局域网(Wireless Local Access Network，简称WLAN)等无线网络覆盖率不断提高，以及带有摄像头的手机及其他便携设备的发展，实时的视频交互类应用的使用越来越广泛。这类视频交互应用的实时性需求对网络延迟提出更高的要求，同时也对网络带宽波动，丢包等因素更加敏感。但是，无线网络本身便存在着丢包率较高，带宽波动大等缺点，这也给基于无线网络的实时视频传输造成了更大困难。
数据丢包时延是随机的，现有技术对于数据包的时延缺乏统计，有的只是单纯基于接收端反馈信息到达后得到的传输时延，然而整个网络状况是实时变化的，接收端接收到反馈信息的时延也是不断变化的。在这些技术中，对于数据包延时方面，往往没有采取手段进行估计。数据包的丢包与否在这些技术中通常是以一个具体的固定时间阈值为界限，当数据包时延超过这个时间则视为丢包，否则视为正常接收。现有技术既缺乏对数据包时延分布情况的实时估计，也没能给出可靠地丢包判别依据
发明内容
针对上述提到的现有技术中的问题，提出一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法，包括：
步骤1，生成视频序列，所述视频序列中包括多个的数据帧；
步骤2，发送端传输视频序列；
步骤3，发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验；
步骤4，根据网络传输状态的统计，评估所述网络传输性能；
步骤5，根据性能评估，实时动态地调节纠删码冗余度；
步骤6，接收端接收发送端传输的视频序列；
步骤7，按照固定的帧率进行视频的播放。
本发明在数据传输过程中对数据包往返时延进行统计分析，确定定常速率发送的数据包在网络传输中的时延服从正态分布，本发明将数据包丢失作为原假设H0，将数据包正常到达作为备选假设H1，显著性水平取0.05。通过发送端得到的单个数据包往返时延λRTT与通过对该包之前连续数据包的传输时延进行统计得到的λ′RTT＝μRTT+2σRTT进行比较，若出现λRTT≥λ′RTT，说明落入小概率的事件中，则判定为H0，即认为该数据包在网络传输过程丢失，否则为H1。通过对一段时间内发送的数据包总数与传输过程中丢失的数据包个数进行统计，得到该时间段内的网络丢包情况。在发送端统计网络丢包率，减少了因为接收端反馈过程而增加的延迟，使统计过程更加实时准确。并且，本发明为判断是否丢包提供了可靠的统计依据，以及，通过基于发送端的实时连续统计进行丢包判断，消除了基于接收端反馈统计时反馈信息受网络波动的影响，避免了对接收端的依赖。另外，在线统计检验过程中通过滑动窗口的方式更新用于检验的均值与标准差，使统计过程更加及时。
附图说明
图1本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的系统进行进一步的说明。
为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1所示，本发明提供了一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法，包括：
步骤1，生成视频序列，所述视频序列中包括多个的数据帧；
步骤2，发送端传输视频序列；
步骤3，发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验；
步骤4，根据网络传输状态的统计，评估所述网络传输性能；
步骤5，根据性能评估，实时动态地调节纠删码冗余度；
步骤6，接收端接收发送端传输的视频序列；
步骤7，按照固定的帧率进行视频的播放。
优选地，其中，所述步骤3，发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验，具体包括：
步骤2-1，统计一段时间内N次连续的数据包网络往返时延，得到初始化的该段时间内数据包往返时延的平均值μRTT和标准差σRTT；
步骤2-2，对该段时间内连续的数据包往返时延进行统计确定时延阈值λ′RTT＝μRTT+2σRTT；
步骤2-3，获取发送端传输当前的单个数据包往返时延λRTT；
步骤2-4，将当前的数据包往返时延λRTT与通过对该包之前连续数据包的传输时延进行统计得到的时延阈值λ′RTT进行比较；
若出现λRTT≥λ′RTT，则表示数据包往返时延过长，判定为该当前数据包在网络传输过程中丢失，记录一次丢包；
若λRTT<λ′RTT，则表示数据包往返时延正常，采用滑动窗口的方式，将当前数据包的往返时延加入到对数据包往返时延的平均值μRTT和标准差σRTT的统计窗口中，并去掉其中最早的记录；
步骤2-5，发送端持续不断地记录丢失数据包的个数，根据一定周期内的数据包丢失个数与发送的数据包总数的统计，得到统计周期内的网络丢包率。
优选地，其中，N＝10。
优选地，其中，所述步骤2，采用发送端采用定常速率输出传输所述视频序列。
优选地，其中，所述发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验；根据网络传输状态的统计，评估所述网络传输性能；根据性能评估，实时动态地调节纠删码冗余度，具体包括：
统计一段时间内N次连续的数据包网络往返时延，得到初始化的该段时间内数据包往返时延的平均值μRTT和标准差σRTT；
对该段时间内连续的数据包往返时延进行统计确定时延阈值λ′RTT＝μRTT+2σRTT；
获取发送端传输当前的单个数据包往返时延λRTT；
将当前的数据包往返时延λRTT与通过对该包之前连续数据包的传输时延进行统计得到的时延阈值λ′RTT进行比较；
若出现λRTT≥λ′RTT，则表示数据包往返时延过长，判定为该当前数据包在网络传输过程中丢失，记录一次丢包；
若λRTT<λ′RTT，则表示数据包往返时延正常，使用滑动窗口的方式，设置窗口大小为M，每当得到新的数据包确认信息后，去掉窗口中最早的往返时延，将新的结果加入该窗口中，实现对数据包往返时延及数据包丢失情况的实时监测；
发送端根据公式(1)，得到丢包率结果，其中Nsend和Nloss分别表示一个统计周期内发送的数据包总数和丢失的数据包个数，r表示丢包率；
r＝(Nsend-Nloss)/Nsend (1)
根据N次数据包传输丢包率的统计，得到该段时间内数据包丢包率的平均值μPLR和标准差σPLR；
计算纠删码编码冗余度调整的参考比率：
rate＝μPLR+3σPLR (2)
根据纠删码编码冗余度调整的参考比率rate，调整发送端纠删码编码冗余度，更新数据包个数与冗余包个数；
使用滑动窗口的方式，设置窗口大小为M，每当得到新的丢包率后，去掉窗口中最早的丢包率数据，将新的结果加入该窗口中，实现对网络状况的实时监测。
本发明在数据传输过程中对数据包往返时延进行统计分析，确定定常速率发送的数据包在网络传输中的时延服从正态分布，本发明将数据包丢失作为原假设H0，将数据包正常到达作为备选假设H1，显著性水平取0.05。通过发送端得到的单个数据包往返时延λRTT与通过对该包之前连续数据包的传输时延进行统计得到的λ′RTT＝μRTT+2σRTT进行比较，若出现λRTT≥λ′RTT，说明落入小概率的事件中，则判定为H0，即认为该数据包在网络传输过程丢失，否则为H1。通过对一段时间内发送的数据包总数与传输过程中丢失的数据包个数进行统计，得到该时间段内的网络丢包情况。在发送端统计网络丢包率，减少了因为接收端反馈过程而增加的延迟，使统计过程更加实时准确。并且，本发明为判断是否丢包提供了可靠的统计依据，以及，通过基于发送端的实时连续统计进行丢包判断，消除了基于接收端反馈统计时反馈信息受网络波动的影响，避免了对接收端的依赖。
这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (3)

1.一种基于数据包往返时延分布的在线连续检验方法，其特征在于，包括：
步骤1，生成视频序列，所述视频序列中包括多个的数据帧；
步骤2，发送端传输视频序列；
步骤3，发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验；
步骤4，根据网络传输状态的统计，评估所述网络传输性能；
步骤5，根据性能评估，实时动态地调节纠删码冗余度；
步骤6，接收端接收发送端传输的视频序列；
步骤7，按照固定的帧率进行视频的播放；
所述步骤3，发送端对网络传输状态进行连续实时统计，所述连续实时统计包括对数据包往返时延分布的在线连续检验，具体包括：
步骤2-1，统计一段时间内N次连续的数据包网络往返时延，得到初始化的该段时间内数据包往返时延的平均值μRTT和标准差σRTT；
步骤2-2，对该段时间内连续的数据包往返时延进行统计确定时延阈值λR′TT＝μRTT+2σRTT；
步骤2-3，获取发送端传输当前的单个数据包往返时延λRTT；
步骤2-4，将当前的数据包往返时延λRTT与通过对该包之前连续数据包的传输时延进行统计得到的时延阈值λ′RTT进行比较；
若出现λRTT≥λ′RTT，则表示数据包往返时延过长，判定为该当前数据包在网络传输过程中丢失，记录一次丢包；
若λRTT<λ′RTT，则表示数据包往返时延正常，采用滑动窗口的方式，将当前数据包的往返时延加入到对数据包往返时延的平均值μRTT和标准差σRTT的统计窗口中，并去掉其中最早的记录；
步骤2-5，发送端持续不断地记录丢失数据包的个数，根据一定周期内的数据包丢失个数与发送的数据包总数的统计，得到统计周期内的网络丢包率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，N＝10。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤2，采用发送端采用定常速率输出传输所述视频序列。
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