CN112162694B - 一种数据传输速度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据传输速度控制方法及装置，应用于第一端向第二端传输数据，包括：获取传输过程中第一端内部的第一缓存空间使用率C₁和第二端内部的第二缓存空间使用率C₂以及C₁和C₂的升降变化趋势；基于C₁、C₂、C₁和C₂的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度v₁，若是则调节v₁至v₁满足v_1min≤v₁≤v₂≤v₃同时v₁最大或者v₁＝0，否则以当前v₁进行数据传输。本发明能够基于变化的网络传输速度和磁盘写入速度，调节第一端传输速度以实现传输速度最大程度的利用网络资源和磁盘资源，以实现高速数据传输过程中数据不丢失且传输速度快。

Description

一种数据传输速度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种数据传输速度控制方法及装置。

背景技术

在网络两端的设备之间进行高速数据传输过程中，比如在高速相机在拍摄过程中视频图像数据的传输过程中，一般在设备通过网络传输数据之前和通过网络接收数据之前，发送设备会先将数据传输到发送设备的缓存区，然后利用网络传输到接收设备的缓存区，最后由接收设备的缓存区写入接收设备的磁盘，由于网络传输速度和磁盘写入速度的不稳定，导致发送设备将数据传输到发送设备的缓存区的速度大小设置会受影响，该传输速度如果设置高了，在网络状态比较差时和磁盘写入速度不理想时会有数据大量的丢失；传统的做法是以网络状态和磁盘写入最差时的带宽为标准去设置传输速度，这样可以保证数据在传输的过程中不会丢失，是以牺牲速度保证质量的一种做法，但是这样设置的传输速度会在网络速度良好或者磁盘写入速度良好时无法最大程度利用网络速度和磁盘写入速度。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种数据传输速度控制方法及装置，

本发明的一种数据传输速度控制方法及装置，具备如下有益效果：

1.本发明对于数据传输速度的控制，能够适应变化的网络带宽和磁盘写入速度，并且能够在变化后的网络传输速度和磁盘写入速度两者之间平衡，调节v₁使v₁满足v₁≤v₂≤v₃的同时v₁最大，以实现传输速度尽可能最大且与网络传输速度和磁盘写入速度匹配，不会导致两个设备的缓存区的数据量逐渐增多甚至超过理想范围，获得最优的数据传输速度，以最大程度的利用网络资源和磁盘资源，以实现高速数据传输过程中数据不丢失且传输速度快。

2.本发明对于数据传输速度的控制，基于C₁、C₂、C₁和C₂的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度v₁以及对应匹配的调节方法，调节条件判断以及调节算法简单，实现准确的获取第一端的数据上传速度v₁的调节目标值，且在需要降低v₁时，该目标值的设置结合v₁调节至目标值的时间关联，v₁调节至目标值的时间又与控制算法关联，使得目标值不会太小，使v₁满足v₁≤v₂≤v₃的同时v₁达到最大，同时调节过程兼具控制算法的优点可以精准控制逐渐至目标值，实现调节过程的稳定。

附图说明

图1为本发明的一种数据传输速度控制方法，第一端向第二端传输数据的过程示意图；

图2为图1中的一个应用场景示意图；

图3为本发明的一种数据传输速度控制方法的流程框图；

图4为本发明中调节v1降低至第一匹配值的过程中v1和v2的变化曲线；

图5为本发明中调节v1降低至第二匹配值的过程中v1和v2的变化曲线；

图6为本发明中调节v1降低至第三匹配值的过程中v1和v2的变化曲线；

图7为本发明的一种数据传输速度控制装置的模块结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案进一步说明。

本发明实施例提供了一种数据传输速度控制方法，应用于第一端向第二端传输数据，包括如下步骤：

(11)获取传输过程中第一端内部的第一缓存空间使用率C₁和第二端内部的第二缓存空间使用率C₂以及C₁和C₂的升降变化趋势；

(12)基于C₁、C₂、C₁和C₂的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度v₁，若是则进入步骤(13)，否则以当前v₁进行数据传输；

(13)调节v₁至v₁满足v_1min≤v₁≤v₂≤v₃同时v₁最大或者v₁＝0，使C₁和C₂均为非上升状态且C₁和C₂均小于预设上限阈值，其中v_1min为v₁的预设下限阈值，v₂为网络传输速度，v₃为第二端的磁盘写入速度。

如图1所示，v₁影响第一缓存空间的输入数据量，v₂影响第一缓存空间的输出数据量，v₂影响第二缓存空间的输入数据量，v₃影响第二缓存空间的输出数据量，当v₁＜v₂时，C₁逐渐下降，反之C₁逐渐上升，当v₂＜v₃时，C₂逐渐下降，反之C₂逐渐上升。

基于对C₁和C₂两个参数判断当前的第一端的数据上传速度v₁是否与网络传输速度和磁盘写入速度达到匹配以及是否在匹配的情况下达到最大传输速度，以实现数据传输过程中不会因v₁太小，对良好的网络传输速度和磁盘写入速度造成资源浪费，同时不会因v₁太大，造成缓存空间使用率太大而导致数据丢失，同时在C₁和C₂至少一个为上升状态时就对v₁进行调节，使缓存处于一个优态，避免C1或者C2的值一直上升，可以避免C₁和C₂达到预设上限阈值的发生，从而避免数据丢失，同时实现使得缓存处于一个优态，不能让C1或者C2的值一直上升，而一旦C₁和C₂至少一个达到预设上限阈值，直接调节v₁＝0，停止第一端的数据上传，减少数据的丢失。

参见图2，如果以在高速相机在拍摄过程中视频图像数据的传输过程中为例，则第一端为高速相机，第二端为PC端，第一端内部的第一缓存空间为位于高速相机内部FPGA上ARM的缓存区，第二端内部的第二缓存空间为PC端的缓存区，中间通过百兆或千兆网或万兆网等传输视频图像数据。

为了精准调节v₁至目标值，本发明实施例中在调节v₁至v₁满足v_1min≤v₁≤v₂≤v₃同时v₁最大时，调节过程基于动态变化的调节步长逐步调节至目标值，所述调节步长基于当前时刻的v₁和目标值的差值变化进行动态变化。

在该调节过程中，采用逐步调节方法，使得调节过程精准控制且稳定，不会造成反复情况，且该调节过程中调节步长与目标值有关，从而导致调节至目标值的时间也由目标值决定，速度变化曲线也由目标值决定。具体的采用PID控制算法，记目标值为v_G，则v₁随时间变化过程为：

其中e(t)为当前时刻的v₁与目标值v_G的差值，P(t)为当前时刻获取的调节步长；

进一步的，为了保证PID控制算法对v₁调节的稳定性，本发明实施例可采用模糊推理方法动态确定P(t)的参数K₁、K₂和K₃，具体的模糊推理方法为：

设置e(t)和e(t)变化率的不同等级；

根据预设隶属度函数分别获取e(t)和e(t)变化率不同等级的隶属度，并获取e(t)和e(t)变化率不同等级的组合隶属度；

根据经验设置模糊推理规则表，得到e(t)和e(t)变化率不同等级组合后的控制规则；

将e(t)和e(t)变化率数值输入模块推理模块；

模块推理模块根据e(t)和e(t)的变化率的不同组合情况查找预设模糊推理规则表，匹配对应的控制规则，即得到当前e(t)和e(t)变化率时，P(t)的参数K₁、K₂和K₃，使得PID控制器的参数适应外界干扰的变化。

上述步骤(12)中，若C₁和C₂均为下降状态且均小于预设上限阈值或者C₁、C₂中至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，需要调节v₁，否则均不需要调节。

上述步骤(13)具体包括：

(41)判断C₁和C₂中是否至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，若是则进入步骤(42)，否则进入步骤(43)；

(42)判断当前时刻第一端的数据上传速度v₁是否为预设下限阈值v_1min，若是则发生告警信息且调节v₁＝0，否则进入步骤(43)；

(43)基于C₁和C₂满足的条件匹配对应的调节规则对v₁进行调节；

(44)基于调节后的v₁进行数据传输。

本发明实施例在对v₁进行调节前先判断，当前状态下如果要需要调低v₁，v₁是否还有向下调节的空间，如果说当前状态下是以v₁的预设下限阈值v_1min进行数据传输的且C₁和C₂仍然至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，则产生警告，直接停止第一端的数据上传，即v₁＝0，等待C1和C2处于阈值范围内后再次进行第一端数据上传的传输控制。

上述(43)中基于C₁和C₂满足的条件，匹配的调节规则包括：

若C₁和C₂均为下降状态且均小于预设上限阈值，此时v₁＜v₂＜v₃，记此时v₁＝v₁₀，逐渐提高v₁至v₁′，v₁′满足：

若C₁和C₂至少一个大于预设上限阈值，则直接调节v₁＝v_1min，否则：

若C₁和C₂至少一个为上升状态则调节v₁降低至匹配值，该匹配值根据具体的v₁和当前状态下的v₃、v₂、C₁、C₂以及v_1min、C_1max、C_2max具体设置，实现对调节目标的精准确定，同时实现调节过程的逐步控制和目标值最佳匹配当前网络传输速度和磁盘写入速度，具体的，调节v₁降低至匹配值的方法包括：

C₁上升，C₂非上升时，此时v₂＜v₁＜v₃或者v₂≤v₃＜v₁，则逐渐调节v₁降低，调节后的v₁满足：

C₁非上升，C₂上升时，

若v₁＜v₃＜v₂，记此时为t₁时刻，逐渐调节v₁降低至第一匹配值v₁₁，所述v₁₁满足：v_1min≤v₁₁≤v₁₀，且：

若v₃＜v₁≤v₂，则逐渐调节v₁降低至第二匹配值v₁₂，所述v₁₂满足：v_1min≤v₁₂≤v₃，且：

该过程与v₁＜v₃＜v₂时调节v₁至v₁₁的过程类似，该过程中v1和v2的变化情况参见图5。

C₁和C₂均上升时，此时v₃＜v₂＜v₁，则逐渐调节v₁降低至第三匹配值v₁₃，所述v₁₃满足：v_1min≤v₁₃≤v₃，且：

其中，其中v₁₀、v₂₀、C₁₀、C₂₀分别为t₁时刻时的v₁、v₂、C₁、C₂，t₁≤t′₂≤t₂≤t₃，t′₂为v₁₀调节至第三匹配值v₁₃之前调节至v₂₀的时刻，t₂为v₁₀调节至匹配值v₁₁或v₁₂或v₁₃的时刻，t₃为C₁下降至0的时刻，C_1max为C₁的预设上限阈值，C_2max为C₂的预设上限阈值，v₁(t)为v₁随时间的调节变化曲线，由v₁的调节控制算法确定。

参见图4，在v₁降低至第一匹配值v₁₁的过程中，此时调节v₁由v₁₀降低到v₁₁的过程同时发生C₁逐渐下降，记C₁下降，C₂上升时为t1时刻，记此时v₁＝v₁₀,v₂＝v₂₀,C₁＝C₁₀,C₂＝C₂₀，v₁₀调节至第一匹配值v₁₁的时刻为t₂，C₁下降至0的时刻为t₃，t₂≤t₃，则在t₁到t₂时刻，v₁是不断减小的且这个时间段内C₁是下降状态，C₂是上升状态，在t₂到t₃时刻，v₁是不变的且这个时间段内C₁是下降状态，C₂是上升状态，直至t₃时刻C₁下降至0，此时v₂随着v₁由v₂₀变为v₂₁＝v₁₁，此时v₁＝v₂＜v₃，则在t₁到t₃时刻，C₂满足在v₂₀和v₃对C₂影响状态下，C₂未上升至C₂的上限阈值C_2max。

参见图6，记C₁上升，C₂上升时为t₁时刻，t₁时刻时，记v₁＝v₁₀,v₂＝v₂₀,C₁＝C₁₀,C₂＝C₂₀，v₁₀调节至第三匹配值v₁₃之前调节至v₂₀的时刻为t′₂，v₁₀调节至第三匹配值v₁₃的时刻为t₂，C₁下降至0的时刻为t₃，t′₂≤t₂≤t₃，则在t₁到t′₂时刻，v₁逐渐下降，v₁＞v₂，C₁和C₁均为上升状态，直至v₁逐渐下降至v₂₀，v₁＜v₂，C₁下降C₁上升，在t′₂到t₂时刻，v₁继续下降，C₁下降C₁上升，直至v₁逐渐下降至v₁₃，在t₂到t₃时刻，v₁不变，C₁下降C₁上升，直至t₃时刻C₁下降至0，同时v₂随着v₁变为v₁₃，此时v₁＝v₂≤v₃，则在t₁到t′₂时刻，C₁为上升状态，C₁满足在v₂₀和不断调节的v₁(t)对C₁的影响状态下，C₁未上升至C₁的上限阈值C_1max，在t₁到t₃时刻，C₂满足在v₂₀和v₃对C₂影响状态下，C₂未上升至C₂的上限阈值C_2max。

基于上述一种数据传输速度控制方法，本发明实施例还提供了一种数据传输速度控制装置，包括：

基础数据获取单元，用于获取第一端内部的第一缓存空间使用率C₁和第二端内部的第二缓存空间使用率C₂以及C₁和C₂的升降变化趋势；

传输速度调节判断单元，基于C₁、C₂、C₁和C₂的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度v₁，若是进入传输速度调节单元，否则以当前v₁进行数据传输；

传输速度调节单元，用于调节v₁至v₁满足v_1min≤v₁≤v₂≤v₃同时v₁最大或者v₁＝0，使C₁和C₂均为非上升状态且C₁和C₂均小于预设上限阈值，其中v_1min为v₁的预设下限阈值，v₂为网络传输速度，v₃为第二端的磁盘写入速度。

调节过程控制单元，用于在调节v₁至v₁满足v_1min≤v₁≤v₂≤v₃同时v₁最大时，调节过程基于动态变化的调节步长逐步调节至目标值，所述调节步长基于当前时刻的v₁和目标值的差值变化进行动态变化。

相应的，本发明实施例还提供了一种数据传输速度控制设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现前述数据传输速度控制方法。

对于本发明实施例公开的装置、设备、存储介质而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。本文中所公开的实施例描述的方法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数据传输速度控制方法，其特征在于：应用于第一端向第二端传输数据，包括如下步骤：

（11）获取传输过程中第一端内部的第一缓存空间使用率和第二端内部的第二缓存空间使用率/>以及/>和/>的升降变化趋势；

（12）基于、/>、/>和/>的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度/>，若是则进入步骤（13），否则以当前/>进行数据传输；其中，若/>和/>均为下降状态且均小于预设上限阈值或者/>、/>中至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，需要调节/>；

（13）调节至/>满足/>同时/>最大或者/>=0，使/>和/>均为非上升状态且/>和/>均小于预设上限阈值，其中/>为/>的预设下限阈值，/>为网络传输速度，/>为第二端的磁盘写入速度；

所述步骤（13）具体包括：（41）判断和/>中是否至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，若是则进入步骤（42），否则进入步骤（43）；（42）判断当前时刻第一端的数据上传速度/>是否为预设下限阈值/>，若是则发生告警信息且调节/>=0，否则进入步骤（43）；（43）基于/>和/>满足的条件匹配对应的调节规则对/>进行调节；（44）基于调节后的进行数据传输；

所述（43）中基于和/>满足的条件，匹配的调节规则包括：若/>和/>均为下降状态且均小于预设上限阈值，此时/>，记此时/>，逐渐提高/>至/>，/>满足：；若/>和/>至少一个大于预设上限阈值，则直接调节/>，否则：若/>和/>至少一个为上升状态则调节/>降低至匹配值；

所述调节降低至匹配值的方法包括：

上升，/>非上升时，此时/>，则逐渐调节/>降低，调节后的/>满足：/>；

非上升，/>上升时，

若，记此时为/>时刻，逐渐调节/>降低至第一匹配值/>，所述/>满足：/>，且：/>；

若，则逐渐调节/>降低至第二匹配值/>，所述/>满足：/>，且：；

和/>均上升时，此时/>，则逐渐调节/>降低至第三匹配值/>，所述/>满足： ，且：/>，其中，其中/>分别为时刻时的/>，/>，/>为/>调节至第三匹配值/>之前调节至/>的时刻，/>为/>调节至匹配值/>或/>或/>的时刻，/>为/>下降至0的时刻，/>为/>的预设上限阈值，/>为/>的预设上限阈值，/>为/>随时间的调节变化曲线，由/>的调节控制算法确定。

2.根据权利要求1所述的一种数据传输速度控制方法，其特征在于：所述调节至/>满足/>同时/>最大时，调节过程基于动态变化的调节步长逐步调节至目标值，所述调节步长基于当前时刻的/>和目标值的差值变化进行动态变化。

3.一种数据传输速度控制装置，其特征在于：包括：

基础数据获取单元，用于获取第一端内部的第一缓存空间使用率和第二端内部的第二缓存空间使用率/>以及/>和/>的升降变化趋势；

传输速度调节判断单元，基于、/>、/>和/>的升降变化趋势判断是否需要调节第一端的数据上传速度/>，若是进入传输速度调节单元，否则以当前/>进行数据传输；

传输速度调节单元，用于调节至/>满足/>同时/>最大或者/>=0，使/>和均为非上升状态且/>和/>均小于预设上限阈值，其中/>为/>的预设下限阈值，/>为网络传输速度，/>为第二端的磁盘写入速度；

其中，传输速度调节判断单元中，若和/>均为下降状态且均小于预设上限阈值或者、/>中至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，需要调节/>；

传输速度调节单元中，具体包括：（41）判断和/>中是否至少一个为上升状态或者至少一个大于预设上限阈值，若是则进入步骤（42），否则进入步骤（43）；（42）判断当前时刻第一端的数据上传速度/>是否为预设下限阈值/>，若是则发生告警信息且调节/>=0，否则进入步骤（43）；（43）基于/>和/>满足的条件匹配对应的调节规则对/>进行调节；（44）基于调节后的/>进行数据传输；

所述（43）中基于和/>满足的条件，匹配的调节规则包括：若/>和/>均为下降状态且均小于预设上限阈值，此时/>，记此时/>，逐渐提高/>至/>，/>满足：；若/>和/>至少一个大于预设上限阈值，则直接调节，否则：若/>和/>至少一个为上升状态则调节/>降低至匹配值；

所述调节降低至匹配值的方法包括：

上升，/>非上升时，此时/>，则逐渐调节/>降低，调节后的/>满足：/>；

非上升，/>上升时，

若，记此时为/>时刻，逐渐调节/>降低至第一匹配值/>，所述/>满足：/>，且：/>；

若，则逐渐调节/>降低至第二匹配值/>，所述/>满足：/>，且：；

和/>均上升时，此时/>，则逐渐调节/>降低至第三匹配值/>，所述/>满足： ，且：/>，其中，其中/>分别为时刻时的/>，/>，/>为/>调节至第三匹配值/>之前调节至/>的时刻，/>为/>调节至匹配值/>或/>或/>的时刻，/>为/>下降至0的时刻，/>为/>的预设上限阈值，/>为/>的预设上限阈值，/>为/>随时间的调节变化曲线，由/>的调节控制算法确定。

4.根据权利要求3所述的一种数据传输速度控制装置，其特征在于：还包括调节过程控制单元，用于在调节至/>满足/>同时/>最大时，调节过程基于动态变化的调节步长逐步调节至目标值，所述调节步长基于当前时刻的/>和目标值的差值变化进行动态变化。

5.一种数据传输速度控制设备，其特征在于：包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述的数据传输速度控制方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述的数据传输速度控制方法。