CN1518285A - 一种实现流媒体服务的网络带宽检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现流媒体服务的网络带宽检测方法，该方法在用户点播流媒体节目时，流媒体服务器向用户播放器发送包括系统当前时间和随机非压缩数据的带宽测试报文，用户播放器收到上述报文后向流媒体服务器反馈用于测量网络带宽的响应报文，由流媒体服务器根据上述响应报文计算流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽；在流媒体播放过程中，流媒体服务器根据需要适时向用户播放器发送至少一次带宽测试报文，并根据用户播放器反馈的相应的响应报文得到当前流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽，取上述网络带宽的平均值作为最终的网络带宽；上述方案可以使流媒体服务器根据网络带宽选择与带宽相适应的媒体流，提高媒体播放质量。

Description

一种实现流媒体服务的网络带宽检测方法
技术领域
本发明涉及网络带宽的检测方法，尤其是用于实现流媒体服务的网络带宽检测方法。
背景技术
在实现流媒体服务的网络中，流媒体服务器需要将音频或视频(A/V)文件以流的方式传输，传输时需要根据网络不同的带宽，选择跟带宽相适应的节目流进行播放，在播放过程中根据网络带宽的变化调整流的速率，让传输的A/V信息自动适应带宽，并始终以流畅的方式播放。在实现流媒体服务过程中，流媒体编码工具能把媒体数据记录成不同速度的媒体流，然后存储在一个媒体文件或不同的媒体文件。当用户请求一个媒体节目内容时，用户会发送一个请求消息给流媒体服务器，请求服务器播放特定的媒体节目。流媒体服务器收到用户的点播请求，需要根据用户到流媒体服务器的网络带宽将相应的媒体文件以流的形式实时传输给用户。上述实时流式传输需要特定流媒体服务器采用特殊的网络协议实现。目前采用的实时流传输协议主要有实时传输协议(RTP)，同时在RTP协议基础上还定义了实时传输控制协议(RTCP)，用于反馈流传输的质量。
尽管RTSP协议提供了用户端播放器向流媒体服务器上报网络带宽的机制，但用户端播放器没有办法知道自己到流媒体服务器的真正网络带宽，播放器只能根据用户的设定知道最后一公里的网络带宽，如拨号接入、LAN接入的用户端线路的带宽。但从播放器到流媒体服务器网络可能需要经过多个中间网络，因此播放器到流媒体服务器的网络带宽并不等于用户接入到网络的用户端线路的带宽。RTCP协议还提供了数据传输的质量反馈机制，作为RTP传输协议的一部分，该机制与传输协议的流选择和阻塞控制有关，但是无法利用该机制给出的反馈信息计算网络的带宽。
由上述可知，根据现有的播放器向流媒体服务器反馈带宽的机制和传输质量反馈的机制，无法得到用户播放器到流媒体服务器的实际网络带宽，这必将对网络提供的流媒体的服务质量带来不良影响，并且使网络资源不能获得高效率的利用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够实时获得用户播放器到流媒体服务器之间实际网络带宽的实现流媒体服务的网络带宽检测方法，使用该方法能够提高网络提供的流媒体服务质量，使网络资源获得较高效率的利用。
为达到上述目的，本发明提供的一种实现流媒体服务的网络带宽检测方法，包括：
步骤1：在用户点播和/或播放流媒体节目时，流媒体服务器向用户播放器发送包括系统当前时间和非压缩数据的带宽测试报文；
步骤2：用户播放器收到上述报文后向流媒体服务器反馈用于测量网络带宽的响应报文，由流媒体服务器根据上述报文计算流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽。
在所述流媒体播放过程中，流媒体服务器根据需要适时向用户播放器发送至少一次带宽测试报文，并根据用户播放器反馈的相应的响应报文得到当前流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽，取上述网络带宽的平均值作为最终的网络带宽。
在所述用户点播流媒体节目时，步骤2所述响应报文包括：流媒体服务器发送测试数据包的系统当前时间(server-send-time)、播放器收到测试包的系统当前时间(player-resp-time)、播放器发送测试响应包的系统当前时间(player-rcv-time)、测试数据的长度(data-length)；流媒体服务器收到测试响应包的系统当前时间(server-rcv-resp-time)，按照该响应报文获得的网络带宽为：(data-length*8)/(k*RTT)；
式中，RTT＝(server-rcv-resp-time-server-send-time)-(player-resp-time-player-rcv-time)，K为带宽测量系数。
在所述用户点播流媒体节目时，步骤2所述响应报文也可以采用下述内容：流媒体服务器发送测试数据包的系统当前时间(SendTimeStamp)，按照该响应报文获得的网络带宽为：
(TestDataLength*8)/(RTT/2)；
式中，RTT＝CurTimeStamp-SendTimeStamp；CurTimeStamp为流媒体服务器接收到测试响应数据包的系统当前时间；TestDataLength为测试数据的长度。
在用户播放流媒体节目时，步骤1、2中，所述带宽测试报文为发送报告(SR)消息，所述测试响应报文为接收报告(RR)消息；所述RR消息包括：上一个SR包的NTP(网络时间协议)时间值(LSR)和从收到上一个SR消息到发送RR响应消息的时间(DLSR)；SR-Size为流媒体服务器发送的SR消息长度，RR-Size为收到的RR消息长度；A为流媒体服务器收到RR时的NTP时间；RTT＝A-LSR-DLSR；
所得到的网络带宽为：(SR-Size+RR-Size)/RTT。
更具体地说，在目前的流媒体服务网络中，当用户点播流媒体节目时，可以通过实时流传输协议(RTSP)或因特网控制报文(ICMP)的扩展来实现网络带宽的测量。
在用户播放流媒体节目时，可以通过RTSP协议的扩展或实时传输控制协议(RTCP)的扩展来实现网络带宽的测量。
由于本发明在用户点播和/或播放媒体节目时利用了带宽测量报文和响应报文进行了带宽的测量，比通过用户在播放器处设置网络带宽更能准确地反映流媒体服务器和用户播放器之间的网络带宽，从而使流媒体服务器可以根据网络带宽选择与带宽相适应的媒体流，提高媒体播放质量。
附图说明
图1是本发明所述方法的实施例流程图；
图2是ICMP发送消息报文结构图；
图3是ICMP响应消息报文结构图。
具体实施方式
本发明的技术方案能够实现从用户点播时测量用户播放器到流媒体服务器的网络带宽，并在流传输过程中计算网络的带宽的变化，根据网络带宽的变化调整流传输质量。具体做法是，在用户点播流媒体节目时，流媒体服务器向用户播放器发送包括系统当前时间和随机非压缩数据的带宽测试报文，用户播放器收到上述报文后向流媒体服务器反馈用于测量网络带宽的响应报文，由流媒体服务器根据上述响应报文计算流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽。为使带宽测量更准确，可以通过对多次求得的带宽做平均处理，以获得较准确的带宽测量值。另外，在流媒体播放过程中，流媒体服务器根据需要适时向用户播放器发送至少一次带宽测试报文，并根据用户播放器反馈的相应的响应报文计算得到当前流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽，取上述网络带宽的平均值作为最终的网络带宽。
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明所述方法的实施例流程图。图1所述实施例在用户点播流媒体节目时，通过实时流传输协议(RTSP，Realtime StreamingProtocol)的扩展来实现网络带宽的测量，当然也可以使用因特网控制报文协议(ICMP，Internet Control Message Protocol)的扩展来实现网络带宽的测量；当媒体播放过程中通过RTSP的扩展来实现网络带宽的测量，当然也可以使用实时传输控制协议(RTCP，Realtime TransmissionControl Protocol)的扩展来实现网络带宽的测量。
按照图1，当用户点播节目时，流媒体服务器首先在步骤1向用户播放器发送RTSP扩展选择(Options)消息，以该消息的报文作为测试数据包。在RTSP Options扩展报文数据包中包括：
发送的测试包的序列号(seqnum)、服务器发送测试数据包的系统当前时间(server-send-time)、测试数据包的长度(data-length)和1K的随机非压缩数据。
用户播放器在收到上述消息报文后，在步骤2返回响应消息报文，该响应报文包括：
接收的测试包的序列号(seqnum)、服务器发送测试数据包的系统当前时间(server-send-time)、播放器收到测试响应包的系统当前时间(player-rcv-time)、播放器发送测试响应包的系统当前时间(player-resp-time)和测试数据包的长度(data-length)。
流媒体服务器在步骤3接收到上述响应报文，根据响应报文测量网络带宽：
带宽BandWidth＝(data-length*8)/(k*RTT)；
其中，K为带宽测量系数，通常1/2＝＜K＜1；RTT(round-triptime)为往返时间，即测试数据包在流媒体服务器和用户播放器之间来回的时间，RTT＝(server-rcv-resp-time-server-send-time)-(player-resp-time-player-rcv-time)。
实际中的带宽可以通过多次重复上述步骤1到步骤3，并将每次获得的带宽相加后求平均作为最后的结果带宽。例如，流媒体服务器连续发送三次测试Options消息，每次序列号加一，测量的随机非压缩数据采用不同的测量长度，如256、512、1024 bytes。在根据用户播放器反馈的不同参数计算得三个不同的测量带宽值BandWidth1、BandWidth2、BandWidth3。则最终的测量带宽如下：
BandWidth＝(BandWidth1+BandWidth2+BandWidth3)/3；
由于流媒体服务的带宽不对称需求，只有在流媒体服务器向播放器发送的Options消息带随机非压缩数据，播放器的响应消息并不带随机压缩数据。
流媒体服务器播放的过程中，在步骤4使用RTCP的网络传输质量反馈信息计算RTT，然后计算带宽。也就是说，流媒体服务器在依步骤4传输流数据时，会不断地向用户播放器发送SR(发送报告)消息，SR消息包括发送者信息，如NTP网络传输协议时间、RTP实时传输协议时间、发送包个数、发送字节数等，播放器在收到SR消息时，会向服务器响应RR(接收报告)消息，RR包括以下测量信息：
Last SR timestamp(LSR)：上一个SR包的NTP(网络传输协议)时间值。
Delay Since Last SR(DLSR)：从收到上一个SR包到发送RR响应消息的时间。
媒体服务器在收到RR消息时，记下收到RR的NTP时间值A，则一次SR与RR包的RTT如下：RTT＝A-LSR-DLSR；
假设流媒体服务器上次发送的SR大小为SR-Size，收到的RR大小为RR-Size，则带宽为：
BandWidth＝(SR-Size+RR-Size)/RTT。
在步骤4中，服务器每隔一定时间就发送一个SR消息并收到一个RR消息，形成了一个时间序列，记每次发送的SR，RR相关参数如下：
LSR(i)：服务器第i次发送的SR消息时间值；
DLSR(i)：播放器第i次发送的RR与收到第i个SR的时间；
A(i)：服务器第i次收到RR的时间值；
SR-Size(i)：服务器第i次发送SR的大小；
RR-Size(i)：播放器第i次响应RR消息的大小；
则带宽测量中，RTT(i)＝A(i)-LSR(i)-DLSR(i)；
BandWidth(i)＝(SR-Size(i)+RR--Size(i))/RTT(i)；
服务器每次收到RR包都进行带宽的计算，然后计算三次连续带宽平均值，三次连续带宽平均值如下：
当i＝1，平均带宽BandWidth(i)＝BandWidth(1)；
当i＝2，平均带宽BandWidth(i)＝(BandWidth(1)+BandWidth(2))/2；
当i＝3时，平均带宽BandWidth(i)＝(BandWidth(i-2)+BandWidth(i-1)+BandWidth(i))/3。
如果在上述步骤1到步骤3利用ICMP扩展消息测量带宽，则流媒体服务器向用户播放器发送ICMP扩展消息报文作为测试报文，ICMP消息报文结构包括系统的当前时间值和1K的随机非压缩数据，客户端播放器返回响应消息，流媒体服务器根据响应消息计算RTT和带宽。也可以通过连续发送三次ICMP扩展消息，计算三次测量带宽，根据三次的测量带宽，计算网络的最终带宽。
ICMP扩展消息报文(ICMP Echo Request)的结构参考图2，图2中包括发送数据包时的系统时间，识别符在三次测量消息中一样，用于匹配三次的带宽测量，序列号标识发送包的序列号，用于匹配ICMP请求和响应消息：
播放器收到ICMP的Echo Request消息，返回响应消息(ICMP EchoRepley)，消息结构参考图3。流媒体服务器收到ICMP Echo Reply消息，读取系统的当前时间值，记为CurTimeStamp，系统发送时间为SendTimeStamp，测量数据长度为TestDataLength Bytes，则RTT如下：
RTT＝CurTimeStamp-SendTimeStamp；
带宽BandWidth＝(TestDataLength*8)/(RTT/2)；
假设流媒体服务器再发送三个具有不同测量数据长度测量消息，如256、512、1024字节的测量数据，计算三个不同的测量带宽BandWidth1、BandWidth2和BandWidth3，则最后系统测量带宽值如下：
BandWidth＝(BandWidth1+BandWidth2+BandWidth3)/3。
由此实现了当用户向流媒体服务器点播节目时，可以测量播放器到流媒体服务器的网络带宽，并根据网络带宽选择与带宽相适应的流进行播放。在播放流媒体节目过程中，根据反馈的质量信息计算网络带宽，实时调整流的传输以提高流的播放质量。

Claims (7)

1、一种实现流媒体服务的网络带宽检测方法，包括：
步骤1：在用户点播和/或播放流媒体节目时，流媒体服务器向用户播放器发送包括系统当前时间和非压缩数据的带宽测试报文；
步骤2：用户播放器收到上述报文后向流媒体服务器反馈用于测量网络带宽的响应报文，由流媒体服务器根据上述报文计算流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽。
2、根据权利要求1所述的网络带宽检测方法，其特征在于：
在所述流媒体节目播放过程中，流媒体服务器根据需要适时向用户播放器发送至少一次带宽测试报文，并根据用户播放器反馈的相应的响应报文得到当前流媒体服务器与用户播放器之间的网络带宽，取上述网络带宽的平均值作为最终的网络带宽。
3、根据权利要求1或2所述的网络带宽检测方法，其特征在于，在所述用户点播流媒体节目时，步骤2所述响应报文包括：流媒体服务器发送测试数据包的系统当前时间(server-send-time)、播放器收到测试包的系统当前时间(player-resp-time)、播放器发送测试响应包的系统当前时间(player-rcv-time)、测试数据的长度(data-length)；流媒体服务器收到测试响应包的系统当前时间(server-rcv-resp-time)，按照该响应报文获得的网络带宽为：(data-length*8)/(k*RTT)；
式中，RTT＝(server-rcv-resp-time-server-send-time)-(player-resp-time-player-rcv-time)，K为带宽测量系数。
4、根据权利要求1或2所述的网络带宽检测方法，其特征在于，在所述用户点播流媒体节目时，步骤2所述响应报文包括：流媒体服务器发送测试数据包的系统当前时间(SendTimeStamp)，按照该响应报文获得的网络带宽为：
(TestDataLength*8)/(RTT/2)；
式中，RTT＝CurTimeStamp-SendTimeStamp；CurTimeStamp为流媒体服务器接收到测试响应数据包的系统当前时间；TestDataLength为测试数据的长度。
5、根据权利要求1或2所述的网络带宽检测方法，其特征在于，在用户播放流媒体节目时，步骤1、2中，所述带宽测试报文为发送报告(SR)消息，所述测试响应报文为接收报告(RR)消息；所述RR消息包括：上一个SR包的NTP(网络时间协议)时间值(LSR)和从收到上一个SR消息到发送RR响应消息的时间(DLSR)；SR-Size为流媒体服务器发送的SR消息长度，RR-Size为收到的RR消息长度；A为流媒体服务器收到RR时的NTP时间；RTT＝A-LSR-DLSR；
所得到的网络带宽为：(SR-Size+RR-Size)/RTT。
6、根据权利要求1或2所述的网络带宽检测方法，其特征在于，在所述用户点播流媒体节目时，通过实时流传输协议(RTSP)或因特网控制报文(ICMP)的扩展来实现网络带宽的测量。
7、根据权利要求1或2所述的网络带宽检测方法，其特征在于，在所述用户播放流媒体节目时，通过RTSP协议的扩展或实时传输控制协议(RTCP)的扩展来实现网络带宽的测量。
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