CN1561078A

CN1561078A - 基于实时传输协议的端到端网络测量方法

Info

Publication number: CN1561078A
Application number: CNA2004100057877A
Authority: CN
Inventors: 龚向阳; 赵翔; 林宇; 王文东; 金跃辉
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: CN100349449C

Abstract

一种基于实时传输协议的端到端网络测量方法，是将媒体数据流和测量数据流在同一连接中混合传输，再在接收端根据RTP数据包的报文头结构特性分离不同数据并分别进行处理，即对于接收到的混合数据流，接收端先根据其中每个RTP数据包中的报文头里的数据类型PT区分开媒体数据和测量数据，再根据该RTP数据包中的报文头里的同步源SSRC对不同来源的测量数据分别进行统计、分析处理，得到网络测量结果；对媒体数据则按原定方法正常处理。该方法克服了现有RTP协议的局限，能够综合测量网络多种性能，测量结果更切合网络实际状况，且测量代价低，适用范围广，能够与任何采用RTP协议的系统兼容。多媒体服务提供商可利用该方法根据测量结果监控和管理多媒体流传输。

Description

基于实时传输协议的端到端网络测量方法

技术领域

本发明涉及一种网络测量方法，确切地说，涉及一种能够快速实时监测多媒体应用的综合性能、兼容性好、测量代价低的基于实时传输协议(RTP)的端到端网络测量方法，属于信息技术中计算机网络的网络测量技术领域。

背景技术

Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务的发展提供了强大的市场动力和需求，流媒体业务开始广泛流行。现在，流媒体技术已经用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务的方方面面。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，将对人们的工作和生活产生深远影响。

实时传输协议RTP(Real-time Transport Protocol)是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP被定义为在点对点或一点对多点的传输情况下工作，主要用途是提供时间信息和实现流同步。RTP通常使用UDP来传送数据，但RTP也可以工作于TCP或ATM等其他协议上。RTP本身并不能为按照顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠实时传输控制协议RTCP提供这些服务。

实时传输控制协议RTCP(Real-time Transport Control Protocol)和RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务。在RTP会话期间，各个参与者周期性地传送RTCP包。在RTCP包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。

为了实现流媒体传输的高性能、高稳定和可管理等特性，就需要了解传输网络的各种性能，包括丢包率、网络排队延迟、网络可用带宽等。因此，网络测量及其关键技术的研究对于保证流媒体传输的工作可靠和高效运行有着非常重要的意义。

端到端测量是指一种不需要网络中路由器协作的测量方式，一般利用受测网络路径两端的两台主机来完成测量任务，其中一台发送测量数据包的主机，称为发送端；另一台接收测量数据包并处理数据给出结果的主机，称为接收端。

目前的RTP协议本身并不测量网络各项参数，也不能对流媒体数据的传输实现控制和管理，而是由与其协作的RTCP协议对网络状况进行测量，并以此为依据对流媒体传输进行管理。

在RTP会话期间，各个参与者周期性地传送RTCP包，把它最近的接收情况报告给所有发送者，这些信息包括所接收到数据包的最大顺序号、丢失的包数、乱序包的数目以及用于估计传输时延的时标信息。发送方根据这些信息所反映的网络状况调整它们的发送速率。

所以，现有RTP协议的测量方法决定了其数据包的内容和发送频度都无法根据网络测量的要求实现动态改变，它只能通过统计数据包的丢失状况来对网络性能进行推测，即其只能测量丢包率，限制了测量范围；它不能对网络可用带宽等性能参数进行有效的监测，而这些参数对于多媒体应用的传输和管理有着重要意义。因此，如何寻求一种能够快速实时监测多媒体应用的综合性能、兼容性好、测量代价低的端到端测量方法就成为业内人士所追求的新目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于实时传输协议(RTP)的端到端网络测量方法，该方法能够克服现有的RTP协议只能测量丢包率的不足，能够综合测量丢包率、网络排队延迟、网络可用带宽等各种性能；该方法适用范围广，因为它没有改变RTP协议本身，能够与任何采用RTP协议的系统兼容；且测量代价较低。多媒体服务提供商可利用该方法根据测量结果监控和管理多媒体流传输，更好地提供多媒体服务。

本发明的目的是这样实现的：一种基于实时传输协议的端到端网络测量方法，其特征在于：将媒体数据流和测量数据流在同一连接中混合传输，再在接收端根据RTP数据包的报文头结构特性分离不同数据并分别进行处理，对测量数据进行统计、分析，得到网络测量结果。

所述在接收端根据RTP数据包的报文头结构特性分离不同数据和分别进行处理包括下述操作内容：在接收端将接收到的混合数据流，先根据其中每个RTP数据包中的报文头里的数据类型PT区分开媒体数据和测量数据，再根据该RTP数据包中的报文头里的同步源SSRC对不同来源的测量数据分别进行处理；对媒体数据则按照原定方法正常处理。

该方法包括下列操作步骤：

A测量初始阶段：在建立RTP时，发送端为每个测量数据源选定一个标识其来源的同步源SSRC数值，该同步源SSRC数值为随机的任意值；但是，包括媒体数据源和测量数据源中的每个数据源的同步源SSRC数值必须互不相同；同时，在所使用的RTP工具中预先对每个测量内容设定相应的负载类型PT值及其编码方式；

B测量传输阶段：发送端在已经建立的媒体流RTP连接中发送测量数据包，接收端收到混合数据后，先根据同步源SSRC数值和负载类型PT值区分开媒体数据和测量数据，并将测量数据交付给测量接收端，由测量接收端记录存储原始测量数据和分别进行处理；

C数据处理阶段：测量接收端对原始测量数据进行统计、分析，得出测量结果。

所述步骤A测量初始阶段中，RFC1890已经确定了一组负载类型PT值和用于标志不同类型数据的编码方式：其中PT值0为音频数据，其编码方式为PCMU；PT值31为视频数据，其编码方式为H261；测量数据包的PT值是在96-127范围内任意选取。

所述测量数据包用于测量不同性能时，每个测量数据包所对应的PT值应该是互不相同的数值，以示区别。

根据所测量的性能不同，所述测量数据包的编码方式可以自行定义，但必须保证发送端和接受端对测量数据包PT字段的理解一致。

所述步骤B测量传输阶段中测量数据包的格式和内容取决于所选用的测量方法和测量内容；该方法可使用任何发送主动探针的主动测量方法，且对测量内容没有限定。

所述测量数据包的长度为RTP报文头长度与测量数据字段之和，其中测量数据字段长度取决于所选用的测量方法和测量内容。

所述步骤C数据处理阶段中得到的测量结果可通过其它通信协议反馈到网络管理监测中心，由网络管理监测中心根据测量结果调整发送端的媒体数据传输参数，更好地提供多媒体服务。

所述通信协议是实时传输控制协议RTCP和会话发起协议SIP。

本发明是一种基于实时传输协议RTP的端到端网络测量方法，该方法通过分析RTP数据包的结构特性，采用测量数据和媒体数据同路传输，再在接收端实现数据分离和分别处理，从而得到网络测量结果。所以，本发明的发送端可以根据需要选择不同的测量内容，发送相应的测量数据包，以便测量各种网络特性，因此本发明能够对网络丢包率、网络延迟、网络可用带宽等性能参数进行综合测量，并且能够与采用现有RTP协议的终端互通，适用范围广泛。由于本发明的测量方法采用很小的测量数据包，因此测量的代价很低。

此外，由于本发明方法中测量数据和媒体数据是在同一连接中进行传输，网络特性在测量数据上的体现和在媒体数据上的体现更加接近，因此对测量数据分析而得到的测量结果更加切合网络的实际状况，具有更高的精确性。多媒体服务提供商可以利用该方法根据测量结果管理和控制网络传输，更好地提供多媒体服务。

附图说明

图1是RTP报文的报文头格式示意图。

图2是本发明方法的传输系统结构示意图。

图3是本发明方法的操作步骤流程图。

具体实施方式

参见图1，介绍本发明方法的工作机理：众所周知，RTP报文是由报文头和数据两部分组成，其中报文头为12字节大小，共有10个字段，其中一些主要字段的含义分别说明如下：

V(版本号)：2位，用于标识RTP的版本号。现在的版本号一般为2。

P(填充标识位)：1位，用于标识在RTP报文的末尾是否有填充字符。

X(扩充位)：1位，用于标识在报文头部后面是否有扩展头部。

CC(CSRC的数目)：4位，用于标识贡献源CSRC的数目。

M(标识位)：1位，其解释由具体应用定义。

PT(负载类型)：7位，用于标识所运载的负载类型。PT码和编码方式的对应关系由附加规范定义，接收方用该字段来对接收到的数据进行解码。

Sequence Number(顺序号)：16位，发送方每发出一个RTP报文就将顺序号加1，该字段被接收方用于检测报文的丢失情况。

Timestamp(时戳)：32位，该字段反映该RTP报文第一个字节的采样时间。

SSRC(同步源)：32位，用于标识数据的来源。

因为在RTP数据包中用负载类型(PT)来标识所运载的数据类型，用同步源(SSRC)来标识数据的来源。因此可以为测量数据流和媒体数据流分别设置不同的负载类型(PT)和同步源(SSRC)数值，使得这两类数据流能够在同一连接中混合传输，而在接收端可以先根据负载类型(PT)将接收到的混合数据流中的媒体数据流和测量数据流区分开来，再根据同步源(SSRC)将不同来源的测量数据流区分开来，分别进行统计、分析处理，得到网络测量结果；对于媒体数据流则按照原定程序正常处理。图2所示的就是本发明方法的传输系统结构示意图。

本发明方法是基于端到端的方式进行网络测量，需要在接收端和发送端都运行测量程序。按照测量进程的时间顺序，本发明方法主要包括三个阶段：测量初始阶段、测量传输阶段和数据处理阶段。参见图2，下面分别具体介绍之：

A测量初始阶段：在建立RTP时，发送端为每个测量数据源选定一个标识其来源的同步源SSRC数值，该SSRC数值为随机的任意值，但是，包括媒体数据源和测量数据源的每个数据源的SSRC数值必须互不相同，以便接收端能够区分之；使用本方法时，在所使用的RTP工具中需要预先对每个不同的测量内容设定相应的负载类型PT值及其编码方式。例如设定时延测量PT值为96，设定带宽测量PT值为97等。编码方式可以自行定义，也可以不进行编解码处理，对测量结果没有影响。

B测量传输阶段：发送端在已经建立的媒体流RTP连接中连续发送测量数据包，接收端收到混合数据后，先根据同步源SSRC数值和PT值区分开媒体数据和测量数据，并将测量数据交付给测量接收端，由测量接收端记录存储原始测量数据和分别进行处理。其中测量数据包的格式和内容取决于所选用的测量方法和测量内容；该方法可使用任何发送主动探针(Active Probe)的主动测量方法，且对测量内容没有限定。

C数据处理阶段：测量接收端对原始测量数据进行统计、分析，得出测量结果。该测量结果可利用其他通信协议(如实时传输控制协议RTCP和会话发起协议SIP)反馈到网络管理监测中心，由网络管理监测中心根据测量结果调整发送端的媒体数据传输参数，更好地实现多媒体服务。

下面具体介绍本发明的两个实施例的测试方法和步骤：

(一)音频数据流+带宽测量数据流

A.测量初始阶段：发送端为每个数据源选定一个同步源SSRC值，其中音频数据流同步源SSRC值为：123；带宽测量数据流同步源SSRC值为124。根据预先设定，音频数据流PT值为0，带宽测量数据流PT值为97，不进行编解码处理。

B测量传输阶段：发送端在RTP连接中发送音频数据包和测量数据包；其中音频数据包的报文头格式为：

2	0	0	CC＝0	0	PT＝0	sequence number＝...
2	0	0	CC＝0	0	PT＝0	sequence number＝...	Timestamp＝...
SSRC＝123							Timestamp＝...
SSRC＝123							音频数据

测量数据包的报文头格式为：

2	0	0	CC＝0	0	PT＝97	sequence number＝...
2	0	0	CC＝0	0	PT＝97	sequence number＝...	Timestamp＝...
SSRC＝124							Timestamp＝...
SSRC＝124							测量数据

接收端收到混合数据流后，对包头信息进行分析，将PT值为0的音频数据流交付音频播放工具处理，将PT值为97的带宽测量数据包交付相应的测量接收端处理。

C数据处理阶段：测量接收端对测量数据进行统计、分析，得出带宽测量结果。

(二)音频会议+时延抖动测量

A测量初始阶段：会议的每位参与者为自己的音频数据流和测量数据流分别选定同步源SSRC值。按照预先设定，音频数据流PT值为0，时延测量数据PT值为97，不进行编解码处理。

B测量传输阶段：各个参与者向其他参与者发送音频数据包和测量数据包；每个参与者收到混合数据后，对包头信息进行分析，将PT值为0的音频流交付媒体接收端，按照原有的正常程序进行处理；将PT值为96的时延抖动测量数据包交付相应的测量接收端处理。测量接收端根据同步源SSRC值不同，交付不同的数据处理模块。

C数据处理阶段：各个数据处理模块进行数据处理，分别得到各个参与者对应的时延抖动测量结果。

Claims

1、一种基于实时传输协议的端到端网络测量方法，其特征在于：将媒体数据流和测量数据流在同一连接中混合传输，再在接收端根据RTP数据包的报文头结构特性分离不同数据并分别进行处理，对测量数据进行统计、分析，得到网络测量结果。

2、根据权利要求1所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述在接收端根据RTP数据包的报文头结构特性分离不同数据和分别进行处理包括下述操作内容：在接收端将接收到的混合数据流，先根据其中每个RTP数据包中的报文头里的数据类型PT区分开媒体数据和测量数据，再根据该RTP数据包中的报文头里的同步源SSRC对不同来源的测量数据分别进行处理；对媒体数据则按照原定方法正常处理。

3、根据权利要求1所述的端到端网络测量方法，其特征在于：该方法包括下列操作步骤：

4、根据权利要求3所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述步骤A测量初始阶段中，RFC1890已经确定了一组负载类型PT值和用于标志不同类型数据的编码方式：其中PT值0为音频数据，其编码方式为PCMU；PT值31为视频数据，其编码方式为H261；测量数据包的PT值是在96-127范围内任意选取。

5、根据权利要求4所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述测量数据包用于测量不同性能时，每个测量数据包所对应的PT值应该是互不相同的数值，以示区别。

6、根据权利要求4或5所述的端到端网络测量方法，其特征在于：根据所测量的性能不同，所述测量数据包的编码方式可以自行定义，但必须保证发送端和接受端对测量数据包PT字段的理解一致。

7、根据权利要求3所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述步骤B测量传输阶段中测量数据包的格式和内容取决于所选用的测量方法和测量内容；该方法可使用任何发送主动探针的主动测量方法，且对测量内容没有限定。

8、根据权利要求3所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述测量数据包的长度为RTP报文头长度与测量数据字段之和，其中测量数据字段长度取决于所选用的测量方法和测量内容。

9、根据权利要求3所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述步骤C数据处理阶段中得到的测量结果可通过其它通信协议反馈到网络管理监测中心，由网络管理监测中心根据测量结果调整发送端的媒体数据传输参数，更好地提供多媒体服务。

10、根据权利要求9所述的端到端网络测量方法，其特征在于：所述通信协议是实时传输控制协议RTCP和会话发起协议SIP。