專利名稱：一種基于丟包率的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流Jf某體應(yīng)用技術(shù)，特別涉及移動通訊網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)估計方法和 流媒體傳輸過程的服務(wù)質(zhì)量控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
流媒體技術(shù)是利用網(wǎng)絡(luò)以流的方式連續(xù)、實時地傳輸聲音、影像、動畫等多媒體信息的技術(shù)。流媒體在播^:前并不下載整個文件，只將部分內(nèi)容緩 存；當(dāng)流媒體數(shù)據(jù)在客戶端播放時，文件的剩余部分繼續(xù)從流々某體服務(wù)器下 載。流媒體技術(shù)在有線網(wǎng)絡(luò)中的重要應(yīng)用領(lǐng)域為IPTV (Interactive Personal TV,交互式網(wǎng)絡(luò)電^L),在移動通訊網(wǎng)絡(luò)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域為移動流j!某體。流媒體應(yīng)用的一個關(guān)鍵技術(shù)是如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量QoS。當(dāng)客 戶端點播流媒體服務(wù)器時，客戶端周期性地向流^f某體服務(wù)器發(fā)送接收報告 RR (Receiver Report) , RR包括丟包率、網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)抖動等網(wǎng)絡(luò)狀況 信息，流媒體服務(wù)器一般利用丟包率信息估計當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況。假定客戶端反饋的第n個丟包率為z ,目前流媒體服務(wù)器主要利用圖1所示的低通濾波器一1>《一1+(1-a)z (1) 對A進(jìn)行處理以消除網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中各種隨機(jī)千擾的影響。式中，K為濾波后的丟包率，a為濾波系數(shù)，"e(O,l), —般情況下，"e(0.7，0.9)。流媒體服務(wù)器根據(jù)y"判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)，并動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃?率。如圖2所示如果};^4,當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于空載Unloaded狀態(tài)，即網(wǎng)絡(luò)狀 況良好，流媒體服務(wù)器逐步增加數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于負(fù)載Loaded 狀態(tài)或者到達(dá)服務(wù)器的最大傳輸速率；如果y"e(( 4],當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于負(fù)載 Loaded狀態(tài)，則服務(wù)器保持當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸速率；如果當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)處于擁塞
Congested狀態(tài)，即y,/1,,服務(wù)器逐步減少數(shù)據(jù)傳輸速率直至客戶端處于 Loaded狀態(tài)。A,,的取值范圍為0 5% , ^的取值范圍為5%~10% 。有線網(wǎng)絡(luò)帶寬波動較小，利用方程(l)所示的低通濾波器能夠較好地抑制 隨機(jī)干擾的影響并正確估計網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，然而移動通訊網(wǎng)絡(luò)的情況要比有線網(wǎng) 絡(luò)復(fù)雜很多。雖然第三代移動通訊網(wǎng)絡(luò)能夠提供384kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率， 為流媒體技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供了堅實的基礎(chǔ)，但是，由于移動網(wǎng)絡(luò) 存在信道衰減、建筑物遮擋、終端移動、多用戶千涉等眾多原因，使得信道 時刻變化，誤碼率較高。在移動流J!某體的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)即使移動通訊網(wǎng)絡(luò)提 供的帶寬高于流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，也會時而發(fā)生手機(jī)終端向服務(wù) 器反饋丟包率很高的情況。如果移動通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大量丟包，我們稱之為帶寬突變。引起帶寬突變 的原因可能有兩種第一，移動通訊網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動；第二，網(wǎng)絡(luò)狀況惡化， 例如建筑物遮擋、移動終端進(jìn)入隧道等。第一種原因引起的帶寬突變只在很 短的時間內(nèi)存在，流媒體服務(wù)器合理做法是克服網(wǎng)絡(luò)瞬間抖動的負(fù)面影響， 不改變數(shù)據(jù)發(fā)送的速率；對于第二種原因，流媒體服務(wù)器也不應(yīng)該立即快速 降低數(shù)據(jù)的傳輸速率，因為這樣會使流媒體播放的質(zhì)量急劇下降，影響用戶 體驗。因此，無論何種原因?qū)е碌膸捦蛔?，流媒體服務(wù)器都不應(yīng)該過快降 低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省２贿^，常規(guī)情況下流媒體服務(wù)器無法判斷導(dǎo)致帶寬突變的具體原因。在 帶寬突變發(fā)生時利用方程(l)表示的濾波器估計網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，對于第 一種原因， 流J 某體服務(wù)器會做出"當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況惡化，，的誤判斷；對于第二種原因，會 導(dǎo)致流媒體服務(wù)器計算的K較大，快速降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇a率。此外，由于帶 寬突變時的丟包率很大，而方程(l)中"e(0.7,0.9),移動終端后續(xù)反饋的丟包 率影響小，即使帶寬突變過后網(wǎng)絡(luò)狀況改善，流媒體服務(wù)器仍然會在較長的 時間內(nèi)發(fā)送碼率較低的數(shù)據(jù)。由上述分析可知移動流4某體技術(shù)要想在移動通訊網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用， 就必須為用戶提供良好的QoS。由于移動通訊網(wǎng)絡(luò)的帶寬波動比較激烈，僅 僅利用方程(l)所示的低通濾波器不能使流媒體服務(wù)器對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài) 做出正確判斷，從而影響視頻播放的QoS，因此，需要提出更好的方法來估
計網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于丟包率的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法，以消除網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)干擾、抑制帶寬突變的負(fù)面影響，并保證流媒體傳輸?shù)腝oS。為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于丟包率的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方 法，包括以下步驟(1) 流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)；(2) 接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息x"， n-l, 2......;(3) 當(dāng)丟包率A大于其設(shè)定的丟包率閾值jr^,時，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用z^代替A參與濾波運算得到濾波后的丟包率i;,n=l,2,……，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點如果網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生帶寬突變，且 流媒體服務(wù)器判斷網(wǎng)絡(luò)狀況已改善，在濾波時使用濾波器三，根據(jù)當(dāng)前丟包 率《,和已計算出的濾波后的丟包率L進(jìn)行加權(quán)運算，并賦于當(dāng)前丟包率z 較大的加權(quán)系數(shù)。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(l)中初始化的濾波 器參數(shù)包括濾波后丟包率初值y。和濾波器系數(shù)ae(0.5，l);所述步驟(3)中濾波器二用公式表示為}; =^ _,+(1-。)《，其中《在 A大于時等于,《在A小于等于A滅時等于A 。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(1)中初始化的濾波 器參數(shù)包括空載閾值々，濾波后丟包率初值:r。和濾波器系數(shù)"e(0.5,1);當(dāng)& s人并且x,卜,.《人(/ i,..，ao時，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)狀況改善，所述N為一個 預(yù)設(shè)值，此時，所述濾波器三用公式表示為??； = (1-+"z,,。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點其他情況下，使用濾波器一，根 據(jù)當(dāng)前丟包率z 和已計算出的濾波后的丟包率y?！?進(jìn)行加權(quán)運算，并賦于濾 波后的丟包率y —,較大的加權(quán)系數(shù)。 進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(l)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值r。和濾波器系數(shù)a e (0.5,1);所述濾波器一用公式表示為y -^ —, +(1-a)X 。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。進(jìn)一步，上述方法還可具有以下特點所述步驟(l)中初始化的濾波 器參數(shù)包括負(fù)載閾值4和濾波器系數(shù)^(0.5,1)，所述濾波器二設(shè)定的閾值y -丄 1 一a與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明共采用三個濾波器估計移動通訊網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)， 其中，濾波器一用于消除網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)干擾的影響，平滑服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率；濾波器二用于抑制移動通訊網(wǎng)絡(luò)的帶寬突變，減少帶寬突變的影響時間， 避免帶寬突變導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸速率激烈波動；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況改善時，濾波器三 能夠使流i某體服務(wù)器快速、準(zhǔn)確地估計移動通訊網(wǎng)絡(luò)狀況，為移動終端提供 質(zhì)量可靠、碼率過渡平穩(wěn)的視頻點播服務(wù)。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中的低通濾波器一。 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的劃分。 圖3是實施例的才喿作流程圖。 圖4是實施例中濾波器二分段取值圖。
具體實施方式
移動通訊網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)干擾時刻存在，在移動流媒體的應(yīng)用中表現(xiàn)為數(shù) 據(jù)丟包、網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動。在流々某體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率低于移動網(wǎng)絡(luò)帶 寬的前提條件下，隨機(jī)干擾對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)丟包，丟包率 應(yīng)該在一定的合理范圍內(nèi)。對于這種情況下的網(wǎng)絡(luò)丟包，流媒體服務(wù)器應(yīng)用 方程(l)表示的濾波器能夠較好地估計網(wǎng)絡(luò)狀況并平滑地改變數(shù)據(jù)傳輸速率 以保證QoS。如果移動終端反饋的丟包率超過一定的合理范圍，就認(rèn)為發(fā)生 了帶寬突變，需要特別處理。移動流媒體視頻播;故過程中，在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，例如^_1=0, 移動網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動導(dǎo)致的帶寬突變不應(yīng)該致使流^^某體服務(wù)器做出"當(dāng)前網(wǎng) 絡(luò)狀況惡化"的誤判斷，即不影響服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率，因此，移動終端 傳遞過來的丟包率&對i;的貢獻(xiàn)不應(yīng)該超過義。；在網(wǎng)絡(luò)狀況惡化的情況下， 也需要流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的碼率由高到低平緩地過渡。下面結(jié)合圖3詳細(xì)說明所述方法，包括以下步驟步驟IIO，流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)，包括濾波后丟包率初值 y。、濾波器系數(shù)"、負(fù)載閾值4、空載閾值4;步驟120，流媒體服務(wù)器接收來自移動終端的RR報告，并從中提取第 n個丟包率信息《,；步驟130，判斷網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生帶寬突變，如果是，則采用濾波器二，再 執(zhí)行步驟160，否則，執(zhí)行步驟140;A滅為設(shè)定閾值，X^,的計算方法有多種，如在移動流媒體的應(yīng)用中可 以取Z^,丄。如果《,X^,,認(rèn)為是正常情況下隨機(jī)干擾引起的數(shù)據(jù)丟<formula>formula see original document page 8</formula>包；如果x,，〉A(chǔ)她，認(rèn)為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了帶寬突變。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了帶寬突變，利用圖4所示的濾波器二抑制帶寬突變的負(fù)面 影響，所述濾波器二用方程(2)表示，<formula>formula see original document page 8</formula>其中，(3)步驟140,判斷網(wǎng)絡(luò)狀況是否改善，如杲已經(jīng)改善，則采用濾波器三， 再執(zhí)行步驟160,否則，執(zhí)行步驟150;當(dāng)移動網(wǎng)絡(luò)狀況逐步改善時，客觀上需要流媒體服務(wù)器以更快的速度增 加數(shù)據(jù)傳輸速率以提高QoS。由于《,的權(quán)重為(1-")，對j;的貢獻(xiàn)較小，即
使網(wǎng)絡(luò)狀況好轉(zhuǎn)，利用方程(l)表示的濾波器致使流媒體服務(wù)器在較長的時 間內(nèi)以低于期望值的碼率發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種情況下， 一種自然的想法是多考 慮新來丟包率的影響，因此本發(fā)明提出方程(4)表示的濾波器三。如果《,《乂 并且《,_,、4(!' = 1,...,^),所述N為一個預(yù)設(shè)值，則i人為最近 一段時間網(wǎng)絡(luò)狀況良好，此時，采用濾波器三i; = (i-d+《 (4)方程(4)表示的濾波器三能夠使帶寬突變的負(fù)面影響限制在較短的時間內(nèi)。如果帶寬突變由于移動網(wǎng)絡(luò)突發(fā)性抖動引起，即使流媒體服務(wù)器根據(jù)方程(2)稍稍降低數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，方程(4)也能夠使服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)的碼率快 速回升，這是因為突發(fā)性網(wǎng)絡(luò)抖動持續(xù)的時間很短，移動終端后續(xù)反饋的丟 包率小于人。對于網(wǎng)絡(luò)惡化導(dǎo)致的帶寬突變，方程(4)也能夠較好地減少帶 寬突變的負(fù)面影響時間。 一般情況下，引起網(wǎng)絡(luò)狀況惡化的原因在于無線信 號不能很好地覆蓋某些區(qū)域， 一旦移動終端離開這些區(qū)域，無線信道改善， 反饋的丟包率變小，流媒體服務(wù)器做出"網(wǎng)絡(luò)狀況好轉(zhuǎn)，，的判斷，利用方程 (4)更多地考慮新丟包率的影響，快速增加數(shù)據(jù)發(fā)送的碼率，提高視頻播放 的QoS。步驟150,其余情況下.流d泉體服務(wù)器采用方程(l)表示的濾波器一估計 當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況，執(zhí)行步驟160;把方程(l)表示的濾波器進(jìn)一步分解<formula>formula see original document page 9</formula>由方程(6)可以看出，n時刻的丟包率)；由前n時刻移動終端反饋的丟包 率《("1，…,")加權(quán)計算。由于。e(0.7,0.9), (1-a)e(0.1，0.3),新來的丟包率A對i;的影響較小，正因為如此，方程(i)能夠在很大程度上消除隨機(jī)干擾的影
響，使流媒體服務(wù)器為移動終端提供穩(wěn)定、平滑的碼流。步驟160,記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟120。本發(fā)明的核心思想是在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變時，使流媒體服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù) 的碼率由高到低平緩地過渡。因此，對于A的取值進(jìn)行處理，不會導(dǎo)致濾 波后的丟包率i;迅速下降。另外，對于濾波系數(shù)a的取值，也可以限定為ae(0.5,l),只是在實際應(yīng)用中，"e(0.7，0.9)的效果可能會更好。
權(quán)利要求
1、一種基于丟包率的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法，包括以下步驟(1)流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)；(2)接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息Xn，n＝1，2......；(3)當(dāng)丟包率Xn大于其設(shè)定的丟包率閾值XLimit時，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用XLimit代替Xn參與濾波運算得到濾波后的丟包率Yn，n＝1，2，......，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。
2、 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于如果網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生帶寬突變，且流媒體服務(wù)器判斷網(wǎng)絡(luò)狀況已改善，在 濾波時使用濾波器三，根據(jù)當(dāng)前丟包率Z 和已計算出的濾波后的丟包率^ 進(jìn)行加權(quán)運算，并賦于當(dāng)前丟包率Zn較大的加權(quán)系數(shù)。
3、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值r。和濾波 器系數(shù)""0.5,1);所述步驟(3)中濾波器二用公式表示為。)《，其中Z,:在 A大于A,礎(chǔ)時等于A嫌，《在義 小于等于^滅時等于x 。
4、 如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于所述步驟(l)中初始化的濾波器參數(shù)包括空載閾值人，濾波后丟包率 初值&和濾波器系數(shù)fl e (0.5,1);當(dāng)S人并且Z,卜,S/1力、1,…,A0時，^人為網(wǎng)絡(luò)狀況改善，所述N為一個 預(yù)設(shè)值，此時，所述濾波器三用公式表示為y =(i-+az 。
5、 如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征在于其他情況下，使用濾波器一，根據(jù)當(dāng)前丟包率x，,和已計算出的濾波后 的丟包率i;—,進(jìn)行加權(quán)運算，并賦于濾波后的丟包率y —,較大的加權(quán)系數(shù)。
6、 如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括濾波后丟包率初值y。和濾波 器系數(shù)"e(0.5，l);所述濾波器一用公式表示為i;=aj;—1 + a)x 。
7、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于所述步驟(3)之后，記錄丟包率信息，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(2)。
8、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于所述步驟(1)中初始化的濾波器參數(shù)包括負(fù)載閾值4和濾波器系數(shù) 。e (0.5,1),所述濾波器二設(shè)定的閾值Z^, = i 。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于丟包率的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)估計方法，包括以下步驟(1)流媒體服務(wù)器初始化濾波器的參數(shù)；(2)接收來自移動終端的接收報告，從中提取丟包率信息X_n；(3)當(dāng)丟包率X_n大于其設(shè)定的丟包率閾值X_Limit時，認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)發(fā)生帶寬突變，使用濾波器二，用X_Limit代替X_n參與濾波運算得到濾波后的丟包率Y_n，并據(jù)此判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)所處狀態(tài)。
文檔編號H04L12/26GK101155083SQ20061015227
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者張建強, 李加周, 王衛(wèi)華, 王志英 申請人:中興通訊股份有限公司