專利名稱：一種優(yōu)化無線視頻tcp傳輸?shù)姆椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及在以無線網(wǎng)絡為承載的TCP視頻業(yè)務中，采用中間節(jié)點在TCP連接中 監(jiān)控，修改，注入相應報文的方法，尤其涉及一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒ā?br> 背景技術：
TCP連接要獲得穩(wěn)定帶寬的一個重要因素是穩(wěn)定的RTT(傳輸往返延時)值。如果 RTT頻繁變化，TCP無法準確估計出延時時間，因此可能一個短暫的臨時的延時增加就導致 TCP降低發(fā)送速率。現(xiàn)在無線網(wǎng)絡由于有鏈路層的糾錯或者重傳機制，表現(xiàn)為在空中鏈路上 的丟包率并不高，而在此類網(wǎng)絡中最大的三個問題是(一)延時突然增長。切換，底層重 傳，數(shù)據(jù)被阻塞都可能導致傳輸延時的突然增長。當它發(fā)生時，TCP協(xié)議看到的RTT延時可 能是正常值的數(shù)倍。當延時突長發(fā)生時，發(fā)送方長時間無法收到ACK，因此重傳定時器超時， 數(shù)據(jù)重發(fā)。事實上此時的重發(fā)是沒有必要的。隨后發(fā)送方馬上收到ACK，發(fā)送方無法判別哪 個是重發(fā)的ACK，觸發(fā)發(fā)送方的"慢啟動"過程，在慢啟動過程中造成數(shù)據(jù)發(fā)送的突發(fā)流，接 著又引起擁塞控制。(二)RTT和帶寬頻繁變化。RTT和帶寬頻繁變化，無線環(huán)境中鏈路質 量由于干擾，信號衰弱等原因，導致數(shù)據(jù)重傳，RTT變化和帶寬變化很大。例如WCDMA中的 RLC層為了保證按序投遞報文，會多次重傳。(三)有線和無線鏈路混合構成傳輸路徑。有 線鏈路和無線鏈路的特性不同，針對TCP協(xié)議的優(yōu)化難以同時適用于有線和無線鏈路。在 高寬帶的無線視頻監(jiān)控的應用中，對無線帶寬的穩(wěn)定性提出了很高要求，TCP連接實際的傳 輸帶寬的下降，必然影響到視頻監(jiān)控的效果。若傳輸帶寬下降較大，視頻的接收方會出現(xiàn)圖 像的抖動，遲滯，甚至馬賽克等現(xiàn)象。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種高效可靠的優(yōu)化 無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒ā?本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆?br> 法，其特征在于，該方法包括 (1)采集RTT信息； (2)接收報文的處理； (3)設置重傳定時器； (4)重傳定時器的超時處理； (5)構造ACK報文的處理。 所述的采集RTT信息的步驟包括 (1)在收到應答某報文的ACK時，取出發(fā)送該報文的時間； (2)當前時間減去"發(fā)送時間"，得到RTT_now ; (3)該TCP連接的RTT值記錄為RTT，初始值為0 ; (4)重新計算RTT，依據(jù)當前RTT值和RTT_now的加權平均取值。
所述的接收報文的處理包括 (1)如果接收到的報文不是TCP報文，則不做處理；
(2)檢測報文方向是"從無線側來"，還是"從有線側來"；
(3)若報文方向是"從無線側來"，則進行以下步驟 a.報文帶有TCP標志RST或者FIN，則表示實際TCP連接已經(jīng)結束，查找本地對應 的實體，發(fā)完緩沖的報文； b.報文中帶有TCP標志SYN與ACK，則表示由有線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連接，無線 側進行響應，此時創(chuàng)建本地對應的實體； c.報文中帶有SYN標志，則表示由無線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連接，此時創(chuàng)建本地對 應的實體； d.報文中帶有ACK標志，則表示無線側對接收報文的應答，進入"ACK應答"處理；
(4)若報文方向是"從有線側來"，則進行以下步驟 a.報文中同時帶有標志SYN與ACK，或僅帶有ACK，則說明此為有線側發(fā)來的新連 接，進入"DATA緩存處理"； b.報文中帶有標志SYN，則說明此為有線側發(fā)起的新的連接，進入"DATA緩存處 理"。 所述的"ACK應答"的處理包括 (1)獲取TCP連接對應的本地實體，若本地實體不存在，則不做處理返回；
(2)若該連接由無線側發(fā)起，且本地實體等待監(jiān)聽"3次握手中的ACK報文"，則將 本地實體狀態(tài)設置為"建立完成"態(tài)，記錄ACK序號為"記錄的ACK序號"；
(3)對于其他狀態(tài) a.若報文中的"ACK序號"小于"記錄的ACK序號"，則認為是異常情況； b.若報文中的"ACK序號"大于"記錄的ACK序號"，則認為數(shù)據(jù)接收方又收到了數(shù)
據(jù)包 i.清空對應于"記錄的ACK序號"與"ACK序號"之間的緩存報文；
ii.更新"記錄的ACK序號"為"ACK序號"；
iii.重新計算RTT ;
iv.復位重發(fā)定時器； c.若報文中的"ACK序號"等于"記錄的ACK序號"，則認為這是重復ACK，代表接
收方報告了報文丟失 i.獲取可能的SACK選項； ii.循環(huán)緩沖的報文若報文在SACK丟失報告中，且現(xiàn)在距該報文發(fā)送時間大于2
倍連接的RTT時間，則重發(fā)報文該報文； iii.取出緩沖隊列中的第一個報文； d.更新TCP連接使用的窗口大?。?e.清除報文中的ACK標志； f.返回。 所述的取出緩沖隊列中的第一個報文包括
(1)若該報文序號大于"ACK序號"，則轉入步驟d ;
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(2)若該報文序號不等于"ACK序號"，則轉入步驟d ;
(3)若設置了重發(fā)該報文，則轉入步驟d ; (4)若當前時間距離該TCP連接的本地實體發(fā)送報文的時間超過2倍的RTT，則重 發(fā)該報文； (5)若報文中給出窗口大小發(fā)生變化，或ACK報文中包含有數(shù)據(jù)部分，則轉入步驟 d ; (6)丟棄接收到的ACK報文。
所述的"DATA緩存"的流程包括 (1)獲取到對應TCP連接的本地實體，若如果本地實體不存在，則創(chuàng)建對應實體；
(2)若報文中帶有SYN標志，則進入"等待連接建立"狀態(tài)；
(3)若報文中不帶有SYN標志，則進行以下步驟 a.若報文序號大于"記錄的ACK序號"，則緩存報文到本地實體的隊列；
b.此為異常情況，讓報文通過中間實體。
所述的設置重傳定時器包括
(1)獲取緩沖隊列的第一包； (2)若報文空或報文對應的序號，不是"記錄的ACK序號"，則刪除重傳定時器，并 返回； (3)修改重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上2倍的RTT時間。
所述的重傳定時器的超時處理包括
(1)獲取緩沖隊列的第一包； (2)若報文空或對應的序號，不是"記錄的ACK序號"，則返回； (3)重新發(fā)送取出的報文，重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上
2倍的RTT時間。 所述的構造ACK報文的處理包括 (1)初始的ACK報文應答序號為TCP連接建立時發(fā)送方的起始序號；
(2)記錄接收到TCP接連的發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號；
(3)周期性地構造ACK報文 a. ACK報文應答序號二 ACK報文應答序號+依據(jù)應答周期和期望速率計算出的報 文字節(jié)數(shù)； b.若"ACK報文應答序號"大于最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"，則設置"ACK報文 應答序號"為最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"； c.構造ACK報文，其中應答序號為本地實體的"ACK報文應答序號"，報文發(fā)往有線 網(wǎng)絡一側。 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的實現(xiàn)原理簡單，對于無線視頻TCP傳輸?shù)亩鄶?shù)場合有 效；此外，本發(fā)明視頻編碼器，視頻顯示中心等終端節(jié)點設備完全透明，功能模塊部署容易， 即可用于層2交換設備，也可用于層3路由設備。


圖1是本發(fā)明一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒ǖ氖疽鈭D。
具體實施例方式
以下結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。 如圖1所示，視頻顯示中心A，無線設備IB，無線設備IIC(作為無線網(wǎng)絡的組成部 分)，視頻編碼器D，視頻編碼器D將遠端的模擬視頻信號編碼成數(shù)字的IP報文，這些IP業(yè) 務報文通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡的邊界設備(這里的無線設備IA)，然后 再經(jīng)過有線網(wǎng)絡傳到"視頻顯示中心A"。 在高寬帶的無線視頻監(jiān)控的應用中，對無線帶寬的穩(wěn)定性提出了很高要求，TCP連 接實際的傳輸帶寬的下降，必然影響到視頻監(jiān)控的效果。若傳輸帶寬下降較大，視頻的接收 方會出現(xiàn)圖像的抖動，遲滯，甚至馬賽克等現(xiàn)象。本專利采用了創(chuàng)新的方法，提出了一種輕 量級的解決方法，無需修改終端設備，可完全解決上述問題。 在TCP連接經(jīng)過的中間節(jié)點上，安裝用于優(yōu)化TCP性能的模塊。該模塊首先通過 監(jiān)聽TCP建立連接的三次握手交互，建立對應連接的本地實體。然后該實體截取TCP連接 中接收者上報的帶有ACK標志的報文，并去除報文中ACK標志。該實體構造ACK報文發(fā)給 TCP連接中的發(fā)送方，以控制發(fā)送方均勻地發(fā)送數(shù)據(jù)。該實體將緩存發(fā)送者的數(shù)據(jù)報文，針 對接收者上報的重復ACK報文，判斷出丟失的報文，然后重發(fā)這些報文。如果接收者的ACK 報文在一定時間內沒有收到，該實體將重發(fā)自己緩存區(qū)的第一個報文，以幫助TCP連接檢 測錯誤。
基本流程
接收報文的處理 (1)如果接收到的報文不是TCP報文，不做處理。
(2)確定報文方向是"從無線側來"的，還是從"從有線側來" (3)如果報文方向為"從無線側來"。 a)報文帶有TCP標志RST或者FIN :表示實際TCP連接已經(jīng)結束。查找本地對應 的實體，發(fā)完緩沖的報文。 b)報文中帶有TCP標志SYN和ACK(同時)表示由有線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連 接，無線側進行響應。此時創(chuàng)建本地對應的實體。 c)報文中帶有SYN標志表示由無線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連接，此時創(chuàng)建本地對 應的實體。 d)報文中帶有ACK標志表示無線側對接收報文的應答。進入"ACK應答"處理。
(4)如果報文方向為"從有線側來"。 a)報文中帶有標志SYN和ACK(同時)，或者ACK，說明此為有線側發(fā)來的新連接， 進入"DATA緩存"處理。 b)報文中帶有標志SYNC，說明此為有線側發(fā)起的新的連接，進入"DATA緩存"處理。"DATA緩存"的流程 (1)獲取到對應TCP連接的本地實體。如果本地實體不存在，則創(chuàng)建對應實體。
(2)如果報文中帶有SYN標志，進入"等待連接建立"狀態(tài)。
(3)否則
a)如果報文序號大于"記錄的ACK序號"，則緩存報文到本地實體的隊列。 b)此為異常情況。讓報文通過中間實體。 "ACK應答"的處理 (1)獲取TCP連接對應的本地實體。如購本地實體不存在，則不做處理返回。 (2)如果該連接由"無線側發(fā)起"，且本地實體等待監(jiān)聽"3次握手中的ACK報文"， 將本地實體狀態(tài)設置為"建立完成"態(tài)。記錄ACK序號為"記錄的ACK序號"。 (3)對于其他狀態(tài) a)如果報文中的"ACK序號"小于"記錄的ACK序號"，認為是異常情況 b)如果報文中的"ACK序號"大于"記錄的ACK序號"，認為數(shù)據(jù)接收方又收到一些
數(shù)據(jù)包。 i.清空對應于"記錄的ACK序號"和"ACK序號"之間的緩存報文 ii.更新"記錄的ACK序號"為"ACK序號" iii.重新計算RTT iv.復位重發(fā)定時器 c)如果報文中的"ACK序號"等于"記錄的ACK序號"，認為這是重復ACK，代表接
收方報告了報文丟失。 i.獲取可能的SACK選項 ii.循環(huán)緩沖的報文如果報文在SACK丟失報告中，且現(xiàn)在距該報文發(fā)送時間大
于2倍連接的RTT時間，則重發(fā)報文該報文。 iii.取出緩沖隊列中的第一個報文， 1.該報文序號大于"ACK序號"轉步驟d) 2.該報文序號不等于"ACK序號"轉步驟d) 3.如果設置了該重發(fā)該報文，轉步驟d) 4.如果當前時間距離該TCP連接的本地實體發(fā)送報文的時間，超過2倍的RTT，則 重發(fā)該報文。 5.如果報文中給出窗口大小發(fā)生變化?；蛘逜CK報文中還有數(shù)據(jù)部分，轉步驟d) 6.丟棄接收到的ACK報文 d)更新TCP連接使用的窗口大小 e)清除報文中的ACK標志 f)返回 設置重傳定時器的過程 (1)獲取緩沖隊列的第一包 (2)如果報文空或者報文對應的序號，不是"記錄的ACK序號"。那么刪除重傳定 時器。返回。 (3)修改重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上2倍的RTT時間。 重傳定時器的超時處理 (1)獲取緩沖隊列的第一包。 (2)那么報文空或者對應的序號，不是"記錄的ACK序號"，返回 (3)重新發(fā)送取出的報文。重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上2倍的RTT時間。 計算RTT的過程 (1)在收到應答某報文的ACK時，取出發(fā)送該報文的時間。 (2)當前時間減去"發(fā)送時間"，得到RT乙now (3)該TCP連接的RTT值記錄為RTT，初始值為0 (4)重新計算RTT，依據(jù)當前RTT值和RTT_now的加權平均取值。 構造ACK報文的處理 (1)初始的ACK報文應答序號為TCP連接建立時發(fā)送方的起始序號。
(2)記錄接收到TCP接連的發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號。 [O134] (3)周期性地構造ACK報文 a) ACK報文應答序號=ACK報文應答序號+依據(jù)應答周期和期望速率計算出來的 報文字節(jié)數(shù)。 b)如果"ACK報文應答序號"大于最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"，設置"ACK報文 應答序號"為最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"。 c)構造ACK報文，其中應答序號為本地實體的""ACK報文應答序號"。報文發(fā)往有 線網(wǎng)絡一側。 TCP (Transmission Control Protocol):傳輸控制協(xié)議； RTT (Round Trip Time):往返傳輸時間； ACK -Acknowledge確認標志； RST :Reset復位標志； FIN :Finish結束標志； SYN :Synchronize同步標志；RLC :Radio Link Control無線鏈路控制；WCDMA :Wideband Code Division Multiple Access寬帶碼分多工存取。
權利要求
一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，該方法包?1)采集RTT信息；(2)接收報文的處理；(3)設置重傳定時器；(4)重傳定時器的超時處理；(5)構造ACK報文的處理。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述的采集RTT信息的步驟包括(1) 在收到應答某報文的ACK時，取出發(fā)送該報文的時間；(2) 當前時間減去"發(fā)送時間"，得到RTT_now ;(3) 該TCP連接的RTT值記錄為RTT，初始值為0 ;(4) 重新計算RTT，依據(jù)當前RTT值和RTT_now的加權平均取值。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，所述的接收報文的處理包?1) 如果接收到的報文不是TCP報文，則不做處理；(2) 檢測報文方向是"從無線側來"，還是"從有線側來"；(3) 若報文方向是"從無線側來"，則進行以下步驟a. 報文帶有TCP標志RST或者FIN，則表示實際TCP連接已經(jīng)結束，查找本地對應的實體，發(fā)完緩沖的報文；b. 報文中帶有TCP標志SYN與ACK，則表示由有線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連接，無線側進行響應，此時創(chuàng)建本地對應的實體；c. 報文中帶有SYN標志，則表示由無線側發(fā)起創(chuàng)建了該TCP連接，此時創(chuàng)建本地對應的實體；d. 報文中帶有ACK標志，則表示無線側對接收報文的應答，進入"ACK應答"處理；(4) 若報文方向是"從有線側來"，則進行以下步驟a. 報文中同時帶有標志SYN與ACK，或僅帶有ACK，則說明此為有線側發(fā)來的新連接，進入"DATA緩存處理"；b. 報文中帶有標志SYN，則說明此為有線側發(fā)起的新的連接，進入"DATA緩存處理"。
4. 根據(jù)權利要求3所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述?ACK應答"的處理包括(1) 獲取TCP連接對應的本地實體，若本地實體不存在，則不做處理返回；(2) 若該連接由無線側發(fā)起，且本地實體等待監(jiān)聽"3次握手中的ACK報文"，則將本地實體狀態(tài)設置為"建立完成"態(tài)，記錄ACK序號為"記錄的ACK序號"；(3) 對于其他狀態(tài)a. 若報文中的"ACK序號"小于"記錄的ACK序號"，則認為是異常情況；b. 若報文中的"ACK序號"大于"記錄的ACK序號"，則認為數(shù)據(jù)接收方又收到了數(shù)據(jù)包i. 清空對應于"記錄的ACK序號"與"ACK序號"之間的緩存報文；ii. 更新"記錄的ACK序號"為"ACK序號"；iii. 重新計算RTT ;iv. 復位重發(fā)定時器；c. 若報文中的"ACK序號"等于"記錄的ACK序號"，則認為這是重復ACK，代表接收方報告了報文丟失i. 獲取可能的SACK選項；ii. 循環(huán)緩沖的報文若報文在SACK丟失報告中，且現(xiàn)在距該報文發(fā)送時間大于2倍連接的RTT時間，則重發(fā)報文該報文；iii. 取出緩沖隊列中的第一個報文；d. 更新TCP連接使用的窗口大小；e. 清除報文中的ACK標志；f. 返回。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟冢龅娜〕鼍彌_隊列中的第一個報文包括(1) 若該報文序號大于"ACK序號"，則轉入步驟d ;(2) 若該報文序號不等于"ACK序號"，則轉入步驟d ;(3) 若設置了重發(fā)該報文，則轉入步驟d ;(4) 若當前時間距離該TCP連接的本地實體發(fā)送報文的時間超過2倍的RTT，則重發(fā)該報文；(5) 若報文中給出窗口大小發(fā)生變化，或ACK報文中包含有數(shù)據(jù)部分，則轉入步驟d ;(6) 丟棄接收到的ACK報文。
6. 根據(jù)權利要求3所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述?DATA緩存"的流程包括(1) 獲取到對應TCP連接的本地實體，若如果本地實體不存在，則創(chuàng)建對應實體；(2) 若報文中帶有SYN標志，則進入"等待連接建立"狀態(tài)；(3) 若報文中不帶有SYN標志，則進行以下步驟a. 若報文序號大于"記錄的ACK序號"，則緩存報文到本地實體的隊列；b. 此為異常情況，讓報文通過中間實體。
7. 根據(jù)權利要求l所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述的設置重傳定時器包括(1) 獲取緩沖隊列的第一包；(2) 若報文空或報文對應的序號，不是"記錄的ACK序號"，則刪除重傳定時器，并返回；(3) 修改重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上2倍的RTT時間。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述的重傳定時器的超時處理包括(1) 獲取緩沖隊列的第一包；(2) 若報文空或對應的序號，不是"記錄的ACK序號"，則返回；(3) 重新發(fā)送取出的報文，重傳定時器的超時時間為該報文上次的發(fā)送時間加上2倍的RTT時間。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，其特征在于，所述的構造ACK報文的處理包括(1) 初始的ACK報文應答序號為TCP連接建立時發(fā)送方的起始序號；(2) 記錄接收到TCP接連的發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號；(3) 周期性地構造ACK報文a. ACK報文應答序號二 ACK報文應答序號+依據(jù)應答周期和期望速率計算出的報文字 節(jié)數(shù)；b. 若"ACK報文應答序號"大于最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"，則設置"ACK報文應答 序號"為最近的"發(fā)送數(shù)據(jù)報文的序號"；c. 構造ACK報文，其中應答序號為本地實體的"ACK報文應答序號"，報文發(fā)往有線網(wǎng)絡
全文摘要
本發(fā)明涉及一種優(yōu)化無線視頻TCP傳輸?shù)姆椒?，該方法包括采集RTT信息；接收報文的處理；設置重傳定時器；重傳定時器的超時處理；構造ACK報文的處理。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的實現(xiàn)原理簡單，對于無線視頻TCP傳輸?shù)亩鄶?shù)場合有效；此外，本發(fā)明視頻編碼器，視頻顯示中心等終端節(jié)點設備完全透明，功能模塊部署容易，即可用于層2交換設備，也可用于層3路由設備。
文檔編號H04L29/06GK101765004SQ200810207789
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權日2008年12月25日
發(fā)明者吳亮, 尚濤, 李賢平, 高鳳春 申請人:上海寰創(chuàng)通信科技有限公司