本发明专利技术涉及一种基于移动通信网络的严增松减等步长拥塞控制算法。该算法在应用层采用线性预测算法计算移动通信网络的丢包率，根据丢包率的大小，采用累计丢包率异常周期次数与不同设定值比较的方式来调节码率。当网络状态比较好时，上调发送码率，当网络状态比较差时，下调发送码率；考虑到码率的幅度下调，只会对画面质量产生一定影响，而码率上调却有可能因为输出码率超过可用带宽而造成网络拥塞，造成丢包率上升及端到端时间延迟增大等后果，因此码率上调条件比下调严格(即严增松减)。同时每次调整码率的幅度(步长)是固定的，快速的将码率调整到合理的范围，实现了自适应的改变发送码率，减少了视频延迟时间及抖动，保证了视频质量稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该算法在应用层采用线性预测算法计算移动通信网络的丢包率，根据丢包率的大小，采用累计丢包率异常周期次数与不同设定值比较的方式来调节码率。当网络状态比较好时，上调发送码率，当网络状态比较差时，下调发送码率；考虑到码率的幅度下调，只会对画面质量产生一定影响，而码率上调却有可能因为输出码率超过可用带宽而造成网络拥塞，造成丢包率上升及端到端时间延迟增大等后果，因此码率上调条件比下调严格(即严增松减)。同时每次调整码率的幅度(步长)是固定的，快速的将码率调整到合理的范围，实现了自适应的改变发送码率，减少了视频延迟时间及抖动，保证了视频质量稳定性。【专利说明】—种基于移动通信网络的严增松减等步长拥塞控制算法
本专利技术涉及移动通信
中一种基于移动通信网络的服务质量控制QoS(Quality of Service,QoS)方法。特别是涉及一种基于移动通信网络应用层用于实时视频传输的严增松减(Strict Increase Loose Decrease, SILD)等步长拥塞控制算法。
技术介绍
随着移动通信技术的迅速发展，网络视频传输中的QoS已成为一个重要研究课题。与传统IP网络相比，3G(3rd-generat1n,第三代移动通信)、4G(4rd_generat1n,第四代移动通信)网络可用带宽受限，所用频段高，受多径衰落、阴影衰落及干扰噪声的影响，同频邻频干扰严重，同时移动信道情况受周围环境变化影响大，导致数据错误和丢失具有随机性与突发性的特征。因此对网络服务质量的要求更为苛刻，研究移动通信网络中视频传输中的QoS控制具有重要的意义和广泛的应用前景。 QoS控制方法是指通信网络在承载业务时为用户提供的服务质量保证。数据网络的服务质量常用传输延迟、延迟变化、丢包率及吞吐量等指标来衡量。不同业务对于每个指标的敏感程度是不同的。视频作为一种具有较强时间相关性的多媒体业务，不仅需要占用较大的网络带宽，而且对于网络传输延迟和延迟变化指标的要求非常严格。视频对少量的数据丢失或差错不敏感，并可以通过适当的补偿措施隐藏或恢复丢失信息。 目前移动通信网络采用了一系列QoS机制以确保信道资源的合理分配和有效利用，在分组交换域通常采用区分服务模型进行QoS控制。该方法具有良好的扩展性，但需要对路由器进行配置，且部分低端设备不能承载任何现有的QoS协议，必须进行硬件升级。为了保证视频实时传输，移动通信系统QoS的部署实施是一项复杂和困难的工程，必须要分阶段地完成演进。解决该问题的一种方法即对各大运营商间的路由器、基站等设备进行统一升级部署，该方法工作在应用层以下，无法在短期内全部实现，因此这种方法只适用于在网络的铺设或者升级阶段；另一种方法是在现有网络基础上，通过在应用层嵌入相关软件，提供拥塞控制等QoS控制措施以上调网络利用率，保障视频传输质量。基于以上考虑，本专利技术提出了一种应用于网络应用层上的有效拥塞控制算法。 为了解决移动通信网络中视频传输的拥塞控制，在已有的研究成果中，主要是借鉴传统IP网络中比较成熟的技术。IETF (The Internet Engineering Task Force),互联网工程任务组)针对IP网络实时业务，提出了针对传输层中UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)传输的数据拥塞控制协议DCCP (Datagram Congest1n ControlProtocol,DCCP) qDCCP认为常规的拥塞控制技术基本可分为两类:TCP_Like (Transmiss1nControl Protocol,类似于传输控制协议)和 TFRC(TCP-Friendly Rate Control, TCP 友好的速率控制机制)。其中TCP-Like的原理是:当TCP发送方感受到端到端路径无拥塞时就线性的增加其发送速度，当察觉到路径拥塞时就乘性减小其发送速度，故这种速率调节方式被称作“加增乘减”。TCP-Like的优势在于算法原理及实现均很简单，且已在传统IP(Internet Protocol),网络之间互连的协议)网络中广泛使用，并已被证明可以实现速率的快速收敛，具有良好的稳定性。但TCP-Like的缺点在于每次丢包后都会调低发送速率，而且改变步长过大，导致数据流抖动大，不适合于视频等业务，只适用于对实时性要求不是很高的应用。TFRC是基于UDP的实时多媒体应用而提出的，在UDP应用中增加相应的拥塞控制机制，与TCP应用及其他UDP应用公平地分享网络资源，使网络具有较高的带宽利用率和较低的丢包率。TFRC类速率控制方法存在启动慢的问题。即在刚开始进行数据发送时，尚不能对网络情况进行判断，所以发送端无法计算开始一段时间内的发送速率，对于实时多媒体应用来说，接收端刚开始时会有较大的时间延迟和抖动。因此传统IP网络的拥塞控制主要存在以下问题:控制在传输层而不是应用层；无法同时满足实时性、快速性以及视频质量稳定性要求。 此外一些研究成果也提出了针对于移动通信网络应用层的拥塞控制算法，以延迟为指标来衡量网络的状况，当网络延迟小于最低延迟时，增加发送速率，当网络延迟大于最大延迟时，减少发送速率。但是算法没有提出具体有效的实施方式，也没有考虑速率的变化对视频质量的影响以及增加和减少发送速率的区别。因为视频输出码率的剧烈波动会导致接收端时间延迟及抖动等参数随之变化，影响视频画面稳定性，同时可能造成画面质量显著变化。因此应根据网络状态的预测，码率调整应尽量避免大幅度波动，控制在合适的范围内，才能保证实时视频画面质量的稳定性。
技术实现思路
为了解决移动通信网络中视频传输的拥塞控制，将码率调整控制在合适的范围内，本专利技术提出了一种基于移动通信网络应用层用于实时视频传输的严增松减(StrictIncrease Loose Decrease, SILD)等步长拥塞控制算法。该算法在应用层采用线性预测算法计算移动通信网络的丢包率，根据丢包率的大小，采用丢包率连续异常时刻数统计值与不同设定值比较的策略来调节码率，当网络状态比较好时，上调发送码率，当网络状态比较差时，下调发送码率；考虑到码率的幅度下调，只会对画面质量产生一定影响，而码率上调却有可能因为输出码率超过可用带宽而造成网络拥塞，造成丢包率上升及端到端时间延迟增大等后果，因此码率上调条件比下调严格(即严增松减)；同时每次调整码率的幅度(步长)是固定的，快速的将码率调整到合理的范围，实现了自适应的改变发送码率，减少了视频延迟时间及抖动，保证了视频质量稳定性。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是:以丢包率作为衡量网络QoS的指标。采用丢包率连续异常时刻数统计值与不同设定值比较的策略来调节码率，设定丢包率下限值设为Lmin，上限值设为Lmax,同时设定发送端的发送码率上限值和下限值。接收端采用线性预测的方法预测出下一个时刻的丢包率，并将该丢包率与制定的上限值和下限值比较，如果连续N(预先设定的上调发送码率需要的连续时刻数统计值)个时刻丢包率小于下限值，则上调发送码率；如果连续M(预先设定的下调发送码率需要的连续时刻数统计值)个时刻丢包率大于上限值，则下调发送码率。调整后的发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于移动通信网络的严增松减等步长拥塞控制算法，其特征是在应用层采用线性预测算法计算移动网络的丢包率，采用严增松减等步长拥塞控制算法，运用丢包率连续异常时刻数统计值与不同设定值比较的策略对视频输出码率进行自适应调节，即当连续多个时刻丢包率小于丢包率下限值时，上调发送码率，当连续多个时刻丢包率大于丢包率上限值时，下调发送码率，但是上调比下调的条件要严格。每次上调或者下调的步长是相等的。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张灿，凃国防，陈德元，程振宇，张明庆，孙恒，和智涛，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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