移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)下網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)傳輸算法的應(yīng)用

摘 要

在移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)中有大量的多媒體數(shù)據(jù)需要傳輸，本文在傳統(tǒng)AIMD算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于RTP/RTCP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)傳輸算法。可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整增加因子和減少因子的值來控制碼流率，從而有效的滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái) 實(shí)時(shí)流傳輸 RTP/RTCP 擁塞控制

當(dāng)前信息技術(shù)飛速發(fā)展，流媒體技術(shù)已廣泛引用在很多方面。而在基于Android系統(tǒng)的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)上有大量的多媒體學(xué)習(xí)視頻需要進(jìn)行傳輸，并且對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸有著很高的要求。因此，怎么樣在有限的帶寬條件下，提高多媒體信息的傳輸質(zhì)量，成為了流媒體傳輸工作中的重點(diǎn)。

1 RTP/RTCP 協(xié)議

RTP（Real-time Transport Protocol）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)上用于多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP協(xié)議詳細(xì)描述了在互聯(lián)網(wǎng)中傳遞的視頻和音頻的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包格式，能用于單播和多播應(yīng)用中。RTP協(xié)議能提供時(shí)間信息和實(shí)現(xiàn)流同步，但RTP本身并沒有提供按時(shí)發(fā)送機(jī)制，也不提供流量控制和擁塞控制。這一部分的服務(wù)依靠RTCP來提供。

RTCP（Real-time Transport Control Protocol） 實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議，能夠?yàn)镽TP提供流量控制和擁塞控制。當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)RTP會(huì)話時(shí)，將使用兩個(gè)端口：一個(gè)給RTP，另一個(gè)給RTCP使用。會(huì)話期間，RTCP采用和RTP相同的分發(fā)機(jī)制，所有成員周期性地發(fā)送RTCP信息包。應(yīng)用程序通過接收信息包，可以獲取參與會(huì)話成員的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、丟包率等相關(guān)信息，從而動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率和有效載荷類型。RTP協(xié)議和RTCP協(xié)議一起配合使用，能以有效的反饋信息和最小的開銷，得到傳輸效率最佳化。因此，特別適合互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

2 AIMD網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法

眾所周知互聯(lián)網(wǎng)有很多種接入方式，連接速率也各不相同。通信線路的質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的擁塞狀態(tài)都會(huì)使用戶使用時(shí)的連接速率發(fā)生變化。在移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)上，為了能夠更好地傳輸視頻和圖像信息，就要求流媒體必須具備能夠適應(yīng)不同傳授速率下提供優(yōu)化圖像數(shù)據(jù)的能力，這樣才能滿足平臺(tái)使用者的需求。

常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸一般采用傳統(tǒng)的AIMD算法對碼流進(jìn)行調(diào)整。AIMD算法是一種加性增長、乘性減少的控制算法。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞的時(shí)候，算法會(huì)通過使用一個(gè)乘法因子來降低碼流的發(fā)送速率，用以降低通道的利用率，從而達(dá)到緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的；當(dāng)擁塞解除后，再通過使用一個(gè)加法因子的方法來提高碼流的發(fā)送速率，從而提高了信道的利用率。設(shè)置S為降低碼流發(fā)送速率的乘法因子，T為提高碼流發(fā)送速率的加法因子；F（n）和F（n+1）分別表示n時(shí)隙和n+1時(shí)隙碼流的發(fā)送速率；K（n）表示時(shí)隙n內(nèi)的丟包率；h1和 h2分別表示丟包率的兩個(gè)臨界點(diǎn)值。因此AIMD算法可以用下面的公式表示：

根據(jù)AIMD算法，乘法因子S是用來降低碼流的發(fā)送速率，如果S設(shè)置過大，碼流發(fā)送速率就會(huì)下降太快，從而造成信道的利用率降低；但是S設(shè)置過小，網(wǎng)絡(luò)擁塞就得不到緩解。而加法因子T是用于在擁塞解除后提高碼流的發(fā)送速率，如果T設(shè)置過小，則碼流發(fā)送速率的增長會(huì)太小，同樣也會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率的下降。

3 網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)傳輸算法

針對以上情況，在此提出一種基于RTP/RTCP協(xié)議的實(shí)時(shí)視頻流網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)傳輸算法。此算法是在AIMD算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同狀態(tài)動(dòng)態(tài)確定乘法因子S和加法因子T的值。通過服務(wù)器和客戶端交互時(shí)，實(shí)現(xiàn)測算，從而起到控制擁塞的目的。

設(shè)置F為上一次擁塞發(fā)生時(shí)的碼流發(fā)送速率；A用來判斷恢復(fù)的碼流率是否足夠接近F的閾值；P、Q為常數(shù)，其中P的取值范圍是01。乘法因子S和加法因子T按照下面的情形進(jìn)行變化：

（1）當(dāng)RTP數(shù)據(jù)流第一次進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，把乘法因子S設(shè)為常數(shù)，則：

（2）當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，按照公式1快速降低碼流發(fā)送速率。

（3）當(dāng)擁塞解除時(shí)，當(dāng)前碼流率小于上一次擁塞發(fā)生時(shí)碼流發(fā)送速率的一半，并且足夠小時(shí)，則要快速增長碼流發(fā)送速率。即F（n）

（4）當(dāng)擁塞解除時(shí)，當(dāng)前碼流率大于上一次擁塞發(fā)生時(shí)碼流發(fā)送速率的一半，并且上一次擁塞發(fā)生時(shí)的碼流發(fā)送速率F與當(dāng)前碼流發(fā)送速率F（n）的差額大于恢復(fù)速率的閾值A(chǔ)時(shí)，則表示當(dāng)前的碼流發(fā)送速率需要緩慢增長。即F（n）>F/2，F(xiàn)（n）+P>F，F(xiàn)-F（n）>A，則：

（5）當(dāng)擁塞解除時(shí)，當(dāng)前碼流率大于上一次擁塞發(fā)生時(shí)碼流發(fā)送速率的一半，并且上一次擁塞發(fā)生時(shí)的碼流發(fā)送速率F與當(dāng)前碼流發(fā)送速率F（n）的差額小于恢復(fù)速率的閾值A(chǔ)時(shí)，則表示當(dāng)前的碼流率已接近上一次擁塞時(shí)的速率，信道恢復(fù)正常。即F（n）>F/2，F(xiàn)（n）+P

該算法的基本思想是利用擁塞發(fā)生時(shí)的信息來控制碼流發(fā)送速率的增幅。乘法因子S和加法因子T的值在以上5種不同條件下，都在動(dòng)態(tài)變化的，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)整碼流的發(fā)送速率。

4 結(jié)束語

本文針對移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)中帶寬有限、多媒體數(shù)據(jù)量大、傳輸質(zhì)量要求高等問題，提出了一種網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應(yīng)傳輸算法。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整增加因子和減少因子的值以調(diào)整碼流的發(fā)送速率，從而提高了多媒體數(shù)據(jù)流在傳輸過程中的QoS，有效的滿足數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)傳輸?shù)男枰?/p>

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

徐暢（1982-），女，湖南省長沙市人。現(xiàn)為湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院講師。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)。

作者單位

湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院 湖南省長沙市 410151