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基于多流的重传策略

2020-11-07 23:43:37来源:教育资源网下载数: 打印此页

H.264/AVC有3种类型的帧(依据不同的软件,其提供的帧类型可能b.RTP无法满足分片的需要。

由于视频数据帧通常很大,如果不进行分片的话,分片和重组将给路由器和目的主机增加了额外的负担。花费额外的精力去创建数据报分片和分片重组。由于这个原因,需要将分片保持为最小,这里通过将应用层的数据段限制在一个较小的范围内实现。由于所有IP支持的数据链路协议的MTU都被认为至少有576字节,所以可以使用548字节的MSS、8字节的UDP数据段头部和20字节的IP数据报报头的分片方法。

c.无法通过RTP/RTCP来提供拥塞控制和流量管理。

网络资源的公平共享提出了要终端提供拥塞控制以防止网络恶化。为了防止接收端被数据“淹没”,也需要发送端提供流量管理的功能,但标准RTP机制没有提供这种功能。

针对现有架构的不足,提出一种在RTP基础上进行扩展的体系:MSSR-RTP/UDP。利用在终端增加多流技术,分片/重组功能,增加CWND/RWND变量对现有的不足进行改进。

2 体系架构

根据H.264/AVC和现有Internet的特点,我扩展了RTP/RTCP的功能,提出了MSSR-RTP(Multiple stream selective retransmission-Realtime transmission protocol)模型,其图如图1。

系统的研究对象是H.264/AVC,它为网络开发者提供的是I,P,B帧,我把每一帧作为一个发送对象,取名:ADU(Application Data Unit应用程序数据单元)。由于通常视频数据都很大,需要进行分片。分片后通过控制模块添加MSSR-RTP头信息,并把封装后的数据放入缓存,在发送方,无论数据属于哪个流,都放入同一个缓存中。最后由调度中心将数据调入传输层,然后发送到接收方,接收方通过重组分片,收集丢失数据,依据流的特性,将需要重传的数据通过MSSR-RTCP回馈到发送方,进行数据重传。如果一帧的每个分片都到达接收端,则重组为一帧数据上传给解码器。

图1 基于MSSR-RTP的网络传输架构

2.1 MSSR-RTP,MSSR-RTCP的头格式以及流结构

图2 MSSR-RTP的报头格式

图2是MSSR-RTP的头格式,作为对标准RTP的扩充,有其新特点。头部信息中,顺序号是用于分片重组的。流序号表示分片是属于哪个流的。流顺序号表示在一个流中的顺序号,如果一个大的ADU分片,那不同片拥有相同的流顺序号。ADU长度是表示此分片对应的ADU的长度。ADU偏移量是表示此分片在对应的ADU中的偏移量。

图3 MSSR-RTCP的报头格式

图3是MSSR-RTCP的头格式。MSSR-RTCP是在流媒体传输中与MSSR-RTP协同工作的协议。MSSR-RTCP定期发送供控制模块使用的发送端或则接收端的统计报告。包括发送分组数、丢失分组数、间隔到达的抖动等。对于每个正在发送的RTP分组,发送方会创建并传送RTCP发送方报告分组,在本体系中,与标准的RTCP一致。对于每个正在接收RTP分组的接收方,作为对标准RTCP的扩展,MSSR-RTCP还提供了RWND字段和ACK GAP字段,前者用于在发送端进行流量控制,后者用于进行重传。省略部分与标准RTCP一致,参考文献[1]。

图4 流数据结构

图4是流数据结构。作为我提出的结构的核心,它是决定属于此流的数据的重传时间,对于流媒体,它并不需要所有的数据都到达,对于某些延迟超过设定的时间的帧并不需要重传,这是由流媒体自身特点决定,并且,比其传统单流,可以避免头阻塞。

2.2 数据传输以及重传策略

ADU传到MSSR-RTP层,会首先进行分片处理,然后由控制模块加上MSSR-RTP报头,由调度策略进行数据发送,发送的数据依据其所在流的重传时间决定发送后是否放入缓存。如果重传时间不为0,发送后将缓存,如果重传时间为0,则发送后就丢弃。缓存的数据依据MSSR-RTCP回馈进行重传和移除。其数据传输示意图

图5 数据传输

服务器端通过函数SR_CREATE创建端口,然后调用函数SR_LISTEN进行侦听,客户端一旦需要接收数据,通过调用函数SR_CONNECT与服务器端建立连接,连接建立后将使用两个端口,一个端口用于传输带有MSSR-RTP头的视频数据,另一个用于传输MSSR-RTCP控制信息。

数据发送规则

a. 如果发送出去未被确认的数据已经达到或者超过CWND的时候,数据发送者不能再传送任何数据到网络中。

b. 当RWND为0的时候,数据发送者不能再传送任何数据到网络中。当未被确认的数据未超过CWND的时候,数据发送者必须保证有一个包在网络中未被确认。

c. 当选择发送数据的时候,重发的数据要比新数据优先。

通过以上的数据发送规则,能够进行拥塞控制与流量控制,满足对网络资源公平共享的原则,同时也能防止大量视频数据“淹没”接收端。

重传规则

a. 超时重传。

b. 接收端通过MSSR-RTCP回馈指示重传。

超时重传的原理与TCP中采用的方法一样,RTT的时间计算采用Karn’S算法,参考文献。

3 接收端丢失判断和重传策略

依据H.264/AVC的网络特点,我们只对I帧数据进行数据重传,并且依据实际项目对实时性的不同要求设置流中重传时间大小。

使用MSSR-RTP,接收端通过到达包的MSSR-RTP头部信息来判断包的丢失。通过顺序号,如果没发生数据丢失,则顺序号必定是连续的。如果不连续,则说明发生丢失。对于需要重传的流中,由于需要时间信息来决定是否需要重传,因此必须要知道丢失的分片的时间信息,由于I帧数据量大,通常化分成几十上百个片,所以可以通过发现在同一个I帧中其他分片(它们拥有相同的流顺序号)来找出丢失分片的时间信息。

a. 一个帧中的分片的丢失判断:通过在流中重组ADU的时候来检测,如果发现顺序号不连续,则说明有分片丢失。这时候的重传策略由这个帧所在的流决定。时间信息通过缺失此顺序号但有相同流顺序号的那些分片提供。

b. 一个帧中的开始分片的丢失判断:通过在流中重组ADU的时候来检测。这时通过重组ADU发现找不到偏移量为0的分片知道有开始分片丢失。这时候的重传策略由这个帧所在的流决定。时间信息通过缺失此顺序号的但有相同流顺序号那些分片提供。

c. 一个帧中的结尾分片的丢失判断:在重组ADU时,通过发现ADU长度和重组后长度不相等,但顺序号是连续的,则说明一个帧中的结尾分片的丢失,时间信息通过在同一个ADU的其它分片(即:有相同流顺序号的那些分片)提供。这时候的重传策略由这个帧所在的流决定。

d. 一个帧中的所有分片丢失判断:在重组ADU时,通过发现不连续的流顺序号说明有一个帧中的所有分片丢失。这种情况,我们将不重传此帧的任何数据。原因是因为I帧数据量大,分片多,全部丢失可能性很小和重传整个I帧代价昂贵。

4 结论语

此体系架构已经应用在为重庆某集团开发的“重大危险源实时视频监控系统”中,通过实际测试,发现其有很好的网络适应性以及TCP友好特性,并且性能比其传统的RTP/UDP有比较多的改善。

参考文献

[1] Henning Schulzrinne’s RTP site,

http://www.cs.columbia.edu/~hgs/rtp/,1999

M.-T. Sun and A. R. Reibman, Compressed Video Over Networks.Marcel Dekker Inc., 2001

Karn,P., and C.Partridge.1987.Improving round-trip time estimates in reliable transport protocols. Presentation. SIGCOMM’87

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