利用报文序号和报文时间戳预测UDP拥塞程度的方法与流程

本发明属于流媒体
技术领域：
，具体涉及一种利用报文序号和报文时间戳预测udp拥塞程度的方法。
背景技术：
：近年来，ip电话，网络视频会议以及远程教育等试试流媒体应用大量增多，这些应用大多采用udp协议进行传输。而udp协议是一种无连接协议，它在传输速度上有一定的优势，但也存在着缺乏拥塞控制机制和传输可靠性差的问题。网络拥塞会导致多种网络传输性能大幅度变差，例如吞吐量下降，通讯时延加大，丢包率增大等，严重时甚至会导致整个网络系统崩溃。因此，为udp协议集成一种良好、有效的拥塞控制方法既对工业网络有着重要实际意义，也有着十分重要的研究价值。目前最常见的检测udp拥塞方法有：1)基于丢包率的控制这种拥塞控制的基本思想是接收端每收到n个包或每隔t秒向接收端发送一个网络丢包率的评估报告，发送端根据返回的丢包率来评估网络拥塞程度，据此调整发送速率。该方法是在网络发生拥塞后采取的措施，不能作为拥塞的检测；并且这种定时时间间隔的大小直接影响拥塞的控制效果。2)基于往返延时rtt的拥塞控制该方法通过定时在发送端发送探测组来估计下一时间的rtt，虽然理论上可以做到网络拥塞的早期检测，但在实际网络中rtt是很难计算准确的，并且它还存在着链路上的不对称性，不能反映单向链路上的网络状况问题。技术实现要素：(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是：如何设计一种预测udp拥塞程度的方法，在初期检测到网络拥塞并对传榆速率进行有效的控制，提高网络资源的利用率，降低数据包的丢包率。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用报文序号和报文时间戳预测udp拥塞程度的方法，包括以下步骤：s1：预测udp数据包的单程延时时间；s2：根据udp数据包的单程延时时间的波动预测拥塞程度，从而判断udp拥塞级别；s3：根据拥塞级别和拥塞判断方法调整发送速率。优选地，步骤s1具体为：在基于udp协议进行网络传输时，发送端将当前报文包的序号和发送时的时戳作为报文内容发送给接收端，接收端收到发送端的报文后，向发送端反馈接收确认报文，接收确认报文中包含报文序号和报文时戳，其中接收确认报文中的报文序号与发送端发送的报文序号相同，接收确认报文中的报文时戳是接收端收到报文后的时戳，udp数据包的单程延时时间等于接收端发送的接收确认报文中的报文时戳值与发送端发送报文中的时戳值之差；发送端接收到接收端发送的接收确认报文后，首先比较两个报文序号是否相同，若不相同，表明该条接收确认报文不是来自当前已发送报文的反馈，则不计算单程延时时间；若相同，则将接收端反馈的时戳值减去发送端发送的时戳值，得到udp数据包的单程延时时间。优选地，利用低通滤波器预测第n+1包的单程延时时间为：dn+1＝dn+α×(bn-dn)(1)其中，α(0＜α＜1)是修正因子，dn表示预测的第n包的单程延时时间，bn表示当前实际测量的单程延时时间，根据α的大小可调节bn对dn的影响、优选地，在公式(1)中，令d2＝b1，即用实际测量得到的b1值作为预测的第2包的单程延时时间。优选地，步骤s2具体为：令第n包报文的发送时戳为stn，第n+1包报文的发送时戳为stn+1，第n包报文的接收时戳为rtn，第n+1包报文的接收时戳为rtn+1，根据udp数据包的接收时间间隔和发送时间间隔差值的偏差程度定义拥塞级别；令l为拥塞级别表征值，其计算方法为：其中，stn+1-stn表示相邻两包的发送时间间隔，rtn+1-rtn表示相邻两包的接收时间间隔，l的值越大，表明拥塞程度越高；根据l值将拥塞级别划分为下表中的三个等级：拥塞级别123网络状态空闲良好拥塞l的范围0＜l≤wuwu＜l≤wll≥wl其中，wu表示网络低负载状态时的上限值，wl表示网络轻度拥塞状态时的下限值。优选地，步骤s3具体为：令udp数据包传输速度区间范围为[ratemin，ratemax]，其中ratemin表示udp数据包可接受的最小传输速率，ratemax表示udp数据包的目标速率，令ratenow为udp数据包的即时发送速率；当网络处于空闲状态时，即0＜l≤wu，udp数据包的即时发送速率ratenow为：ratenow＝min{ratenow+β，ratemax}；(3)此时网络处于欠载状态，β的取值由下式决定：即β的取值范围为[ratemax×20％,ratemax×40％]。当网络处于拥塞状态时，即l≥wl，udp数据包的即时发送速率ratenow为：ratenow＝max{ratenow-γ，ratemin}；(5)此时网络处于拥塞状态，γ的取值由下式决定：优选地，β和γ的值根据拥塞级别l的值动态确定。(三)有益效果本发明首先根据报文序号和报文时戳计算并预测udp数据包的单程延时时间；然后根据udp数据包的接收时间间隔和发送时间间隔差值的偏差程度定义拥塞级别。拥塞检测由接收端完成，而拥塞控制则通过接收端反馈信息由发送端完成；最后，根据拥塞级别和拥塞判断方法，采用和式增加和和式减少的自适应参数控制方法调整发送速率。本发明提出的方法能够根据单向链路的网络状况预测udp网络拥塞，同时不会增加网络负担，导致网络丢包率增大；该方法计算简单，最大限度的压缩了拥塞级别的判断间隔时间，并采用线性函数动态调整发送速率，极大的平滑了发送速率的调整，提高了网络资源的利用率，降低了数据包的丢包率。附图说明图1是本发明的方法总体流程图；图2是本发明中预测udp拥塞级别的流程图。具体实施方式为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。如图1所示，本发明提供的一种利用报文序号和报文时间戳预测udp拥塞程度的方法，包括以下步骤：s1：预测udp数据包的单程延时时间在基于udp协议进行网络传输时，发送端将当前报文包的序号和发送时的时戳作为报文内容发送给接收端，接收端收到发送端的报文后，需要向发送端反馈接收确认报文，接收确认报文中包含报文序号和报文时戳，其中接收确认报文中的报文序号与发送端发送的报文序号相同，接收确认报文中的报文时戳是接收端收到报文后的时戳，udp数据包的单程延时时间等于接收端发送的接收确认报文中的报文时戳值与发送端发送报文中的时戳值之差；发送端接收到接收端发送的接收确认报文后，首先比较两个报文序号是否相同，若不相同，表明该条接收确认报文不是来自当前已发送报文的反馈，则不计算单程延时时间；若相同，则将接收端反馈的时戳值减去发送端发送的时戳值，得到udp数据包的单程延时时间；由于网络拥塞的状况是动态变化的，因此udp数据包的单程延时时间也是动态变化的，其不确定性体现在接收端反馈的时戳值是变化的，利用低通滤波器预测第n+1包的单程延时时间为：dn+1＝dn+α×(bn-dn)(1)其中，α(0＜α＜1)是修正因子，dn表示预测的第n包的单程延时时间，bn表示当前实际测量的单程延时时间，根据α的大小可调节bn对dn的影响。在公式(1)中，令d2＝b1，即用实际测量得到的b1值作为预测的第2包的单程延时时间。s2：判断udp拥塞级别本步骤中，根据udp数据包的单程延时时间的波动预测拥塞程度，定义udp数据包的接收时间间隔和发送时间间隔的差值达到一定程度时，表明网络发生拥塞。相邻两包的接收时间间隔和发送时间间隔差值越大，表明拥塞越严重。根据时间间隔差值的偏差程度定义udp拥塞级别，并将udp拥塞级别划分为空闲、良好和拥塞三种。具体而言，令第n包报文的发送时戳为stn，第n+1包报文的发送时戳为stn+1，第n包报文的接收时戳为rtn，第n+1包报文的接收时戳为rtn+1，根据udp数据包的接收时间间隔和发送时间间隔差值的偏差程度定义拥塞级别；令l为拥塞级别表征值，其计算方法如下：其中，stn+1-stn表示相邻两包的发送时间间隔，rtn+1-rtn表示相邻两包的接收时间间隔，l的值越大，表明拥塞程度越高；。预测udp拥塞级别的流程图如图2所示。根据l值将拥塞级别划分为以下几个等级：拥塞级别123网络状态空闲良好拥塞l的范围0＜l≤wuwu＜l≤wll≥wl其中，wu表示网络低负载状态时的上限值，wl表示网络轻度拥塞状态时的下限值；s3：根据拥塞级别和拥塞判断方法调整发送速率本发明调整数据包发送速率的时机是在执行完一次“发送-接收”操作后判断拥塞级别后立即调整的，最大限度的压缩了拥塞级别的判断间隔时间。为了满足udp数据包在传输过程中对负载平滑性的要求，采用了自适应参数设置的和式增加和式减少的速率控制方法。令udp数据包传输速度区间范围为[ratemin，ratemax]，其中ratemin表示udp数据包可接受的最小传输速率，ratemax表示udp数据包的目标速率，令ratenow为udp数据包的即时发送速率。(1)当网络处于空闲状态时，即0＜l≤wu，udp数据包的即时发送速率ratenow为：ratenow＝min{ratenow+β，ratemax}；(3)此时网络处于欠载状态，为了能快速充分的利用网络资源，β的取值由下式决定：即β的取值范围为[ratemax×20％,ratemax×40％]。(2)当网络处于拥塞状态时，即l≥wl，udp数据包的即时发送速率ratenow为：ratenow＝max{ratenow-γ，ratemin}；(5)此时网络处于拥塞状态，为了实现网络负载平滑，γ的取值由下式决定：上式中的的β为和式加因子，γ为和式减因子，β和γ的值根据拥塞级别l的值动态确定。本步骤中，为保证udp发送速率的调整更为平滑，降低速率控制中存在的抖动性，采用和式增加和和式减少的自适应参数控制方法调整发送速率，有效的缓解了网络拥塞。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。当前第1页12