一种WIFI环境下VR业务优化方法、系统及存储介质

一种wifi环境下vr业务优化方法、系统及存储介质
技术领域
1.本发明属于vr业务优化技术领域，尤其涉及一种wifi环境下vr业务优化方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.目前，随着网络和移动设备的发展，现如今的移动用户以及移动终端业务逐渐增多，不同业务对应着不同的用户需求，其中较为值得注意的就是vr业务，这类业务对实时性和可靠性有较为严格的要求。
3.而在多用户多业务场景下，vr业务的传输面临许多问题。由于非vr业务上下行的tcp业务流量存在较大波动，从而抢占了vr业务的传输带宽降低传输速率，同时由于无线信道存在较多的干扰，且多用户对无线信道的抢占等问题也会导致vr业务传输速率下降以及产生明显的时延抖动，因此如何有效的解决多用户多业务场景下的vr业务传输质量成为一个值得探究的问题。
4.当前vr技术得到了广泛应用，包括实现vr社交，vr教育，vr游戏等，vr业务对网络带宽和时延都提出了较高要求，tcp上行业务抢占带宽对上行vr业务的影响较大，这种抢占会造成vr业务的卡顿现象。
5.业内现有技术如下：现有技术1：ap与终端协同的优化方案
6.现今的vr业务优化功能的实现都依赖于ap与终端协同完成。这是由于对ap进行qos定制化调度优化服务时，只能解决vr的下行业务的传输质量问题，但无法解决上行多用户冲突和tcp业务带宽(尤其是上行tcp业务)抢占对上行vr业务的影响，而各种手机、pc端设备和笔记本采用不同厂商的wifi网卡，因此实现vr业务优化功能需要依赖相同厂商的ap和sta进行协同工作，实现功能优化。
7.在前面已经介绍过，现今的vr业务优化功能依赖于ap与终端协同完成，因此要求ap与终端同属一个厂商，这就对于用户提出了更高的要求，购买了某厂家的终端产品后，必须要再购买厂家相应ap产品后，才能够体验到vr业务优化的功能。这具有极大得到限制性，如果能够将qos功能全部移到终端实现，那么就能使这个问题得到解决。
8.现有技术2：随即早期检测算法red
9.随机早期检测(random early detection，red)是主动队列治理算法中的著名算法，red的设计思想是通过监测路由器的输出队列长度预测可能发生的网络拥塞，在认为可能发生网络拥塞的情况下，以一定概率丢弃到达的分组。这种通过丢弃分组来控制输出队列长度的方式，能够独立完成流量控制工作，避免引起网络拥塞，由于red是基于fifo队列调度策略的，并且只是丢弃正进入路由器的数据包，因此其实施起来也较为简单。
10.red算法可以通过分组丢弃的方式避免网络拥塞，但是可能造成队列震荡，吞吐量降低和时延抖动加剧，缺点明显。特别是对于可靠传输的tcp业务而言，采用分组丢弃的方式会导致源端重传丢弃报文，因而减小发送窗口、降低发送速率，且被丢弃的分组需要等待目的端的快确认信息，甚至是rto时间后才能进行重传，因此会在很大程度上影响tcp连接
的往返时延。如果能够找到使得tcp业务传输速率平滑下降的算法，避免剧烈的时延抖动便可以避免这个问题。
11.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：vr业务传输速率低，无线信道干扰多，窗口会产生明显的时延抖动。
12.解决以上问题及缺陷的难度为：
13.red算法没有区分业务类型，不能识别vr业务和非vr业务；red算法采用的是随机丢包方式，tcp包的丢失从协议栈看来是是网络发生了拥塞，发送方的发送窗口会快速变小，tcp业务会发生抖动。
14.解决以上问题及缺陷的意义为：
15.为了保证vr业务的质量，就应该保证vr业务的带宽和时延，在网络业务发生变化时，通过平滑抑制非vr业务带宽的方法来尽量保证vr业务的带宽。


技术实现要素：

16.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种wifi环境下vr业务优化方法、系统及存储介质。
17.本发明是这样实现的，一种wifi环境下vr业务优化方法，所述wifi环境下vr业务优化方法包括：
18.基于包括对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速的vr业务优化策略进行vr业务优化。
19.进一步，所述wifi环境下vr业务优化方法包括以下步骤：
20.步骤一，基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量，判断是否需要对vr业务的传输进行优化；
21.步骤二，当需要进行vr业务的传输时，通过对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速进行vr业务优化。
22.进一步，所述基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量包括：检测上下行业务的丢包率、空口率；当上下行业务的丢包率高或空口率高时，判断无线链路质量不佳。
23.进一步，所述当上行业务的丢包率高或下行业务的空口率高时，则判断无线链路质量不佳包括：
24.上行业务：基于ba指示报文丢失情况判断wifi信道质量，当丢包较多时即空口丢包率高于丢包率预设阈值时，判断wifi信道质量较差；
25.下行业务：若sta连续接收n个重传标志位被置位的mac帧，且n大于预设阈值t，则判断认为空口冲突率高。
26.进一步，所述丢包率预设阈值为10％。
27.进一步，所述预设阈值t＝3。
28.进一步，所述基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量还包括：
29.通过vr业务的时延判断是否产生网络拥塞，当产生网络拥塞时，判断当前无线链路传输质量不佳。
30.进一步，所述通过vr业务的时延判断是否产生网络拥塞包括：
31.tcp业务流时延分析：sta统计vr的下行tcp业务，通过测量计算发送ack到下一个tcp报文到达的时间间隔并统计学习该时间段t的分布情况，将t按升序进行排序，取包含了当前80％样本时间t值作为估计的rtt时间，当后续计算的时间间隔t大于超出该rtt时间时，此时vr业务时延较高，判断将会发生网络拥塞；
32.rtp报文时延分析：终端侧根据vr业务rtp报文传输头中的时间戳信息对下行业务时延进行判断，每接收到一定数量的rtp报文后，触发计算首个报文和最后一个报文的时间间隔t，并比较t与估计时间间隔est_t，如果t大于1.2*est_t时，则此时vr时时延波动较大，并根据旧的est_t和当前时间间隔t计算新的估计时间间隔；
33.est_t＝p*t+(1
‑
p)*est_t；。
34.进一步，所述非vr业务的平滑降速包括：
35.维护创建一个n个节点单元的环形队列，并记录两个指针in和out，分别指向入队和出队的单元，并开启一个周期为t的定时器来维护环形队列；
36.环形队列中的每个节点维护一个链表，将非vr的tcp业务的上行确认报文缓存到in指针指向的入队单元的链表中；
37.定时器定时操作in和out指针向后移动，且保证两个指针最小距离不为0，最大不超过环形队列的长度；
38.当out指针指向的单元链表非空的时候，将链表中的tcp确认报文取出并转发，并保持tcp确认报文中窗口字段大小不变；
39.如果网络出现或即将出现拥塞的时候，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每两个定时器周期后移一次；
40.当网络从拥塞恢复到正常水平，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每个定时器周期后移两次，直至in指针和out指针重合。
41.进一步，所述对vr业务的加速包括：
42.对vr业务的ack报文进行立即发送，同时通过修改ip头中的type of service字段，提高业务报文的优先级，令路由器优先转发此类包。
43.本发明另一目的在于提供一种实施所述wifi环境下vr业务优化方法的wifi环境下vr业务优化系统，所述wifi环境下vr业务优化系统包括：
44.vr业务传输优化模块，用于基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量，判断是否需要对vr业务的传输进行优化；
45.非vr降速以及vr加速进优化模块，用于当需要进行vr业务的传输时，通过对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速进行vr业务优化。
46.本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述wifi环境下vr业务优化方法。
47.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明在终端侧通过业务调度来优化vr业务的传输质量以及对非vr业务降速，从而提升vr用户体验。
48.本发明多用户多业务的背景下，在网络报文传输的过程中结合多种方式对vr时延做出较为精确的估计。
49.本发明sta在不需要ap侧配合的情况下，通过对tcp业务上行ack的调度处理，解决了上行多用户冲突和tcp业务带宽抢占对vr业务的影响，实现了对vr业务的透明加速效果。
50.本发明在多用户多业务场景下，终端在mac层将上下行区分开来，对上行业务根据ba，对下行业务根据帧重传标志位来判断空口占用率以及丢包率。
51.本发明在多用户多业务场景下，终端在传输层针对不同协议判断网络拥塞状况对vr时延做出估计。对于rtp协议，通过计算每n个报文的时间戳间隔来计算vr时延。对tcp协议，通过计算并统计学习终端回复ack到下一个tcp报文到达的时间，取合适值作为对rtt来对vr时延进行估计。
52.本发明在不修改ap侧的情况下，在sta侧针对vr业务报文和非vr业务的上行ack进行区分调度处理，在终端侧控制tcp下行的流量，实现了对vr业务的透明加速。
53.本发明保障了高实时性和可靠性的业务传输，保证用户的良好体验，且不局限于vr业务，还包括游戏，视频通话等用户交互型业务，本发明都能提供有效、可行的策略。
54.本发明在家庭网络环境下，可以将vr优化的功能移到家庭网关，从而减轻终端侧的运算和存储资源负担，在保证家庭用户体验的同时实现家庭业务的负载均衡。
附图说明
55.图1是本发明实施例提供的wifi环境下vr业务优化方法流程图。
56.图2是本发明实施例提供的wifi mac重传示意图。
57.图3是本发明实施例提供的tcp发送窗口示意图。
58.图4是本发明实施例提供的no ba示意图。
59.图5是本发明实施例提供的ba反馈信息示意图。
60.图6是本发明实施例提供的下行数据帧连续重传示意图。
61.图7是本发明实施例提供的非vr业务的平滑降速示意图。
62.图8是本发明实施例提供的tcp平滑降速示意图。
63.图9是本发明实施例提供的rtp报文的时延分析示意图。
具体实施方式
64.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
65.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种wifi环境下vr业务优化方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
66.本发明实施例提供的wifi环境下vr业务优化方法包括：
67.基于包括对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速的vr业务优化策略进行vr业务优化。
68.如图1所示，本发明实施例提供的wifi环境下vr业务优化方法包括以下步骤：
69.s101，基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量，判断是否需要对vr业务的传输进行优化；
70.s102，当需要进行vr业务的传输时，通过对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速进行vr业务优化。
71.本发明实施例提供的基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量包括：
检测上下行业务的丢包率、空口率；当上下行业务的丢包率高或空口率高时，判断无线链路质量不佳。
72.本发明实施例提供的当上行业务的丢包率高或下行业务的空口率高时，则判断无线链路质量不佳包括：
73.上行业务：基于ba指示报文丢失情况判断wifi信道质量，当丢包较多时即空口丢包率高于丢包率预设阈值10％时，判断wifi信道质量较差；
74.下行业务：若sta连续接收n个重传标志位被置位的mac帧，且n大于预设阈值3时，则判断认为空口冲突率高。
75.本发明实施例提供的基于上下行业务传输情况检测当前无线链路传输质量还包括：
76.通过vr业务的时延判断是否产生网络拥塞，当产生网络拥塞时，判断当前无线链路传输质量不佳。
77.本发明实施例提供的通过vr业务的时延判断是否产生网络拥塞包括：
78.tcp业务流时延分析：sta统计vr的下行tcp业务，通过测量计算发送ack到下一个tcp报文到达的时间间隔并统计学习该时间段t的分布情况，将t按升序进行排序，取包含了当前80％样本时间t值作为估计的rtt时间，当后续计算的时间间隔t大于超出该rtt时间时，此时vr业务时延较高，判断发生网络拥塞；
79.rtp报文时延分析：终端侧根据vr业务rtp报文传输头中的时间戳信息对下行业务时延进行判断，每接收到一定数量的rtp报文后，触发计算首个报文和最后一个报文的时间间隔t，并比较t与估计时间间隔est_t，如果t大于1.2*est_t时，则此时vr时时延波动较大，并根据旧的est_t和当前时间间隔t计算新的估计时间间隔；
80.est_t＝p*t+(1
‑
p)*est_t；。
81.本发明实施例提供的非vr业务的平滑降速包括：
82.维护创建一个n个节点单元的环形队列，并记录两个指针in和out，分别指向入队和出队的单元，并开启一个周期为t的定时器来维护环形队列；
83.环形队列中的每个节点维护一个链表，将非vr的tcp业务的上行确认报文缓存到in指针指向的入队单元的链表中；
84.定时器定时操作in和out指针向后移动，且保证两个指针最小距离不为0，最大不超过环形队列的长度；
85.当out指针指向的单元链表非空的时候，将链表中的tcp确认报文取出并转发；
86.如果网络出现或即将出现拥塞的时候，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每两个定时器周期后移一次；
87.当网络从拥塞恢复到正常水平，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每个定时器周期后移两次，直至in指针和out指针重合。
88.本发明实施例提供的对vr业务的加速包括：
89.对vr业务的ack报文进行立即发送，同时通过修改ip头中的type of service字段，提高业务报文的优先级，令路由器优先转发此类包。
90.下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。
91.实施例1：
92.首先通过上下行业务传输情况来检测当前无线链路传输质量，判断是否需要对vr业务的传输进行优化，只有当链路质量不佳的时候才需要启动对vr业务传输进行优化；
93.上行业务
94.上行传输方向即sta发送上行数据帧到ap，根据wifi协议规定，sta每发送一个上行的聚合数据帧ampdu，则ap需要回复一个ba对上行数据的接收情况进行反馈，因此sta能够基于ba信息对当前空口占用情况进行判断。如果sta在发送ampdu以及ba request后，没有收到ap的ba反馈帧，则认为这种no ba产生的情况主要是当前空口冲突率较高(可能出现上行ampdu丢失、ba request丢失或者ba丢失的情况)。如果sta接收到了ap的ba反馈帧，则对接收到的ba进行解析，基于ba指示报文丢失情况进行判断，在丢包较多时认为空口丢包率较高(设定丢包率大于10％为高丢包率)，wifi信道质量较差。
95.下行业务
96.下务方向即ap传输下行业务到sta，如果无线链路质量不佳，则会引起较多ap的重传，而重传数据帧802.11首部frame control字段中的retried字段会被置位，标志着是一个重传数据帧。因此若sta连续接收n个重传标志位被置位的mac帧，且n大于设定的阈值(设定阈值t＝3)，此时认为空口冲突率较高，当前wifi的下行信道发送了竞争冲突，导致大量的下行报文重传。
97.当通过以上方法检测到当前空口占用率较高或丢包率较高，则认为无线链路质量不佳，需要终端侧启动对vr业务的传输进行优化，以保证用户体验。vr业务优化策略主要分为两个部分，对非vr的tcp业务进行平滑降速以及对vr业务的加速。
98.非vr业务的平滑降速
99.在发现当前网络状况较差，可以通过对非vr的tcp业务进行降速来为vr业务的传输让出带宽资源。而对于tcp业务而言，red丢弃算法的负面效果较为明显，因此采取对非vr业务tcp采用延迟提交上行ack的方法增大非vr业务tcp的rtt时间，由此实现平滑降速。该方法与red算法(通过随机丢弃的方式)相比，通过直接增大往返时延从而降低发送速率，不会造成丢包和剧烈的往返时延抖动，实现源端发送速率的平滑下降的同时能够减小对发送方拥塞窗口的影响，避免了因red算法导致的超时重传报文对信道的占用。
100.tcp平滑降速机制基于链路拥塞情况对tcp确认报文进行延迟发送，具体的延迟时间由链路拥塞程度和拥塞长度决定。
101.维护创建一个n个节点单元的环形队列，并记录两个指针in和out，分别指向入队和出队的单元，并开启一个周期为t的定时器来维护环形队列；
102.环形队列中的每个节点维护一个链表，将非vr的tcp业务的上行确认报文缓存到in指针指向的入队单元的链表中；
103.定时器定时操作in和out指针向后移动，且保证两个指针最小距离不为0，最大不超过环形队列的长度；
104.当out指针指向的单元链表非空的时候，将链表中的tcp确认报文取出并转发；
105.如果网络出现或即将出现拥塞的时候，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每两个定时器周期后移一次；
106.当网络从拥塞恢复到正常水平，入队in指针每定时器周期后移一次，出队out指针每个定时器周期后移两次，直至in指针和out指针重合；
107.vr业务的优先发送
108.对非vr业务平滑降速的目的就是为了让出无线带宽资源，缓解无线链路的转发压力，从而保证vr业务的传输质量，因此vr业务的ack报文需要立即发送，同时通过修改ip头中的type of service字段，提高业务报文的优先级，从而使路由器优先转发此类包。
109.实施例2：
110.判断网络质量状况的方式有多种，实施例一中所提出的检测方式主要针对于无线链路，通过上下行业务传输来检测空口占用率以及丢包率判断无线链路质量，还可以通过vr业务的时延来判断是否产生了网络拥塞，从而影响了vr业务的传输质量。
111.tcp业务流时延分析
112.对于tcp业务而言，往返时延是一个重要指标，传输速率以及超时时间等都与rtt息息相关，稳定的往返时延是业务传输质量的保证。sta统计vr的下行tcp业务，通过测量计算发送ack到下一个tcp报文到达的时间间隔并统计学习该时间段t的分布情况，将t按升序进行排序，取包含了当前80％(可调整)样本时间t值作为估计的rtt时间，当后续计算的时间间隔t大于超出该rtt时间时，此时vr业务时延较高，认为发生了网络拥塞。
113.rtp报文时延分析
114.rtp协议报文的时延检测较tcp更为简单，终端侧根据vr业务rtp报文传输头中的时间戳信息对下行业务时延进行判断，每接收到一定数量的rtp报文后，触发计算首个报文和最后一个报文的时间间隔t，并比较t与估计时间间隔est_t，如果t大于1.2*est_t时，认为此时vr时时延波动较大，并根据旧的est_t和当前时间间隔t来计算新的估计时间间隔；
115.est_t＝p*t+(1
‑
p)*est_t；(p＝0.2)
116.在检测到vr业务的时延较大时，通过对终端侧上行tcp业务ack报文进行调度处理实现对路由器侧下行流量控制，对非vr业务tcp进行平滑降速的同时调整vr业务优先级，加速vr业务的传输。
117.本发明在多用户多业务场景下，终端在mac层将上下行区分开来，对上行业务根据ba，对下行业务根据帧重传标志位来判断空口占用率以及丢包率。
118.本发明在多用户多业务场景下，终端在传输层针对不同协议判断网络拥塞状况对vr时延做出估计。对于rtp协议，通过计算每n个报文的时间戳间隔来计算vr时延。对tcp协议，通过计算并统计学习终端回复ack到下一个tcp报文到达的时间，取合适值作为对rtt来对vr时延进行估计。
119.本发明在不修改ap侧的情况下，在sta侧针对vr业务报文和非vr业务的上行ack进行区分调度处理，在终端侧控制tcp下行的流量，实现了对vr业务的透明加速。
120.本发明是为了保障高实时性和可靠性的业务传输，保证用户的良好体验，因此也不仅仅局限于vr业务，还包括游戏，视频通话等用户交互型业务，本专利设计思想都能提供有效、可行的策略。
121.多用户多业务的一典型场景就是家庭网络场景，家庭网络环境下，可以将vr优化的功能移到家庭网关，从而减轻终端侧的运算和存储资源负担，在保证家庭用户体验的同时实现家庭业务的负载均衡。
122.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
123.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd
‑
rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
124.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。