[发明专利]一种基于移动通信网络的严增松减等步长拥塞控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域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。

背景技术

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-generation，第三代移动通信)、4G(4rd-generation，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，本发明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 Congestion Control Protocol，DCCP)。DCCP认为常规的拥塞控制技术基本可分为两类：TCP-Like(Transmission Control 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。