CN101039254B - 一种媒体数据重组方法以及组包服务器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种媒体数据重组方法以及组包服务器，所述组包服务器用于对数据包进行重组，包括数据缓冲单元以及数据组包单元。其中，数据缓冲单元，用于对接收到的数据包进行排队，并将排队后的数据包队列发送到数据组包单元；数据组包单元，用于对排队后的数据包队列进行重组。所述媒体数据重组方法，包括以下步骤：步骤A，对收到的数据包进行排队；步骤B，将要发送到同一存取点的数据包进行重组。通过本发明可以有效的提升带宽利用率和媒体数据的下行效率。

Description

一种媒体数据重组方法以及组包服务器

技术领域

本发明涉及多媒体传输领域，特别是涉及一种媒体数据重组方法以及组包服务器。

背景技术

WIFI(Wireless Fidelity)是基于802.11系列的无线局域网技术，在WIFI网络环境下，支持两种信道访问方式：基于CSMA/CA(载波侦听/冲突避免)的分布式访问方式(DCF)和在此之上的集中控制方式(PCF)。

无线设备工作在基于存取点的模式下时，多个无线设备一般采用CSMA/CA信道访问方式共享无线信道。在此种机制下，无线设备首先通过竞争获得无线链路使用权，然后将数据包上传至存取点，存取点将无线设备发来的数据包进行缓存，并在获得无线网络的控制权之后，将该数据包传送至目标设备。但是，在此种机制下，由于连接存取点的无线设备较多，当网络流量较大时，数据包会在存取点处聚集，造成无线传输的上下行速率不对称。下行速率由于存取点无法得到网络使用权而显著下降，这对于普通数据业务影响不大，但是对于实时语音/视频传输任务将产生较大影响。

现有的实时多媒体传输***的示意如图1所示，该实时多媒体传输***包括多个用户设备、多个存取点和至少一个定位服务器，定位服务器用于实现用户身份管理，用户计费，用户地址查找等。目前，实现这些功能的服务器有：VOIP应用中基于SIP协议的SIP代理服务器和定位服务器、以及基于H.323协议的网守。

以下将结合图1说明该实时多媒体传输***中媒体数据(包括语音和视频)传输的具体传输过程。图1中，实线表示控制信令的传输过程，虚线表示媒体数据的传输过程。

首先，源用户设备向定位服务器注册本地的用户信息；

当呼叫开始时，源用户设备向定位服务器发起连接请求，定位服务器向目的用户设备发送媒体信道协商、流量控制、认证和计费等控制信令，并将目的用户设备反馈的控制信令传回到源用户设备。

源用户设备收到目的用户设备反馈的控制信令后，直接与目的用户设备建立连接；

然后，源用户设备与目的用户设备进行多媒体数据传输。

其中，源用户设备是指数据的发送方，目的用户设备是指数据的接收方。同一用户设备既可以作为源用户设备，也可以作为目的用户设备。该方案中由于存取点无法得到网络使用权，存取点数据下行速率将受限制，因此不能解决无线传输的上下行速率不对称的问题。

目前在多媒体传输***中普遍应用802.11标准，由于，在终端获得网络使用权之后，对于实时音视频媒体流数据传输，传送一次数据分组的时间非常短，因此，提升分组效率和无线带宽的利用率是目前提升端到端音视频服务质量的难点之一。

为了提升分组效率和无线带宽的利用率，有很多新的标准，比如802.11e。该标准是由IEEE定义的用于改善无线局域网上音频及视频质量的技术标准，并定义了语音、视频、尽力而为的服务和后台服务四种流量类型，这四种类型每种都有自己的队列，这就使得数据包获得了不同的优先级别。这四种类型的定义是可以改变的。为了分辨出每个数据包属于哪一种类型，该标准使用了与以太网类似的标识符。在传输过程中，当接入点检测到这些标识符后，赋予语音数据包最高的优先级，接下来是视频数据包。

802.11e虽然可以和其它机制相结合，防止数据包之间发生冲撞，但是，它存在的问题是，该标准将优先级排序的权力交给了客户端。然而，在规模更大的部署环境中，为了提高语音/视频传输的实时性，应当将控制权力交给集中管理的服务器或网络机制，使存取点得到网络使用权。另外，基于该标准的机制需要对网络设备进行全面的升级，无法提高不支持新标准的设备的无线工作效率。在新设备和老设备混合使用的情况下也会使整个网络的无线工作效率显著下降。同样，此方案无法对整个WiFi网络上发送的数据进行协调，因此无法达到最优的调度效果。

有鉴于此，需要提供一种可以提高分组效率，从而提高无线带宽的利用率的方法和装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的就是提供一种媒体数据重组方法，在一次发送的过程中，发送同一存取点下多个终端的媒体数据包，有效的提升带宽利用率和媒体数据的下行效率。

本发明的另一目的在于，提供一种组包服务器，用于对媒体数据包进行重组，有效的提升带宽利用率和媒体数据的下行效率。

本发明的媒体数据重组方法包括以下步骤：

步骤A，组包服务器接收数据包，存入数据缓冲区；

判断数据缓冲区中的数据量是否超过某一设定值，如果超过该设定值，则丢弃重要性较低的数据包；

组包服务器根据数据包的包头中的目的地址信息确定与该地址关联的目的存取点，并按照所要发送到的存取点的不同，将发往不同存取点的数据包分别进行排队；

步骤B，组包服务器将要发送到同一存取点的数据包进行重组，在对数据包重组时将多个连续的数据包进行包头压缩，并对重组后的数据包加入一个重组包头，将重组后的不同数据包分别发送至对应的存取点，其中，所述重组包头描述发往同一存取点的不同媒体数据包的源地址和目的地址、数据载荷长度、以及数据类型。

本发明的组包服务器包括：

数据缓冲单元，用于接收数据包，存入数据缓冲区；并判断数据缓冲区中的数据量是否超过某一设定值，如果超过该设定值，则丢弃重要性较低的数据包；并根据数据包的包头中的目的地址信息确定与该地址关联的目的存取点，并按照所要发送到的存取点的不同，将发往不同存取点的数据包分别进行排队，并将排队后的数据包队列发送到数据组包单元；

数据组包单元，用于将要发送到同一存取点的数据包进行重组，在对数据包重组时将多个连续的数据包进行包头压缩，并对重组后的数据包加入一个重组包头，将重组后的不同数据包分别发送至对应的存取点，其中，所述重组包头描述发往同一存取点的不同媒体数据包的源地址和目的地址、数据载荷长度、以及数据类型。

本发明的组包服务器进一步包括注册单元、验证单元、和网络状况存储单元，其中，

注册单元，用于接收注册请求，并将注册信息保存到网络状况存储单元中；

验证单元，用于在接收到来自用户设备的数据包后，根据网络状况存储单元中保存的注册信息判断所述用户设备是否已经注册到组包服务器。

本发明的有益效果是：

1.通过组包服务器对媒体数据包进行排队重组，将多个小包组成一个大包并进行包头压缩处理，从而提高了净菏比，并且通过直接发送大包，可以提升带宽利用率以及数据传输效率；以及

2.通过对整个网络的媒体数据集中管理，并根据数据流量进行包的排队和重组，显著提升全网条件下WiFI网络的信道利用率，使得存取点的下行带宽显著提升。

附图说明

图1为现有的实时语音/视频传输方案的示意图；

图2为本发明媒体数据重组方法可以应用的多媒体传输***的架构图；

图3为代理客户端模块的示意图；

图4为组包服务器的示意图；

图5为多媒体传输方法的流程图；

图6为本发明的媒体数据重组方法的流程图；

图7为排队后数据包的组织结构图；

图8为进行重新组包后的数据包的结构图；

图9为按数据包的类型和内容进行丢弃的过程的流程图。

具体实施方式

本发明的媒体数据重组方法可以应用在如图2所示的多媒体传输***下。在图2中，该多媒体传输***包括多个用户设备、多个代理客户端模块、多个存取点、一个组包服务器、以及至少一个定位服务器，其中，多个存取点与该组包服务器连接。

与现有的实时语音/视频传输方案不同之处在于，本发明的实时多媒体传输***增加了组包服务器和代理客户端模块。其中，组包服务器用于对媒体数据包进行重组；代理客户端模块用于执行源用户设备和目的用户设备之间的连接、注册和通话请求。代理客户端模块与用户设备一一对应，可以位于用户设备内部，也可以位于用户设备外部。

图3为代理客户端模块的示意图。如图3所示，代理客户端模块包括信令处理单元、注册请求单元和数据组包/解包单元。

其中，信令处理单元解析用户设备发送的控制信令，将控制信令转发到正确的定位服务器，并且，在收到定位服务器反馈的控制信令后，对其进行解析，并发给相应的用户设备。

注册请求单元用于将用户设备的注册请求发送到组包服务器。

数据组包/解包单元将用户设备发送的数据包中需要发送到同一存取点的多个小包组成一个大包，发送到组包服务器，并对组包服务器传来的数据包进行解包，找出属于该用户设备的数据包，丢弃不属于该用户设备的数据包，并将属于该用户设备的数据包还原成用户识别的格式。

图4为组包服务器的示意图。如图4所示，该组包服务器包括注册单元、验证单元、数据缓冲单元、数据组包单元、和网络状况存储单元。

其中，注册单元接收代理客户端模块的注册请求，并将与该代理客户端模块连接的存取点的地址等网络情况描述信息、以及用户设备信息保存到网络状况存储单元中。

组包服务器收到用户设备通过存取点发送来的媒体数据包后，首先，由验证单元根据网络状况存储单元中存储的存取点的网络状况来判断用户设备是否已经注册到组包服务器。如果用户设备已注册，将媒体数据包送到数据缓冲单元对数据包进行排队，数据缓冲单元将数据包发送至数据组包单元，由数据组包单元对收到的数据包进行重组。否则，通知用户设备进行注册。

由于增加了组包服务器和代理客户端模块，本发明实时多媒体传输***的媒体数据传输过程包括控制信令传输过程S、用户设备与组包服务器注册过程R、媒体数据传输过程D。

以下将结合图2和5说明该***的媒体数据传输过程。在图2中，实线表示控制信令的传输过程，虚线表示注册过程和数据传输过程。

首先，源用户设备通过代理客户端模块、存取点和定位服务器与目的用户设备发送并反馈控制信令，该过程在图2中表示为控制信令传输过程S；

代理客户端模块向组包服务器注册用户信息，该过程在图2中表示为组包服务器注册过程R；

然后，源用户设备向代理客户端模块发送媒体数据包，代理客户端模块通过存取点将媒体数据包发送至组包服务器，组包服务器对于接收到的所有数据包进行排队，将发送到不同存取点的数据包进行区分和重组，使得每个重组的数据包中仅包含发往相同存取点的媒体数据包，并将重组后的数据包通过存取点发送到目的用户设备的代理客户端模块，由代理客户端模块进行解包处理后发送给目的用户设备，该过程在图2中表示为媒体数据传输过程D。

具体的，多媒体传输方法如图5所示，包括如下步骤：

步骤10，用户设备向其对应的代理客户端模块发送数据包，该数据包中包括控制信令和语音/视频数据。代理客户端模块的信令处理单元解析用户设备发送的信令请求，并将控制信令发送到定位服务器。由定位服务器将该控制信令发送到目的用户设备。目的用户设备收到该控制信令后，对控制信令进行响应，并反馈相应的控制信令到定位服务器。

步骤20，定位服务器将目的用户设备反馈的控制信令发送给代理客户端模块，然后，由代理客户端模块将控制信令提交源用户设备。

所述的控制信令包括媒体信道协商、流量控制、认证和计费等。

步骤30，代理客户端模块的注册请求单元向组包服务器上传与代理客户端模块对应的用户设备的无线网络标识和与用户设备相连的存取点的地址，将用户设备注册到组包服务器，建立媒体信道。

所述步骤30也可以在步骤一之前进行。

步骤40，代理客户端模块判断用户设备发送的数据包中是否包括语音/视频数据，如果包括这些数据，由代理客户端模块将语音/视频数据通过存取点提交到已注册的组包服务器。

步骤50，组包服务器接收该数据包，并将该数据包提交到数据缓冲单元，数据缓冲单元将收到的数据包进行排队后提交到数据组包单元。

数据组包单元根据各数据包的包头中的目的存取点信息，解析出发给同一目的存取点的数据包，将发送到同一存取点的多个小包组成一个大包。重组后的数据包增加一个包头，该包头包含原有的数据包所要发送的目的用户设备的IP地址。

然后，组包服务器将重组后的大包发送至所要发送的存取点，由存取点将该数据包下发到与其相连的所有用户设备对应的代理客户端模块。

步骤60，代理客户端模块接收从存取点发送来的媒体数据包，由数据组包/解包单元对接收到的数据包按照包头中的用户设备IP地址信息进行本地解包，解析出与其对应的用户设备的数据包，丢弃发往其他目的用户的媒体数据包，由代理客户端模块的数据组包/解包单元数据包还原成用户设备可以接收的格式，并将其传给目的用户设备。通过该过程可以看出，本发明的媒体数据重组方法的排队和重组过程是由所述多媒体传输***中的组包服务器在上述步骤50中完成的。

图6为本发明的媒体数据重组方法的流程图。

如图6所示，本发明的媒体数据重组方法的具体过程如下：

步骤一，组包服务器接收数据包，存入数据缓冲单元。

数据缓冲单元根据数据缓冲区中的数据包的包头中的目的地址信息确定与该地址关联的目的存取点，然后，对这些数据包按照所要发送到的存取点的不同，将发往不同存取点的数据包分别进行排队。

排队后数据包的组织结构如图7所示。在图7中，对于发往不同存取点的各队列之间，可以按照各队列的数据量进行排队，也可以按照其他用户设定的方式进行排队。各队列内部的排队原则是优先保证实时音视频数据优先，即在排队时音频数据优先级最高，视频数据其次，其他数据排在音频和视频数据后面，根据应用的特点，用户也可以设置某些特殊类型数据(比如实时游戏)在队列内的优先级。在同一队列中相同类型的媒体数据，按照到达的时间先后进行排队。

步骤二，数据组包单元将所要发送到同一存取点的多个小数据包组成一个大数据包，使得每个重组后的数据包仅包含发往同一个存取点的数据包，并加入一个重组包头，该包头描述不同数据包的源地址和目的地址、数据载荷长度、数据类型等信息。

图8为进行重新组包后的数据包的结构图，如图8所示，A1、A2、B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2、E1为同时发给A、B、C、D、E五个目的用户设备的数据包。A、B、C、D、E五个目的用户设备都连接到同一存取点。重组后的数据包为Z，该数据包包括A1、A2、B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2、E1以及重组包头，该包头描述A1、A2、B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2、E1的源地址和目的地址、数据载荷长度、数据类型等信息。

在构造此数据包之后，数据组包单元可以对此数据包进行加密处理。

步骤三，数据组包单元将重组后的大数据包发送至所要发送的存取点，由存取点将该数据包下发到与其相连的所有用户设备对应的代理客户端模块。

步骤一中所述的排队方法也可以是将发送到同一存取点的所有数据包按照到达的先后顺序进行排队。

在上述步骤一中，对于发往同一存取点的队列内部，按照数据包媒体类型的优先级进行排队，优先级高的数据排在队列的前面。其中，音频数据具有最高优先级，视频数据具有较高优先级，普通数据具有最低优先级。

在上述步骤二之前可以进一步包括：

数据缓冲单元判断数据缓冲区中数据包的数量是否超过某一设定值T1，如果超过该设定值T1，则按照数据的优先级丢弃不重要的媒体数据包。在数据包丢弃后，当包的数量达到某一阈值T2之后(T2＜T1)，丢弃过程停止。

丢弃的原则是优先丢弃排在后端的媒体数据包，在丢弃媒体数据包后，尽量保证整个无线网络的通话质量。

在进行丢弃时，为了达到较好的效果，可以对数据包中数据的类型和内容进行判定，按数据的类型和内容进行丢弃过程。如图9所示，具体工作流程如下：

S1，判断数据包中是否包含普通数据，如果数据包中包含普通数据，则丢弃普通数据，并判断丢弃普通数据后的数据包大小是否满足要求，如果满足，则丢弃过程完成。

如果数据包中不包含普通数据或丢弃普通数据后的数据包大小仍未满足要求，则进行S2的判断。

S2，判断数据包中是否包括视频数据，对于视频数据类型的判断，可以根据应用的数据包头中表示数据类型的字段信息进行。一般而言，基础图像数据的数据类型字段对应基本图像I帧，非基础图像数据的数据类型字段对应差值图像B、P帧。如果包括视频数据，则检查视频包类型，丢弃非基础图像数据包，并判断数据包大小是否满足要求，如果满足要求，丢弃过程完成；如果不满足要求，则开始丢弃基础图像数据包，并判断数据包大小是否满足要求；如果满足要求，丢弃过程完成；如果不满足要求，则重新执行S2的过程。

如果数据包中不包括视频数据，则检查语音数据包类型。一般而言，可以根据语音数据包头中表示数据类型的字段检测语音数据的类型；而对于波形编码音频数据(采用G711、G726等方式编码)，也可以直接检测语音数据，决定数据包类型是否为静音数据。在检测语音包类型后，丢弃静音数据包，并判断数据包大小是否满足要求；如果满足要求，丢弃过程完成；如果不满足要求，则丢弃自带修复机制的语音编码数据包，并判断数据包大小是否满足要求；如果满足要求，丢弃完成；如果不满足要求，则开始丢弃最老的语音数据包，丢弃过程完成。

在上述步骤二中，优先从排在队列前端的媒体数据包开始进行组包。为了减小过大数据包传输冲突造成的数据丢失，重组后的整个数据包大小应小于上层度量的链路层最大包长。

另外，在步骤二中进行组包时，可以将发往同一目的地址多个连续的包进行包头压缩处理，以提高净菏比。

本发明的媒体数据重组方法采用了组包服务器对不同存取点发送的媒体数据采用重新编组并发送的策略。这种策略可以在一次发送的过程中，发送同一存取点下多个终端的媒体数据，有效的提升带宽利用率和媒体数据的下行效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种媒体数据重组方法，其特征在于，应用于无线保真WiFi网络中，包括以下步骤：

步骤A，组包服务器接收数据包，存入数据缓冲区；

判断数据缓冲区中的数据量是否超过某一设定值，如果超过该设定值，则丢弃重要性较低的数据包；

组包服务器根据数据包的包头中的目的地址信息确定与该地址关联的目的存取点，并按照所要发送到的存取点的不同，将发往不同存取点的数据包分别进行排队；

步骤B，组包服务器将要发送到同一存取点的数据包进行重组，在对数据包重组时将多个连续的数据包进行包头压缩，并对重组后的数据包加入一个重组包头，将重组后的不同数据包分别发送至对应的存取点，其中，所述重组包头描述发往同一存取点的不同媒体数据包的源地址和目的地址、数据载荷长度、以及数据类型。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A对将收到的数据包按照到达的先后顺序进行排队。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，对于发往不同存取点的各队列之间，按照各队列的数据量进行排队，对于发往同一存取点的队列内部，按照数据包媒体类型的优先级进行排队，并且相同类型的媒体数据包按照到达的时间先后进行排队。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中在数据包重组后，对数据包进行加密处理。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B中重组后的数据包的大小小于链路层最大包长。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按数据包的类型和内容进行丢弃。

7.一种组包服务器，用于对数据包进行重组，其特征在于，应用于无线保真WiFi网络中，包括：

数据缓冲单元，用于接收数据包，存入数据缓冲区；并判断数据缓冲区中的数据量是否超过某一设定值，如果超过该设定值，则丢弃重要性较低的数据包；并根据数据包的包头中的目的地址信息确定与该地址关联的目的存取点，并按照所要发送到的存取点的不同，将发往不同存取点的数据包分别进行排队，并将排队后的数据包队列发送到数据组包单元；

数据组包单元，用于将要发送到同一存取点的数据包进行重组，在对数据包重组时将多个连续的数据包进行包头压缩，并对重组后的数据包加入一个重组包头，将重组后的不同数据包分别发送至对应的存取点，其中，所述重组包头描述发往同一存取点的不同媒体数据包的源地址和目的地址、数据载荷长度、以及数据类型。

8.如权利要求7所述的组包服务器，其特征在于，所述数据缓冲单元对于发往不同存取点的各队列之间，按照各队列的数据量进行排队，对于发往同一存取点的队列内部，按照数据包媒体类型的优先级进行排队，并且相同类型的媒体数据包按照到达的时间先后进行排队。

9.如权利要求7所述的组包服务器，其特征在于，进一步包括注册单元、验证单元、和网络状况存储单元，其中，

注册单元，用于接收注册请求，并将注册信息保存到网络状况存储单元中；

验证单元，用于在接收到来自用户设备的数据包后，根据网络状况存储单元中保存的注册信息判断所述用户设备是否已经注册到组包服务器。

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