CN101309125A

CN101309125A - 一种多路并发接入的多媒体数据传输方法

Info

Publication number: CN101309125A
Application number: CNA2008100629200A
Authority: CN
Inventors: 谢磊; 金煦; 陈惠芳
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: CN101309125B

Abstract

本发明涉及一种多路并发接入的多媒体数据传输方法。目前仅仅使用单个运营商提供传输带宽的方法不能很好地支持高质量实时多媒体业务的传输。本发明提出了一种多路并发接入的多媒体数据传输方法，包括服务器信息获取、待发送数据分段、数据传输、区分优先级的数据传输和数据保护。其中数据传输包括交替的测试周期和数据周期，在测试周期中，发送设备对数据传输路径性能和接入链路性能进行测试，在数据周期中，发送设备按照测试周期的测试结果在各条链路上发送数据，充分利用了链路带宽资源，避免了链路拥塞。本发明对于不同优先级的数据，采用区分优先级的传输方式，保证了高优先级数据的传输可靠性。

Description

一种多路并发接入的多媒体数据传输方法

技术领域

本发明属于多媒体数据传输领域，涉及一种具有实时性要求的多媒体数据到服务器的传输方法，具体是一种同时接入多个无线网络，以并发的方式将采集到的多媒体数据实时地传输到多媒体业务服务器的高速数据传输方法。

背景技术

网络传输速度的不断提高促使实时多媒体业务得以实现，例如一些记者将现场采访的数据通过有线网络实时地传输到提供多媒体业务服务器，那么用户可以通过访问多媒体业务服务器在第一时间观看最新的现场报道。将多媒体数据实时地传输到服务器是用户能够享受实时业务的基本前提，但由于有线网络覆盖范围和入网口物理铺设受到限制，许多地方并没有即时可用的有线网络，不能够及时地传输采集到的多媒体数据，影响了实时多媒体业务的应用。

在无线网络和移动网络出现以后，数据的传输变得更加方便、快捷。只要在网络信号的覆盖区内，就可以随时随地传输采集到的多媒体数据，消除了使用有线网络引起的地域限制。无线网络虽然可以提供较高的带宽，但是目前在中国无线网络覆盖范围仍然比较有限，只在一些重要的公共场合、学校等地方才能进行无线接入，并不能完全实现真正意义上任意地点的数据传输，而且无线网络开放性和资费便宜的特点，使得每个用户可以分到的带宽资源也比较少，尤其是在热点地区，这种情况更为明显，因此仅仅依靠无线网络实现实时多媒体数据的传输是不现实的。移动网络具有覆盖范围广的特点，基本上可以实现在任何地点进行接入。但是移动网络的带宽分配由运营商控制，一般情况下，单个运营商提供的带宽不能很好地支持多媒体业务的传输，尤其是高质量的实时多媒体业务。如果要使用高速的数据传输链路，必须向运营商申请专用的链路。由于多媒体数据的传输过程可能只在某个比较短的时间内进行，这就要求运营商必须有动态分配和回收专用链路的能力，而且专用带宽的使用也提高了多媒体业务提供商的成本，不利于实时多媒体业务的普及。

多模无线终端的出现，促使单个终端设备能够同时与多种网络或者多个运营商建立连接，并发地传输数据。采用多模终端向服务器实时地传输高质量的多媒体数据有可能成为实现高速可靠传输的有效方式。目前该项技术还处于研究当中，使用这种技术在一定程度上解决了带宽限制问题，但同时也引发了新的问题，例如在每个运营商分配的有限带宽下，如何调节各条链路上的数据发送速率，使数据能够以最快的速度到达服务器，同时还要考虑数据包传输的可靠性等问题。

此外，高质量的实时多媒体数据流中往往存在不同优先级的数据，一般分为基本型数据和增强型数据。基本型数据保证了基本的观看效果，具有较高的优先级。而增强型数据是在基本的观看效果上对画面的清晰度，分辨率等进行完善，其优先级低于基本型数据。在高质量的实时多媒体数据流传输过程中，如何在保证基本型的高速可靠传输的前提下，同时尽可能多的传输增强型数据也是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种同时接入多个运营商的网络，以并发方式向服务器传输实时多媒体数据的方法，该方法以实现数据的高速传输为目标，在传输过程中增加了数据包的保护机制以保证传输的可靠性。

本发明提供的方法中使用了中继服务器，中继服务器是指存在于运营商网络中，用于接收发送设备高速传输的多媒体数据的服务器。中继服务器采用与目的服务器相同的设备。发送设备与中继服务器之间利用消息交换实现对整个传输过程的控制，这些消息对于网络中的其他设备是透明的。发送的数据经由接入点进入运营商网络，通过网络内部的路由转发到达中继服务器。中继服务器所在的网络与目的服务器之间使用专用线路传输数据。目的服务器是指数据最终达到的服务器。当数据到达中继服务器之后，中继服务器直接使用专用线路实现到目的服务器的转发。

本发明主要解决的问题是发送设备如何在各个中继服务器之间分配所要传输的数据量；在接入链路带宽动态变化的情况下，发送设备如何在各条接入链路上调整发送速率，以保证在最短的时间内将所有数据正确的发送到中继服务器，同时避免某条链路因发送速率过高而引起链路拥塞。

本发明针对多媒体数据具有不同优先级的特点，提供了一种区分优先级的数据传输方法和可选的数据保护策略，在保证高优先级数据可靠传输的前提下，根据不同的要求和应用场景对低优先级的数据进行不同程度的保护。

本发明方法包括服务器信息获取、待发送数据分段、数据传输、区分优先级的数据传输和数据保护五个部分内容。

1.服务器信息获取

发送设备根据待发送数据的目的服务器信息，选择数据发送模式，搜索可提供服务的网络。具体的方法是：

数据发送设备首先判断待发送数据的目的服务器是远程服务器还是本地服务器，如果是本地服务器，则直接通过本地网络进行高速数据传输；如果是远程服务器，则采用远程模式进行数据传输。在远程模式下，发送设备获取当前可提供数据传输服务的网络运营商信息以及该运营商提供的中继服务器的位置信息等。

2.待发送数据分段

发送设备将待发送数据通过分段的形式发送到各个中继服务器。具体的步骤是：

(1)发送设备将待发送数据分成多个数据分段，每一个分段由多个数据包组成，每个数据包用分段号和段内标号唯一标识。

(2)发送设备将属于同一分段的数据包发送到相同的中继服务器。

(3)中继服务器接收到属于同一分段的所有数据包后，再将该分段转发到目的服务器。

所述的中继服务器为用于接收发送设备高速传输的多媒体数据的服务器，通过专用链路与目的服务器连接。

这种将数据分段发送的方式减少了数据发送所需的时间；属于同一个分段的数据包由同一个中继服务器进行接收，便于数据分段的管理。

3.数据传输

数据传输包括交替的测试周期和数据周期；在测试周期中，发送设备对数据传输路径性能和接入链路性能进行测试；在数据周期中，发送设备按测试周期的测试结果，调整各条链路的数据发送速率。

在测试周期内的具体操作是：

(1)发送设备对传输路径性能进行测试，确定发送到各个中继服务器的数据量。

所述的传输路径为数据从发送设备到某个中继服务器所经历的路径，使用平均传输时延表征其性能，发送设备只在传输过程开始的第一个测试周期中测试传输路径的平均时延。

测试传输路径平均时延的具体方法是：连续发送带有时间戳的、大小相同的数据包到各个中继服务器，这些中继服务器记录每个数据包的延迟时间，并计算接收到的所有数据包延迟时间的平均值，然后返回给发送设备；发送设备根据各条传输路径平均延迟时间的相对大小决定分发到各个中继服务器的数据量，平均延迟时间越长发送到该中继服务器的数据量越少。

(2)发送设备对接入链路性能进行测试，确定各条接入链路在数据周期内使用的数据发送速率。

所述的接入链路为发送设备与接入点之间的链路，使用可用带宽表征其性能。在本发明中所指的网络类型主要是无线网络和移动网络，由于移动网络和无线网络受环境影响明显，带宽波动范围较大，因此为了得到网络链路的动态特性，需要进行周期性的测试。

测试接入链路可用带宽的具体方法是：在待测试的接入链路上发送相同大小的数据包到某个中继服务器，该中继服务器计算接收到的相邻两个数据包之间的时延差，然后将每两个相邻数据包之间时延差反馈给发送设备；发送设备分析时延差的变化情况，如果时延差有明显增大的趋势，则发送设备根据延时增大的程度降低发送速率，然后再进行测试；如果时延差值是围绕固定值波动，发送设备继续保持该速率传输，然后再进行测试；测试完成后，发送设备确定各条链路在数据周期内采用的发送速率；

在数据周期内的具体操作是：按照测试周期中确定的各条链路采用的发送速率进行数据发送。

由于直接计算链路的实时可用带宽并不能得到精确的结果，而且考虑到可用带宽的瞬时变化性，所以本发明没有采用直接计算可用带宽的方式，而是通过记录相邻数据包延时变化的趋势来判断传输速率与可用带宽的关系，不仅避免了计算实时带宽引入的不准确性，而且更加直观地反映了当前传输速率与该链路可用带宽的关系。

4.区分优先级的数据传输

如果所传输数据的具有不同优先级，本发明则采用区分优先级的方式进行数据传输，具体的方法是：

(1)对传输路径平均时延进行测量，选择传输路径平均时延小的中继服务器接收基本型数据；

(2)发送设备记录每次传输过程中各条接入链路的平均传输速率，作为链路的平均可用带宽值，选择平均可用带宽高的链路传输基本型数据；

(3)发送设备记录每次传输过程中各条链路在传输过程中的丢包率，选择丢包率低的链路传输基本型数据。

在对数据传输的实时性要求较高的应用场景中，优先使用方法(2)进行链路选择，在对数据传输的可靠性要求较高的应用场景中，优先使用方法(3)进行链路选择；

区分优先级的数据传输方式达到了在保证高优先级基本型数据可靠传输前提下，尽可能多的传输低优先级增强层数据的目的。

5.数据保护

本发明中提供的数据传输方法是基于UDP方式实现的，不具备每包确认机制和丢包重传保护机制，因此，本发明提出了可根据应用场景选择的数据保护方法，具体的方法是：

在同时存在多个中继服务器的情况下，将同一个数据分段同时发送到多个中继服务器上；

只存在单个中继服务器的情况下，中继服务器对属于同一个分段的数据包进行检查，当发现缺少数据包时，向发送设备发出重传请求，发送设备根据该请求消息中带有的要求重传的数据包的分段号和段内标号，搜索发送缓冲区，找到需要重传的数据包，并重发该数据包到对应的中继服务器。

本发明的优点：

(1)发送设备同时接入多个网络，以并发的方式将多媒体数据实时地传输至目的服务器，克服了使用单个网络引起的带宽瓶颈，可以满足较高的实时性要求；不需要运营商提供专用的高速传输链路，降低了多媒体业务的成本；

(2)发送设备只需要将待发送的数据发送到中继服务器上，剩下的工作由中继服务器完成，减少了发送数据所需的时间，提高了发送设备的使用效率；

(3)发送设备周期性的测试各条接入链路的可用带宽，根据测量结果及时调整各条链路的数据发送速率，充分利用了链路带宽资源，促使数据能够以最快的速度发送到目的服务器，同时也可以避免引起链路的拥塞；

(4)采用区分优先级的数据传输方法，保证优先级高的基本型数据能够实时可靠的传输，并且尽可能多的传输优先级低的增强型数据；

(5)可根据不同的应用场景选择相应的数据保护机制，增加了数据保护的灵活性。

附图说明

图1为数据传输过程中测试周期和数据周期的关系示意图；

图2为数据传输过程基本流程图；

图3为使用丢包重传保护机制的数据传输过程。

具体实施方式

本发明适用于实时多媒体数据传输场景。例如数据源S需要将采集到的实时多媒体数据发送到目的服务器D，采用本发明中提出的方法，数据源S首先与属于不同运营商的网络建立连接，将数据以分段的方式发送到各个网络中的中继服务器，再由中继服务器通过网络边缘路由器经专用线路发送到目的服务器。

所述的属于不同运营商的网络可以是相同类型的网络，也可是不同类型的网络，以三个网络为例来说明，它们可以都是Wi-Fi^TM，Wi-MAX^TM等无线网络或者CDMA、GSM等移动网络，或者其中一个网络是Wi-Fi^TM网络，而另外两个网络是CDMA网络，或者三个网络分别是GSM网络，CDMA网络，Wi-MAX^TM网络。

本发明的多路并发接入的多媒体数据传输方法包括服务器信息获取、待发送数据分段、数据传输、区分优先级的数据传输和数据保护五个部分内容。

1.服务器信息获取

2待发送数据分段

发送设备将将待发送的数据分成多个数据分段，并且将这些数据分段发送到各个中继服务器，具体可分为以下几个步骤：

(1)发送设备将待发送数据分成多个数据分段，每个数据分段中包含多个数据包，每个数据包依靠分段号和段内标号来识别。

这种数据分段发送方式减少了数据发送时间，也便于数据分段的管理。

3数据传输

图1为测试周期和数据周期的关系示意图。

在数据传输过程中，测试周期和数据周期交替进行，完成不同的操作。测试周期的长度为T_e，数据周期的长度为T_d。

在t＝t₀时刻发送设备开始传输过程，进入测试周期，进行传输路径性能测试和接入链路性能测试，经过T_e时间，发送设备进入数据周期，根据测试周期的结果，调整各条链路的发送速率，经过T_d时间，发送设备再次进入测试周期，进行接入链路性能测试，之后发送设备在测试周期和数据周期之间的交替进行相应的操作。在t＝t₁时刻，本次传输过程结束，发送设备进入空闲期。在空闲期内容，发送设备不进行任何操作。

每次传输过程可能需要不同的传输时间，在本实施例中，传输过程经历了三个测试周期和三个数据周期，传输时间为T₁。

在t＝t₂时刻，发送设备开始新的传输过程开始，从空闲期进入测试周期。

图2为数据传输过程的基本流程图。传输过程由测试周期开始，以数据周期结束。具体步骤是：

(1)传输过程的第一个测试周期开始，发送设备测试到达各个中继服务器的传输路径平均延时，确定分配到各个中继服务器的数据量。测试方法为本发明中提供的测试方法；

(2)发送设备测试各条接入链路的可用带宽，确定各条链路在数据周期内的发送速率。测试方法为本发明中提供的测试方法；

(3)判断测试周期是否结束，如果测试周期未结束，转到第(2)步；如果测试周期结束，则数据周期开始，转到第(4)步；

(4)根据测试周期的测试结果，发送设备调整各条链路的数据发送速率；

(5)判断数据周期是否结束，如果数据周期未结束，则转到第(4)步；如果数据周期结束，则转到第(6)步；

(6)判断传输过程是否结束，如果传输过程未结束，则进入测试周期，转到第(2)步，如果传输过程结束，则进入传输完成状态，表示本次数据传输完成。

4区分优先级的数据传输

采用区分优先级的方法传输数据，具体的方法是：

5数据包保护

图3为使用丢包重传机制的数据传输过程，以数据分段1的传输过程为例，具体步骤是：

(1)发送设备301向中继服务器302发送属于分段1的数据包。

(2)中继服务器302检查数据分段1的接收情况，发现分段1的数据包③丢失，向发送设备301发出重发分段1数据包③的请求。

(3)发送设备301收到重发请求后，通过该请求消息中带有的要求重发的数据包的分段号和段内标号唯一地确定需要重传的数据包，搜索发送缓冲区，找到需要重发的分段1数据包③，然后重发该数据包到相应的中继服务器。

(4)中继服务器302收到重发的数据包③后，确认数据分段1接收成功，返回分段1接收完成消息。

(5)发送设备301收到中继服务器302返回的分段1接收完成消息后，释放分段1占用的发送缓冲区空间，并且记录分段1已传输完成。

当所有数据分段都记录已传输完成时，则表示发送设备301完成了本次数据传输过程。

Claims

1、一种多路并发接入的多媒体数据传输方法，包括服务器信息获取、待发送数据分段、数据传输、区分优先级的数据传输和数据保护，其特征在于：

A.服务器信息获取的具体方法是：数据发送设备首先判断待发送数据的目的服务器是远程服务器还是本地服务器，如果是本地服务器，则直接通过本地网络进行高速数据传输；如果是远程服务器，则采用远程模式进行数据传输；在远程模式下，发送设备获取当前可提供数据传输服务的网络运营商信息以及该运营商提供的中继服务器的位置信息；

B.待发送数据分段的具体步骤是：

(1)发送设备将待发送数据分成多个数据分段，每一个分段由多个数据包组成，每个数据包用分段号和段内标号唯一标识；

(2)发送设备将属于同一分段的数据包发送到相同的中继服务器；

(3)中继服务器接收到属于同一分段的所有数据包后，再将该分段转发到目的服务器；

所述的中继服务器为用于接收发送设备高速传输的多媒体数据的服务器，通过专用线路与目的服务器连接；

C.数据传输包括交替的测试周期和数据周期；在测试周期中，发送设备对数据传输路径性能和接入链路性能进行测试；在数据周期中，发送设备按测试周期的测试结果，调整各条链路的数据发送速率；

在测试周期内的具体操作是：

(1)发送设备对传输路径性能进行测试，确定发送到各个中继服务器的数据量；

所述的传输路径为数据从发送设备到某个中继服务器所经历的路径，使用平均传输时延表征其性能，发送设备只在传输过程开始的第一个测试周期中测试传输路径的平均时延；

测试传输路径平均时延的具体方法是：连续发送带有时间戳的、大小相同的数据包到各个中继服务器，这些中继服务器记录每个数据包的延迟时间，并计算接收到的所有数据包延迟时间的平均值，然后返回给发送设备；发送设备根据各条传输路径平均延迟时间的相对大小决定分发到各个中继服务器的数据量，平均延迟时间越长发到该中继服务器的数据量越少；

(2)发送设备对接入链路性能进行测试，确定各条接入链路在数据周期内使用的数据发送速率；

所述的接入链路为发送设备与接入点之间的链路，使用可用带宽表征其性能；

在数据周期内的具体操作是：按照测试周期中确定的各条链路采用的发送速率进行数据发送；

D.如果传输的数据的优先级不同，采用区分优先级的方法进行数据传输，具体的方法是：

(2)发送设备记录每次传输过程中各条接入链路的平均传输速率，作为链路的平均可用带宽值；选择平均可用带宽高的链路传输基本型数据；

(3)发送设备记录每次传输过程中各条链路在传输过程中的丢包率，选择丢包率低的链路传输基本型数据；

E.数据保护的具体方法是：在同时存在多个中继服务器的情况下，将同一个数据分段同时发送到多个中继服务器上；只存在单个中继服务器的情况下，中继服务器对属于同一个分段的数据包进行检查，当发现缺少数据包时，向发送设备发出重传请求，发送设备根据该请求消息中带有的要求重传的数据包的分段号和段内标号，搜索发送缓冲区，找到需要重传的数据包，并重发该数据包到对应的中继服务器。