（计算机应用技术专业论文）因特网中多目视频发布的拥塞控制研究.pdf

璺壁塑! 玺旦塑垄查塑塑墨丝墅塑 3 9 8 , 3 2y 摘要 近年来，凰缝囤：e 的多媒体应用越来越为广泛，由于多媒体流传输一般 采用无拥塞控制的 t d p 协议，因此研究多媒体流传输的拥塞控制机制成为重要 的研究课题。本文主要研究多媒体传输问题的一个方面，即多目视频发布中的 拥塞控制问题。 r 伍文分析了现有的多目视频发布方案及其缺陷，针对反馈爆炸造成的网络 拥塞，提出了一种层次型的反馈控制机制，显著的减少了网络中反馈信息的量 和发送方对反馈信息处理的量；针对多流方案中的重复信息流问题，提出一种 拥塞控制算法，缓解了因在网络中传输多个信息流而造成的网络拥塞；针对视 频传输和因特网的特点提出了一种较完整的在因特网中进行视频传输的方案， 该方案综合了资源预定协议和分层编码方法的优点，在对网络带宽变化反映的 灵敏度、多目通信群的可扩展性、服务的质量、带宽占用的公平性等方面都有 比较好的性能。本文用一种流行的网络模拟器对提出的新方案进行模拟，以得 到模拟数据对论文中提出的方案和算法进行验证和分! ! 厂 关键词：拥塞控制，反馈控制，重复信息流，资源预定，分层编码 i 、 ， f ， j 钿 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 r e a s e a r c ho nc o n g e s t i o nc o n t r o lo nm u l t i c a s tv i d e od i s t r i b u t i o n i nt h ei n t e r n e t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a p p l i c a t i o n sa b o u tm u l t i m e d i ao nt h ei n t e r a c td e v e l o p e d v e r y f a s t b u tt h e e x i s t i n gp r o t o c o l sa n d s c h e m e so fm u l t i m e d i a t r a n s i m i s s i o nu s cu d pa s t h e i rb a s e m e n t ，w h i c hd on o th a v ea n yc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m s oh o wt o c o n t r o lt h ec o n g e s t i o ni nm u m m e d i at r a n s m i s s i o ni sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l d t h i s p a p e rm a i n l y c o n p ：e r n sc o n g e s t i o nc o n t r o li nv i d e o m u l t i c a s t i n g i nt h ei n t e r n e t a 矗e rt h ea n a l y s i sa n d c o m p a r i s i o no fm a n ye x i s t i n gp r o t o c o l sa n ds c h e m e si n d e t a i l ，t h ep a p e rp r o p o s e ss o m en e ws c h e m e sa n da l o g r i t h m st os o l v ep r o b l e m si n t h e m t os o l v ef e e d b a c ki m p l o s i o np r o b l e m ，w h i c hi sm a i nc a u s ef o rn e t w o r k c o n g e s t i o n i nv i d e o m u l t i c a s t i n g ，t h ep a p e rp r o p o s e s an e wf e e d b a c kc o n t r o l a l g o r i t h m t h e n t os o l v et h e r e p l i c a t e d _ s t r e a mp r o b l e m i nm u f f s t r e a ms c h e m et h a t n o r m l yc a u s e sn e t w o r kc o n g e s t i o n 。t h ep a p e rf u r t h e rd e v e l o p san e wc o n g e s t i o n c o n t r o la l g o r i t h m h a v i n gc o n s i d e r e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fr e a l - t i m ea p p l i c a t i o na n d t h eh e t e r o g e n i t yn a t u r eo fi n t e r e n t ，t h ep a p e rf i n a l l ys u g g e s t sav i d e om u t i c a s t i n g s c h e m ew h i c hc o m b i n e st h ek e ye l e m e n ti nr s v pa n d l a y e r e d v i d e o c o d i n g m e t h o d t oc o m p l e m e n tt h em e r e l yt h e o r e t i c a ls t l l d y ap o p u l a rn e t w o r ks i m u l a t o r ( n s ) p r o v i d e db yu c b e r k e l e y i su s e dh e r et oe v a l u a t et h e p e r f o r m a n c e o ft h e 砒f o r m e n t i o n e ds c h e m a a n dt h er e s u l t ss h o wt h a ts o l u t i o n sp r o m o t e db yt h i sp a p e r h a v eg o o d p e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：c o n g e s t i o nc o n t r o l ，f e e d b a c kc o n t r o l ，r e p l i c a t e d - s t r e a mp r o b l e m ， r s v p , l a y e r e d v i d e oe n c o d i n g 里壁旦主墨旦望堡垄查塑塑墨墼型堑壅 ： 第一章引言 在短短的十几年的时间内，因特网在全世界都得到了极为迅速的发展，以其为载体的 各种应用越来越多，其中关于多媒体方面的应用在近几年逐渐得到重视，象视频点播、远 程教学、远程医疗、网上直播这样的应用在因特网上迅速得到推广。 因特网中多媒体的传输包括电子白板、文字对话、多目文件传输、音频和视频的传输 等。其中视频多目( m u l d c 船t ) 传输涉及若干理论和技术，如编码压缩问题嘲，传输协 议的选择问题m “】，传输过程中的拥塞控制问题9 ，接收方的纠错问题f 2 1 等。因此，研 究多目视频发布具有重要的理论和应用意义。本文着重对多目视频发布中的拥塞控制问题 进行研究。 1 1 实时视频传输的特点 与胁棚、w w w 、f y p 等t c p 传输不同，视频的传输有以下特点翻： 1 ) 对延迟的要求：与普通的数据传输不同，视频传输对延迟敏感。如果有的视频数 据帧发生延迟，可能造成在同一幅画面上各点发生的时间不同步，从视觉效果上 看物体都是变形的。 2 ) 对数据丢失率的要求：数据的丢失会导致同一画面的各个区域视觉效果不同，有 的区域清晰，有的区域模糊。 3 ) 对最低接收质量的要求：就象看电视一样，观众对画面的视觉效果有一定的要求。 效果太差，观众会拒绝收看。例如，观看一场球赛，观众的最低要求就是看清楚 足球，球员球服的颜色等，而且还要使画面的抖动尽量的小。 实时视频传输的上述特点其实就是表现了对网络带宽的要求，如果给视频传输用的网 络带宽有足够多，就可以降低延迟和数据流失率，得到接收者满意的接收效果。 将视频传输的特点和t c p 协议对照起来看，t c p 协议是采用反复重传来保证数传输 的可靠性 5 2 1 ，它虽然保证了传输的可靠性，但是与视频应用的实时性相抵触( 造成了延迟、 导致接收质量的降低) ，因此采用单纯的t c p 协议进行视频传输是不合适的。 例如组成第n 幅画面的视频数据包都应在t - 时间点左右到达接收方r ，但其中有一个 包p n 在传输中被丢失，经过重传后在t 2 时间到达，而t 2 对间是第n + l 幅面面的数据到达 的时间，所以此时p n 对重组第n 幅画面( 第n 幅画面已被重组并显示出来) 和第n + l 幅 画面都是没有意义的。 1 2 因特网的异构性 因特网是一种全世界范围内的物理网络，因此不可避免的，在不同的地点、不同的时 一一 旦堑堕! 兰旦塑塑垄塑堕塑墨丝型堑塞 问各段子网络的表现是不同的，这就是因特网的异构性1 ，具体的讲，因特网的异构性表 现在以下几点： 1 ) 表现在因特网中各子网络的拓扑结构是不同的，如环形、星形、总线形等。 2 ) 表现在因特网中的资源分布和处理能力在各子网络中是不尽相同的。侧如各子网 络在数据处理能力、缓存能力、控制机制是不同的。 3 ) 各用户直接使用的终端的数据处理能力是不同的，这决定于c p u 的处理能力及内 存的大小等。 4 ) 因特网上的应用类型是各不相同的，各应用使用的协议也不一定相同，如t c p 应 用、u d p 应用等。 5 ) 因特网的动态特性：即使是对同一段子网，在不同的时间所表现的特性也不同 有时网络会空闲一些( 负载轻) ，有时又忙一些( 负载重) o 由因特网的异构性，可以预测在那些带宽小、处理能力低或负载重的子网络中容易因 为网络的拥塞而造成大量数据的丢失，如果各个应用都有拥塞控制机制，则可以根据网络 的动态变化改变各自的传输速率，从而减轻或降低网络拥塞。 t c p 协议具有拥塞控制机制，但是不适合视频应用( 见本章第一节) 。单纯的u d p 协 议自身没有拥塞控制机制劂。不能对网络的动态特性进行反映，也不能保证接收者所接收 视频的质量，而且单纯的u d p 协议具有带宽占用的贪婪性，这对其他如t c p 之类的应用 是不公平的。所以单纯的u d p 协议是不适用于视频的传输的。 1 3 多目视频传输协议的研究 由本章的第1 、2 节我们知道，对于视频传输来说，既不能用单纯的t c p 协议来实现， 也不能用单纯的u d p 协议来实现。在国外对于多目视频发布方面的研究已经有一些成果， 其中最著名的就是美国南加州大学的学者所做的研究( 代表人物有s a l l yf l o y d 、k e v i n f a l l 、r e z ar j a i e 和b r e t tj v i c k e r s 等) ，他们提出了r t p 协议( r e a l t i m et r a n s p o r t p r o t o c 0 1 ) 和r a p 协议( r a t ea d a p t i v ep r o t o c 0 1 ) ”“”1 ，但就国内来说，对视频传输理论 的研究并不多，很少有相关的资料。 已有的方案都是基于i p 层上的，相当于传输层协议。根据网络中各节点在视频传输中 所起的作用，将已有的方案归纳起来，可以分为以下三类： 1 )资源预定协议( r s v p ) “。”2 ”： 接收者在加入接收视频信息的多目通信群时，先在网络中预定与自己所要求的接 收质量相适应的网络资源。接收者向发送方发送加入多目通信群的请求，在通向发送 方的路由器中将预留该接收方所需要的资源( 带宽、缓存容量等) ，如果路由器没有足 够的资源，则资源预定失败，该接收者不能加人多耳通信群；若预定成功，在发送方 在以后的整个发送过程中都利用该接收者在网络中预定的资源进行数据的传输。 2 里鲎婴! 兰旦塑塑垄塑塑塑墨墼型堡壅 资源预定协议可以很好地保证接收者所接收视频的质量，但是一经预定，在整个 的接收过程中都会占用所预定的资源，不因网络可用带宽的变化而改变，这对别的应 用来说很不公平。 2 ) 发送方驱动的速率适应方案“。2 ”： 在这种方案中发送方一般采用多流方式进行视频信息的传输，即发送方同时发送 几个内容相同但传输速率不同的视频信息流给多目通信群，接收者根据自己的接收能 力来选择接收不同的信息流，发送方还可根据接收方的反馈信息来调整各信息流的传 输速率。 这类方案最大的特点和缺点就是使用了重复信息流，同时在网络中传送几个内容 相同的信息流容易造成网络带宽的浪费，甚至造成拥塞。比较典型的发送方驱动的速 率适应方案是目的集分组协议( d s 8 ) ，在本文第3 章会有教详细的说明，并对其中 存在的问题提出新的解决方案。 3 )接收方驱动的速率适应方案”。“： 在接收方驱动的速率适应方案中发送方多采用分层编码技术。发送方将要传送的 视频信息编码为一个基本层和若干个增强层，接收方必须同时接收基本层和低的增强 层才能接收更高的增强层，而且接收者可以根据自己的接收能力选择是否接收高的增 强层。 在这种方案中，各层编码的速率是固定的，接收者根据网络的拥塞情况来来增加 或丢弃一个增强层。这种方法缺乏灵活性，而且在增加或丢弃一层时会造成接收效果 大的抖动。 以上这三类的视频传输协议或方案各有优缺点( 其中第2 、3 类方案是基于u d p 的) ， 但是都缺少相应的拥塞控制机制( 即缺乏对网络拥塞进行控制的能力) ，在以后的章节里 针对这些方案中存在的拥塞控制问题给出相应的说明和解决方案。 1 4r i $ 网络模拟器 在计算机领域提出种新的想法或方案后，要对其进行性能分析可有三种方法： 1 )利用数学方法建立数学模型。然后进行数学论证得到理论分析结果。 2 )搭建实地环境。进行仿真实现，用得到仿真数据来分析方案的性能。 3 )利用软件方法自编程序实现或借助一些已有的模拟器来模拟实现新方案，再将 模拟结果进行分析得到性能参数。 因为本文提出的一些想法和方案是很难用一条数学公式或一组方程式来表示的，所以 上述的第一种方法是不可行的，而且我们研究的是在因特网中的多目视频传输问题，以我 们现有的条件在实验室中是很难仿真的，因此本文采用了第三种方法，利用美国加州大学 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 柏克利分校开发的网络模拟器( n s ) 来用软件模拟实现本文所提出的想法和方案。本论文 中进行模拟所用的网络模拟器是n s 2 1 b 6 版。 下面将对该网络模拟器进行简单的介绍。 1 4 1 网络模拟器的软件结构 n s 是采用一种分离式编程模式来实现的【4 8 4 ”。a s 的内核即那些使用者模拟用的基元是 用c + + 编写的，而模拟过程的定义、配置和控制脚本则是由t c l 语言按一定的语法将c + + 编写的基元组合起来形成模拟脚本。 举例说明：一个路由器是由d e m u l 卸l e x e r s 、q u e u e s 、p a c k e ts c h e d u l e r s 等组成，这些组 成单元是由c + + 语言实现的，然后用t c l 语言将这些组成单元组合起来组成一个模拟路 由器。编制t c l 脚本时给定参数的取值不同所组成的模拟路由器的功能也会不同，由此 可模拟多种不同功能的路由器。 1 4 。2 网络模拟器的优点 1 )抽象性( a b s t r a c t i o n ) ：抽象性就是说可以忽略实现细节部分，而只对要进行 研究的那一部分进行模拟。用这种抽象的方法可以使模拟的规模扩大。当然 抽象可能带来模拟是否精确的问题。 2 )仿真性( e m u l a t i o n ) ：u s 模拟器不仅能够实现对现实网络中协议等的模拟，还 有仿真接口，可与现实的网络进行接口，在二者之间进行数据的传送和处理。 3 )可视化( v i s u a l i z a t i o n ) ：m 中有一个称为h a m 的组件，它可以将所模拟的网 络活动动态的表现出来( 例如把拓扑结构的变化、路由路线的变化、传输速 率的变化、数据丢失情况等都可表现出来) on s 中的x g r a p h 组件还可以将模 拟结果以曲线图的方式表现出来。 4 )可扩充性( e x t e u s i b i l i t y ) ：m 当前的版本可以支持t o p 等多种协议，x l s 的分 离变成模式使新协议的实现变得容易一些。n s 的使用者要实现其他方案，先 用c + + 编写实现细节，再用t e l 编写模拟脚本。使用者还可将自己的代码发 布。以便他人使用。 由于网络模拟器n s 具有以上诸多优点h 8 4 9 】，因此选用n s 来模拟实现本文所提出的新 方案，进行性能分析。 1 4 3 模拟方法 n s 支持o n i c a s t 、m u l t i c a s t 传输模式和t c p 、s r m 、r t p 、u d p 等传输协议，而且n s 还有拓扑结构库和流量库。如果要模拟的方案可用n s 支持的协议实现，则可以直接编写 4 一一 里壁塑! 墨旦塑塑垄塑塑塑墨丝墅堑塞 t c l 蛐印本进行模拟；若要模拟的方案n s 不能直接支持，则先用c + + 编写新方案的实现细 节，再用t c l 语言编写模拟脚本来进行模拟”帅”l 。 1 5 本文所做工作 本文主要讨论因特网中多目视频传输的拥塞控制问题，所做工作归纳如下： 1 ) 本文分析了视频传输的特点、因特网的异构性，并对已有的视频传 输协议和方案的优缺点进行了分析和讨论。 2 )研究了利用n s 网络模拟器进行性能评价的基本方法。 3 ) 在速率适应方案中，发送方是利用接收者发送给它的反馈信息来调 整数据传输的速率，而多个接收者同时向发送方发送反馈会导致反 馈爆炸的问题。在讨论了反馈爆炸及其危害的基础上。本文提出了 一种新的层次型的反馈控制方案，并用n s 网络模拟器对其进行了模 拟，结果表明该方案能较好地控制反馈爆炸问题。 4 )以d s g 协议为例，对以重复多流的方式进行多目视频传输的协议迸 行了探讨和分析，提出了解决多流方案中由于同时传输多个重复信 息流造成网络拥塞和带宽浪费问题的算法，并进行了性能分析。 5 )结合了资源预定和分层编码的思想，提出一种较新的视频传输协议 和相应的算法。模拟结果表明新协议在接收者的接收质量、规模的 可扩展性、与协议的公平性等方面具有较好的性能。 全文主要包含以下五个章节：第一章引言主要分析了视频应用的特点、因特网的异 构性和已有的视频发布方案存在的问题，并介绍了本文所做工作；第二章多目视频发布 中的反馈控制研究主要针对视频发布中的反馈爆炸问题提出了一种新的层次型反馈控制 机制；第三章多流方案中的拥塞控制研究主要讨论了由于在网络中同时传输内容相同的 几个信息流所造成的网络拥塞问题，并提出了一种解决方案；第四章基于因特网的多目 视频传输协议研究主要提出了一种结合资源预定和分层编码技术的新的多目视频发布方 案；第五章结束语主要总结了本文所做的工作和提出了继续研究的方向。 5 一 里堑旦玺旦塑塑垄塑盟塑墨墼型婴塞 - 第二章多目视频发布中的反馈控制研究 在1 3 节中我们提到速率适应的视频发布方案。在速率适应的的方案中，都是利用接 收者的反馈信息来进行速率控制的，若对反馈信息的量不加以控制，就会出现反馈爆炸的 问题它是造成网络拥塞的一个重要因素，也是制约多目通信中通信群规模扩大的一个 决定因素。 本章研究实时多目视频发布中的反馈控制问题。在讨论了反馈爆炸和其研究现状的基 础上，本文提出了一种新的层次型反馈控制机制，并详细分析了这种机制在一种称为目的 集分组协议( 简称d s g ) 中的应用情况。 2 1 弓i 言 就简单的分类方法来说，视频的实时发布一般采用下面两种方法：资源预定方案，即 利用一种能够进行资源预定的网络来提供性能保障”“”1 ；速率适应方案，源主机利用反馈 信息来根据网络当前的处理能力调整视频发布速率，或者接收者所接收的视频信息的量 “，从而改善接收方的接收效果。鉴于实时视频的特性和网络的异构性，后一种方法更能 适应当前英特网中的多媒体应用。 在利用反馈信息的速率适应方案中，源主机定时向多目通信群中的所有接收者发送询 问消息，各接收者根据其所接收数据包的丢失情况来确定自己的状态( 状态为拥塞、未满 载、满载这三种中的一种) ，然后将状态信息构造成反馈帧传送给源主机，源主机再根据 这些反馈信息来判断网络的状态并适当调整其输出的视频数据的速率。但是在这种以接收 者的反馈信息来控制视频发布数据速率的应用中，存在一个严重问题一反馈爆炸问题” ”，即当源主机向多目通信群中的所有接收者发送询问消息后。如果大量接收者同时向源 主机发送反馈信息，这样在信道中就会同时存在大量的反馈信息，可能造成网络拥塞。也 可能造成源主机的负担过重，引起性能下降甚至系统崩溃。 本文提出了一种新的控制反馈爆炸的机制层次型反馈控制机制，并将其具体应用 在一种称为目的集分组( d s g ) 的协议中，得到了良好的效果。 2 2 反馈爆炸及其研究现状 所谓反馈爆炸”也就是说，如果在多目通信群中的各接收者同时向源主机发送反馈 信息，在这种一对多的多目视频发布中，会给源主机以及网络带来大的危害。源主机可能 因缓冲溢出而造成傀息丢失。也可能因处理的信息量突然增大而造成系统处理速度下降甚 至崩溃；对于网络来说会因信道带宽被大量占用而造成网络拥塞，造成接收者接收的数据 质量的降低。 6 里壁堕! 垒旦丝墼垄塑堕塑墨墼型堑塞 因此反馈爆炸对以反馈为基础的多目视频发布的影响不容忽视，特别是当多目通信群 的规模很大时。反馈爆炸的影响将更明显。不对反馈爆炸加以控制也不利于多目通信群的 规模扩展。 图2 - 2 1 无反馈控制的反馈示意图 针对这一问题，已经提出的有代表性的方案有以下几种5 “”1 ：概率查询方案、随机延 迟反应方案。 在概率查询方案中”，一个接收者以一定的概率来回应源主机的状态查询。即小于某 一概率x 就不发送反馈信息，只有大于一定的概率x 的接收者才向源主机发送反馈信息。 如果在一定的时间内没有收到反馈信息，源主机就重发询问消息。这种方案有两个缺点： 1 ) 不能保证源主机收到的是网络中最坏情况的反馈信息，例如若处于拥塞状态的接收者 的回应概率都小于x 则这些接收者都不会发反馈信息，那么源主机就会认为网络中没有拥 塞；2 ) 接收者的回应概率不易确定。 在随机延迟反应方案中，每个接收者在发送反馈信息前都等待一段随机时间再发送 反馈信息给源主机。很明显这种方式不足以避免反馈爆炸，特别是当延迟时间太短的时候 还是会有大量的反馈信息同时送出，而延迟太长时反馈信息已经不能反应接收者当前的状 态。 2 3 一种新的层次型反馈控制机制 2 3 1 层次型控制机制 多目视频发布的控制机制大致可分为分散控制和集中控制”：在单纯的分散控制中。 源主机对接收者不做任何控制，接收者只根据自己的q o s 来接收适合自己的数据，而不关 心其它接收者的状态。这种控制机制会因为各接收者之间的不协调操作导致整个网络的性 能下降。在单纯的集中控制中，源主机必须知道所有接收者的能力、网络拓扑结构和拥塞 7 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 情况，为了确切了解网络状态，源主机必须不断收集接收者的信息。 文献”提出了分层控制机制，其思想就是在网络中设置代理，代理可以直接对接收 者进行控制而不需上层控制机构的参与。在分层控制机制中使用了域的概念，一个域可以 是一个真实的物理区域。也可以是象内部网一样的逻辑区域，甚至可以是由i p 包中的t t l 域决定的个逻辑区。在每个域中有一个中间代理( 简称i a ) 。域中的每个子网也有自己 的子网代理( 简称s a ) 。s a 负责收集子网中各接收者的状态并将其传给i a ，i a 统计完各 s a 给送给它的信息后再将域的信息传回各s a ，然后s a 可对接收者进行控制。分层控制的 层数可以有多层( i a 上还有i a ) 。s a 将收集到的信息一层层向上层i a 传送，最高层的i a 处理完这些信息后再将信息发回下层i a 或s a 。 图2 - 3 1 分层控制机制示意图 2 3 2 一种新的层次型反馈控制机制 这种新的层次型反馈控制机制的基本思想就是让网络中的各级代理具有处理反馈信 息的能力，代理将收集到的反馈信息集合成一条或几条信息后再向上层代理或直接向源主 机传送，这样就大大减少了在网络中传输的反馈信息的数量以及源主机处理的反馈信息的 数量。 在这种反馈控制机制中反馈信息的帧结构定义如下：共有四个域，它们分别表明源 8 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 主机的地址、信息流的标号、接收者所处的状态以及处于这种状态的接收者的数目。 信息流的标记 图2 - 3 - 2 反馈帧结构示意图 对于这种反馈控制机制的具体实现，我们以其在d s g 协议中的应用来具体说明： 在d s g 协议“”中，源主机同时保持几个信息流，各个信息流包含的信息内容相同，但 由于压缩时参数不同，各信息流的传输速率不同。接收者根据自己的q o s 选择某一信息流 来接收，并可在一定范围内通过反馈信息来调整该信息流的数据速率；接收者在自己的接 收能力改变或与之相连的网络可用带宽改变时可在不同的信息流间转换。通过反馈来调整 信息流的传送速率表现在协议的内部流协议部分：每个接收者都用数据丢失率来估计自己 的状态( 未满载、满载、拥塞三种之一) ，源主机发送询问消息给接收者后。接收者将自 己的状态反馈给主机，主机统计接收各信息流的处于各种状态的接收者的数目，并依此来 调整信息流的速率。如果接收某一信息流的接收者中处于拥塞的比例超过某一值，该信息 流的速率适当降低；当接收某一信息流的所有接收者都处于未满载状态时就适当提高该信 息流的输出速率。 本文提出的层次型反馈控制机制在d s g 协议中的具体实现如下：( 网络示意图如下图) 图2 - 3 3 层次型反馈控制示意图 1 ) 网络中各级代理的确定规则： 9 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 当子网中有一个用户r 申请加入接收视频信息的多目通信群时，r 向子网代理s a 发出r e q 请求帧，如果子网中已存在s a ，则s a 向r 发送a c k 回应帧；如果子网中没 有s a ，贝0 在一定时间内r 接收不到a c k 帧，此时r 将自己设置为s a ，并将请求帧继 续发往上层的中间代理i a 。 i a 的确定类似于s a 的确定。如果路由器具有处理多目通信的功能，也可将与子 网连接的路由器作为s a ，将上级路由器作为i a 。 2 ) 接收方的的反馈规则： 假设源主机两次发送询问消息的时间间隔为t ，则接收者就以t 时间内所接收数 据的丢失率来确定自己的状态。接收者的状态确定规则如下：( 其中r ，、r 2 为百分数， r 1 r 2 0 ) i f l o s e _ r a t e r lt h e n 状态为拥塞； i f l o s e _ r a t e r 2t h e n 状态为未满载； e l s e 状态为满载； 当接收者收到源主机发出的询问消息后就将自己在上一个t 时间内的状态构成一 个反馈信息发送给s a o 3 ) s a 的控制算法： s a 在接收到源主机发出的询问消息后等待t n 段时间后开始收集该子网中接收者 的反馈信息，s a 把在t 。时间内收到的反馈信息集合起来，使每个信息流最多只保留 3 条状态反馈信息。( 其中t 。为子网中的接收者到s a 传输时间的最小值，t “为子网中 的接收者到s a 传输时间的最大值的2 倍) s a 汇聚反馈信息的算法如下：( 以统计接收信息流i 的接收者为例，其他信息流的 反馈信息处理原理相同) p r o cs a m e g e r ( ) i s a 收到源主机的询问帧 t i m e ：= 0 jn c i _ o ；n ：= 0 ；n n - 0 j w h i l e ( t i m e 钉h ) i f 新接收的关于信息流i 的反馈帧的状态为拥塞 n c i + + ： i f 新接收的关于信息流i 的反馈帧的状态为满载 1 0 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 n u + + ； i f 新接收的关于信息流i 的反馈帧的状态为未满载 n “+ + ： ) i fn c i 0 构造关于信息流i 的处于拥塞状态的反馈信息帧并将反馈帧上传； i fn t i 0 构造关于信息流i 的处于满载状态的反馈信息帧并将反馈帧上传； i f 乩i 0 构造关于信息流i 的处于未满载状态的反馈信息帧并将反馈帧上传；) ( 其中t i m e 为时间变量，n c - 、n u 。、n l t 为记数器) 4 ) i a 的控制算法： i a 在接收到源主机发出的询问消息后等待t n 段时间后开始收集其下层各s a 发来 的反馈信息。i a 把在t 。时间内收到的反馈信息集合起来。使每个信息流最多只保留3 条 状态反馈信息( 其中t 。：i a 下的s a 到i a 传输时间的最小值+ t 。t m = + i a 下的s a 到 i a 传输时间最大值的2 倍) 。i a 处理反馈信息的原理与s a 类似。 5 ) 源主机的控制机制： 源主机查询各信息流对应的反馈信息包，若接收信息流i 的接收者中拥塞的比例超过 定值x ，则适当降低信息流i 的输出速率；若接收信息流i 的接收者未满载的比例超过定 值y ，则适当提高信息流i 的输出速率。( 其中x 、y 依情况而定，具体的源主机速率改变 方案可参考文献) 2 4 1 理论分析 2 4 性能评价 在3 2 节我们已经将这种层次型反馈控制机制的基本思想进行了阐述，并将其具体 的应用于d s g 协议中。前面我们提到已经出现的关于解决多目视频发布中反馈爆炸问题有 代表性的方案有概率查询方案、随机延迟反应方案，它们存在各自的缺点。本文提出的层 次型反馈控制机制，把源主机承担的处理反馈信息的工作分散到s a 和i a ，使反馈信息一 级级向上收敛，所以同时在信道中传输的反馈信息量很少，源主机同时要处理的反馈信息 的量也会大大减少。而且对每个接收者的接收能力都进行了考虑。具有一定的优越性。 因特网中多目视频发布的拥墓控制研究 例如在d s g 协议中，若源主机共保持n 个信息流接收者的状态数m ，则在于网中传 送的反馈信息最多与子网中的接收者数目相同，而在域中同时传送的以及源主机最终处理 的信息量最多为n * m 。当多目通信群规模越大时，这种控制效果越明显。例如当接收者有 1 0 0 0 个而信息流效为3 、状恋数也为3 ，不用反馈控制时，网络中传输的和源主机处理的 反馈信息为1 0 0 0 条，使用了层次反馈控制机制后，网络中传输的以及源主机处理的反馈 信息最多为9 条。 2 4 2 模拟结果 对2 3 2 中提出的层次型反馈控制机制，采用了n s 来模拟实现。为了简化模拟的复杂 度，源主机只发送一条信息流。在每种拓扑结构中每条链路的带宽都为1 5 m b p s ，延迟为 1 0 m s 。并在一定的时间在某些链路中加入c b r 信息流使链路拥塞。反馈控制前后的其他 外部条件保证全部相同。接收方的状态判定为：丢失率 5 为未满载，7 b 则放 弃切换信息流的计划。全局性带宽控制是针对网络中可用带宽的变化对接收者造成 的影响进行控制，使用的是一种粗略计算方法，效率不高。 3 3 一种基于分层控制和d s g 协议的拥塞控制算法 3 3 1 分层控制机制 所谓分层控制也就是在网络中设置代理1 7 。4 删。其基本思想是接收者并不直接将反馈 信息发给源主机，而是发给中间的代理，这种代理分层设置，代理对接收者可以直接进行控 制而不需上层控制机构的参与。在分层控制结构中使用了域的概念，一个域可以是一个真实 的物理区域。也可以是象i n w a n e t 一样的逻辑区域，甚至可以是由m 包中的t r l 域决定的 一个逻辑区。在每个域中都有一个中间代理( i n t e r m e d i a t a g e n t ，简称i a ) ，域中的每个子网 也有自己的子网代理( s u b n e t a g e n t ，简称s a ) 。s a 负责收集子网中各接收者的状态并将之 传给n ，i a 统计完各s a 送给它的信息后再将域的信息传回各s a ，然后s a 可对接收者进 行控制。分层控制的层数可以有多层( 即在i a 之上还有i a ) 。s a 将收集到的信息一层层向上 层i a 传送，最高层的i a 处理完这些信息后再将信息发回下层i a 或s a 。 详细介绍请看论文的2 3 1 节。 1 8 因特网中多目视频发布的拥塞控制研究 3 3 2 基于分层控制和d s g 协议的拥塞控制算法 针对d s g 协议存在的问题和本文第2 节分析产生拥塞的原因，我们提出以下基于分层 控制和d s g 协议的拥塞控制算法 4 3 】。为描述方便，先给出几个约定： 1 )分别用s l 和d l 来表示子网和域中所能同时存在的信息流的数目( s l 和d l 可 根据网络的带宽使用情况先粗略确定，在算法的执行过程中再根据情况来改变， 见算法的第3 部分) 当子网中存在的信息流数目大于s l 时，子网中容易拥塞。 域中存在的信息流数目大