基于视频源端的拥塞控制算法研究

论文摘要

本文在分析拥塞产生的原因、拥塞控制的特点和研究意义的基础上,针对目前视频监控系统的数据传输特点以及目前的拥塞控制算法机制存在的不足,提出一种新的拥塞控制算法。通过分析目前存在的两种拥塞控制策略及其特点,并针对视频监控系统所具有的实时性、数据量大、数据流量的突发性、等时性等特点,设计出了一种基于视频源端的拥塞控制算法,算法的中心思想是:根据RTCP协议返回的接收报告块中的相关信息,计算出链路回环时间RTT、传输时延TO及传输的丢失事件率p,然后利用改进的Padhye吞吐量模型,计算出当前传输应有的吞吐量,从而动态调整发送端的数据发送速率,即当网络负荷较重时,减小发送速率,使得网络发生拥塞时不会有大量的数据包涌入加重拥塞。而网络负载较少时,发送端以较高的速率发送数据,使网络运行在高吞吐量状态。其中,在推导TCP吞吐量模型时,考虑了超时后的慢启动阶段,保证了模型的精确性,使得应用该模型的拥塞控制机制更加可靠。在计算服务质量参数时,只是利用RTCP返回的报文中的相关信息,而没有加入反馈分组,因此不会增加网络额外的数据传输负担。最后,通过对比目前几种主流仿真软件MATLAB、OPNET、SPW、NS2,本文选择了网络模拟器NS2对所设计算法进行仿真,结果表明本文所设计的算法可以使视频发送端的发送速率非常平滑,并且使得当视频流与TCP流在网络环境下共存时可以公平竞争带宽,不会导致TCP流饿死,即具有TCP友好性。本文所设计的基于视频源端的拥塞控制算法适用于视频监控系统,能够应对和避免网络阻塞,降低了时延和丢包率,提高了网络的总体性能,保证了视频监控系统的稳定性,达到了预期的功能效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 拥塞控制的研究现状
• 1.2 选题依据
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的结构安排
• 2 拥塞控制基础
• 2.1 拥塞概述
• 2.1.1 拥塞和拥塞控制
• 2.1.2 拥塞产生的原因
• 2.1.3 拥塞控制的目的及研究意义
• 2.2 拥塞控制策略
• 2.2.1 基于端主机的拥塞控制策略
• 2.2.2 基于通信子网的拥塞控制策略
• 2.2.3 两种拥塞控制策略的比较
• 2.3 TCP拥塞控制
• 2.3.1 TCP拥塞控制概述
• 2.3.2 TCP拥塞控制算法
• 2.3.3 TCP拥塞控制机制的改进
• 2.3.4 TCP友好性
• 2.4 RTP/RTCP
• 2.4.1 RTCP控制报文
• 2.4.2 RTCP发送方报文格式
• 2.4.3 RTCP接收方报文格式
• 2.5 本章小结
• 3 拥塞控制算法的设计实现
• 3.1 服务质量参数的计算
• 3.1.1 回环时间RTT的测定
• 3.1.2 传输时延TO的测定
• 3.1.3 包丢失事件发生率p的计算
• 3.2 TCP吞吐量模型的选取
• 3.2.1 Padhye模型
• 3.2.2 Padhye模型的改进
• 3.3 速率调整
• 3.4 算法流程图及代码
• 3.5 本章小结
• 4 仿真分析
• 4.1 仿真工具的选取
• 4.2 NS2网络模拟器
• 4.2.1 仿真环境的建立
• 4.2.2 NS2原理概述
• 4.2.3 NS2仿真的基本流程
• 4.3 算法性能测试
• 4.3.1 仿真场景测试
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢