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CN1647440A - 在接收器端具有决定可能重传请求的拥塞控制的传输系统 - Google Patents

在接收器端具有决定可能重传请求的拥塞控制的传输系统 Download PDF

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CN1647440A
CN1647440A CNA03808516XA CN03808516A CN1647440A CN 1647440 A CN1647440 A CN 1647440A CN A03808516X A CNA03808516X A CN A03808516XA CN 03808516 A CN03808516 A CN 03808516A CN 1647440 A CN1647440 A CN 1647440A
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J.－M·雷梅
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

本发明涉及通过网络传送数据包，该网络可能引入导致数据包丢失的错误，并且数据包通过该网络具有可变的传递时间。本发明包括区分由于拥塞造成的丢失、由于传输错误造成的丢失以及在出现拥塞情况下，由于停止至少某些信息包的重传请求而造成的丢失。

Description

在接收器端具有决定可能重传请求的拥塞控制的传输系统
技术领域
本发明涉及一种传输系统，该系统包括：一个含有信息包发送装置的发送器，一个可能引入导致信息包丢失的错误且信息包通过其传输时可能具有可变传递时间的传输网络，以及一个含有信息包接收装置、丢失信息包检测装置、请求重传丢失信息包装置的接收器。
本发明还涉及用于这种传输系统中的发送器和接收器。
本发明还涉及一种用于这种接收器中的信息包接收方法，以及含有当被处理器执行时实现上述接收方法的指令的程序。
本发明特别适用于通过互联网将音频数据或视频数据传送到移动接收器。
背景技术
2002年3月，David Leon和Viktor Varsa在IETF互联网站发表了他们撰写的标题为“RTP重传框架”的文章，文中讨论了信息包的重传，文章网址为“search.ietf.org/internet-drafts/draft-leon-rtp-retransmission-02.txt”。在第6段中着重阐述了信息包的重传会增加网络拥塞的风险。当信息包是由于拥塞而丢失时，请求重传的反应进一步加重了拥塞。文章建议，当丢失信息包的数目变得过高时，不再采用重传。
在该现有技术文件中将丢失信息包数目的增加作为拥塞的一种指示。
发明内容
特别的，本发明的一个目的是提出另外一种监视网络拥塞和在拥塞的情况下做出反应的方法。
因此，根据本发明的传输系统包括一个含有信息包发送装置的发送器；一个可能引入导致信息包丢失的错误且信息包通过其传输时具有可变传递时间的传输网络；和一个接收器，该接收器包含信息包接收装置、丢失信息包检测装置、请求丢失信息包重传装置、用于估计所述传递时间的装置和控制装置，当所述传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，该控制装置使所述重传请求装置对至少某些丢失信息包无效。
根据本发明提出的接收器包括一种用于接收通过传输网络传输的信息包的包接收装置，该传输网络可能引入导致信息包丢失的错误，并且信息包通过该传输网络时具有可变的传递时间；用于检测丢失信息包的装置、请求丢失信息包重传的装置、用于估计所述传递时间的装置和控制装置，当传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，该控制装置使所述重传请求装置对至少某些丢失信息包无效。
根据本发明的一种方法，用于接收通过传输网络传输的信息包，该传输网络可能引入导致信息包丢失的错误且信息包通过该传输网络传输时具有可变的传递时间，该方法包括：用于检测丢失信息包的装置、请求丢失信息包重传的装置、用于估计所述传递时间的装置和控制装置，当传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，该控制装置使所述重传请求装置对至少某些丢失信息包无效。
因此，本发明采用通过网络的传递时间作为拥塞指示。拥塞的检测在接收器级完成，这样如果出现拥塞，接收器可以决定至少对某些丢失信息包不生成重传请求。
有利的是，当该信息包具有几个可能的重要性等级中的一个重要性等级时，提供所述控制装置来根据丢失信息包的重要性等级，使所述请求重传装置无效。
举例来说，接收器的反应是渐进的。当开始检测到拥塞时，接收器决定不再为最不重要的信息包生成重传请求。当拥塞加重时，该决定就按照重要性的升序逐步扩展到其他信息包。
作为优势，当信息包在一个发送时刻被发送，并且在一个接收时刻被接收时，通过计算分隔后续信息包和先前信息包的接收时刻的接收间隔，然后通过计算所述接收间隔和发送间隔之间的差值，从而得到对传递时间的估计，其中发送间隔将所述后续信息包和所述先前信息包的发送时刻分隔开，所述发送间隔包含在所述后续信息包中。
为此，根据本发明的发送器包括：计算装置，用于计算分隔后续信息包和先前信息包的发送时刻的发送间隔；和为了所述接收器计算所述传递时间而将该发送间隔放入所述后续信息包中的发送装置。
这种计算模式具有能够产生精确估计的优点。
附图说明
根据下文中描述的实施例，通过非限制性实例的方法，本发明的这些和其它方面将会得到阐述并显而易见。
在附图中：
图1是根据本发明的传输系统的一个实例的图示，
图2是根据本发明的接收方法的第一实例的流程图，
图3是根据本发明的接收方法的第二实例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种在发送器和接收器之间传输信息包的传输系统。发送器向接收器发送数据包。接收器检测丢失的数据包，并且将涉及至少某些丢失数据包的重传请求发送给发射机。
图1显示了根据本发明的传输系统的一个实例，该传输系统包括：一个实现根据本发明的发送器功能的服务器10，一个传输网络20和一个实现根据本发明的接收器功能的终端30。
举例来说，传输网络20采用例如GPRS网络或UMTS网络的蜂窝网络的形式。服务器10通过链路40连接到传输网络20，该链路接入类似因特网的包类型网络。终端30通过无线电链路50连接到蜂窝网络上。
在这种类型的传输网络中，信息包丢失可能是源于信息包传输网络的拥塞，或者源于由无线电链路引入的传输错误。事实上：
-在信息包传输网络拥塞的情况下，传输网络设备的缓冲存储器就会被占满，到达的新信息包会被毁坏；
-无线电链路本质上是不可靠的。当它们在传送的信息包中引入过多的错误时，这些错误将无法得到纠正，于是信息包就会被认为丢失了。
服务器10包括由方框100表示的数据源VSS，由方框103表示的发送/接收装置TX1/RX1，由方框104表示的重传存储器MEM和由方框105表示的微处理器组件E1，该微处理器组件包括工作存储器WM1、程序存储器PM1和处理器C1。
由数据源VSS产生的数据在微处理器组件E1级编入信息包，由此形成的信息包被发送到发送/接收装置TX1/RX1，从这里通过链路40将该信息包在传输网络20上进行传输。在某些情况下，当信息包丢失时必须要重传。为了允许这样的重传，已发送的信息包的至少部分内容要被存储在数据存储器MEM中。
终端30包括由方框301表示的发送/接收装置TX3/RX3，由方框302表示的数据目的地单元VSD，和由方框303表示的微处理器组件E3，该微处理器组件包括工作存储器WM3、程序存储器PM3和处理器C3。
例如，数据源VSS包括视频序列源和MPEG-4格式的编码器。发送的信息包中包含的数据是采用MPEG-4格式编码的数据。数据目的地单元VSD包括MPEG-4格式的解码器和视频序列读出器。
程序存储器PM1和PM3分别包含程序或一组程序G1和G3，包含用于实现一种根据本发明的传输方法的程序代码指令，该传输方法将会根据图2进行描述。
作为优点，服务器10与终端30之间的传输是通过采用RTP类型的传输协议实现的。由IETF发表的文档RFC1889中描述了RTP传输协议。特别是：
-有用的数据在RFC1889第5段描述的类型的数据包中从服务器10传送到终端30。
-值得注意地，这些数据包含有一个报头，该报头包括一个被称为“序号”的字段。每当一个数据包被传送给定的数据对话RTP时，该字段中包含的序号SN就增加一。它被接收器用来检测一个数据包序列中的一个或多个数据包的丢失。例如，如果接收器接收序号为36的信息包，紧随其后的是序号为40的另一个信息包，可以从中推论出包含序号37、38和39的信息包丢失了。信息包的字段SN必须存储在存储器MEM中，以便该信息包的重传。
-这些数据包还包含一个称为“有效载荷”的有效载荷字段，该有效载荷字段包含有用的数据，在这里描述的实例中，就是指由源VSS产生的数据。信息包的“有效载荷”字段必须存储在存储器MEM中，以便允许该信息包的重传。
-重传请求在RFC1889第6段描述的类型的控制包中从终端30传送到服务器10。
原始信息包和重传的信息包可以共享同一个RTP对话，或者可以通过使用两个不同的RTP对话发送。
本书明书的以下部分将考虑使用两个不同的对话发送原始和重传的信息包。序号SN等于i的RTP包被称为P(i)。
作为优点，为了允许在接收器级对传递时间进行估计，就在信息包P(i)中发送一个发送间隔Δ(i)。该发送间隔表示信息包P(i)的发送时刻t(i)和先前发送的信息包P(i-j)的发送时刻t(i-j)之间的差值。例如，j＝1且Δ(i)＝t(i)-t(i-1)。例如，时间间隔Δ(i)在RTP包的报头的扩展内的32位字段中被发送，该扩展被称为RTP报头扩展，并且在RFC 1889的第5.3.1段中定义。
根据本发明，传递时间是基于接收的信息包定期进行估计的。并且，当检测到一个信息包丢失时，将使用传递时间的当前值来决定产生或不产生丢失信息包的重传请求。
图2显示根据本发明的信息包接收方法的第一实例，根据图2，所述方法包括：
-步骤S1，接收信息包P(i)，该信息包含有如上定义的发送间隔Δ(i)，
-步骤S2，为信息包P(i)计算传递时间的估计TT(i)(在此实例中，j取1)，
TT(i)＝R(i)-R(i-1)-Δ(i)
其中R(i)和R(i-1)是信息包P(i)和P(i-1)的接收时刻，
-步骤S3，通过观察包含在接收的信息包中的序号来检测丢失的信息包P(k)，
-步骤S4，将通过网络的传递时间的估计TT(i)的当前值与一个预定的阈值X进行比较。
如果TT(i)＜X，就在步骤S5中发出对信息包P(k)的重传请求RR。
如果TT(i)≥X，接收器就会认为传输网络中正出现拥塞，因此不发送对信息包P(k)的重传请求。
在本发明的另一个实施例中，请求或不请求重传的决定不仅依赖于通过网络的传递时间，而且依赖于丢失信息包P(k)，例如，从各种可能的重要性等级中分配给该信息包P(k)的重要性等级。
例如，给在接收器级发送的每个信息包分配一个重要性等级。并且，构造发送的信息包以便使其包含一个或多个字段(例如，在上面已经提到的报头RTP的扩展中)，该字段含有与一个或多个其它信息包相关的重要性等级。例如，每个发送的信息包P(i)含有与N个信息包相关的N个重要性等级IL(i-1)，...，IL(i-N)，这N个信息包按照发送顺序P(i-1)，...，P(i-N)居先。
例如，当待发送的数据是用MPEG-4格式编码的数据时，信息包的重要性等级是用于对该信息包中所发送的数据进行编码的编码模式的函数。MPEG-4标准提供了三种编码模式：
-编码模式I(内部编码)，其中图像只基于它自身包含的信息进行编码，
-编码模式P(预测编码)，其中图像通过使用在时间上领先的参考图像进行编码，
-编码模式B(双向预测编码)，其中图像基于在时间上领先于它的参考图像和在时间上跟随其后的参考图像进行编码。
通过使用编码模式I编码的图像特别重要，因为它们的丢失会妨碍重建其编码用作参考图像的这些图像。因此，以一种有利的方式，服务器10给根据编码模式I编码的图像分配的重要性等级高于给根据编码模式P编码的图像分配的重要性等级。同样地，分配给根据编码模式P编码的图像的重要性等级要高于分配给根据编码模式B编码的图像的重要性等级。
图3中表示的是根据本发明的接收方法的第二实例的流程图，其中生成或不生成重传请求的决定考虑了信息包的重要性。根据图3，所述接收方法包括：
-步骤S10，接收信息包P(i)，该信息包含有如上定义的发送间隔Δ(i)，和与N个信息包相关的N个重要性等级IL(i-1)，...，IL(i-N)，这N个信息包按照发送顺序P(i-1)，...，P(i-N)居先，
-步骤S20，为信息包P(i)估计TT(i)传递时间。
TT(i)＝R(i)-R(i-1)-Δ(i)
其中R(i)和R(i-1)是信息包P(i)和P(i-1)的接收时刻，
-步骤S30，通过观察包含在接收到的信息包中的序号来检测丢失的信息包P(k)，
-步骤S35，在丢失的信息包P(k)之后正确接收到的第一个信息包P(k+m)中恢复丢失的信息包P(k)的重要性等级IL(k)，
-步骤S40，决定是否发送与作为这样恢复的重要性等级IL(k)的函数的丢失信息包P(k)有关以及与传递时间TT(i)的当前值有关的重传请求RR。
例如如果TT(i)≥X2，则不会产生对信息包P(k)的重传请求
如果X1＜TT(i)＜X2，并且如果IL(k)＞Y2，则在步骤S50中发送对信息包P(k)的重传请求。
如果X0＜TT(i)＜X1，并且IL(k)＞Y1(其中Y1表示低于Y2的重要性等级)，则在步骤S50中发送对信息包P(k)的重传请求。
在此实例中，接收器的反应渐进的。当检测到拥塞开始时(传递时间超过第一阈值X0，但是达不到第二阈值X1)，接收器决定不再为重要性等级低于Y1的信息包生成重传请求。当传递时间变得高于或等于第二阈值X1时，该决定扩展到重要性等级低于Y2的信息包。当传递时间变得高于或等于第三阈值X2时，最后会对所有的信息包都产生此决定。这里通过实例说明该渐进方案。还可以使用其他的渐进方案。
本发明不限于仅通过实例描述的实施例。可以进行修改和改进但仍然保持在本发明的范围内。
更具体而言，可以使用其他的标准，而不仅限于此处描述的用来限制在网络上传输的重传请求数目的那些标准。
也可以采用其他模式来估计通过网络的传递时间。例如，可以只为重要或非常重要的信息包传送发送间隔Δ(i)。
还可以使用单个对话RTP来传送原始和重传的信息包。在这种情况下，如果使用上述的传递时间的计算模式，就不需要用重传的信息包来计算传递时间，因为在这种情况下，重传信息包的序号与原始信息包的序号相等。因而，可以不在重传的信息包中传送该发送间隔。
本发明不限于采用MPEG-4格式编码的数据的传输。本发明与发送数据的类型无关。
在权利要求书中，动词“包括”意味着不排除使用其他的元件、装置或步骤。

Claims (10)

1.一种传输系统，包括：
-一个包含信息包发送装置的发送器，
-一个传输网络，该传输网络可能引入导致信息包丢失的错误，并且信息包通过该传输网络具有可变的传递时间，
-和一个接收器，包括信息包接收装置、丢失信息包检测装置、请求丢失信息包重传的重传请求装置、估计所述传递时间的估计装置和控制装置，当所述传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，该控制装置使所述重传请求装置对至少某些丢失的信息包无效。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息包具有几种可能的重要性等级中的一种重要性等级，提供所述控制装置用于根据丢失的信息包的重要性等级，使所述重传请求装置无效。
3.如权利要求1所述的传输系统，其特征在于，当信息包在发送时刻被发送并且在接收时刻被接收时，所述发送器包括计算装置，该计算装置用于计算将后续信息包和先前信息包的发送时刻分隔开的发送间隔，所述发送间隔在所述后续信息包中被发送，并且所述用于估计所述传递时间的估计装置包括：用于计算将所述后续信息包和所述先前信息包的接收时刻分隔开的接收间隔的计算装置，和用于计算所述接收和发送间隔之间的差值的计算装置。
4.一种接收器，包括：用于接收通过传输网络传输的信息包的信息包接收装置，该传输网络可能引入导致信息包丢失的错误，并且信息包通过该传输网络具有可变的传递时间；用于检测丢失信息包的装置；用于请求重传丢失信息包的重传请求装置；用于估计所述传递时间的估计装置和控制装置，当所述传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，该控制装置使所述重传请求装置对至少某些丢失的信息包无效。
5.如权利要求4所述的接收器，其特征在于，当信息包在发送时刻被发送并且在接收时刻被接收时，用于估计所述传递时间的估计装置包括：用于计算将所述后续信息包和先前信息包的接收时刻分隔开的接收间隔的计算装置，和用于计算所述接收间隔和发送间隔之间的差值的计算装置，该发送间隔将所述后续信息包的发送时刻和所述先前信息包的发送时刻分隔开，所述发送间隔被包含在所述后续信息包中。
6.如权利要求4所述的接收器，其特征在于，所述信息包具有几种可能的重要性等级中的一种重要性等级，提供所述控制装置用于根据丢失信息包的重要性等级，使所述重传请求装置无效。
7.一种接收通过传输网络传送的信息包的方法，该网络可能引入导致信息包丢失的错误，并且信息包通过该传输网络具有可变的传递时间，所述方法至少包括：
-丢失信息包检测步骤，
-传递时间估计步骤，
-根据所述传递时间来决定是否为丢失的信息包生成重传请求的步骤，当所述传递时间增加到不再满足至少一个预定标准的程度时，对至少某些丢失的信息包不生成重传请求。
8.如权利要求7中所述的信息包接收方法，其特征在于，当信息包在发送时刻被发送并且在接收时刻被接收时，传递时间的估计步骤包括：计算将后续信息包和先前信息包的接收时刻分隔开的接收间隔的步骤，和计算所述接收间隔和发送间隔之间的差值的步骤，该发送间隔将所述后续信息包和所述先前信息包的发送时刻分隔开，所述发送间隔包含在所述后续信息包中。
9.一种程序，包含当由处理器执行所述程序时，能够实现如权利要求7或8之一所述的信息包接收方法的指令。
10.一种发送器，包括通过传输网络向接收器发送信息包的装置，信息包通过该传输网络具有可变的传递时间，所述信息包在发送时刻被发送并且在接收时刻被接收，所述发送器包括：计算装置，用于计算分隔后续信息包和先前信息包的发送时刻的发送间隔；和为了所述接收器计算所述传递时间而在所述后续信息包中发送所述发送间隔的发送装置。
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