[发明专利]用于最小化无线网络中的包传输丢失的方法和装置

说明书

技术领域

本公开总体上涉及无线通信环境中的包传输(packet transmission)领域，特别涉及依赖于通信链路的当前状况来改变无线设备中的包传输速率。

背景技术

无线网络包传输速度和范围的新发展已经使得众多新的激动人心的广域音频和/或视频应用得以实现。例如，在办公室和寄宿制校园环境中安装无线移动监视网络来改善安全性和紧急响应时间，在城市街道、石油和矿山领域、仓库和工厂楼层中用于监视，如今这是实用的。无线IPTV已经出现以实时地到达街头大量的移动手持设备中，并且基于Web2.0，富含多媒体的计算和通信正活跃于智能无线设备上以用于即时信息共享和检索。为了保持高水平的性能，这种无线、多媒体应用的典型目标是就传输速率和帧接收成功率(接收到的帧/时间周期)的乘积而言，使吞吐量最大化。

和使用无线移动设备来接收多媒体信号相关联的一个问题是：传输设备和接收设备之间的无线电链路的状况会依赖于其中一个或两个设备是否处于运动中、依赖于环境条件以及与以同一频带正在进行广播的其他设备的接近度而改变。信号变化的状况大部分归因于其他无线设备的干扰、对环境中存在的无线电信号的阻碍，且归因于传输设备和接收设备之间的距离。为了适应变化的信号状况，已开发出在运行多媒体应用程序的无线移动设备上实施的无线传输技术，以便以多个不同的传输速率进行操作，而根据对干扰的速率敏感度，这些不同传输速率中的一部分可以使用不同的调制方案。因此，举例而言，对于相对较低的链路速率而言可以使用BPSK调制方案(该方案在存在干扰时是稳健的(robust))，而对于高的链路速率而言，可采用在存在多径失真时是稳健的OFDM作为调制方案。此外，QPSK调制方案适于更高的链路速率并以更高的功率进行操作，因此信号可被传送更大的距离。

基于无线技术(例如IEEE 802.11标准)的若干无线音频/视频应用是可用的。已将802.11标准扩展成能提供许多不同的链路速率，可以以这些链路速率来对信号进行传输。因而，举例而言，可以以1Mbps，2Mbps，5.5Mbps或11Mbps来传输802.11b信号，其中传输速率很大程度上依赖于接收机处测量到的信号噪声/干扰比(SINR)。采用动态速率控制方法来进行SINR测量并自动改变传输速率，以便最大化吞吐量。这种动态速率控制方法被典型地称作自动传输速率适配或简言之速率适配。随着SINR的增加，速率适配方法可操作以自动增加包传输速率。

速率适配方法通常会相当好地达到其设计目标，只在细节上有所不同：关于如何估计和预测信道质量，关于如何测量丢帧率，以及如何增减信道速率。通用的吞吐量评估工具(例如，通过过载(blast)UDP或TCP业务量而导出吞吐量的iperf)确实报告了好的吞吐量结果。虽然该速率适配方法对于非实时业务而言运转良好，但对于实时业务而言却未必。对于实时业务传递，最优吞吐量或信道速率帧成功率(channel-rate frame-success-ratio)乘积并不必然会转换成最佳视频回放质量。实际上，例如，所有的现有速率适配方法对于视频流而言执行得都很差。因为过多的随机帧丢失，在回放中经常观察到视频拼接(video mosaic)。因为失去同步的原因，经常有大块的和摇摆的图像，所述失去同步后跟有对视频源的漫长的再同步。主要问题在于，当两个临近的速率之间的间隙大时，即使包丢失率相对高，速率适配方法仍然支持更高的速率。例如在IEEE 802.11标准中，和6Mbps包传输速率时可能的最大吞吐量(包丢失率为0)相比，在9Mbps包传输速率时总的吞吐量(或信道速率帧成功率乘积)是更高的，但包丢失率达到38％。结果，即使包丢失率高达23％～38％，在考虑下一个较低速率之前，所有的现有吞吐量优化速率适配方法都选择更高的包传输速率。因此，无线网络趋向于稳定在这样的状态中，即由端到端实时传送所感知的包丢失率比有线网络中的包丢失率高几个数量级。被设计成优化有线网络(其中包丢失的发生率通常低得多)中的吞吐量，现有的视频解码器不能在无线网络(其中包丢失的发生率高)中操作，以处理视频信息的实时流使得视频为高且在播放时没有伪像。

相对于总的包吞吐量，对于无线实时多媒体应用的最优操作来说，包延迟和包丢失是要管理的更重要的参数。因此，不考虑现有的基于吞吐量的速率适配方法的局限性，如果设计速率适配方法所依据的模型是基于对无线实时多媒体应用的最佳操作来说最关键的参数(即包延迟和包丢失参数)，则将是有利的。

发明内容