[发明专利]一种基于视频流量预测模型的改进TFRC拥塞控制系统及方法

说明书

本发明请求保护一种基于视频流量预测模型的改进TFRC拥塞控制系统及方法，其包括：视频流量数据获取模块、视频流量发送速率预测模块及数据包发送速率调整模块，其中，视频流量数据获取模块采用抓包软件对每秒视频数据包的发送率进行采集；视频数据包发送速率预测模块采用小波变换与神经网络门控循环单元GRU的组合预测模型对视频包发送速率进行预测，将历史发送速率及影响参数作为预测模型的输入，对视频流量发送速率进行预测；数据包发送速率调整模块将发送速率预测值作为下一时刻TFRC协议调节视频发送端发送速率的一个参考因子，与原TFRC计算的预估值共同作用于调节发送速率中，进行视频发送端视频流量发送速率的调节。

技术领域

本发明属于通信网络中拥塞控制技术领域，具体是一种视频流量预测模型的 改进TFRC拥塞控制系统及方法。

背景技术

Internet上的数据传输主要是基于TCP和UDP的。对于网络视频传输来 说，TCP的重传机制会增加接收端的延迟，而且也是没有必要的；TCP采用速 率减半的拥塞退避机制很容易造成数据发送速率的剧烈波动，引起视频画面的 时延和不连续现象。UDP不具备任何的拥塞控制机制，在拥塞的网络环境中， UDP流将大量抢占TCP流的网络带宽，不具备TCP友好(TCP-friendly)的 特性，同时UDP自身的丢包率也会迅速增加，并可能带来系统拥塞崩溃的风 险。因而TCP和UDP都不能满足网络视频传输的需求。为了解决上述问题， Floyd等人提出了TFRC(TCPfriendly rate control)协议。TFRC协议 采用端到端的、基于TCP吞吐模型的速率控制机制。在同等条件下，TFRC流 可以公平地与TCP流共享网络带宽；另一方面，TFRC流吞吐量变化稳定、抖 动较小，因此非常适合对传输速率的平滑性和实时性要求较高的应用。

TFRC的最大的好处就是可以保存相对稳定的发送速率，并且其可以对网络带 宽的变化进行自适应。但是当网络状态急剧变化时，其吞吐量较低，并且即便 是传输的带宽保持一个很稳定的状态，在TFRC收到下一次的参数反馈前，一直 是以之前参数计算出的吞吐量作为目标值进行发送速率的调整，如果在此期间 出现了网络波动情况，而TFRC仍然以之前没有出现网络波动的情况下所计算出 的吞吐量来调整，发送率的增长就会与波动的网络产生冲突，这就导致后续为 了避免拥塞的情况而使发送速率下降的情况，从而导致了视频的波动。基于上 述的局限性，本发明提出一种基于视频流量预测模型的改进TFRC拥塞控制策略。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于视频流量预测模型的 改进TFRC拥塞控制系统及方法。本发明的技术方案如下：

一种基于视频流量预测模型的改进TFRC拥塞控制系统，其包括：视频流量 数据获取模块、视频流量发送速率预测模块及数据包发送速率调整模块，其中，

视频流量数据获取模块采用抓包软件对每秒视频数据包的发送率进行采集；

视频数据包发送速率预测模块采用小波变换与神经网络门控循环单元GRU的 组合预测模型对视频包发送速率进行预测，将历史发送速率及当前网络下的网 络吞吐量数据，延时情况以及丢包率等影响参数作为预测模型的输入，对视频 流量发送速率进行预测；

数据包发送速率调整模块将发送速率预测值作为下一时刻TFRC协议调节视 频发送端发送速率的一个参考因子，与原TFRC计算的预估值共同作用于调节发 送速率中，进行视频发送端视频流量发送速率的调节。

进一步的，所述视频流量数据获取模块获取视频发送端的视频流量包大小、 视频流量发送率、当前网络下的网络吞吐量、延时以及丢包率，其中视频流量 包大小是指视频发送端将视频数据压缩打包后的数据包大小；视频流量发送率 是指视频发送端每秒所发送的数据量大小；网络吞吐量是指在没有帧丢失的情 况下，设备能够接收并转发的最大数据速率；延时是指在传输介质中传输所用 的时间，即从报文开始进入网络到它开始离开网络之间的时间；丢包率是指传 输过程中丢失的数据包数占传输数据的比率。