自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法技术

本发明专利技术提供了一种自适应的数字家庭网络带宽实时检测方法。该方法首先网关向需要测量可用带宽的网络终端发送一串具有大范围包速率的包串进行第一次完整测量，网络终端将测量得到的信息反馈给网关，网关进行分析后得到测量的可用带宽数值，以后每隔一段时间再进行一次测量，但是不需要像第一次测量那样发送那么大范围速率的包串，发送的包串速率范围只需要处在上次测量得到数值的±ｍ范围内即可，这样既实现了对数字家庭网络可用带宽实时检测，又可以达到节省测量和减少对网络负担的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可用带宽实时监测机制，具体涉及自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法。
技术介绍
数字家庭是指各种家庭和个人数字化产品，按照现代家庭生活需求组成的集视听娱乐、信息服务和家居控制等功能于一体，并通过有线电视、宽带通信、无线通信等与外界实现信息交互和社会化家庭服务的综合智能化系统。数字家庭是IT、信息家电、通信高度融合的具体产物。数字家庭概念自90年代后期在北美兴起，至2001年达到一个相对高潮。早期的数字家庭只是少数技术精英才能拥有、使用奢华的摆设——系统设计强调智能网络，通过无线、电话远程遥控、互联网络控制等自动方式，实现对于照明、家电、安防报警、温度及光照检测等系统的控制。数字家庭的实质是基于IP技术的家庭网络及其上承载的业务。家庭网络中的业务形形色色、多种多样，比如：家庭通信、家庭娱乐、家庭安全、远程医疗、家庭电子政务、家庭图书馆、家庭电子商务等等。在数字家庭中对于视频图像信息成为了最主要的信息流，但是现在的数字家庭网关对媒体信息的处理并不理想。目前的家庭网络设备无法有效的处理高速媒体信息流。要解决这个问题，可以从以下几个方面入手。首先，需要提供高效的编解码系统。例如现在有几百Mbps的视频流要传输，而在共享视频端能够提供的网络带宽可能只有几百kbps到几Mbps，存在很大的带宽瓶颈，需要高效的编解码算法来实现。在某些情况下，也可能出来多个视频流，比如家庭中的摄像头和可视电话都需要向家庭网关上传高速视频流，这样，高效的编解码算法就显得尤为重要了。其次，需要更加灵活的编解码系统。数字家庭网络需要编解码系统能够自适应网络带宽、用户终端和业务需求，而现有的家庭网络设备无法实现这一需求。①每一种用户终端的分辨率不一样，需要编解码算法能够适应不同的分辨率的用户终端。②由于不同的网络环境给用户终端提供的网络带宽不一致，而且网络为当前业务提供的带宽往往也是波动的，这就需要编解码系统能够充分利用有限的网络带宽给用户提供最有效最感兴趣质量最好的视频信息。③针对不同的业务和用户需求对媒体信息的处理和需求是不一样的，需要视频编解码系统能够灵活满足业务和用户需求。最后，需要支持高速媒体信息互联互通的智能网络传输模型。3C融合已经成为现在数字家庭网络的发展趋势，如何实现这三种网络和相关设备的互联互通在数字家庭网络的发展中显得尤为重要。同时为了支持灵活而高效的高速媒体信息流的编解码系统，需要数字家庭网络能够进行实时的网络测试和监控并进行准确的设备描述。但是现有的数字家庭网络模型无法满足这些需求。-->因此在数字家庭网络中，为了利用有限的带宽资源，更合理、更有效地实现高速媒体信息在异构网络、不同终端之间的互联互通，需要一套有效的、灵活的、能自适应终端需求和网络环境的音视频编解码技术。再者，为了配合该编解码技术在数字家庭网络中的实施，还需要开发相应的网络带宽监控技术，并且需要完善相关的终端设备描述文件。对网络带宽的测量可以让我们知道目前网络剩余网络带宽的情况，让视频图像可以根据网络的带宽情况进行自适应编码并传输，使我们可以利用有限的带宽资源，更合理、更有效地实现高速媒体信息在异构网络、不同终端之间的互联互通。本专利技术正好可以实现对数字家庭网络中可用带宽的实时检测，使视频图像可以根据网络的带宽情况进行自适应编码并传输，更好得利用了有限的网络带宽。网络带宽测量技术有以下分类：(1)按是否向网络内部注入探测包，可分为被动测量(Passive Measurement)和主动测量(Active Measurement)技术；(2)按测量过程是否需要节点路由器的协作，带宽测量技术可分为逐跳的链路带宽测量和端到端的路径带宽测量方式；(3)按不同的测度，带宽测量可分为链路带宽(Link Capacity)、路径带宽(Path Capacity)、可用带宽(Available Bandwidth)和批量数据传输能力(BTC-Bulk Transfer Capacity)测量技术。对数字家庭网络状况的监测主要是对目前网络可用带宽情况的监测，因此主要用到的是可用带宽的测量算法。常见的可用带宽测量技术依探测方式可划分为直接探测和迭代探测两大类。PGM(Probe Gap Model)模型是直接探测(Direct Probing)的一种，它通过考察探测包对间隔变化来估测可用带宽，源主机以速率Ri发送探测包串，探测包串到达目的主机的速率为R0，可用带宽A可由下式计算A=CTL-Ri(CTLR0-1),]]> 当Ri>A应用PGM模型的前提是紧凑链路带宽CTL为已知值。迭代探测的基本思路是用高速探测流量人为地制造路径拥塞，然后得到可用带宽。这种方法向网络注入速率为Ri的突发包对串，当包对速率大于可用带宽时，路径发生瞬间拥塞，探测包间的时序关系发生改变，分析探测包的时延特征即可估测出路径可用带宽。由于可用带宽未知，测量过程实际上是包对速率不断变化的迭代过程，因此迭代探测也称PRM(Probe Rate Model)模型。与PGM模型不同，迭代探测并不要求紧凑链路带宽CTL为已知值，包对速率Ri可以是线性变化或按某种函数规律变化。PRM测量过程采用如下判定条件，当测得R0<Ri时，认为Ri>A；当测得R0＝Ri时，认为Ri≤A；不可能出现R0>Ri。改变Ri进行迭代探测，找到R0＝Ri临界点，最终得到路径可用带宽A。PathChirp属于PRM模型。
技术实现思路
-->本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，让用户可以利用这样一种方法合理地调用可用带宽测量算法对网络的可用带宽进行实时的监测，同时又不会对网络造成太大负荷的，且测量时间短，测量精度比较高。本专利技术对PathChirp进行改进，并利用改进后的算法实现对数字家庭网络可用带宽的实时检测。直接利用PathChirp进行测量时它每次都会向网络中发送同样的数据包串，这些包串中包的速率有些可能大大偏离网络可用带宽的真实值，其中只有一些包的速率是比较接近可用带宽值的，因此如果每次测量都发送一系列的具有大范围包速率(如典型网络为1-100Mbps)的包串进行测量，则无疑会对网络造成较大负载，而且测量时间也会较长。本专利技术根据数字家庭网络中可用带宽的需要实时检测的要求对PathChirp进行改进，改进后我们不仅能对网络可用带宽进行实时测量，而且大大减少了对网络的负荷和测量的时间。本专利技术的自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，其包括如下步骤：(1)网关根据pathchirp方法向网络中需要进行可用带宽测量的网络终端发送一串包速率为1～100Mbps的包串进行第一次测量，测量得到网关与这个网络终端之间的可用带宽数值；(2)网关每隔Δt时间后再次向需要测量可用带宽的网络终端发送包串进行另一次测量，该次测量发送的包速率为上次测得的可用带宽值的±m范围内的速率，m取可用带宽值的10％-20％，Δt由用户或者是网络的类型决定；(3)每次测量后被测量的网络终端将收到的包串的排队时延和测量是否成功的信息反馈给网关，然后网关根据收到的反馈信息计算本次测量可用带宽的值或调整探测流起始包和结束包的速率；(4)如果网关收到网络终端反馈回来的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，其特征在于包括如下步骤：　（１）网关根据ｐａｔｈｃｈｉｒｐ方法向网络中需要进行可用带宽测量的网络终端发送一串包速率为１～１００Ｍｂｐｓ的包串进行第一次测量，测量得到网关与这个网络终端之间的可用 带宽数值；　（２）网关每隔Δｔ时间后再次向需要测量可用带宽的网络终端发送包串进行另一次测量，该次测量发送的包速率为上次测得的可用带宽值的±ｍ范围内的速率，ｍ取可用带宽值的１０％－２０％，Δｔ由用户或者是网络的类型决定；　（３）每 次测量后被测量的网络终端将收到的包串的排队时延和测量是否成功的信息反馈给网关，然后网关根据收到的反馈信息计算本次测量可用带宽的值或调整探测流起始包和结束包的速率；　（４）如果网关收到网络终端反馈回来的测量成功的信息，则重复步骤（２）（ ３），进行另一次测量；　（５）如果网关收到网络终端反馈回来的测量不成功的信息，则先将上次测量的包串速率范围增大５－１０％，以该增大后的速率再进行另一次测量，同时计数器将测量不成功的次数加１，如果连续ｋ次测量不成功，ｋ取３－５，则网关会 重新进行一次完整的测量，即发送一串包速率为１～１００Ｍｂｐｓ的包串进行测量。...

【技术特征摘要】
1、自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，其特征在于包括如下步骤：(1)网关根据pathchirp方法向网络中需要进行可用带宽测量的网络终端发送一串包速率为1～100Mbps的包串进行第一次测量，测量得到网关与这个网络终端之间的可用带宽数值；(2)网关每隔Δt时间后再次向需要测量可用带宽的网络终端发送包串进行另一次测量，该次测量发送的包速率为上次测得的可用带宽值的±m范围内的速率，m取可用带宽值的10％-20％，Δt由用户或者是网络的类型决定；(3)每次测量后被测量的网络终端将收到的包串的排队时延和测量是否成功的信息反馈给网关，然后网关根据收到的反馈信息计算本次测量可用带宽的值或调整探测流起始包和结束包的速率；(4)如果网关收到网络终端反馈回来的测量成功的信息，则重复步骤(2)(3)，进行另一次测量；(5)如果网关收到网络终端反馈回来的测量不成功的信息，则先将上次测量的包串速率范围增大5-10％，以该增大后的速率再进行另一次测量，同时计数器将测量不成功的次数加1，如果连续k次测量不成功，k取3-5，则网关会重新进行一次完整的测量，即发送一串包速率为1～100Mbps的包串进行测量。2、根据权利要求书1所述的自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，其特征在于：所述步骤(2)网关在前一次测量的基础上调整发送包的数目，使得发送的包串中包的速率范围处于上次测量所得带宽值的±m范围内，m取10Mbps。3、根据权利要求书1所述的自适应的数字家庭网络可用带宽实时检测方法，其特征在于：步骤(3)中如果在一次测量中网络终端检测到所接收的数据包的排队时延中没有转折点，即数据包的排队时延是没有变化的或都是递增的，则网络终端将数据包的排队...

【专利技术属性】
技术研发人员：余荣，谢胜利，高如超，吴宗泽，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]