【資料名稱】：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中流媒體業(yè)務(wù)適配承載帶寬的解決方案研究

【資料作者】：王勇強(qiáng)

【資料日期】：201101

【資料語(yǔ)言】：中文

【資料格式】：PDF

【資料目錄和簡(jiǎn)介】：

1 引言
當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，特別是有線寬帶和互聯(lián)網(wǎng)技
術(shù)的廣泛應(yīng)用， 使得流媒體業(yè)務(wù)能在廣域網(wǎng)上開展服務(wù)。
基于流媒體技術(shù)可以提供電視/電臺(tái)直播、影視/音樂(lè)點(diǎn)播、
音頻/視頻分享等業(yè)務(wù)。目前提供流媒體業(yè)務(wù)的熱門網(wǎng)站
應(yīng)用有YouTube、優(yōu)酷、迅雷看看等，這些流媒體業(yè)務(wù)極大
地豐富了人們的生活，并改變著人們娛樂(lè)、學(xué)習(xí)和交流的
方式。
近年來(lái)， 移動(dòng)通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和普及，其
與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，誕生了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)�，F(xiàn)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)
的無(wú)線信道帶寬已足以承載輕量級(jí)的流媒體業(yè)務(wù)，而移動(dòng)
終端隨身攜帶的特點(diǎn)也更方便地為現(xiàn)代人提供快餐文化，
因此YouTube、優(yōu)酷等有線寬帶互聯(lián)網(wǎng)上的流媒體業(yè)務(wù)也
就自然地遷移到了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上。據(jù)國(guó)內(nèi)某家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商
2011 年6 月統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)網(wǎng)流媒體業(yè)務(wù)所產(chǎn)生的流量已占所有
數(shù)據(jù)流量的5%， 流媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)成為推動(dòng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
的不可忽視的一股新生力量。
然而，由于移動(dòng)終端用戶位置的不確定性，帶來(lái)了無(wú)
線信道環(huán)境的復(fù)雜性（如：信號(hào)傳播路徑變化、阻擋情況變
化、干擾情況變化）。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)無(wú)線信道服務(wù)質(zhì)量
的變化情況，相應(yīng)地改變無(wú)線信道的承載速率，以控制所
傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，從而達(dá)到有效利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源的
目的。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的這個(gè)特點(diǎn)意味著它無(wú)法像有線網(wǎng)絡(luò)一樣
保持用戶接入側(cè)穩(wěn)定的信道帶寬（若兩者在網(wǎng)絡(luò)側(cè)都采用
有線傳輸方式，業(yè)務(wù)信道穩(wěn)定程度相同）。
流媒體業(yè)務(wù)采用一定的編碼速率進(jìn)行業(yè)務(wù)編碼，如果
業(yè)務(wù)使用過(guò)程中，無(wú)線信道的帶寬發(fā)生變化，則無(wú)法保證
業(yè)務(wù)編碼速率與信道帶寬匹配。如果將高編碼速率的業(yè)務(wù)
內(nèi)容發(fā)送給低帶寬的網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)造成業(yè)務(wù)播放時(shí)的停頓現(xiàn)
象，從而影響用戶的業(yè)務(wù)感受；而將低編碼速率的業(yè)務(wù)發(fā)
送給高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，就不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源提升用戶業(yè)
務(wù)感受，造成浪費(fèi)。流媒體業(yè)務(wù)采用的緩存技術(shù)，可以一定
程度上平滑網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和抖動(dòng)，但不能較好地應(yīng)對(duì)移動(dòng)網(wǎng)
絡(luò)中信道帶寬的等級(jí)變化， 而信道帶寬等級(jí)變化在3G 移
動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中是常見，如PS 128 kbit/s 降級(jí)為PS 64 kbit/s。目前的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)都無(wú)法確保移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶在一次
業(yè)務(wù)會(huì)話中獲取穩(wěn)定的信道帶寬，也不能讓流媒體業(yè)務(wù)平
臺(tái)及時(shí)、準(zhǔn)確地知曉移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信道帶寬。本文在研究流
媒體的業(yè)務(wù)特征和相關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)之后，提出了一種新的解
決方案。
2 現(xiàn)有技術(shù)分析
流媒體業(yè)務(wù)（packet-switched streaming service, PSS）是
指把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過(guò)壓縮處理后放到網(wǎng)絡(luò)服
務(wù)器上，使用戶終端可以邊下載邊播放。流媒體業(yè)務(wù)的關(guān)
鍵技術(shù)是流傳輸技術(shù)，即首先對(duì)影像和聲音進(jìn)行傳輸壓縮
編碼， 經(jīng)過(guò)幾秒到幾十秒的緩存即可在用戶終端開始播
放；后續(xù)的影像和聲音將由用戶終端繼續(xù)在后臺(tái)下載到緩
存中，并保證影像和聲音的時(shí)序性和準(zhǔn)確性。
流媒體業(yè)務(wù)傳輸協(xié)議根據(jù)IETF RFC3550、RFC2326 的
定義， 主要有實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（real-time transport protocol,
RTP）、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（real-time transport control protocol,
RTCP）、實(shí)時(shí)流協(xié)議（real-time streaming protocol, RTSP）。
RTP 協(xié)議負(fù)責(zé)流媒體內(nèi)容的傳輸。
RTCP 協(xié)議負(fù)責(zé)反饋RTP 會(huì)話質(zhì)量并傳遞RTP 同步
時(shí)間戳。為了反饋RTP 會(huì)話質(zhì)量，RTCP 協(xié)議中定義了周
期性發(fā)送的報(bào)文SR（sender report）和RR（receiver report）。
SR 中包含了sender’s octet count、sender’s packet count、
fraction lost 等字段，字段說(shuō)明參見表1。
RR 中包含了fraction lost、cumulative number of packets
lost、interarrival jitter、last SR 和delay since last SR 字段，定
義和SR 中相同。RR 包的接收方可以結(jié)合last SR 和
delay since last SR 用于估算包傳輸時(shí)延。
RTSP 協(xié)議負(fù)責(zé)流媒體播放的控制，如播放、暫停、快
進(jìn)、快退等。在RTSP 協(xié)議中定義了bandwidth 頭消息，
bandwidth 用于說(shuō)明發(fā)送方估計(jì)的網(wǎng)絡(luò)帶寬。bandwidth 可
以作為請(qǐng)求頭消息應(yīng)用于RTSP 所有的方法中（ 如：
describe、setup、set_parameter 等）， 協(xié)議規(guī)定接受方對(duì)于
bandwidth 頭消息的支持是可選的。
3GPP 根據(jù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)在TS26.234 規(guī)范中對(duì)
RTSP 協(xié)議進(jìn)行了補(bǔ)充， 在setup、play、options 和set_parameter
方法的請(qǐng)求消息中可以增加3GPP-Link-Char 頭消息，
3GPP-Link-Char 包含3 個(gè)重要的參數(shù)：GBW、MBW 和
MTD。GBW 用于說(shuō)明無(wú)線鏈路（一條無(wú)線鏈路可以由一個(gè)
或多個(gè)無(wú)線信道組成）的保證速率；MBW 用于說(shuō)明無(wú)線鏈
路的最大速率；MTD 用于說(shuō)明無(wú)線鏈路的最大傳輸時(shí)延。
setup 或play 方法中的3GPP-Link-Char 用于表示初始無(wú)線
鏈路的質(zhì)量，options 或set_parameter 方法中的
3GPP-Link-Char 用于表示更新的無(wú)線鏈路質(zhì)量。
3GPP-Link-Char 頭消息起到了替代bandwidth 頭消息的作
用，并豐富了內(nèi)容。
此外，3GPP 還在setup、play、options 和set_parameter
方法的請(qǐng)求和應(yīng)答消息中增加了3GPP-Adaptation 頭消
息，3GPP-Adaptation 包含2 個(gè)重要的參數(shù)：buffer-size-def
和target-time-def。buffer-size-def 表示用戶終端分配給流媒
體播放器用于數(shù)據(jù)緩存的內(nèi)存容量，它的作用是去除網(wǎng)絡(luò)
抖動(dòng)；target-time-def 表示用戶終端的流媒體播放器需要保
持的最短連續(xù)播放時(shí)間。
為了得到更詳細(xì)的流媒體業(yè)務(wù)質(zhì)量，3GPP 定義了
QoE 協(xié)議用于測(cè)量和報(bào)告流媒體業(yè)務(wù)質(zhì)量。QoE 協(xié)議基于
RTSP 和會(huì)議描述協(xié)議（session description protocol，SDP）的
擴(kuò)展，需要流媒體服務(wù)器和用戶終端的支持。QoE 測(cè)量協(xié)
商的需求在RTSP 的describe 或setup 方法的響應(yīng)消息中
提出，在play 方法中完成協(xié)商，在set_parameter 方法中報(bào)
告測(cè)量結(jié)果。QoE 協(xié)議定義了針對(duì)媒體的測(cè)量指標(biāo)
corruption duration、successive loss of RTP packets、frame-rate
deviation、jitter duration； 針對(duì)會(huì)話的測(cè)量指標(biāo)content
switch time、initial buffering duration、rebuffering duration。這
些指標(biāo)的用途參見表2。
從以上協(xié)議的分析可以了解到，當(dāng)流媒體服務(wù)器和用
戶終端都能支持上述協(xié)議時(shí)，流媒體服務(wù)器就能很好地掌
握流媒體業(yè)務(wù)的播放質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，就能夠根據(jù)這些信
息調(diào)整媒體編碼速率以適配網(wǎng)絡(luò)和終端的具體情況。流媒
體服務(wù)器實(shí)現(xiàn)以上這些協(xié)議和能力并不難，然而對(duì)于移動(dòng)
網(wǎng)絡(luò)中的用戶終端，它們對(duì)協(xié)議的遵從度和設(shè)備能力可謂