基于TFRC改进机制的实时流媒体拥塞控制研究

摘要

随着教育、医疗等垂直行业互联网化和人工智能、安防监控等领域技术的不断发展，实时流媒体已经在各种应用中被广泛使用，如何以平滑的速率提供高质量的视频信息是实时流媒体研究关注的重点。
　　本文首先介绍了传统有线网络下的实时流媒体应用会使用到的相关技术，主要包含RTP/RTCP协议、H.264NAL的RTP适配等基础知识。然后分析了利用TCP进行流媒体传输的局限性，说明其不适用于实时流媒体传输的原因，由此引出基于UDP实现时常用的拥塞控制机制和它们的优劣。无线网络复杂多变的信道尤其是链路差错丢包的特点对这些机制带来了新的挑战。TFRC作为一种传统拥塞控制机制，在有线网络中能够提供有效控制，同时保证较好的速率平滑性，但仍然具有一些不足之处，本文主要关注其中慢启动阶段性能下降和不适用于无线网络的问题，并做了以下工作。
　　首先对TFRC在有线、无线网络下的性能进行仿真实验，分析得出造成性能下降的原因在于慢启动阶段的加速方式和无法区分无线网络丢包类型。本文在获取初始速率时引入TCP的起始窗口计算方法，之后使用较小但动态变化的加速因子以改进慢启动阶段的性能，使用接收端测量的ROTT作为参考进行丢包类型区分和拥塞避免。相比TFRC原始机制，改进机制整体的传输速率更加平滑，吞吐量更加稳定，在无线网络下也具有较好的适应性。
　　框架性的拥塞控制机制在实际系统中还会遇到许多问题，其中一些来自于框架的适配，一些则取决于实际的业务特点。本文基于改进机制，结合RTP/RTCP协议和H.264视频编码标准提出了一种实时流媒体系统原型，针对适配遇到的报文格式、速率调整等问题给出了具体的解决方法。

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第一章 绪论

1.1实时流媒体的研究背景和意义

1.2实时流媒体的研究现状

1.3本文的研究内容和组织结构

第二章 流媒体系统中的常用技术

2.1 RTP/RTCP的相关知识

2.2传输层协议的选择

2.3传统的拥塞控制机制

2.4无线网络下的拥塞控制研究

2.5本章小结

第三章 TFRC拥塞控制机制及其性能分析

3.1 TFRC的总体框架

3.2 TFRC发送端协议

3.3 TFRC的接收端协议

3.4 TFRC在不同网络下的性能分析

3.5本章小结

第四章 TFRC慢启动和无线适用性的改进

4.1改进的主要思路和方法

4.2改进后的协议流程

4.3改进机制的性能分析

4.4本章小结

第五章 基于改进机制的实时流媒体系统

5.1实时流媒体系统的总体框架

5.2实际系统中需要考虑的问题

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

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