[go: up one dir, main page]

RU2780659C1 - Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow - Google Patents

Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow Download PDF

Info

Publication number
RU2780659C1
RU2780659C1 RU2022105119A RU2022105119A RU2780659C1 RU 2780659 C1 RU2780659 C1 RU 2780659C1 RU 2022105119 A RU2022105119 A RU 2022105119A RU 2022105119 A RU2022105119 A RU 2022105119A RU 2780659 C1 RU2780659 C1 RU 2780659C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optimal
router
plan
parameters
reservation
Prior art date
Application number
RU2022105119A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Мартьянов
Павел Юрьевич Белов
Евгений Владимирович Козлов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Application granted granted Critical
Publication of RU2780659C1 publication Critical patent/RU2780659C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communications.
SUBSTANCE: invention relates to the field of communications. The method comprises the steps of: reserving all available bandwidth and buffer space in the router; packetizing multimedia data in a router with a fixed packet size, providing a minimum delay when using all the current reserved bandwidth, taking into account the addition of an overhead to each packet; determining and transmitting the current average speed and the standard deviation of the input stream speed, as well as the value of the Hurst exponent to the block for calculating the optimal redundancy parameters upon receipt of a stable value of the Hurst exponent with a deviation of not more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted; the packetization plan is changed, reserved bandwidth and buffer space in the router to the optimal at the current time or allocate the entire available resource in case of lack of performance or buffer space; the process of adjusting the parameters of redundancy and bundling is started when the value of the Hurst exponent changes by more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted.
EFFECT: minimization of delay and minimization of losses due to buffer overflow during the transmission of a real-time packetized multimedia stream in order to improve the quality of service of telecommunications traffic under congestion conditions by determining the optimal packetization plan with adaptive bandwidth and buffer space reservation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области оптимизации размера пакетов данных и может быть использовано для максимизации качества обслуживания (QoS) при передаче пульсирующего мультимедийного трафика.The invention relates to the field of optimizing the size of data packets and can be used to maximize the quality of service (QoS) in the transmission of bursty multimedia traffic.

Способность данного технического решения работать с любыми системами передачи данных поддерживающими механизм резервирования пропускной способности и буферного пространства, независимо от применяемых алгоритмов сжатия, а также возможность двухкритериальной оптимизации в части минимизации уровня потерь из-за переполнения буфера и минимизации задержки при передаче, позволяет использовать его практически в любых современных пакетных системах передачи мультимедиа, что обеспечивает его широкую промышленную применимость.The ability of this technical solution to work with any data transmission systems that support the mechanism of bandwidth and buffer space reservation, regardless of the compression algorithms used, as well as the possibility of two-criteria optimization in terms of minimizing the level of losses due to buffer overflow and minimizing transmission delay, allows you to use it practically in any modern packet multimedia transmission systems, which ensures its wide industrial applicability.

Одной из особенностей современных систем передачи данных является широкое распространение мультимедийного трафика, который, как известно, является наиболее «тяжелым» и требовательным к задержке, джиттеру и потерям данных, а также обладает долговременной зависимостью.One of the features of modern data transmission systems is the wide distribution of multimedia traffic, which, as you know, is the most "heavy" and demanding on delay, jitter and data loss, and also has a long-term dependence.

Другая особенность состоит в том, что в системах передачи данных повсеместно используются пакетные протоколы. При этом важным моментом является оптимизация размера пакета, так как это напрямую влияет на качество обслуживания телекоммуникационного трафика и в частности на задержку и потери из-за отказа в обслуживании.Another feature is that packet protocols are widely used in data transmission systems. At the same time, an important point is the optimization of the packet size, since this directly affects the quality of service of telecommunication traffic and, in particular, the delay and loss due to denial of service.

Используемые в настоящее время механизмы обеспечения качества обслуживания телекоммуникационного трафика наиболее успешно справляются со своими функциями в условиях отсутствия пульсаций входного потока. Ввиду этого, одним из подходов, описанным в «Jean-Yves Le Boudec and Patrick Thiran. Network Calculus: A Theory of Deterministic Queuing Systems for the Internet. Online Version, December, 2019 (стр. 155-173)» и призванным обеспечить максимальное качество обслуживания при офлайн передаче мультимедиа, является оптимальное сглаживание без потерь, но, с учетом случайного характера доступной пропускной способности, механизмы подобного рода оказываются неэффективными для передачи в режиме реального времени, так как не всегда возможно корректно оценить требуемую для потока пропускную способность и буферное пространство. Причем, если осуществлять избыточное резервирование, то это приводит к неэффективному использованию ресурсов сети и угнетению других более низкоприоритетных потоков.The currently used mechanisms for ensuring the quality of service of telecommunications traffic most successfully cope with their functions in the absence of input stream ripples. In view of this, one of the approaches described in Jean-Yves Le Boudec and Patrick Thiran. Network Calculus: A Theory of Deterministic Queuing Systems for the Internet. Online Version, December, 2019 (pp. 155-173)" and designed to provide the highest quality of service for offline media transmission, is optimal lossless smoothing, but given the random nature of the available bandwidth, mechanisms of this kind are inefficient for transmission in mode real time, since it is not always possible to correctly estimate the bandwidth and buffer space required for a stream. Moreover, if redundant redundancy is carried out, this leads to inefficient use of network resources and oppression of other lower priority flows.

Также необходимо отметить, что большинство используемых в настоящее время протоколов передачи потокового видео в режиме реального времени не учитывают задержку вносимую пакетированием и используют при передаче размеры пакета, обусловленные особенностями телекоммуникационного оборудования, а не требованием максимума качества обслуживания. В контексте предлагаемого способа под максимумом качества обслуживания понимается минимум задержки при минимуме потерь из-за переполнения буфера.It should also be noted that most of the currently used real-time streaming video transmission protocols do not take into account the delay introduced by packetization and use packet sizes during transmission due to the characteristics of telecommunication equipment, and not the requirement for maximum quality of service. In the context of the proposed method, the maximum quality of service is understood as the minimum delay with a minimum loss due to buffer overflow.

Более того, зачастую размер пакета для передачи всех видов трафика в конкретной системе является фиксированным или же он фиксируется в пределах конкретного потока и не изменяется в процессе текущего сеанса связи (соединения).Moreover, often the packet size for the transmission of all types of traffic in a particular system is fixed, or it is fixed within a particular flow and does not change during the current communication session (connection).

Способы, описанные в RU 2459373, RU 2370907, RU 2601604, предназначенные для передачи пакетированных данных, ориентированы на обеспечение совместимости протоколов информационного обмена или исключение потерь и реализуют различные механизмы пакетирования, маршрутизации или сглаживания входного потока. При этом в данных способах основной упор сделан на текущее состояние сети связи, маршрут доставки, обеспечение отсутствия потерь и исключение дрожания, что носит случайный характер и не всегда корректно описывается применяемыми математическими моделями.The methods described in RU 2459373, RU 2370907, RU 2601604, intended for packet data transmission, are focused on ensuring the compatibility of information exchange protocols or eliminating losses and implement various mechanisms for packetizing, routing or smoothing the input stream. At the same time, in these methods, the main emphasis is placed on the current state of the communication network, the delivery route, ensuring the absence of losses and the exclusion of jitter, which is random in nature and is not always correctly described by the applied mathematical models.

В результате, способы-аналоги не позволяют обеспечивать минимизацию задержки, вызванной пакетированием, и при этом исключить потери пакетов из-за переполнения буферов для потоковой передачи мультимедиа в системах с возможностью онлайн и офлайн передачи.As a result, the analogous methods fail to minimize the delay caused by packetization while eliminating packet loss due to buffer overflows for media streaming in online and offline capable systems.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в Premal Shah, and Abhay Karandikar. Optimal Packet Length Scheduling for Regulated Media Streaming. IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 7, NO. 8, AUGUST 2003 (стр. 409-411).The closest in technical essence to the claimed method and selected as a prototype is the method described in Premal Shah, and Abhay Karandikar. Optimal Packet Length Scheduling for Regulated Media Streaming. IEEE COMMUNICATIONS LETTERS, VOL. 7 NO. 8, AUGUST 2003 (pp. 409-411).

Сущность данного способа заключается в том, что для предварительно записанного мультимедиа файла производят определение оптимального плана пакетирования по критерию минимума относительных потерь из-за переполнения буфера, а затем начинают передачу. Для этого:The essence of this method lies in the fact that for a pre-recorded multimedia file, the optimal packaging plan is determined according to the criterion of minimum relative loss due to buffer overflow, and then transmission is started. For this:

1. Задают характеристики канала связи.1. Set the characteristics of the communication channel.

2. Определяют интервал с максимальными относительными потерями (интервал максимальных перегрузок).2. Determine the interval with the maximum relative losses (interval of maximum overloads).

На данном шаге посредством трех вложенных циклов осуществляют полный перебор всех возможных интервалов разбиения анализируемого вектора входных данных и поиск интервала с наибольшими относительными потерями путем последовательного сравнения с переприсваиванием. Данный интервал соответствует промежутку времени с наибольшими перегрузками из-за недостатка пропускной способности.At this step, by means of three nested loops, a complete enumeration of all possible intervals of splitting the analyzed input data vector is carried out and the interval with the largest relative loss is searched by successive comparison with reassignment. This interval corresponds to the period of time with the greatest congestion due to lack of bandwidth.

3. Составляют оптимальный план пакетирования для участка с наибольшими относительными потерями.3. Make up the optimal packing plan for the section with the highest relative losses.

На данном этапе определяют максимально возможную остаточную пропускную способность в каждый дискретный момент времени на интервале с максимальной перегрузкой и составляют план пакетирования, при котором будет использована вся пропускная способность. Полученный вектор размеров полезной части пакетов, позволяет задействовать всю имеющуюся пропускную способность.At this stage, the maximum possible residual bandwidth is determined at each discrete time point in the interval with maximum overload and a bundling plan is made that will use the entire bandwidth. The resulting size vector of the useful part of the packets allows you to use all the available bandwidth.

4. Проверяют условие отсутствия потерь на анализируемом интервале.4. Check the condition for the absence of losses in the analyzed interval.

5. Пропускают рекурсивный вызов, если отсутствуют относительные потери на анализируемом интервале.5. Skip the recursive call if there is no relative loss in the analyzed interval.

6. Составляют оптимальный план пакетирования для всего оптимизируемого интервала передачи мультимедиа файла.6. Compose an optimal packetization plan for the entire optimized transmission interval of the multimedia file.

7. Пересчитывают остаточную производительность для времени предшествующему началу перегрузки, если присутствуют относительные потери на анализируемом интервале.7. Recalculate the residual capacity for the time preceding the start of the overload, if there are relative losses in the analyzed interval.

8. Осуществляют рекурсивный вызов способа для интервала слева и справа от интервала максимальных перегрузок.8. Recursively call the method for the interval to the left and right of the interval of maximum overloads.

9. Передают по каналу связи пакетированный в соответствии с полученным планом мультимедиа файл.9. A multimedia file packaged in accordance with the received plan is transmitted over the communication channel.

Способ прототип имеет следующие недостатки.The prototype method has the following disadvantages.

1. Не передают мультимедиа в режиме реального времени.1. Do not transmit multimedia in real time.

2. Не используют резервирование пропускной способности и буферного пространства, с учетом статистических характеристик входного потока.2. Do not use bandwidth and buffer space reservations, taking into account the statistical characteristics of the input stream.

3. Не адаптируют границы резервирования под текущие характеристики входного потока.3. Do not adapt the boundaries of the reservation to the current characteristics of the input stream.

4. Не учитывают появление служебного трафика при пакетировании.4. Do not take into account the appearance of service traffic when bundling.

Задача, которую решает предлагаемый способ, заключается в максимизации качества обслуживания мультимедийного трафика посредством минимизации задержки и минимизации потерь из-за переполнения входного буфера, за счет определения оптимального плана пакетирования с адаптивным резервированием пропускной способности и буферного пространства.The problem that the proposed method solves is to maximize the quality of service of multimedia traffic by minimizing delay and minimizing losses due to input buffer overflow by determining the optimal packetization plan with adaptive bandwidth and buffer space reservation.

Технический результат заключается в минимизации задержки и минимизации потерь из-за переполнения буфера при передаче пакетированного мультимедиа потока реального времени с целью повышения качества обслуживания телекоммуникационного трафика в условиях перегрузки, за счет определения оптимального плана пакетирования с адаптивным резервированием пропускной способности и буферного пространства.The technical result consists in minimizing delay and minimizing losses due to buffer overflow when transmitting a real-time packetized multimedia stream in order to improve the quality of service for telecommunications traffic under congestion conditions by determining the optimal packetization plan with adaptive bandwidth and buffer space reservation.

Графические материалы, используемые для иллюстрации предлагаемого решения:Graphic materials used to illustrate the proposed solution:

фиг. 1 - функциональная схема способа квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера;fig. 1 is a flowchart of a method for quasi-optimal streaming multimedia packet transmission according to the criterion of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow;

фиг. 2 - график относительных потерь для различных политик планирования размера пакета.fig. 2 is a plot of the relative loss for various packet size scheduling policies.

На фигуре 1 представлена функциональная схема способа квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера, которая включает следующие элементы:The figure 1 shows a functional diagram of the method of quasi-optimal multimedia streaming packet transmission according to the criterion of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow, which includes the following elements:

1. Маршрутизатор.1. Router.

2. Источник мультимедиа.2. Media source.

3. Блок анализа статистики.3. Statistics analysis block.

4. Приемник мультимедиа.4. Multimedia receiver.

5. Блок вычисления оптимальных параметров резервирования.5. Block for calculating optimal redundancy parameters.

6. Блок составления квазиоптимального плана пакетирования для накопленных в буфере данных.6. A block for compiling a quasi-optimal packetization plan for the data accumulated in the buffer.

Для решения задачи максимизации качества обслуживания мультимедийного трафика, предлагается способ квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера, заключающийся в том, что:To solve the problem of maximizing the quality of service of multimedia traffic, a method is proposed for quasi-optimal packet streaming of multimedia according to the criterion of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow, which consists in the following:

1. Резервируют всю имеющуюся пропускную способность и буферное пространство в маршрутизаторе 1.1. Reserve all available bandwidth and buffer space in Router 1.

2. Начинают передачу мультимедийных данных от источника мультимедиа 2 на маршрутизатор 1 и блок анализа статистики 3.2. Start transmitting multimedia data from media source 2 to router 1 and statistics analysis unit 3.

3. Пакетируют мультимедийные данные в маршрутизаторе 1 с фиксированным размером пакета, обеспечивающим минимум задержки при использовании всей текущей зарезервированной пропускной способности с учетом добавления к каждому пакету служебной части.3. Multimedia data is packetized in router 1 with a fixed packet size that provides a minimum delay when using all the current reserved bandwidth, taking into account the addition of an overhead to each packet.

Причем, устанавливают размер полезной части пакета в соответствии с выражением видаMoreover, the size of the useful part of the package is set in accordance with the expression of the form

Figure 00000001
Figure 00000001

где: rвх - скорость входного потока, lсл - размер служебной части пакета, rвых - максимальная зарезервированная скорость выходного интерфейса (пропускная способность маршрутизатора).where: r in - input stream rate, l sl - packet overhead size, r out - maximum reserved output interface rate (router throughput).

4. Начинают передачу пакетированных мультимедийных данных от маршрутизатора 1 на приемник мультимедиа 4.4. Start transmitting packetized media data from router 1 to media sink 4.

5. Определяют в блоке анализа статистики 3 среднюю скорость и среднеквадратическое отклонение скорости входного потока, а также показатель Харста для функции объема мультимедийных данных в единицу времени методом нормированного размаха.5. In the statistics analysis block 3, the average speed and standard deviation of the input stream speed, as well as the Hurst index for the function of the volume of multimedia data per unit time, are determined using the normalized range method.

6. Передают текущую среднюю скорость и среднеквадратическое отклонение скорости входного потока, а также значение показателя Харста в блок вычисления оптимальных параметров резервирования 5 при получении устойчивого значения показателя Харста с отклонением не более 0.05 или исчерпании плана пакетирования.6. The current average speed and the standard deviation of the input stream speed, as well as the value of the Hurst exponent are transmitted to the block for calculating the optimal redundancy parameters 5 upon receipt of a stable value of the Hurst exponent with a deviation of not more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted.

7. Вычисляют оптимальную пропускную способность и объем буферного пространства в блоке 5, требуемые для резервирования с минимумом потерь из-за переполнения буфера с учетом текущего значения показателя Харста.7. Calculate the optimal throughput and the amount of buffer space in block 5 required for reservation with a minimum loss due to buffer overflow, taking into account the current value of the Hurst exponent.

При этом для вычисления оптимальной резервируемой пропускной способности и буферного пространства, используют следующие выражения:At the same time, the following expressions are used to calculate the optimal reserved bandwidth and buffer space:

Figure 00000002
Figure 00000002

где:

Figure 00000003
- средняя скорость входного потока,
Figure 00000004
- оценка СКО скорости входного потока; Н - показатель Харста входного потока; Nпак - число пакетов принятых от источника мультимедийных данных на текущий момент времени;
Figure 00000005
- максимальный размер пакета принятого от источника мультимедийных данных на текущий момент времени.where:
Figure 00000003
- average input flow rate,
Figure 00000004
- RMS estimation of the input flow rate; H is the Hurst index of the input stream; N pack - the number of packets received from the source of multimedia data at the current time;
Figure 00000005
- the maximum packet size received from the source of multimedia data at the current time.

8. Передают оптимальные значения пропускной способности и объема буфера в блок составления квазиоптимального плана пакетирования 6.8. The optimal values of throughput and buffer size are transmitted to the block for compiling a quasi-optimal bundling plan 6.

9. Используют рекурсивный алгоритм оптимального планирования длин пакетов по критерию минимума относительных потерь, для накопленных во входном буфере маршрутизатора данных. Под планом пакетирования понимают таблицу размеров пакетов для каждого дискретного момента времени. При этом:9. A recursive algorithm for optimal scheduling of packet lengths is used according to the criterion of minimum relative losses for the data accumulated in the input buffer of the router. A packetization plan is a table of packet sizes for each discrete moment in time. Wherein:

определяют интервал с максимальными относительными потерями (интервал максимальных перегрузок);determine the interval with maximum relative losses (interval of maximum overloads);

составляют оптимальный план пакетирования для участка с наибольшими относительными потерями;make up the optimal bundling plan for the section with the highest relative losses;

проверяют условие отсутствия потерь на анализируемом интервале;check the condition of the absence of losses in the analyzed interval;

пропускают рекурсивный вызов, если отсутствуют относительные потери на анализируемом интервале;a recursive call is skipped if there is no relative loss in the analyzed interval;

составляют оптимальный план пакетирования для всего оптимизируемого интервала передачи мультимедиа фрагмента;make up an optimal packetization plan for the entire optimized transmission interval of the multimedia fragment;

пересчитывают остаточную производительность для времени предшествующему началу перегрузки, если присутствуют относительные потери на анализируемом интервале;recalculate the residual capacity for the time preceding the start of the overload, if there are relative losses in the analyzed interval;

осуществляют рекурсивный вызов алгоритма для интервала слева и справа от интервала максимальных относительных перегрузок.carry out a recursive call of the algorithm for the interval to the left and to the right of the interval of maximum relative overloads.

10. Передают на маршрутизатор 1 новые параметры резервирования и план пакетирования для накопленных в буфере данных.10. Send to router 1 new reservation parameters and packetization plan for the data accumulated in the buffer.

11. Изменяют план пакетирования, зарезервированную пропускную способность и буферное пространство в маршрутизаторе 1 на оптимальные в текущий момент времени или выделяют весь имеющийся ресурс в случае нехватки производительности или объема буфера.11. Change the packetization plan, reserved bandwidth, and buffer space in Router 1 to be optimal at the current time, or allocate the entire available resource in the event of a lack of performance or buffer space.

12. Продолжают передачу мультимедиа данных с учетом оптимального плана пакетирования и параметров резервирования.12. Continue to transmit multimedia data, taking into account the optimal packetization plan and reservation parameters.

13. Запускают процесс корректировки параметров резервирования и пакетирования при изменении значения показателя Харста на величину более чем 0.05 или при исчерпании плана пакетирования в блоке вычисления оптимальных параметров резервирования 5.13. The process of adjusting the reservation and bundling parameters is started when the value of the Hurst exponent changes by more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted in the block for calculating the optimal parameters of the reservation 5.

При этом повторяют шаги (5-12).In this case, steps (5-12) are repeated.

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием возможности реализовать его с использованием, как программируемых интегральных схем, так и телекоммуникационного оборудования с программным управлением.The "industrial applicability" of the method is due to the possibility of implementing it using both programmable integrated circuits and program-controlled telecommunications equipment.

Сопоставление заявленного способа квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера с прототипом показывает, что заявленный способ существенно отличается от прототипа.Comparison of the claimed method of quasi-optimal streaming multimedia packet transmission according to the criterion of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow with the prototype shows that the claimed method differs significantly from the prototype.

Общие признаки заявляемого способа и прототипа:General features of the proposed method and prototype:

1. Используют рекурсивный алгоритм оптимального планирования длин пакетов по критерию минимума относительных потерь.1. A recursive algorithm for optimal scheduling of packet lengths is used according to the criterion of minimum relative losses.

2. Задают характеристики канала связи.2. Set the characteristics of the communication channel.

3. Передают по каналу связи пакетированный в соответствии с полученным планом мультимедиа поток.3. A packetized multimedia stream according to the received plan is transmitted over the communication channel.

Отличительные признаки предлагаемого решения.Distinctive features of the proposed solution.

1. Начитают передачу мультимедиа без использования предварительного просмотра всего файла, а в режиме близком к реальному времени.1. Read the multimedia transmission without using the preview of the entire file, but in near real-time mode.

2. Резервируют всю имеющуюся пропускную способность и буферное пространство в маршрутизаторе при запуске передачи.2. Reserve all available bandwidth and buffer space in the router when starting a transmission.

3. Пакетируют мультимедийные данные в маршрутизаторе с фиксированным размером пакета, обеспечивающим минимум задержки при использовании всей текущей зарезервированной пропускной способности с учетом добавления к каждому пакету служебной части, до момента составления оптимального плана пакетирования по рекурсивному алгоритму.3. Multimedia data is packetized in a router with a fixed packet size, which ensures a minimum delay when using all the current reserved bandwidth, taking into account the addition of an overhead to each packet, until an optimal packetization plan is drawn up using a recursive algorithm.

4. Составляют оптимальный план пакетирования для накопленных во входном буфере данных, а не для всего передаваемого фрагмента данных.4. Make up an optimal packetization plan for the data accumulated in the input buffer, and not for the entire transmitted data fragment.

5. Совмещают механизм пакетирования с фиксированным размером пакета и использованием плана пакетирования в зависимости от наличия данных во входном буфере.5. Combine the batching mechanism with a fixed batch size and using a batching plan depending on the availability of data in the input buffer.

6. Изменяют резервируемую пропускную способность и буферное пространство с учетом статистических характеристик входного потока, обеспечивая минимум потерь из-за переполнения буфера.6. Change the reserved bandwidth and buffer space, taking into account the statistical characteristics of the input stream, ensuring a minimum loss due to buffer overflow.

Таким образом, заявленный способ квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера, позволяет минимизировать задержку пакетирования и потери из-за переполнения входного буфера, при этом учитывается появляющийся служебный трафик.Thus, the claimed method of quasi-optimal multimedia packet streaming according to the criterion of minimum delay and minimum relative losses due to buffer overflow, allows minimizing the packetization delay and losses due to input buffer overflow, while taking into account the emerging service traffic.

Для обеспечения возможности работы с онлайн и офлайн потоками реализованы два механизма пакетирования. Один использует фиксированный размер пакета, обеспечивающий минимум задержки, а второй, использует пакетирование с переменной длиной пакета, обеспечивающей минимум потерь из-за переполнения буфера.To ensure the ability to work with online and offline streams, two packaging mechanisms are implemented. One uses a fixed packet size to minimize latency, and the other uses variable packet length packetization to minimize buffer overflow losses.

Внедрение в предложенный способ механизма резервирования, учитывающего фрактальные свойства входного потока, и совмещение его с механизмом рекурсивного оптимального планирования длин пакетов по критерию минимума относительных потерь, позволило уменьшить последствия вызванные неадекватностью применяемых математических моделей и получить существенное увеличение качества обслуживания для пульсирующих мультимедиа потоков реального времени в условиях нестабильного поведения сети связи.The introduction of a redundancy mechanism into the proposed method, which takes into account the fractal properties of the input stream, and its combination with the mechanism of recursive optimal scheduling of packet lengths according to the criterion of minimum relative losses, made it possible to reduce the consequences caused by the inadequacy of the applied mathematical models and obtain a significant increase in the quality of service for pulsating real-time multimedia streams in conditions of unstable behavior of the communication network.

Более того, использование выражений (2) и (3) при вычислении резервируемой пропускной способности и буферного пространства, позволяет обеспечить минимизацию буфера и, следовательно, уменьшить задержку ожидания.Moreover, the use of expressions (2) and (3) when calculating the reserved bandwidth and buffer space allows minimizing the buffer and, therefore, reducing the latency.

Claims (1)

Способ квазиоптимальной потоковой пакетной передачи мультимедиа по критерию минимума задержки и минимума относительных потерь из-за переполнения буфера, заключающийся в том, что: резервируют весь ресурс маршрутизатора; начинают передачу мультимедийных данных от источника мультимедиа на маршрутизатор и блок анализа статистики; пакетируют мультимедийные данные в маршрутизаторе; начинают передачу пакетированных мультимедийных данных от маршрутизатора на приемник мультимедиа; определяют параметры входного потока; передают параметры входного потока в блок вычисления оптимальных параметров резервирования; вычисляют оптимальные параметры резервирования; передают оптимальные параметры резервирования в блок составления квазиоптимального плана пакетирования; используют рекурсивный алгоритм оптимального планирования длин пакетов по критерию минимума относительных потерь; изменяют план пакетирования и параметры резервирования; продолжают передачу мультимедиа данных с учетом оптимального плана пакетирования и параметров резервирования; запускают процесс корректировки параметров резервирования и пакетирования, отличающийся тем, что: резервируют всю имеющуюся пропускную способность и буферное пространство в маршрутизаторе; пакетируют мультимедийные данные в маршрутизаторе с фиксированным размером пакета, обеспечивающим минимум задержки при использовании всей текущей зарезервированной пропускной способности с учетом добавления к каждому пакету служебной части; определяют в блоке анализа статистики среднюю скорость и среднеквадратическое отклонение скорости входного потока, а также показатель Харста для функции объема мультимедийных данных в единицу времени методом нормированного размаха; передают текущую среднюю скорость и среднеквадратическое отклонение скорости входного потока, а также значение показателя Харста в блок вычисления оптимальных параметров резервирования при получении устойчивого значения показателя Харста с отклонением не более 0,05 или исчерпании плана пакетирования; вычисляют оптимальную пропускную способность и объем буферного пространства, требуемые для резервирования с минимумом потерь из-за переполнения буфера с учетом текущего значения показателя Харста; используют рекурсивный алгоритм оптимального планирования длин пакетов по критерию минимума относительных потерь, для накопленных во входном буфере маршрутизатора данных; изменяют план пакетирования, зарезервированную пропускную способность и буферное пространство в маршрутизаторе на оптимальные в текущий момент времени или выделяют весь имеющийся ресурс в случае нехватки производительности или объема буфера; запускают процесс корректировки параметров резервирования и пакетирования при изменении значения показателя Харста на величину более чем 0,05 или при исчерпании плана пакетирования.A method for quasi-optimal packet streaming of multimedia according to the criterion of minimum delay and minimum relative losses due to buffer overflow, which consists in the following: reserve the entire resource of the router; start transmitting the media data from the media source to the router and the statistics analysis unit; packetizing the multimedia data in the router; start transmitting the packetized media data from the router to the media receiver; determine the parameters of the input stream; transmitting the parameters of the input stream to the block for calculating the optimal parameters of the reservation; calculate the optimal redundancy parameters; transmitting the optimal reservation parameters to a quasi-optimal bundling plan compiler; use a recursive algorithm for optimal scheduling of packet lengths according to the criterion of minimum relative losses; change the bundling plan and reservation parameters; continue to transmit multimedia data, taking into account the optimal packetization plan and reservation parameters; start the process of adjusting the parameters of reservation and packetization, characterized in that: reserve all available bandwidth and buffer space in the router; packetizing multimedia data in a router with a fixed packet size, providing a minimum delay when using all the current reserved bandwidth, taking into account the addition of an overhead to each packet; determine in the statistics analysis block the average speed and the standard deviation of the speed of the input stream, as well as the Hurst exponent for the function of the amount of multimedia data per unit time by the normalized range method; transmitting the current average speed and the standard deviation of the input stream speed, as well as the value of the Hurst exponent to the block for calculating the optimal redundancy parameters upon receipt of a stable value of the Hurst exponent with a deviation of not more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted; calculate the optimal throughput and the amount of buffer space required for reservation with a minimum loss due to buffer overflow, taking into account the current value of the Hurst exponent; using a recursive algorithm for optimal scheduling of packet lengths according to the criterion of minimum relative losses, for the data accumulated in the input buffer of the router; change the packetization plan, reserved bandwidth and buffer space in the router to the optimal at the current time or allocate the entire available resource in case of lack of performance or buffer space; start the process of adjusting the reservation and bundling parameters when the value of the Hurst exponent changes by more than 0.05 or when the bundling plan is exhausted.
RU2022105119A 2022-02-25 Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow RU2780659C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780659C1 true RU2780659C1 (en) 2022-09-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003318963A (en) * 2002-04-24 2003-11-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Relay router and method for rearranging networks and connections
EP1113630A3 (en) * 1999-12-31 2004-03-24 Nortel Networks Limited QoS and performance control techniques for packet-based networks characterized by self-similar traffic
RU2459373C1 (en) * 2010-12-15 2012-08-20 Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol
RU2601604C1 (en) * 2015-09-02 2016-11-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of antialiasing priority data traffic and device for its implementation
RU2677373C1 (en) * 2017-12-13 2019-01-16 Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Fractal telecommunication traffic transmission quality increasing method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1113630A3 (en) * 1999-12-31 2004-03-24 Nortel Networks Limited QoS and performance control techniques for packet-based networks characterized by self-similar traffic
JP2003318963A (en) * 2002-04-24 2003-11-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Relay router and method for rearranging networks and connections
RU2459373C1 (en) * 2010-12-15 2012-08-20 Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Method to determine length of voice signal codec transmission frame based on linear prediction in networks with packet switching based on ip-protocol
RU2601604C1 (en) * 2015-09-02 2016-11-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Method of antialiasing priority data traffic and device for its implementation
RU2677373C1 (en) * 2017-12-13 2019-01-16 Федеральное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ Fractal telecommunication traffic transmission quality increasing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7072344B2 (en) Redistribution of excess bandwidth in networks for optimized performance of voice and data sessions: methods, systems and program products
US6684273B2 (en) Auto-adaptive jitter buffer method for data stream involves comparing delay of packet with predefined value and using comparison result to set buffer size
US7660244B2 (en) Method and apparatus for quality-of-service based admission control using a virtual scheduler
US7260060B1 (en) Call admission control
US8218437B2 (en) Shared shaping of network traffic
US7161907B2 (en) System and method for dynamic rate flow control
KR101012683B1 (en) Video packets over the wireless link under variable delay and bandwidth conditions
US7489631B2 (en) Method and device for quality management in communication networks
US20180309644A1 (en) Link decision-making method and decision-making device
JP5521038B2 (en) How to manage traffic load
JP2004304806A (en) Method for flow control in a communication system
EP1471694B1 (en) Method for dimensioning bandwidth in voice-over-IP networks
WO2005036840A2 (en) Adaptive call admission control for calls handled over a compressed clear channel
RU2780659C1 (en) Method for quasi-optimal multimedia packet streaming based on the criteria of minimum delay and minimum relative loss due to buffer overflow
Glasmann et al. Estimation of token bucket parameters for videoconferencing systems in corporate networks
Yeznabad et al. Cross-layer joint optimization algorithm for adaptive video streaming in mec-enabled wireless networks
JP2003511976A (en) Link capacity sharing for throughput blocking optimization
US7209438B2 (en) Method and system for assigning circuits to a new service request in a communications network
KR20030027496A (en) Quality of Service control system and method for video service using dynamic resource allocation
KR100440575B1 (en) The traffic characterization scheme for realtime video transmission
EP1372300A1 (en) Adapting packet length to network load for VoIP communications
Abramova Analysis of the Impact of Priority Traffic Control Mechanisms on Network Quality of Service
JP5943389B2 (en) Call admission determination method and call admission determination device
KR101114636B1 (en) A predicting method of an index parameter of tail distribution for video traffic buffer
Sharafeddine et al. A dimensioning strategy for almost guaranteed quality of service in voice over IP networks