【資料名稱】：移動網(wǎng)絡中流媒體業(yè)務適配承載帶寬的解決方案研究

【資料作者】：王勇強

【資料日期】：201101

【資料語言】：中文

【資料格式】：PDF

【資料目錄和簡介】：

1 引言
當今網(wǎng)絡技術高速發(fā)展，特別是有線寬帶和互聯(lián)網(wǎng)技
術的廣泛應用， 使得流媒體業(yè)務能在廣域網(wǎng)上開展服務。
基于流媒體技術可以提供電視/電臺直播、影視/音樂點播、
音頻/視頻分享等業(yè)務。目前提供流媒體業(yè)務的熱門網(wǎng)站
應用有YouTube、優(yōu)酷、迅雷看看等，這些流媒體業(yè)務極大
地豐富了人們的生活，并改變著人們娛樂、學習和交流的
方式。
近年來， 移動通信技術得到了飛速的發(fā)展和普及，其
與互聯(lián)網(wǎng)技術的結合，誕生了移動互聯(lián)網(wǎng)�，F(xiàn)在移動網(wǎng)絡
的無線信道帶寬已足以承載輕量級的流媒體業(yè)務，而移動
終端隨身攜帶的特點也更方便地為現(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)務也
就自然地遷移到了移動互聯(lián)網(wǎng)上。據(jù)國內某家移動運營商
2011 年6 月統(tǒng)計，現(xiàn)網(wǎng)流媒體業(yè)務所產(chǎn)生的流量已占所有
數(shù)據(jù)流量的5%， 流媒體業(yè)務已經(jīng)成為推動移動網(wǎng)絡發(fā)展
的不可忽視的一股新生力量。
然而，由于移動終端用戶位置的不確定性，帶來了無
線信道環(huán)境的復雜性（如：信號傳播路徑變化、阻擋情況變
化、干擾情況變化）。移動網(wǎng)絡需要根據(jù)無線信道服務質量
的變化情況，相應地改變無線信道的承載速率，以控制所
傳輸業(yè)務的服務質量，從而達到有效利用移動網(wǎng)絡資源的
目的。移動網(wǎng)絡的這個特點意味著它無法像有線網(wǎng)絡一樣
保持用戶接入側穩(wěn)定的信道帶寬（若兩者在網(wǎng)絡側都采用
有線傳輸方式，業(yè)務信道穩(wěn)定程度相同）。
流媒體業(yè)務采用一定的編碼速率進行業(yè)務編碼，如果
業(yè)務使用過程中，無線信道的帶寬發(fā)生變化，則無法保證
業(yè)務編碼速率與信道帶寬匹配。如果將高編碼速率的業(yè)務
內容發(fā)送給低帶寬的網(wǎng)絡，就會造成業(yè)務播放時的停頓現(xiàn)
象，從而影響用戶的業(yè)務感受；而將低編碼速率的業(yè)務發(fā)
送給高帶寬的網(wǎng)絡，就不能充分利用網(wǎng)絡資源提升用戶業(yè)
務感受，造成浪費。流媒體業(yè)務采用的緩存技術，可以一定
程度上平滑網(wǎng)絡的時延和抖動，但不能較好地應對移動網(wǎng)
絡中信道帶寬的等級變化， 而信道帶寬等級變化在3G 移
動網(wǎng)絡中是常見，如PS 128 kbit/s 降級為PS 64 kbit/s。目前的標準和技術都無法確保移動網(wǎng)絡用戶在一次
業(yè)務會話中獲取穩(wěn)定的信道帶寬，也不能讓流媒體業(yè)務平
臺及時、準確地知曉移動網(wǎng)絡的信道帶寬。本文在研究流
媒體的業(yè)務特征和相關通信標準之后，提出了一種新的解
決方案。
2 現(xiàn)有技術分析
流媒體業(yè)務（packet-switched streaming service, PSS）是
指把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)絡服
務器上，使用戶終端可以邊下載邊播放。流媒體業(yè)務的關
鍵技術是流傳輸技術，即首先對影像和聲音進行傳輸壓縮
編碼， 經(jīng)過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)在后臺下載到緩
存中，并保證影像和聲音的時序性和準確性。
流媒體業(yè)務傳輸協(xié)議根據(jù)IETF RFC3550、RFC2326 的
定義， 主要有實時傳輸協(xié)議（real-time transport protocol,
RTP）、實時傳輸控制協(xié)議（real-time transport control protocol,
RTCP）、實時流協(xié)議（real-time streaming protocol, RTSP）。
RTP 協(xié)議負責流媒體內容的傳輸。
RTCP 協(xié)議負責反饋RTP 會話質量并傳遞RTP 同步
時間戳。為了反饋RTP 會話質量，RTCP 協(xié)議中定義了周
期性發(fā)送的報文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 包的接收方可以結合last SR 和
delay since last SR 用于估算包傳輸時延。
RTSP 協(xié)議負責流媒體播放的控制，如播放、暫停、快
進、快退等。在RTSP 協(xié)議中定義了bandwidth 頭消息，
bandwidth 用于說明發(fā)送方估計的網(wǎng)絡帶寬。bandwidth 可
以作為請求頭消息應用于RTSP 所有的方法中（ 如：
describe、setup、set_parameter 等）， 協(xié)議規(guī)定接受方對于
bandwidth 頭消息的支持是可選的。
3GPP 根據(jù)移動網(wǎng)絡的特點在TS26.234 規(guī)范中對
RTSP 協(xié)議進行了補充， 在setup、play、options 和set_parameter
方法的請求消息中可以增加3GPP-Link-Char 頭消息，
3GPP-Link-Char 包含3 個重要的參數(shù)：GBW、MBW 和
MTD。GBW 用于說明無線鏈路（一條無線鏈路可以由一個
或多個無線信道組成）的保證速率；MBW 用于說明無線鏈
路的最大速率；MTD 用于說明無線鏈路的最大傳輸時延。
setup 或play 方法中的3GPP-Link-Char 用于表示初始無線
鏈路的質量，options 或set_parameter 方法中的
3GPP-Link-Char 用于表示更新的無線鏈路質量。
3GPP-Link-Char 頭消息起到了替代bandwidth 頭消息的作
用，并豐富了內容。
此外，3GPP 還在setup、play、options 和set_parameter
方法的請求和應答消息中增加了3GPP-Adaptation 頭消
息，3GPP-Adaptation 包含2 個重要的參數(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)緩存的內存容量，它的作用是去除網(wǎng)絡
抖動；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)播放時間。
為了得到更詳細的流媒體業(yè)務質量，3GPP 定義了
QoE 協(xié)議用于測量和報告流媒體業(yè)務質量。QoE 協(xié)議基于
RTSP 和會議描述協(xié)議（session description protocol，SDP）的
擴展，需要流媒體服務器和用戶終端的支持。QoE 測量協(xié)
商的需求在RTSP 的describe 或setup 方法的響應消息中
提出，在play 方法中完成協(xié)商，在set_parameter 方法中報
告測量結果。QoE 協(xié)議定義了針對媒體的測量指標
corruption duration、successive loss of RTP packets、frame-rate
deviation、jitter duration； 針對會話的測量指標content
switch time、initial buffering duration、rebuffering duration。這
些指標的用途參見表2。
從以上協(xié)議的分析可以了解到，當流媒體服務器和用
戶終端都能支持上述協(xié)議時，流媒體服務器就能很好地掌
握流媒體業(yè)務的播放質量和網(wǎng)絡質量，就能夠根據(jù)這些信
息調整媒體編碼速率以適配網(wǎng)絡和終端的具體情況。流媒
體服務器實現(xiàn)以上這些協(xié)議和能力并不難，然而對于移動
網(wǎng)絡中的用戶終端，它們對協(xié)議的遵從度和設備能力可謂