评价网 > 科教论文 > 工学毕业论文 > 计算机应用论文 > 正文

SCTP流媒体传输性能分析研究(1)

2015-06-12 02:06 摘 要 随着实时流媒体基础的进一步发展，普遍使用的TCP和UDP协议都不能很好的满足更高性能流媒体信息的传输。文章对SCTP、TCP和UDP协议的性能进行了比较分析，证明了SCTP作为一个通用的、面向连接的、可靠的传输层协议，能够更好的满足流媒体数据差别传输要求，特别是其选择性有序和多宿性使得流媒体传输性能有明显改善。 关键词 SCTP 流媒体 传输性能
如今,各种宽带业务随着网络技术的发展如雨后春笋般涌现出来，网络视频的实时传输成为网络应用的热点之一。特别是P2P技术的应用和发展，压缩后的流媒体信息对于网络传输层提出了更高的传输性能要求。传统的两大传输层协议TCP和UDP已经不能很好的支持流媒体的传输。SCTP作为一个通用的、面向连接的、可靠的传输层协议，能够更好的满足流媒体数据差别传输要求。特别是其选择性有序和多宿性使得流媒体传输性能有明显改善。1 流媒体压缩 流媒体(StreamingMedia)即在Internet/Intranet上按时间先后次序传输和播放的连续音/视频媒体。流式媒体数据流具有三个特点：连续性、实时性和时序性,其数据流具有严格的前后时序关系。因为流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，数据流随时传送随时播放，只是在开始播放时有几秒或十几秒的启动延时。采用的压缩技术必须使实时传输媒体的传输信息量在大大减少的前提下能不影响在线媒体观看的效果，所以对压缩技术有了很高的要求。同样的，压缩技术使实时流媒体应用成为可能的同时也对媒体信息的传输提出了要求。 要了解SCTP与TCP和UDP的性能差异，首先就要简单了解流媒体压缩的原理。现在实时播放系统中主流的视频压缩技术都用到了帧间压缩的流压缩技术，所谓帧间压缩的流压缩技术即通过降低连续帧之间的相关性，减少流传输的数据量。普遍帧间压缩的处理方式是把几帧图像取为一组（GOP），通过定义帧，预测帧实现数据的传输。 定义帧：将每组内的图像定义为三种类型，I帧P帧B帧。 预测帧：将I帧作为基帧，以I帧预测P帧，以I帧和P帧预测B帧。 数据传输：将I帧和预测的差值信息进行存储和传输。 I帧是全帧压缩编码帧，在解码时仅用I帧的数据就可以重建图像，是GOP的基础帧，一个GOP只有一个I帧，一个I帧所占的信息量比较的大。P帧是采用运动补偿的方法传输它与前面I帧或是P帧的差值及运动矢量（预测误差），如图1只有通过I帧中的预测值和预测误差求和之后才能构建P帧。B帧是通过前面I帧或是P帧和后面的P帧来进行重建。 所以在传输的过程，对这三类的不同帧数据因该采用不同可靠性质的传输方式。I帧直接关系到是否整个GOP帧的恢复，所以I帧不能丢，由于流媒体播放的有序性导致I帧信息的传输必须是有序的。因为I帧只对本GOP中的帧信息的解码提供恢复信息，如果在GOP帧组在被解压的时候没有收到当前GOP的I帧，这个GOP就只能成为了无效的信息，直接影响了媒体播放的连续性，所以必须保证I帧传输的可靠性。相反对于P帧和B帧的传输就没有像I帧那样注重可靠性，当然我们可以从解码方式中看到P帧在传输的过程中其可靠性要高于B帧。同时，对P帧和B帧没有严格的时序性要求，只要在GOP被提交的之前P帧和B帧到达了接收端，就能被解压成为有效信息。直观的看出他们之间的重要关系I≥P≥B。2 不同传输协议性能传输方案比较 当大概解了流媒体的压缩技术后，我们可以发现普遍应用现在通信网络的两大传输层协议TCP和UDP都不能很好的支持被压缩后的流媒体信息的传输。例如传输一组图像，如果通过TCP协议传输，从TCP协议传输方式中我们发现，它只能提供有序可靠性传输网络，所以它必定不可能区分这一组图像中的I帧在传输中的重要优先级高于B帧和P帧，从而维护了许多本不需要可靠有序的媒体信息。同样的如果通过UDP传送，虽然能够对部分媒体信息，如B帧，P帧，提供高效的传输机制，但是不能保证I帧这类流媒体控制信息的有序，可靠的传输，这样带来的结果也将是不可挽回的。2.1 基于TCP/UDP传输过程 因此对于流媒体在传输层协议上的选择，适用的传输机制就是TCP和UDP的互补，控制信息通过TCP进行传送，数据信息通过UDP进行传送。或是在应用层通过RTP，RTCP等协议规范，然后由UDP负责流媒体信息再补传输层的传输。 如图1，传统的基于UDP/TCP的流媒体传输机制，由于TCP/UDP传输协议对流媒体实时播放的支持不足。需要通过大量其他协议的合作部署才能支持实时流媒体的点播和播放。但是通过整合多个辅助传输协议的流媒体传输方案需要通过大量控制信息的交互作为实现的代价。特别是在媒体信息传输这个传输机制中，调用RTP进行流媒体数据传输中的时间同步和流同步的实现。但是RTP由于并不能提供流量控制和拥塞控制的操作，使得必须还要通过RTCP协议进行对数据传输的监控。而为了维护RTCP对流量控制和拥塞控制的功能，则要通过周期性的发送RTCP数据包，进行对RTP流媒体数据包的发送数量，丢包数量等网络传输性能信息的统计。这样的传输机制使得网路中真正传输的实时流媒体信息率降低，并可能导致网络传输性能的统计信息包和流媒体数据信息包对有限网络带宽在发生拥塞情况时产生竞争，加剧网络的拥塞。同时由于在传输层是通过基于不可靠传输的UDP协议机制，使得对流媒体信息中要求可靠有序的信息需要通过传输播放控制信号的RTSP/TCP传输通道。