TCP網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

摘 要：TCP網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)以實時顯示當(dāng)前在線的用戶數(shù)量，計算TCP延遲因素、TCP重傳次數(shù)、TCP亂序次數(shù)、TCP亂序間距、錯誤碼流、IP碼流這些指標(biāo)。此外還可以下發(fā)實時監(jiān)測命令，實時顯示對應(yīng)用戶的指標(biāo)，并將監(jiān)測期間的視頻數(shù)據(jù)存成TS文件，以便檢查故障時直接回看原始的視頻數(shù)據(jù)是否完整。

關(guān)鍵詞：TCP網(wǎng)絡(luò)視頻；質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由以下幾個模塊構(gòu)成：TCP數(shù)據(jù)包處理模塊、實時監(jiān)測命令模塊、指標(biāo)計算模塊、視頻數(shù)據(jù)的存儲和維護模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、用戶控制模塊，TCP網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計：

1 數(shù)據(jù)包采集線程

數(shù)據(jù)采集線程：每從網(wǎng)卡上收到一個包，就去環(huán)形緩沖區(qū)查看是否還有剩余空間，若有，則將數(shù)據(jù)寫入該空閑區(qū)，并標(biāo)記該地址已經(jīng)被占用（TCP數(shù)據(jù)包解碼線程處理完該數(shù)據(jù)包，會標(biāo)記此地址恢復(fù)空閑），解碼至口層獲取目的IP（對應(yīng)點播節(jié)目的用戶），分發(fā)到該用戶對應(yīng)的收包隊列，等待TCP數(shù)據(jù)包解碼線程來處理。

2 發(fā)送更新消息線程

發(fā)送更新消息線程：每隔一秒鐘往所有的收包隊列發(fā)送一個消息，以提醒各個TCP數(shù)據(jù)包解碼線程檢查用戶斷流情況，并每隔五秒顯示一次當(dāng)前處理的用戶各數(shù)。

3 TCP數(shù)據(jù)包解碼線程

TCP數(shù)據(jù)包解碼線程：由相應(yīng)的收包隊列中取消息，若是數(shù)據(jù)包則進行解碼，標(biāo)記是否為實時監(jiān)測用戶，將解碼結(jié)果送指標(biāo)計算隊列，將實時監(jiān)測用戶的視頻數(shù)據(jù)送視頻數(shù)據(jù)的存儲和維護模塊；若是實時監(jiān)測開始命令，更新用戶實時監(jiān)測狀態(tài)表，標(biāo)記該用戶為實時監(jiān)測用戶。

4 實時監(jiān)測命令處理

收到實時監(jiān)測命令時，首先查詢用戶實時監(jiān)測狀態(tài)表是否存在該用戶：若存在并且沒有超過最大實時監(jiān)測用戶數(shù)（配置文件）查看實時監(jiān)測標(biāo)記，若已經(jīng)被標(biāo)記為實時監(jiān)測用戶則發(fā)送命令錯誤的回復(fù)，否則在用戶實時監(jiān)測狀態(tài)表中標(biāo)記此用戶為實時監(jiān)測用戶命令執(zhí)行成功，發(fā)送命令執(zhí)行成功回復(fù)；若不存在并且沒有超過最大實時監(jiān)測用戶數(shù)則將此用戶信息提前插入用戶實時監(jiān)測狀態(tài)表，命令執(zhí)行成功；若不存在且超過最大實時監(jiān)測用戶數(shù)，則發(fā)送命令執(zhí)行失敗回復(fù)。

5 更新消息處理

收到更新消息線程發(fā)過來的更新消息時，遍歷整個用戶實時監(jiān)測狀念表，對所有用戶的OutageTime增1（每次收到某用戶的網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)包時又將此值恢復(fù)為1），所以只要不斷流，此值不會持續(xù)增大到一定程度，若遍歷過程中發(fā)現(xiàn)某用戶的OutageTime大于配置文件設(shè)置的閥值時，則表明此用戶斷流，進行斷流處理。遍歷完整個用戶實時監(jiān)測狀態(tài)表后，再遍歷整個TCP亂序鏈表將呆在環(huán)形緩沖區(qū)時間過長的數(shù)據(jù)包的地址置為空閑，并從鏈表中刪除。

6 TCP數(shù)據(jù)包排序

TCP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳送時，會出現(xiàn)亂序、重傳、丟失等現(xiàn)象，但這些問題經(jīng)過TCP協(xié)議棧處理后，最終實現(xiàn)了TCP傳輸?shù)捻樞蚩煽啃浴Ｒ虼舜讼到y(tǒng)必須采取一種算法來對TCP數(shù)據(jù)包進行重排序、過濾掉重復(fù)的數(shù)據(jù)包。同時計算TCP延遲因素、TCP重傳次數(shù)、TCP亂序次數(shù)、TCP亂序間距這四個指標(biāo)，保證TCP數(shù)據(jù)能夠順序地進行的應(yīng)用數(shù)據(jù)重組，計算應(yīng)用層相關(guān)指標(biāo)。

7 系統(tǒng)的測試與分析

為了驗證本文觀點的正確性，本節(jié)通過損傷儀對當(dāng)前正常的TCP網(wǎng)絡(luò)視頻流進行模擬損傷（丟包、抖動等），得到各種情況下的指標(biāo)值，分析其合理性。不同情況的大量的實驗結(jié)果確實能準(zhǔn)確反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)視頻所受到的相應(yīng)損傷。

取5秒為一個指標(biāo)計算周期，在不同的測試環(huán)境下，對正常的、添加模擬重傳損傷的、添加模擬抖動延時損傷的、原數(shù)據(jù)不完整的TCP網(wǎng)絡(luò)視頻流進行測試。比較分析各種情況下的指標(biāo)結(jié)果來驗證該TCP網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)對各種情況的有效反映能力。

在正常情況下，不用損傷儀，測得的指標(biāo)結(jié)果如表1

經(jīng)過大量實驗，實驗結(jié)果證明TCP-DF可以反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的抖動情況；TCP.RE可以有效反映當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上視頻數(shù)據(jù)包的重傳情況；TCP-DDE、TCP.DPE能如實反映網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的亂序情況；RTP-MLR、RTP-LDE、RTP-LPE、\"IS CC Error能反映出應(yīng)用層數(shù)據(jù)的完整性與正確性。當(dāng)視頻質(zhì)量下降時，我們可以通過在不同的網(wǎng)段設(shè)置運行此系統(tǒng)的監(jiān)測點進行網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測來定位出現(xiàn)問題的位置，還可以通過TCP、RTP層的兩類指標(biāo)來判斷問題的大概原因是在應(yīng)用層還是網(wǎng)絡(luò)傳輸層。

盡管TCP網(wǎng)絡(luò)視頻質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)在實驗中取得了不錯的效果，但在實際應(yīng)用中還有很多問題需要進一步探討和研究的。