[發明專利]一種網絡延時抖動平滑方法

有效

• 申請號: 201410046547.5
• 申請日: 2014-02-10
• 公開（公告）號: CN103795649B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 張向利;何剛;張紅梅;葉進;閆坤
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04L12/885
• 分類號: H04L12/885
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 劉梅芳

技術領域

本發明涉及網絡通信技術領域，具體涉及一種網絡延時抖動平滑方法。

背景技術

在對抖動要求嚴格的場合中，例如網絡控制系統或者物理信息融合系統（CPS），傳感器獲取具體物理對象的各種信息（例如環境溫度、噪聲、濕度、電機轉速以及車輛行駛速度等等），并通過網絡傳送到控制器。控制器對用戶的命令以及物理信息經過分析計算之后，依靠網絡向執行器發出一定時限的控制命令。執行器則在正確的時間對具體的物理對象執行控制命令，改變物理對象的狀態。物理世界、傳感器、控制器和執行器依靠通信網絡構成了一個反饋環路^[1]。

執行器可以直接對物理世界的實體產生影響，影響其進程，執行器往往需要根據控制命令在正確的時間做正確的事情。反饋環路中信息流的傳遞則依靠有線或者無線網絡。而往往網絡延時抖動大小是變化的，甚至有些情況下抖動會很大。而數據緩沖器可以很好的吸收不規律的網絡抖動。合理的設置接收數據的緩沖器的大小可以使得網絡抖動平滑，提高系統的實時性，高效性與穩定性，具有重大意義^[2]。緩沖器設置過大，接收到的數據包在接收端等待過時間過長，這樣系統比較穩定，但是系統實時性就無法體現了，如果錯過最佳執行時間，對系統會造成損害。緩沖器設置過小，接收到含有執行命令的數據包很快被執行，提高了系統實時性，但是網絡抖動太大的話，會造成丟包率上升，如果執行器無法接收到正確的執行命令，同樣對系統會造成損害。

如何合理的設置接收數據緩沖器的大小，平滑網絡中的不規則抖動，成為了國內外網絡控制系統的研究熱點。研究學者們提出了很多種網絡抖動平滑以及緩沖器大小設置算法。文獻[3]中提出了一種集成了反饋緩沖器、傳感器采樣和控制的端到端算法（PBD算法），該算法根據網絡抖動的觀測值來預測下一個網絡延時的大小。這種算法彌補了單純的反饋緩沖器的不足之處：當數據包接受時間超過設定值時，會采用一個特殊的命令控制設備。但是預測值往往波動也很大，對于網絡抖動的平滑方面改進效果不佳，尤其是抖動值很大時，其預測值往往失去了其原本的意義。文獻[4]中提出一種無須時鐘同步的抖動平滑算法（MA算法），將網絡控制系統（NCS）中信號的往返時間（RTT）分解為由物理設備（執行器）到控制器，再由控制器到物理設備（執行器）的傳遞時間兩部分。其中一部分可以通過觀測值精確計算出來，另外一部分根據觀測值來預測下一個傳遞時間，最后計算出數據包的往返時間RTT。在MA算法中有一個不足之處：在遇到較大的延時抖動異常值后，調整值會變得很大，無法重新貼近實驗中的網絡延時抖動的大小，與此同時，在接收端處理數據的時候，網絡延時便會變得特別大，無法體現其實時性與優越性。

參考文獻：

[1]陳志輝.基于時間自動機的信息物理融合系統建模與驗證[J].計算機與現代化,2012(10):125-130.

[2]Oklander B,Sidi M.Jitter buffer analysis[C]//Computer Communications and Networks,2008.ICCCN'08.Proceedings of17th International Conference on.IEEE,2008:1-6.

[3]Liberatore V.Integrated Play-Back,Sensing,and Networked Control[C]//INFOCOM.2006.

[4]Al-OmariH,Wolff F,Papachristou C,McIntyre D.An Improved Algorithm to Smooth Delay Jitter in Cyber-Physical Systems.In Proceedings of the8th International Conference on Embedded Computing and International Conference on Scalable Computing and Communications.Dalian,China:IEEE,2009.81-86.

發明內容

針對網絡中的不規則抖動給系統帶來的不穩定性和系統性能的下降，本發明提供了一種合理的設置接收數據緩沖器的大小，平滑網絡抖動的方法。本發明能夠較好的預測網絡（特別是CPS網絡）延時抖動大小的變化，有效減少了變化的網絡抖動中的異常值，減小了丟包率，與其他方法相比有一定的優越性，并且無需各個系統模塊時鐘同步。

本發明的技術方案如下所述。