0%

WebRTC研究:包组时间差计算-InterArrival

在GCC(Google Congestion Control)中,包含两种拥塞控制算法。一种是基于丢包的,一种是基于延迟的。GCC最后综合这两种算法得到一个目标码率。

基于延迟的拥塞控制算法主要由四部分组成:预处理(pre-filtering), 到达时间滤波器(arrival-time filter), 过载检测器(over-use detector),码率控制器(and a rate controller)。

到达时间模型

A Google Congestion Control Algorithm for Real-Time Communication定义了一种到达时间模型(Arrival-time model),属于到达时间滤波器的内容,在这里我们定义几个概念。

两个包组(包组概念下一小节介绍)的到达时间差:inter-arrival时间:

1
t(i) - t(i-1)

两个包组离开(发送)时间差:inter-departure时间:

1
T(i) - T(i-1)

包组i与包组i-1的延迟变化:

1
d(i) = t(i) - t(i-1) - (T(i) - T(i-1))

这个延迟变化将在后续评估网络延迟增长趋势的滤波器中用到,用于判断网络拥塞状况,这里就先不展开讨论,本文主要介绍这些时间差如何计算。

包组

在WebRTC中计算延迟不是一个个包计算的,而是通过将包分组,然后计算这些包组间的延迟,这样做可以减少计算次数,同时减少误差。如何对包进行分组呢?

主要是通过计算发送时间差值来分组。在包组中,除了第一个包外,后面的包距离包组第一个包的发送时间差小于5ms。假设每个包都有一个发送时间t,第一个包的发送时间为t0,如果后续的包发送时间与t0时间差△t = t -to <= 5ms,那么这些包都可以与t0发送时间的包归为一组,如果某个包得到的△t > 5ms,那么该包就作为下一个包组的第一个包,接着后面的包就跟该包继续比较时间差,判断能否归为一组。下面我们盗个图举个例子说明下。

intelval

上图中有两个包组G1和G2, 其中第100号包与103号包的时间差小于5毫秒,那么100 ~ 103被划作一个包组。104与100之间时间超过5毫秒,那么104就是G2的第一个包,它与105、106、107划作一个包组。

在后续评估延迟增长趋势的滤波器需要三个主要参数:发送时刻差值(timestamp_delta)、到达时刻差值(arrival_time_delta)和包组数据大小差值(packet_size_delta)。由上图可知:

1
2
3
timestamp_delta = T2 - T1;
arrival_time_delta = t2 - t1;
packet_size_delta = G2_size - G1_size;

源码导读

ComputeDeltas函数

前面说到的时间差值计算以及包组判断代码主要由InterArrival类实现。下面我们结合代码说明下,相关代码位于src\modules\remote_bitrate_estimator目录下。InterArrival类主要就一个接口:ComputeDeltas。传入每个包时间、包大小等参数,计算包组时间间隔,包组大小差值,得到新的包组相关差值后返回true。

1
2
3
4
5
6
7
bool InterArrival::ComputeDeltas(uint32_t timestamp,
int64_t arrival_time_ms,
int64_t system_time_ms,
size_t packet_size,
uint32_t* timestamp_delta,
int64_t* arrival_time_delta_ms,
int* packet_size_delta)

下面解释下各个参数:

  • timestamp:包发送时间
  • arrival_time_ms:包到达时间
  • timestamp_delta(output):包组发送时间差
  • arrival_time_delta_ms(output): 包组到达时间差
  • packet_size_delta(output):包组大小差值

timestamp_deltaarrival_time_delta_ms计算如下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
// 若当前包属于新的包组
if (NewTimestampGroup(arrival_time_ms, timestamp)) {
// 前一个包组有数据
if (prev_timestamp_group_.complete_time_ms >= 0) {
// 当前包组最后一个包发送时间减去前一个包组最后一个包发送时间
*timestamp_delta =
current_timestamp_group_.timestamp - prev_timestamp_group_.timestamp;
// 当前包组最后一个包到达时间减去前一个包组最后一个包到达时间
*arrival_time_delta_ms = current_timestamp_group_.complete_time_ms -
prev_timestamp_group_.complete_time_ms;
}
}

packet_size_delta计算如下:

1
2
3
// 当前包组大小减去前一个包组大小
*packet_size_delta = static_cast<int>(current_timestamp_group_.size) -
static_cast<int>(prev_timestamp_group_.size);

NewTimestampGroup函数

WebRTC新包组判断代码。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
bool InterArrival::NewTimestampGroup(int64_t arrival_time_ms,
uint32_t timestamp) const {
if (current_timestamp_group_.IsFirstPacket()) {
return false;
} else if (BelongsToBurst(arrival_time_ms, timestamp)) {
return false;
} else {
uint32_t timestamp_diff =
timestamp - current_timestamp_group_.first_timestamp;
return timestamp_diff > kTimestampGroupLengthTicks;
}
}
  • 若是第一个包,得作为后续包对比基准,不认为是新包组
  • 若是突发数据(burst),不认为是新包组
  • 与第一个包发送时间间隔大于kMaxBurstDurationMs(值为5),认为该包属于新包组

BelongsToBurst函数

这里我们也介绍下上一小节说到的突发数据。有些客户端发送数据时,没用使用pacing平滑发送模块,一股脑往网络塞入大量数据,导致突发流量。我们看下WebRTC中如何判断突发数据的。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
bool InterArrival::BelongsToBurst(int64_t arrival_time_ms,
uint32_t timestamp) const {
if (!burst_grouping_) {
return false;
}
assert(current_timestamp_group_.complete_time_ms >= 0);
// 与当前包组最后一个包的到达时间差
int64_t arrival_time_delta_ms =
arrival_time_ms - current_timestamp_group_.complete_time_ms;
// 与当前包组最后一个包的发送时间差
uint32_t timestamp_diff = timestamp - current_timestamp_group_.timestamp;
int64_t ts_delta_ms = timestamp_to_ms_coeff_ * timestamp_diff + 0.5;
if (ts_delta_ms == 0)
return true;
// 传输延迟
int propagation_delta_ms = arrival_time_delta_ms - ts_delta_ms;
// 传输延迟变化小于0
// 与当前包组最后一个包的到达时间差不大于kBurstDeltaThresholdMs(5ms)
// 与当前包组第一个包的到达时间差小于kMaxBurstDurationMs(100ms)
if (propagation_delta_ms < 0 &&
arrival_time_delta_ms <= kBurstDeltaThresholdMs &&
arrival_time_ms - current_timestamp_group_.first_arrival_ms <
kMaxBurstDurationMs)
return true;
return false;
}

总结

本篇文章主要讲了到达时间模型以及在WebRTC中的源码实现:InterArrival。后面文章我们将研究下trendline滤波器。前面计算得到的相关差值我们将传递给trendline滤波器,进行网络拥塞情况判断。