webrtc QOS方法四.3(probe探测算法学习)
目录
一、概述
二、实现原理
1、实现思路
2、模块分工
3、具体实现
1）探测次数
2、探测节奏
3、pad数据
4、AlrDetector
5、探测参数
三、参考
一、概述
- 发送端通过GCC算法，根据网络状态动态调节发送的码率。但是系统启动阶段初始码率应该设置成多大比较合适？
- GCC估计带宽，这个算法的特点是：快降慢升，网络质量差时能迅速响应衰减带宽；但是网络持续向好时，不能迅速增加对应带宽。
所以需要一种快速探测算法，探测当前网络合适的带宽，保证音视频按照最佳码率值发送数据。
二、实现原理
1、实现思路
1、发送端以一定的速度发送数据包，同时记录这些数据包的发送时间、序列号（全局唯一）、探测组的ID。
2、接收端根据收到数据报文size和时间，计算接收端的码率。反馈给发送端。
3、发送端选取发送码率和接收端反馈码率最小值，作为当前发送码率值。
ProbeBitrateEstimator::HandleProbeAndEstimateBitrate是确定最终探测结果的函数：
里面用到的公式如下：
- 发送端发送Cluster数据包的时间间隔
TimeDelta send_interval = common::TimeDelta(state.last_send - state.first_send);
- 接收端接收Cluster数据包的时间间隔
TimeDelta recive_interval = common::TimeDelta(state.last_recive - state.first_recive);
- 发送Cluster字节数
size_t size_send = state.size_total_sent - state.size_last_sent;
- 接收端收到Cluster字节数
size_t size_recive = state.size_total_recived - state.size_first_recived;
- 双方码率
DataRate send_bps = (size_send * 8 / send_interval );
DataRate receive_bps = (size_recive * 8 / recive_interval);
2、模块分工
实现这个过程主要由四个模块：
1、ProbeController：控制探测状态机
2、PacingController：控制数据发送节奏
3、BitrateProber：实际操作数据发送量和发送节奏
4、GoogCcNetworkController：接收接收端反馈的接收码率
5、ProbeBitrateEstimator：计算最终探测码率
3、具体实现
1）探测次数
- 系统默认至少两次，按照起始码率的3倍、6倍向上探测
RtpTransportControllerSend::OnNetworkAvailability
->RtpTransportControllerSend::MaybeCreateControllers()
->RtpTransportControllerSend::UpdateControllerWithTimeInterval()
->GoogCcNetworkController::OnProcessInterval
->GoogCcNetworkController::ResetConstraints
->ProbeController::SetBitrates
->ProbeController::InitiateExponentialProbing
RtpTransportControllerSend::OnNetworkAvailability
->RtpTransportControllerSend::MaybeCreateControllers
->GoogCcNetworkControllerFactory::Create
->GoogCcNetworkController::GoogCcNetworkController
->ProbeController::ProbeController
->ProbeControllerConfig::ProbeControllerConfig
- 如果上一次探测的码率estimated_bitrate_bps_和old_max_bitrate_bps小于max_bitrate_bps_的话则重新从max_bitrate_bps_开始再探测，并且只探测一次。
RtpTransportControllerSend::OnNetworkAvailability
->RtpTransportControllerSend::MaybeCreateControllers()
->RtpTransportControllerSend::UpdateControllerWithTimeInterval()
->GoogCcNetworkController::OnProcessInterval
->GoogCcNetworkController::ResetConstraints
->ProbeController::SetBitrates
所以webrtc的探测次数是二次到三次。
2、探测节奏
1）PacingController::ProcessPackets函数在每次发送探测包前，都会调用BitrateProber::RecommendedMinProbeSize询问本次应该发送多少报文。
2）BitrateProber::RecommendedMinProbeSize计算发送量的根据是当前探测带宽下，min_probe_delta（默认1ms）时长，应该发送的数据量。
3）但是实际packet队列数据包，不一定完全满足RecommendedMinProbeSize计算值。所以在BitrateProber::CalculateNextProbeTime函数计算下一次的探测时间，为已经发送数据量在探测码率下可持续的时间。
4）发送端正常停止一次cluster探测的条件是，该cluster已经连续发送了5次报文并且该cluster已经发送的数据量大于15ms。
5）发送端异常终止cluster探测的条件是，一个cluster两个pace周期大于10ms。
6）两个cluster之间的探测时间，没有固定要求。只要pace模块有包发送，可直接进行下一个cluster的探测。
3、pad数据
probe过程中，探测高码率时明显需要大量数据，会出现有效数据量不足情况，pace模块使用RTX协议重传历史数据，作为补充数据。
4、AlrDetector
在webrtc根据探测发送实际数据的时候，由于一些系统原因，比方说编码器编码码率超高，码率持续超高，持续这样累计延时会比较大；对此webrtc还增加了AlrDetector（应用受限区域探测器，Application Limited Region Detector）模块，该模块利用某段时间值，以及这段时间发送的字节数判断当前输出网络流量是超标。若实际码率一直超纲，则再次启动按照当前预估码率的2倍码率探测。
、
AlrDetector::OnBytesSent函数持续检测实际发送码率，与预设码率之间的关系。若出现长期超标，则通知probe模块，ProbeController::Process函数被调用时，检测出ALR消息，启动按当前码率的2倍值，重新探测。
RtpTransportControllerSend::OnNetworkAvailability
->RtpTransportControllerSend::MaybeCreateControllers
->RtpTransportControllerSend::UpdateControllerWithTimeInterval
->GoogCcNetworkController::OnProcessInterval
-->AlrDetector::GetApplicationLimitedRegionStartTime
-->ProbeController::SetAlrStartTimeMs 触发ProbeController::Process函数启动probe探测
- AlrDetector::OnBytesSent函数持续检测
- GoogCcNetworkController::OnProcessInterval函数周期查询ALR状态
- ProbeController::Process启动probe探测
5、探测参数
struct ProbeClusterConfig {
Timestamp at_time = Timestamp::PlusInfinity();//
DataRate target_data_rate = DataRate::Zero(); //需探测码率
TimeDelta target_duration = TimeDelta::Zero();//持续探测时间，用于计算发送数据量
int32_t target_probe_count = 0; //一次探测允许调度次数
int32_t id = 0; //探测ID标识，用于和接收端反馈信息匹配
};
三、参考
https://www.jianshu.com/p/29e40d692036
https://rtcdeveloper.com/t/topic/15587
好文收藏：https://www.jianshu.com/p/55e5246f12b9