文丨五年宝

编辑丨五年宝

前言

近年来，许多提案和新兴网络协议被提出，被定义为未来的网络架构和组件，大数据包协议（BPP）是考虑未来网络架构和应用的需求和要求而设计的网络协议之一。

(资料图片仅供参考)

通过BPP，可以在网络设备上在单个数据包或流的级别定义和实现应用程序特定的网络行为，BPP的设计目标是处理高带宽、低延迟应用程序的数据包传输。

其目的在克服当前网络在高精度服务方面存在的许多问题，此设计目标允许应用程序在单个数据包或流级别定义和实现由网络直接支持的应用程序特定行为。

这也是是通过利用增强网络节点内置的功能来完成的，BPP的目标之一是提供一个框架，在保证服务水平的同时满足这些高精度服务和应用的要求。

BPP的数据包及其传输过程

BPP数据包具有提供元数据的字段，用于向路由器发出信号，以便在数据包的传输过程中采取相应的行动。

BPP有效负载分为标头和块，其中一些块可能会在端到端传输期间被丢弃，具体取决于标头的内容和网络负载。

这个过程称为数据包清洗，整个数据包很少被丢弃，相反的话，数据包有效负载的一部分被丢弃，具体取决于网络条件和标头的内容。

这提供了BPP最重要的优点之一：当它允许数据包在网络中传输期间进行动态调整，而视频传输通常使用UDP或使用TCP来完成。

每种方法都有其优点和缺点，对于UDP来说，网络交互是基于数据包的，并且在接收方出现丢失，接收方的应用程序必须处理传输过程中的任何数据包丢失。

如果需要重新发送，应用程序可以直接控制这些请求，使用TCP时，网络交互是基于字节流的，并且在接收方不会出现任何丢失，但存在可观察到的延迟和等待时间。

由于应用程序只能看到字节流，这也导致了它永远看不到通过网络传输的数据包，因此它无法直接控制重新发送机制，因为这是在操作系统的TCP处理程序中完成的。

在使用TCP时，所有数据都会到达客户端，但这可能会因重新传输而延迟，TCP拥塞控制算法可以限制实时视频交互，并延长缓冲持续时间。

在使用TCP的接收应用程序负责处理延迟的时候，通常是通过实现一些缓冲技术来完成的，通过Internet发送的大部分视频数据。

这些数据都是通过基于TCP传输的HTTP或基于UDP传输的RTP传输，使用TCP的接收应用程序负责处理延迟，这通常是通过实现一些缓冲技术来完成的。

而通过Internet发送的大部分视频数据都是通过基于TCP传输的HTTP，或者基于UDP传输的RTP传输的。

BPP数据包处理为视频流应用提供了优势，因为编码视频由视频帧组成，可以映射到数据包并通过网络传输。

即使其中一些帧在传输过程中丢失，视频接收器也可以播放视频，但丢失的视频帧会导致客户端出现不同程度的质量下降，具体取决于丢失帧的特征。

在使用BPP，可以在传输过程中修改数据包，通过考虑当前的网络条件和约束，从数据包中删除一些帧或视频块，这有利于在客户端提供最高的感知质量。

BPP的这种策略通过消除特定块来减少数据包的有效负载，从而减少数据包的大小，这对视频产生了很大的影响。

数据包大小的调整是通过观察网络状况，并考虑应用程序为每个块设置的元数据来完成的，这策略是通过减少消耗的带宽来管理网络上的负载，同时保持到达接收器的视频数据包流。

这么做也可以减少停顿，而且意味着剪切传输视频的特定片段，而不是丢弃数据包或重试数据包传输。

为了使BPP对视频有效，BPP需要与可以进行多种编码的视频编码器和解码器相结合，在产生这些质量替代方案的一种方法是使用可伸缩视频编码。

其中对视频文件进行编码，使得编码文件包含一个基础层和多个增强层，SVC编解码器根据输入视频创建质量不断提高的视频序列。

SVC利用同一帧的编码层之间以及每个帧之间的相似性，而SVC层到BPP数据包中块的映射已被证明是良好的匹配，并且与BPP的数据包修改特性兼容。

当允许在数据包传输过程中删除数据包中的某些块时，BPP数据包在传输过程中到达拥塞点就需要删除块，这也是可以从数据包中删除增强层。

视频中的BPP网络

近年来，在视频流应用中提供低延迟变得越来越重要，低延迟直播服务的目标是能够将延迟保持在1秒以下。

尽管当前和下一代多媒体系统（例如AR/VR应用）需要低延迟和高可靠性通信，但低延迟和高可靠性之间需要权衡，并且它们往往是相互冲突的方面。

这项工作的目的是利用BPP网络内数据包处理的优势进行端到端视频传输，同时提供低延迟和高可靠性。

研究人员利用PacketWash的优势进行端到端视频传输，从而由网络元素直接维护视频质量，这样提供即时适应和带宽利用率。

在研究人员之前的工作中，他们表明将SVC与BPP传输结合使用是一种很有前途的方法，初步测试结果在研究中得出结论，UDP和TCP相比，可以减少暂停持续时间和丢失层数。

他们还展示了软件定义网络(SDN)控制器，是如何促进数据包清洗机制，并且证明了在有限带宽环境下PacketWash对SVC视频的影响。

在这项工作中，研究人员通过提出有关将视频层映射到数据包的不同打包策略如何影响客户端QoE的讨论和性能结果来增强我们之前的工作。

上文介绍了使用BPP时，将分层SVC视频流映射为一组，用于网络传输的数据包的技术和方法。

使用BPP时，数据包的构造方式必须与使用原始UDP、UDP上的RTP或TCP上的HTTP时不同，因为BPP有效负载被划分为标头和多个数据块，而不是一组字节数。

在一些评估过程中，他们直接将BPP的性能与UDP和TCP进行比较，而UDP和TCP则是当前视频传输常用的传输方式。

据研究所知，这是第一篇全面展示使用BPP传输SVC视频数据所需机制以及各种打包策略对QoE影响的实验。

主要有三个方面：研究人员提出了用于多层H264SVC视频的新处理机制和技术，他们展示了SVC视频数据如何映射到BPP数据包，并介绍了传输SVC视频数据所需的额外字段。

最后展示了BPP打包策略如何在不同网络条件下影响QoE，而实验结果表明，这些策略的影响随着可用带宽容量的变化而变化。

使用不同的打包策略将SVC视频映射到BPP数据包，通过创建合适的封装策略，提供低延迟、低损耗的视频传输，从而找到适合BPP的数据包结构。

相关工作

如今，TCP是视频流系统中最优选使用的传输层协议，而这些系统大多数都使用HTTP自适应流(HAS)，它可以在依赖TCP可靠性并利用HTTPWeb缓存的同时实现质量自适应。

HTTP是基于TCP[ 1 ]的协议，传输视频的常见技术。比如说CDN使用的技术，其中包括HTTP自适应视频流，它已成为事实上的流技术。

为了应对随时间变化的网络行为和丢失模式的变化，研究人员又设计了MPEG-DASH标准，HTTP上的动态自适应流媒体是由MPEG研究小组开发的标准。

主要用于提供各种HTTP自适应视频流系统元素之间的互操作性，该系统旨在以所要求的质量发送几秒长的视频片段。

它从最低质量开始，如果接收方观察到数据段及时到达，并得出拥塞程度较低且网络带宽可用的结论，则逐渐转向更高质量。

接收器通过根据需要请求不同质量的片段来动态调整正在发送的视频的质量，接收器将接收到的片段放入解码器中进行观看。

为了应对各种可用带宽，DASH对视频进行多次编码，每次都具有不同的视觉质量，更高质量的视频意味着更高的数据速率、更大的文件。

而DASH是一种拉模型，接收客户端实际上会发出对大量单独文件的请求，其中考虑一个持续时间为2小时的视频流，这等于120分钟，即7200秒。

假设每个片段长2秒，对于7200秒的视频，会生成3600个文件，这样就意味着每个视频都被编码为多种质量，因此DASH将为每种编码生成文件，每种编码具有不同的比特率。

再从最低到最高分级，如果2小时的视频有3种质量可供选择，则总共将生成10800个文件，按低质量、中质量和高质量查看。

但副作用则是，存在一个大型元数据文件，其中包含所有其他文件的列表及其质量和开始时间。

对于这种方法的结果，尽管DASH很可靠并且可以使用HTTP缓存，但它也有一些明显的缺点，它在服务器上生成许多小文件，这些文件是固定大小的时间段。

延迟

传输视频流时提供低延迟是一个挑战，实现这一点的一种方法是根据网络条件的变化来调整传输过程中的视频质量，而流式传输视频时进行质量调整可以在不同的地方进行。

在客户端适配流行之前，服务器端进行适配更加流行，而HAS系统如今得到广泛应用，其自适应机制使用户能够在给定的网络条件下获得最佳的QoE。

质量自适应是由客户端，通过考虑其侧的网络状况和缓冲区填充度等内部参数来完成的，这些系统的成功表明。

基于观察到的网络条件的质量适应对于QoE效果良好和比特率自适应，服务器端适配通常由基于UDP传输并结合RTP负载的系统使用。

尽管有一些出色的解决方案可以成功地适应质量，但满足严格的低延迟要求，尤其是在实时视频流中，仍然是一个问题。

如果将HTTP分块传输编码(CTE)与通用媒体应用格式(CMAF )结合，再使用会是解决此问题的一个有前景的解决方案。

这种方法允许客户端接收片段的较小部分，并在片段完全下载之前开始播放，这些可以提供低延迟，提供高质量和更短的暂停持续时间仍然是一个挑战。

苹果开发了LL-HLS来提供低延迟服务，其中没有使用CTE方法，LL-HLS的性能结果表明，虽然它提供低延迟，但客户端针对这些短段发送大量HTTPGET请求。

结论

在研究人员的讨论后，他们提出了一种使用BPP发送H264SVC视频的方法，该方法已被证明是增强视频流应用程序性能的有效方法。

同时获得持续交付、保持有保证的质量并在接收器处提供低延迟。

而BPP的PacketWash功能的独特之处在于，它能够在传输过程中调整数据包大小，并允许为视频流系统实现网络内质量调整。

他们又利用BPP数据包结构成功实现了工作分层视频传输机制，最后使用BPP数据包清洗机制实现了低延迟视频传输。

该机制是为了在数据包通过网络时从数据包中删除块，以减少流量，但这与UDP或TCP不同，后者在带宽有限的情况下必须丢弃整个数据包。

该SVC视频的传输需要在BPP数据包中携带应用程序特定信息，以便可以通过考虑带宽和接收质量来决定应该删除哪些块以及以什么顺序。

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