自适应ARQ算法实践

自适应ARQ算法实践

在实时音视频领域,数据传输强调实时性,通常选择UDP协议可靠性就会降低。数据包发生丢包,就会引起解码失败,导致接收端发生卡顿影响用户体验。

抗丢包技术综述

实时音视频类应用需要保证数据传输的可靠性,需要应用自身实现抗丢包、抗抖动、抗拥塞算法。本文重点介绍抗丢包技术,下图为业界主要的抗丢包技术。

从图中可以看出,网络层弱网优化主要的技术包括前向纠错FEC、ARQ。FEC 恢复延时低,但会带来带宽消耗的增长。ARQ 恢复延时较大,带宽消耗下。在低延时场景下,可以充分利用ARQ 进行丢包恢复。

ARQ算法介绍

ARQ 是通过重传关键数据包来纠错的信道保护算法,包括三种形式:

1.Stop-and-waitARQ,发送端发送数据包后就停止并等待接收端的确认消息。

2.Go-Back-NARQ,发送端不需等待接收端的确认,直到收到接收端的重传请求。发送端除了重传被要求重传的数据包以外,还会把该数据包时间戳后面一批数据包全部重传一遍。

3.SelectiveRepeat ARQ,发送端不需等待接收端的确认;接收端只会有选择性地对关键的数据包发送非确认响应(NACK)包,要求重传。

前两种 ARQ传输实时性较低,不适用于实时音视频场景,实时音视频中主要采用NACK选择性丢包重传。

接收方在检测到数据包s2丢失后,会向发送方请求s2,等待1倍RTT时间后才会再次发起s2的重传请求。数据包的请求次数不会无限制持续发送,会有一个上限配置,这样做也会有以下几个问题。

  1. 如果丢包很高,数据包的重传请求次数已达上限还没有重传成功,数据包恢复失败。
  2. 如果媒体层已经播放到s3,还继续重传请求s2,即使收到s2媒体层也不会播放,重传包晚到。
  3. 如果当前发生了丢包,数据包会有延时,媒体层的buff没有适配继续匀速播放,重传利用率还是会下降。
  4. 当丢包率达到60%+,如果连续丢了8个,根据收到下一个seq传触发重传,就需要等到 320ms才能开始发送重传请求,会带来很大的延时。



NACKSelectiveRepeat ARQ )在实时音视频的实践

实时音视频领域,ARQ需要与媒体层进行联动,ARQ需要知道媒体层当前解码seq,媒体层需要知道当前的重传延时。 业界的优化思路主要包括如下策略。

重传与引擎联动 ,引擎同步当前解码seq、重传队列根据解码seq删除过期的待恢复seq。
主动重传,增加数据包达到预估,如果下一个数据超过一定时间还没有到来,就主动发起重传NACK请求。
重传恢复延时反馈引擎,网络层重传队列预估数据包重传回来需要的时间,将这个时间同步到引擎,用于调节jitterbuf水位,增加重传利用率。

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