[发明专利]基于喷泉码编码策略和冗余自适应的屏幕更新传输方法

说明书

本发明公开了一种基于喷泉码编码策略和冗余自适应的屏幕更新传输方法，在UDP之上分别使用TFRC和喷泉码调整屏幕更新的发送速率和抵抗数据丢失；与现有的将发送速率控制机制与前向纠错技术同UDP结合使用的传输方法不同，本方法不仅能合理地计算冗余量，还能估算封装屏幕更新的数据包丢失后造成的损失，再根据损失值和网络条件决定是否只提供尽力而为的传输服务，或采用某种喷泉码编码策略保护数据包。本发明可满足不同类型屏幕更新差异化的传输需求，实现了桌面即服务模式下屏幕更新传输效率的提升。

技术领域

本发明涉及云计算领域桌面即服务模式下端到端的数据传输方法，具体是一种基于喷泉码编码策略和冗余自适应的屏幕更新传输方法。

背景技术

随着云计算与虚拟化技术的成熟，桌面即服务成为近年来最流行的云服务之一。它通过在云服务器中创建和维护运行传统PC桌面所需的计算和存储

资源并为用户提供虚拟云桌面实现桌面环境与终端设备的解耦。桌面内容的变化由专用协议封装为屏幕更新数据经由端到端连接推送至终端设备，使用户产生使用本地设备的认知。由于计算和存储任务完全由云服务器承担，终端设备的资源与功能可以相对精简，用户对个人桌面的访问不再受时间、空间和设备的约束，灵活性与便捷性大幅提升，这使得桌面即服务在移动办公、教育培训、医疗卫生、金融服务等领域得到广泛应用。

在用户访问虚拟云桌面的过程中，传输基于像素的屏幕更新数据占用的带宽资源最多，它们对用户在桌面即服务中的体验质量影响最大。为了在节省带宽资源的同时保证用户的体验质量，多数桌面即服务解决方案尝试将桌面区分为文本、图像、视频等不同区域并采用启发式的压缩策略压缩不同区域产生的屏幕更新数据，甚至将屏幕更新数据完全作为视频数据进行压缩以最大程度地减少带宽占用并减轻终端设备的计算负担。尽管待传输的屏幕更新数据量有所减少，这种优化方案只能抵抗网络环境中带宽波动，如果屏幕更新丢失或未及时推送给用户，用户在桌面即服务中的体验质量仍将受到明显影响。

桌面即服务解决方案倾向于使用TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)完成屏幕更新的端到端可靠交付，但当屏幕更新被区分为不同类型后，重传所有丢失的屏幕更新显得过于可靠。首先，不同类型的屏幕更新丢失后对用户体验质量的影响不同，被识别为文本或图像的屏幕更新所属的桌面区域刷新率相对较慢，此类屏幕更新的丢失更容易被用户察觉。而被识别为视频的屏幕更新所属的桌面区域刷新率相对较快，用户可能不会察觉此类屏幕更新的丢失。其次，类型为视频的屏幕更新具备一定的丢失容忍度，因为相邻视频帧存在大量帧间冗余，如果非关键帧丢失可通过复制先前帧等方式缓解失真程度，如果关键帧丢失后续视频帧的到达也能使该区域被快速刷新。最后，在丢包率较高的情况下一味地重传丢失的屏幕更新会导致用户无法及时感知桌面内容的变化，当重传的屏幕更新到达终端设备时，它很可能因无法反映用户最新的操作执行结果而失去渲染价值。

为了确保传输及时性，部分桌面即服务解决方案采用UDP(User DatagramProtocol用户数据报协议)进行屏幕更新的端到端交付，然而，UDP既不限制屏幕更新的发送速率又不重传任何丢失的屏幕更新，如果网络处于拥塞状态，单纯使用UDP可能加剧网络的拥塞程度，严重干扰用户体验质量。为了充分利用UDP传输时延短的优势，研究人员将拥塞控制机制和前向纠错技术与UDP结合使用，借助拥塞控制机制，UDP的发送速率将像TCP那样受到限制，而前向纠错技术能够在无需重传的条件下自动恢复丢失数据，有助于提升屏幕更新在高丢包率、长时延网络环境中的传输效率。需要注意的是，前向纠错技术如果使用不当，反而会降低传输效率。作为典型的前向纠错技术，喷泉码能够利用冗余数据自动恢复传输过程中丢失的数据。但作为一种额外的传输开销，冗余数据过多会浪费带宽资源，过少则会导致喷泉码解码失败，无法成功恢复丢失数据。

发明内容