webrtc弱网-PccMonitorInterval类源码分析与算法原理-优快云博客

PccMonitorInterval是WebRTC中PCC拥塞控制算法的核心监控单元，负责在固定时间窗口内评估特定发送速率下的网络性能表现。它通过收集数据包的延迟、丢包和接收速率等多维度指标，为拥塞控制决策提供关键数据支撑。该类采用线性回归算法计算延迟梯度趋势，精确反映网络状态变化，并通过智能反馈机制确保数据完整性。其设计实现了网络性能的精细化测量，是PCC算法实现动态速率调整和网络优化的基础组件。

一. 核心功能

PccMonitorInterval 类是 PCC (Performance-oriented Congestion Control) 拥塞控制算法的核心组件，用于监控特定发送速率下的网络性能表现。主要功能包括：

速率测试：在固定时间窗口内以特定目标速率发送数据
性能指标收集：统计丢包率、计算延迟梯度、测量实际传输速率
反馈处理：处理网络反馈的包信息，区分已接收和丢失的数据包

二. 核心算法原理

延迟梯度计算算法（线性回归）

数学公式：

斜率 = Σ((t_i - t_avg) × (d_i - d_avg)) / Σ((t_i - t_avg)²)

其中：

t_i = 第i个包的相对发送时间
d_i = 第i个包的延迟
t_avg = 平均相对发送时间
d_avg = 平均延迟

double PccMonitorInterval::ComputeDelayGradient(double delay_gradient_threshold) const {
  // 防止除零：检查包数量和时间跨度
  if (received_packets_.empty() || received_packets_.front().sent_time ==
                                       received_packets_.back().sent_time) {
    return 0;
  }
  
  // 计算所有包相对于第一个包的时间差总和
  double sum_times = 0;
  for (const ReceivedPacket& packet : received_packets_) {
    double time_delta_us = (packet.sent_time - received_packets_[0].sent_time).us();
    sum_times += time_delta_us;
  }
  
  // 计算线性回归的分子和分母
  double sum_squared_scaled_time_deltas = 0;
  double sum_scaled_time_delta_dot_delay = 0;
  
  for (const ReceivedPacket& packet : received_packets_) {
    double time_delta_us = (packet.sent_time - received_packets_[0].sent_time).us();
    double delay = packet.delay.us();
    
    // 计算去中心化的时间差：t_i - t_avg
    double scaled_time_delta_us = time_delta_us - sum_times / received_packets_.size();
    
    // 分母：Σ(t_i - t_avg)²
    sum_squared_scaled_time_deltas += scaled_time_delta_us * scaled_time_delta_us;
    
    // 分子：Σ(t_i - t_avg) × d_i
    sum_scaled_time_delta_dot_delay += scaled_time_delta_us * delay;
  }
  
  // 计算斜率（延迟梯度）
  double rtt_gradient = sum_scaled_time_delta_dot_delay / sum_squared_scaled_time_deltas;
  
  // 应用阈值过滤，避免微小波动
  if (std::abs(rtt_gradient) < delay_gradient_threshold)
    rtt_gradient = 0;
    
  return rtt_gradient;
}

丢包率计算算法

数学公式：

丢包率 = 丢失包数量 / (丢失包数量 + 接收包数量)

三. 关键数据结构

struct ReceivedPacket {
  TimeDelta delay;      // 包延迟（接收时间 - 发送时间）
  Timestamp sent_time;  // 包发送时间
};

// 关键成员变量：
DataRate target_sending_rate_;           // 目标发送速率
Timestamp start_time_;                   // 监控间隔开始时间
TimeDelta interval_duration_;           // 监控间隔时长
std::vector<ReceivedPacket> received_packets_;    // 成功接收的包信息
std::vector<Timestamp> lost_packets_sent_time_;   // 丢失包的发送时间
DataSize received_packets_size_;         // 接收包的总大小
bool feedback_collection_done_;          // 反馈收集完成标志

四. 核心方法详解

OnPacketsFeedback - 反馈包处理

void PccMonitorInterval::OnPacketsFeedback(
    const std::vector<PacketResult>& packets_results) {
  for (const PacketResult& packet_result : packets_results) {
    // 过滤在监控间隔开始前发送的包
    if (packet_result.sent_packet.send_time <= start_time_) {
      continue;
    }
    
    // 检测是否收到监控间隔后的包，标记反馈收集完成
    if (packet_result.sent_packet.send_time > start_time_ + interval_duration_) {
      feedback_collection_done_ = true;
      return;
    }
    
    // 分类处理：丢失包 vs 成功接收包
    if (!packet_result.IsReceived()) {
      lost_packets_sent_time_.push_back(packet_result.sent_packet.send_time);
    } else {
      received_packets_.push_back(
          {packet_result.receive_time - packet_result.sent_packet.send_time,
           packet_result.sent_packet.send_time});
      received_packets_size_ += packet_result.sent_packet.size;
    }
  }
}

GetTransmittedPacketsRate - 实际传输速率计算

DataRate PccMonitorInterval::GetTransmittedPacketsRate() const {
  if (received_packets_.empty()) {
    return target_sending_rate_;
  }
  
  // 计算第一个和最后一个包的接收时间间隔
  Timestamp receive_time_of_first_packet =
      received_packets_.front().sent_time + received_packets_.front().delay;
  Timestamp receive_time_of_last_packet =
      received_packets_.back().sent_time + received_packets_.back().delay;
      
  // 防止除零错误
  if (receive_time_of_first_packet == receive_time_of_last_packet) {
    return target_sending_rate_;
  }
  
  // 实际速率 = 接收数据总量 / 接收时间窗口
  return received_packets_size_ /
         (receive_time_of_last_packet - receive_time_of_first_packet);
}