webrtc弱网-LinkCapacityEstimator类源码分析与算法原理
一、核心功能
LinkCapacityEstimator 是 WebRTC 中用于估计网络链路容量的类，主要用于带宽估计和拥塞控制。它通过接收网络状态反馈（如过载检测和探测速率）来动态更新链路容量估计值，并提供上下界估计，用于判断当前网络状态是否稳定或拥塞。
二、核心算法原理
该类使用指数加权移动平均（EWMA） 算法对链路容量样本进行平滑处理，并估计其方差（标准差）。具体包括：
平滑更新：使用不同权重（α）对新样本和旧估计值进行加权平均。
方差估计：计算估计值与实际样本的误差，并归一化后更新方差估计。
上下界计算：基于估计值 ± 3倍标准差计算链路容量的上下界。
三、关键数据结构
absl::optional<double> estimate_kbps_; // 当前链路容量估计值（kbps） double deviation_kbps_ = 0.4; // 归一化的方差估计（无单位）
四、核心方法详解
1. Update(DataRate capacity_sample, double alpha)
void Update(DataRate capacity_sample, double alpha) {double sample_kbps = capacity_sample.kbps();if (!estimate_kbps_.has_value()) {estimate_kbps_ = sample_kbps;} else {estimate_kbps_ = (1 - alpha) * estimate_kbps_.value() + alpha * sample_kbps;}// 计算归一化误差并更新方差估计const double norm = std::max(estimate_kbps_.value(), 1.0);double error_kbps = estimate_kbps_.value() - sample_kbps;deviation_kbps_ =(1 - alpha) * deviation_kbps_ + alpha * error_kbps * error_kbps / norm;// 钳制方差在合理范围内deviation_kbps_ = rtc::SafeClamp(deviation_kbps_, 0.4f, 2.5f);
}功能：使用 EWMA 更新链路容量估计和方差。
参数：
capacity_sample：新的容量样本（如探测速率或确认速率）。alpha：平滑系数，控制新样本的权重。
2. UpperBound() / LowerBound()
DataRate UpperBound() const {if (estimate_kbps_.has_value())return DataRate::KilobitsPerSec(estimate_kbps_.value() +3 * deviation_estimate_kbps());return DataRate::Infinity();
}功能：返回容量估计的上下界（±3σ），用于判断网络是否稳定。
3. OnOveruseDetected(DataRate acknowledged_rate)
void OnOveruseDetected(DataRate acknowledged_rate) {Update(acknowledged_rate, 0.05);
}功能：在网络过载时使用较小α（0.05）缓慢更新估计，避免剧烈波动。
4. OnProbeRate(DataRate probe_rate)
void OnProbeRate(DataRate probe_rate) {Update(probe_rate, 0.5);
}功能：在主动探测时使用较大α（0.5）快速更新估计，响应探测结果。
五、设计亮点
自适应平滑系数：针对不同场景使用不同的α值，平衡响应速度与稳定性。
归一化方差估计：将方差归一化到估计值附近，避免数值不稳定。
方差钳制：将方差限制在 [0.4, 2.5] 范围内，防止极端值影响估计。
上下界计算：基于标准差提供置信区间，增强拥塞控制的鲁棒性。
六、典型工作流程
初始化：
Reset()清空历史估计。接收样本：
收到探测数据包 →
OnProbeRate(probe_rate)检测到网络过载 →
OnOveruseDetected(ack_rate)
更新估计：调用
Update()方法平滑更新估计值和方差。查询状态：
estimate()获取当前估计容量。UpperBound()/LowerBound()获取置信区间。
重置：在连接变更或长时间无数据时调用
Reset()。
七、注释精要
link_capacity_estimator.h
class LinkCapacityEstimator {public:LinkCapacityEstimator();DataRate UpperBound() const; // 容量上界（估计值 + 3σ）DataRate LowerBound() const; // 容量下界（估计值 - 3σ）void Reset(); // 重置估计器void OnOveruseDetected(DataRate acknowledged_rate); // 过用事件处理void OnProbeRate(DataRate probe_rate); // 探测速率处理bool has_estimate() const; // 是否有有效估计DataRate estimate() const; // 返回当前容量估计private:friend class GoogCcStatePrinter;void Update(DataRate capacity_sample, double alpha); // 核心更新方法double deviation_estimate_kbps() const; // 计算标准差（kbps）absl::optional<double> estimate_kbps_; // 当前容量估计（kbps）double deviation_kbps_ = 0.4; // 归一化的方差估计
};link_capacity_estimator.cc
LinkCapacityEstimator::LinkCapacityEstimator() {}DataRate LinkCapacityEstimator::UpperBound() const {if (estimate_kbps_.has_value())return DataRate::KilobitsPerSec(estimate_kbps_.value() +3 * deviation_estimate_kbps());return DataRate::Infinity(); // 无估计时返回无穷大
}DataRate LinkCapacityEstimator::LowerBound() const {if (estimate_kbps_.has_value())return DataRate::KilobitsPerSec(std::max(0.0, estimate_kbps_.value() - 3 * deviation_estimate_kbps()));return DataRate::Zero(); // 无估计时返回0
}void LinkCapacityEstimator::Reset() {estimate_kbps_.reset(); // 重置估计值
}void LinkCapacityEstimator::OnOveruseDetected(DataRate acknowledged_rate) {Update(acknowledged_rate, 0.05); // 过用时使用小α缓慢更新
}void LinkCapacityEstimator::OnProbeRate(DataRate probe_rate) {Update(probe_rate, 0.5); // 探测时使用大α快速更新
}void LinkCapacityEstimator::Update(DataRate capacity_sample, double alpha) {double sample_kbps = capacity_sample.kbps();if (!estimate_kbps_.has_value()) {estimate_kbps_ = sample_kbps; // 初始化估计} else {// EWMA 更新估计值estimate_kbps_ = (1 - alpha) * estimate_kbps_.value() + alpha * sample_kbps;}// 归一化误差并更新方差估计const double norm = std::max(estimate_kbps_.value(), 1.0);double error_kbps = estimate_kbps_.value() - sample_kbps;deviation_kbps_ =(1 - alpha) * deviation_kbps_ + alpha * error_kbps * error_kbps / norm;// 钳制方差在合理范围内deviation_kbps_ = rtc::SafeClamp(deviation_kbps_, 0.4f, 2.5f);
}bool LinkCapacityEstimator::has_estimate() const {return estimate_kbps_.has_value();
}DataRate LinkCapacityEstimator::estimate() const {return DataRate::KilobitsPerSec(*estimate_kbps_);
}double LinkCapacityEstimator::deviation_estimate_kbps() const {// 计算实际标准差：sqrt(归一化方差 * 估计值)return sqrt(deviation_kbps_ * estimate_kbps_.value());
}
LinkCapacityEstimator 是 WebRTC 谷歌拥塞控制（GoogleCC）算法中的核心组件，用于动态估计网络链路的可用带宽。它通过处理过用（Overuse）信号和探测（Probe）速率样本，采用指数加权移动平均（EWMA）算法来平滑更新带宽估计值及其方差。该估计器通过提供容量上界和下界（估计值±3倍标准差），为拥塞控制决策（如增加、保持或减少发送码率）提供关键依据，从而确保视频流在不同网络条件下都能平滑、稳定且高效地传输。