基于H.323協(xié)議的IP視頻會議服務(wù)質(zhì)量技術(shù)
近年來,基于H.323的IP視頻會議系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展,已經(jīng)具備了公眾運營的條件,而實現(xiàn)這一條件,服務(wù)質(zhì)量是關(guān)鍵。本文從兩個層面:網(wǎng)絡(luò)層面和業(yè)務(wù)層面給出了IP視頻會議的服務(wù)質(zhì)量技術(shù)。
關(guān)鍵詞:H.323;IP視頻會議;Qos
1 引言
2001年,國內(nèi)各大運營商把目光投向IP視頻會議系統(tǒng)的建設(shè)。由于H.323協(xié)議本身的不成熟,這給IP視頻會議的公眾運營帶來一定的困難。IP視頻會議的公眾運營化,必須解決用戶管理、業(yè)務(wù)管理、計費管理和視頻交換的互操作性等問題。由于Internet是一個無連接網(wǎng)絡(luò),只提供一種承載業(yè)務(wù)-盡力傳送(best effort)業(yè)務(wù)。也就是說,網(wǎng)絡(luò)并不保證向應(yīng)用數(shù)據(jù)流提供所需的帶寬,也不保證數(shù)據(jù)流的傳送時延和丟失率等質(zhì)量指標(biāo)。對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等非實時業(yè)務(wù),盡力傳送能夠滿足要求,但是對于音頻或視頻等實時通信應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)必須能支持具有一定QoS的端到端承載業(yè)務(wù)。如何提高實時性能,確保通信的QoS,是IP視頻系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)要求,也是一個技術(shù)難點。在IP視頻會議中,QoS的策略可分為兩個層面來實現(xiàn):網(wǎng)絡(luò)層面和業(yè)務(wù)層面。本文從這兩個層面出發(fā)分析了IP承載網(wǎng)適合用于視頻會議的QoS策略和H.323協(xié)議本身的QoS實現(xiàn),提出了IP視頻會議的QoS的實現(xiàn)技術(shù)。
2 確保視頻系統(tǒng)QoS的方法
Internet上確保IP視頻系統(tǒng)QoS有兩種方法。
2.1 超量工程法(overengineering)
即在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時預(yù)留足夠的帶寬,使得任何時候都能獲得可接受的QoS。這種方法十分簡單,不需要資源預(yù)留協(xié)議和接納控制功能,但是要求部署足夠多的路由器和高速鏈路,保證即使在忙時網(wǎng)絡(luò)資源也有足夠的余量。它可用于網(wǎng)絡(luò)資源便宜、同時網(wǎng)絡(luò)最大業(yè)務(wù)量又可以預(yù)測的情況。
2.2綜合服務(wù)Internet方法
由IETF綜合服務(wù)(IntServ)工作組定義。它需定義呼叫接納控制功能資源預(yù)留協(xié)議,如RSVP。利用RSVP消息,端點應(yīng)用程序可以提出數(shù)據(jù)傳送全程必須保留的網(wǎng)絡(luò)資源(如帶寬、緩沖區(qū)大小等),同時也確定了沿途各路由器的傳輸調(diào)度策略,藉此,可以對每個數(shù)據(jù)流的QoS依次進行控制。
3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計上對QoS的保證
3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
城域IP網(wǎng)絡(luò)通常由核心層、匯接層和接入層組成,匯接層的各節(jié)點通過高速鏈路連接到核心層。在城域IP網(wǎng)中,在路由器連接上考慮路由跳數(shù),保證網(wǎng)絡(luò)任意兩個節(jié)點間通信路由跳數(shù)最多為4跳,配置高性能路由器,根據(jù)經(jīng)驗值,在采用光傳輸?shù)那闆r下,一個數(shù)據(jù)包經(jīng)過一跳其延遲一般為10ms,該值不由線路的長度和路由器的性能所決定(對于7500以上的路由器),所以數(shù)據(jù)包在骨干網(wǎng)中的正常延時大概在50ms左右。從這個角度考慮,延時問題不是影響IP視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的主要問題。
3.2 路由振蕩問題
路由振蕩原因分為兩個方面。
一個是由于鏈路狀態(tài)的改變造成的路由改變,如果采用IS-IS或OSPF的路由發(fā)現(xiàn),由于該問題要靠Hello包的檢測,同時檢測一次還不行,還需要檢測幾次。一般情況下,從鏈路中斷到新路由選定需要幾秒到幾十秒的時間,這樣的問題發(fā)生在骨干網(wǎng)上將大大地影響實時多媒體業(yè)務(wù)的質(zhì)量,該問題主要通過使用MPLS的FRR能力加以保護。
另一個路由振蕩問題主要是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計不嚴(yán)謹(jǐn)造成的,對于出現(xiàn)大量的同值選路或大量的Route ReLookup或路由狀態(tài)更新振蕩的情況,防止問題的主要方案是在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時要求所有的流量的方向和選路都需要監(jiān)控者明確地加以檢查。
3.3 處理振蕩問題
振蕩是一個非常難于解決的問題,由于路由器原理的問題(相對于交換機來說),總有一些時間可能處于較忙的時間,這可能令到單臺路由器的延遲增加到100ms以上,這樣就會造成多媒體會議系統(tǒng)的質(zhì)量發(fā)生下降。產(chǎn)生這樣的情況有時候不見得是由于線路上流量過多造成的,有可能在20%~30%的帶寬下也會發(fā)生這樣的事情。這樣的問題主要是由于路由器的Buffer設(shè)置的問題造成的。改善的方案是將路由器的Buffer設(shè)置專門為會議系統(tǒng)這樣的情況進行優(yōu)化,不過有可能造成傳統(tǒng)IP業(yè)務(wù)的效率下降。最好的情況是采用兩個網(wǎng)絡(luò)分開進行服務(wù),這里有一個決策的問題。
3.4 網(wǎng)絡(luò)擁塞
除了振蕩,網(wǎng)絡(luò)擁塞對IP視頻會議業(yè)務(wù)也有著重大影響。因此我們在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)時,要防止網(wǎng)絡(luò)擁塞的產(chǎn)生。在部署擁塞管理時,使用以下幾個步驟:
?。?)測定WAN是否發(fā)生擁塞現(xiàn)象。
(2)根據(jù)所需要管理的通信的種類、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)計方案來決定目標(biāo)。在確定需要取得什么樣的結(jié)果的時候,考慮目標(biāo)是否位于幾條標(biāo)準(zhǔn)之中:
·能夠為所確定的所有通信類型建立一種公平的帶寬分配方式;
·對于從IP視頻業(yè)務(wù)發(fā)送出來的通信,都能夠指定嚴(yán)格的優(yōu)先級。這樣可能會傷害到同時也支持的、但不是緊急的通信業(yè)務(wù)的利益;
·能夠自定義帶寬分配,以便在所服務(wù)的所有的應(yīng)用之間共享網(wǎng)絡(luò)資源。每一個應(yīng)用都具有特定的、已經(jīng)確定好的帶寬需求。
?。?)用所選定的那種排隊策略配置接口,并且觀察所得到的結(jié)果。
4 IP視頻業(yè)務(wù)本身的QoS的實現(xiàn)
如何提高實時性,確保通信的QoS,是IP視頻會議的關(guān)鍵技術(shù)要求。在這一點上,基于H.323的視頻會議系統(tǒng)采用IETF提出的實時協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先,話音信號采用實時傳送協(xié)議RTP封裝傳輸。但是,RTP本身并不提供任何保證QoS的機制,要確保通信的實時性還需要IP網(wǎng)絡(luò)本身具有這方面的增強能力。
4. 1 RTP功能及設(shè)計思想
RTP協(xié)議為音頻、視頻等實時數(shù)據(jù)提供端到端的傳遞服務(wù),可以向接收端點傳送恢復(fù)實時信號必需的定時和順序的信息,并向收發(fā)雙方和網(wǎng)絡(luò)運營者提供QoS監(jiān)測的手段,降低對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。RTP可以大大減少你的帶寬占用。RTP還可以使視頻會議中容忍少量的丟包,以避免數(shù)據(jù)包重傳造成的時延。RTP實際包括兩個協(xié)議。
(1)RTP本身:用以傳送實時數(shù)據(jù)。其功能提供凈荷類型指示、數(shù)據(jù)分組序號、數(shù)據(jù)發(fā)送時戳和數(shù)據(jù)源標(biāo)識。
(2)RTCP:用以傳送實時信號傳遞的質(zhì)量參數(shù),提供QoS監(jiān)視機制;同時還可傳送會議通信中的參會者的信息,向沒有顯式的成員控制和呼叫建立的"松弛型"會議通信提供控制機制。
H.323協(xié)議利用RTCP的SR和RR包監(jiān)測QoS。
SR:主要用于多RTP流,如音頻和視頻之間的同步,和H.225.0密切相關(guān)。和流同步相關(guān)的字段是RTP時戳和NTP時戳。
RR:用戶監(jiān)測QoS指標(biāo),包括長時指標(biāo)和短時指標(biāo)。如果丟包率高于設(shè)定值,就應(yīng)降低媒體速率。如接收報告間隔超過設(shè)定值,則應(yīng)根據(jù)RR包中的丟失率字段判斷網(wǎng)絡(luò)是否嚴(yán)重阻塞,如是,應(yīng)降低媒體速率。如果連續(xù)3個接收報告的到達時延抖動值增加,發(fā)送端應(yīng)采取措施。
在H.245中也有測量往返時延的消息:"往返時延請求"和"往返時延響應(yīng)",該消息不含時間參數(shù),請求發(fā)送端根據(jù)兩個消息的收發(fā)時間差即得往返時延,該時延為傳播時延、接受端排隊時延和處理時延之總和。而RTCP中根據(jù)SR和RR消息計算得出的是單純的傳播時延,直接反映網(wǎng)絡(luò)傳送的QoS。因此,二者監(jiān)測的是不同物理量,相互之間并不沖突。
4. 2 證QoS具體手段
為了維持一定的服務(wù)質(zhì)量,當(dāng)監(jiān)測到QoS指標(biāo)下降時,H.323終端采取一定措施。實際上這些措施并不是保持原有的Qos,而按照一定順序依次減低各種媒體的質(zhì)量,使得在給定的帶寬和負(fù)荷條件下仍然能向用戶提供可接受的服務(wù)。首先考慮降低質(zhì)量的是視頻信號,然后依次是數(shù)據(jù)、音頻和控制信號。采取措施可分為兩類:短時響應(yīng)和長時響應(yīng)。前者旨在解決包短時丟失和時延增加的短期問題;后者用于網(wǎng)絡(luò)擁塞日益嚴(yán)重的情況。
(1)動態(tài)調(diào)整圖像帶寬
人們對圖像和語音的敏感程度是不一樣的,當(dāng)圖像碼流出現(xiàn)延遲、抖動時,解碼后圖像表現(xiàn)為誤碼、丟幀;當(dāng)語音碼流出現(xiàn)延遲、抖動時,解碼后聲音斷續(xù)。從人的感覺上對圖像的誤碼更寬容一些。
為提高QoS,可以利用RTP/RTCP報告,得到關(guān)于網(wǎng)絡(luò)狀況的信息,如丟包率、包抖動、延遲,根據(jù)這些信息動態(tài)調(diào)整圖像帶寬。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況不好時,可以通知編碼器,降低圖像帶寬,優(yōu)先保證聲音帶寬;當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀況好時,通知編碼器,提高圖像帶寬。
(2) 唇音同步
接收方:對于接收方語音和圖像的同步,終端收到語音、圖像數(shù)據(jù)之后,分別放到語音緩沖和圖像緩沖中,定時從語音緩沖中取出語音包解碼,如果取出的語音包時戳與圖像吻合,就把相應(yīng)的圖像包解碼。這樣做的好處是考慮語音的敏感性。
發(fā)送方:打時戳。發(fā)送方應(yīng)該給數(shù)據(jù)包打上時戳,一方面是數(shù)據(jù)包(RTP包)的時戳,另一方面是數(shù)據(jù)控制包(RTCP包)的時戳。
5 結(jié)論
據(jù)目前種種跡象表明,基于H.323的IP視頻會議系統(tǒng)將成為寬帶IP網(wǎng)的一種潛力很大的增值業(yè)務(wù)。而它的終極目標(biāo)是公眾運營化,使千家萬戶享受視頻服務(wù)。但IP視頻會議系統(tǒng)的公眾運營化,涉及到很多問題,服務(wù)質(zhì)量是實現(xiàn)IP視頻會議開展的關(guān)鍵,所以在IP視頻的系統(tǒng)設(shè)計中,要統(tǒng)一做好服務(wù)質(zhì)量的設(shè)計。由于IP視頻會議是一項新興的技術(shù),本身還處于發(fā)展中,很多技術(shù)有待于進一步的研究和探討。