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基于H.323协议的IP视频会议质量技术

菜鸟
2002-12-10 22:27:00    评分
王建波 (北京市电信规划设计院,北京 100044)   摘要:近年来,基于H.323的IP视频会议系统得到了很大的发展,已经具备了公众运营的条件,而实现这一条件,服务质量是关键。本文从两个层面:网络层面和业务层面给出了IP视频会议的服务质量技术。   关键词:H.323;IP视频会议;Qos   1 引言   2001年,国内各大运营商把目光投向IP视频会议系统的建设。由于H.323协议本身的不成熟,这给IP视频会议的公众运营带来一定的困难。IP视频会议的公众运营化,必须解决用户管理、业务管理、计费管理和视频交换的互操作性等问题。由于Internet是一个无连接网络,只提供一种承载业务-尽力传送(best effort)业务。也就是说,网络并不保证向应用数据流提供所需的带宽,也不保证数据流的传送时延和丢失率等质量指标。对于数据业务等非实时业务,尽力传送能够满足要求,但是对于音频或视频等实时通信应用,网络必须能支持具有一定QoS的端到端承载业务。如何提高实时性能,确保通信的QoS,是IP视频系统的关键技术要求,也是一个技术难点。在IP视频会议中,QoS的策略可分为两个层面来实现:网络层面和业务层面。本文从这两个层面出发分析了IP承载网适合用于视频会议的QoS策略和H.323协议本身的QoS实现,提出了IP视频会议的QoS的实现技术。   2 确保视频系统QoS的方法   Internet上确保IP视频系统QoS有两种方法。   2.1 超量工程法(overengineering)   即在网络规划时预留足够的带宽,使得任何时候都能获得可接受的QoS。这种方法十分简单,不需要资源预留协议和接纳控制功能,但是要求部署足够多的路由器和高速链路,保证即使在忙时网络资源也有足够的余量。它可用于网络资源便宜、同时网络最大业务量又可以预测的情况。   2.2综合服务Internet方法   由IETF综合服务(IntServ)工作组定义。它需定义呼叫接纳控制功能资源预留协议,如RSVP。利用RSVP消息,端点应用程序可以提出数据传送全程必须保留的网络资源(如带宽、缓冲区大小等),同时也确定了沿途各路由器的传输调度策略,藉此,可以对每个数据流的QoS依次进行控制。   3 网络设计上对QoS的保证   3.1 网络结构   城域IP网络通常由核心层、汇接层和接入层组成,汇接层的各节点通过高速链路连接到核心层。在城域IP网中,在路由器连接上考虑路由跳数,保证网络任意两个节点间通信路由跳数最多为4跳,配置高性能路由器,根据经验值,在采用光传输的情况下,一个数据包经过一跳其延迟一般为10ms,该值不由线路的长度和路由器的性能所决定(对于7500以上的路由器),所以数据包在骨干网中的正常延时大概在50ms左右。从这个角度考虑,延时问题不是影响IP视频业务质量的主要问题。   3.2 路由振荡问题   路由振荡原因分为两个方面。   一个是由于链路状态的改变造成的路由改变,如果采用IS-IS或OSPF的路由发现,由于该问题要靠Hello包的检测,同时检测一次还不行,还需要检测几次。一般情况下,从链路中断到新路由选定需要几秒到几十秒的时间,这样的问题发生在骨干网上将大大地影响实时多媒体业务的质量,该问题主要通过使用MPLS的FRR能力加以保护。另一个路由振荡问题主要是网络设计不严谨造成的,对于出现大量的同值选路或大量的Route ReLookup或路由状态更新振荡的情况,防止问题的主要方案是在设计网络时要求所有的流量的方向和选路都需要监控者明确地加以检查。   3.3 处理振荡问题   振荡是一个非常难于解决的问题,由于路由器原理的问题(相对于交换机来说),总有一些时间可能处于较忙的时间,这可能令到单台路由器的延迟增加到100ms以上,这样就会造成多媒体会议系统的质量发生下降。产生这样的情况有时候不见得是由于线路上流量过多造成的,有可能在20%~30%的带宽下也会发生这样的事情。这样的问题主要是由于路由器的Buffer设置的问题造成的。改善的方案是将路由器的Buffer设置专门为会议系统这样的情况进行优化,不过有可能造成传统IP业务的效率下降。最好的情况是采用两个网络分开进行服务,这里有一个决策的问题。   3.4 网络拥塞    除了振荡,网络拥塞对IP视频会议业务也有着重大影响。因此我们在设计网络时,要防止网络拥塞的产生。在部署拥塞管理时,使用以下几个步骤:   (1)测定WAN是否发生拥塞现象。   (2)根据所需要管理的通信的种类、网络的拓扑结构及设计方案来决定目标。在确定需要取得什么样的结果的时候,考虑目标是否位于几条标准之中:   ·能够为所确定的所有通信类型建立一种公平的带宽分配方式;   ·对于从IP视频业务发送出来的通信,都能够指定严格的优先级。这样可能会伤害到同时也支持的、但不是紧急的通信业务的利益;   ·能够自定义带宽分配,以便在所服务的所有的应用之间共享网络资源。每一个应用都具有特定的、已经确定好的带宽需求。   (3)用所选定的那种排队策略配置接口,并且观察所得到的结果。   4 IP视频业务本身的QoS的实现   如何提高实时性,确保通信的QoS,是IP视频会议的关键技术要求。在这一点上,基于H.323的视频会议系统采用IETF提出的实时协议和网络技术。首先,话音信号采用实时传送协议RTP封装传输。但是,RTP本身并不提供任何保证QoS的机制,要确保通信的实时性还需要IP网络本身具有这方面的增强能力。   4. 1 RTP功能及设计思想   RTP协议为音频、视频等实时数据提供端到端的传递服务,可以向接收端点传送恢复实时信号必需的定时和顺序的信息,并向收发双方和网络运营者提供QoS监测的手段,降低对网络带宽的需求。RTP可以大大减少你的带宽占用。RTP还可以使视频会议中容忍少量的丢包,以避免数据包重传造成的时延。RTP实际包括两个协议。   (1)RTP本身:用以传送实时数据。其功能提供净荷类型指示、数据分组序号、数据发送时戳和数据源标识。   (2)RTCP:用以传送实时信号传递的质量参数,提供QoS监视机制;同时还可传送会议通信中的参会者的信息,向没有显式的成员控制和呼叫建立的"松弛型"会议通信提供控制机制。   H.323协议利用RTCP的SR和RR包监测QoS。   SR:主要用于多RTP流,如音频和视频之间的同步,和H.225.0密切相关。和流同步相关的字段是RTP时戳和NTP时戳。   RR:用户监测QoS指标,包括长时指标和短时指标。如果丢包率高于设定值,就应降低媒体速率。如接收报告间隔超过设定值,则应根据RR包中的丢失率字段判断网络是否严重阻塞,如是,应降低媒体速率。如果连续3个接收报告的到达时延抖动值增加,发送端应采取措施。   在H.245中也有测量往返时延的消息:"往返时延请求"和"往返时延响应",该消息不含时间参数,请求发送端根据两个消息的收发时间差即得往返时延,该时延为传播时延、接受端排队时延和处理时延之总和。而RTCP中根据SR和RR消息计算得出的是单纯的传播时延,直接反映网络传送的QoS。因此,二者监测的是不同物理量,相互之间并不冲突。   4. 2 证QoS具体手段   为了维持一定的服务质量,当监测到QoS指标下降时,H.323终端采取一定措施。实际上这些措施并不是保持原有的Qos,而按照一定顺序依次减低各种媒体的质量,使得在给定的带宽和负荷条件下仍然能向用户提供可接受的服务。首先考虑降低质量的是视频信号,然后依次是数据、音频和控制信号。采取措施可分为两类:短时响应和长时响应。前者旨在解决包短时丢失和时延增加的短期问题;后者用于网络拥塞日益严重的情况。   (1)动态调整图像带宽   人们对图像和语音的敏感程度是不一样的,当图像码流出现延迟、抖动时,解码后图像表现为误码、丢帧;当语音码流出现延迟、抖动时,解码后声音断续。从人的感觉上对图像的误码更宽容一些。为提高QoS,可以利用RTP/RTCP报告,得到关于网络状况的信息,如丢包率、包抖动、延迟,根据这些信息动态调整图像带宽。当网络状况不好时,可以通知编码器,降低图像带宽,优先保证声音带宽;当网络状况好时,通知编码器,提高图像带宽。   (2) 唇音同步   接收方:对于接收方语音和图像的同步,终端收到语音、图像数据之后,分别放到语音缓冲和图像缓冲中,定时从语音缓冲中取出语音包解码,如果取出的语音包时戳与图像吻合,就把相应的图像包解码。这样做的好处是考虑语音的敏感性。   发送方:打时戳。发送方应该给数据包打上时戳,一方面是数据包(RTP包)的时戳,另一方面是数据控制包(RTCP包)的时戳。   5 结论   据目前种种迹象表明,基于H.323的IP视频会议系统将成为宽带IP网的一种潜力很大的增值业务。而它的终极目标是公众运营化,使千家万户享受视频服务。但IP视频会议系统的公众运营化,涉及到很多问题,服务质量是实现IP视频会议开展的关键,所以在IP视频的系统设计中,要统一做好服务质量的设计。由于IP视频会议是一项新兴的技术,本身还处于发展中,很多技术有待于进一步的研究和探讨。 摘自《电信建设》2002.5



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