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QoS護(hù)航視頻會(huì)議

2004/12/30

　　與專線網(wǎng)絡(luò)有所不同，普通互聯(lián)網(wǎng)線路由于其網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量難以保障，帶寬波動(dòng)頻繁，所以基于互聯(lián)網(wǎng)線路的視頻會(huì)議會(huì)頻繁出現(xiàn)畫面延遲、定格和聲音抖動(dòng)，嚴(yán)重影響正常應(yīng)用。

　　那么，如何在互聯(lián)網(wǎng)上保證視頻會(huì)議的傳輸質(zhì)量呢？IP QoS是手段之一。

　　誰在影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量？

　　在視頻會(huì)議應(yīng)用中，來自網(wǎng)絡(luò)本身可能影響應(yīng)用表現(xiàn)的因素有四類。

　　首先是網(wǎng)絡(luò)帶寬，即每秒網(wǎng)絡(luò)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。帶寬對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的影響顯而易見，帶寬越寬，當(dāng)然可以允許更多的數(shù)據(jù)傳輸，從而提供更好的音視頻QoS。然而，盡管國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)帶寬近年已經(jīng)得到很大改善，但事實(shí)上各種寬帶的服務(wù)質(zhì)量卻嚴(yán)重參差不齊，很多時(shí)候用戶即使有較高的帶寬，但由于技術(shù)不完善或其他原因還經(jīng)常存在較高的網(wǎng)絡(luò)丟包率和較大的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，這些都會(huì)給用戶的實(shí)際使用帶來嚴(yán)重的影響。

　　其次是網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)傳輸能力，傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)只提供“盡力而為”的數(shù)據(jù)傳輸能力。隨著網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)數(shù)量的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求將超過網(wǎng)絡(luò)提供的能力，從而造成傳輸時(shí)延（抖動(dòng)）、引起分組丟失，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)大塞車（網(wǎng)絡(luò)擁塞）。網(wǎng)絡(luò)擁塞對(duì)一些Internet應(yīng)用如電子郵件、文件傳輸和Web應(yīng)用一般不會(huì)造成太大影響，但傳輸時(shí)延哪怕超過一秒，那么對(duì)于視頻會(huì)議的音視頻傳輸就會(huì)是致命的。這就必須要求視頻編解碼和傳輸系統(tǒng)能夠克服信道的高誤碼率、包丟失率以提供音視頻質(zhì)量保證。

　　再者是網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列，網(wǎng)絡(luò)中存在很多的路由器、網(wǎng)關(guān)等節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)采用排隊(duì)機(jī)制決定數(shù)據(jù)發(fā)放的順序。如果在瞬間某節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)排隊(duì)較長(zhǎng)，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)采取丟棄數(shù)據(jù)包的方式保證節(jié)點(diǎn)的正常工作。即使沒有被丟棄，經(jīng)過較長(zhǎng)的排隊(duì)之后，這些數(shù)據(jù)包往往要花很長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)目的地，由此就產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)以及延時(shí)抖動(dòng)。

　　最后是Internet視頻會(huì)議所選擇的音視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)傳輸層的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議主要是傳輸控制協(xié)議TCP協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP協(xié)議）。因?yàn)楸旧淼奶匦�，TCP協(xié)議不適合使用在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中。因此，實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的開發(fā)者都使用UDP協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)包。但由于UDP沒有任何擁塞避免控制算法，因而會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成大危害。這樣，UDP的廣泛使用就會(huì)如同互聯(lián)網(wǎng)上的一匹脫韁野馬，很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)過載和高丟包率，還會(huì)大量侵占帶寬。

　　QoS守護(hù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，簡(jiǎn)稱QoS）是網(wǎng)絡(luò)與用戶之間以及網(wǎng)絡(luò)上互相通信的用戶之間關(guān)于信息傳輸質(zhì)量的約定，其包含了傳輸延遲允許時(shí)間、最小傳輸畫面失真度以及聲像同步等因素。目前而言，在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)條件下的QoS需要解決四類問題：

　　首先是進(jìn)行QoS分類與定義。對(duì)QoS進(jìn)行分類和定義的目的是使網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同類型的QoS進(jìn)行管理和分配資源。例如，給實(shí)時(shí)服務(wù)分配較大的帶寬和較多的CPU處理時(shí)間等，另一方面，對(duì)QoS進(jìn)行分類定義也方便用戶根據(jù)不同的應(yīng)用提出QoS需求。

　　其次是實(shí)施準(zhǔn)入控制和協(xié)商管理。即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中資源的使用情況，允許用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多媒體信息傳輸并協(xié)商其QoS。

　　再者是做到資源預(yù)約。為了給用戶提供滿意的QoS，必須對(duì)端系統(tǒng)、路由器以及傳輸帶寬等相應(yīng)的資源進(jìn)行預(yù)約，以確保這些資源不被其他應(yīng)用所強(qiáng)用。

　　最后一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度與管理，對(duì)可使用的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行預(yù)約之后，是否能得到這些資源，還依賴于相應(yīng)的資源調(diào)度與管理系統(tǒng)。

　　如今，IP網(wǎng)絡(luò)如何提供QoS支持這一問題現(xiàn)已成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于由QoS控制來實(shí)現(xiàn)QoS保證，許多國際組織和團(tuán)體各自都提出了完整的控制機(jī)制和策略。例如，ISO/OSI提出了基于ODP分布式環(huán)境的QoS控制，但至今仍停留在用戶層的QoS參數(shù)說明和接口階段，具體的QoS控制策略并未提出。

　　ATM論壇也提出了QoS的控制策略和實(shí)現(xiàn)方法，一種“連接預(yù)定”（connection and reservation）的控制思想，其核心內(nèi)容是在服務(wù)建立之前，通過接納控制和資源預(yù)留來提供服務(wù)所需的QoS保證，而在服務(wù)交互的過程中，用戶進(jìn)程和網(wǎng)絡(luò)需要嚴(yán)格按照約定的QoS實(shí)現(xiàn)服務(wù)保證。

　　同樣，IETF組織也提出了一系列服務(wù)模型和機(jī)制來滿足用戶對(duì)QoS的需求。其中比較典型的有RFC2115、RFC2117，以及早在1998、1999年就曾提出的綜合業(yè)務(wù)模型（Int-Serv）、差分業(yè)務(wù)模型(differentiated services)、多協(xié)議標(biāo)簽MPLS技術(shù)(Multi-Protocol Label Switching)、流量工程(traffic engineering)和QoS路由(QoS-based routing)等理念，均可用于解決Internet網(wǎng)絡(luò)的控制和管理。

　　當(dāng)前，業(yè)界多數(shù)視訊廠商都可以為用戶提供完善的QoS保障方案，以華緯訊電信公司的視頻會(huì)議應(yīng)用為例，其視頻會(huì)議產(chǎn)品應(yīng)用在基于Internet公網(wǎng)的北京、上海、哈爾濱等多點(diǎn)間傳送高清晰高保真的音視頻數(shù)據(jù)。由于Internet網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性與抖動(dòng)等因素，經(jīng)常導(dǎo)致會(huì)議的音視頻效果無法正常實(shí)現(xiàn)。通過技術(shù)人員的反復(fù)調(diào)研，決定采用QoS保障機(jī)制。在會(huì)議召開時(shí)，會(huì)自動(dòng)的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)議所產(chǎn)生的音視頻數(shù)據(jù)包，而當(dāng)會(huì)議尚未召開時(shí)，QoS策略機(jī)制則不會(huì)啟動(dòng)，以優(yōu)先實(shí)施用戶其他日常的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

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