如何提高寬帶視頻業務的QoS

[摘要]寬帶互連網的建設使視頻業務應用水平上升到一個新的層次,解決視頻業務的服務質量,為用戶提供差異化服務,保證業務的安全性越來越得到重視。

[關鍵詞]寬帶網絡視頻業務服務質量

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0820117-01

一、寬帶網絡對視頻業務的影響

目前寬帶互聯網上提供的視頻業務總體上可以分為兩大類:一類是以客戶/服務器模式提供內容服務的流媒體業務,例如:視頻點播、在線電影、IPTV等,另一類是以點到點或者點到多點的視頻通信為主的業務例如:即時通信、視頻會議、視頻監控、遠程醫療、遠程教育等。隨著視頻業務的迅速發展,視訊業務圖像質量向高清發展,多種新型的更高效率的編解碼技術應用于高清晰視頻通信系統,此時在圖像分辨率上可達到4CIF甚至更高如1280×720的圖像效果,幀率也可達到30幀/秒,同時占用系統帶寬較小。

二、寬帶網絡支持視頻業務策略

(一)服務質量保證。寬帶網絡上開展視頻業務,QOS的保障策略可從業務層面和網絡承載層面分別實施,或者兩者配合實施。業務層的網絡設備應該能夠對IP網絡的時延、抖動、包錯序、丟包等問題采取策略進行恢復和補償,可調整數據流量,以適應網絡帶寬的變化。主要包括下面幾個方面的內容:

1.動態調整圖像帶寬。為提高QOS,可以利用RTP/RTCP報告,得到關于網絡狀況的信息,如丟包率、包抖動、延遲,根據這些信息動態調整圖像帶寬。當網絡狀況不好時,可以通知編碼器,降低圖像帶寬,優先保證聲音帶寬;當網絡狀況好時,通知編碼器,提高圖像帶寬。

2.數據包排序和重復控制。對于視頻業務來說,數據包的丟失或延遲將導致視頻圖像的凍結或聲音的中斷。但由于數據的傳輸經過IP網絡要想避免數據包的次序混亂事實上是不可能的。所以需要在業務層可對數據包的次序進行糾正。當數據包到達時,將對其次序進行驗證無序的數據包(在一定的限度內)被退回,以維護發送給終端用戶的音頻和視頻流的連續性。所以可以考慮在業務層對數據包的重復進行糾正。重復的數據包將被清除,以維護發送給終端用戶的音頻和視頻流的連續性。

3.唇音同步和唇同步延遲調整。當音頻和視頻數據包離開發送端時,音頻數據包與對應的視頻數據包是同步的。但是,在經過IP網絡時,各種隊列算法會對音頻數據包和視頻數據包進行不同的處理。此時,可以通過使用數據包中的RTP時間郵戳信息來糾正這一問題。利用RTP時間郵戳,終端能夠確定哪一音頻數據包與哪一視頻數據包相配對。進一步重新對齊相應的數據包將保證聲音和口型的同步。

4.靜音壓縮。由于一個視頻會話中,在總通信時間中靜音時間占大約50%,因此,可選采用靜音壓縮技術,以在靜音期間減少傳送的比特數,從而節省了所需傳輸的總比特數。為了在語音間歇期間降低傳輸的比特率,采用了靜音檢測技術(VAD)和舒適噪聲產生技術(CNG)。由于檢測靜音段存在誤判和漏判,如果誤判比較多,會造成語音的剪切,損傷音質;如果漏判比較多,會降低節省帶寬的效果。因此,應當采取措施,盡量減少靜音的誤判和漏判。

5.采用p2P技術。對于互聯網上眾多計算機,P2P應用比其他應用要更多考慮那些低端PC的互聯它們不具備服務器那樣強的聯網能力,同時對于以往的P2P應用技術,現在的硬件環境已經更為復雜,這樣在通信基礎方面P2P必須提供在現有硬件邏輯和底層通信協議上的端到端定位(尋址)和握手技術建立穩定的連接。涉及的技術有IP地址解析、NAT路由及防火墻。

(二)QOS。IP網絡承載層對端到端通信的網絡延遲、延時抖動、丟包率指標要限定在一定范圍。承載網絡應能夠采取一定的策略保障QOS,在網絡承載層主要包括下面幾個方面的內容:

1.承載網絡的Qos。網絡承載層對視頻業務的控制分為骨干網和城域網兩個層面的控制。對于骨干網來說,都是以鏈路輕載方式為主、以快速路由收斂、區分服務(DiffServ)和快速重路由(FRR)等技術為輔實現QOS保證,鏈路帶寬利用率為25-50%故障情況下為50-100%。城域網通過合理規劃網絡結構、配置網絡帶寬,保持網絡穩定性,提供基本的QOS保證。服務質量控制分為核心層、匯聚層、接入層三個層面的控制,城域核心層和匯聚層采取以DiffServ為主的QoS技術(業務分類、標記、流量控制、隊列調度等機制)提供QOS保證。目前的LAN switch、DSLAM、路由器都具備了按優先級標識排隊(WFQ)、按優先級實現包丟棄(WRED)等能力在城域網的骨干層實現區分業務比較容易。

2.采用RSVP協議。RSVP是Internet綜合服務(IIS)模型的一部分。RSVP(ResourceReservationProtocol,資源預留協議)定義了一組通信規則,它允許為視頻及其他高帶寬消息的組播傳送預留信道或路徑。它保證了盡最大努力的服務、實時服務、以及受控的鏈路共享。

3.優先級設置。在標準的IP包頭中有一個字節,稱之為服務類型字節。該字節被分成兩部分:三位用于IP優先權,四位用于服務類型。一位保留給將來使用。IP優先權和服務類型都是對IP網絡上的數據流區分優先次序的機制。對給定的應用,可以使用兩種標志之一,但不是兩者都用。利用該字節的IP優先權部分可對音頻、視頻和RTCP(MultiCast)數據流區分優先次序。

(三)提供差異化服務。IP網絡上的所有業務平臺都進行統一管理包括視頻業務和其他寬帶業務。IP網絡的服務質量由策略控制服務器進行統一控制。當用戶使用業務時,由業務層的相關業務平臺下發對此次服務的網絡性能要求策略服務器將請求映射為對承載網的調用,承載網的設備實現相關操作,保證此次服務的服務質量。這樣在提供差異化服務的同時保證了業務的服務質量。

(四)安全性。1.網絡安全性。平臺服務器設備設置操作系統軟件防火墻,針對協議和端口進行包過濾,只開放少數服務響應和設備維護端口。另外可根據需要在中心平臺外添加硬件防火墻來進一步提高平臺系統安全性。2.系統安全。視頻業務系統的中心平臺服務器的系統軟件均要求安全性高的操作系統,杜絕從操作系統后門攻擊的危險,同時減少被病毒侵襲的幾率。對于客戶資料,費用資料等重要數據建議采用可靠的存儲方案,采用一定的冗余備份方案保證數據安全性。3.客戶端安全。視頻業務系統應該采用完善的多重密碼權限認證體系,通過客戶端專用軟件,在中心平臺進行權限集中認證管理,驗證用戶的合法性,杜絕非授權用戶訪問防止非法使用和操作。

三、結束語

隨著寬帶互聯網的迅猛發展,視頻業務的大眾化,應用個性化的發展,視頻業務也將得到更快的發展。寬帶互連網的建設使視頻業務應用水平上升到一個新的層次,解決視頻業務的服務質量,為用戶提供差異化服務,保證業務的安全性越來越得到重視。

作者簡介:

張新慧(1977-),女,廣東河源市人,研究方向:通信。