MSTP傳輸2M鏈路時延差異造成視頻會議故障的探析

焦力

【摘要】 本文通過對高清視頻會議系統故障分析，闡述了視頻會議系統圖像幀格式及使用專業軟件進行分析處理數據包亂序的排查步驟，MSTP專網傳輸視頻會議2M通道的配置方法，為今后視頻會議系統專網通道的建設和應用提出了建議。

【關鍵字】 高清視頻會議 MSTP 故障

引言

高清視頻會議系統是承載在數據網絡上集聲音，圖像，文本（雙流）一體的圖像通信系統，它可以使位于不同區域客戶隨時隨地集中在一起進行實時的雙向信息交流，節省了時間，，促進了溝通和交流，降低了辦公成本和費用，在電力系統行政辦公生產“上情下達，下情上達”，應急指揮，遠程教育培訓等方面發揮了巨大的作用。

一、電力系統視頻會議使用現狀

電力高清視頻會議系統經過多年建設，經歷了標清，高清格式的升級轉換，目前已形成了網，省，地三級架構，會議常用形式為通過MCU級聯視頻會議終端入會，由于應急指揮中心使用和會議保障要求不斷提高，為了達到在單一設備故障時仍能保障會議正常開展的“N-1”要求，目前各會場的配置均由主，備兩套終端互為熱備份運行。各地級市會議承載網絡各有不同，主要有以下兩種：1.承載在電力SDH光傳輸網MSTP平臺的專用網絡通道，特點為：固定帶寬，物理上與其它業務實現隔離，無需進行復雜的網絡IP地址規劃；2.承載在電力綜合數據網上，通過MPLS/VPN技術與其它辦公生產業務實現隔離，可使用RSVP協議保障業務帶寬，需進行較復雜的IP地址規劃。目前運用較多的為第一種方式，即承載在MSTP專網上，如下圖1所示。

二、運行中發現的故障及分析解決方法

在視頻會議系統運行中，由于承載在數據網絡上，網絡信號的傳輸質量對系統影響很大，通常會反映在視頻會議系統召開會議期間不定期會出現圖像花屏或嚴重時個別會場圖像停頓的現象。

2.1故障表象

11月XX分公司反映出現圖像花屏或嚴重時個別會場圖像停頓的現象，經16日，17日，18日3天在XX市局呼叫各下屬終端與會，通過觀察主會場圖像并實時抓包監測，僅在17日下午16：時左右開始在市局主會場發現IP-10.193.51.194節點出現類似故障。此時在終端上查看不到相應的丟包信息，但是在實時抓包解碼時發現該節點發往市局MCU的RTP碼流中存在嚴重的錯序現象。

經了解，該局之前使用2M帶寬傳輸視頻圖像時，并未出現花屏情況，后來為實現會議終端設備“1+1”保護，新增了一臺備用HDX8000會議終端，隨之將帶寬升級為4M，根據工程經驗的統計初步認為捆綁多個E1鏈路的模式下傳輸視頻流時其發生數據包亂序的問題是影響視頻質量的重要因素。

2.2故障初步分析

包亂序是廣域網傳輸中常見的現象，如各路徑的傳輸時延不同導致數據包抵達終點時發生亂序；或者數據封包較小、重新分割等在網絡流量較大時也會產生亂序；另外協議轉換器對多鏈路的捆綁處理過程也有可能造成包的亂序。

2.3運用網絡分析軟件進行故障定位

視頻會議中媒體流承載在基于UDP之上的RTP通道進行傳輸，不過RTP并不提供有效的機制來保證數據包準確投遞，一旦傳輸網絡出現異常就有可能導致對端收到的數據產生丟包、亂序、延時等現象，當網絡質量不能滿足規定時，則接收端不能解碼還原出良好的音、視，甚至出現聲音停頓或畫面花屏、停頓等現象。通過專業軟件監測的統計數據看出，XX市局的MCU 與各下屬單位的終端之通訊正常，其封包的大小符合正常的分布情況：

17日下午16：00左右開始XX局本地會場觀測到來自10.193.51.204會場的圖像開始出現畫面凝固或馬賽克現象，同時在MCU側鏡像抓包可以實時統計到大量的RTP 亂序數據包。

在測試的過程中，將IP-10.193.51.204站點掛斷，則RTP錯序現象消失。重新呼叫入會后則RTP錯序再次發生。

2.4實驗室測試驗證

經實驗室長時間在100M 以太的環境下測試客戶的MCU以及相關終端，并未發現以上故障情況。

通過實驗室搭建相應的廣域網環境模擬數據包亂序，配套與客戶相應的MCU RMX1000以及終端HDX8000的軟、硬版本，會議的等參數與客戶日常開會模板（1080P/2560kbps）。

經多次測試，當傳輸鏈路帶寬最高為4M且鏈路以小于3%（錯序位移1-40）的數據包亂序時可重復客戶現場發生的故障功現象，同時終端無丟包統計報告數據。如果錯序位移幅度變小（如1-5）則錯序的百分比將在10%以上時方會出現畫面花屏或凝固現象。

2.5圖像故障原理分析

通常視訊媒體流中的視頻圖像是由I幀、P幀、B幀這幾種不同類型的視頻幀組合而成。其中最重要的是I幀，它是關鍵幀， I幀包含了一副圖像的完整信息，其數據量很大，一般只在視訊視頻流信道初始化時或場景發生變更時發送（終端剛加入會議、MCU切換廣播不同的會場）。

P幀以I幀的點陣描述編碼為基礎進行圖像變化部分的編碼，這種維持畫面變化做更新用的的幀其數據量較I幀小，因此在會議中常見的是傳送P幀。

當通過MCU召開多方會議時，如果會議中有的終端接收I幀數據時發生丟包或者其數據包在規定的時間后延遲到達而被拋棄，這些終端就會向MCU產生I幀請求，倘MCU無響應，則這些丟包終端由于沒有完整的I幀作為參考幀，就可能無法解碼或者出現花屏。

此外，如果MCU頻繁的響應I幀請求，則勢必會要發送大量的I幀數據，由于MCU發送的的I幀是廣播給所有與會終端的，因此無論是丟包、RTP亂序、甚至是正常接收的終端都會出現圖像更新的狀態，當更新較慢或再次丟包或亂序時則可能出現停頓現象。

2.6 E1線路捆綁亂序的成因分析

MSTP多業務傳輸平臺在進行多E1鏈路捆綁時將數據包在以太網板的VCTRUNK口對每個數據包重新分割成若干適合E1傳輸的64字節的小包在各個E1鏈路上負載分擔，如果各E1鏈路的傳輸路徑不同，時延差異較大時則會導致分配在不同鏈路上的數據包最終抵達對端的時序紊亂，則有可能導致數據重組錯誤和告警，此外遠端的協議轉換器有可能會因性能的原因在高帶寬呼叫產生較大流量時其保序性能下降而導致錯序，故此兩端局域網內的RMX或HDX設備所接收到的數據包同樣也會亂序。

視頻會議的實時性要求設備在收到碼流的時候需要立即進行解碼處理，而網絡中的亂序可能導致部分數據包無法按時到達設備（對視頻、語音應用而言在后續收到這些延時到達的包后將其拋棄）這樣就導致系統在解碼過程中出現丟包從而出現會議過程視頻停頓的問題。

通過分析發現，該局之前使用2M帶寬傳輸視頻圖像時，一切正常，在將帶寬升級為4M工作完成后，新增的2M與原使用的2M在傳輸路徑上并不相同，因此2M時延不同，當視頻信號在傳輸MSTP平臺傳輸時，可能會有網絡亂序現象產生。

2.7采取措施及成效

在MSTP傳輸網管上重新安排，使新增的2M與原使用的2M傳輸路徑相一致，繼續調試，發現誤碼消失，會議畫面恢復正常。

三、結 語

會議電視系統畫面花屏或凝固現象與IP鏈路的數據包錯誤有直接關系，決大多數故障都是網絡傳輸性能差造成的RTP包誤碼，丟包，亂序所致，如有可能在業務投運前應通過專用的測試儀器測試捆綁后的鏈路的誤碼以及其在滿負載的情況下是否亂序。

使用MSTP光傳輸設備以太網通道傳輸視頻信號時為了減少承載2M之間的時延差異，應采取以下措施：

1.將承載同一信號的多個2M傳輸路徑安排為一致 。

2.承載的多個2M在始端和末端最好安排在相鄰順序--即同一級別的虛容器內，減少指針處理的時間差。

參 考 文 獻

[1]譚鵑，駱永春。會議電視系統及應用 人民郵電出版社，2012，3

[2]OPTIX T2000 操作手冊（SDH）—華為技術有限公司