多媒体信息实时传输Qos的研究

多媒体信息实时传输Qos的研究

古金海

（中国移动通信集团广东有限公司茂名分公司）

摘要：随着网络技术和应用的飞速发展,互联网的接入形式以及网络应用日益呈现出复杂、异构和泛在等特点,当前的网络已经暴露出诸多不足,在很多方面无法满足用户对服务质量(QoS)的要求.当前互联网的QoS体系结构及相关技术已经不能适应新一代网络应用的进一步发展.文章着眼于未来互联网的发展方向,从网络QoS体系结构、实时QoS保证、融合QoP的QoS控制以及QoS性能评价理论等几个方面论述新一代网络QoS面临的挑战和解决思路,探讨了新一代网络QoS的发展方向。

关键词：服务质量(QoS)；管理策略(QoS)；

随着多媒体技术与网络通信技术的飞速发展,多媒体通信技术得到了广泛的应用。在一个分布式系统中传输的是包含数值、文本、图形、图像、视频、音频等多种数据类型的媒体信息。多媒体通信的主要特点是实时性要求高、数据量大，尽管数字通信网络的带宽在不断地增大,但对于多媒体通信仍不能满足要求。同时还要考虑媒体的同步、传输的延迟。差错处理也是远程多媒体通信必须考虑的问题,不同的数据类型传输其QoS特性各不相同,人们给出了QoS基本定义及各类媒体数据相应的QoS参数,这些参数在很大程度上决定了多媒体数据的传输方式。

在一个大型的网络系统(如Internet)中,没有也不可能有一个专门的节点来实现对整个网络资源的控制,这样用户在建立一个多媒体通信连接时。无法了解网络系统的实际资源利用情况,只能根据当时可利用的系统资源确定服务质量。因此早期在实现一个分布式多媒体系统时,多媒体通信的服务质量在建立通信连接之前就己确定,通信过程中不允许改变。随着多媒体通信业务的日益增长,这种静态的QoS控制策略产生了两方面的问题:一是,在多媒体通信连接建立阶段，受当时可利用的系统资源的限制,用户只能选用较低的服务质量,在通信过程中,当系统资源增加时,服务质量不能按照用户的最初要求而提高;二是,当通信中系统资源减少时,服务质量不能综合向下调整而导致整体的大幅度下降,这两个问题都极大地影响了分布式多媒体系统的应用。于是,基于动态QoS控制成为近年来分布式多媒体系统研究的一个热点问题。本文在分析传统的静态Qos控制模型及当前国外对QoS研究的基础上,提出了一个QOS的动态控制模型,并给出了基于该模型的QoS动态调整算法。

1.QoS性能指标与功能

QoS是可以通过若干性能指标来度量的，通过度量QoS来反映网络对不同级别的流量或应用给予不同级别服务的能力。常用的性能度量指标有[3,4]：

带宽Bandwidth。用户对网络传输速度的要求，通常对保证服务有要求的连接会有一定的带宽要求，并希望网络专门为其分配最小带宽；

延迟Delay。也称为时延，指两个参照点之间发送和接收数据包的时间间隔；

延迟抖动DelayJitter。指在同一条路由上发送的一组数据流中数据包之间的时间差异；

丢包率LossRate。在网络中传输数据包时丢弃数据包的最高比率。数据包丢失一般是由网络拥塞时丢弃分组引起的；

吞吐量Throughput。在不丢包的情况下，被测对象所能到达的最大传输速度，可用平均速率或峰值速率表示。

QoS的基本功能包括以下4个方面：

（1）准入控制AdmissionControl，允许或拒绝流量或应用对网络资源的使用，确保网络资源不被超额占用；

（2）拥塞管理CongestionManagement，处理网络拥塞，对拥塞网络的流量采取各种处理措施；

（3）拥塞回避CongestionAvoidance，主要用于防止拥塞。它与拥塞管理不同，在拥塞发生前就采取措施来尝试和避免拥塞状态；

（4）监视和流量整形TrafficShaping/Policing，监视技术利用标记桶来严格限制发送速率，流量整形(TS)技术以更成熟的方式工作，如一般流量整形(GTS)和帧中继流量整形(FRTS)。

2.实时多媒体体信息的QoS分类(Classification)

如何对多媒体网络系统中的不同的信息源在进行正确的区分服务,把多媒体网络系统的音频和视频信息划分为不同的类别,从而对网络资源进行有效配置,是实现实时多媒体网络系统的服务质量QoS的关键步骤。

EF(ExpeditedForwarding)PHB这种方式不用考虑其它流量是否分享其链路,适用于低时延、低丢失、低抖动、确保带宽的优先业务(如虚租用线路,VoIP、IP上的电路仿真等);DSCP值为101110。

由于在视频会议和的交互式游戏等多媒体业务应用中,对抖动要求不高,但对时延要求严格,且视频信号中的声音部分进行优先处理不能提高视频会议的服务质量QoS,因此在对实时多媒体网络系统的进行区分服务时,把视频会议图像和声音信号都划分为AF41(DSCP值为100010)。AF2对时延和时延抖动要求都不高,但对丢包率有一定控制,如音频流、视频流、计费视频、Webcams等流媒体业务。DSCP值为010110。

AF1最后一个分类是没有QoS保证的业务,可以具有所有流的特征。QoS性能参数低于EF类型;CS(ClassSelector)PHB是从IPTOS字段演变而来,共8类;BEPHB是CS中特殊一类,没有任何保证,AF类超限后可以降级为BE(000000)类,现有IP网络流量也都默认为此类。表1列出了实时多媒体网络系统不同信号种类的区分服务。

流媒体视频信号和视频会议被划分为不同种类的服务及不同级别的优先服务水平,流媒体视频信号由于具有较好的缓冲服务以及处理延迟和抖动的能力,因此,流媒体与视频会议相比需较低的区分服务和低级别的优先服务水平。另外,对实时多媒体的信息进行区分服务尽可能在靠近信号源的地方进行,最好产生多媒体信息仪器本身H.323终端,比如VCON,PictureTel和Polycom生产的设备输出的多媒体信号已经进行了区分服务和不同级别的优先服务水平的标识。假如H.323终端不能做任何标识,可在下列部位进行区分服务和不同级别的优先服务水平的标识,在第三层的交换机端口,IOS路由器和H.323关守及代理服务器(Gatekeeper/proxy)。VideoconferenceAF41(100010)视频会议。

表1实时多媒体网络系统不同信号种类的区分服务

QOS控制在多媒体实时传输中的作用

多媒体实时传输因其交互性、实际性、突发性、数据量大的特点对网络提出了很高的服务要求、主要影响到以下几个方面；

端到端的时间延迟；在IP网卜，各种信息是以数据包形式传输的。多媒体实时数据从采集端到接收端会产生一定的时问延迟。包括数据打包延迟、网络延迟(由传输延迟和存储与转发延迟构成)和接收缓冲延迟。多媒体实时传输要求端到端的时间延迟尽可能小,否则将会造成声音和图像质量的降，延迟过长甚至会造成接收端解码器的死锁。

延抖动；数据包以相同的优先级在网上传输，当网络负荷发生变化时，各次传输的延迟时间是不同的即产生了时延抖动问题。多媒体实时传输要求时间抖动控制在一定范围内,如果超过这个范围.将造成因信息传送不同步产生的噪音和图像失真。

据包丢失；由于网络拥塞和其他原因，可能造成数据包的丢失。多媒体实时传输要求较低的包丢失，,如MP(E;格式的视频流数据包，当丢失关键帧的数据包信息后，很可能会造成解码停滞甚至出现死机现象。

TCP/IP协议lntcrnet网上的主要协议，它提供所谓的尽力服务仁(Best一Cffort)。当用户提出过高的服务请求时,网络是不会拒绝的,但是服务质量要依据当时网络的状况而定，报文的丢失率、出错率和延时是不能保证的。这样往往会严重影响到实时多媒体系统的运行效果,而且容易造成网络的拥塞。尽管目前网络带宽不断增加。但是网络可提供的带宽对于近似于无限的用户带宽需求总是不够用的。所以必须提出有效可行的.纂于TCPI/lP协议的Qos管理控制机制。使得在现有的网络带宽下。充分利用网络资源，为用户提供最大限度的服务质量。

结语；

实现动态的QOS控制是近年来分布式多媒体通信的一个难点,本文在分析了动态的QoS控制机理的基础上，对动态的QoS控制策略的实现技术进行了深入研究并提出了自己的思想，主要包括；

提出了一个QoS控制模型。该模型在传统的QoS静态控制模型基础上，进行了扩展:以动态控制为目标,具有QoS映射、QoS监控、QoS调整、QoS服务等功能。它既可作为单独的QoS控制层显式控制，又可竹为一部分嵌入其它层中实现隐式控制。

调整为例，给出QOS相关的一些概念(QOS参数结构表示，QoS值、QoS综合参数与值等)，讨论QoS值的计算方法。提出QoS动态调整的原则，最后以向下给出了动态调整的算法。

参考文献；

QoS研究的理论框架以及研究现状_1_白成林

分布式多媒体系统的QoS动态控制策略研究_王晖

基于QoS管理的网络控制系统协同设计_陈波

基于策略的网格应用服务QoS管理模型_袁满

流媒体的RTP传输与QoS管理策略研究_陈韬

实时多媒体服务端到端QoS解决方案_谭祖国

一种支持多媒体实时通信的动态QoS管理机制_范承志

实时协同工作系统中多媒体传输QoS保证策略研究_王志立