MSTP傳輸2M鏈路時(shí)延差異造成視頻會(huì)議故障的探析

焦力

【摘要】 本文通過(guò)對(duì)高清視頻會(huì)議系統(tǒng)故障分析，闡述了視頻會(huì)議系統(tǒng)圖像幀格式及使用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行分析處理數(shù)據(jù)包亂序的排查步驟，MSTP專(zhuān)網(wǎng)傳輸視頻會(huì)議2M通道的配置方法，為今后視頻會(huì)議系統(tǒng)專(zhuān)網(wǎng)通道的建設(shè)和應(yīng)用提出了建議。

【關(guān)鍵字】 高清視頻會(huì)議 MSTP 故障

引言

高清視頻會(huì)議系統(tǒng)是承載在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上集聲音，圖像，文本（雙流）一體的圖像通信系統(tǒng)，它可以使位于不同區(qū)域客戶(hù)隨時(shí)隨地集中在一起進(jìn)行實(shí)時(shí)的雙向信息交流，節(jié)省了時(shí)間，，促進(jìn)了溝通和交流，降低了辦公成本和費(fèi)用，在電力系統(tǒng)行政辦公生產(chǎn)“上情下達(dá)，下情上達(dá)”，應(yīng)急指揮，遠(yuǎn)程教育培訓(xùn)等方面發(fā)揮了巨大的作用。

一、電力系統(tǒng)視頻會(huì)議使用現(xiàn)狀

電力高清視頻會(huì)議系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，經(jīng)歷了標(biāo)清，高清格式的升級(jí)轉(zhuǎn)換，目前已形成了網(wǎng)，省，地三級(jí)架構(gòu)，會(huì)議常用形式為通過(guò)MCU級(jí)聯(lián)視頻會(huì)議終端入會(huì)，由于應(yīng)急指揮中心使用和會(huì)議保障要求不斷提高，為了達(dá)到在單一設(shè)備故障時(shí)仍能保障會(huì)議正常開(kāi)展的“N-1”要求，目前各會(huì)場(chǎng)的配置均由主，備兩套終端互為熱備份運(yùn)行。各地級(jí)市會(huì)議承載網(wǎng)絡(luò)各有不同，主要有以下兩種：1.承載在電力SDH光傳輸網(wǎng)MSTP平臺(tái)的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)通道，特點(diǎn)為：固定帶寬，物理上與其它業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)隔離，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)IP地址規(guī)劃；2.承載在電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)上，通過(guò)MPLS/VPN技術(shù)與其它辦公生產(chǎn)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)隔離，可使用RSVP協(xié)議保障業(yè)務(wù)帶寬，需進(jìn)行較復(fù)雜的IP地址規(guī)劃。目前運(yùn)用較多的為第一種方式，即承載在MSTP專(zhuān)網(wǎng)上，如下圖1所示。

二、運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的故障及分析解決方法

在視頻會(huì)議系統(tǒng)運(yùn)行中，由于承載在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)影響很大，通常會(huì)反映在視頻會(huì)議系統(tǒng)召開(kāi)會(huì)議期間不定期會(huì)出現(xiàn)圖像花屏或嚴(yán)重時(shí)個(gè)別會(huì)場(chǎng)圖像停頓的現(xiàn)象。

2.1故障表象

11月XX分公司反映出現(xiàn)圖像花屏或嚴(yán)重時(shí)個(gè)別會(huì)場(chǎng)圖像停頓的現(xiàn)象，經(jīng)16日，17日，18日3天在XX市局呼叫各下屬終端與會(huì)，通過(guò)觀(guān)察主會(huì)場(chǎng)圖像并實(shí)時(shí)抓包監(jiān)測(cè)，僅在17日下午16：時(shí)左右開(kāi)始在市局主會(huì)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)IP-10.193.51.194節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)類(lèi)似故障。此時(shí)在終端上查看不到相應(yīng)的丟包信息，但是在實(shí)時(shí)抓包解碼時(shí)發(fā)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)發(fā)往市局MCU的RTP碼流中存在嚴(yán)重的錯(cuò)序現(xiàn)象。

經(jīng)了解，該局之前使用2M帶寬傳輸視頻圖像時(shí)，并未出現(xiàn)花屏情況，后來(lái)為實(shí)現(xiàn)會(huì)議終端設(shè)備“1+1”保護(hù)，新增了一臺(tái)備用HDX8000會(huì)議終端，隨之將帶寬升級(jí)為4M，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)初步認(rèn)為捆綁多個(gè)E1鏈路的模式下傳輸視頻流時(shí)其發(fā)生數(shù)據(jù)包亂序的問(wèn)題是影響視頻質(zhì)量的重要因素。

2.2故障初步分析

包亂序是廣域網(wǎng)傳輸中常見(jiàn)的現(xiàn)象，如各路徑的傳輸時(shí)延不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)包抵達(dá)終點(diǎn)時(shí)發(fā)生亂序；或者數(shù)據(jù)封包較小、重新分割等在網(wǎng)絡(luò)流量較大時(shí)也會(huì)產(chǎn)生亂序；另外協(xié)議轉(zhuǎn)換器對(duì)多鏈路的捆綁處理過(guò)程也有可能造成包的亂序。

2.3運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析軟件進(jìn)行故障定位

視頻會(huì)議中媒體流承載在基于UDP之上的RTP通道進(jìn)行傳輸，不過(guò)RTP并不提供有效的機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)包準(zhǔn)確投遞，一旦傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常就有可能導(dǎo)致對(duì)端收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生丟包、亂序、延時(shí)等現(xiàn)象，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不能滿(mǎn)足規(guī)定時(shí)，則接收端不能解碼還原出良好的音、視，甚至出現(xiàn)聲音停頓或畫(huà)面花屏、停頓等現(xiàn)象。通過(guò)專(zhuān)業(yè)軟件監(jiān)測(cè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(kāi)始XX局本地會(huì)場(chǎng)觀(guān)測(cè)到來(lái)自10.193.51.204會(huì)場(chǎng)的圖像開(kāi)始出現(xiàn)畫(huà)面凝固或馬賽克現(xiàn)象，同時(shí)在MCU側(cè)鏡像抓包可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)到大量的RTP 亂序數(shù)據(jù)包。

在測(cè)試的過(guò)程中，將IP-10.193.51.204站點(diǎn)掛斷，則RTP錯(cuò)序現(xiàn)象消失。重新呼叫入會(huì)后則RTP錯(cuò)序再次發(fā)生。

2.4實(shí)驗(yàn)室測(cè)試驗(yàn)證

經(jīng)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)時(shí)間在100M 以太的環(huán)境下測(cè)試客戶(hù)的MCU以及相關(guān)終端，并未發(fā)現(xiàn)以上故障情況。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室搭建相應(yīng)的廣域網(wǎng)環(huán)境模擬數(shù)據(jù)包亂序，配套與客戶(hù)相應(yīng)的MCU RMX1000以及終端HDX8000的軟、硬版本，會(huì)議的等參數(shù)與客戶(hù)日常開(kāi)會(huì)模板（1080P/2560kbps）。

經(jīng)多次測(cè)試，當(dāng)傳輸鏈路帶寬最高為4M且鏈路以小于3%（錯(cuò)序位移1-40）的數(shù)據(jù)包亂序時(shí)可重復(fù)客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的故障功現(xiàn)象，同時(shí)終端無(wú)丟包統(tǒng)計(jì)報(bào)告數(shù)據(jù)。如果錯(cuò)序位移幅度變?。ㄈ?-5）則錯(cuò)序的百分比將在10%以上時(shí)方會(huì)出現(xiàn)畫(huà)面花屏或凝固現(xiàn)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(lèi)型的視頻幀組合而成。其中最重要的是I幀，它是關(guān)鍵幀， I幀包含了一副圖像的完整信息，其數(shù)據(jù)量很大，一般只在視訊視頻流信道初始化時(shí)或場(chǎng)景發(fā)生變更時(shí)發(fā)送（終端剛加入會(huì)議、MCU切換廣播不同的會(huì)場(chǎng)）。

P幀以I幀的點(diǎn)陣描述編碼為基礎(chǔ)進(jìn)行圖像變化部分的編碼，這種維持畫(huà)面變化做更新用的的幀其數(shù)據(jù)量較I幀小，因此在會(huì)議中常見(jiàn)的是傳送P幀。

當(dāng)通過(guò)MCU召開(kāi)多方會(huì)議時(shí)，如果會(huì)議中有的終端接收I幀數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生丟包或者其數(shù)據(jù)包在規(guī)定的時(shí)間后延遲到達(dá)而被拋棄，這些終端就會(huì)向MCU產(chǎn)生I幀請(qǐng)求，倘MCU無(wú)響應(yīng)，則這些丟包終端由于沒(méi)有完整的I幀作為參考幀，就可能無(wú)法解碼或者出現(xiàn)花屏。

此外，如果MCU頻繁的響應(yīng)I幀請(qǐng)求，則勢(shì)必會(huì)要發(fā)送大量的I幀數(shù)據(jù)，由于MCU發(fā)送的的I幀是廣播給所有與會(huì)終端的，因此無(wú)論是丟包、RTP亂序、甚至是正常接收的終端都會(huì)出現(xiàn)圖像更新的狀態(tài)，當(dāng)更新較慢或再次丟包或亂序時(shí)則可能出現(xiàn)停頓現(xiàn)象。

2.6 E1線(xiàn)路捆綁亂序的成因分析

MSTP多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)在進(jìn)行多E1鏈路捆綁時(shí)將數(shù)據(jù)包在以太網(wǎng)板的VCTRUNK口對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包重新分割成若干適合E1傳輸?shù)?4字節(jié)的小包在各個(gè)E1鏈路上負(fù)載分擔(dān)，如果各E1鏈路的傳輸路徑不同，時(shí)延差異較大時(shí)則會(huì)導(dǎo)致分配在不同鏈路上的數(shù)據(jù)包最終抵達(dá)對(duì)端的時(shí)序紊亂，則有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)重組錯(cuò)誤和告警，此外遠(yuǎn)端的協(xié)議轉(zhuǎn)換器有可能會(huì)因性能的原因在高帶寬呼叫產(chǎn)生較大流量時(shí)其保序性能下降而導(dǎo)致錯(cuò)序，故此兩端局域網(wǎng)內(nèi)的RMX或HDX設(shè)備所接收到的數(shù)據(jù)包同樣也會(huì)亂序。

視頻會(huì)議的實(shí)時(shí)性要求設(shè)備在收到碼流的時(shí)候需要立即進(jìn)行解碼處理，而網(wǎng)絡(luò)中的亂序可能導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)包無(wú)法按時(shí)到達(dá)設(shè)備（對(duì)視頻、語(yǔ)音應(yīng)用而言在后續(xù)收到這些延時(shí)到達(dá)的包后將其拋棄）這樣就導(dǎo)致系統(tǒng)在解碼過(guò)程中出現(xiàn)丟包從而出現(xiàn)會(huì)議過(guò)程視頻停頓的問(wèn)題。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，該局之前使用2M帶寬傳輸視頻圖像時(shí)，一切正常，在將帶寬升級(jí)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(shí)延不同，當(dāng)視頻信號(hào)在傳輸MSTP平臺(tái)傳輸時(shí)，可能會(huì)有網(wǎng)絡(luò)亂序現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.7采取措施及成效

在MSTP傳輸網(wǎng)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(xù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)誤碼消失，會(huì)議畫(huà)面恢復(fù)正常。

三、結(jié) 語(yǔ)

會(huì)議電視系統(tǒng)畫(huà)面花屏或凝固現(xiàn)象與IP鏈路的數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤有直接關(guān)系，決大多數(shù)故障都是網(wǎng)絡(luò)傳輸性能差造成的RTP包誤碼，丟包，亂序所致，如有可能在業(yè)務(wù)投運(yùn)前應(yīng)通過(guò)專(zhuān)用的測(cè)試儀器測(cè)試?yán)壓蟮逆溌返恼`碼以及其在滿(mǎn)負(fù)載的情況下是否亂序。

使用MSTP光傳輸設(shè)備以太網(wǎng)通道傳輸視頻信號(hào)時(shí)為了減少承載2M之間的時(shí)延差異，應(yīng)采取以下措施：

1.將承載同一信號(hào)的多個(gè)2M傳輸路徑安排為一致 。

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

參 考 文 獻(xiàn)

[1]譚鵑，駱永春。會(huì)議電視系統(tǒng)及應(yīng)用 人民郵電出版社，2012，3

[2]OPTIX T2000 操作手冊(cè)（SDH）—華為技術(shù)有限公司