提高网络视频会议质量的QoS技术
一.概述
随着IP网络和互联网的日益普及，基于IP网络的视频会议系统越来越被消费者所接受。在现有的企业网络中集成语音、视频和数据通信可以为公司减少大量的业务开支，尤其是VoIP和视频会议。但是，统一通信会导致网络性能问题。企业网络不仅要提供多种服务，还要保证良好的端到端性能。召开网络视频会议最重要的是保证良好的音视频质量。
然而，目前互联网的情况很复杂，带宽不均衡，延迟长，不稳定。如何保证用户信息在IP网络上的传输质量已经成为一个不可忽视的重要问题。为了解决这个问题，网络服务质量(QoS)应运而生。QoS是关于网络和用户之间，以及在网络上相互通信的用户之间的信息传输和共享的定性协议，例如，允许的传输延迟时间、传输图像的最小失真、声音和图像的同步等。
目前，如何在IP网络中提供QoS支持已经成为业界关注的焦点。对于保证QoS的QoS控制，世界上不同的组织和团体提出了不同的控制机制和策略。比较著名的有：ISO/OSI提出的基于ODP分布式环境的QoS控制；ATM论坛提出的QoS控制策略及其实现：IETF提出了许多控制和管理方案，如综合服务模型(Int Serv)、区分服务模型(DiffServ)、MPLS(多协议标签交换)技术、流量工程等。
二、音视频QoS的影响因素
在因特网视频会议中，有几个因素影响音频和视频QoS。
首先是网络带宽，即网络每秒可以传输的数据量。带宽对网络服务质量的影响是显而易见的。带宽越宽，允许的数据传输就越多，从而提供更好的音频和视频服务质量。虽然目前互联网的带宽，特别是中国互联网的带宽，近年来有了很大的提高，但是ADSL、长城宽带、联通宽带等宽带接入已经得到了广泛的应用，很多用户已经拥有了比较宽的带宽。但与此同时，这些宽带的质量参差不齐。在很多情况下，即使用户使用的带宽很宽，但由于技术不完善或其他原因，往往会出现网络丢包率高、网络抖动大的情况，对视频会议中用户的音视频QoS造成严重影响。
第二是网络提供的数据传输能力。传统的IP网络只提供“尽力而为”的数据传输能力。随着网络上的主机越来越多，对网络服务的需求会超过网络提供的能力，导致传输时延(抖动)的变化，传输时延过大，甚至丢包，也就是说出现大的交通堵塞(网络拥塞)。网络拥塞通常不会对一些互联网应用程序产生太大影响，例如电子邮件、文件传输和Web应用程序。但对于传输时延要求严格的实时应用，如视频会议的音视频传输，这是不能容忍的。无线移动通信系统的共同点是误码率高，这会对视频会议中的音视频传输产生很大的影响。有必要要求视频编解码器和传输系统克服信道的高误码率和分组丢失，以提供音频QoS保证。
三是网络排队。网络中有许多节点，如路由器和网关。这些节点采用排队机制来决定数据分发的顺序。如果某个节点的数据队列在一瞬间很长，该节点就会丢弃数据包，以保证该节点的正常工作。即使不丢弃，经过长时间排队后，这些数据包往往需要很长时间才能到达目的地，从而导致网络延迟和延迟抖动。视频会议中的丢包、延时、延时抖动会对音视频QoS产生很大的影响。
第四，音视频网络传输协议的选择对于互联网视频会议来说，传输层直接影响端到端的QoS。目前互联网传输层的网络传输协议主要是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。由于自身的特点，TCP并不适合实时业务。因此，实时服务的开发者都使用UDP在互联网上传输数据包。但是UDP没有任何拥塞避免控制算法，所以会对网络造成很大的危害。这样，UDP的广泛使用就会像互联网上的脱缰野马，容易导致网络过载和高丢包率，还会占用大量带宽，从而极大地影响视频会议中音视频的传输质量。
第三，QoS服务类型
目前，QoS分为两种服务类型：综合服务类型和区分服务类型。
业务融合是指在全网范围内为某个业务流预留一定的带宽，为业务提供端到端的透明通道。这种类型的服务可以为视频和其他业务应用提供完整的QoS保证，但是这种预留策略将消耗很少的WAN带宽。
服务区分是一种基于每一跳的QoS策略。网络上的每个数据中继设备(路由器或交换机)通过检查每个数据报的报头信息对流量进行分类，然后根据调度策略决定如何转发。与综合服务相比，差异化服务更加灵活高效。
在区分服务中，有两种策略机制：拥塞管理和拥塞检测避免。
拥塞管理策略是QoS中的一种机制，按照一定的优先级策略对消息进行排队和发送，以保证特定内容的消息能够按需发送。其特点是只在设备内部实现，没有互操作性要求。不同的制造商可能实现不同的队列调度策略，但是不存在互操作性问题。目前，有四种流行的排队机制：FIFO、PQ、CQ和WFQ。
(1)FIFO是传统的先进先出队列，没有策略。
(2)PQ优先级队列。有4个优先级：高、中、正常和低。根据协议类型、消息大小、协议端口号等。接口划分不同的优先级队列。当高优先级队列中有消息时，不能调度低优先级队列。因此，优先级队列适用于应用简单、部分应用服务要求高、部分应用服务要求相对较低的应用。其优点是配置简单，绝对保证高优先级应用的带宽；缺点是不能为高优先级以外的业务保证合理的带宽，因此不能公平地保证各种应用的服务质量。
(3)CQ用户自定义队列。接口，根据用户的预定义，最多可以配置16个自定义队列，加上1个系统队列，总共17个队列。用户可以根据协议类型、消息大小、协议端口号、对应的访问列表规则，配置各种队列，分配相应的带宽，每个队列按照预设的带宽调度发送。CQ的优点是可以给各种应用分配一定的带宽，适合相对简单的应用(比如金融等专网)。而且调度算法相对简单，路由器转发效率高。缺点是配置相对复杂，网络管理员必须提前了解网络的详细应用，对管理员要求较高。对于复杂的应用网络，16个优先级似乎不够。
(4)WFQ加权公平队列。WFQ根据哈希算法，根据不同的流量和不同的IP优先级，自动将数据包划分到不同的队列中。WFQ在保证高优先级业务的同时，根据配置的权重，将带宽公平地分配给低优先级业务。Quidway路由器在每个接口上最多支持4096个队列。在此范围内，网络管理员可以配置队列数量和相应的权重。WFQ的优势在于可以公平地为所有应用提供服务质量，通过设置权重保证高要求业务的优先级，智能划分队列和调度，配置相对简单，对网络管理员要求相对较低。
通过综合、灵活地使用上述QoS机制，可以最大限度地保证基于互联网的各种企业视频会议等应用的传输安全。
在未来基于互联网的视频会议或企业应用中，基于终端的QoS解决策略是一种实用的方法。在终端加入一定的速率控制和差错控制机制，可以在网络不变的情况下，保证一定的QoS，提高图像质量。随着网络的发展，网络带宽的增加和控制机制的完善，基于网络的QoS策略将成为主要方式。
