基于RTP協(xié)議的IP電話QoS監(jiān)測及提高策略

2007/10/30

1. 版本(V)：2bit版本號置2。



2. 擴展位(Extension-X)：由使用的RTP框架定義。



3. 填充(P)：用以說明包尾是否附有非負荷信息。



4. 負載類型(PT)：對音頻或視頻等數(shù)據類型予以說明，并說明數(shù)據的編碼方式。
   


5. 標志位(Marker-M)：標志位由具體的應用框架定義。



6. 序列號(Sequence Number)：為了安全，服務器從一個隨機初始化值開始，每發(fā)送一個RTP數(shù)據包序列號增加1�？蛻舳丝筛鶕�序列號重新排列數(shù)據包的順序，并對丟失、損壞和重復的數(shù)據包進行檢測。



7. 時間戳(Timestamp)：RTP時間戳為同步不同的媒體流提供采樣時間，用于重新建立原始音頻或視頻的時序。另外，它還可以幫助接收方確定數(shù)據到達時間的一致性或變化(有時被稱為抖動)。



8. 同步源標識(SSRG)：幫助接收方利用發(fā)送方生成的唯一的數(shù)值來區(qū)分多個同時的數(shù)據流。SRC必須是一個嚴格的隨機數(shù)。



9. 作用標識(CSRC)：網絡中使用混合器時，混合器會在RTP報文頭部之后插入新的同步源標識，其作用是區(qū)分多個同時的數(shù)據流。

3 由RTP包分析影響多媒體數(shù)據流實時傳輸?shù)囊蛩?/b>

　　隨著VoIP領域不斷發(fā)展，滿足網絡QoS檢測需求的應用也成為引人注目的焦點。IP QoS是指IP的服務質量，也是指IP數(shù)據流通過網絡時的性能。目的就是向用戶提供端到端的服務質量保證。有一套度量指標，包括業(yè)務可用性、延遲、可變延遲、吞吐量和丟包率等，現(xiàn)就項目中在上海阿爾卡特網絡支援系統(tǒng)有限公司NGN實驗室中所得到的RTP和RTCP包進行分析，主要研究其中3個因素，從而達到對實時流媒體數(shù)據進行監(jiān)控的目的。

3.1 抖動

　　抖動會引起端到端時延的增加，引起語音質量的降低。在音頻數(shù)據的傳輸過程中，由于傳輸延遲的不穩(wěn)定而造成相鄰數(shù)據包接收時刻間隔不穩(wěn)定，從而產生抖動。消除抖動的主要依據就是RTP包的首部中包含的時間戳字段。時間戳標志著該段音頻數(shù)據中第一個采樣點的采樣時間。每兩個RTP包的抖動可以用其RTP包中的RTP時戳和接收的時刻進行計算。

　　關于包的傳送時間，接收者最先了解到的是它的時間戳和接收者當前時間之間的差值。該差值是：Di=Ri-Si，表示從包被蓋上戳開始，到它在信源的輸出鏈路上被實際發(fā)送為止，其中的傳送時間和某個機器時間。RFC 1889建議使用NTP來完成端點的端到端同步，但是也有非同步端點實現(xiàn)存在。

　　包i和包j之間增加的延遲差(二階效應)計算公式如下：設Rj代表第j個包的接受時刻，Sj代表第j個包的RTP時戳值，則第i個RTP報文與第j個RTP報文間的抖動為D(i，j)



　　在生成RTCP報文時，其應當傳送的時延抖動的值可用以下公式進行遞推計算



　　其中：J為要傳送的時延抖動值。對后一項除以16是為了消除連帶噪聲。

　　抖動是分組交換的必然結果，影響抖動的因素一般和網絡的擁塞程度有關。由于語音同數(shù)據在同一條物理線上傳輸，語音數(shù)據通常會由于數(shù)據報文占用了物理線路而導致阻塞。解決抖動通常采用緩沖隊列來解決(在網關、IAD上均有JitterBuffer來消除抖動)，每收到一個數(shù)據包，先將其放人緩沖區(qū)，應用程序在緩沖區(qū)另一端取數(shù)據，只要緩沖區(qū)足夠大，抖動一定能被平滑掉。而錯序是由于網絡擁擠而使某些后發(fā)的數(shù)據包先到達收端而引起的，只要設置足夠大的緩沖區(qū)來對數(shù)據包重新排序，就能解決這個問題。或者需要IP承載網采用QoS策略，保證語音數(shù)據的最高優(yōu)先級，得到最先發(fā)送和獲得高帶寬也是解決抖動問題的主要手段。

3.2 時延

　　時延是處理和傳輸導致數(shù)據不能按時到達的延遲，是影響流媒體數(shù)據傳輸?shù)囊粋�主要因素。話音信號在端到端傳輸過程中受到的時延遲滯通常包括：編解碼器引入的時延、打包時延、去抖動時延、承載網上的傳輸節(jié)點中排隊、服務處理時延。這些時延累計的總和將影響話質，導致回聲干擾和交互性的劣化。對于VoIP系統(tǒng)，規(guī)定時延一般控制在150 ms內。

　　分組語音網絡中的延遲可分為固定延遲和可變延遲。前者相對容易得到，筆者不作考慮。在計算丟包率時，主要考慮可變延遲。丟包判定等待時限Twait設定的大小在很大程度上影響丟包率計算的準確性，也就是可變延遲的影響，它與語音包的傳輸延遲Ttrf有關，Twait越大等待時限就越長。但不能超過保證語音流連續(xù)播放的時間上限Tmax(Tmax一般取250 ms)，即：Twait=min(Twait，Tmax)。Ttrf可根據RTCP協(xié)議的SR控制包中的NTP(Network Time Protoco1)時間戳計算得到，見圖2。



　　根據RTP頭中的sequence number域，可以在接收端很輕易地發(fā)現(xiàn)包丟失，為丟包修復奠定基礎。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)丟包是單個丟包，兩個或兩個以上包丟失的比例較小。針對單個包的丟失，傳統(tǒng)的丟包處理方法有兩種：一種方法是重發(fā)，但在傳輸語音數(shù)據時，重發(fā)將引起播放質量下降，出現(xiàn)無法識別的話音或回音現(xiàn)象;另一種方法是忽略，這同樣會影響播放質量。更好的方案是使用拆分法優(yōu)化丟包損失。拆分法的基本思想是：在發(fā)送端把原來要打入一個RTP包的話音數(shù)據按照采樣間隔分成兩塊，然后采用相同的壓縮算法分別壓縮、打入RTP包，并標記相同的時印進行傳輸。在接收方執(zhí)行相反的過程，把解壓縮后的數(shù)據采樣、合并、回放。

　　如果某個RTP包在傳輸過程中丟失，那么丟失的只是原數(shù)據包按采樣間隔的一半信息，接收端可以用接受到的另一半信息，利用插值等方法恢復出原話音包的大部分信息，從而使話音質量不至于下降太多。拆分法的主要思想如圖4所示。



4 結束語

　　對音頻數(shù)據的實時傳輸問題進行了詳細分析，在分析RTP協(xié)議的基礎上，探討了基于RTP協(xié)議的QoS動態(tài)監(jiān)測的一些方法，并提出了解決在流媒體中存在的語音實時傳輸質量保證的策略。避免語音通信實時性差的缺點，減小了網絡延時使抖動的影響減低，改善了語音傳輸效果。目前，IP電話用戶數(shù)每年正以239%的速度增長。下一步將以此為依據設計出基于RTP的一個應用模型，進行深層開發(fā)研究。

中國通信網(www.c114.net)

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