Sony智能QoS助力喜盈门集团打造高清视频会议系统

    一、 项目背景

    为了配合不断壮大的业务发展规模，提高工作效率，喜盈门集团希望充分利用先进的计算机和网络技术，利用视频会议系统进行实时会议和专门的业务培训以及能随时观看商场监控图像，使整个集团在广域网环境下，实现全方位、全过程、全天候的高质量的软硬件结合的视频会议沟通。经过市场比较，喜盈门集团最终选择了索尼视频会议系统和下属南昌、厦门、福州、长沙、泉州、南宁等6个分公司组成软硬件结合的高清视频会议系统。

    此套系统是架构在INTERNET网络，以南昌公司作为视频会议的核心节点，放置一台RADVISION高清MCU，其他分公司作为分支节点，采用索尼高清视频会议终端PCS-XG55。

    二、 用户总体需求

    本项目I期将建成总计10点的硬件高清视频会议系统。

    所有会场推荐使用一台Sony PCS-XG55 高清视频会议终端。

    南昌公司的要求具有10M的上下行对称的INTERNET出口带宽，专供视频会议系统使用。

    各个分会场保证1.5M的INTERNET出口带宽，专供视频会议系统使用。

    实现在外出差人员，只要能够上网就可以随时加入到高清视频会议中来，不遗漏任何重要会议。不需要发言的人员，可以通过流媒体观看视频会议内容。

    三、 系统建设重点

    在系统规划初期，考虑到广域网的不稳定性和时延性，我们曾建议客户以专线网络取代INTERNET。但是，本着为客户考虑节约系统使用成本的原则，以及客户非常认可索尼高清视频会议在前期测试中的优异表现。最终，还是采用在广域网基础上建设高清视频会议。但是同时，索尼的工程师也建议客户采用如下标准来规划高清视频会议网络：

    1）所有会场的INTERNET都采用中国电信为运营商

    2）所有会场的上网方式采用FTTB+LAN

    3）主会场南昌保证至少10M上下行对称的出口带宽

    4）其他会场保证1.5M上下行对称的出口带宽

    最后一条，也是最重要的一条，通过不断的系统测试和参数修正，让网络设备、MCU和Sony高清视频会议终端的QoS配合的臻于完美。

    四、 Sony智能QoS介绍

    我们知道，是否启用QoS主要是由网络应用决定的，如果网络只用于特定的、无时间限制的应用系统。比如Web或E-mail应用等，一般不需要QoS；如果是关键应用或者多媒体应用，则在网络不稳定时，需要启用QoS。

    当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重要业务数据不受延迟或丢弃，同时保证网络的高效运行。

    索尼高清视频会议终端采用了5种机制混用的“智能”的QoS系统，分别包括：

    1）包重发请求：（Real-Time Auto Repeat request）

    2）前向纠错：（Forward Error Correction）

    3）自适应速率控制：（Adaptive Rate Control）

    4）网络层的QoS：（Network-level QoS）

    5）自适应带宽调整：（Auto Bandwidth Detection Mechanism）

    包重发请求（Real-Time Auto Repeat request）

    包重发请求是一种包丢失、恢复的机制：发送方发送的数据包，如果接收方发现数据包有丢失，请求发送发重发丢失的数据包。Sony的包重发请求是一种建立在考虑到网络状况和网络延迟的实时的包重发请求机制。

    图二：包重发请求示意图

    Sony高清视频会议终端可以根据网络的往返时延（RTT）和包丢失率（PLR）智能的从系统硬件资源中“开辟”一个缓冲池，并且相应的增加系统等待时间，以便重新安排RTP包头数据。当然，当网络条件非常好，且不存在丢包，那么将不会存在数据包缓冲池，也不会对系统造成任何影响。

    前向纠错（Forward Error Correction）

    前向纠错：是一种利用相同数据包进行包丢失-恢复的技术。

    Sony FEC采用了一种Reed-Solomon的FEC编码技术，发送从K个数据包中复制N个相同的相同数据。这些N×K个数据就被称为FEC块。FEC能够调节生成N个数据包的数量，主要看网络条件，N是由Sony终端进行自适应的调整。

    图三：前向纠错示意图

    从上图可以发现，如果接收端的2号数据丢失，那么它会从F1数据块中对2号数据包进行恢复。对比包重发请求，前向纠错并不受网络时延的影响，经过检测，这项技术非常适合在网络延时比较大的环境中使用。

    自适应速率控制（Adaptive Rate Control）

    自适应速率控制是一种能够根据网络状况计算最合适、最优化的传输速率，网络（稳定性，延迟性）的好坏决定了传输的速率。自适应速率控制依赖于TCP-friendly rate control(TFRC)运算法则，通过这个来控制INTERNET传输环境下的传输速率。

    Sony每个型号的视频会议终端具有不同的TFRC。下图就是一个根据网络丢包率和网络延时来计算视频传输比率的图例：

    基于网络层的QoS（Network-level QoS）

    Sony全系列视频会议终端能够输入IP优先级、ToS(Type of Service)以及区分服务（Differentiate Service）数值。这些数值往往和网络设备的QoS设置密切相关，所以叫网络层的QoS。

    自动带宽侦测（Auto Bandwidth Detection Mechanism）

    自动带宽侦测技术能够在2个终端间预估网络带宽质量的一种技术。其基本原理就是在两个终端真实通讯之前，开始一个虚拟的通讯，以检测网络质量情况。

    在真实通讯前，发送方发些有问题的包到接收方，这些数据包会经过路由器，会有网络瓶颈，会有网络抖动等等， 当接收方收到数据包后，会计算网络延迟，并决定通讯带宽。所以带宽会经常变化。

    五、 技术总结

    在本次项目中，所有的Sony PCS-XL55的QoS模式都设置成混合模式，一旦当广域网发现有高延时和丢包时候，就会启用包重发请求和前向纠错两种技术，如下图：

    另外，通过对MCU、防火墙和Sony高清终端PCS-XG55的关于网络层QoS的综合测试，找到了一个最平衡的设置值，不仅不会对现有的INTERNET使用有影响，也会最大程度的降低广域网的不稳定对高清视频会议系统的影响。

    六、 用户反馈

    这套系统在用户喜盈门集团的大力支持及集成商（上海似源电子科技有限公司）的努力配合下，于2011年4月建成并投入运行，截至目前为止，系统平稳有效运行，大大降低了用户为了开会而付出的时间、精力和金钱。得到了用户满意的评价。

    事实证明，小型企业在广域网环境中，在带宽不稳定的情况下，通过Sony的智能QoS技术依然能够让客户感受极致高清的视频会议体验。