IP網絡多媒體傳輸解決方案

2019-11-03 09:03:38

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供稿：網友

周強，劉建，崔紅威
遼寧大學信息科學與技術學院　遼寧沈陽　110036

　　摘　要：隨著Internet的日益普及，他幾乎延伸到了世界的每一個角落，已經成為各種各樣有趣、有用的應用的承載工具。在Internet上進行多媒體傳輸的業務量越來越大。多媒體數據傳輸具有實時特性要求，即數據之間必須滿足一定的時間要求，對網絡傳輸時延、延時抖動等特性較為敏感。因此，網絡必須對多媒體應用的分組進行特殊的處理，以保證以最小的時延和時延抖動提供可預見的服務。本文針對當前Internet網絡環境，從QoS角度分析了綜合業務和區分業務的特點和面臨的一系列問題，提出了一種ip網絡多媒體傳輸解決方案。

　　關鍵詞：綜合業務；區分業務；RSVP；QoS

　　衡量多媒體傳輸的主要技術指標是：延遲、抖動、丟包率。延遲是分組的第一位離開發送端與分組的最后一位到達接收端的時間間隔。抖動是分組延遲的變化程度。丟包率是一定時間間隔內，丟失的分組／傳輸的分組總數。在Internet上進行多媒體傳輸巨大流量和連續媒體的實時性要求是重要的環節。多媒體應用在一定程度上能容忍不可靠傳輸，分組也不必按順序到達，甚至丟失分組可不予考慮或可用某些數據近似代替，但他不能容忍長時間的延遲停頓。所以必須保證多媒體傳輸的實時性、低延遲、低丟包率、低抖動。由于傳統的IP只有一種服務類型，即盡力而為的（best-offort服務模型，他對所有的分組同等對待，路由器采取FIFO（先進先出）的調度轉發算法，所以不能保證多媒體數據包的實時性、低延遲、低抖動、低丟包率。為了保證多媒體數據的傳輸必須提高Internet的QoS（服務質量）。QoS就是能夠對數據包進行合理的排隊，對含有內容標識的數據包進行優化，并對其中特定的數據包賦以較高的優先級，從而加速傳輸的進程，并實現實時交互。

　　1　綜合業務（Integrated Services）［1］

　　為適應多媒體數據等實時數據傳輸保證應用的QoS，IETF在1994年提出了綜合服務模型。綜合業務的特點是資源預留，實時應用在傳輸數據前必須首先建立通道和預留資源。綜合服務的模型，如圖1所示。

　　綜合業務傳輸多媒體的缺點：首先，綜合業務資源預留與當前IP網絡基本模型盡最大努力去發送數據包相矛盾，會降低網絡帶寬的利用率，浪費網絡資源。其次，綜合業務的擴展性小，他要求網絡中的所有節點都必須實現RSVP、許可控制、分類和包調度，這些在Internet上幾乎是不可能實現的。

　　2　區分業務（Differentiated Services）［2］

　　為了解決綜合業務面臨的問題，IETF于1998年提出區分業務模型。區分業務的主要思想是在網絡的邊緣設備上對每個分組進行分類、標記DS域，用DS域來攜帶IP分組對服務的需求信息。在網絡的核心節點上，路由器根據分組頭上的DS碼點（Code Point）選擇碼點所對應的轉發處理。區分業務模型如圖2所示。

　　區分業務傳輸多媒體數據的缺點：他沒有辦法完全依靠自己來提供端到端QoS保證。網絡資源管理復雜，協議的簡單帶來網絡規劃的復雜。

　　綜上所述，利用綜合業務技術來傳輸多媒體數據面臨的問題是擴展性差，浪費網絡資源。利用區分業務技術來傳輸多媒體數據面臨的問題是不能依靠自己實現端到端的QoS保證，必須依靠多個網絡的合作。不論是綜合業務還是區分業務都不能從QoS上解決多媒體在Internet上的傳輸。為了有效地在Internet上進行多媒體傳輸，可以綜合兩種服務方式的優點。

　　3　IP網絡多媒體傳輸解決方案

　　新的解決方案主要思想是采用綜合業務與區分業務交互連接的方式，在綜合業務中采用利用一種NEW-RSVP協議進行資源預留，當發送者需要發送數據時，他利用NEW-RSVP協議進行資源預留，由于NEW-RSVP協議是非路由協議，在Internet上所有節點配置他幾乎是不可能的，當接收者同發送者位于不同的網絡并且中間跨越的網絡比較多時，就不能提供綜合業務保證多媒體傳輸的QoS。在Internet主干上采用區分服務，當綜合業務中資源預留的信令到達區分業務的邊緣路由器時，邊緣路由器根據流提出的服務級別進行分類，在核心路由器中根據分組的優先級別進行相應的調度轉發策略，提供粗粒度的QoS。方案的參考模型如圖3所示。

　　(1)NEW-RSVP

　　是一種帶有優先級的改進型資源預留協議。他在資源預約方式及預約重試兩方面對RSVP進行了改進。NEW-RSVP對各種業務進行級別劃分。NEWRSVP的業務區分級別使用IPV4報頭中的服務類型（Type OfService）字段，并將8位TOS字段重新命名。1 bit為業務類型，剩余7 bit為各業務的優先級。結構如圖4所示。

　　NEW-RSVP彩霞雙向預約的方式，與RSVP不同的是當預約在某一節點未能通過批準，該節點紀錄當前狀態進行緩存以便下一個周期到來時重新進行預約，并將流規范消息進行適當的修改傳到下一跳路由進行資源預留。當某個節點不能進行資源預留時，NEW-RSVP可以通過搶占方式進行資源預留重試。高級別的流搶占低級別流分配的資源，從而達到高級別流的QoS。當優先級別低的資源預留不能搶占級別高的資源預留時，NEW-RSVP采用原來的RSVP軟狀態刷新的預約重試方法，路由器周期性的向鄰居節點廣播流狀態消息，所以路由器可以在每個刷新周期到來時重試預約。搶占算法描述如下：在阻塞節點上優8先級高的預留搶占優先級低的預留資源，同時設置一個時間閥值T，該閥值用于使級別低的預留得到資源，當網絡處于阻塞狀態時，級別低的預留可能永遠得不到預留資源，當該級別預留請求時間大于T時，他就會搶占比他級別高已預留的資源。

　　（2）邊緣路由器

　　是對區分業務中邊緣路由器功能的擴展，使綜合業務的信令可以透明地通過區分業務的網絡。從而能保證在邊緣路由器上對預留流進行匯聚分類，邊緣路由器不需要復雜的全局管理器進行策略管理，他可以依據綜合業務預留流的級別進行分類、應用級別約定和流量調節約定。

　　（3）核心路由器

　　根據邊緣路由器對分組級別的劃分提供相應的服務。

　　該方案的優點：

　　（1）綜合業務業務范圍窄，雖然能提供端到端的QoS保證，但在Internet上所有節點支持RSVP幾乎是不可能的。RSVP支持隧道技術，但當分組透明通過普通節點時并不能提供QoS，所以在Internet上采用綜合業務保證QoS意義不大。采用綜合業務和區分業務交互合作的方式，使綜合業務的預留信令透明的通過區分業務網絡，解決了綜合業務業務范圍窄，不能在Internet配置的特點，同時也能提供端到端的QoS保證。

　　（2）NEW-RSVP是RSVP協議的改進型預留議。NEW-RSVP通過業務優先級的劃分采用搶占式預留重試算法，加快了重新預留的進度，能保證類似多媒體這樣對QoS要求較高的業務實時傳輸。

　　（3）區分業務規則簡單但管理復雜、組件高度分散的特點必須對他們進行集中管理，必須有一個全局的帶寬管理對全局資源進行動態管理。采用綜合業務和區分業務交互合作的方式，不需要對業務進行額外的劃分，他可以依據綜合業務預留流的級別進行分類、應用級別約定和流量調節約定，減輕了全局動態管理的復雜性。

　　4　結　語

　　隨著Internet日益發展，各種新業務紛紛涌現，服務質量問題越來越成為各種業務是否順利實施的關鍵。綜合業務和區分業務交互合作能有效地解決多媒體數據在IP網絡上的傳輸問題，他還有一些問題有待改進，例如不能依靠單個網絡提供端到端QoS問題、不能提供服務質量保證等。

　　參考文獻

　　［1］　RFC1663 Integrated services in the Internetarchitecture：an Overview．

　　［2］　RFC2475，Dec．1998 Blake S，Black D，etal．An architecture of differentiated services．

　　［3］　RFC2205 resource reServation PRotocol（RS-VP）——version 1 functional specification.

　　
摘自《現代電子技術》

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