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[摘要]视频业务的使用过程中，经常出现视频图像卡顿、花屏等问题，根据统计发现其中80%的问题为承载网络所导致，最主要的原因就是网络中存在丢包问题。本文将从视频业务的特征出发探讨如何解除网络丢包问题对视频业务的不良影响。
[关键词]视频 网络 丢包
随着军队信息化建设的不断加快，视频业务（如视频监控、视频会议等）凭借快捷、便利、灵活、高效等特点取得了快速的发展，在日常办公、部队管理、作战指挥中已经被广泛的接受和应用，取得了良好的军事效益和经济效益。但是在视频业务的使用过程中，经常出现视频图像卡顿、花屏等问题，产生此类问题的因素可能涉及到前端摄像头、编码器、网络、媒体单元、解码器等，根据统计发现其中80%的问题为承载网络所导致。本文将从视频业务的特征出发探讨如何解除网络问题对视频业务的不良影响。
一、视频业务网络特征
通常网络侧引起视频卡顿、花屏等现象的最主要原因就是网络中存在丢包，要确定原因在哪里，首先需要了解视频流量的特点。
1、高带宽。与语音、数据等业务相比，视频业务所占带宽是最高的。一方面单路视频的分辨率和码率在不断提高，一路H.264编码720P的高清视频占用2M左右带宽；与此同时，视频接入点不断增加，汇聚起来，也会形成汹涌的干流带宽。
2、流量突发。依据视频图像压缩算法，视频流量由一系列的I帧和P帧组成，I帧传递一副图像的完整信息，P帧传递每副图像之间的差异信息。显然I帧占用更多的IP包，并瞬时形成报文突发，高清视频相对于CIF格式，此现象会更为明显。另外，当前各厂家所生产的前端或局端单元普遍没有采用码流平滑技术，通常所宣称的码率（例如720P，4M/S），实际上是以秒为单位的平均流量大小，但是通过实际抓包分析视频流量特点，能发现视频流量的瞬时带宽，能够达到28M/S，也就是说峰值流量是平均流量的7倍，如下图所示。
如下图示例，当这种带有突发特征的多路视频流叠加在一起时就会累积形成更大的突发流量。
3、丢包敏感。由于视频业务输出数据的高压缩比，在报文丢失的影响方面存在放大效应。对于每帧报文，如果出现一个丢包，整帧报文重组都将失败，如果I帧出现报文丢失，整个1秒钟的图像都会受到影响。普通IP业务一般丢包率控制在1%～2%以内，但对于视频业务来说这个控制指标远远不够，需要考虑更严格的0%～0.05%网络端到端丢包率设计。
二、视频业务网络故障技术分析
既然视频流量具有这样的特征，那么在网络传输中是否一定会出现丢包呢？解答此问题，需要了解网络在什么情况下会产生丢包，才能针对给出解决办法。
1.信道质量差，数据在传输过程中出现错误。此问题较为常见，通常也较好排查，通过查看网络设备接口计数器是否存在错误报文持续增长，即可定位。
2.网络端口协商出现问题，例如速率、双工等模式协商出现异常。此问题经常出现在视频前端或局端接入网络处。特别需要注意的是，如果视频前端或局端配置100M全双工模式，交换机端口是auto，这时交换机端口上会协商成100M半双工，在这种情况中网络就会出现丢包等问题。需要手动把交换机端口设置成100M全双工，与视频前端或局端匹配，问题就会得到解决。
3.网络拥塞。此问题通常较难排查，因为我们通常查看网络接口带宽利用率，可能只有30%，但实际上由于视频流量突发特征，可能端口在瞬时已经产生拥塞并导致了丢包。某些网络设备在接口计数方面存在缺陷，不能够直观显示出由于网络拥塞所导致的丢包，导致问题定位排查较为复杂。
基于网络拥塞较难排查，接下来分析此问题如何处理。
对于传统网络设备，基于设备转发原理，不会在端口入方向产生拥塞，也不会在端口入方向产生拥塞丢包，网络节点只可能在两种流量模型（高低速模型和汇聚模型，如下图所示）才会在端口出方向产生拥塞。高低速模型，指的是从高带宽端口发送流量到低带宽端口；汇聚模型指的是多个端口向一个相同速率的端口发送流量。那么是否网络中只要存在这样的节点，就一定会出现拥塞丢包。这里分析的是设备接口带宽，但是网络中是否产生了拥塞，需要结合实际场景进行分析，需要考虑在每条链路上，当前具体传输的流量带宽有多大，峰值有多大，峰值流量持续时间有多长，以此来判断网络中是否存在产生拥塞的可能。潜在拥塞点找到了，网络中可能也确实产生了拥塞，那么网络设备是否一定会产生丢包。通常网络设备端口出方向都具备一定的缓存能力，根据设备、板卡类型、软件版本不同，缓存能力也存在差别。如果瞬时突发流量在端口缓存能力范围内，那么不会出现丢包情况，突发的流量会暂时缓存起来，待线路空闲时，再将缓存流量发送出去。反之，网络中就产生丢包。
定位网络节点是否出现拥塞丢包，可以采用以下两种方法：1.对于部分网络设备，可以通过查看接口计数器，观察discard参数是否持续增长，此参数代表接口拥塞丢包数量。2.对于部分网络设备，由于芯片限制，不能通过接口计数器直接查看接口是否存在拥塞丢包。此时接口计数器虽然也有discard参数，但是并不能反映实际拥塞丢包情况，此时可以通过抓包来进行分析。
三、视频业务网络故障解决方案
通过以上分析，对视频流量特征有了清晰的认识，也对如何定位视频承载网丢包问题有了一个明确的处理思路。基于视频业务网络问题处理经验，在业务处理过程中提出以下建议：1.视频前端或局端支持码流平滑功能。很多时候，承载网是固定的，给视频业务提供的带宽也是确定的，如果能够支持码流平滑功能，将极大的提升视频产品的网络适应能力。2.视频流量增强抗丢包功能，建议采用编码时增加冗余方式来实现。虽然很多视讯产品宣称支持5%的丢包率，但从实际使用来看，部分前端丢包0.1%情况下，视频图像就会出现问题。3.承载网建议采用轻载方式，带宽利用率建议在40%左右，避免出现链路利用率过高导致视频传输性能下降情况。4.网络质量差的情况下，例如视频会议网络中存在丢包场景，可以尝试拔掉交换机上不必要的网络连接，保证会议的网络带宽，或者在终端设备上设置低接入会议带宽，保证会议畅通。5.在带宽资源允许的条件下，保证承载网的带宽需求，提高视频业务质量。
结束语：视频业务的音视频效果与承载网络质量紧密相关。在大型视频业务系统组网中，由于传输设备及传输线路极为复杂，网络侧引入的问题可能性就更大，丢包、乱序、拥塞等问题时有发生。为检测网络质量，人们通常习惯使用Ping命令进行测试，而PRT与ICMP协议原理不同，Ping命令无法测试网络传输PTR码流的真实情况。处理问题时，首先要采用分段分块、化繁为简的方法将测试系统最小化并将故障复现；其次要考虑每一台网络设备、每一个设备端口甚至每一根网线所造成的影响；最后要选用专业的测试软件和测试方法来进行分析，只要理清思路，最终一定能够准确的定位问题并找到解决问题的方法。
[关键词]视频 网络 丢包
随着军队信息化建设的不断加快，视频业务（如视频监控、视频会议等）凭借快捷、便利、灵活、高效等特点取得了快速的发展，在日常办公、部队管理、作战指挥中已经被广泛的接受和应用，取得了良好的军事效益和经济效益。但是在视频业务的使用过程中，经常出现视频图像卡顿、花屏等问题，产生此类问题的因素可能涉及到前端摄像头、编码器、网络、媒体单元、解码器等，根据统计发现其中80%的问题为承载网络所导致。本文将从视频业务的特征出发探讨如何解除网络问题对视频业务的不良影响。
一、视频业务网络特征
通常网络侧引起视频卡顿、花屏等现象的最主要原因就是网络中存在丢包，要确定原因在哪里，首先需要了解视频流量的特点。
1、高带宽。与语音、数据等业务相比，视频业务所占带宽是最高的。一方面单路视频的分辨率和码率在不断提高，一路H.264编码720P的高清视频占用2M左右带宽；与此同时，视频接入点不断增加，汇聚起来，也会形成汹涌的干流带宽。
2、流量突发。依据视频图像压缩算法，视频流量由一系列的I帧和P帧组成，I帧传递一副图像的完整信息，P帧传递每副图像之间的差异信息。显然I帧占用更多的IP包，并瞬时形成报文突发，高清视频相对于CIF格式，此现象会更为明显。另外，当前各厂家所生产的前端或局端单元普遍没有采用码流平滑技术，通常所宣称的码率（例如720P，4M/S），实际上是以秒为单位的平均流量大小，但是通过实际抓包分析视频流量特点，能发现视频流量的瞬时带宽，能够达到28M/S，也就是说峰值流量是平均流量的7倍，如下图所示。
如下图示例，当这种带有突发特征的多路视频流叠加在一起时就会累积形成更大的突发流量。
3、丢包敏感。由于视频业务输出数据的高压缩比，在报文丢失的影响方面存在放大效应。对于每帧报文，如果出现一个丢包，整帧报文重组都将失败，如果I帧出现报文丢失，整个1秒钟的图像都会受到影响。普通IP业务一般丢包率控制在1%～2%以内，但对于视频业务来说这个控制指标远远不够，需要考虑更严格的0%～0.05%网络端到端丢包率设计。
二、视频业务网络故障技术分析
既然视频流量具有这样的特征，那么在网络传输中是否一定会出现丢包呢？解答此问题，需要了解网络在什么情况下会产生丢包，才能针对给出解决办法。
1.信道质量差，数据在传输过程中出现错误。此问题较为常见，通常也较好排查，通过查看网络设备接口计数器是否存在错误报文持续增长，即可定位。
2.网络端口协商出现问题，例如速率、双工等模式协商出现异常。此问题经常出现在视频前端或局端接入网络处。特别需要注意的是，如果视频前端或局端配置100M全双工模式，交换机端口是auto，这时交换机端口上会协商成100M半双工，在这种情况中网络就会出现丢包等问题。需要手动把交换机端口设置成100M全双工，与视频前端或局端匹配，问题就会得到解决。
3.网络拥塞。此问题通常较难排查，因为我们通常查看网络接口带宽利用率，可能只有30%，但实际上由于视频流量突发特征，可能端口在瞬时已经产生拥塞并导致了丢包。某些网络设备在接口计数方面存在缺陷，不能够直观显示出由于网络拥塞所导致的丢包，导致问题定位排查较为复杂。
基于网络拥塞较难排查，接下来分析此问题如何处理。
对于传统网络设备，基于设备转发原理，不会在端口入方向产生拥塞，也不会在端口入方向产生拥塞丢包，网络节点只可能在两种流量模型（高低速模型和汇聚模型，如下图所示）才会在端口出方向产生拥塞。高低速模型，指的是从高带宽端口发送流量到低带宽端口；汇聚模型指的是多个端口向一个相同速率的端口发送流量。那么是否网络中只要存在这样的节点，就一定会出现拥塞丢包。这里分析的是设备接口带宽，但是网络中是否产生了拥塞，需要结合实际场景进行分析，需要考虑在每条链路上，当前具体传输的流量带宽有多大，峰值有多大，峰值流量持续时间有多长，以此来判断网络中是否存在产生拥塞的可能。潜在拥塞点找到了，网络中可能也确实产生了拥塞，那么网络设备是否一定会产生丢包。通常网络设备端口出方向都具备一定的缓存能力，根据设备、板卡类型、软件版本不同，缓存能力也存在差别。如果瞬时突发流量在端口缓存能力范围内，那么不会出现丢包情况，突发的流量会暂时缓存起来，待线路空闲时，再将缓存流量发送出去。反之，网络中就产生丢包。
定位网络节点是否出现拥塞丢包，可以采用以下两种方法：1.对于部分网络设备，可以通过查看接口计数器，观察discard参数是否持续增长，此参数代表接口拥塞丢包数量。2.对于部分网络设备，由于芯片限制，不能通过接口计数器直接查看接口是否存在拥塞丢包。此时接口计数器虽然也有discard参数，但是并不能反映实际拥塞丢包情况，此时可以通过抓包来进行分析。
三、视频业务网络故障解决方案
通过以上分析，对视频流量特征有了清晰的认识，也对如何定位视频承载网丢包问题有了一个明确的处理思路。基于视频业务网络问题处理经验，在业务处理过程中提出以下建议：1.视频前端或局端支持码流平滑功能。很多时候，承载网是固定的，给视频业务提供的带宽也是确定的，如果能够支持码流平滑功能，将极大的提升视频产品的网络适应能力。2.视频流量增强抗丢包功能，建议采用编码时增加冗余方式来实现。虽然很多视讯产品宣称支持5%的丢包率，但从实际使用来看，部分前端丢包0.1%情况下，视频图像就会出现问题。3.承载网建议采用轻载方式，带宽利用率建议在40%左右，避免出现链路利用率过高导致视频传输性能下降情况。4.网络质量差的情况下，例如视频会议网络中存在丢包场景，可以尝试拔掉交换机上不必要的网络连接，保证会议的网络带宽，或者在终端设备上设置低接入会议带宽，保证会议畅通。5.在带宽资源允许的条件下，保证承载网的带宽需求，提高视频业务质量。
结束语：视频业务的音视频效果与承载网络质量紧密相关。在大型视频业务系统组网中，由于传输设备及传输线路极为复杂，网络侧引入的问题可能性就更大，丢包、乱序、拥塞等问题时有发生。为检测网络质量，人们通常习惯使用Ping命令进行测试，而PRT与ICMP协议原理不同，Ping命令无法测试网络传输PTR码流的真实情况。处理问题时，首先要采用分段分块、化繁为简的方法将测试系统最小化并将故障复现；其次要考虑每一台网络设备、每一个设备端口甚至每一根网线所造成的影响；最后要选用专业的测试软件和测试方法来进行分析，只要理清思路，最终一定能够准确的定位问题并找到解决问题的方法。