多媒体数据传输质量评测和性能优化

　　在实时多媒体的应用中，我们发现部分远程节点间的实时视频经常会发生画面停滞、卡顿等现象发生，主观判断是网络发生了丢包或拥塞问题，但丢包率、丢包的位置，丢包的原因都需要进一步测试和研究。由于网络带宽充裕，多媒体信息的传输，特别是实时多媒体信息的传输，例如VOIP和视频会议应用的传输效率和性能往往会出现用带宽不足无法解释的问题。为解决上述问题，我们需要对出现类似问题的网络链路进行网络质量的评测，发现问题所在，并找到解决问题的方法。

　　网络质量评测策略

　　笔者针对特定网络链路展开网络质量评测，网络链路的拓扑图参考。目标链路跨越两个独立的园区网络和一段远程链路，评测的首要策略是通过合理的方式迅速定位问题链路。为此我们设计了一种对折测试方案，首先测试整条链路，然后在链路中间选择一个节点，以此为断点分别测试断点到整条链路两端的链路，以此类推最终定位问题链路的位置。

　　测试工具与场景设计

　　为测试网络实时多媒体传输性能，我们需要一种能够按我们的要求发送和分析RTP数据包的工具。为此我们选用了GIPS IP Workbench网络测试工具包。通过加载真实的网络负载条件，研究每一个单独的实时多媒体通道的丢包率和抖动模式。其中，RTP Load Receiver用于接收从RTP Load Generator发送过来的RTP数据包，它提供了一个基础的QoS指标，包括数据包的丢失和抖动的实时监测。

　　测试过程尽可能模拟实时多媒体应用的行为，通过调整发送数据包的大小，发送间隔，模拟实际应用的视频码流，检测不同链路中的丢包率以获得链路质量数据。

　　第一步是初测，目的是发现整个链路中的问题网段链路，仅需要定性数据即可。为此设计采用折半法进行初次测试。首先进行测试点1（服务器所在网段）分别到测试点2、测试点3、测试点4、测试点5的双向测试，然后再进行测试点7到测试点4、5的测试，最后进行两地边界路由器之间，及测试点6和7之间的双向测试。测试记录表明：测试编号Initial_XYY尾数的意义是X代表折半层级（其中X=0意味着整条链路），YY代表当前折半测试的序列号。源和目标节点使用IPv4地址标示。

　　对初测的数据进行分析后，发现问题网段并进行相应的处理，然后进行第二步复测，目的是针对目标网段，进行分时段密集测试，以得到问题网段丢包率实际数据，为查找丢包原因提供数据支持。

　　考虑到不同时间段网络利用率不同，设计方案中考虑分别在上午上班时间和下午上班时间两个不同时段测试相同数据，并参照当时网络利用率数据。每个时段的分别测试目标码流为600k，1200k，2400kbps。

　　测试表明，针对改进链路进行密集测试，测试选取两个时段：上午9点～10点、下午3点～4点，测试时分别使用600kbps/1200kbps/2400kbps的测试码流进行。futher_XYY中X（MA），YY（发包间隔ms）。

　　评测数据及分析优化

　　问题a测试发现测试点1到测试点2的丢包率略大于测试点1到测试点3之间的丢包率；由园区B向园区A方向的RTP数据包丢包率从500kbps到4000kbps码流条件下，丢包率在0.19%-0.39%之间，考虑到网络链路中设备众多，网络处于较高的负载运行条件下，该级别的丢包率处于正常情况，对实时多媒体地传输影响不大。

　　而从园区A向园区B方向的RTP数据包丢包率随着测试码流的上升，丢包率急剧上升：在2Mbps码流条件下，丢包率达到2.17%；而在4Mbps码流条件下丢包率达到惊人的15.50%，同时数据包延迟持续增加，最大时可以达到30秒。

　　测试结果提示可能是网络性能问题，需要对网络链路和相关的路由配置进行优化。

　　针对问题a测试点2和3的拓扑位置略有区别，为此增加优化后链路；检查边界路由器发现到园区B的路由是分布在两条155M链路上的等值路由，考虑到实时多媒体数据的特性，上述路由设置可能导致在路由动态切换时导致大量的数据包错序和丢包情况。因此，在园区A的路由器上增加指向园区B视频会议专用网段的静态路由，在园区B增加源地址为视频会议专用网段的静态路由，这两条路由都经由指定的同一条远程链路。由于这个专用网段包含的IP地址较少，因此优先级高于原先设置的包含此网段的大网段路由，这样就能保证该网段的数据包只从指定的链路上传输。

　　网络链路和路由优化后，对双向链路的丢包率进行了复测。由于采取了优化措施，复测的结果应该是差别不大。

　　测试发现由园区B向园区A方向的RTP数据包从500kbps到4000kbps码流条件下，丢包率在0.21%～0.27%之间。而从园区A向园区B方向的RTP数据包从500kbps到4000kbps码流条件下，丢包率在0.16%～1.54%之间。

　　路由优化后，链路双向的RTP数据包丢包状况都有改善，特别是园区A到园区B方向的RTP数据包不再有严重的丢失现象。经过在两地进行视频会议感官测试发现，音视频流畅，达到较满意的效果。

　　写在最后

　　实时多媒体数据一般采用RTP/RTCP协议进行数据传输，传统的TCP测试或者ping包测试很难对网络实时多媒体传输质量进行客观的评价。我们引入了一种RTP数据包测试工具对实际网络的性能进行了直接的评测，并发现某些动态负载均衡路由设置可能会对实时多媒体数据传输产生较大的负面影响。在部署实时多媒体应用时，应针对特定的链路进行有针对性地测试和路由优化。

　　作者 戴威 王勤 赵新冬 刘沂训