一、引 言

——隨著ITU-T H.323建議的出臺，基于分組網的多媒體業務越來越受到重視。在ip上傳送語音、視頻和數據比現有的電路交換網有著更為廣闊的發展空間。然而由于IP本身存在的問題阻止了其迅速占有市場，因此完全取代電路交換尚待時日。本文將從應用的角度來談談其發展。

二、分組網和電路交換網上多媒體應用的比較

——1.分組網和電路交換網的重要不同

——（1）電路交換網，以ISDN為例，是全雙工服務，支持連續雙向的比特流。例如，有一個128kbit/s的鏈接，在通信過程中任何時刻，任何方向上都會得到128kbit/s的數據流。數據是以可預知的時間和順序到達接收端的。這非常有利于視頻/音頻這樣對時間敏感的信息的傳輸。

——（2）分組網最初設計為傳送bursty數據包。在傳輸過程中，會發生不可預知的數據“碰撞”和“交通”擁塞，因此數據包會丟失或被重發，也會有時延和抖動產生；另外，相同起始點的每個數據包傳輸路徑不一定相同，到達接收端的順序和時間也不定。顯然這不利于視頻/音頻實時數據的傳輸。再有，分組網沒有固定帶寬和持續帶寬的概念。目前，在IP上進行“一個128kbit/s的呼叫”不能保證得到連續的128kbit/s的數據流；并且數據傳輸是單向的（半雙工），假如想在以太網上與其它終端進行128kbit/s的通信，則實際需要256kbit/s的帶寬、128kbit/s發送、128kbit/s接收。

——2.分組網和電路交換網上多媒體應用的比較

——從上述分組網和電路交換網的特點分析，電路交換網比分組網更適合傳送視頻/音頻實時數據。那么，是什么原因使人們越來越重視基于IP的多媒體應用呢？ITU-T H.323是基于分組的多媒體系統的標準。它促進了IP上多媒體業務的發展。

——（1）編碼標準

——H.323為音頻和視頻數據建立了壓縮/解壓算法，規定所有H.323設備中，具有音頻能力的必須（最少）支持G.711語音編碼標準，具有視頻能力的必須（最少）支持H.261圖象編碼標準。這樣確保不同廠商的設備有共同遵循的標準，為互通提供了必要條件。

——（2）交互能力

——H.323標準中定義了網關（Gateway）和網守（Gatekeeper）。網關主要用于分組網和電路交換網（SCN）之間協議的轉換，包括傳輸格式轉換（ 如H.225.0～H.221）、通信流程轉換（如H.245～H.242）、音頻視頻編碼轉換及在LAN端與SCN端執行呼叫建立和清除；網守的主要功能是治理帶寬，并為終端和網守提供地址轉換。這不僅使網絡資源得到有效利用，也為信息的無縫傳輸提供了條件。

——（3）平臺和應用的獨立性

——H.323設備不受硬件和操作系統的限制。其平臺可應用于各種形式：視頻個人計算機、專用平臺、IP電話、有線電視機頂盒等?？梢哉fH.323設備可滿足社會各層次的需要。

——（4）多點支持

——H.323不需多點控制單元（MCU）也可支持多點會議，多點控制能力可包含在H.323的其它實體（entity）中，如在一個多點會議的任一終端里。

——（5）多廣播支持

——H.323支持多廣播（Multicast）。多廣播在網絡上單向無返回地發送信息到目地端，所有站點讀到的是一個單向數據流，因此多廣播傳輸能更有效地利用帶寬。

——（6）靈活性

——具有不同能力的H.323 終端可以互通。例如，只具有音頻能力的終端在一個會議中能夠與其它具有視頻和數據能力的終端通信。再有，一個H.323終端能夠與一個只具有數據傳輸能力的終端共享數據而同時與其它H.323終端共享音頻、視頻。

——分組網絡最初設計為承載數據包，發生擁塞是自然的，這對傳輸實時數據不利。假如能克服這個缺點，將比電路交換網有更大的發展空間。例如，在分組網上很輕易實現多點會議、廣播和多廣播。并且由于它是建立在已普遍存在的網絡結構上，企業、校園等內部的桌面系統和會議室都存在著LAN連接，因此省去了網絡建設的初期投資，能更迅速的發展。

三、LAN上運行實時視聽業務的幾個問題及解決方案

——1.影響多媒體業務服務質量的的因素

——傳統LAN網，包括以太（10Mbit/s）網和令牌環（4/16Mbit/s），設計為支持bursty數據包，而視頻和音頻是連續數據流，這些數據是連續的并且需要維持帶寬。因此在LAN上傳送實時數據流必然會引起質量下降。其主要原因如下所述。

——（1）帶寬

——視頻應用的帶寬需求取決于：

——①幀/圖像的大?。?br />
——②圖像幀頻；

——③端點壓縮/解壓能力。

——若要滿足一定的圖象質量，既使用較好的壓縮算法H.263，其視頻數據量仍然遠遠大于其它應用，因此視頻的加入對帶寬提出更高的要求。IP網的數據傳輸是單向的，在LAN上要實現雙向的384kbit/s的呼叫實際需要768kbit/s帶寬。因此要實現實時雙向的視頻/音頻傳輸，無形中加重了帶寬負載。

——（2）丟包

——無論提供多少帶寬，在共享網上的“碰撞”仍會影響服務質量。在任意時間內，不同網絡段上存在各種類型的擁塞，因此傳輸過程中丟包不可避免。而視頻和音頻數據的實時性不答應其數據包重發，對接收端而言，數據包丟失率是質量的重要衡量指標。

——（3）時延

——影響QoS的另一個因素是在點對點傳輸中，數據包經歷延時（這里主要指可變時延）的頻率和持續時間。延時主要是由于交換或尋路時處理時間和排隊時間造成的。500ms的延時會降低會議電視的質量，而相同的延時則不會對文件傳輸和電子郵件造成影響。假如時延不能解決，單純通過增加交換來給每個用戶提供更多的帶寬并不能很好解決QoS問題。


——（4）抖動

——絕對時延，連續數據流對時延的變化敏感性，稱為抖動。抖動源可能在工作平臺上或網絡上。在網絡上，兩端點間網絡實體的緩存可能會溢出而引入時延；在工作平臺上，當操作系統忙于其它工作（為保持解碼運行平滑而填滿去抖動緩存，引入更多延時）時可能會斷續釋放數據包。抖動影響語音/視頻傳送和會議水平。

——2.現有的解決方案

——針對上述問題，已經有相應的協議支持IP網上實時數據的傳輸，如RTP/RTCP、RSVP、UDP等；致力于開發H.323產品的廠商也不斷采用新技術提高IP網上實時數據傳輸的質量。

——（1）協議介紹

——①資源預留協議（RSVP）

——RSVP（Resource Reservation PRotocol）是IETF標準，運行在應用層。給實時數據流建立初始資源預留。當一個應用有服務質量的要求，RSVP將這個要求傳送到路徑中的每一個路由器，決定路由器是否支持這種服務水平。這樣，RSVP使得基于路由器的網絡象基于電路交換網一樣得到最好的傳輸效果。RSVP的優點是可在任何物理層上工作，無論在互連網還是在企業網上都能提供點-點服務。

——協議的應用：首先協議檢查確定服務器本身沒有過載能夠處理另一個視頻流。很多因素影響這個決定，包括數據速率，希望的視頻編碼類型，用戶需要的服務質量和服務器的響應能力。其次，檢查所有連接到服務器上各網絡段的數據，如視頻等。通過限制各段上承載視頻的數量，資源預留協議保證用戶bursty數據服務接入到剩余頻帶。假如服務器和與它連接的網絡段對加入視頻都有過載的危險，協議會使服務器給用戶發出“忙”信息。這種機制是建立傳送需求服務的好連接。確保從一開始就不會出錯。

——②實時協議/實時控制協議（RTP/RTCP）

——對于實時數據，RTP（Real-time Protocol）在每個包頭加入時間和順序信息。路由器看到信息，會優先處理這些數據包，減少由于排隊引起的時延和抖動。即使偶而有丟包，音頻和視頻也能平滑傳輸。

——③用戶數據報協議（UDP）

——UDP（User Datagram Protocol）工作于傳輸層，是一個面向無連接的協議。它提供的是不可靠服務，沒有錯誤恢復能力。但它的格式和協議本身都很簡單，因此效率高，這也是它應用于實時數據傳輸的原因。

——（2）新技術介紹

——①帶寬的靈活治理

——增加帶寬來提高網絡的承載能力勢在必行，網絡的寬帶化也是現今的發展趨勢。從10Mbit/s以太發展到100Mbit/s快速以太，以至現在的千兆以太。增加帶寬就是增加了網絡的承載能力，有利于視頻這樣大信息量數據的傳輸，但是，單純增加帶寬并不是好的方法。因為再寬的帶寬也不能承受迅速增長的網絡負載。例如，給每個用戶一個專用的10Mbit/s以太段，發送段和接收段通過高速骨干網（FDDI/CDDI、ATM、100BaseT、千兆以太）連接。這就象給每個人一個專用路段通向多道高速路一樣。然而，持續增長的網絡負載使這個自由空間越來越小，最終導致擁塞。這很自然會干擾傳輸，引起時延。因此，對帶寬的靈活治理是很重要的。

——H.323定義了網守（Gatekeeper），它的一個重要功能是進行帶寬治理。

————限制用戶最大實時數據速率；

——限制用戶數據速率到需要的水平，只要保證需求的服務質量即可。避免由于大的數據量造成緩存溢出或CPU過載中斷而丟包。

————限制一個網絡段上最大實時數據速率；

——由于網絡上不僅要傳送實時數據，還要承載大量其它類型的數據包。因此需要將一個網絡段上的實時數據速率限制到一定范圍內，確保其它類型的數據不會因為過多的實時數據而中斷傳輸或使用戶等待不能忍受的長時間，這同樣也造成了分組網服務質量的下降。

————將LAN上實時數據速率總和限制到帶寬一定比例以內；

——這一限制與上述功能相仿，只是針對整個LAN而言。

————限制網上同時進行實時通信用戶的數量。

——在有限的帶寬內如何為已經進行實時通信的用戶提供服務質量保證呢？在帶寬不夠的情況下，拒絕新的視頻會議的申請。通過限制網上同時進行視頻會議用戶的數量，來為用戶提供必要的服務質量。

——通過以上措施，帶寬得到有效治理，減少傳輸過程中的丟包、延時和抖動，提高了分組網對實時數據的服務質量。

——②多廣播（Multicast）的應用

——多廣播技術是指在網上數據由一個源端點單向傳送到多個目的端點。應用這項技術最大的好處是節省帶寬。由于多廣播數據是單向傳輸，對于實時雙向的視頻會議而言節省了一半帶寬。一些產品在終端上增加多點控制功能，形成交互式多廣播。這種技術的特點是數據仍為單向傳輸，在需要時由主席控制切換廣播數據流向。對于與會站點而言，既實現了視頻會議的交互性，又節省了帶寬。再有，許多視頻應用于共享實況廣播和實況錄像，即將錄制好的信息播放出去。服務器為每個數據包設置了多廣播比特位。所有這些設置了標志位的數據包都前向傳送到網絡上所有節點，即使只有少部分節點需要這些信息。為確保每個想得到視頻數據流的設備都能接入而提供大量多廣播視頻通道，增大了多視頻流，最終導致網絡過載。選擇性的多廣播通過控制網絡上的音頻、視頻流來節省帶寬。當一個客戶需要接入到某一視頻通道，只有這個網絡段承載視頻流。接收視頻流的網絡段通過帶寬預留協議而保證不過載。選擇性的多廣播成為GARP（Group Address Registration Protocol）IEEE802.1標準的一部分。

——③輸出隊列優先級設置

——網絡治理者將數據通道分成幾個等級，按優先級順序提供帶寬。高優先級應用先得到所需帶寬。用戶輸出隊列定義多個隊列，每一個上標注總帶寬。例如，用戶輸出隊列給某一Novell 網上應用，定義其包交換能力為在任何時刻接收總帶寬的40％；為確保平滑接收，使用在IP上的視頻會議標注總帶寬的30％；而其它應用共享剩下的30％。當視頻會議資源貧乏時，從其它任務上撥取。路由器上這種功能的延時是可以忽略的，因為只檢查包頭標志。給隊列加權限是保證為某些急時服務提供急需帶寬。


——④增大緩存，提高尋路速度

——除了上述網絡治理技術的提高和軟件應用的改進之外，對網絡上各實體硬件技術的提高與改進也是必要的。如用高速交換路由器代替傳統路由器，加快尋路時間，減少時延；增大隊列的緩存，降低因過載而溢出的比率，減少丟失數據包。

四、市場發展前景

——分組交換并不是新技術，但在其上同時運行音頻、視頻和數據，實現多媒體業務還面臨著很大挑戰。從現在發展來看，帶寬似乎已不是大問題，而如何治理帶寬，引入各種新技術減小時延、丟包和抖動給實時數據帶來的影響是很要害的。

——電路交換網對實時數據傳輸的可靠性，各種高速接入技術的發展以及IP本身存在的問題都阻礙其迅速占有市場，若要取代電路交換網尚需時日。然而，H.323產品最終是否能成為市場主流呢？筆者想答案是肯定的：

——1.H.323是建立在已有網絡結構（如IP網）上的多媒體系統的標準。補償了LAN潛在不定因素的影響，答應用戶在不更改網絡基礎結構的情況下應用多媒體業務。這樣節省了網絡建設的初期投資，更易于向市場推廣。

——2.現在，LAN的發展很迅速，帶寬的不斷增加使其更具有強有力承載大量實時數據。以太帶寬從10Mbit/s升級到100Mbit/s，而千兆以太已在市場嶄露頭腳。帶寬的增加使網絡的承載能力提高。

——3.通過提供設備-設備、應用-應用、廠商-廠商的交互能力，答應不同廠商的產品間能互通。

——4.由于PC機更快的處理器、增強的指令設置和強大的多媒體加速芯片使其正在成為更強大的多媒體平臺。端點能力的提高使視頻會議可采用桌面系統，已有的企業網和校園網就可以有效利用，而不用花資金另建新網。

——5.H.323提供了LAN與其它網絡間的互通標準，在現在多網共存的情況下可充分利用網絡資源。

——6.能治理網絡負載，從而保證服務質量。網絡治理者能夠限制會議的帶寬。多廣播支持也能減少帶寬需求。

——7.還有一個不容忽視的原因：H.323得到許多計算機和通信公司的支持，包括Intel、Microsoft、Cisco和IBM。