技术分享 | 漫谈音视频中的拥塞控制

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网络拥塞造成的丢包、延时和抖动,会导致实时音视频的质量降低、卡顿和时延增加,影响用户体验。本篇文章将介绍什么是网络拥塞,以及网络拥塞对音视频质量的影响,重点讲解在构建RTC系统时拥塞控制的一些策略。

一、什么是网络拥塞

每逢节假日高速公路免费的时候,上路的车辆就会大量增加,各种走向的车辆相互干扰,导致交通拥堵的发生,人们看着一望无际的堵在路上的车流,绝望之情油然而生。发生堵车后,每辆车到达目的地的时间就会随之增加,甚至可能会因堵塞而无法开动,发生局部死锁,这跟互联网的网络拥塞是极为相似的。

互联网也被称为信息高速公路,如果把每个网络包看作是上路的汽车,互联网的交通状况比现实中的公路网更加复杂。数据包从一个端发往另一个端,可能会经历通行状况良好的高速公路,可能会有蜿蜒崎岖的山路,也可能会遇到节假日那样大堵车。跟公路网堵车类似,网络拥塞会导致数据包到达目的时间变长(时延增加),每个包到达所需要的时间不同(网络抖动、乱序),跟公路网堵车不同的是:一般上路的汽车不会无缘无故地消失, 但是网络上的数据包则可能在通过某个网络节点时,被节点丢弃,丢包的发生是没有任何通知的,对于发送和接收终端而言, 丢包的发生是无缘无故的。如果接收终端坚持要等待某个被丢弃数据包的到达, 就算是海枯石烂,它也无法得偿所愿,如果在设计上没有很好地处理丢包异常,它就会无法工作。有了初步印象, 我们就可以得出网络拥塞的定义了:网络拥塞是网络节点/链路所承载的数据量超过了它所能处理的极限,从而导致的网络服务质量的下降。

二、RTC系统如何应对网络拥塞

实时的音视频通讯系统对用户体验有极高的要求,除了音视频本身的高质量流畅性之外,对时延也有极高要求。通常认为,端到端时延低于200ms的时候,使用者满意度极高;端到端时延低于300ms的时候,使用者会比较满意;端到端时延介于300ms和400ms之间的时候,会有部分使用者对通讯质量觉得失望;当端到端时延大于400ms时,多数使用者都会失望;当端到端时延大于550ms时,几乎所有使用者都会认为不可接受。

网络拥塞造成的丢包、延时和抖动,势必导致实时通讯中音视频的质量降低、卡顿和时延增加。尤其是丢包,更是音视频卡顿的最直接原因。_那么要如何应对网络拥塞,让RTC系统保持较好的用户体验呢?_

1、就近接入

当汽车出发开始远程跋涉的时候,通常都要看最近的高速路口在哪儿,减少在山区小路或者市区线路上的时间。RTC系统应对网络拥塞,首要就是根据用户终端的所在地选择最佳的接入点,让用户的数据包尽快到达高速线路上,降低在用户接入点拥塞发生的可能性。

2、智能路由

现在的导航软件大多集成了实时路况的监控,汽车从起点到终点,可以选择的路线有很多条,优秀的导航算法不仅可以在出发的时候根据实时路况,选择最优路径,在汽车行驶的过程中,还可以动态规划线路,保证汽车行驶过程中一直沿最优路径行驶。RTC系统中,也会有这样的动态规划线路的大脑,实时监视着每条道路上的路况情形,是否有拥塞,然后根据实时路况选择数据包的路径。

3、带宽预测

在音视频通信过程中,为了提高音视频的质量,会希望增加音视频编码的码率,但是实际系统中网络往往有带宽瓶颈,增加传输的数据,就可能会遇到瓶颈,造成网络拥塞,导致实际质量的下降。为了避免这种情形的发生,就需要对网络的瓶颈做准确的评估,但是互联网是一个动态系统,它的瓶颈是时时在变化的,这也就意味着,在整个通讯的过程中都需要估计网络的带宽,避免数据超发造成网络拥塞。

实际应用场景比较复杂,就算用了很多方法来规避网络拥塞,但是依然无法完全避免拥塞的发生,这时候就需要有一些抵抗弱网的手段。常见的做法有丢包重传和前向纠错编码来抵抗丢包,自适应的JitterBuffer来抵抗网络时延的抖动和包乱序,还有一些结合整条处理链路,从编码解码器的策略调整来应对的方案。不过所有抵抗弱网的手段都是利弊共存,如何应用是非常关键的。而且在整条处理链路上,各个模块相互依赖、相互影响。为了保证整条链路工作的鲁棒性,避免出现正反馈震荡,更是设计之重。

《倚天屠龙记》中张无忌学习太极剑,一代宗师张三丰循循善诱,指导张教主忘掉剑招,只记剑意,从而战胜手持倚天剑的八臂神剑东方白。这就是功夫的最高境界——无招胜有招。在RTC系统设计中,诚然有很多招数可以应对弱网,但是最佳的做法确是要避免使用这些招数,无招胜有招,避免网络拥塞的出现。


以上就是关于网络拥塞控制的一些分享,欢迎关注拍乐云Pano的知乎号,我们会在后续的文章中与大家分享关于音视频的更多知识。

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