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广域网优化功能包括针对于传输层、网络层、应用层等不同层面的各种优化加速技术,针对于不同的用户组网,不同的线路类型,不同的广域网优化技术可以起到不同的优化和加速效果。而在这其中,FEC前向冗余纠错、多链路包复制技术对于提升视频会议体验具有非常好的优化效果
FEC( Forward Error Correction,前向纠错)是一种广域网差错控制技术,用于解决实时音、视频的网络丢包问题,保障重要音、视频流穿越广域网后仍能流畅播放,增强 RTP 流在广域网传输的可靠性。
FEC的基本原理是:发送端将多个原始报文,通过 RS(Reed Solomon)算法编码计算并增加冗余包后,以编码块为单位发送;接收端根据收到的原始报文和冗余包恢复出丢失的报文,还原原始数据。
FEC 分为 D-FEC(Determined-FEC,固定的 FEC) 和 A-FEC(Adaptive-FEC,自适应的 FEC)两种类型。
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D-FEC 使用固定的平均抗丢包率,适用于链路丢包率比较稳定的场景。
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A-FEC 根据实时链路丢包率动态调节平均抗丢包率,实现机制比 D-FEC 复杂。可在保证通 信质量和可靠性的前提下,尽量减小冗余包数量,提高传输效率。在广域网环境下,A-FEC 应用更广泛。
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FEC技术在广域网SD-WAN场景下的应用
在典型的广域网Sea-WAN Video场景下,由于引入了高带宽但不可靠的互联网线路,势必会导致对网络丢包有较高要求的语音、视频等存在丢包或卡顿现象。此时可在流量接入广域网的 SD-WAN设备 Router A 和 Router B 上根据链路质量情况自动开启 A-FEC 功能,来保障关键的音、视频通信在至高20%丢包的情况下也不会出现卡顿、花屏等现象,能够为音、视频会议的正常举行提供有力保障。
多路径包复制是一种冗余纠错技术。对于可靠性要求很高并且流量较小的业务(例如工业自动 控制、付款、紧急呼叫、重要音视频通话等),多路径包复制技术利用大部分局域网普遍采用多条 WAN 链路接入广域网的多链路优势,在发送端将原始业务报文复制后从两条链路发送出去,在接 收端将原始业务报文和复制报文互相补充,整合成原始报文流,从而有效降低甚至解决因单条链路丢包导致的业务中断等问题。
多路径包复制对报文的处理流程简单说包括如下步骤:
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在发送端进行 ① 报文识别、 ② 报文复制。
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在接收端进行 ③ 报文去冗余、④ 报文保序。
如图所示,某企业的分支机构通过双 WAN 链路跨 SD-WAN网络和总部连接,且存在 一些可靠性要求非常高的业务需要重点保障(例如关键视频会议通话)。此时可利用双 WAN 链路组网特点,在 Router A 和 Router B 上部署多链路包复制功能,使得这些业务报文在 WAN 链路传输时,能有效降低甚至解决单条链路中的丢包、乱序问题,保证业务的高可靠性。
TCP/IP网络是统计复用的,它的前提假设是终端的通讯具有突发性,从而可以共享通讯链路。这在提高链路利用率同时也带来了问题:随着网络规模的增大,网络资源总有不够用的时候。在带宽资源有限的广域网环境中,这个问题会导致网络拥塞,并带来延迟增加、报文丢包。针对于音视频应用,其带来的现象就是音视频卡顿、图像马赛克严重。传统广域网一般都会采用拥塞控制技术来对网络传输进行优化。
传统广域网目前采用的大多数是基于事件的拥塞控制算法,需要基于网络发生丢包或延时事件来触发拥塞控制,属于被动式的、出问题后再去解决问题的拥塞管理方法。
相比于传统的被动式的基于事件触发的拥塞控制,谷歌在2016年推出了全新的网络拥塞控制算法BBR。BBR是一种基于模型的,主动探测带宽和延迟的拥塞控制算法。BBR的算法的实质就是周期性探测最大带宽和最小时延,从而实时评估整网的拥塞状态,并主动调整发包速率,从而可以实现更大的吞吐,更小的时延。
BBR 算法原理:BBR 基于测量反馈来主动调整拥塞控制窗口( CWND)和报文发送速率来避免网络拥塞。如下图所示,BBR按周期交替测量链路实时带宽和延迟,并将测量值与一段时间内的带宽极大值(BtlBw)和时延极小值(RTprop)比较,根据比较结果来调整增益系数,最后,用测量的带宽计算出下次发送的CWND和发送速率。
BBR传输层优化算法存在抗丢包能力强、延迟低、抢占能力强的特点。
BBR技术一般推荐用于高带宽、高时延、存在一定丢包率的场景,可有效降低传输时延,并保证较高的吞吐量。
Sea-WAN Video控制器针对于需要重点保障丢包和时延的音视频类应用,支持灵活选用BBR传输层技术来进行数据传输优化。当遇到质量较差,尤其是丢包率较高的网络如4/5G网络时,采用BBR优化后,这类应用有着非常显著的性能提升,可以有效改善用户对音视频业务清晰、流畅、低时延的核心诉求。
没有一种技术是万能的。智能选路技术、基于业务优先级的QoS队列保障技术、自适应音视频保障FEC纠错技术、多链路包复制技术、传输层BBR优化技术也是一样,每种技术的出现都是为了解决单一网络使用场景下的特定问题。
针对于视频会议和普通办公业务的优先级、业务对链路质量和带宽的不同需求,Sea-WAN Video控制器实时监控全网站点不同类型线路上的视频会议应用,基于不同类型线路的统计周期内的质量、带宽情况,结合视频会议应用对网络质量的要求、对线路类型的偏好、以及对链路带宽的占用,根据链路历史质量信息、历史带宽利用率信息,选出可承载视频会议应用的一条最佳链路或多条可用链路。
当监控到链路的时延和抖动不满足视频会议的需求时,自动触发路径调整;当监控到互联网链路存在轻微丢包和抖动时,触发开启BBR传输层优化;当监控到链路存在严重丢包时, 触发开启自适应音视频丢包保障FEC。同时,针对于要做重点VIP保障的视频会议目标用户,主动开启多条链路上的会议流量冗余发送。为了防止和保障本机报文发送时拥塞导致视频会议业务报文不被丢弃和优先发送,在所有链路上开启针对于视频会议业务的队列优先保障。
总结:Sea-WAN Video控制器综合用户物理组网、网络资源使用、业务部署方式、网络实时状态,协同使用智能选路和各种应用优化及加速技术,支持对包括视频会议业务在内的关键重点业务进行智能自适应按需保障。