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Hirain123 發表于 2020-5-14 10:21

AVB vs. RTP

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]問:近些年,隨著智能駕駛技術的發展和車內影音娛樂系統的豐富,越來越多的音視頻數據需要在車內網絡進行傳輸。現在車載以太網日漸成熟,那么,我們可以使用車載以太網在車內網絡傳輸音視頻數據嗎?[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]答:答案是肯定的。而且由于成本、傳輸帶寬等方面的因素,在有些場景下,也許只有車載以太網才能滿足我們的傳輸需求。[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]問:既能傳輸普通數據又能傳輸音視頻數據,感覺很方便啊。那么,傳輸音視頻數據和其他普通數據采用的傳輸協議相同嗎?[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]答:是不同的,網絡上有專門適用音視頻傳輸的協議。目前,在車載以太網中常用的方案有兩個,分別是RTP和AVB。[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]        [color=#ff8c0]•  [/color]RTP(Real-time Transport Protocol),實時傳輸協議,采用RTP和RTCP(Real-time Transport Control Protocol,實時傳輸控制協議)兩個子協議實現音視頻數據的傳輸,遵循的標準為RFC 3550。

        [color=#ff8c0]•  [/color]AVB(Audio Video Bridging),音視頻橋接技術,采用 IEEE 1722,IEEE 802.1AS,IEEE 802.1Qav, IEEE 802.1Qat等一系列 IEEE 標準,通過保證帶寬、控制傳輸延時、精準時鐘同步等功能和機制實現音視頻數據在網絡上的實時傳輸。

        這里要注意的是,不管采用哪種技術,這里所傳輸的有效載荷數據(payload)是一樣的,都是音視頻媒體數據(e.g. H.264),不同的是所采用的傳輸方式。

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[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]問:那么具體應該選擇哪種方案呢,或者說什么時候用RTP,什么時候用AVB呢?[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]答:這個取決于網絡架構,應用場景和成本等因素,需要具體問題具體分析。RTP的機制相對比較簡單,而AVB的機制會復雜一些。下面我們詳細介紹一下。[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]        下圖是OSI網絡模型,左邊是AVB架構,右邊是基于TCP/IP的傳統架構。[/size][/font][/color]

[align=center][color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px][img=400,244]http://www.hirain.com/attached/ckfinder/userfiles/images/AVB%20vs_%20RTP1.jpg[/img][/size][/font][/color][/align]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]        我們可以看到RTP協議位于模型的5至7層,底層為傳輸層,在RFC 3550中推薦使用UDP為其底層傳輸協議,有的同學可能知道IEEE 1733,(一份將RTP協議和AVB相關機制整合使用的標準),但由于過于小眾,今天這里就不過多介紹了。RTP協議本身沒有連接的概念,為端到端的傳輸模式,無法保證數據的傳輸質量。我們知道在復雜的網絡環境中,采用UDP傳輸的數據有可能出現丟包的情況,RTP可以借助RTCP提供的傳輸質量反饋信息,調整數據發送行為,從而盡可能的保障傳輸服務。但是,如果車內網絡環境簡單,通過合理的設計,我們可以規避傳輸過程中有可能出現的種種問題,從而使用RTP在車內進行音視頻數據傳輸。[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]        比如下面的應用場景:[/size][/font][/color]

[align=center][color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px][img=400,122]http://www.hirain.com/attached/ckfinder/userfiles/images/AVB%20vs_%20RTP2.jpg[/img][/size][/font][/color][/align]
[align=center][color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]Figure 1[/size][/font][/color][/align]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]        攝像頭和顯示屏直連,攝像頭采集視頻數據,通過以太網傳輸至顯示屏,顯示屏實時顯示攝像頭所捕獲到的視頻畫面。類似這樣一對一直連的網絡拓撲,如果這條鏈路上的帶寬充裕,可以直接使用RTP進行音視頻傳輸。[/size][/font][/color]

[color=#222222][font=Arial, Verdana, sans-serif][size=12px]問:感覺RTP很簡單啊,是不是直連的網絡拓撲,一般都可以使用RTP進行傳輸呢?[/size]

[size=12px]答:是的,可以這么說。如果不是直連,但場景中Switch節點轉發延時可控,在鏈路帶寬充裕的情況下,RTP一般也都可以滿足傳輸需求。[/size]

[size=12px]問:了解了,那網絡環境復雜就需要使用AVB嗎?[/size]

[size=12px]答:和RTP相比,在OSI模型中,我們可以看到AVB的一系列協議是直接基于數據鏈路層進行傳輸的,簡單的層級架構,使數據的處理時間更加可控。AVB共有四個子協議,分別是:[/size]
[color=#ff8c0][size=12px]•  [/size][/color][size=12px]IEEE1722,音視頻傳輸協議AVTP[/size]
[color=#ff8c0][size=12px]•  [/size][/color][size=12px]IEEE 802.1AS,精準時間同步協議gPTP[/size]
[color=#ff8c0][size=12px]•  [/size][/color][size=12px]IEEE 802.1Qav,時間敏感數據轉發和隊列優化協議FQTSS[/size]
[color=#ff8c0][size=12px]•  [/size][/color][size=12px]IEEE 802.1Qat,流預留協議SRP[/size]

[size=12px]        我們通過下面的場景具體介紹下AVB技術的應用情況:[/size]

[align=center][size=12px][img=350,208]http://www.hirain.com/attached/ckfinder/userfiles/images/AVB%20vs_%20RTP3(3).jpg[/img][/size][/align]
[align=center][size=12px]Figure 2[/size][/align]

[size=12px]        如圖所示,車內網絡中攝像頭、顯示屏、ECU1和ECU2通過Switch相互連接,同時,攝像頭、ECU1和ECU2均有與顯示屏通信的需求。如果ECU1和ECU2有突發的數據需要發送至顯示屏,那么Switch和顯示屏之間的鏈路帶寬就會被大量占用,導致攝像頭的視頻數據無法準確傳輸。其次,我們知道車載以太網傳輸路徑上的延時主要來自于Switch的轉發延時,如果有大量數據在Switch隊列中等待,網絡就會出現擁塞,導致延時,從而影響數據的傳輸質量。以上場景,想要實現實時視頻傳輸,有兩個問題需要解決:其一是保證鏈路的傳輸帶寬;其二是要控制Switch的轉發延時。[/size]

[size=12px]        這種情況下,基于UDP的RTP傳輸就很難滿足需求了,需要AVB技術來解決這些問題。首先要獲取多流并發時各個數據流量的所需帶寬并靜態配置,其次再將數據劃分出不同優先級,保證高優先級數據優先轉發。AVB中,FQTSS可以通過基于信用的轉發方式(CBS,credit-based shaper),在保證高優先級數據轉發的同時,也可以轉發其他低優先級數據。優先級可劃分為SR class A,SR class B等級別,在這個場景中,如果視頻數據的優先級較高,可以將其劃分為SR class A,在7跳之內,SR class A數據默認的最大傳輸時間僅為毫秒級別,完全可以滿足實時視頻傳輸的需求。通過以上方法,場景中的帶寬和延時問題都可以用AVB技術解決,進而就可以實現流暢的視頻數據傳輸了。[/size]

[size=12px]        通過以上應用實例,我們簡單的介紹了RTP和AVB兩種在車內網絡傳輸音視頻數據的方案。如果網絡環境簡單,有足夠的傳輸帶寬,那么基于TCP/IP架構的RTP可以直接滿足端到端的音視頻傳輸需求,簡單方便,性價比高。但是如果車內音視頻數據的傳輸路徑上有一個或多個Switch節點,存在多流并發的場景,或者有時鐘同步的需求,就需要借助AVB技術中的gPTP,FQTSS,AVTP等技術和機制才能實現穩定的實時音視頻數據傳輸。具體使用哪種方案,是使用所有機制還是選擇性使用,還需要根據車型和應用場景,具體案例具體分析,借助時間分析工具進行仿真優化,才能呈現出最優的傳輸效果。[/size]

[align=center][size=12px][img]http://blog.eccn.com/attachment/201703/22/1064719_1490156572eUC8.jpg[/img]
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[/font][/color]
[align=center][font=Arial, Verdana, sans-serif][color=#222222][size=12px]經緯恒潤[/size][/color][/font][/align]
[align=center][font=Arial, Verdana, sans-serif][color=#222222][size=12px]北京市海淀區知春路7號致真大廈D座6層[/size][/color][/font][/align]
[align=center][font=Arial, Verdana, sans-serif][color=#222222][size=12px]郵箱:[email=market_dept@hirain.com]market_dept@hirain.com[/email][/size][/color][/font][/align]
[align=center][font=Arial, Verdana, sans-serif][color=#222222][size=12px]網址:[url=http://www.hirain.com]www.hirain.com[/url][/size][/color][/font][/align]

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