AVB vs. RTP
發布時間：2020/5/14 10:08:34 修改時間：2021/5/19 11:26:39 瀏覽次數：1276
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？

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。

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？

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。

  ?  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。

  ?  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。

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？

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。

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。

  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。

  比如下面的應用場景：

Figure 1

  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。

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？

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。

問：了解了，那網絡環境復雜就需要使用AVB嗎？

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：
?  IEEE1722，音視頻傳輸協議AVTP
?  IEEE 802.1AS，精準時間同步協議gPTP
?  IEEE 802.1Qav，時間敏感數據轉發和隊列優化協議FQTSS
?  IEEE 802.1Qat，流預留協議SRP

  我們通過下面的場景具體介紹下AVB技術的應用情況：

Figure 2

  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。

  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。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數據默認的傳輸時間僅為毫秒級別，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。

  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，才能呈現出較優的傳輸效果。

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