四川九寨沟7.0级地震现场视频会议系统问题及原因探讨

许瑞杰，李兆隆，曹彦波

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

在我国各种自然灾害之中，地震是主要的自然灾害之一，地震不仅破坏性大，同时也突发性强，在短时间内造成人员伤亡和经济损失。因此政府抗震救灾时需要及时召开会议，做出重要的决策部署，提高工作效率。“十五”项目建设期间，中国地震局建设了地震行业专网，为抗震救灾指挥部建成了符合标准的视频会议系统,运行于地震行业，以中国地震局地震应急指挥中心为主会场,连接全国各个省级地震局指挥中心，在地震应急响应、演练、会商、召开会议等方面经受了实践检验,发挥了重要的作用(刘在涛，2010)。之后在“十五”建设项目的基础上，根据自身需要采用高清MCU和视频会议终端，实现了国、省、市三级地震部门以及台站，现场指挥部的联通(郑树平，2016；贾军鹏，2016；高东辉，2014；郑树平，2013)。鲁甸6.5级地震、景谷6.0地震、玉树7.1级地震和汶川8.0级地震证明，视频会议在提高指挥协调效率，重要信息上传下达，关键命令的决策部署方面具有重要作用。尤其是在汶川8.0级地震后，《中华人民共和国防震减灾法》对防御地震灾害、减少地震灾害损失有着更具体的要求,以及更为紧迫的任务要求(杨仕升，2011；曹彦波，2015)。视频会议能拉近地理距离、加速信息传递、提高工作效率、节省会议成本(曹进，2017)，是一种有效的地震应急手段。

2017年8月8日21时19分46秒在四川阿坝州九寨沟县发生MS7.0地震。地震发生后，国务院抗震救灾指挥部第一时间与四川省地震局指挥大厅联通，四川省地震局迅速进行应急处置，派出现场工作队，第二天早上7点到达现场。现场通讯、电力尚未中断，第一时间在九寨沟地震现场搭建了地震现场指挥部，处置过程中出现了现场指挥部和后方指挥部音视频卡顿的现象。针对这一问题，2017年8月23日，中国局组织技术人员赴四川地震局进行调研，并对当时的链路进行了还原和测试。基于实地调研和场景还原，本文对九寨沟地震应急指挥视频会议问题进行分析，并根据发现的问题提出改进的建议和措施，对今后地震应急视频会议的使用具有一定的借鉴和参考意义。

1 地震现场视频会议场景还原测试

应急指挥技术人员于2017年8月23日对8月8日地震进行了场景还原和模拟测试。主要测试的内容有两个方面：(1) 应急指挥视频会议各终端的链接方式；(2) 地震时宽带速率的分配方式。首先按照地震当天“国务院抗震救灾指挥部→四川省指挥大厅→四川省地震局现场指挥部→阿坝州地震局”的组网模式进行组网，然后通过加入占用宽带速率、强行终端网络的方式测试人为因素对视频会议质量影响的具体情况，下面具体介绍测试的内容。

1.1 视频会议系统组网模式

该组网模式主要通过互联网通信链路和行业网通信链路2个链路来联通，联接的场地有现场指挥部，四川省地震局，震区地震局和台网中心。现场指挥部布设小鱼易连和中兴T700两个终端。小鱼易连通过电信4G接入互联网联接台网中心，中兴T700终端通过VPN将互联网和行业网联通，并使用家用型网络设备接入互联网联通四川省地震局。震区地震局通过行业网联接四川省地震局。四川省地震局布设Polycom HDX8000终端，由于视频终端使用的是行业网，现场指挥部使用的是互联网，所以使用VPN 3030将行业网和互联网联通，借此接通现场指挥部，并通过行业网通信链路联结阿坝州地震局和台网中心机房。台网中心使用MCU将现场指挥部的小鱼易连视频会议设备，四川省地震局指挥大厅和阿坝州地震局联通(图1)。

图1 应急指挥视频会议网络拓扑

1.2 宽带速率的分配方式

各个设备在连接并经过数分钟稳定联通后，通过软件得出当天保障四川局指挥大厅视频终端(IP:10.51.5.70)和现场指挥部视频会议终端(IP:10.51.121.70)音视频效果良好的传输的速率。根据视频会议联通状态下30秒间隔流量统计,得出四川局指挥大厅视频终端(IP:10.51.5.70)30秒字节数为16.10 Mb，现场指挥部视频会议终端(IP:10.51.121.70)6.63 Mb。根据四川局指挥大厅视频终端30秒间隔流量统计，30秒内传输的字节数共16.10 Mb，其中上行字节数8.06 Mb，下行字节数8.04 Mb，计算得出上行速率约275 kb/s下行速率274 kb/s。根据现场指挥部视频会议终端30秒间隔流量统计,30秒内传输的字节数共5.83 Mb，其中上行字节数2.68 Mb，下行字节数3.16 Mb，计算得出上行速率约92 kb/s,下行速率107 kb/s。四川局指挥大厅视频会议设备在连接并经过数分钟稳定联通后，受视频会议自身图像与声音编解码技术影响，在画面相对变化较少时,如所有参会者均为静坐状态，视频会议功能实际使用单向平均速率约为256 kb/s；在画面相对变化较多时，如画面中有大量移动物体或频繁颜色、位置、内容变化，视频会议功能实际使用流量会小幅上升，但上升幅度并不大，保持在512 kb/s以下。现场指挥部视频会议设备在连接并经过数分钟稳定联通后，受视频MCU呼叫设置影响，该视频会议设备根据实际使用带宽限制，自动将连接速率下调，并使用下调后的连接速率进行数据传输，测试阶段实际使用单向流量约128 kb/s，并在测试期间保持稳定。

现场指挥部测试过程中，依原有资源情况恢复所有硬件及宽带资源后进行测试，联通所有测试终端后，未发现有画面卡顿及音量波动或中断情况发生。考虑到实际应急过程中，现场指挥部有大量人员及设备运行，并与视频会议设备共享宽带资源，后加入人为带宽占用因素后，视频会议出现图像中断等现象。现场对宽带使用情况进行汇总与分析后得出如下结论：① 在无人为因素影响时，视频会议设备独享电信30M宽带资源，连接效果较好，无图像、声音卡顿现象发生，设备实际使用流量与指挥大厅测试相近。② 加入人为因素影响，如网络下载，速率1M/S后，现场视频会议出现图像严重卡顿现象，约0.5 FPS，并伴随3-5秒以上图像静止，声音通讯并未受影响。台网中心接收现场指挥部图像并未出现严重图像卡顿，基本保持流畅，间歇出现图像卡顿与马赛克现象，声音通讯并未受影响。③ 加入人为因素影响，如网络下载，速率3.3 m/s后，现场视频会议图像静止，在联通期间不再发生变化，音频通讯延迟3s，并频繁出现1-3s的信号缺失。台网中心接收现场指挥部图像出现严重图像卡顿(0.3 FPS)，声音通信未受影响。出现上述情况的原因在于，在网络条件极差的情况下，视频会议设备会优先进行低速率音频传输而放弃视频传输。④ 测试期间人为对网络连接线路进行偶发性中断测试(脚踢接口等方式)，发现这些极短时间的偶发性网络中断并未对视频会议发生较大影响，其影响表现为：图像卡顿后瞬间恢复，声音通讯与图像通讯现象一致。⑤ 对现场指挥部所用电信30 M宽带进行带宽测试后发现，实际可用带宽约20～24 M。

表1 各因素对宽带速率的影响统计表

2 应急指挥视频会议问题及原因分析

通过分析九寨沟地震应急指挥视频会议，得出影响地震应急指挥视频会议的因素有3个，分别是视频会议设备品牌、型号均不统一，家用型网络设备抗压能力差和网络资源不足，其中网络资源不足时主要因素。视频会议设备品牌、型号均不统一。虽然在指挥大厅测试过程中，联通所有测试终端后，未发现有画面卡顿及音量波动或中断情况发生，但考虑到实际运用中，如每月的月联调，不同的品牌和型号的视频会议和应急过程中会出现问题，且问题现象多样，原因复杂，部分问题设备厂商都无法确定原因。家用型网络设备抗压能力差。现场指挥部使用的网络设备为家用型设备，接入数目较少时尚能满足需要，但在地震现场，使用网络资源的设备多，密度大，家用型的网络设备在用户接入数目，传输速率均不足以应对现场指挥部的应用要求。宽带资源不足。现场指挥部在内网通信及独享带宽通信测试时，视频会议效果较好，无卡顿、中断和延迟等现象。但在非内网传输或带宽共享测试时，视频会议效果受较大影响(无法进行正常会议)，甚至会议中断。地震应急期间，出现国务院抗震救灾指挥部能看到现场画面但现场看不到国务院抗震救灾指挥部画面。这主要是由于现场宽带资源不足造成的，也是导致前后方视频会议卡顿的主要原因。

对于Polycom MCU而言，视频会议理论上带宽需求速率理论计算方式如下：①下行带宽=视频带宽+音频带宽=客户端数量×广播视频路数×码流+客户端数量×音频带宽；②上行带宽=视频带宽+音频带宽=客户端数量×广播视频路数×码流+客户端数量×音频带宽。对于单个点而言，①下行带宽=广播视频路数×视频码流+音频带宽；②上行带宽=广播视频路数×视频码流+音频带宽。按照理论值计算，根据表2，如果要求视频效果为HD(1 280*720)，按最低视频码流512 kb/s(64 kb/s)，商业导向的视频会议系统音频码流128 kbps(16(kb/s))，广播视频路数为1路计算，4个点接入MCU，则MCU所需的下行速率=4*64+4*16=320(kb/s)，广播给4个点，MCU所需上行速率为4*1*64+4*16=320(kb/s)。单个点所需的下行速率=1*64+16=80(kb/s)。上行速率=1*64+16=80(kb/s)。网速除了受到接入网、汇聚网等链路带宽和时延的影响之外，用户端和服务器端所运行的TCP 协议对于网速也有非常重要的影响。但在实际过程中由受到接入网、汇聚网等链路带宽、时延、用户端和服务器端所运行的TCP协议的影响(周开波，2012)，实际需要的宽带速率比理论值高。在前文中，计算出保障现场指挥部视频会议音视频效果良好的上行速率约92 kb/s,下行速率107 kb/s，宽带速率基本满足要求。但地震应急期间，现场和后方工作人员和联网设备增加，加重网络负担，导致分配给现场指挥部视频会议的宽带资源减少，上行速率和下行速率低于理论值,直接导致了地震应急视频会议系统卡顿的情况。

3 视频会议改进措施及建议

针对九寨沟地震，并结合全国视频会议联调和云南省地震局视频会议应用的经验，提出了如下的措施。(1)使用的视频会议终端品牌和型号尽量统一，原先的设备作为备份。在实际工作中发现，使用品牌、型号统一的设备大大减少了联调出现的问题。即使出现问题，也能根据描述结合使用经验快速排查问题，即时解决问题。(2)备足专业网络设备。在日常联调和测试中使用专业的网络设备进行联调，家用型的设备可作为备份。(3)协调电信部门，做好地震时应急通讯的保障。建议给出3种方案，最优方案为协调当地电信部门准备3条50 M的光纤，1条用于保障视频会议，1条用于上传下载资料，1条用于现场工作的保障。折中方案为协调当地电信部门准备2条50 M的光纤，1条用于保障视频会议，1条用于上传下载资料。最差的方案为主内1条50 M的光纤用于保障视频会议。若确实无法获得足够的网络资源，应对有限的网络资源进行划分，首先优先保障视频会议互联互通。

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