​2020年新冠疫情持续蔓延全球，亿万人的生活因此发生了巨大的改变，人们对实时音视频通话的日常需求也越来越大。作为BIGO公司旗下重要的全球性即时通讯产品imo为全球2亿多用户提供优质稳定的即时通讯服务，在2020年上半年全网通话时长提升30%以上，开斋节（穆斯林节日）更是提升50%以上。是什么技术力量支撑让imo能够适应全球各式各样的网络环境和用户类型，在各类竞品中脱颖而出，为imo全球化的战略保驾护航，乘风破浪，迎难而上的呢？接下来我们就结合imo的语音传输业务和大家探讨一下。

一、imo实时语音业务背景和面临挑战

众所周知当前的绝大部分手机即时通讯产品都是基于VoIP技术。基于IP网络的VoIP技术，我们公认在网络架构存在着挑战。因为VoIP一般走的都是公共网络,网络环境不稳定，会面临丢包、延时以及语音包抖动等问题，所以基于IP的通话是没有质量保障的。

                                                                图1  VOIP系统示意图

业界上使用QoE/QoS的模型来介绍和分析这样的问题。

QoE（Quality of Experience）的评价主体是终端用户，评价对象是业务和支撑业务的网络。其设计理念是为了更贴近用户的真实感受，主要是用来衡量用户的主观体验，例如通话过程发生频繁卡顿，有多少用户会因为无法忍受而选择结束通话。

与之对应，QoS（Quality of Services）主要反映的是客观指标，如一次通话过程中发生了多少次网络卡顿或者丢包。其更专注于纯网络范畴的指标，设计理念主要负责从网络的角度进行业务管理和提供业务的差异性，网络实体根据不同的质量需求来处理不同业务。终端+整条网络链路的一系列服务需求，例如带宽，延时，抖动，丢包这些都反应着服务质量QoS。

不难看出，服务质量QoS的优劣与否很大程度上影响着用户体验质量QoE，并最终反映在用户对产品的喜爱和依赖程度等主观感受上。因此为了更好的让用户获得清晰流畅的用户体验，我们imo音视频传输团队需要尽可能的提升QoS保证服务质量。

而要想提供优质和稳定实时服务，保证服务质量不是一件容易的事情。因为不同于许多国内同类型的其他产品，作为一个全球性的实时音视频通讯产品，imo面对着更多复杂的挑战。首当其冲的就是复杂多样的网络。

                                                         图2  imo全网用户和东南亚某新兴市场用户网络比例图

imo用户的一大特点就是遍布全球各地，网络环境丰富动态差异大，有较好的4G/WIFI网络，但更多地方特别是近年来用户增长率高的一些新兴市场主要是3G/2G的弱网环境为主。和中国地区4g网络覆盖比例达95%以上相比，imo用户接入网络相对较为落后。从上图可以看到全网imo用户接入网络占比中，4G网络比例只占了39%，2G/3G占了29%，而以东南亚某新兴市场为例，其imo用户接入网络占比中2G+3G的用户比例占比高达49%。

                                                   图3  中东与南亚两个主要市场国内国际电话比例图

imo用户的另一大特点就是对跨国甚至跨洲际的通话有着极大的需求。

据imo线上数据统计，以中东和南亚的两个主要市场为例，某中东市场imo用户的国际电话比例占到总通话次数的60%，而某南亚主要市场imo用户的国际电话次数比例则高达69%。这样的国际通话就涉及到更复杂多变的媒体服务中转和较长的传输链路。这会导致用户之间的网络链路较长，使得抖动甚至拥塞突发不可避免。要想在这样的背景下提供优质稳定的QoS可谓困难重重。

因此我们imo音视频传输团队围绕QoS深耕服务，着重设计强化了相关需求模块，同时针对imo的特殊情况我们也做了许多差异化的服务来应对挑战。接下来我们就先来了解一下imo语音传输技术体系是如何在这样的网络环境下提供稳定优质服务的。

二、基于QoS的imo语音传输技术体系

01  用户接入

imo通过一系列的措施保障用户无论何时都享受各种网络的高可用性

1、通过实时探测计算整体用户网络，计算分配最合适的接入节点

随机挑选少量空闲用户，通过对用户到不同节点到小流量的探测，判断当用户到节点的网络状况，并将探测结果上报到后台，后台通过结合客户端探测结果和各个节点的负载情况，汇总分析出用户最合适的接入节点，当相同运营商用户通话时，将实时计算出来的最优节点分配给用户

2、使用多Relay(中转服务器)转发保证跨国用户通话网络质量

通过使用计算出来的最优节点解决的是用户第一公里和最后一公里的接入问题，当用户进行跨国通话的时候通过多条relay转发保证用户通话长链路质量的最优

3、通过多协议转换，保障高可用性

imo通话支持UDP，TCP， HTTP等多种协议，并且数据格式灵活多变，通过不同协议间切换，保障用户在各个网络情况下的高可用性。

                                                           图4  imo通话各个协议占比

如图4所示，可以看到imo通话中有超过10%的通话使用的不是传统的UDP协议，通过后台的配置，将部分用户配置成TCP或者HTTP，以保证用户的通话可用性，提高通话接通率。

                                                图5  北美和中东用户通话接入示例图

如图5所示：北美用户和中东用户进行国际通话，通过分别接入伦敦服务器和阿姆斯特丹服务器保证用户接入最优节点，两个服务器再进行中转，以保证整个链路的高可用性。

02  流量控制模块

带宽自适应是指在语音的收发过程中，根据网络带宽的变化，自动的来调整发送码率，来适应带宽的变化。在带宽足够的情况下，增加采样率和码率，提高语音的质量，带来更好的通信体验。在带宽不足的情况下，主动降低采样率和码率，保证通信的流畅性和可用性，也是带来更好的通信体验。带宽自适应的核心，就是如何准确的估计带宽。

imo使用了基于接收端的丢包率和延时反馈的带宽估计算法，同时引入pacer，pacer会根据评估出来的码率，按照最小单位时间（5ms）做时间分片进行递进发送数据，避免瞬时对网络的冲击。pacer的目的就是让媒体数据按照评估码率均匀的分布在各个时间片里发送， 所以在弱网环境，pacer是个非常重要的关键步骤。

imo的自适应码率方案，收集全部模块的输出流量按优先级分配，根据带宽估计反馈的丢包率和延时，决定ARQ和FEC的使用策略。采用冗余包进行上探，码率稳定后再提升源码率。

                                                        图6 码率自适应示意图

1、Receiver接收到报文，计算进行