什么是弱网？浅谈弱网评测

什么是弱网

普通的弱网定义

在移动互联网盛行的时代，网络的形态除了有线连接，还有2G/3G/Edge/4G/Wifi等多种手机网络连接方式。不同的协议、不同的制式、不同的速率，使移动应用运行的场景更加丰富。

从测试角度来说，需要额外关注的场景就远不止断网、网络故障等情况了。对于弱网的数据定义，不同的应用所界定的含义是不一样且不清晰的，不仅要考虑各类型网络最低速率，还要结合业务场景和应用类型去划分。按照移动的特性来说，一般应用低于2G速率的都属于弱网，也可以将3G划分为弱网。除此之外，弱信号的Wifi通常也会被纳入到弱网测试场景中。

2G：150Kbps，折合下载速度15-20K/s；3G：1-6Mbps，折合下载速度120K/s-600K/s4G：10-100Mbps，折合下载速度1.5M/s-10M/s

5G：正式商用前速率实测：下行最高速率达到1617Mbps，最低为75Mbps

音视频弱网定义

音视频通信完整流程有如下几个环节：采集、编码、前后处理、传输、解码、缓冲、渲染等。下文主要介绍传输质量对音视频体验的影响。

网络传输简介

我们知道网络传输目前有 TCP 和 UDP 两种，相关优缺点如下脑图；而影响网络传输质量也有很多原因：包括网络拥塞、网络丢包等等。这些因素直接决定当前实时视频通话的质量，也会给用户带来很大的体验影响。这也是我们为什么要进行优化的基本原因了。

衡量网络性能的指标：

带宽：是指网络的最大数据传输速率，常用单位也是比特/秒，b/s。网络使用率：吞吐量/带宽。

时延：是指发出网络请求之后到收到相应的间隔时间。

丢包率：表示所丢失数据包数量占所发送数据组的比率。

音视频弱网定义

对于实时音视频通话来说：网络的复杂性、异构性、协议部分不规范性、网络异常，网络错误等各种网络环境被破坏的特性都称之为弱网。弱网环境无法提供高质量的网络传输，对于接收端就是无法收到连续的媒体包，造成声音异常、视频马赛克、花屏、黑屏等现象，对于音视频实时通话来说是非常致命的，直接影响到用户的体验，造成产品质量问题或者客诉问题。

视频直播网络异常原因如下：

1、网络带宽低于视频直播的码率。

2、网络丢包高，导致频繁重传，消耗了本来不充足的带宽。

3、网络抖动，网络带宽波动较大，网络拥塞。

4、网络信号弱，频繁断网重连。

上述4个条件，满足一个，就可以称之为音视频弱网，即由于网络原因，不能正常传输音视频数据。

按照音视频弱网定义，国内的网络环境，有线网络，家庭和办公的wifi网络外，其他都属于弱网，例如：4g网络在人少，城市中心，勉强可以播放视频数据，人聚集多了，网络质量就没有办法保障，如果大家一起用4g播放视频，很容易出现互相抢带宽，基本上没有办法观看了。在音视频场景下，4g网络的质量是没有办法保障，因此也算是弱网。4g场景下，卡顿时长是wifi场景下2～3倍。

为什么要进行弱网测试

当前网络环境比较复杂，网络制式有2G、3G、4G、5G网络，还有越来越多的公共WiFi。不同的网络环境和网络制式的差异，都会对用户使用造成一定影响。

另外，当前使用场景多变，如进地铁、上公交、进电梯等，如果APP没有对各种网络异常进行兼容处理，那么用户可能会遇到APP闪退、ANR(Application Not Responding)、数据丢失、视频卡顿、马赛克、音画不同步等问题。因此，弱网测试变得尤为重要。

例如花屏：

弱网测试的思路

弱网功能测试

1.根据需求绘制拓扑

2.根据弱网场景设定弱网条件

3.在不同网络场景下进行功能评测

网络切换测试

这部分主要是进行几个不同网络场景的切换，包括WiFi到2G/3G/4G/5G、WiFi到无网、2G/3G/4G/5G到WiFi、无网到2G/3G/4G/5G、无网到WiFi等。主要关注音画质变化与交互异常、尤其是弱网到WiFi、WiFi到弱网的情况，是否会有黑屏、花屏、卡顿、延迟、请求堆积的处理等。

弱网模拟指标

带宽：单位时间内传输的数据量，单位通常是：每秒比特数：bps。带宽反映了网络的传输能力，越大越好。

丢包：网络传输过程中，数据丢包数量=发送数据包数-接收数据包数，稳定传输时，丢包数越少网络越稳定。

延迟：数据包从发送开始到接收到该数据，所耗费的时间，单位通常是ms，时延越小越好。

乱序：指接收到的数据包顺序和发送顺序不一致。乱序反映了网络的稳定性，越少越好。当乱序比较严重的时候，丢包也会比较严重，所以一般都以丢包指标为主，忽略乱序指标。

报文重复：网络传输过程中，接收到相同数据包。

硬件

网络损伤仪（WAN Emulator）是通过单个设备模拟一段网络的整体网络状况的专业设备，其主要模拟网络的延迟、丢包、可用带宽、抖动等网络状况。模拟的对象可以是各种有线和无线网络如：wifi、2g、3g、4g、gprs、ADSL、专线网络、卫星通讯等等，或者是模拟它们的组合。从链路层的最终表现来看，一整张网络无论是经过了何种物理层、经过了多少的路由和交换，其最终体现出来的结果是延迟、丢包、可用带宽的变化、报文的误码、乱序等。

目前国内市场上的网络损伤仪品牌有：思博伦、HoloWAN、IXIA的ANUE、PacketStrom、Apposite等等；整体来看思博伦Attero应该是属于最高端的产品，其网络损伤精度非常高，但是价格也是最昂贵。

首先得看可靠性和精度：

第一梯队：思博伦sttero、IXIA的Anue

第二梯队：HoloWAN、PacketStrom、Apposite、

其中第一梯队的精度为高于1us，第二梯队的精度均为高于0.1ms。（精度高于1us 即其误差不大于1us）。

软件

通过设备连接到PC上进行弱网络测试，比如Fiddler，Charles，NET，Clumsy等。

在专有服务器上构建弱网络WiFi，移动设备连接该WiFi进行弱网络测试，相关的技术方案有ATC。

以独立 app 的方式，为用户提供弱网络模拟服务。比如QNET，在Android设备上直接安装使用。

实地验证

电梯、地铁、地下停车场等。

弱网主要问题及其对抗技术

音视频传输弱网问题简单来说就是指影响音视频通信用户体验的网络环境问题，主要指网络拥塞、网络丢包、抖动等问题。

这些问题是造成音视频卡顿、实时性不佳的主要原因。由于网络环境具有较强复杂性、异构性，上述的弱网问题在不同环境下的严重程度也有很大差异。

弱网问题解决根本办法，是提升现在网络质量，建设更多的网络基础设施。网络基础设施的建设，不仅需要政府投入大量的资金，而且建设周期也非常长，因此在短时间内很难有较大幅度的改善，且不受个人或者公司控制的。

弱网用户观看体验比较差，根本原因是网络带宽不够，不能在有限的时间内，下载到足够多的视频数据。解决问题的方向，通过降低画质，或者丢掉部分视频数据，亦或提高视频数据的压缩率等，降低观看所需要的数据量，降低网络负载。

拥塞问题：

当网络中传输的数据流量超过网络瓶颈容量，就会产生拥塞问题。

拥塞的直接影响是突发丢包或者突发抖动，如果不及时预测拥塞的发生，及时降低发送数据量，接收端将会出现卡顿、延时大、画质差等等问题。

对抗拥塞问题的主要方案是，通过设计拥塞控制算法对网络拥塞进行及时的探测，并从拥塞状态尽可能快地恢复，尽量降低对用户体验的影响。

丢包问题：

网络传输方面（即信道侧）的抗丢包技术手段主要包括重传（ARQ）、前向纠错（FEC）。信源编码方面根据数据以及编码方的不同也可以提供某些特定的抗丢包能力，比如视频编码中采用 B 帧降低丢包的影响。

抖动问题：

概括而言，抖动问题就是网络传输延时变化问题，抖动越大表示网络传输延时变化越大。

抖动问题会造成接收端卡顿、播放快进等严重影响音视频沟通体验的问题。造成抖动问题的原因是多方面的，比如新的流加入造成网络资源竞争加剧、源端数据发送速率本身不平稳以及其他网络原因。

目前处理抖动的通用策略是接收端建立抖动缓冲区(JitterBuffer)来消除抖动。

（以上部分资料来自网络，侵删）

作者：抖音多媒体实验室
原文：https://mp.weixin.qq.com/s/8cfUvM3wTgy9WQR5eN7Tbg