王德瀚

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得社會(huì)生活、工作模式都發(fā)生了改變。視頻會(huì)議系統(tǒng)的出現(xiàn)給現(xiàn)代企業(yè)辦公方式帶來了變革。在視頻會(huì)議系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)多點(diǎn)控制單元在完成后會(huì)在用戶量較大時(shí)出現(xiàn)通信延遲的問題。針對(duì)此類問題，相關(guān)研究人員提出了新的軟件定義網(wǎng)絡(luò)模式，網(wǎng)絡(luò)流管理因此得到改善?；诖耍疚膶?duì)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)及細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述和討論。

【關(guān)鍵詞】視頻會(huì)議系統(tǒng);多點(diǎn)控制單元（MCU）;軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）

中圖分類號(hào)： TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）17-0013-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.005

0 引言

現(xiàn)代通訊技術(shù)發(fā)展迅速，普通通訊用戶使用多樣化終端，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的視頻、文字、語音通訊?，F(xiàn)代技術(shù)發(fā)展中，各行各業(yè)對(duì)通訊方式的便捷性要求提升，視頻會(huì)議系統(tǒng)便由此得到發(fā)展[1]。視頻會(huì)議系統(tǒng)是指利用系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，完成集語音、視頻、資源共享一體的通訊技術(shù)。視頻會(huì)議系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)只需要通過互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)不同地理位置的不同個(gè)體或群體進(jìn)行連接，形成多終端的統(tǒng)一通訊系統(tǒng)，在溝通過程中能夠經(jīng)由多媒體以及傳輸設(shè)備等，完成圖像、文件、音頻的互相傳發(fā)。

1 視頻會(huì)議系統(tǒng)技術(shù)概況

1.1 核心技術(shù)分析

本文研究的視頻會(huì)議系統(tǒng)是基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。軟件定義網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種新型架構(gòu)，能夠?qū)鹘y(tǒng)設(shè)備中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面以及路由控制平面實(shí)現(xiàn)分離，通過集成化較高的控制器，在使用標(biāo)準(zhǔn)接口控制后對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)配置并進(jìn)行管理，從而達(dá)成網(wǎng)絡(luò)可編程化控制[2]。在基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)中，控制器實(shí)現(xiàn)功能的應(yīng)用能夠?qū)θ值逆溌妨髁恳约熬W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞刃畔⑦M(jìn)行獲取，空閑或者擁塞鏈路出現(xiàn)能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，從而為分層組播的可控制實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)。控制器在實(shí)現(xiàn)編程化的過程中，也能夠使得系統(tǒng)在擴(kuò)展性上得到增強(qiáng)。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會(huì)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，視頻編碼技術(shù)是其中重要的組成部分，能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)或異構(gòu)終端的環(huán)境下，用戶視頻請(qǐng)求也能夠得到適應(yīng)，該技術(shù)的應(yīng)用使得視頻在圖像質(zhì)量上能夠進(jìn)行分級(jí)應(yīng)用。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)中，應(yīng)用集中管理的方式對(duì)主機(jī)及多播組之間的聯(lián)系進(jìn)行維護(hù)，在分層組播模式的應(yīng)用中也使得網(wǎng)絡(luò)帶寬資源有效得到節(jié)約。系統(tǒng)架構(gòu)中，用戶通過對(duì)會(huì)議管理服務(wù)進(jìn)行有要求的視頻以及自身設(shè)備信息發(fā)送，從而使得對(duì)接收視頻源及層數(shù)進(jìn)行接收和確認(rèn)，與此同時(shí)軟件定義網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)鏈路及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等狀態(tài)信息，發(fā)送至管理服務(wù)器?；谝陨弦螅瑫?huì)議服務(wù)器對(duì)邏輯組播關(guān)系進(jìn)行計(jì)算以及維護(hù)，對(duì)不同層視頻按照要求進(jìn)行組播組的分配，同時(shí)控制器對(duì)組播數(shù)構(gòu)造算法執(zhí)行，并將該算法轉(zhuǎn)換為流表項(xiàng)、下達(dá)每臺(tái)交換機(jī)，會(huì)議各個(gè)終端也能達(dá)到適應(yīng)的視頻層數(shù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的波動(dòng)較大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)組播組進(jìn)行分?jǐn)?shù)據(jù)的更新并對(duì)組播樹重新進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而度組播的路徑以及視頻層數(shù)進(jìn)行改善，最終保證視頻會(huì)議的質(zhì)量能夠保持高標(biāo)準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會(huì)議視頻系統(tǒng)中，主要包含有軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器、會(huì)議管理系統(tǒng)、成員終端以及OpenFlow交換機(jī)四個(gè)部分。

2.1 成員接入終端

會(huì)議系統(tǒng)中對(duì)于成員終端形式要求較低，包含現(xiàn)代常用的如筆記本、平板以及收集等。對(duì)于終端最基本的要求是：信息處理軟件、麥克風(fēng)、攝像頭等，其中較為核心的便是信息處理能力，需要包含有解碼以及SVC編碼兩類功能。終端視頻要求通過編碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字的格式，經(jīng)過編碼SVC流，并為視頻質(zhì)量基礎(chǔ)層以及增強(qiáng)層進(jìn)行提供，基本層增加一層，碼率也會(huì)隨之得到增加。通過對(duì)傳輸協(xié)議以及數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)更新從而實(shí)現(xiàn)視頻流化，對(duì)UDP端口號(hào)視頻的不同層進(jìn)行標(biāo)識(shí)，由此對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的感知進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，更便于控制器進(jìn)行匹配以及區(qū)分等操作。在接收端通過自身設(shè)備受到數(shù)據(jù)包后經(jīng)過解碼器處理在顯示器上完成會(huì)議的視頻要求。同時(shí)，接收端也能夠作為源端，向會(huì)議成員終端發(fā)送音頻。

2.2 服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器的應(yīng)用中，為會(huì)議控制器以及會(huì)議終端間的交互提供服務(wù)。服務(wù)器在使用中主要有以下作用：信息處理中心，對(duì)終端發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)及處理;聯(lián)通介質(zhì)，在進(jìn)行應(yīng)用中能夠保證與控制器的通信。聯(lián)通介質(zhì)作用中，能夠?qū)M播樹的構(gòu)建以及對(duì)SVC視頻層數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整等。服務(wù)器與交換機(jī)進(jìn)行通信的前提是能夠?qū)TTPS接口完成，從而使得數(shù)據(jù)傳輸以及請(qǐng)求發(fā)送能夠在安全性上得到保證。在服務(wù)器的結(jié)構(gòu)中主要存在三類模塊：信息模塊、管理模塊、接入模塊。

2.2.1 接入模塊

通常在用戶要求加入會(huì)議的過程中需要完成對(duì)管理模塊的請(qǐng)求發(fā)送。接入模塊主要負(fù)責(zé)成員的授權(quán)以及身份驗(yàn)證、計(jì)費(fèi)等功能，由此能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的認(rèn)證。

2.2.2 管理模塊

在傳統(tǒng)組播中，往往采用互聯(lián)網(wǎng)的管理協(xié)議來實(shí)現(xiàn)對(duì)多播組的管理，但在該協(xié)議的使用中無法對(duì)信息發(fā)送的終端進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)無法保存發(fā)送端地址，也無法避免發(fā)送端地址的重復(fù)，由此使得管理模塊較為混亂，在現(xiàn)代視頻會(huì)議系統(tǒng)中應(yīng)用已較少。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會(huì)議系統(tǒng)中，對(duì)于傳統(tǒng)的管理協(xié)議也進(jìn)行了改變，使得組播的組確認(rèn)按照會(huì)議數(shù)量來確認(rèn)，組播組通過服務(wù)器統(tǒng)一、集中的進(jìn)行管理。在視頻關(guān)系及用戶產(chǎn)生變化時(shí)，管理列表也會(huì)隨之發(fā)生改變，對(duì)組播成員實(shí)現(xiàn)集中化管理。

2.2.3 信息模塊

系統(tǒng)中的信息模塊中，主要負(fù)責(zé)對(duì)會(huì)議及成員的信息進(jìn)行存儲(chǔ)。會(huì)議信息中包含有會(huì)議的成員組、屬性、網(wǎng)絡(luò)地址、會(huì)議ID及會(huì)議的配置信息等;成員信息則主要為接入狀態(tài)信息及注冊(cè)信息。注冊(cè)信息中含有終端用戶權(quán)限、設(shè)備能力及網(wǎng)絡(luò)等信息，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別合法用戶并分配適用視頻層數(shù);對(duì)終端成員服務(wù)器會(huì)進(jìn)行接入狀態(tài)的標(biāo)記，能夠?qū)浖x網(wǎng)絡(luò)控制器的處理提供依據(jù)。

2.3 消息處理與通信服務(wù)

該系統(tǒng)的消息處理及通信服務(wù)主要分為消息處理模塊及通信服務(wù)模塊。消息處理模塊會(huì)對(duì)服務(wù)器所傳輸?shù)慕K端離開或者加入申請(qǐng)消息，使用pox控制器根據(jù)事件管理對(duì)該類信息進(jìn)行處理。事件管理組件在實(shí)質(zhì)上就是API，為視頻服務(wù)器和控制器的交互提供接口，一般通過HTTP及TCP實(shí)現(xiàn)通信?？刂破鱬ox.Core組件則會(huì)同時(shí)為API及POX進(jìn)行內(nèi)核服務(wù)的提供，從而使得組件通信能夠集中化。通信服務(wù)主要是對(duì)流表的規(guī)則以及組播樹進(jìn)行構(gòu)建及修改，由此實(shí)現(xiàn)分層組播路由的功能。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)會(huì)議視頻系統(tǒng)中，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈路狀態(tài)、組播組成員建立分層組播樹，是關(guān)鍵性步驟。

3 運(yùn)行結(jié)果與分析

對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會(huì)議視頻系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，主要對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信、使用帶寬和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)展開分析。通過對(duì)視頻層數(shù)據(jù)及流量的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，明確在網(wǎng)絡(luò)的流量出現(xiàn)較大的波動(dòng)或者波動(dòng)增大的過程中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在分層組播的設(shè)計(jì)中能夠使組播流服務(wù)對(duì)視頻層數(shù)目進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得視頻在穩(wěn)定及流暢上能夠得到保證，從而使得會(huì)議系統(tǒng)在進(jìn)行視頻通訊的過程中能夠維持正常水平。且在相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的丟包率持續(xù)被控制在1%以下的狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行較為可靠。另一方面，在視頻會(huì)議系統(tǒng)的成員數(shù)量增加時(shí)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)延時(shí)及帶寬始終維系在較低的程度上，所以在對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲降低及帶寬節(jié)省上表現(xiàn)較為良好。由此也說明軟件定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在組播技術(shù)上能夠?qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行智能化傳輸，從而為數(shù)據(jù)流分別進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的配置，在傳統(tǒng)組播技術(shù)中數(shù)據(jù)路由在解決的方案上則是較為固定的。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展部分基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，因此視頻會(huì)議系統(tǒng)更新的前提便是對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級(jí)更新。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻系統(tǒng)中，能夠保障視頻會(huì)議質(zhì)量，使得網(wǎng)絡(luò)延遲降低、帶寬得到節(jié)省，滿足相關(guān)使用要求。

【參考文獻(xiàn)】

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