首頁 > 2009/01/19
IP視頻會議是利用視頻技術和IP數(shù)據(jù)通信技術通過IP網絡在兩點或多點之間建立可視通信,實現(xiàn)圖像、語音及數(shù)據(jù)交流的一種會議形式。IP視頻會議系統(tǒng)因其效率高、成本低、業(yè)務提供方式靈活等優(yōu)勢將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于電路交換的視頻會議系統(tǒng)。然而要解決視音頻數(shù)據(jù)在IP網絡上實時傳輸?shù)膯栴},并為視頻會議系統(tǒng)提供一定的QoS是一個技術難題,也是目前的研究熱點。本文把IP組播與應用層組播結合起來并采用分層排列圖結構,提出了一種適用于IP視頻會議的混合式組播方式——基于分層排列圖的混合式組播。
1 混合式組播
1.1 問題的提出
IP視頻會議屬于傳輸數(shù)據(jù)量大、對帶寬要求高的服務,為實現(xiàn)它的即時通信和互動溝通功能必須保證音視頻等數(shù)據(jù)在IP網絡上的實時傳輸。IP組播技術能夠有效地解決多點對多點數(shù)據(jù)通信的網絡帶寬問題。相對于單播和廣播方式來說,它能顯著節(jié)省網絡帶寬,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?同時提高服務的質量,因而它較適合于IP視頻會議系統(tǒng)。當前最流行的IP視頻會議標準H.323就采用了IP組播技術。然而,由于技術、市場、需求等原因,IP組播并沒有在Internet上得到廣泛應用,使得目前只有少數(shù)用戶在局域范圍(稱為IP組播島)內可以使用 IP 組播技術。因此基于IP組播技術的視頻會議只能在這些相互孤立的組播島上進行,與會成員受到很大的限制。
正是因為IP組播未能在Internet上廣泛應用,近年來人們提出了十幾種應用層組播方案,其中適用于IP視頻會議的系統(tǒng)有NARADA[2]和ALMI[3]。NARADA只能應用于與會成員很少的情況。ALMI中,當有多人發(fā)言時易形成網絡瓶頸,故在一定程度上限制了視頻會議的規(guī)模。
相對于應用層組播來說,IP組播能更多地節(jié)約網絡帶寬[4]、可靠性更好且數(shù)據(jù)轉發(fā)速率更高。而相對于IP組播來說,應用層組播與現(xiàn)今網絡結構相符合,使用時不需變動現(xiàn)有的網絡協(xié)議與硬件,部署相對容易,同時具有較好的擴展性,可以適應網絡條件的動態(tài)變化。它已成為目前最可能解決IP組播中的路由器瓶頸問題的方案。為了在IP視頻會議中充分利用應用層組播和IP組播的優(yōu)勢,在此把二者結合起來,稱為混合式組播。本文以后所提到的混合式組播均以IP視頻會議這種特殊應用場合為例。
1.2 拓撲結構
在采用混合式組播的IP視頻會議中,與會成員組成如圖1所示的拓撲結構。在每個IP組播島內,與會成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播,并選定一個與會成員作指定成員(Designate Member,DM),把島內除DM外的與會成員稱為其他成員(Pertinent Member,PM),DM是島內成員與島外成員之間通信的橋梁。島外成員與DM參加應用層組播疊加網[5](包括一個控制拓撲和一個數(shù)據(jù)拓撲)的構建,將其稱為應用層組播成員(ALM Member,AM),AM之間的數(shù)據(jù)傳輸使用應用層組播。IP組播島中PM通過DM與疊加網相連,DM與島外成員之間的數(shù)據(jù)傳輸采用應用層組播方式,與島內的成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播的方式。DM負責將來自疊加網的數(shù)據(jù)以IP組播方式傳送給組播島中PM,PM的數(shù)據(jù)也通過IP組播方式傳送到DM,由DM以應用層組播的方式發(fā)送給疊加網上的其他與會成員。
DM的選取原則:島中第一個參加會議的成員被設為DM,以后可以根據(jù)某種策略(如參加會議的時間最長者或物理位置“中心”點成員,或剩余帶寬資源最多者等)選定某個成員作為DM。如果DM離開,則根據(jù)某種策略從島內的PM中選擇一個作DM。
圖1 混合式組播拓撲結構圖
2 基于分層排列圖的混合式組播
圖2 排列圖A4,2的拓撲結構圖
圖3 以與會主機為單位的拓撲結構圖
③在此子排列圖中先后選取數(shù)據(jù)源s1對應的根結點r,并把選出的根結點的剩余入度值減1。當s1不能正常工作或失效時,s2作為r的數(shù)據(jù)源結點。選取根結點時既要考慮結點的剩余出度值和剩余入度值,又要注意盡量保證組播樹的獨立性。如果能保證組播樹獨立性的結點的剩余入度值全為零,則選取子排列圖中的剩余入度值最大者。
�、茉诖俗优帕袌D內根據(jù)文獻[6]中的算法生成以r為根的組播樹,并修改相應結點的剩余出度值和剩余入度值。
(2)如果還有再下一級的子排列圖,則令ai,j=當前排列圖的相應子排列圖的根結點的r,轉(1);否則,結束。
圖3給出了AG1中的a31和AG2中的a41發(fā)言時根據(jù)以上算法為實現(xiàn)應用層組播建立的組播樹,分別以虛線和實線表示。在AG1、AG2和AG3中分別由三個DM(a34、a42、a41)作為IP組播島的數(shù)據(jù)源結點,組播島內的IP組播樹分別以它們?yōu)楦?由它們傳輸?shù)絀P組播島中的PM。IP組播島中對應的IP組播樹在圖3中沒有畫出。[NextPage]
2.3 性能分析
與當前其他的應用層組播相比,在IP視頻會議中采用基于分層排列圖的混合式組播技術,有以下優(yōu)點:
(1)增強了系統(tǒng)的可擴展性。系統(tǒng)只需維護樹形式的分層排列圖即可,它就是應用層組播的控制拓撲,由它生成數(shù)據(jù)拓撲。IP組播島內的數(shù)據(jù)傳輸由IP組播技術實現(xiàn),系統(tǒng)只需選定DM,由DM來作為島內成員與島外成員之間通信的橋梁�？刂菩畔�(shù)量大大減少,節(jié)約了網絡帶寬,使更多的用戶可以加入會議。
(2)提高了系統(tǒng)的容錯能力,減少了網絡抖動。由于在An,2中可以建立n-2個獨立的組播樹,在用戶帶寬資源足夠豐富的情況下只要發(fā)言用戶數(shù)≤n-2就可以保證組播樹的獨立,使得每個用戶只在最多一棵組播樹上作為中間結點。這樣一個用戶出現(xiàn)故障最多影響一個組播樹中的數(shù)據(jù)傳輸。分層排列圖的這一性質使基于分層排列圖的混合式組播能提高視頻會議系統(tǒng)的容錯能力,減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的網絡抖動。
(3)縮短了用戶加入會議的時間。由于AM組織為分層排列圖結構,IP組播島外的用戶加入會議的復雜度為O(log(N)),其中N表示IP視頻會議系統(tǒng)中AM數(shù)目。組播島內的用戶加入更簡單,它不需要了解島外AM的任何信息就可以加入它所屬的IP組播島,通過該島上的DM與島外與會成員傳輸數(shù)據(jù),因而一個申請加入會議的主機可迅速地完成加入過程。
本文為IP視頻會議系統(tǒng)提供了一種簡單、可靠的混合式組播方案。一方面能充分利用參與會議的主機資源,使系統(tǒng)能支持更多的用戶參加會議,另一方面也為視頻會議系統(tǒng)中視音頻數(shù)據(jù)在Internet上的實時傳輸提供較好服務質量保障。
全球IP通信聯(lián)盟
