面向云的視頻會議系統設計與實現

郭勇 GUO Yong；李瀟 LI Xiao；黃振益HUANG Zhen-yi；盧春華LU Chun-hua

（①廣西壯族自治區公安廳科技信息化處，南寧530012；②廣西公安計算機通訊技術研究所，南寧530012；③廣西華藍設計（集團）有限公司，南寧530011）

0 引言

本文主要介紹了視頻會議的相關技術，視頻系統的研究背景和應用現狀，探索研究NGImeetings Cluster框架結構及NGImeetings Cluster系統的優勢。NGImeetings Cluster集群框架可以優化視頻會議總體系統框架，使視頻系統被廣泛用于規模較大且高負載的網絡中，給云計算研究奠定堅實的基礎。

1 與視頻會議相關的技術介紹

1.1 視頻會議的簡單介紹 視頻會議對數據的傳輸具有較強的時效性，它要求傳輸的數據速度非常快，且負載非常大，包括多批量的圖形與聲音，單獨的服務器難以達到視頻會議的時效性要求。視頻會議按實現會議方式的不同，可以分硬件視頻會議與軟件視頻會議。硬件視頻可以說是比較傳統的，它是用硬件模塊對數據進行編碼解碼、數據存儲、數據傳輸等，具有高專用性的特點，并且效果很理想，視頻會議的服務提供模型如圖1所示。而軟件視頻會議充分利用PC機的高性能優勢，與其他軟件有效結合，實現較強的擴展能力，組成差異框架，具有很強的實用性。

1.2 云計算的介紹 云計算可以被理解為是人們通過網絡訪問計算機的“通道”，人們對計算機進行訪問時，他們不知道所用資源的網絡位置也可以找到所需的資源與服務，就是這種資源似乎存在云中。云計算做到了對多個機器的整合，具有大規模、按需求服務的特點，云計算提供了一個虛擬的可以控制的計算平臺，按資源的需求對其進行使用，可以展開多種業務。

圖1 視頻會議服務提供模型

2 視頻會議系統研究背景與應用現狀

視頻會議在近幾年發展迅速并被廣泛應用，最重要的標準就是國際上對視頻編碼的制定，尤其是MPEG4的標準制定，促使會議可以在帶寬較低的網絡中也能提供圖像。因為Internet的發展，網絡帶寬有所改善，計算機也普及到人們的生活中，視頻系統已有很多成熟系統，例如：北京億方的Qmeeting，視高科技的會議系統等。與此同時，軟件視頻也逐漸網絡化，直接點擊打開參加會議的網址，就可以簡單地交換音頻和數據，使參會者能相互交流，如同觀看網上的視頻一樣便捷。以Web為基礎的視頻弧已滲透到云計算的平臺，由云計算平臺來負責處理數據的儲存與傳輸工作，有效的提高了處理信息的能力與穩定性。云計算正在逐步成為IT工作者的基礎工作，未來云視頻會議也會更受到人們的歡迎。因為云計算的較強處理能力與良好的管理機制，未來它將逐步改變網絡的使用方式。

3 研究設計NGImeetings視頻會議

3.1 NGImeetings是一種Web會議系統，該系統運用Flash發展人與機器的交換界面，對服務器進行后臺整合管理，利用RTMP協議和客戶端交換數據與指令，具有多種功能，可以實現文檔轉化、音頻通信、文字傳遞等，擁有聊天室、會議室等多種模式，系統的客戶端打開在瀏覽器前需要安裝插件，才可以在瀏覽時連接到NGImeetings的服務器，得到相應的會議服務。NGImeetings主要有三個級層，第一級層是人與機器交換的交互層，通過訪問入口進去用戶界面，同時展示系統的內部信息給外界；第二個級層是業務平臺，包括一些基本功能的模塊，如：處理音頻功能，傳遞文字功能等，接入傳輸端口實現對不同媒體運用不同功能進行處理；第三層主要負責控制通信，即通信控制層，媒體服務器負責RTMP數據的傳送和控制，有秩序的接受客戶端信息并進行傳輸。隨著NGImeetings的廣泛使用，單一依靠單服務器已很難實現高效率、大容量的要求，所以服務器集群應運而生。

3.2 NGImeetings Cluster設計的標準。NGImeetings Cluster系統的能用性非常重要，NGImeetings Cluster采用外部動態進行注入可以實現服務器的集群管理，有效提高系統靈活性。因為NGImeetings Cluster是用很多節點一起工作，一旦某個節點失去效力，其他節點不受影響，能確保系統正常運行，具有很強的實用性。

3.3 NGImeetings Cluster整體構架。集群調度節點負責控制整個系統，當出現請求服務時，調度節點先接到信息，傳送信息到適當的集群節點，另外，集群節點可以協調分配各個節點的數據流通，暫存共享的數據。通信代理功能由集群節點實現，當它接到客戶端請求后，建立連接，通過集群節點得到相應服務；集群服務節點對系統提供實際服務，它負責分配內容進行訪問服務。NGImeetings Cluster系統工作流程可以這樣簡述，首先客戶端發送請求到集群調度節點，集群調度在了解整個系統信息的情況下，選擇合適的通信節點并將客戶請求傳達給該通信節點，通信節點收到信息后，會依據負載平衡情況選擇服務節點并將請求傳給服務節點，通信節點用客戶端地址給服務節點發送請求，待服務節點驗證后回復對應的信息，最后，通信節點再將服務信息傳至客戶端。當有節點出現失效不能提供服務時，集群節點可以保證失效節點的異常不擴散，不會影響其他節點正常工作，同時，不會突然中斷失效節點用戶的服務請求。NGImeetings Cluster系統的這種多個節點相互協調共同工作，最大的優點就是節點之間互不影響異常狀態，保證系統整體有效運行。

4 NGImeetings Cluster系統的具體實現

NGImeetings Cluster系統之所以能順利運用是因為構成它的各個節點有配有相關的應用軟件，運用軟件有效實現工作機制。它主要分三個大系統，即訪問控制系統、提供服務系統、分享數據系統。訪問控制系統負責接收客戶端的請求，有效實現負責均衡和故障轉移。服務提供系統主要對通信節點和服務節點進行動態管理，以及處理客戶端的請求，該系統的通信節點和服務節點都裝有Red5軟件。Red5是具有較強功能的媒體服務器，可以優化結構，同時可實現通信擴展。共享數據系統引入Terracotta管理機制，可以優化服務平臺，構建更高效的數據共享，完成調度節點合理分配共享的數據，以提高數據的傳送效率，同時，也大大降低系統的通信負荷。

5 基于云的NGImeetings Cluster

基于云的業務與以往的IT系統有所不同，以云平臺為基礎的業務和資源不一定存在聯系，他們不一定覆蓋硬件資源和軟件資源，云業務具有獨特的優點。云資源的共享大大降低了系統投資成本，能適應不同的管理要求，面向云的業務更為簡單。創建NGImeetings Cluster虛擬的機模板后，要服務外界，還要實例化NGImeetings Cluster模板，如果將NGImeetings Cluster設計在云平臺的區域中，不用擔心跨區域的通信問題，也不用安裝私有接口，只需要公共接口來進行虛擬組網即可。擁有云的NGImeetings Cluster網絡結構后，集群節點僅有一個虛擬機，通信節點和服務節點都至少有一個虛擬機，它們在一個區域中，初化系統時，先啟動調度節點實例，再依次啟動通信節點和服務節點，調度節點實例對整個NGImeetings Cluster進行監控和調度，提供入口，系統功能特點和服務流程。運行實際的NGImeetings Cluster時，可以依據客戶的實際服務需要，實現資源動態化，提高資源可靠性。例如：在某個節點實例不起作用時，運用原來的EMI模板制定和啟動新節點的實例；在負載較低時，可以簡單地放棄利用率不高的節點，相反地在負載較多時，可以迅速擴充資源，確保系統服務的質量。NGImeetings Cluster組織到Pervasive-Service Cloud的虛擬簇中，實現Gimeetings，遷移到云的基本實現流程如下圖2所示。

圖2 NGImeetings Cluster遷移到云的基本流程

6 NGImeetings Cluster功能測試

采取不同數量的調度節點實例，通信節點實例和服務節點實例對NGImeetings Cluster系統進行測試，可以檢測各個節點間的相互連接情況；可以驗證NGImeetings Cluster系統是否可以提供正常視頻服務；可以檢驗調度節點能否均衡地發送請求給服務節點，實現對負載的均衡。

7 結束語

將NGImeetings Cluster系統模型轉移到云計算平臺的同時，也需要不斷地優化，例如如下幾方面需要深入研究：對負載實現均衡的具體方法是構建和實現服務集群框架，對均衡負載的研究要待加深，未來的研究工作，可以嘗試不同環境下的負載均衡方法；備份多臺調度節點，NGImeetings Cluster如果在大量用戶同時訪問時，容易產生故障，造成調度節點失效。因此，有必要配備多些的調度節點，增強系統接收訪問的功能，Terracotta數據管理有待完善。相信通過人們的不斷研究，面向云的視頻會議系統會更加完善，可以更好地為人們提供服務。

[1]劉會峰.基于IP網絡構建視頻會議系統[J].信息系統工程，2010(12).

[2]沈旭磊,蔣瓊燕.UT斯達康基于云計算的高清視頻會議系統[J].電信科學，2011(12).

[3]周巍,陳清金,張云勇,房秉毅.應用云計算技術的視頻系統實現分析[J].電信技術，2011(10).