一款視頻會議系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計

王德瀚

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展使得社會生活、工作模式都發(fā)生了改變。視頻會議系統(tǒng)的出現(xiàn)給現(xiàn)代企業(yè)辦公方式帶來了變革。在視頻會議系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，傳統(tǒng)多點控制單元在完成后會在用戶量較大時出現(xiàn)通信延遲的問題。針對此類問題，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。基于此，本文對基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會議系統(tǒng)進行分析，對系統(tǒng)架構(gòu)及細節(jié)進行闡述和討論。

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

中圖分類號： TP393文獻標識碼： A 文章編號： 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)簡單的視頻、文字、語音通訊。現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展中，各行各業(yè)對通訊方式的便捷性要求提升，視頻會議系統(tǒng)便由此得到發(fā)展[1]。視頻會議系統(tǒng)是指利用系統(tǒng)的實現(xiàn)，完成集語音、視頻、資源共享一體的通訊技術(shù)。視頻會議系統(tǒng)的實現(xiàn)只需要通過互聯(lián)網(wǎng)，對不同地理位置的不同個體或群體進行連接，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

本文研究的視頻會議系統(tǒng)是基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)實現(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現(xiàn)分離，通過集成化較高的控制器，在使用標準接口控制后對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)配置并進行管理，從而達成網(wǎng)絡(luò)可編程化控制[2]。在基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會議系統(tǒng)中，控制器實現(xiàn)功能的應(yīng)用能夠?qū)θ值逆溌妨髁恳约熬W(wǎng)絡(luò)拓撲等信息進行獲取，空閑或者擁塞鏈路出現(xiàn)能夠及時被發(fā)現(xiàn)，從而為分層組播的可控制實現(xiàn)提供基礎(chǔ)。控制器在實現(xiàn)編程化的過程中，也能夠使得系統(tǒng)在擴展性上得到增強。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的視頻會議系統(tǒng)實現(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)量上能夠進行分級應(yīng)用。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)中，應(yīng)用集中管理的方式對主機及多播組之間的聯(lián)系進行維護，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，用戶通過對會議管理服務(wù)進行有要求的視頻以及自身設(shè)備信息發(fā)送，從而使得對接收視頻源及層數(shù)進行接收和確認，與此同時軟件定義網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)鏈路及拓撲結(jié)構(gòu)等狀態(tài)信息，發(fā)送至管理服務(wù)器。基于以上要求，會議服務(wù)器對邏輯組播關(guān)系進行計算以及維護，對不同層視頻按照要求進行組播組的分配，同時控制器對組播數(shù)構(gòu)造算法執(zhí)行，并將該算法轉(zhuǎn)換為流表項、下達每臺交換機，會議各個終端也能達到適應(yīng)的視頻層數(shù)。當網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的波動較大時，系統(tǒng)會對組播組進行分數(shù)據(jù)的更新并對組播樹重新進行計算，進而度組播的路徑以及視頻層數(shù)進行改善，最終保證視頻會議的質(zhì)量能夠保持高標準。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會議視頻系統(tǒng)中，主要包含有軟件定義網(wǎng)絡(luò)控制器、會議管理系統(tǒng)、成員終端以及OpenFlow交換機四個部分。

2.1 成員接入終端

會議系統(tǒng)中對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)層以及增強層進行提供，基本層增加一層，碼率也會隨之得到增加。通過對傳輸協(xié)議以及數(shù)據(jù)報協(xié)議進行實時更新從而實現(xiàn)視頻流化，對UDP端口號視頻的不同層進行標識，由此對網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)內(nèi)容的感知進行實現(xiàn)，更便于控制器進行匹配以及區(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議的視頻要求。同時，接收端也能夠作為源端，向會議成員終端發(fā)送音頻。

2.2 服務(wù)器設(shè)計

服務(wù)器的應(yīng)用中，為會議控制器以及會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，對終端發(fā)送數(shù)據(jù)進行維護及處理;聯(lián)通介質(zhì)，在進行應(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SVC視頻層數(shù)進行適應(yīng)性調(diào)整等。服務(wù)器與交換機進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議的過程中需要完成對管理模塊的請求發(fā)送。接入模塊主要負責(zé)成員的授權(quán)以及身份驗證、計費等功能，由此能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的認證。

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)議來實現(xiàn)對多播組的管理，但在該協(xié)議的使用中無法對信息發(fā)送的終端進行確認，同時無法保存發(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)代視頻會議系統(tǒng)中應(yīng)用已較少。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會議系統(tǒng)中，對于傳統(tǒng)的管理協(xié)議也進行了改變，使得組播的組確認按照會議數(shù)量來確認，組播組通過服務(wù)器統(tǒng)一、集中的進行管理。在視頻關(guān)系及用戶產(chǎn)生變化時，管理列表也會隨之發(fā)生改變，對組播成員實現(xiàn)集中化管理。

2.2.3 信息模塊

系統(tǒng)中的信息模塊中，主要負責(zé)對會議及成員的信息進行存儲。會議信息中包含有會議的成員組、屬性、網(wǎng)絡(luò)地址、會議ID及會議的配置信息等;成員信息則主要為接入狀態(tài)信息及注冊信息。注冊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)能夠識別合法用戶并分配適用視頻層數(shù);對終端成員服務(wù)器會進行接入狀態(tài)的標記，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。消息處理模塊會對服務(wù)器所傳輸?shù)慕K端離開或者加入申請消息，使用pox控制器根據(jù)事件管理對該類信息進行處理。事件管理組件在實質(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實現(xiàn)通信。控制器pox.Core組件則會同時為API及POX進行內(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)主要是對流表的規(guī)則以及組播樹進行構(gòu)建及修改，由此實現(xiàn)分層組播路由的功能。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)會議視頻系統(tǒng)中，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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 運行結(jié)果與分析

對軟件定義網(wǎng)絡(luò)的會議視頻系統(tǒng)進行評價的過程中，主要對系統(tǒng)實時通信、使用帶寬和網(wǎng)絡(luò)延時展開分析。通過對視頻層數(shù)據(jù)及流量的實時統(tǒng)計，明確在網(wǎng)絡(luò)的流量出現(xiàn)較大的波動或者波動增大的過程中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在分層組播的設(shè)計中能夠使組播流服務(wù)對視頻層數(shù)目進行動態(tài)調(diào)整，使得視頻在穩(wěn)定及流暢上能夠得到保證，從而使得會議系統(tǒng)在進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)運行較為可靠。另一方面，在視頻會議系統(tǒng)的成員數(shù)量增加時，軟件定義網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)延時及帶寬始終維系在較低的程度上，所以在對網(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)包進行智能化傳輸，從而為數(shù)據(jù)流分別進行基礎(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，因此視頻會議系統(tǒng)更新的前提便是對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級更新。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】

[1]亓相濤，唐夢婭.基于移動網(wǎng)絡(luò)的視頻會議系統(tǒng)設(shè)計[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018（10）：165-166.

[2]安慧.浙江廣電高清視頻會議系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技傳播，2018（5）：119-120.