一種適用于IP視頻會(huì)議的混合式組播技術(shù)研究
IP視頻會(huì)議是利用視頻技術(shù)和IP數(shù)據(jù)通信技術(shù)通過IP網(wǎng)絡(luò)在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間建立可視通信,實(shí)現(xiàn)圖像、語音及數(shù)據(jù)交流的一種會(huì)議形式。IP視頻會(huì)議系統(tǒng)因其效率高、成本低、業(yè)務(wù)提供方式靈活等優(yōu)勢(shì)將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基于電路交換的視頻會(huì)議系統(tǒng)。然而要解決視音頻數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯栴},并為視頻會(huì)議系統(tǒng)提供一定的QoS是一個(gè)技術(shù)難題,也是目前的研究熱點(diǎn)。
本文把IP組播與應(yīng)用層組播結(jié)合起來并采用分層排列圖結(jié)構(gòu),提出了一種適用于IP視頻會(huì)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(huì)議屬于傳輸數(shù)據(jù)量大、對(duì)帶寬要求高的服務(wù),為實(shí)現(xiàn)它的即時(shí)通信和互動(dòng)溝通功能必須保證音視頻等數(shù)據(jù)在IP網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)傳輸。IP組播技術(shù)能夠有效地解決多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)帶寬問題。相對(duì)于單播和廣播方式來說,它能顯著節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬,提高數(shù)據(jù)傳輸的效率,同時(shí)提高服務(wù)的質(zhì)量,因而它較適合于IP視頻會(huì)議系統(tǒng)。當(dāng)前最流行的IP視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)H.323就采用了IP組播技術(shù)。然而,由于技術(shù)、市場(chǎng)、需求等原因,IP組播并沒有在Internet上得到廣泛應(yīng)用[1],使得目前只有少數(shù)用戶在局域范圍(稱為IP組播島)內(nèi)可以使用 IP 組播技術(shù)。因此基于IP組播技術(shù)的視頻會(huì)議只能在這些相互孤立的組播島上進(jìn)行,與會(huì)成員受到很大的限制。
正是因?yàn)镮P組播未能在Internet上廣泛應(yīng)用,近年來人們提出了十幾種應(yīng)用層組播方案,其中適用于IP視頻會(huì)議的系統(tǒng)有NARADA[2]和ALMI[3]。NARADA只能應(yīng)用于與會(huì)成員很少的情況。ALMI中,當(dāng)有多人發(fā)言時(shí)易形成網(wǎng)絡(luò)瓶頸,故在一定程度上限制了視頻會(huì)議的規(guī)模。
相對(duì)于應(yīng)用層組播來說,IP組播能更多地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬[4]、可靠性更好且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率更高。而相對(duì)于IP組播來說,應(yīng)用層組播與現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相符合,使用時(shí)不需變動(dòng)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與硬件,部署相對(duì)容易,同時(shí)具有較好的擴(kuò)展性,可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)條件的動(dòng)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(huì)議中充分利用應(yīng)用層組播和IP組播的優(yōu)勢(shì),在此把二者結(jié)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(huì)議這種特殊應(yīng)用場(chǎng)合為例。
1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在采用混合式組播的IP視頻會(huì)議中,與會(huì)成員組成如圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在每個(gè)IP組播島內(nèi),與會(huì)成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播,并選定一個(gè)與會(huì)成員作指定成員(Designate Member,DM),把島內(nèi)除DM外的與會(huì)成員稱為其他成員(Pertinent Member,PM),DM是島內(nèi)成員與島外成員之間通信的橋梁。島外成員與DM參加應(yīng)用層組播疊加網(wǎng)[5](包括一個(gè)控制拓?fù)浜鸵粋�(gè)數(shù)據(jù)拓?fù)?的構(gòu)建,將其稱為應(yīng)用層組播成員(ALM Member,AM),AM之間的數(shù)據(jù)傳輸使用應(yīng)用層組播。IP組播島中PM通過DM與疊加網(wǎng)相連,DM與島外成員之間的數(shù)據(jù)傳輸采用應(yīng)用層組播方式,與島內(nèi)的成員之間的數(shù)據(jù)傳輸使用IP組播的方式。DM負(fù)責(zé)將來自疊加網(wǎng)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(yīng)用層組播的方式發(fā)送給疊加網(wǎng)上的其他與會(huì)成員。
DM的選取原則:島中第一個(gè)參加會(huì)議的成員被設(shè)為DM,以后可以根據(jù)某種策略(如參加會(huì)議的時(shí)間最長(zhǎng)者或物理位置“中心”點(diǎn)成員,或剩余帶寬資源最多者等)選定某個(gè)成員作為DM。如果DM離開,則根據(jù)某種策略從島內(nèi)的PM中選擇一個(gè)作DM。
圖1 混合式組播拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
2 基于分層排列圖的混合式組播
2.1 控制拓?fù)錁?gòu)建
在數(shù)學(xué)上,(n,k)維排列圖[6](用An,k表示,其中n和k是自然數(shù),1≤k≤n-1。令表示集合{1,2,……n}中k個(gè)符號(hào)的排列,An,k定義為無向圖(V,E),其中:
