基于云計算的一體化高清視頻會議組網(wǎng)研究

謝 波，崔志強(qiáng)，王 正

(國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，河南鄭州450052)

基于云計算的一體化高清視頻會議組網(wǎng)研究

謝 波，崔志強(qiáng)，王 正

(國網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，河南鄭州450052)

結(jié)合實(shí)際，介紹了國網(wǎng)河南省電力公司行政、應(yīng)急、衛(wèi)星通信一體化高清視頻會議組網(wǎng)，高清視頻會議的設(shè)備級聯(lián)拓?fù)?、帶寬分配、衛(wèi)星通信系統(tǒng)高清化接入。重點(diǎn)闡述了原有一體化平臺的缺陷和基于云計算的高清視頻會議平臺應(yīng)用的必要性，并對云計算平臺總體架構(gòu)、云管理平臺、資源池的構(gòu)成進(jìn)行了分析。通過對云平臺中硬件設(shè)備的虛擬化、MCU級聯(lián)及動態(tài)調(diào)配和云平臺中會議流程標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和實(shí)現(xiàn)，保障了云平臺中高清視頻設(shè)備的安全、有效、穩(wěn)定運(yùn)行。

云計算;一體化高清視頻會議;云管理架構(gòu);MCU級聯(lián);動態(tài)調(diào)度

隨著光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高清視頻技術(shù)的發(fā)展，以720p、1 080i、1 080p為標(biāo)準(zhǔn)的高清視頻會議迅速發(fā)展，并逐漸替代原有的標(biāo)清視頻會議系統(tǒng)。國網(wǎng)河南省電力公司行政、應(yīng)急指揮高清視頻會議系統(tǒng)伴隨著技術(shù)的發(fā)展，已得到有效利用，并在電力生產(chǎn)、運(yùn)營管控、應(yīng)急指揮中發(fā)揮作用。

近年來，以云計算平臺為代表的統(tǒng)一架構(gòu)模式，將分散的資源進(jìn)行有效整合，重新布置并進(jìn)行利用。將云計算平臺應(yīng)用于國網(wǎng)河南省電力公司省—市—縣一體化的行政、應(yīng)急、衛(wèi)星車高清視頻會議組網(wǎng)中，將原有分散的MCU資源池、會議調(diào)度管理、流量管控、錄播服務(wù)等進(jìn)行統(tǒng)一應(yīng)用，已經(jīng)對高清視頻會議系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響［1］。

1 一體化高清視頻會議組網(wǎng)

1.1 行政、應(yīng)急高清視頻一體化組網(wǎng)及帶寬分配

國網(wǎng)河南省電力公司高清視頻會議系統(tǒng)基于電力通信骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)(包含河南電力通信傳輸一網(wǎng)絡(luò)、二網(wǎng)絡(luò))，采用樹狀結(jié)構(gòu)，覆蓋河南省公司、18個地市公司、10個二級機(jī)構(gòu)及107個縣級公司。

近年來，國網(wǎng)河南省電力公司行政、應(yīng)急指揮(運(yùn)營監(jiān)控)高清視頻會議系統(tǒng)先后建設(shè)、投入使用，并結(jié)合河南電力衛(wèi)星應(yīng)急通信系統(tǒng)高清化改造，進(jìn)行省—市—縣一體化高清視頻組網(wǎng)，并使網(wǎng)絡(luò)具備延伸至鄉(xiāng)供電所的條件。整體網(wǎng)絡(luò)使用OSPF協(xié)議，將各網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的區(qū)域，使網(wǎng)絡(luò)動態(tài)改變的區(qū)域?qū)ζ渌麉^(qū)域影響減?。?］。基于河南省電力傳輸一網(wǎng)絡(luò)、二網(wǎng)絡(luò)的專網(wǎng)通道、基于信息數(shù)據(jù)網(wǎng)的MPLS通道實(shí)現(xiàn)高清視頻會議組網(wǎng)的多重路徑，并在核心路由器中采用BFD切換技術(shù)，使得當(dāng)前承載網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，能自動切換至備用系統(tǒng)，過程不需要人工干預(yù)。

河南電力行政、應(yīng)急、衛(wèi)星一體化高清系統(tǒng)如圖1所示。

圖1中省市互聯(lián)所使用的帶寬為24 Mbit/s。當(dāng)召開省—市—縣聯(lián)席會議時，上行帶寬為:省公司發(fā)言或定時廣播輪詢地市公司、縣公司帶寬4 Mbit/s，省公司主會場主席輪詢帶寬4 Mbit/s，監(jiān)控地市公司帶寬4Mbit/s，監(jiān)控縣公司帶寬4 Mbit/s;下行帶寬為:地市公司收聽收看省公司會場或輪詢帶寬4 Mbit/s，縣公司收聽收看省公司會場或輪詢帶寬4 Mbit/s。

1.2 衛(wèi)星應(yīng)急系統(tǒng)一體化接入

衛(wèi)星移動應(yīng)急系統(tǒng)是應(yīng)急保障體系的一部分，保證河南電網(wǎng)出現(xiàn)重大事件或抗災(zāi)救災(zāi)時的通信應(yīng)急保障和指揮調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)高清視頻會議、語音和協(xié)同辦公。系統(tǒng)共包含1輛應(yīng)急指揮車、2輛應(yīng)急通信車，在主站端和各地面衛(wèi)星車設(shè)備配置高清視頻會議終端設(shè)備接入一體化高清視頻網(wǎng)絡(luò)。地面移動衛(wèi)星車高清視頻系統(tǒng)及地面站資源系統(tǒng)接入一體化會議網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

圖1 河南電力一體化高清視頻會議系統(tǒng)圖

圖2 衛(wèi)星應(yīng)急系統(tǒng)高清視頻接入高清視頻會議系統(tǒng)拓?fù)鋱D

圖2中，為保證3輛車720p/60 Hz畫質(zhì)(256色)高清視頻業(yè)務(wù)正常開展，經(jīng)H.264編碼壓縮后所需帶寬約為4 Mbit/s。由于長租衛(wèi)星帶寬過于昂貴，在實(shí)際使用過程中，車載高清會議系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)抽幀播放，在保證最大限度的唇音同步情況下，采用2Mbit/s帶寬滿足高清視頻業(yè)務(wù)上下行需求(一般滿足人眼對高清視頻的需求)。

2 高清視頻會議云計算平臺

2.1 原有系統(tǒng)缺陷和云平臺應(yīng)用的必要性

從標(biāo)清會議時代開始，視頻會議系統(tǒng)資源封閉，不能有效調(diào)用。進(jìn)入高清視頻會議后，一般的部署思路均在中心端和各業(yè)務(wù)匯聚端進(jìn)行，造成MCU、錄播服務(wù)器、會議調(diào)度在中心端使用相對緊張，資源利用率比匯聚端高，而匯聚端MCU、錄播等使用相對中心端少，個別匯聚端資源池利用也較少。河南電力高清視頻會議隨著應(yīng)急視頻會議系統(tǒng)的建設(shè)，省公司端行政、應(yīng)急分別使用獨(dú)立的MCU，當(dāng)MCU資源池緊張時，無法進(jìn)行共享。會議用戶級別不清晰、會議模板無統(tǒng)一格式、會議申請和開展使用紙質(zhì)工單，流程繁瑣。高清視頻會議的使用、管理冗雜，資源使用不均衡等問題日益嚴(yán)重。

云計算以數(shù)據(jù)為中心，將物理資源虛擬化來完成密集型數(shù)據(jù)的計算處理，在其平臺上可以提供對用戶透明的服務(wù)。管理者和用戶無需了解云計算模式的具體機(jī)制，就可以得到云平臺通過資源調(diào)度實(shí)現(xiàn)的按需分配服務(wù)。

2.2 云平臺設(shè)計架構(gòu)

基于云平臺的河南電力高清視頻會議系統(tǒng)通過云管理平臺，實(shí)現(xiàn)高清視頻資源及相關(guān)基礎(chǔ)服務(wù)的高效管控，縮短資源池中業(yè)務(wù)交付時間，通過統(tǒng)一平臺實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)定義、用戶服務(wù)請求、資源調(diào)度、部署、運(yùn)行和服務(wù)質(zhì)量管理等端到端的管理［3］。高清視頻會議系統(tǒng)云計算平臺架構(gòu)如圖3所示。

圖3 高清視頻會議組網(wǎng)云平臺總體架構(gòu)

云管理平臺服務(wù)層實(shí)現(xiàn)高清視頻會議所需的服務(wù)。GK(GateKeeper)管理、MCU接入、用戶資源和權(quán)限管理、會議監(jiān)控、會議發(fā)起單位和會議運(yùn)行流程、會議級別、會議模板。通過服務(wù)層實(shí)現(xiàn)不同級別會議的申請、批準(zhǔn)、召開、設(shè)備準(zhǔn)入等一套完整的流程。管理層實(shí)現(xiàn)服務(wù)供應(yīng)和MCU資源調(diào)度、會場模板管理;用戶準(zhǔn)入與服務(wù)級別定義、資源虛擬化分配。管理層通過MCU資源調(diào)度、GK管理，實(shí)現(xiàn)會議多點(diǎn)連接和控制，并對云用戶申請的會議資源類型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2.3 云管理平臺及資源池

云管理平臺的用戶包括管理員、自定義管理員、服務(wù)設(shè)計者和最終用戶，也包括服務(wù)審批人員、公司執(zhí)行管理人員等。高清視頻會議一體化組網(wǎng)的云平臺資源池物理資源包括X86服務(wù)器、HP小機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源、MCU資源、會議終端等。

云管理平臺中管理員負(fù)責(zé)高清視頻會議云平臺中神經(jīng)中樞單元網(wǎng)閘 GK的操作，完成高清視頻會議H.323網(wǎng)絡(luò)的地址解析、接入控制區(qū)域管理、地址解析、認(rèn)證授權(quán)，負(fù)責(zé)MCU資源池的資源調(diào)度管理。自定義管理員執(zhí)行管理員賦予的部分權(quán)限。會議服務(wù)申請人員和服務(wù)審批人員通過在云平臺中集成河南公司協(xié)同辦公系統(tǒng)，開放接口，實(shí)現(xiàn)會議的統(tǒng)一申請和審批，并流轉(zhuǎn)至?xí)h運(yùn)行。服務(wù)設(shè)計者負(fù)責(zé)對省公司、直屬單位、地市公司、縣公司會議模板的管理和更改。最終用戶負(fù)責(zé)發(fā)起會議、執(zhí)行相關(guān)會議的操作。云平臺中典型的會議流程如圖4所示。

圖4 云管理平臺中業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)圖

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 云平臺硬件設(shè)備互聯(lián)和虛擬化

基于現(xiàn)狀，現(xiàn)階段利用河南電力光傳輸網(wǎng)絡(luò)將高清視頻會議系統(tǒng)所使用的分布部署的服務(wù)器資源、MCU資源進(jìn)行有效級聯(lián)，并將高清視頻云平臺和河南電力信息化云平臺SAN存儲網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接口設(shè)計。分布部署的PC服務(wù)器采用虛擬化技術(shù)和硬件輔助技術(shù)，利用虛擬機(jī)監(jiān)視器(Virtual Machine Monitor，VMM)來模擬底層硬件的功能［4］，將VMM安裝在服務(wù)器硬件設(shè)備中，并為上層系統(tǒng)提供虛擬的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同用戶對服務(wù)器資源的按需分配使用。

3.2 MCU級聯(lián)和資源池分析

MCU級聯(lián)和資源按需分配是高清視頻會議一體化云平臺的關(guān)鍵。云平臺建設(shè)前的行政、應(yīng)急系統(tǒng)使用獨(dú)立的MCU平臺，無法進(jìn)行業(yè)務(wù)端口共享。正式開會之前需要對各自系統(tǒng)進(jìn)行提前預(yù)約，即對MCU資源進(jìn)行預(yù)約，會議執(zhí)行人員配置MCU資源，為參加會議預(yù)約的終端選擇合適的MCU，預(yù)約選擇的MCU端口是靜態(tài)的。若所有終端分配完畢后再對級聯(lián)端口進(jìn)行調(diào)整，既浪費(fèi)資源，也會導(dǎo)致實(shí)際能夠預(yù)約成功的會議預(yù)約不成功。

為有效解決預(yù)約MCU時資源不足或MCU故障，河南電力光傳輸網(wǎng)絡(luò)將高清視頻會議行政系統(tǒng)MCU、應(yīng)急系統(tǒng)MCU平臺進(jìn)行級聯(lián)入云平臺資源池，并基于現(xiàn)有MCU平臺進(jìn)行平滑升級管理，實(shí)現(xiàn)資源的共享和調(diào)度［5］。MCU資源池調(diào)度策略如圖5所示。

圖5 MCU資源池調(diào)度策略

圖5調(diào)度流程中:各MCU預(yù)留M(按照目前會議數(shù)量設(shè)置為1)個級聯(lián)端口，按各MCU剩余資源數(shù)量N的多少排序;某預(yù)約會議需要A個終端入會，分配會議至資源排序第一MCU，若A＜N，會議進(jìn)入待召開模式;若A＞N，分配A-N個終端至資源排序第二MCU并通過預(yù)留端口級聯(lián)，并判斷級聯(lián)后的MCU容量是否超載，如超載則繼續(xù)分配MCU，如不超載，會議進(jìn)入待召開模式。通過MCU級聯(lián)和調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)云一體化平臺中MCU資源的共享、隨需使用，使得行政、應(yīng)急省公司端、各地市端MCU不再是獨(dú)立的個體。

3.3 會議流程、模板標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

會議流程通過將公司現(xiàn)有協(xié)同辦公系統(tǒng)與云平臺進(jìn)行接口設(shè)計，通過會議流程在協(xié)同辦公系統(tǒng)和一體化高清視頻會議云平臺中流轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化模板、會議流程如圖6所示。

圖6 云平臺中標(biāo)準(zhǔn)化會議流程

協(xié)同辦公系統(tǒng)作為公司現(xiàn)有省、市、縣實(shí)現(xiàn)信息、業(yè)務(wù)和資源的協(xié)同管理軟件，在協(xié)同辦公中引入視頻會議流轉(zhuǎn)模塊，便于各業(yè)務(wù)部門進(jìn)行會議申請。召開會議時，會議主辦方在協(xié)同辦公中提交會議申請、選定會議模板并發(fā)送至各發(fā)言單位，各發(fā)言單位根據(jù)需求進(jìn)行業(yè)務(wù)申請，協(xié)同辦公系統(tǒng)將會議回執(zhí)發(fā)布到云管理平臺中會管單元，會管單元自動在高清視頻會議召開系統(tǒng)內(nèi)自動創(chuàng)建會議，并根據(jù)協(xié)同辦公傳遞的會議信息智能分配會議資源，調(diào)度會議管理MCU資源池。云管理平臺將生成會議的內(nèi)容返回至協(xié)同辦公，協(xié)同辦公將會議召開、保障任務(wù)推送至?xí)h執(zhí)行人員。會議執(zhí)行人員將任務(wù)推送回一體化平臺，會管單元根據(jù)工單在會議指定的時間范圍內(nèi)自動關(guān)聯(lián)高清視頻會議設(shè)備，將該高清視頻會議終端設(shè)備添加到會議中，MCU資源池系統(tǒng)根據(jù)會管系統(tǒng)要求在會議指定的時間范圍內(nèi)自動呼叫該會場入會。會議召開完成后，在云平臺中完成會議歸檔。

4 總結(jié)

經(jīng)統(tǒng)一規(guī)劃，基于云計算平臺的河南省電力公司省—市—縣一體化行政、應(yīng)急、衛(wèi)星通信視頻會議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了物理資源的虛擬化、MCU使用的智能化、會議流轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，使得視頻會議的基礎(chǔ)服務(wù)更加便捷、靈活，更加有效地保證了電力企業(yè)高清視頻會議網(wǎng)絡(luò)對電力系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)營、調(diào)度管理工作的促進(jìn)。

［1］李棟，李媛敏，張秋華.1080p高清視頻會議系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用案例［J］.電視技術(shù)，2010，34(10):109-110.

［2］張常亮，馬渝勇，劉一謙，等.MCU級聯(lián)的省市縣三級高清視頻會議系統(tǒng)設(shè)計［J］.電視技術(shù)，2012，36(9):137-141.

［3］董賀，徐凌宇.基于云平臺的軟件服務(wù)流體系結(jié)構(gòu)［J］.上海大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2013，19(1):14-20.

［4］羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算:體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)［J］.通信學(xué)報，2011，32(7):3-21.

［5］李寧，彭峰.MCU資源調(diào)度方法及系統(tǒng):中國，101848170 A［P］. 2010-06-21.

Research on Integrated HD Video Conferencing System Based on Cloud Com puting

XIE Bo，CUIZhiqiang，WANG Zheng
(State Grid Henan Electric Power Company Information＆Communication Company，Zhengzhou 450052，China)

Combined with practical experience，in this paper，the realization of integrated Henan power administration，emergency and satellite communication HD video conferencing system based on cloud platforms is introduced，and also the topology of cascaded equipment，bandwidth allocation and access of HD satellite communication system.The flaw of original integrated platform and the necessity of using cloud computing ismainly described.The technical architecture of cloud computing，cloudmanagementand resource pooling is illustrated.All key technologies in the realization of cloud management platform for hardware components virtualization，MCU cascade and dynamic dispatching，conference standardization are carefully researched and achieved.Then safe，stable and efficient operation for HD video equipment is ensured.

cloud computing;integrated HD video conferencing system;cloud management platform;cascaded MCU;dynamic dispatching

TN915

A

??健男

2014-03-31

【本文獻(xiàn)信息】謝波，崔志強(qiáng)，王正.基于云計算的一體化高清視頻會議組網(wǎng)研究［J］.電視技術(shù)，2014，38(23).

謝 波(1985—)，碩士，工程師，從事電力通信、信息、自動化運(yùn)行維護(hù)管理工作;

崔志強(qiáng)(1983—)，工程師，從事電力應(yīng)急、視頻會議的運(yùn)行維護(hù)管理工作;

王 正(1986—)，碩士，助理工程師，從事電力通信、視頻會議運(yùn)行維護(hù)工作。