iMSC级联会议调度的研究与实现硕士学位论文文档格式.docx
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第2章课题支撑技术简介6
2.1TCP/IP及RTP/RTCP协议简介6
2.1.1TCP/IP协议简介6
2.1.2RTP/TCP协议简介7
2.2H.323实时通信协议简介9
2.2.1多点控制单元MCU9
2.2.2终端10
2.2.3网关10
2.2.4网闸11
2.3iMOS平台简介11
2.4本章小结13
第3章总体设计14
3.1iMSC整体结构14
3.2本章小结17
第4章详细设计18
4.1实现策略18
4.1.1MCU时间同步策略18
4.1.2广播和观看下级会场策略19
4.1.3会议生命周期策略20
4.1.4iMSC会议参数下发策略22
4.1.5当会议中MCU异常后会议角色处理23
4.2创建会议---会议调度23
4.3控制会议25
4.3.1发言申请26
4.3.2广播图像28
4.3.3FECC控制30
4.3.4结束会议32
4.4会议备份---故障恢复33
4.5本章小结36
第5章测试验证37
5.1测试策略38
5.2具体测试方法40
5.2.1配置测试40
5.2.2功能测试41
5.2.3性能压力测试54
5.2.4异常测试55
5.2.5组合测试56
5.3本章小结56
第6章总结与展望57
参考文献58
作者简历60
致谢61
图目录
图1.1多媒体会议组网图1
图1.2MCU按MPonly模式实现互控级联总体组网图3
图2.1TCP/IP协议分层结构6
图2.2RTP报文各字段含义8
图2.3H.323典型组网图9
图2.4iMOS分层模型12
图3.1iMSC和MCU、MG交互内部模块总体情况15
图3.2级联会议实现MG、MCU及iMSC总体模块及关系17
图4.1MP模块音视频处理流程图20
图4.2级联会议生命周期21
图4.3会议调度算法流程图25
图4.4级联会议发言申请流程图28
图4.5广播图像流程图30
图4.6FECC控制流程图31
图4.7FECC受控流程图32
图4.8结束会议流程图33
图4.9会议备份流程图35
图4.10查找备份MCU流程图36
第1章绪论
1.1项目背景及意义
随着计算机网络、广播电视和通信技术的不断发展，随着金融、政府部门、服务、跨国等行业对通信特别是视讯会议系统的需求的不断提升，随着网络IP技术的不断发展，带宽的不断增加，视讯会议经过了数十年的发展，已经逐渐成熟化合市场化。
目前，基于H.323协议的视讯会议系统得到了最广泛的应用。
视讯会议最基本的包含会议服务器、会议终端和网络。
典型的组网图1.1：
图1.1多媒体会议组网图
伴随着视讯会议系统地发展，我们面临着下面几个挑战：
首先，ADSL已经将2M的带宽成功的送到了大部分用户手中，而三网融合又是大势所趋，大部分用户所处网络环境的带宽会进一步提高，使用视讯系统的用户可能进一步飙升，而用户对视讯的基本知识却没有，如何提高互控级联会议中的易用性和可操作性成为视讯系统中首要关注的点。
其次，由于大中型企业分布于全国各地，随着业务的不断拓展，对视讯会议容量要求也在不断提高。
从用户的角度出发，如何更好的利用调度并使用会议服务器资源成为省钱的关键，也为用户更好的体验多媒体带来的便利。
在网络环境复杂的情况下，如何避免由于网络或会议服务器异常给用户带来损失成为开发级联会议的另一个突破点。
伴随着视讯会议系统发展起来的互控级联技术会得到较好的发展机遇，而解决上面的问题，给用户带来全新的多媒体体验是此刻迫切的需求。
1.2级联会议现状及趋势
首先，简单介绍下基本H.323协议下的视讯会议系统的两个最基本的组成单元会议终端MG和会议服务器MCU，具体如下：
MG（MultimediaGateway，即多媒体网关）是视讯会议系统中的终端，主要将本端会场的图像和声音进行编码并发送给远端，同时也可以接收远端的图像和声音，解码并显示于本端。
MCU（MultipointControlUnit，即多点控制单元）是视讯会议系统中核心的组件之一，主要集中对各个会场终端发送过来的音视频码流进行转发或编解码处理，对各个入会终端进行统一的状态信息管理和会控操作，从而实现音视频多点会议井然有序的进行。
其中多点会议包含：
非级联会议、简单级联会议和互控级联会议，文本主要关注互控级联会议。
随着视讯会议系统不断的普及，国内华为、POLYCOM、中兴、Radvision等企业均意识到单个MCU由于硬件的限制，单台设备已经无法满足日益增长的市场需要，如何实现会议扩容和多个MCU间会议调度及资源优化成为急需解决的问题，现在国内市场上为了拓展会议容量各自采用不同的互控级联技术，而且其实现方式也非常复杂，这里主要介绍两种比较典型技术：
1.建立级联树，下级MCU以终端身份参加会议；
2.将MCU区分为MC+MP模式和MPonly模式。
这里主要从功能和易用角度考虑MCU互控级联实现，具体如下：
第一、建立级联树，下级MCU以终端身份参加会议
该方案的设计思想为：
通过建立一颗级联树，确定该局域网内所有的MCU和MG设备，通过级联树还可以确定不同MCU所在的层，最顶层为顶级MCU，有且只能由一个，该顶级MCU拥有控制该级联树上所有MCU的权限，其他的根据级联树统称为下级MCU，在会议召开后，下级MCU和MG接收顶级MCU的统一调度和管理。
该方法的优点为：
功能上：
只要级联树建立好后，可以直接在原先的MCU控制台上进行会控操作，对非互控级联会议无影响，不需要再开发一个系统，实现起来相对开发周期较短；
可用/易用性：
在用户熟悉原MCU系统用户界面的情况下，只要在界面上添加互控级联功能，其他不会影响原用户的使用习惯，增加易用性。
该方法的缺点：
在级联关系树确定好后，同为下级的MCU想进行级联会议就不能进行，造成资源的浪费；
在上级MCU对设备的管理时出现瓶颈，无法在MCU上实现动态的设备管理；
在会控中，如果有MCU由于网络或其他原因掉线，无法调度出其他MCU将会议信息同步过去；
在会议实现过程中，不支持多个级联树并存，如果一个MCU在多个级联树中，引起权限混乱和其他一些问题。
对设备不能进行实时管理，资源浪费比较大
第二、将MCU区分为MC+MP模式和MPonly模式
MCU主要由MC和MP模块构成（MP为音视频处理模块，MC为多媒体控制模块），当单个MCU可满足需求时，我们配置MCU为MC+MP模式；
当单个MCU满足不了用户需求时，我们需要多个MCU，并且配置一个MC和多个MP的级联会议，通过多个MP来解决单个MCU音视频数据处理不过来的瓶颈，具体如图1.2：
图1.2MCU按MPonly模式实现互控级联总体组网图
该方法的优点：
功能的拓展了MCU的会议容量，功能上容易实现
没有很大的修改用户原先的使用环境，让用户感觉还是在单台MCU上进行会议，操作方便
实现复杂，需要修改MCU的配置，并使其注册到上级MCU上，设备的可维护性较差；
用户在开完互控级联之后想单台使用时，需要自己手工配置回单台模式；
在多台MCU处于不同网络或网络延迟比较高的时候，而MC和MP之间的通信比较频繁，这种方法带来的弊端是频繁的会控会控操作会使图像反应很慢，带来更高的延迟。
配置繁琐，灵活性较差
当然，现在国内还有其他实现互控级联的方法，不过大同小异，这里不再一一列举，它们共同的缺点就是易用性和灵活性上，不能动态的分配并调度资源，导致用户只能花更多的钱，固定的使用互控级联会议网络环境，不可以随心所欲的调度。
目前，单个MCU所能承受的会议容量已经不能满足特定环境下的需求，而不同会议存在于不同MCU时，我们又很难进行统一管理。
因此，MCU需要高效灵活地平台进行统一管理和调度，当单个MCU不能满足的要求的时候，我们需要调度多个MCU进行级联，以实现会议的扩容。
基于此，本文主要结合某公司开发的iMOS平台，针对MCU间的互控级联进行进一步的研究和分析，实现基于iMSC平台下对MCU互控级联进行统一管理和调度。
1.3本文主要内容
本章主要介绍多级级联会议在国内的发展状况，阐述了iMSC级联会议的开发的必要性。
本文主要研究视讯会议多级级联的实现和测试方案，主要分成下面6章介绍：
第1章：
介绍项目背景及其研究意义，分析当前过年视频会议及级联会议的研究现状和它的发展趋势。
第2章：
介绍在研究本课题前需要具备的专业知识。
第3章：
主要介绍iMSC多级会议实现的总体模块架构和级联会议调度在整个iMSC中所述的位置。
第4章：
主要介绍多级级联会议的实现策略，详细介绍级联会议中关键步骤如创建会议、控制会议和会议备份的实现流程和方法。
第5章：
主要介绍级联会议特性的测试策略及测试方案。
第6章：
对此次开发过程中优点和缺点的分析，并展望后续开发的需求。
第2章课题支撑技术简介
2.1TCP/IP及RTP/RTCP协议简介
2.1.1TCP/IP协议简介
TCP/IP协议包含IP协议（InternetProtocol）、TCP协议（TransmissionControlProtocol）、UDP协议（UserDatagramProtocol）、ICMP协议（InternetControlMessageProtocol）和其他一些协议，此处仅对ip、tcp、icmp、udp协议进行简单介绍。
TCP/IP协议可分为4层结构，分别为应用层、传输层、网络层、链路层[6]，具体协议应用如图2.1：
图2.1TCP/IP协议分层结构[1]
1）应用层：
主要负责处理特定的网络应用程序，如SMTP应用于简单邮件传送、SNMP简单网络设备管理协议、Telnet远程访问登录、FTP文件传输协议等。
2）传输层：
主要提供点对点的通信传输服务。
主要包含：
TCP协议（TransmissionControlProtocol传输控制协议）和UDP协议（UserDatagramProtocol用户数据报协议）。
为了保证网络传输数据的可靠性，TCP提供一种可靠传输协议。
它主要负责大块数据包分成多块数据包，通过包的序号，保证在传输的时候不会乱报，并且在TCP协议的报头有对数据进行验证[11]。
而另一方面，TCP需要进行3次握手，对于一些数据比较多或者数据丢一两个包不是很重要的时候，需要一种协议来提高实时性和传输效率，UDP协议从此而产生，为应用层提供一种非常简单的服务。
它仅仅把数据包分组传输过去，不保证数据一定能传输到达，当使用该协议进行传输时，任何保证数据输出完整性的验证只能在应用层进行[1]。
这两种协议各有各的优势，在不同的应用程序中发挥不同的作用，没有孰优孰劣的绝对之分。
3）网络层：
主要负责数据的封包传输，让每一个数据包都能达到目的地址。
ICMP协议和IP协议处于同一层，主要获取IP层上的控制信息，ICMP上的Redirect信息告诉主机同乡目的地址更准确的路径，而ICMP上的Unreachable信息则表示该路径不可达或有问题。
当出现路径不可用时，ICMP可以正常的中断TCP连接[5]。
4）链路层：
链路层也叫网络接口层或数据链路层，主要负责设备驱动和计算机网络设备的对应。
2.1.2RTP/RTCP协议简介
RTP（Real-timeTransportProtocol实时传输协议）是一种多媒体数据流传输协议，它提供了点到点的媒体数据实时传输的服务。
RTP协议负责将媒体流数据进行封装并传输，每个RTP数据报由头部和负载两部分组成，头部前12个字符含义是固定的，负载可以是音频数据也可以是视频数据。
具体如图2.2：
图2.2RTP报文各字段含义[4]
其具体含义如下：
1）时间戳（Timestamp）：
长度为32字节。
它是RTP数据信息包中第一个字节的采样时间。
利用这个时间戳，接收方可以去除由网络引起的信息包的抖动，实现与接收方同步的功能[17]。
2）序列号（SequenceNumberField）：
长度为16位。
当发送一个RTP数据包序列号就加1，这样接收端用它来检验数据包是否有丢包，但是RTP协议本身不负责丢包数据重传，需要应用层软件来做相关处理。
3）负载类型（PayloadTypeField）：
长度为7位，故RTP支持128种不同的载荷类型，包含采用的承载通道、采样频率、编码算法等。
可通过这个域来通知接收端。
如果发送端在会话过程中需改变编码方法，发送端可以发送信令通知接受端[1]。
4）同步源标识符（SynchronizationSourceIdentifier）：
长度为32位，用来标识RTP码流数据包的第一个包，在RTP会话中的每一个数据包都有一个同步源标识符。
同步源标识符不是发送端所带的IP地址，而是在新数据包开始时发送端随机生成的一个号码。
从上面可以看出RTP提供了点对点的传送服务，通常在UDP上运行RTP，一般使用这两种协议来完成码流的传输。
RTCP（Real-timeTransportControlProtocol实时传输协议的缩写），主要功能是就RTP正在提供的服务质量做出反馈，此处不做重点介绍。
2.2H.323实时通信协议简介
基于H.323实时通信协议的视讯会议系统主要由下面四个部分组成：
多点控制单元（MCU）、终端（MG）、网关（GateWay）、网守（GK）。
H.323系统组网图具体如图2.3：
图2.3H.323典型组网图
2.2.1多点控制单元MCU
多点控制单元是多媒体视讯会议中最关键的设备，主要集中对各个会场终端发送过来的音视频码流进行转发或编解码处理，对各个入会终端进行统一的状态信息管理和会控操作，从而实现音视频多点会议井然有序的进行。
MCU是会议中一个端点，它为其他终端及网关参加一个多点会议提供服务。
它可以连接两个终端构成点对点会议，随后再扩展为多点会议。
MCU通常以H.231MCU的方式工作，但音频处理器并不是必需的。
MCU由两部分组成：
必需的多点控制器MC（MediaControl，简称MC）和可选的多点处理器MP（MediaProcess，简称MP）。
本系统中采用的MCU是同时具有MC和MP功能的MCU。
2.2.2终端
MG是视讯会议系统中的终端，主要将本端会场的图像和声音进行编码并发送给远端，同时也可以接收远端的图像和声音，解码并显示于本端。
终端是H.323会议系统中面向用户的设备，也是提供实时以及双向通信的设备，提供对用户音视频信号的输入采集、压缩和解压缩输出处理，模拟会议参与者的行为，终端所在地即为用户实际所在地。
初始设计时，终端仅支持语音数据的接入，随着数字化的发展，图像压缩技术的日益发展和成熟，目前绝大多数的终端设备尤其是硬终端，均支持语音、视频以及数据的融合通信方式[10]。
H.323是当前视频会议系统使用的主流协议，它规定了不同的音频、视频以及数据协同工作所需要的工作模式，该协议在很长一段时间内都将会是因特网电话、音视频终端以及视频会议系统的主要标准[4]。
2.2.3网关
网关是H.323系统与现有的公用电路交换网（PSTN）或其它异构网络（如ISDN）的互通设备，其核心功能是对不同网络结构的会议媒体信息和信令控制信息进行转换[6]。
也就是说如果视频会议系统的所有终端都在同一个IP网络内，那么网关则是一个可选设备。
网关支持与H.320、H.324、常规电话、ISDN的其它终端类型或其它网络顺利、低时延的进行互通。
网关的主要功能有以下几类：
1）传输格式的转换，如对于H.323会议网络（如IP网）和电路交换网（SCN）之间就必须通过网关实现H.225.0码流和H.221.0码流之间的互译，以完成链路层的连接[15]。
2）音频、视频和数据信息编码格式之间的互译，以完成表示层之间的互相通信。
3）通信协议和通信规程（如H.245与H.242）之间的互译，以实现应用层的通信。
4）在LAN端和WAN端进行呼叫建立和解除。
在实际的H.323视频会议系统中，在会议中的终端和MCU等处于不同的网络，如一些设备处于IP网络中，而其他设备处于PSDN网络中，这种情况下需要使用网关，或者虽然所有的设备都在同一个网络中，但是由于在传输的过程中会经过一些低速的传输通道，为了避开这种情况，也需要使用网关[7]。
2.2.4网闸
网守是H.323视频会议系统的一个可选组件，网守在系统中向终端和网关单元提供呼叫控制服务，根据接收到的指令控制是否允许用户接入该会议系统。
如果该会议系统中存在网守，那么整个“域”中的设备则都要接收网守的管理。
网守逻辑上可以与设备分离，目前的实现主要包含两种情况：
内置GK和外置GK，内置GK是指在终端或这MCU中嵌入GK设备，实现呼叫控制，外置GK是指网守作为单独的设备对整个系统的设备进行管理控制[4]。
根据H.323的标准得到网守主要有以下基本功能：
1）地址翻译：
将终端和网关的别名转换为网络地址，在实际设置使用网守的情况下，为方便起见设置test作为设备的别名，建立呼叫经过网守时，则会在相应的列表中查找该别名对应的IP地址如192.168.91.60，将该地址反馈给呼叫的另一端，这样就可以建立端到端的呼叫了。
2）许可控制，即访问控制，防止XX的视频会话的进行。
终端在发起呼叫时必须经过网守的允许，呼叫所使用的带宽最终也是由网守来决定。
3）带宽控制：
网守支持BRQ/BCF/BRJ消息，根据带宽管理的原则对实际接入的终端进行带宽控制。
4）域管理功能：
将若干终端、网关和MCU作为一个称之为H.32x域的逻辑组来进行管理
另外在实际视频会议系统应用中，网守还可以起到呼叫接纳控制、呼叫信令控制等功能。
2.3iMOS平台简介
IMOS的全称为IPMultimediaOperatingSystem（IP多媒体操作系统），与公司IToIP的理念一脉相承，意在打造IP领域的多媒体开发平台。
短期内，支持监控、视讯、媒体发布业务，节约公司开发和维护成本。
长远上，为H3C产品的不断丰富和完善奠定基础，为价值链上的客户和友商开发增值业务，技术合作、技术创新提供弹性的空间[9]。
多媒体平台中间件，提供全开放的集成框架，在“多媒体基础模型”的基础上更进一步，提供“多媒体中间件”的功能。
它将通过抽象具有相似特点的功能来建立各种平台组件框架，通过提供“脚本规则”或“插件规范”或”接口实现”的替换功能给用户以实现用户对组件模型的充分定制化。
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