论文研究 一种分布式视频会议媒体传输策略 .pdf

一种分布式视频会议媒体传输策略，杨真光，孙松林，本文针对网络视频会议系统易产生的网络负载不平衡等问题，分析了其产生原因并提出一种新的解决方法。从基于网络的视频会议媒体传国武技论文在线http:/www.paper.edu.cn组播是·对多的通信模式,该模式需要转播路由的支持,原理如图2所示。此吋接收端只有B、D、E三者加入了该组播组,则发送端Δ只需发送一次媒体流,接收端B、D、E即可全部接收到。由于终端C没有加入该组播组,因此C接收不到来自A的媒体流。网络中的路由器和交换机有选择地复制并传输数据,即只将数据传输给那些加入该组播组的主机。这样虽然加入相同组的接收端共享一条数据流,降低了发送端设备的负载,但却增加了65转发路由等网络传输设备的负载,网络成本高昂。此外,如果比路由下的子网内接收端数量巨大,则也会易使转发路由过载,以及还存在安个性等问题。在现实的网络环境中,还有很多不支持组播的路由器等传输设备存在,因此该技术的应用范围有限。广播模式70图3广播原理广播是一对所有的通讯模式,如图3所示。网终对其中每一台主机发出的信息都进行无条件复制并转发,不管你是否需要,所有主机都可以接收到所有信息,于其不用路径选择所以其网络成本可以很低廉。在数据网络中,广播被限制在二层交换机的局域网范围内,禁75止广播数据穿过路由器,因此不能在远距离 Internet宽带网上传输。一种分布式视频会议媒体传输策略由上节分析可知,适合网络视频会议的媒体传输方式只有单潘与组播。有时为了便于对会议所传输的媒体进行控制而采用MCU( Multipoint Control Unit:多点控制单元),这样虽然减轻了各个终端的负载压力,方便了对来自终端的控制信令与媒体进行统一管理,但这80样的视频会议系统常常受到MCU的限制,对整个系统的硬件要求较髙,成本较昂贵。因此,到目前为止,还没有一种对各种不冋规模的视频会议系统都适合的媒体传输策略可使终传输负载与媒体终端负载更好地相玍平衡,并降低网络成木。为此,这里提出一种分布式视频会议媒体传输策略,可以更好地维护网络负载平衡,并降低组网成本。首先,做如下假设:(1)主叫端所需传输的音视频等媒体数据大小为M字节,每次传输的数据包大小为m字节(2)共有n个被叫端(3)主叫端将人小为m的数据包发送到每个客户端所花费的时间相同,均为t';(4)每个客户端转发大小为m的数据包到其他(n-1)个客户端的时间相同,均为t(5)被叫端可接收的视频延迟最长为△t;6)媒体传输路径上的路由器不支持多播模式3国武技论文在线http:/www.paper.edu.cn基于以上假设,则传统视频会议媒体传输策咯如图4所示被叫端缓存被叫端主被端端主叫端缓存,设传输多媒体总大小为M,每次传输的数据大小为mt被叫端图4传统视频会议媒体传输策略主叫端数据包发送时,其一次发送n个相同大小为m的数据包到n个接收端。在保证被叫端视频延迟时间△t可接受的情况下,主叫端须每隔t'发送数据包到n个被叫端。此外,主叫端对每个被叫端应发送的数据包次数为M/m,因此对主叫的发送数据处理速度要求至少应为nmt',主叫需要传输数据的总次数为Mnm。对于每个被叫端,则其接收数据处理100速度至少为mt'。此外,这里要求t<=△t我方提出的分布式视频会议媒体传输策略如图5所小。被叫端接收到的数据包第一个、第n1个包被所1需所需时间主叫端第二个鴒n+2个包2所需吋间主端缓存,设传输多媒体总大小为M,每次传输数据大小为被图5分有式视频会议媒体传输簣略4国武技论文在线http:/www.paper.edu.cn主叫端扣总大小为M的多媒体数据,分为M皿m个薮据包,分别依次把其中的第;%on(取105余)个数据包(0=0的情况下当n-1时函数T-k[t”+(t)m取得最人指,最人值为Tax-kt-Mt/m,当n-+或t-”155时,函数取得最小值,最小值为Tmi=kt"=Mt/m。由于我们只考虑函数的变化关系,因此在此我们将常量k-1。单播模式与分布式传输模式被叫端接收数据所用吋间与参加会议人数的关系仿貞结果如图7所示。国武技论文在线http:/www.paper.edu.cntt">=时3=1+19,t=2,t"=18T2=149.t=10t"=1T1=1+1/m,t-2t"-11最小值,最大值I回密田法l+*.,T3T2+*举孝半半*米桌米1参加会议的人数n图7t'xt'时的仿真图形160在图7中我们也举岀三个数据进行对比。从中我们可以看出,当接收端间的媒体传输时间小」发送端冋接收端发送媒体时的传输时冋时,此分布式媒体传输模式被叫端接收完仝部视频数据所用付间随着参加会议的人的增加而减小,但不小于Mt”'m,不大于Mt/m。(2)t-t>0的情况下165当n=+∞时函数T=k[t¨-(t-t')/n取得最大指,最大值为Ta=kt’=Mt”/m,当n=1时函数取得最小值,最小值为 Tmiv-kt-Mt'/m。由于我们只考虑函数的变化关系,因此在此我们也令常量k=1国武技论文在线http:/www.paper.edu.cnt">时最小值;最大值米+米米十卡3-21-20n,t-1+"=2115H10米米米米米**黹T2=11-10/t=1,t"出悲o丰+!↑*129++28101214151820参加会议的人数n图8t0时的仿真结果如图8所示,在此我们也举出三个数据进行对比。从中我们可以看出,当接收端间的媒体传输时间人于发送端向接收端发送媒体时的传输时间时,此分布式媒体传输模式被叫端接收完仝部视频数据所用时间随着参加会议的人数的増加而増加,大于等」Mtm,但不会超过Mth175用单播的数据传输模式时,虽然被叫端接收数据所用时间为M'/m,但发送端负载会随参加会议人数的增加而成止比例增加小结从以上数摭对比与仿真中,我们显然可以看出,分布式视频会议策略可以很好地降低主叫方的负载压力,使主叫方的负载几乎不随被叫端的数量的增加而过多的增加(主叫端到各180个被叫端的会话初始信令会增加,但信令的增加代价较小)。此外,对」主叫方而言,论上几乎可以无限制地加入被叫,并且不会使主叫服务器、网络传输设备等过载,有利于网终整体健康。由以上分析可知,该分布式媒体传输策略在多方媒体传输中可以解决的问题有:(1)降低主叫端负载,有利于网终的负载平衡;l85(2)当接收端间的媒体传输时间(r¨)小于发送端向接收端发送媒体的传输时间(')时,即t'>t”时,可以改善网络传输的实时性该分布式媒体传输模式,当tˆr”时传输模型最为理想,此时,不但能够平衡整体的网终负载,不使主叫端或网络传输改备的负载过多地增加,而且还可以缩短传输延迟,改善媒体传输的实时性,理想的络架构如图9所小。190木分布式媒体传输策略是以适当増加接收端的复杂性来换取发送端的负载的降低与整个传8国武技论文在线http:/www.paper.edu.cn输网络的负载均衡的初频发送端传输所一终端数量众多用时间t”的局域网t佟9分布式媒休传输策略适用的理想网络模型195参考文献1] ROSENBERG J, SCHULZRINNEH Internet Draft. Models for multiparty conferencing in SIP[]July 2002[2]熊利祥基于SP的视频会议系统设计与实现D]武汉武汉理工大学,2009[3 ROSENBERG J.RFC4353A Framework for Conferencing with the Session InitiationProtocol(SIP)[S]. February 2006200 [4] QUINN B, ALMEROTH KRFC3 170.IP Multicast Application: Challenges and Solutions[S]. September 20015 CAIN B, DEERING S, KOUVELAS Iet al.RFC3376Internet Group ManagementProtocol, Versions. October 2002l6」赵膺,宋佳兴,徐万鸿等组播安全综述凵小型微型计算机系统,2003,24(10):1873-1877[7]李树全,周帆,吴跃等组播数据源认让研究进展[J计算札应用研究201128(12)4401-44042059