0  引言

    隨著國網(wǎng)公司“三集五大”的體系建設(shè)，省公司與地市公司聯(lián)系日趨緊密，省-地-縣不同層級之間的視頻會議也逐年遞增。為了提高工作效率，響應(yīng)國網(wǎng)公司節(jié)約增效的工作思路，近年會議電視召開場次及規(guī)模急劇增大，這對現(xiàn)有會議電視系統(tǒng)提出了極大挑戰(zhàn)。

    現(xiàn)有會議電視設(shè)備存在著設(shè)備老化、故障頻發(fā)、無備品備件、無法維修等問題，且現(xiàn)有的省-地之間采用單點(diǎn)級聯(lián)方式構(gòu)建MCU控制會議電視視頻，使得會議模式及系統(tǒng)擴(kuò)展性受限，不能滿足多級應(yīng)用場合，極大浪費(fèi)了MCU資源并增加了會議電視系統(tǒng)運(yùn)維難度。多點(diǎn)控制單元（Multi-point Control Unit，MCU）是一種具備多媒體編解碼功能的音視頻路由轉(zhuǎn)發(fā)處理單元^[1]， 且能進(jìn)行多點(diǎn)呼叫和連接，實(shí)現(xiàn)視頻選擇、視頻廣播、音視頻混合、數(shù)據(jù)廣播等功能，完成各終端信號的匯接與切換，在會議電視系統(tǒng)端口資源調(diào)度中起著關(guān)鍵作用^[2-5]。因此，亟待提出一種融合多臺MCU資源以滿足多種會議場合且支持資源靈活調(diào)度的會議電視系統(tǒng)方案。

    針對現(xiàn)有會議電視系統(tǒng)存在的問題，本文引入了集中式MCU資源池的會議電視系統(tǒng)優(yōu)化方法。本文在省公司集中部署3臺MCU資源池，同時配置會議管理系統(tǒng)，會議管理系統(tǒng)針對省公司、地市公司實(shí)現(xiàn)分級分權(quán)管理；全省各參會地市共享省公司的MCU資源池端口資源，而MCU端口資源數(shù)量與視頻會議終端數(shù)量不再采用固定一對一模式；考慮到MCU資源池中各MCU的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能力、CPU使用率以及內(nèi)存使用率，提出了端口資源自適應(yīng)分配的資源調(diào)度方法；在MCU資源池內(nèi)部采取了MCU資源互為主備的備份策略以滿足1+1熱備的要求。

1  MCU資源池技術(shù)構(gòu)架

    MCU對于會議電視系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，會議電視系統(tǒng)各音視頻傳輸采集設(shè)備的數(shù)字模擬信號在MCU進(jìn)行集中式采集，并通過數(shù)字信號處理算法對多路音視頻信號進(jìn)行集中處理、采集以及數(shù)字信號的混合切換。省公司會場新增3臺高清MCU，形成MCU資源池，地市公司會議信號通過新配置的兩臺高清會議終端上聯(lián)至省公司MCU資源池，實(shí)現(xiàn)省公司、地市公司召開高清行政會議。

1.1  MCU資源池技術(shù)

    通過部署一套統(tǒng)一的MCU資源池控制設(shè)備管理平臺服務(wù)器，對所有MCU資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化分配。MCU資源池對接入的會議電視終端設(shè)備提供資源服務(wù)以及權(quán)限的管理分配。與單點(diǎn)級聯(lián)式MCU設(shè)備相比，MCU資源池中的端口不再與會議電視終端進(jìn)行一一對應(yīng)的連接。

    MCU資源池支持監(jiān)控MCU資源池中各MCU的剩余資源，根據(jù)各MCU的剩余資源定義MCU的優(yōu)先級，會議將自動選擇優(yōu)先級高的MCU優(yōu)先進(jìn)行資源分配；資源池通過控制服務(wù)器對MCU的資源分配進(jìn)行負(fù)載均衡。同時，MCU資源池支持MCU資源備份功能，當(dāng)一臺MCU出現(xiàn)故障時，其上承載的會議可自動切換至資源池里的其他MCU，保證會議的正常召開，提高系統(tǒng)的可靠性。

    為保證MCU資源池的安全可靠性，本文MCU主控板及業(yè)務(wù)板采用支持帶點(diǎn)熱插拔的功能，在帶電狀態(tài)下支持單板業(yè)務(wù)倒換，在任意一塊單板出現(xiàn)故障時，不會影響會議的正常進(jìn)行，保證系統(tǒng)安全可靠。

1.2  MCU資源池會議管理系統(tǒng)

    視頻會議管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)視頻會議業(yè)務(wù)的用戶管理、會議管理、資源管理、終端注冊認(rèn)證、權(quán)限管理和MCU設(shè)備管理，能有效地滿足用戶對于視頻會議業(yè)務(wù)的管理需求。

    會議管理系統(tǒng)通過MCU端口資源管對MCU設(shè)備資源進(jìn)行管理，負(fù)責(zé)預(yù)約會議、動態(tài)添端時的資源計(jì)算、創(chuàng)建MCU與終端的拓?fù)潢P(guān)系，簡化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和管理。會議管理系統(tǒng)能管理多臺MCU的資源池，實(shí)現(xiàn)大容量組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)MCU負(fù)載均衡。

2  MCU資源池組網(wǎng)及資源調(diào)配

    會議終端設(shè)備采用數(shù)據(jù)網(wǎng)和專線方式的兩條鏈路實(shí)現(xiàn)，滿足電力系統(tǒng)N-1的可靠性要求。資源調(diào)配端口采用資源自適應(yīng)分配的資源調(diào)度方法以提高端口資源靈活調(diào)度性。

2.1  MCU資源池組網(wǎng)     

    如圖1所示，省公司及地市公司之間的通信網(wǎng)絡(luò)方案采用數(shù)據(jù)網(wǎng)以及專線方式的兩條鏈路實(shí)現(xiàn)，在省公司及地市公司配置交換機(jī)，傳輸設(shè)備上配置FE板卡，保證網(wǎng)絡(luò)及通道組織的可靠性，通過兩條傳輸鏈路構(gòu)建了兩個相互獨(dú)立的高清會議電視系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)實(shí)時熱備，保證了系統(tǒng)的高可靠性，也方便日常的維護(hù)檢修，滿足電力系統(tǒng)N-1的可靠性原則?？h公司通道部分利用原有的一體化會議系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道，用市-縣傳輸網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，不新增網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。從圖中可以看出，上述組網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次鮮明，不僅符合通信分級管理原則，也有利于未來會議電視系統(tǒng)的擴(kuò)展。

    從圖中可以看出，本文通過集中式組網(wǎng)方式部署3臺MCU構(gòu)建MCU資源池。集中式組網(wǎng)方式通過在同一地點(diǎn)部署多臺MCU節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對參會節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一資源分配，參會節(jié)點(diǎn)向MCU資源節(jié)點(diǎn)傳輸參會請求以及音視頻數(shù)據(jù)資源，通MCU資源池實(shí)現(xiàn)權(quán)限統(tǒng)一管理、信號編解碼處理、端口資源分配。

2.2  MCU資源負(fù)載權(quán)重

    根據(jù)遺傳算法自適應(yīng)因子的思想^[6]，本文設(shè)計(jì)了流量自適應(yīng)系數(shù)以考慮周期時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)流量對于MCU資源池資源分配的影響。本文設(shè)計(jì)的流量自適應(yīng)系數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，k₁是第一流量控制常數(shù)，k₂是第二流量控制常數(shù)，q是通過當(dāng)前MCU的實(shí)時流量，q_ave是周期時間內(nèi)MCU的平均流量，q_max是周期時間內(nèi)MCU的最大流量，q_min是周期時間內(nèi)MCU的最小流量。

    根據(jù)流量自適應(yīng)系數(shù)調(diào)整當(dāng)前MCU的負(fù)載權(quán)重，即在MCU資源池內(nèi)根據(jù)各單節(jié)點(diǎn)MCU的負(fù)載流量系數(shù)，為負(fù)載流量系數(shù)較大的MCU分配更多負(fù)載權(quán)重，即分配更多的端口資源。

    除了流量影響MCU資源池的資源分配以外，MCU自身的性能及處理能力也影響MCU資源池的資源分配。因MCU上DSP用于實(shí)現(xiàn)音視頻信號的編解碼處理，本文引入DSP資源使用率作為性能評價指標(biāo)之一。內(nèi)存反映了數(shù)據(jù)的緩存能力，因此同時引入內(nèi)存使用率作為另一個性能評價指標(biāo)。定義負(fù)載權(quán)重作為評價MCU負(fù)載水平的指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

其中，load_i是第i個MCU節(jié)點(diǎn)的負(fù)載權(quán)重，M是已經(jīng)使用的端口資源數(shù)量，N_max是最大使用端口數(shù)量，N為MCU資源池匯總MCU節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，本文中N=3。

    根據(jù)負(fù)載權(quán)重、網(wǎng)絡(luò)流量、MCU性能來分析MCU資源池中單節(jié)點(diǎn)MCU的承載的會議電視業(yè)務(wù)負(fù)載程度。

2.3  MCU資源調(diào)配

    根據(jù)上述負(fù)載權(quán)重設(shè)計(jì)端口資源自適應(yīng)分配的MCU資源調(diào)度方法，具體調(diào)配過程如圖2所示。

    MCU控制服務(wù)器通過控制MCU資源池向參會會議電視終端設(shè)備發(fā)起請求；MCU控制服務(wù)器通過各會議電視終端ID號識別控制；MCU控制服務(wù)器從各MCU節(jié)點(diǎn)根據(jù)SNMP協(xié)議采集網(wǎng)絡(luò)流量、DSP使用率以及內(nèi)存使用率；通過式(1)~(2)計(jì)算各MCU單節(jié)點(diǎn)負(fù)載權(quán)重；根據(jù)會議的優(yōu)先級，從高到低查詢會議電視終端ID號是否已經(jīng)連接至MCU資源池中端口，若未連接將會議電視終端連接至負(fù)載權(quán)重最小的MCU節(jié)點(diǎn)，若已經(jīng)連接繼續(xù)查詢下一個會議電視終端ID號至到所有參會會議電視終端均連接至MCU資源池。

3  MCU資源池備份策略

    MCU資源備份是指當(dāng)預(yù)約會議時MCU資源內(nèi)部不足或MCU故障，將會根據(jù)備份資源順序搜索，直到找到可用的備份資源MCU為止。本文中MCU資源池支持MCU資源備份功能，當(dāng)一臺MCU出現(xiàn)故障時，其上承載的會議可自動切換至資源池里的其他MCU，保證會議的正常召開，提高系統(tǒng)的可靠性。

    MCU備份策略具體指當(dāng)資源池中某臺MCU設(shè)備出現(xiàn)故障或者資源不足時，在剩余MCU設(shè)備中根據(jù)負(fù)載權(quán)重最小原則進(jìn)行會議電視終端的接入，直至因MCU故障停運(yùn)接入的會議電視終端全部正常接入MCU資源池參會。

4  結(jié)論

    本文通過分析現(xiàn)有會議電視系統(tǒng)存在的不足，進(jìn)行了MCU的優(yōu)化改造。通過MCU資源池實(shí)現(xiàn)了MCU端口資源的集中共享和靈活調(diào)配；根據(jù)MCU負(fù)載權(quán)重實(shí)現(xiàn)了資源自適應(yīng)調(diào)度分配，極大提高了MCU資源池運(yùn)行的效率以及穩(wěn)定性；通過MCU資源池備份策略保障了故障應(yīng)急狀態(tài)下視頻會議的正常召開。

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作者信息:

李夢琳1，賀  易2，胡  威1，馬國柱1

（1. 湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司, 湖北 武漢 430040；

2. 國網(wǎng)湖北省電力有限公司信息通信公司，湖北 武漢 430070）