（计算机应用技术专业论文）分布式视频会议系统的qos研究及实现.pdf

摘要 由于i n t e n e t 只能对所有的业务一视同仁地提供“尽力而为”的服务，无法保 证视频会议系统图像和语音的传输质量，这就成为基于h 3 2 3 的视频会议系统发 展的一个很大的障碍。本文正是在这样的背景下结合中兴通讯公司的分布式视频 会议系统q o s 控制模块的研究开发，致力于研究如何为基于h 3 2 3 的视频会议系 统提供端到端的服务质量保障。 本文从i p 网络的q o s 控制和终端的q o s 控制两个方面研究了如何为基于 h 3 2 3 的视频会议系统提供端到端的q o s 保障。对于i p 网络的q o s 控制，分析 了实施q o s 控制的体系结构和主要技术，提出了i p 网络的q o s 控制模型并基于 陔模型建立了支持端到端q o s 保障的i p 网络结构；同时，提出了一种新型的基 于限制区间的q o s r 算法并对该算法做了详细证明和软件模拟测试。随后，本文 研究了视频会议终端的q o s 控制技术，在此基础上实现了分布式视频会议系统 q o s 控制模块的设计和开发并对该模块进行了严格的对比测试和分析。测试和实 际应用的结果表明：在具有一定程度的延时、抖动的网络环境下，本文开发的视 频会议系统的q o s 控制模块可以有效消除网络的动态变化对接收端视、音频播放 的影响。 关键词：h 3 2 3服务质量服务质量路由分布式视频会议系统 a b s t r a c t i n t e r n e tc a no n l yp r o v i d et h es a m eb e s t e f f o r ts e r v i c e sf o ra l lt r a f f i ca n dn o t e n s u r et h et r a n s m i s s i o nq u a l i t yo fv i d e oa n da u d i oo fv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m ，w h i c h b e c o m e sa b i go b s t a c l et ot h ed e v e l o p m e n t o f v i d e oc o n f e r e n c es y s t e mb a s e do nh 3 2 3 i n c r e a s i n g l y f o rt h i sr e a s o n ，t h i sp a p e rc o m b i n e sw i t ht h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o fq o sc o n t r o l l i n gm o d e lf o rt h ed i s t r i b u t e dv i d e oc o n f e r e n c e s y s t e m o fz t e c o r p o r a t i o na n dd e d i c a t e st oh o w t op r o v i d ep o i n t - t o - p o i n tq o sf o rv i d e oc o n f e r e n c e s y s t e mb a s e do nh 3 2 3 t h i sp a p e rs t u d i e sh o wt oo f f e rv i d e oc o n f e r e n c es y s t e mb a s e do nh 3 2 3w i t h p o i n t t o p o i n tq o sc o n t r o l l i n gi ni p n e t w o r ka n dt e r m i n a l so fv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m o nt h eo n eh a n d ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ea r c h i t e c t u r ea n dl e a d i n gt e c h n o l o g i e so fq o s c o n t r o l l i n ga n dp u t sf o r w a r dt oq o sc o n t r o l l i n gm o d e lf o ri pn e t w o r ka n di pn e t w o r k a r c h i t e c t u r es u p p o r t i n gp o i n t - t o - p o i n tq o sa sw e l l s u b s e q u e n t l y , w eb r i n gf o r w o r da n e w q o s ra r i t h m e t i cb a s e do nc o n s t r a i n e di n t e r v a la n dg i v ed e t a i l e dt e s t i f i c a t i o na n d s i m u l a t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h i sp a p e rs t u d yt h eq o s c o n t r o l l i n gt e c h n o l o g i e sf o r t e r m i n a l so fv i d e oc o n f e r e n c ea n da c c o m p l i s ht h ed e s i g nm a dd e v e l o p m e n to fq o s c o n t r o l l i n gm o d e lf o rv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m t h e nt h eq o sc o n t r o l l i n gm o d e li s t e s t e da n da n a l y z e di nd e t a i l ，t h er e s u l to ft e s ta n da p p l i c a t i o ns h o w st h a tt h eq o s c o n t r o l l i n gm o d e lc a ne l i m i n a t et h e i n f l u e n c et ot h er e p l a yo fv i d e oa n da u d i oo f t e r m i n a lc a u s e db y d y n a m i cc h a n g eo f n e t w o r kw h i c hh a sd e l a ya n d j i t t e rf o ra c e r t a i n d e g r e ee f f e c t i v e l y k e y w o r d s ：h 3 2 3q u a l i t y o fs e r v i c e q o sr u t i n g d i s t r i b u t e dv i d e o c o n f e r e n c e s y s t e m y 6 9 5 3 1 5 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以注明和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：生：31 绛 同期：2 4 芏! ( 耸 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位论文期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保 证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大 学。学校有权保留送论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其他复印手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本人签名： 垒! 】! 垒霪 日期： 坳玉l l f 肄 一 导师签名：券字 2导师签名：! 趁查j 兰日期：丛 第一章绪论 第一章绪论 1 。1 引言 9 0 年代以来，通信技术和网络技术的飞速发展推动了i n t e r n e t 的大规模应 用，将一个五彩缤纷的艘拟世界呈现给我们。随着覆盖范围的不断扩大，网络性 能的不断提高，现在的i p 网络已经不单纯是以前的数据网络，而是一个可以承载 数据、语音和视频、供各种异构网络互连互通、实现信息共享的网络平台。随着 超大规模集成电路和计算机技术的发展，多媒体视频会议突破了计算机、通信和 电视的传统界限，它具有分寿性、实时性和交互性的特征【“，为人们提供了全新 的交互服务。随着信息化的不断深入，视频会议作为现代化办公和信息交流的手 段越来越受到重视。 1 2 课题的研究背景及意义 视频会议又称会议电视或视讯会议，早期的视频会议系统采用模拟传输方式， 占用很大带宽，其代表有美国贝尔实验室研制的可视电话p i c t u r ep h o n em o d i 、 英国b t 公司的1 m h z 带宽的黑白视频会议系统1 2 。进入8 0 年代中期，大规模集 成电路技术的快速发展、图像编解码技术的突破和信道费用的降低都为视频会议 走向实用提供了良好的条件。 为解决不同厂商产品之问的互通。建立统一的视频会议标准，i t u t 自1 9 9 0 年以来制订发布了一系列有关视频会议的标准，其中主要有h 3 2 0 和h 3 2 3 两大 框架性建议。h 3 2 0 标准制订于1 9 9 0 年，主要针对b i s d n 网，广泛用于d d n 、 i s d n 等电路交换网络。随着基于分组交换的多媒体通信系统逐渐成为各方关注 的焦点，i t u t 顺应发展潮流，在1 9 9 6 推出了基于分组交换网的视频会议系统标 准一h 3 2 3 v i ，随后又连续推出了h 3 2 3 v 2 、h 3 2 3 v 3 和h 3 2 3 v 4 。h 3 2 3 系列协议 的推出符合统一于i p 平台、在开放式网络平台和应用平台上进行互连互通的发展 趋势。在i p 网上承载视频会议具有以下优点： 1 计算机网络的迅速发展使得i p 网络成为仅次于p s t n 的第二大网，i p 网络最 终很可能会成为各种网络的统一平台； 2 基于i p 网络的视频会议系统的建设成本和使用成本较低，而且可以充分利用 现有的网络； 3 h 3 2 3 系列协议中的视频终端多为p c 机，终端的功能较多、控制灵活。 但是i p 网构建在“分组交换”的技术基础之上。提供的是“尽力而为” ( b e s te f f o r t ，b e ) 的服务，无法保证传输的实时性和到达的顺序性。这对于要 求保证准确性而对时延和抖动不敏感豹数据业务来说是较为合适的，但对于视、 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 音频等对时延和抖动敏感的媒体业务来说显然是不合适的，这也正是限制视频会 议系统在i p 网上大规模应用的一个很大的障碍。 如何克服这个障碍呢? 可行的方案就是在现有i p 网络的基础上，实施服务质 量( q u a l i t ) o f s e r v i c e ，q o s ) 控制，通过提高网络的服务质量来满足不同的业务 传输要求1 3j 。美国已于1 9 9 6 年底启动了以提高网络服务质量为核心的i n t e n c t i i 和 下一代网络( n e x t g e n e r a t i o n n e t w o r k ，n g n ) 的研究，国内也从9 0 年代中后期 开始了对i pq o s 的研究。尽管相应的研究已经开展了很长一段时间，但是到目前 为止还未出现成熟的体系架构、支持硬件和相应的实施技术。因此无论对于视频 会议系统的发展还是对于i p 网络演进，如何保证q o s 都是一个重要而且紧迫的 研究方向。 1 3 本文的主要工作和内容安排 本课题由深圳市中兴通讯股份公司提供，进行i p 视频会议系统的服务质量保 证技术的应用研究，并为分布式视频会议终端z x m v c 2 0 2 0 s 开发相应的视、音 频q o s 控制模块。整体上全文共分五章： 第一章序论 简要介绍了视频会议系统的发展历史和基于h 3 2 3 协议的视频会议系统发展 现状，分析了在视频会议系统中实施q o s 控制的重要性和必要性。 第二章i p 网络的服务质量控制 对i e t f 提出的实施i pq o s 的结构体系和技术进行了详细的分析。在研究、 分析的基础上提出了q o s 实啻缸模型，并基于该模型建立了支持q o s 的网络结构。 第三章视频会议终端的服务质量控制 对视频会议终端的q o s 控制技术进行了较为深入的研究，从h 3 2 3 协议本身、 视频会议的视、音频编解码和媒体传输和控制等几个方面分析如何保证视频会议 系统的q o s 。 第四章基于限制区间的q o s 路由算法 在对网络的路由算法进行研究的基础上，提出一种基于区间数理论的q o s 路 由选择算法，从理论和模拟测试两方面说明了该算法具有简单、收敛快的特性。 第五章视频会议终端q o s 控制的实现 基于前面的研究，详细说明了视频会议终端( z x m v c 2 0 2 0 s ) 的q o s 控制模 块的设计、实现和对该模块的测试情况，最后对测试情况进行总结并简要说明了 该视频会议终端产品在实际中的应用情况。 结束语 对全文进行总结，提出了下一步的研究方向。 第二章i p 网络的服务质量控制 第二章i p 网络的服务质量控制 作为媒体和控制信息的载体，i p 网络在视频会议系统中的重要性是不言而喻 的，如果没有i p 网络的q o s 保证，视频会议系统的q o s 保证也就无从谈起。本 章对如何在i p 网络中实施q o s 控制作重点研究，在研究的基础上，提出i p 网络 的q o s 保证模型并依据该模型建立支持q o s 的i p 网络结构。 2 1 q o s 概述 在日常生活中，服务质量是我们再熟悉不过的字眼。顾名思义，服务质量体 现了消费者对服务者所提供服务的满意程度，是对服务水平的一种度量和评价。 同样，i p 网络作为媒体和信息服务的提供者，同样存在服务质量优劣的问题。早 在2 0 世纪8 0 年代初期，一些研究者已经开始认识蓟服务质量的重要性。s e i t z 和 w o r t e n d y k e 在研究a r p a n e t 中x 2 5 的通信时就已提出基于用户的性能评价问 题【4 l ，到2 0 世纪8 0 年代末期，随着b - i s d n 技术以及a t m 交换网的出现和分布 式多媒体应用的急剧增加，研究人员开始对q o s 控制和管理进行系统、深入地研 究。虽然人们对q o s 的研究已经进行了很长时间，并且取得了一定的成果，但是 至今仍然没有形成一个统一完整的认识，c c i t t 和i e t f 均从不同侧面给出了自 身对q o s 的理解。 1 c c i t t 的q o s 定义 1 9 9 0 年，c c i t t 针对q o s 制订了c c i t t - i 系列建议。该建议从呼h q 控制、 连接和数据单元的传输控制等三个不同的层次定义了b i s d n 的q o s l 5 j ： 呼叫控制级的q o s ，包括呼叫次数、失败率等； 连接级的q o s ，包括连接延迟、连接失败率、释放延迟和释放失败率； 数据单元传输控制级的q o s ，包括分组的峰值到达率、峰值持续率、分 组的平均到达率、分组丢失率、分组插入率及比特出错率等。 c c i t t 的q o s 定义未实现q o s 控制和用户的q o s 要求机制，也未对用户的q o s 要求进行分类，所有的用户请求都只在传输层进行映射，传输层以下各层无法提 供相应的映射。 2 ，i e t f 的q o s 定义 在r f c 2 2 1 6 中，q o s 被定义为用带宽、分组延迟和分组丢失率等参数描述的 关予分组传输的质量，两对定义了网络元素( n e t w o r k e l e m e m ) 、流( f l o w ) 、服 务( s e r v i c e ) 、行为( b e h a v i o r ) 、特性化( c h a r a c t e r i z a t i o n ) 以及相应的流量规范 ( t r a f f i cs p e c i f i c a t i o n ，t s p e e ) 、服务要求规范( , r e q u e s ts p e c i f i c a t i o n ，r s p e c ) 来 进一步描述q o s 控制过程和服务质量模型与实现框架。随后，i e t f 在r f c 2 3 8 6 中提出q o s 可用下列一系列可度量的参数来描述； 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 业务可用性：用户到i n t e m e t 业务之间连接的可靠性； 延迟：指两个参照点之间发送和接收数据包之间的时间间隔： 可变延迟：发送端发送的数据流中各个数据包到达接收端的时间差异； 吞吐量：网络发送数据包的速率，用平均速率或峰值速率表示； 丢包率：网络中传输数据包时所丢弃数据包的最高比率。 i e t f 的q o s 定义针对网络传输延迟、抖动等，尽管定义了数据流的q o s 描述参 数，但是用户如何表示自己的q o s 需求仍未能实现。 2 2 i p q o s 的体系结构 为了在i p 网中实施q o s 控制，i e t f 提出了以下几种体系结构和技术；综合 服务体系( i n t e g r a t e ds e r v i c e s ，i n t s e r v ) 【5 1 、区分服务体系( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ， d i f f s e r v ) 6 1 和多协议标签交换技术( m u l t i p l ep r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 。 2 2 1 综合服务模型和资源预留协议 主机路由器 l r s v p r s v p f 云翮 甲醉一薹薹1国j 辩 一一 数据 一 一 图2 1 主机和路由器中使用r s v p 实现i n t s e r v 的原理图 在服务层次上，i n t s e r v 模型可以提供质量保证型( g u a r a n t e e ds e r v i c e ，g s ) 、 可控负载型( c o n t r o l l e d l o a ds e r v i c e ，c l s ) 和尽力而为型( b e s t e f r o r ts e r v i c e ， b e s ) 三种级别的服务；在结构层次上，如图2 1 所示，i n t s e r v 模型主要由信令 协议r s v p 、接纳控制器( a d m i s s i o nc o n t r o lr o u t i n e s ) 、分类器( c l a s s i f i e r ) 和 分组调度器( p a c k e ts c h e d u l e r ) 四部分构成：在实现层次上，i n t s e r v 需要所有路 由器在控制路径上处理每个流的信令消息并维护每个流的路径状态和资源预留状 态，在数据路径上执行基于流的分类、调度和缓冲管理。 i n t s e r v 模型以资源预留协议【7 l ( r e s e r v a t i o np r o t o c o l ，r s v p ) 为主要信令协 议，其基本思想是以资源预留的方式实现q o s 保障。r s v p 是主机应用获得特定 q o s 的一种控制信令，用来完成综合服务需要定义的呼叫接纳控制功能和资源预 留功能。其主要构成元素是控制分组，路径( p a t h ) 分组和预留( r e s v ) 分组 是r s v p 中两类最基本的控制分组，p a t h 分组由数据源端发出，r e s v 分组则由 第二章l p 网络的服务质量控制 数据接收端发出。图2 2 说明了采用r s v p 信令建立数据发送路径并为业务流预 留资源的过程。 图2 2 采用r s v p 信令建立数据发送路径并为业务流预留资源 从理论上讲i n t s c r y 完全可以为i p 网络提供q o s 保障，但随后的一些研究和 实验表明该模型具有很大的局限性： 1 i n t s e r v 是基于流的( 单独的或聚集的) 、状态相关的体系结构，依赖每个流的 状态和对每个流的管理。这种实现机制一方面使i n t s e r v 较状态无关的体系结 构具有更高的灵活性和更好的服务级别保证，但同时导致预留的开销以指数 级别增长，使得i m s e r v 的扩展性不好； 2 网络中每个节点都要维护各类数据库并实现复杂的功能，这种完全分布式的 控制带来了极大的复杂性： 3 i n t s e r v 体系结构中。路由器必须维护经过它的每个数据流的状态，而这对于 核心路由器来说是不合适的： 4 r s v p 中引入每流状态( p e r - f l o ws t a t e ) 的概念，对于数据通信和实时应用通 信而言，i p 网络同时扮演了面向无连接和面向连接网络的两个不同角色，这 与其简化设计原则相抵触： 5 资源预留不适用于短时流，比如w e b 流等，而在因特网中大部分都是短时流。 2 2 2 区分服务模型 区分服务的网络体系结构【8 】如图2 3 所示，是为克服i n t s e r v 模型的缺点提出 来的，以高性能和可扩展性为重点。d i f f s e r v 的核心思想是：网络边界节点根据 用户的流规定和资源预留信息将进入网络的单个流分类、整形、聚合为不同的流 聚集，流聚集信息存储在i p 包头的区分服务( d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s ，d s ) 标记 域中，内部节点在调度转发口分组时，只依据存储的信息来提供特定质量的调度 转发服务，其外特性被称为逐跳行为( p e r - h o p - b e h a v i o r ，p h b ) 。d i f f s e r v 也定义 了三种服务类型：尽力而为的服务、奖赏服务( p r e m i u ms e r v i c e s ，p s ) 和确保服 6 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 务( a s s u r e ds e r v i c e s ，a s ) 。 图2 3 区分服务体系结构框架图 存储在d s 标记域中的信息称为d s 标记( d sc o d e p o i n t ，d s c p ) ，是内部核 心路由器转发分组的依据，是连接分组与转发服务的桥梁，也是边界节点与其它 d s 区域根据业务调节协定( t r a f f i cc o n d i t i o n i n g a g r e e m e n t ，t c a ) 进行调节的基 准。区分服务网络由d s 区域和d s 区组成，d s 区域是由一些相连的d i f f s e r v 节 点构成的集合。它们遵循统一的服务提供策略并且实现一致的p h b 组；d s 区则 由连续的d s 区域构成，一个d s 区内的各个d s 区域可以支持不同的p h b 组， 并且各个区域的d s c p 到p h b 的映射函数也可能不同。通过在上游d s 区域和下 游d s 区域之间建立t c a ，区分服务可以扩展到多个d s 区域。 在区分服务模型中，为保证用户能从i n t e m e t 服务供应商( i n t e m e ts e r v i c e s p r o v i d e r ，i s p ) 那里获得所需的服务，用户必须和i s p 之间签订服务等级协定 ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) ，i s p 之间也必须建立t c a 。s l a 主要包括用 户所申请业务的属性、业务的性能、服务质量参数要求和相应的其它一些商业服 务约定等信息。s l a 规范了i s p 对客户端网络所支持的业务类别以及每种类别业 务流所需的服务质量信息，t c a 则规范了i s p 之间的业务流应该满足的一些约定。 2 - 2 3 多协议标签交换和流量工程 m p l s 技术产生的初衷是为了结合核心网络的交换技术和边缘网络的路由技 术各自的优点，将第二层的交换速度引入到第三层，i e t f 将m p l s 技术标准化并 作为新一代i p 高速骨干网络交换标准1 9 。近年来，m p l s 更成为流量工程( t r a f f i c e n g e e f i n g ，t e ) 的重要解决手段，日益成为扩展i p 网的重要技术。 当分组进入m p l s 网络时，网络边缘节点利用第三层路由转发功能为分组计 算路由，然后把路由信息映射到一个特定的转发等价类( f o r w a r d i n g e q u a l c l a s s ， f e c ) 中。网络内部节点以分组的f e c 标记为索引查找包含下一跳地址和新标记 的数据库，旧的标记将被查到的新标记取代，分组被转发到下一跳。m p l s 域的 第二章l p 网络的服务质量控制 出口节点再删除标签，依据分组的路由信息将其转发到相应的目的i p 网络，或改 变标签，转发到下一个m p l s 网络域中。标签是m p l s 中最关键的概念之一，置 于特定分组中的标签代表了这个分组所属的f e c ，可以说正是因为引入了标签， m p l s 技术才得以迅速发展和推广开来，标签的格式如图2 4 所示。 标签：2 0 b i t s c o s ：业务等级，3 b i t s s ：堆栈底标志，i b i t st 1 l ：生存周期，8 b i t s 图2 4m p l s 标签格式 流量工程( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，t e ) 指在为业务流选择路径的过程中，在网 络不同的链路、路由器和交换机之间平衡业务流负载，其主要目的是提供有效可 靠的网络操作，同时优化网络资源的利用和业务流性能。在m p l s 网络中，通过 为标签交换路径( l a b l es w i t c h i n gp a t h ，l s p ) 指定显式路径，保证所建立的l s p 能够满足汇聚于流量中继的每个业务流的q o s 的需求，可以精确控制流量的轨 迹，从而避免网络拥塞。 2 3 端到端的q o s 保障 2 3 1 核心网的q o s 控制模型 虽然各个标准化组织均提出了各自的网络架构、控制实体和信令协议，但其 基本思想逐步趋于一致，可以归纳为以下几点： 1 采用分层思想，将q o s 网络结构划分为管理平面、控制平面和数据平面1 0 】： 2 采用面向连接的资源预留机制，引入相应的控制实体和控制协议； 3 采用合约机制，实施对用户业务请求的在线离线接纳控制： 4 采用区分服务，为不同的业务提供不同等级的传输服务； 5 采用业务量预测和优化技术，实现对网络资源的优化配置。 基于上述原则和前面的分析，本文建立了如图2 5 所示的i p 核心网络q o s 控制模型，同文献【l l j 所提出的控制模型相比，本文的模型很好地体现了独立分层、 和约机制、结合d i i t s e r v 和m p l s 实施q o s 控制的思想。 该模型将整个i pq o s 控制分为控制平面、数据平面和管理平面，控制平面采 用集中控制方式，不但便于对全网资源进行有效管理和控制，而且利于网络资源 层和会话控制层之间的交互，具有很好的可操作性和可维护性，和当前支持q o s 的i p 网络体系结构的发展方向相一致【1 0 】。下面对模型的各个部分作简要的说明： s l a 管理： s l a 管理功能需要将客户完整的s l a 合约分解成包含具体 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 业务属性、服务质量参数的服务等级规范( s e r v i c el e v e ls p e c i f i c a t i o n s ， s l s ) 和相应的用户服务信息两部分，主要包括s l a 申请、s l a 请求和 s l a 的监测。 接纳控制：在确保已有业务流的q o s 的前提下，通过动态的资源共享， 达到网络资源的最优利用。 网络监测：动态监测网络流量的变化，将收集到的网络流量信息进行汇 集整理后递交给策略管理模块。 网络资源配置管理：将策略管理模块下发的配置方案转换成针对具体网 络设备的控制信息，接收网络节点或网络、网元管理模块返回的数据信 息，并向策略控制模块返回配置策略的执行情况。 网络和网元管理：实现网络及网络中网元设备的所有管理功能，并能够 向网络服务配置与管理功能提供开放接口，便于业务管理系统获取相关 信息。 策略管理：实现业务的服务质量篆略、接纳控制策略、资源配置策略和 计费策略等管理功能，它可以存储业务的服务质量、业务接纳控制、业 务计费和用户认证等方面的策略。 2 3 2 结合i n t s e r v 、d i f f s e r v 和m p l s 实现i pq o s 控制 1 结合的原因 由于i n t s e r v 和d i f f s e r v 自身的特点，d i t t s e r v 适合应用在核心网的q o s 控制 中，而i n t s e r v 适于应用在企业网的边缘、校园或小型的公司内部网中，需要和 d i f t s e r v 结合起来提供端到端的q o s 保证。 m p l s 通过流量工程可以有效利用网络资源、减少网络拥塞，提供了一定的 q o s 保证能力。但是在单纯的m p l s 网络中，实时和非实时的业务流没有被区分， 提供的服务仍然是“尽力而为”的方式，在网络过载的情况下，应用流量工程仍 第= 章i p 网络的服务质量控制 不能很好保证q o s ，因此要从根本上解决m p l s 网络的q o s 问题，就需要引入 q o s 控制体系。d i f f s e r v 由于简单和可扩展性好等特点，在i p 骨干网中得到了广 泛应用，在m p l s 中引入d i f f s e r v 体系，二者可以很好的结合，既吸收了d i i t s e r v 的简单灵活的特点，同时也保留了m p l s 的快速转发和流量工程方面的优势。 2 基于m p l s 、i n t s e r v 和d i f f s e r v 的集成网络结构 根据前面建立的核心网q o s 控制模型，基于i n t s e r v 、d i f f s e r v 和m p l s 的集 成网络结构如图2 6 所示，核心网络采用在m p l s 网络中引入d i f f s e r v 体系结构， 边缘网络采用i m s e r v 体系结构。 图2 6 基于m p l s 、i n t s e r v 和d i f f s e r v 的集成网络结构 ( 1 ) 管理平面 由s l a 协商、业务预定、计量和策略控制等功能模块组成，借助q o s 服务 器、目录服务器、策略服务器和监控服务器完成对整个核心网的管理。 q o s 服务器：根据应用对网络资源的请求及监控服务器反馈的当前网络 的流量信息、网络资源的状态等，设计整个网络范围内的流量路径，计 算全网的资源分配方案，储存在目录服务器中。 目录服务器：存储和集中管理网管要求的各种信息，包括由q o s 服务器 递交的资源分配策略和用户信息等。 监控服务器：监控服务器监视各个路由器的管理信息库( m i b ) 和流量， 主动测量、分析网络趋势和故障，并把分析得到的网络流量等信息反馈给 q o s 服务器。 策略服务器：策略服务器同目录服务器进行交互，得到策略信息，根据该 策略信息对整个网络进行控制( 分配资源) 。 ( 2 ) 控制平面和数据平面 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 控制平面和数据平面位于核心承载网中，网络中的各个网络节点根据已制订 的策略，完成用户业务流分发路径的建立和对业务流的处理。核心网络是承载于 m p l s 上的d i f f s e r v 域，边缘网络是i n t s e r v 域，r s v p 信令可为业务流提供较好 的q o s 管理粒度和资源预约，并且能够透明地穿过核心网络区域。 3 集成网络结构的q o s 映射 i n t s e r v d i 圩s e r v 服务m p l s 丢弃优先 m p l s 服务类型 p h bd s c p e x p 字段 级服务类型 控制信息 c s1 1 1 0 1 01 1 l p r e m i u m g se f1 0 1 1 1 0 1 1 1 a f l l0 0 1 0 1 01 1 0 低 c la f l 20 0 1 1 0 01 0 l 由 g o l d a f l 30 0 1 1 1 01 0 1 高 a f 2 l0 1 0 0 1 01 0 0 低 c la f 2 20 1 0 1 0 00 1 l 由 s i l v e r a f 2 30 1 0 1 1 00 l l 高 a f 3 l0 1 1 0 1 00 1 0 低 c la f 3 20 1 1 1 0 00 0 1 由 b r o n z e a f 3 30 1 1 1 1 00 0 1 高 b ed f0 0 0 0 0 00 0 0 低 b e s l e f f b r t 表2 1i n t s e r v 、d i f f s e r v 和m p l s 之间的服务类型映射表 i n t s e r v 、d i f f s e r v 和m p l s 之间的服务映射见表2 1 t 旺j l l 3 】。集成网络结构包 括i n t s e r v 和d i i t s e r v 的集成以及d i 自f s e r v 和m p l s 的集成。i n t s e r v 和d i f f s e r v 集戍的关键是如何将i n t s e r v 中的服务类型映射到d i f i x 5 e r r 的p h b 中，后者的关 键是如何将d i f f s e r v 中的行为聚集( b e h a v i o ra g g r e g a t e ，b a ) 映射到m p l s 中 的标签交换路径( l a b e ls w i t c h i n gp a t h ，l s p ) 上去。在d i f f s e r v 中，基于分组的 d s c p 值对分组进行标记和分类，d s c p 相同的分组将被归入一个b a 中，网络节 点对不同的b a 实施不同的p h b 操作。例如，在d s 的b 刚l s r 中，可用对语音 数据的有效负载流量和信令流量分别指定不同的优先等级：语音缺省的d s c p 为 1 0 l11 0 ( r f c 2 5 9 8 ) ，信令的缺省d s c p 为0 1 1 0 1 0 ( r f c 2 5 9 7 ) 。这已在c i s c o 的 路由器的i pd s c p 中得到配置并被验证。 将b a 映射到l s p 上就是如何在m p l s 的分组头中标识分组所属的p h b 调 度类型( p h bs c h e d u l i n gc l a s s ，p s c ) 以及分组的丢弃优先级。处于i p 层的d s c p 对于m p l s 域的核心标签交换路由器( l a b l e s w i t c h i n g r o u t e r ，l s r ) 是不可见的， 因此需要在网络边缘把d s c p 映射到m p l s 的数据包的标签头中。根据映射到标 签头的不同字段，可以有e l s p 和l l s p 两种方式：e l s p 方式通过m p l s 标签 头的e x p 字段来决定应用到该分组的p h b ，不同的业务类的分组根据e x p 的不 同，在l s p 中得到不同的服务( p h b ) ；l ，l s p 方式通过m p l s 标签头的标签值 第二章i p 网络的服务质量控制 字段来决定用到的该分组的p s c ，而分组丢弃优先级则由e x p 字段决定。 在m p l s 网络中，提供低延迟、低抖动和低的分组丢失率的l s p 可以保证视 频会议应用的传输需要。同时，在m p l s 网络中，可以借助流量工程来避免业务 流的集中路由，从而更好地减小了产生拥塞的可能性。 4 集成网络中的节点元素 集成网络中的网络节点功能不同于普通网络中的节点，节点结构也有很大的 不同。e r 是纯粹的i n t s e r v 路由器，在发送者与接收者之间处理正常的r s v p 信 令消息，主机a 发送r s v pp a t h 信令消息，该消息中的t s p e c 详细描述了应用 进程的q o s 要求，激活本地流量控制d 笃 正常的r s v p 操作之后，信令到达i n t s e r v 域的边缘路由器e r 。下面对两类路由器：b r j l e r 和c r l e r 的结构模型和功能 进行重点介绍【1 2 】【18 1 。 ( 1 ) b 鼬，l e r 控韵平霭 j 一， l ! 型墨i 与其它路由器交换路由信息 一一。 j i j i j i 办一一一一一一 一壁室圣曼 。i 皇 、 i 壁堕堡塑楚型i 未带标签分组 叫塞 h 昼鳖垫g ! ! 睦塾 - e x p 分类 链路转发 输出标记分组 输出i p 分组 删除标签并执l ! ! 苎三星奎垫j 输出标记分组 一卜控制流 或据乎面 图2 7 _ 数据流 b r l e r 的结构 b r l e r 的结构模型如图2 7 。b r l e r 既是d i f f s e r v 的域边界路由器，也是 m p l s 域中的标签边界路由器，结构和功能相对复杂。r s v p 信令进入核心网络 时，首先经过d i f i b e r v 域。若d i f i b e r v 域不能识别r s v p 信令消息，则b r l e r 作为纯粹的d i l l s e r v 域的边界路由器b r ，将转发服务要求相同的微流聚合，形 成一类有相同的d s c p 值的b a ，并将其映射到m p l s 的l s p 上进行转发。若 d i f f s e r v 域可以识别r s v p 信令消息，l e r 实施接纳控制，建立l s p 。此外，对 进入的分组，b r l e r 还负责进行分类、申请或者除去m p l s 标签。 ( 3 ) c r l s r 零 篓薹j | 分布式视频会议系统的q o s 研究及实现 核心网络的内部路由器c r ，即m p l s 域中的l s r ，主要完成m p l s 分组的 标记交换和转发。c r l s r 的结构相对简单点，如图2 8 。当l s r 收到一个标 记过的数据分组后，它就以该标签为索引，通过输入标签映射表( i n c o m i n gl a b e l m a p ，i l m ) 将到达的数据分组的标签映射到下一跳标签转发入口表( n e x th o p l a b e lf o r w a r d i n ge n t r y ，n h l e f ) 中，取得新的标签。最后，当m p l s 包离开 m p l s 网络时，由网络边缘的l e r 除去m p l s 头，恢复i p 分组。 2 4 本章小结 i p 网络作为分布式视频会议系统的承载网，对于视频会议的重要性是勿庸置 疑的。只有保证了i p 网络的q o s ，才能在视频会议系统应用中提供真正的端到端 的q o s 保证。 随着对i p q o s 技术研究的不断深入，其重要性也日益为人们所认可，解决的 可行性也日益提高。本章首先介绍了q o s 的背景和涵义，随后，对在分组交换网 中实施q o s 控制的i n t s e r v 、d i f f s e r v 体系结构和m p l s 技术进行了深入的分析， 指出了各个方法的优缺点，说明只有将这三种技术结合起来，充分发挥各自的技 术优势，才能在分组交换网中提供端到端的q o s 控制。最后，在前面分析的基础 上，提出了i pq o s 实现模型，并依据该模型建立了支持q o s 控制的i p 网络架构。 目前，i pq o s 的分层控制和i pq o s 的网络架构基本趋于一致，但是在具体 的网络实现技术上，尚未提出很好的解决方案，特别是在接纳控制模型和算法、 网络资源规划和配置、分布式网络资源控制、动态s l s 协商和准入、多域q o s 控制等方面。由于网络环境的复杂性和本身实现的技术难度很大，至今尚未出现 实用的解决方案，这也是下一步需要重点研究的方向。 第三章视频会议终端的摄务质量控制 第三章视频会议终端的服务质量控制 前面对i p 网络的q o s 控制技术进行了深入研究，本章将对基于 l 3 2 3 协议 的视频会议系统本身的q o s 控制技术进行研究。 3 1 基于h 3 2 3 的视频会议系统的q o s 控制 根本上来说h 3 2 3 对于q o s 是不提供支持的，如何采取有效措施使得在无法 保证服务质量的网络环境中应用可以顺利部署? 解决这个问题的有效方法是网络 和节点设备为基于h 3 2 3 应用的网络传输实施资源预留。从h 3 2