新一代云視頻虛擬化綜合會議系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

李玉濤，劉 新，馬 彬，倪 童

（1.江蘇省氣象信息中心，江蘇 南京 210018；2.中國氣象局交通氣象重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210018）

0 引言

隨著氣象現(xiàn)代化業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，江蘇省氣象局承擔(dān)了大量視頻會議。原有視頻會議系統(tǒng)已無法滿足日益增加的會議需求，因此考慮采用基于虛擬化平臺構(gòu)建新一代云視頻綜合會議系統(tǒng)[1]。

新一代云視頻虛擬化綜合會議系統(tǒng)可為用戶提供音、視頻通信服務(wù)，并具有多方會議功能。與會人員可通過會商室硬件終端、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、瀏覽器及可視電話等方式入會，實(shí)現(xiàn)音、視頻雙向互通[1]。當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時，用戶可通過移動網(wǎng)絡(luò)入會，進(jìn)行應(yīng)急指揮調(diào)度。

1 新一代云視頻虛擬化綜合會議系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)通信協(xié)議選擇

音視頻通信平臺底層協(xié)議架構(gòu)使用的標(biāo)準(zhǔn)信令體系通常分為H.323 協(xié)議和會話初始協(xié)議（Session Initialization Protocol，SIP）。H.323 協(xié)議是國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局頒布的多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)，SIP 是由因特網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force，IETF）制定的多媒體通信協(xié)議[2-3]。相比較，H.323 協(xié)議的消息傳遞流程過于煩瑣，成本高。江蘇省氣象局在用的Polycom 系列終端，均支持H.323 協(xié)議和SIP，因此采用SIP 作為通信主協(xié)議來設(shè)計(jì)部署綜合會議系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

云視頻綜合會議系統(tǒng)由信令層、媒體層、接入層組成，如圖1 所示[4]。其中，信令層由呼叫控制模塊組成，具有用戶注冊、管理、用戶尋址等功能。媒體層由多點(diǎn)控制單元（Multi-point Control Unit，MCU）池組成，負(fù)責(zé)提供音視頻編解碼、畫面合成、碼率轉(zhuǎn)換、音頻控制及會議控制等功能。接入層由邊界接入服務(wù)器組成，一方面負(fù)責(zé)保護(hù)內(nèi)側(cè)呼叫控制模塊和MCU，另一方面負(fù)責(zé)接入最終用戶。

圖1 云視頻綜合會議系統(tǒng)架構(gòu)

1.3 系統(tǒng)通信信令流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供注冊呼叫等業(yè)務(wù)，所有終端和瀏覽器用戶均可采用域名加入平臺并進(jìn)行通信[5]。以下為平臺的部分業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)。

1.3.1 終端注冊流程設(shè)計(jì)

終端注冊流程如圖2 所示。第一，啟動終端，向域名服務(wù)器（Domain Name Server，DNS）模塊發(fā)送域名解析請求。第二，DNS 模塊收到域名解析請求后探測終端原網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址，獲得終端源網(wǎng)絡(luò)。第三，DNS 模塊根據(jù)終端源網(wǎng)絡(luò)選擇其對應(yīng)邊界服務(wù)器，并將邊界服務(wù)器地址返回給終端。第四，終端向?qū)?yīng)邊界接入服務(wù)器發(fā)送注冊信息，包含賬號和密碼。第五，邊界接入服務(wù)器將注冊信息發(fā)送給呼叫控制模塊。第六，呼叫注冊模塊核對賬號、密碼是否正確，根據(jù)核對結(jié)果發(fā)送注冊成功或失敗的消息。

圖2 終端注冊流程

1.3.2 點(diǎn)對點(diǎn)呼叫信令流程設(shè)計(jì)

點(diǎn)對點(diǎn)呼叫信令流程如圖3 所示。第一，當(dāng)發(fā)起呼叫時，主叫終端將呼叫請求發(fā)送給代理接入網(wǎng)關(guān)。第二，接入網(wǎng)關(guān)將呼叫請求轉(zhuǎn)發(fā)給呼叫管理平臺。第三，管理平臺解析呼叫請求，完成呼叫地址查詢，并將被叫終端地址轉(zhuǎn)發(fā)給接入網(wǎng)關(guān)。第四，接入網(wǎng)關(guān)完成對主叫、被叫兩側(cè)終端的溝通，并代理雙向終端的媒體碼流。

圖3 點(diǎn)對點(diǎn)呼叫信令流程

1.3.3 多點(diǎn)會議系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

多點(diǎn)會議系統(tǒng)流程如圖4 所示。第一，召開多點(diǎn)會議時終端呼叫會議指定的特服短號。第二，呼叫管理平臺解析呼叫請求，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)指向?yàn)槎帱c(diǎn)會議特服短號后將呼叫信息轉(zhuǎn)發(fā)給MCU資源池。第三，MCU 資源池與終端建立通信。第四，終端通過雙音多頻（Dual Tone Multi Frequency，DTMF）發(fā)送所要加入的會議號碼進(jìn)入會議。第五，MCU 將與媒體之間的通信碼流直接發(fā)送給接入網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。第六，當(dāng)召開大型會議時，MCU 會根據(jù)會議容量自動選擇新的MCU 建立級聯(lián)。

圖4 多點(diǎn)會議系統(tǒng)流程

1.4 錄播及點(diǎn)播服務(wù)

系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫、多媒體、手機(jī)智能系統(tǒng)等技術(shù)的融合應(yīng)用，生成標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4 編碼格式的視頻流，并存儲到視頻服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容的多媒體應(yīng)用。視頻錄播系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻資料的存儲和點(diǎn)播，讓沒有視頻會議系統(tǒng)的單位和個人，通過網(wǎng)絡(luò)同步收看會議實(shí)況。

2 系統(tǒng)部署及測試

系統(tǒng)采用集中部署方式，所有設(shè)備均安裝于數(shù)據(jù)機(jī)房，能夠與各地視頻終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互通[6-7]。平臺由呼叫管理服務(wù)器、多點(diǎn)會議服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)邊界服務(wù)器及瀏覽器代理服務(wù)器組成。

2.1 呼叫控制服務(wù)器部署

呼叫控制服務(wù)器作為系統(tǒng)的 “大腦” ，具有用戶賬號分配、注冊認(rèn)證、呼叫路由等功能。呼叫控制服務(wù)器架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 呼叫控制服務(wù)器架構(gòu)

呼叫控制服務(wù)器由用戶數(shù)據(jù)庫與SIP 前端服務(wù)器兩部分組成。核心數(shù)據(jù)庫儲存了用戶的賬號、密碼等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，采用主備模式進(jìn)行備份。SIP 前端服務(wù)器承擔(dān)了SIP 注冊、呼叫等消息處理任務(wù)，采用雙活方式進(jìn)行工作。

2.2 效果測試

2020—2022 年的視頻會議系統(tǒng)運(yùn)行狀況如表1所示。其中，2020 年未使用綜合會議系統(tǒng)，從2021年開始使用綜合會議系統(tǒng)。

表1 2020—2022 年的視頻會議系統(tǒng)運(yùn)行狀況

從表1 可以看出，視頻會議次數(shù)和時長都在逐漸增加，但是故障次數(shù)在成倍下降，說明新系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性相比之前有了明顯提升。

3 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前視頻會議的多樣化需求，設(shè)計(jì)了新一代云視頻虛擬化綜合會議系統(tǒng)。系統(tǒng)部署完成后，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各路信號穩(wěn)定、可靠傳輸，接入方式靈活多樣，為用戶帶來了更好的體驗(yàn)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，并在多次大型賽事活動中發(fā)揮了重要作用，具有良好的社會效益。