一种适用于IP视频会议的混合式组播技术研究

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图2 排列图A4,2的拓扑结构图

图3 以与会主机为单位的拓扑结构图

图4 以排列图

　　本文先按照文献[6]中的协议设计方法把参与IP视频会议所有主机中的AM组织成分层排列图结构,作为混合式组播的控制拓扑,并在主机申请加入会议时根据其带宽处理能力和一定的算法规定它的入度最大值和出度最大值,它们分别也是剩余入度和剩余出度的初始值。每个分层排列图都对应一棵以排列图为结点单位的树。如图3所示的以与会主机为单位的拓扑结构是一个由3个A4,2结构(AG1、AG2和AG3)所组成的分层排列图。图3也可以看作如图4所示的以排列图为单位的树结构,即以排列图AG2为根、以AG1和AG3为叶子的一棵树状拓扑。设在分层排列图中,父排列图AGi中的结点i1和i2分别是子排列图AGj的数据源结点和备用数据源结点,AGj中的结点j1和j2分别是i1和i2对应的根结点,则在树拓扑中父排列图AGi与子排列图AGj的连线实际上包括2条:(1)i1与j1之间的连线;(2)i2与j2之间的连线。图4中父排列图AG2与其子排列图AG1之间的连线有2条:(1)图3中AG2的a14与AG1的a31之间的连线;(2)图3 中AG2的a24与AG1的a41之间的连线。各排列图之间的连线在混合式组播中并不一定作为数据传输路径。

2.2 数据拓扑构建

　　基于分层排列图的混合式组播的控制拓扑是分层排列图,其数据拓扑在此基础上构建,具体算法如下:
　　设某排列图中的与会成员主机ai,j发言,首先把分层排列图对应的树结构转换为以ai,j所在的排列图为根的树结构,然后执行步骤(1)～(2)。
　　把ai,j所处的排列图作为当前排列图,在当前排列图中用文献[6]中的算法生成以ai,j为根的组播树,并修改当前排列图中所有结点的剩余入度值和剩余出度值。
　　(1)为当前排列图的所有子排列图选择数据源、备用数据源和根结点(为描述方便起见,这里分别把它们记为s1、s2和r)。为某个子排列图选择数据源s1、备用数据源s2和根结点r的算法如下:
　　①令与会成员主机结点子集A={am,n|am,n属于当前排列图,ai,j与am,n相邻接并且am,n的剩余出度值大于0}。
　　·若|A|>1,则在A中选择剩余出度值最大者作为数据源s1,次大者作为备用数据源s2,此时一定可以选取合适的根结点使得组播树独立。
　　·若|A|=0,则选择在当前排列图中选择最大剩余出度结点作为数据源s1,次大者作为备用数据源s2。
　　·若|A|=1,则选择A中的结点作为数据源s1,选择当前排列图中其他成员中最大剩余出度结点作为备用数据源s2。
　　②s1和s2的剩余出度值分别减1。
　　③在此子排列图中先后选取数据源s1对应的根结点r,并把选出的根结点的剩余入度值减1。当s1不能正常工作或失效时,s2作为r的数据源结点。选取根结点时既要考虑结点的剩余出度值和剩余入度值,又要注意尽量保证组播树的独立性。如果能保证组播树独立性的结点的剩余入度值全为零,则选取子排列图中的剩余入度值最大者。
　　④在此子排列图内根据文献[6]中的算法生成以r为根的组播树,并修改相应结点的剩余出度值和剩余入度值。
　　(2)如果还有再下一级的子排列图,则令ai,j=当前排列图的相应子排列图的根结点的r,转(1);否则,结束。
　　图3给出了AG1中的a31和AG2中的a41发言时根据以上算法为实现应用层组播建立的组播树,分别以虚线和实线表示。在AG1、AG2和AG3中分别由三个DM(a34、a42、a41)作为IP组播岛的数据源结点,组播岛内的IP组播树分别以它们为根建立,由它们传输到IP组播岛中的PM。IP组播岛中对应的IP组播树在图3中没有画出。

2.3 性能分析

　　与当前其他的应用层组播相比,在IP视频会议中采用基于分层排列图的混合式组播技术,有以下优点:
　　(1)增强了系统的可扩展性。系统只需维护树形式的分层排列图即可,它就是应用层组播的控制拓扑,由它生成数据拓扑。IP组播岛内的数据传输由IP组播技术实现,系统只需选定DM,由DM来作为岛内成员与岛外成员之间通信的桥梁。控制信息数量大大减少,节约了网络带宽,使更多的用户可以加入会议。
　　(2)提高了系统的容错能力,减少了网络抖动。由于在An,2中可以建立n-2个独立的组播树,在用户带宽资源足够丰富的情况下只要发言用户数≤n-2就可以保证组播树的独立,使得每个用户只在最多一棵组播树上作为中间结点。这样一个用户出现故障最多影响一个组播树中的数据传输。分层排列图的这一性质使基于分层排列图的混合式组播能提高视频会议系统的容错能力,减少数据传输过程中的网络抖动。
　　(3)缩短了用户加入会议的时间。由于AM组织为分层排列图结构,IP组播岛外的用户加入会议的复杂度为O(log(N)),其中N表示IP视频会议系统中AM数目。组播岛内的用户加入更简单,它不需要了解岛外AM的任何信息就可以加入它所属的IP组播岛,通过该岛上的DM与岛外与会成员传输数据,因而一个申请加入会议的主机可迅速地完成加入过程。
　　本文为IP视频会议系统提供了一种简单、可靠的混合式组播方案。一方面能充分利用参与会议的主机资源,使系统能支持更多的用户参加会议,另一方面也为视频会议系统中视音频数据在Internet上的实时传输提供较好服务质量保障。

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