IP視頻會(huì)議混合式組播技術(shù)研究

2009/01/19

圖1 混合式組播拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 基于分層排列圖的混合式組播

2.1 控制拓?fù)錁?gòu)建

　　在數(shù)學(xué)上,(n,k)維排列圖[6](用An,k表示,其中n和k是自然數(shù),1≤k≤n-1。令表示集合{1,2,……n}中k個(gè)符號的排列,An,k定義為無向圖(V,E),其中: 一個(gè)排列圖實(shí)例A4,2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。排列圖An,2僅能容納n(n-1)個(gè)主機(jī)。為使系統(tǒng)可容納任意多主機(jī),可將參與主機(jī)組合成多個(gè)An,2結(jié)構(gòu),這些An,2按照樹形結(jié)構(gòu)連接在一起,稱為分層排列圖結(jié)構(gòu)[6]。

圖4 以排列圖

　　混合式組播的核心任務(wù)是為AM完成拓?fù)?包括數(shù)據(jù)拓?fù)浜涂刂仆負(fù)?的構(gòu)建。由于網(wǎng)絡(luò)狀況的動(dòng)態(tài)性,以及客戶端數(shù)量與客戶端加入系統(tǒng)時(shí)間的不確定性,當(dāng)前的應(yīng)用層組播方案一般需要每個(gè)結(jié)點(diǎn)定期與其他全部或一定比例的結(jié)點(diǎn)交換控制信息,以了解其他結(jié)點(diǎn)的狀態(tài),形成控制拓?fù)?保障數(shù)據(jù)拓?fù)涞慕�壯性。在結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)逐漸增加時(shí),網(wǎng)絡(luò)上的控制信息數(shù)量會(huì)占用大量的帶寬資源。應(yīng)用層組播的數(shù)據(jù)拓?fù)淇煞譃槎�大�?信源樹和共享樹。信源樹必須為每個(gè)組播源保存路由信息,這樣會(huì)占用大量的系統(tǒng)資源。共享樹傳輸延時(shí)較大。IP視頻會(huì)議系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)交互應(yīng)用,視音頻數(shù)據(jù)占據(jù)很大的帶寬,并且對端到端傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的要求很高,需要尋找一種既可以減少交換控制信息又可以保證視音頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐負(fù)錁?gòu)建方式。為利用排列圖的優(yōu)越特性(如結(jié)點(diǎn)和邊的對稱性、故障恢復(fù)能力和容錯(cuò)能力、可以嵌入獨(dú)立的組播樹等),這里采用分層排列圖的結(jié)構(gòu)來組織混合式組播中的AM。

　　本文把參與IP視頻會(huì)議所有主機(jī)中的AM組織成分層排列圖結(jié)構(gòu),作為混合式組播的控制拓?fù)?并在主機(jī)申請加入會(huì)議時(shí)根據(jù)其帶寬處理能力和一定的算法規(guī)定它的入度最大值和出度最大值,它們分別也是剩余入度和剩余出度的初始值。每個(gè)分層排列圖都對應(yīng)一棵以排列圖為結(jié)點(diǎn)單位的樹。如圖3所示的以與會(huì)主機(jī)為單位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)由3個(gè)A4,2結(jié)構(gòu)(AG1、AG2和AG3)所組成的分層排列圖。圖3也可以看作如圖4所示的以排列圖為單位的樹結(jié)構(gòu),即以排列圖AG2為根、以AG1和AG3為葉子的一棵樹狀拓?fù)�。設(shè)在分層排列圖中,父排列圖AGi中的結(jié)點(diǎn)i1和i2分別是子排列圖AGj的數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn)和備用數(shù)據(jù)源結(jié)點(diǎn),AGj中的結(jié)點(diǎn)j1和j2分別是i1和i2對應(yīng)的根結(jié)點(diǎn),則在樹拓?fù)渲懈概帕袌DAGi與子排列圖AGj的連線實(shí)際上包括2條 1)i1與j1之間的連線;(2)i2與j2之間的連線。圖4中父排列圖AG2與其子排列圖AG1之間的連線有2條:(1)圖3中AG2的a14與AG1的a31之間的連線;(2)圖3 中AG2的a24與AG1的a41之間的連線。各排列圖之間的連線在混合式組播中并不一定作為數(shù)據(jù)傳輸路徑。

2.2 數(shù)據(jù)拓?fù)錁?gòu)建

　　基于分層排列圖的混合式組播的控制拓?fù)涫欠謱优帕袌D,其數(shù)據(jù)拓?fù)湓诖嘶�礎(chǔ)上構(gòu)建,具體算法如下:

　　設(shè)某排列圖中的與會(huì)成員主機(jī)ai,j發(fā)言,首先把分層排列圖對應(yīng)的樹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為以ai,j所在的排列圖為根的樹結(jié)構(gòu),然后執(zhí)行步驟(1)～(2)。

　　把a(bǔ)i,j所處的排列圖作為當(dāng)前排列圖,在當(dāng)前排列圖中用文獻(xiàn)[6]中的算法生成以ai,j為根的組播樹,并修改當(dāng)前排列圖中所有結(jié)點(diǎn)的剩余入度值和剩余出度值。

　　(1)為當(dāng)前排列圖的所有子排列圖選擇數(shù)據(jù)源、備用數(shù)據(jù)源和根結(jié)點(diǎn)(為描述方便起見,這里分別把它們記為s1、s2和r)。為某個(gè)子排列圖選擇數(shù)據(jù)源s1、備用數(shù)據(jù)源s2和根結(jié)點(diǎn)r的算法如下:

　�、倭钆c會(huì)成員主機(jī)結(jié)點(diǎn)子集A={am,n|am,n屬于當(dāng)前排列圖,ai,j與am,n相鄰接并且am,n的剩余出度值大于0}。

• 若|A|>1,則在A中選擇剩余出度值最大者作為數(shù)據(jù)源s1,次大者作為備用數(shù)據(jù)源s2,此時(shí)一定可以選取合適的根結(jié)點(diǎn)使得組播樹獨(dú)立。


• 若|A|=0,則選擇在當(dāng)前排列圖中選擇最大剩余出度結(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)源s1,次大者作為備用數(shù)據(jù)源s2。


• 若|A|=1,則選擇A中的結(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)源s1,選擇當(dāng)前排列圖中其他成員中最大剩余出度結(jié)點(diǎn)為備用數(shù)據(jù)源s2。

全球IP通信聯(lián)盟