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        基于JSP網(wǎng)絡(luò)路徑控制優(yōu)化研究

        2013-12-31 00:00:00郝榮彬

        摘 要:網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)是運(yùn)用通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來傳輸音頻、路由選擇、文字、圖像、數(shù)據(jù)等的網(wǎng)絡(luò)虛擬路由選擇。網(wǎng)絡(luò)路徑控制使用電視、音響等外部設(shè)備以及專用的路由選擇軟件、硬件,通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在兩地或多地同時(shí)召開實(shí)時(shí)路由選擇,與會(huì)者運(yùn)用圖像、語音等多種方式交流信息,可以遠(yuǎn)距離開展協(xié)同工作以及實(shí)時(shí)進(jìn)行信息交流、共享。在地理上分散的與會(huì)者使用網(wǎng)絡(luò)路徑控制可以共聚一處,方便與會(huì)成員之間真實(shí)、直觀的交流信息,從而達(dá)到替代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路徑控制的目的。

        關(guān)鍵詞:JSP;網(wǎng)絡(luò);路徑

        中圖分類號(hào):TP301

        網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)在一些高可靠性應(yīng)用場合,如公安、軍隊(duì)、應(yīng)急指揮等,常使用線路備份來保證路由選擇質(zhì)量。通常情況下視訊系統(tǒng)需要支持兩條線路,即E1線路和IP線路。開會(huì)過程中,如果當(dāng)前使用的主用線路如IP線路出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷開或者網(wǎng)絡(luò)丟包等故障時(shí),網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)必須能實(shí)時(shí)切換到備用線路如E1線路,從而保障網(wǎng)絡(luò)路徑控制的正常進(jìn)行。

        為滿足這種需求,主備鏈路備份被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)的實(shí)際組網(wǎng)中。路由選擇系統(tǒng)中MCU和終端同時(shí)支持IP線路和E1線路,當(dāng)主用線路故障時(shí),路由選擇系統(tǒng)先進(jìn)行丟包補(bǔ)償以及帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整,盡可能保證路由選擇質(zhì)量。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重丟包時(shí),采用上述措施后還不能保證路由選擇的音路由選擇質(zhì)量或者線路斷開時(shí),該系統(tǒng)可在最短時(shí)間內(nèi),自動(dòng)的由主用線路切換到備用線路,保證網(wǎng)絡(luò)路徑控制的正常召開。

        1 網(wǎng)絡(luò)路徑優(yōu)化控制設(shè)計(jì)

        1996年ITU_T批準(zhǔn)JSP標(biāo)準(zhǔn)后,網(wǎng)絡(luò)路徑控制的技術(shù)以及市場都發(fā)生巨大變化,更多的公司競相開發(fā)基于JSP標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品,更多的用戶采用基于JSP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品構(gòu)造自己的網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)。在基于JSP的網(wǎng)絡(luò)路徑控制中,一個(gè)簡單的路由選擇系統(tǒng)包括:網(wǎng)守、網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)控制單元和終端。圖1是最常見的一種域類型中的JSP系統(tǒng),在一個(gè)域中,只有一個(gè)網(wǎng)守,至少包括一個(gè)終端。

        終端在包交換網(wǎng)絡(luò)中,作為節(jié)點(diǎn)設(shè)備能提供實(shí)時(shí)、雙向通信。對(duì)于JSP終端,語音通信是必選的,數(shù)據(jù)通信能力、圖像編解碼器、T.120數(shù)據(jù)路由選擇協(xié)議是可選的,必須支持JSP標(biāo)準(zhǔn),JSP標(biāo)準(zhǔn)用于控制信道使用情況及信道性能。

        網(wǎng)關(guān)——能提供JSP路由選擇節(jié)點(diǎn)設(shè)備與其他ITU標(biāo)準(zhǔn)相兼容的終端之間的轉(zhuǎn)換功能,主要轉(zhuǎn)換傳輸格式和通信規(guī)程,當(dāng)電路交換網(wǎng)絡(luò)端與包交換網(wǎng)絡(luò)端通信時(shí),網(wǎng)關(guān)執(zhí)行呼叫建立、呼叫拆除、語音和圖像編解碼器轉(zhuǎn)換等工作。網(wǎng)關(guān)使用H.225協(xié)議、JSP協(xié)議與終端進(jìn)行通信。為JSP系統(tǒng)的一個(gè)可選件。

        網(wǎng)守——網(wǎng)守為JSP節(jié)點(diǎn)提供呼叫控制服務(wù)。當(dāng)JSP網(wǎng)守存在于路由選擇系統(tǒng)時(shí),必須提供:地址翻譯、帶寬控制、許可控制與區(qū)管理功能等服務(wù),呼叫控制信令、呼叫管理、帶寬管理、呼叫鑒權(quán)等為可選功能,在一個(gè)JSP通信域中可以包含多個(gè)網(wǎng)關(guān),但在該通信域中,只能由某個(gè)網(wǎng)守負(fù)責(zé)地址轉(zhuǎn)換和管理。這是JSP系統(tǒng)的一個(gè)可選組件。

        多點(diǎn)控制單元(MCU)應(yīng)用于三個(gè)以上節(jié)點(diǎn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)路徑控制,在點(diǎn)到點(diǎn)的通信中不需要該組件。一個(gè)MCU包含一個(gè)多點(diǎn)控制器(MC)以及多點(diǎn)處理器(MP),其中可以包含多個(gè)或者不包含MP,終端間JSP控制信息需要MC進(jìn)行處理,這決定MC對(duì)音路由選擇的處理能力,特殊情形下,MC通過判斷是否需要對(duì)某些路由選擇流、音頻流進(jìn)行多點(diǎn)廣播,以此控制路由選擇資源,媒體信息流由MP進(jìn)行處理,主要通過混合、切換和處理等三種方式對(duì)音頻、路由選擇、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。

        圖1 位于一個(gè)域內(nèi)的JSP系統(tǒng)

        在JSP標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定了基于包交換網(wǎng)絡(luò)的多媒體通信系統(tǒng)、系統(tǒng)組成單元、各單元間通信過程,不包括包交換網(wǎng)絡(luò)自身的內(nèi)容。由于多媒體通信必須滿足高實(shí)時(shí)性、低傳輸抖動(dòng)以及足夠帶寬等要求,因此從傳輸時(shí)延、傳輸抖動(dòng)、傳輸帶寬、媒體流同步、多點(diǎn)通信、可靠性、安全性以及NAT等方面對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)提出了更高組網(wǎng)要求。

        2 網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)的傳輸優(yōu)化

        伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,路由選擇通信領(lǐng)域不斷出現(xiàn)新的技術(shù)和應(yīng)用,以及在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量情況下對(duì)核心寬帶骨干網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的進(jìn)一步提高,將促進(jìn)JSP網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)的快速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn):

        2.1 JSP與SIP的互通

        SIP的概念最早在1996年由IETF的多方多媒體會(huì)話控制工作組首先提出,SIP系統(tǒng)比JSP系統(tǒng)更加簡單、靈活。它的應(yīng)用目標(biāo):基于互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、音路由選擇實(shí)時(shí)通信,從而將音路由選擇通信應(yīng)用大眾化。

        SIP發(fā)展趨勢被部分業(yè)內(nèi)人士所看好,SIP已應(yīng)用于許多新的環(huán)境,如Web、即時(shí)消息等,基于SIP的語音應(yīng)用較為成熟以及相關(guān)的各種SIP產(chǎn)品也相繼出現(xiàn),但是目前運(yùn)營商所建網(wǎng)絡(luò)路徑控制網(wǎng)絡(luò)仍以JSP協(xié)議為主,因此JSP網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)與SIP的互通成為趨勢。

        2.2 固網(wǎng)領(lǐng)域與移動(dòng)領(lǐng)域的互通

        3G的大范圍的使用、移動(dòng)終端的移動(dòng)性和便攜性,網(wǎng)絡(luò)路徑控制將更能滿足客戶溝通的需求。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)在視訊會(huì)話和傳輸協(xié)議等方面存在不同,因此移動(dòng)網(wǎng)和固網(wǎng)視訊業(yè)務(wù)的融合將是未來發(fā)展的趨勢。

        2.3 視訊終端穿越公私網(wǎng)

        隨著基于JSP協(xié)議的路由選擇系統(tǒng)應(yīng)用大眾化,研究JSP協(xié)議如何穿越NAT/防火墻也是當(dāng)今的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

        2.4 編解碼方式由硬件轉(zhuǎn)向軟件

        由于計(jì)算機(jī)和附屬板卡的處理速度明顯提高,以前許多需要專用設(shè)備進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理過程,現(xiàn)在可以由計(jì)算機(jī)及其內(nèi)置的通用板卡來完成。

        2.5 產(chǎn)品協(xié)議類型從H.320向JSP轉(zhuǎn)化

        在初期,基于ISDN線路、符合H.320協(xié)議的視訊產(chǎn)品占主要比例。隨著IP協(xié)議的普遍應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,發(fā)展基于IP網(wǎng)的多媒體系統(tǒng)成為一種趨勢,符合JSP協(xié)議的產(chǎn)品比例急劇上升。

        在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)路徑控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上,讓MCU主備鏈路都為IP鏈路,終端主用鏈路為IP鏈路、備用鏈路為E1鏈路,通過擴(kuò)展的BFD對(duì)IP鏈路和E1鏈路進(jìn)行連通性檢測和特定碼流的帶寬檢測。當(dāng)主用鏈路出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)首先使用進(jìn)行丟包補(bǔ)償和帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整,來盡最大可能的保證路由選擇質(zhì)量。當(dāng)鏈路嚴(yán)重丟包,采用丟包補(bǔ)償和帶寬動(dòng)態(tài)調(diào)整后還不能保證音路由選擇質(zhì)量或者線路斷開時(shí),不需外界人為干預(yù),路由選擇系統(tǒng)可在最短時(shí)間內(nèi),由主用鏈路自動(dòng)切換到備用鏈路,保證遠(yuǎn)程JSP路徑選擇的正常進(jìn)行。

        在完成雙鏈路備份功能的過程中,本人主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)實(shí)現(xiàn)了MCU和終端的軟件狀態(tài)機(jī),當(dāng)主用鏈路或者備用鏈路需要切換時(shí),根據(jù)兩條鏈路的當(dāng)前狀態(tài),依據(jù)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)和狀態(tài)機(jī)切換步驟,可以完成主用鏈路和備用鏈路之間的動(dòng)態(tài)切換。(2)創(chuàng)建BFD會(huì)話,利用BFD對(duì)主用線路和備用線路實(shí)現(xiàn)檢測,對(duì)業(yè)務(wù)使用鏈路進(jìn)行小數(shù)據(jù)量的鏈路連通性檢測,對(duì)當(dāng)前不使用鏈路(為主用鏈路時(shí))進(jìn)行特定碼率的帶寬檢測。(3)當(dāng)主用鏈路和備用鏈路的BFD狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),MCU的相關(guān)模塊要進(jìn)行相關(guān)處理操作。(4)當(dāng)主用鏈路和備用鏈路的BFD狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),終端的相關(guān)模塊要進(jìn)行相關(guān)處理操作。

        在完成上述內(nèi)容后,路由選擇所用鏈路發(fā)生故障時(shí),可以自動(dòng)切換到另一條鏈路上,路由選擇繼續(xù)召開,可以滿足客戶的高可靠性和實(shí)時(shí)性要求。

        3 BFD路由選擇優(yōu)化技術(shù)

        3.1 BFD協(xié)議優(yōu)化

        對(duì)于IP網(wǎng)絡(luò),在故障檢測方面主要存在如下問題:(1)部分路由控制協(xié)議在對(duì)網(wǎng)絡(luò)線路進(jìn)行鏈路故障檢測時(shí),仍然使用傳統(tǒng)的Hello協(xié)議,導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)鏈路故障以及修復(fù)鏈路故障的時(shí)間太長;(2)在IP網(wǎng)絡(luò)中,部分控制協(xié)議不支持線路故障檢測機(jī)制。在這種情形下,雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(BFD)技術(shù)出現(xiàn)了,它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行更快的鏈路故障檢測,縮短鏈路故障響應(yīng)時(shí)間,大大縮短故障網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)時(shí)間,滿足了IP網(wǎng)絡(luò)中線路快速故障檢測的要求,提高網(wǎng)絡(luò)鏈路的可靠性。

        BFD(BidirectionalForwardingDetection)是一種高速的“Hello”機(jī)制,在實(shí)際應(yīng)用中,根據(jù)上層協(xié)議通知,然后在某條鏈路路徑上建立BFD會(huì)話,此時(shí)在會(huì)話通道上一對(duì)系統(tǒng)會(huì)周期性的發(fā)送檢測報(bào)文,如果在一段時(shí)間(即檢測時(shí)間)內(nèi)沒有接收到對(duì)端的BFD檢測報(bào)文,則認(rèn)為這條到相鄰系統(tǒng)的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑此時(shí)已處于缺陷狀態(tài),已出現(xiàn)鏈路故障,必須通知上層協(xié)議進(jìn)行處理。

        3.2 檢測模式優(yōu)化

        異步模式為BFD的主要操作模式,在這種模式下,在會(huì)話通道上一對(duì)系統(tǒng)會(huì)周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送BFD控制包,如果在一段時(shí)間內(nèi)都沒有接收到連續(xù)控制包,就認(rèn)為當(dāng)前會(huì)話狀態(tài)為“Down”。查詢模式為BFD的另一種操作模式,在這種模式下,BFD會(huì)話建立后,系統(tǒng)停止向?qū)Ψ桨l(fā)送控制包。在某個(gè)系統(tǒng)需要顯式驗(yàn)證當(dāng)前鏈路的連接性時(shí),系統(tǒng)在會(huì)話通道上發(fā)送一個(gè)短的BFD控制包,然后協(xié)議再次保持沉默?;芈暪δ転閮煞N模式的一個(gè)輔助功能,當(dāng)使用回聲功能時(shí),本地發(fā)送一個(gè)BFD回聲包,遠(yuǎn)端系統(tǒng)通過它的轉(zhuǎn)發(fā)通道將它們環(huán)回回來。

        3.3 支持流媒體的協(xié)議

        多媒體應(yīng)用主要特點(diǎn)是音路由選擇的數(shù)據(jù)量比較大、實(shí)時(shí)性要求比較高。在網(wǎng)絡(luò)中,傳統(tǒng)的TCP協(xié)議是一個(gè)面向連接的傳輸層的協(xié)議,傳輸數(shù)據(jù)的可靠性主要依賴“發(fā)送數(shù)據(jù)——等待確認(rèn)已收到數(shù)據(jù)——再發(fā)送數(shù)據(jù)”的確認(rèn)機(jī)制來保證,由于重傳機(jī)制和擁塞控制機(jī)制的時(shí)延比較長,靈活性比較差,因此在實(shí)際應(yīng)用中TCP協(xié)議不適用于多媒體的實(shí)時(shí)傳輸。另一方面,相對(duì)于TCP協(xié)議,UDP協(xié)議的處理過程比較簡單,不需要確認(rèn)機(jī)制來保證傳輸數(shù)據(jù)的到達(dá)與否,傳輸時(shí)延小于TCP,并且能與音頻、路由選擇很好地配合,因此在實(shí)際應(yīng)用中,比較適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的多媒體通信。

        3.4 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP

        實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP(Real-TimeTransportProtocol)主要是在多媒體應(yīng)用中為音頻、路由選擇等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供一種端到端的傳輸服務(wù),該協(xié)議可以建立在TCP、ATM等面向連接的協(xié)議上。在實(shí)際應(yīng)用中,由RTP協(xié)議和UDP協(xié)議共同完成傳輸層的一些功能,由UDP分組來承載RTP的數(shù)據(jù)單元,RTP只負(fù)責(zé)保證音頻、路由選擇等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸,但是它并不能保證所有數(shù)據(jù)包能夠順序傳輸,因此無法保證多媒體應(yīng)用中實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,在這種情況下,此時(shí)必須需要RTCP協(xié)議用來控制和監(jiān)視RTP的傳輸和服務(wù)質(zhì)量。因此,在多媒體應(yīng)用中,為保證傳輸質(zhì)量,RTP協(xié)議必須依賴RTCP協(xié)議提供如下服務(wù):提供可靠的傳輸機(jī)制來確保數(shù)據(jù)包的順序傳輸、流量控制以及擁塞控制。

        參考文獻(xiàn):

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        [3]劉子文.基于IP的JSP路由選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代通信,2011,06:26-29.

        作者簡介:郝榮彬(1976.6-),男,四川榮縣人,碩士,講師,研究方向:計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

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