王志敏，謝 波

(1．國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濮陽(yáng)供電公司，河南濮陽(yáng)457000;2．國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信息通信公司，河南鄭州450052)

隨著高清圖像、視頻、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬表情視頻會(huì)議系統(tǒng)正逐步被逐漸成熟的高清視頻會(huì)議替代。基于河南電力通信骨干傳輸專網(wǎng)的高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的建設(shè)，能夠更好實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議、應(yīng)急調(diào)度指揮、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控協(xié)商等，從而更好服務(wù)于電力生產(chǎn)。

對(duì)高清視頻會(huì)議組網(wǎng)而言，網(wǎng)絡(luò)故障是不可避免的。高清視頻會(huì)議業(yè)務(wù)屬實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)高清視頻會(huì)議組網(wǎng)路由協(xié)議和多路由保護(hù)機(jī)制進(jìn)行研究和規(guī)劃，能夠有效解決路由中斷對(duì)視頻會(huì)議實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的影響［1］。

1 一體化高清視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

1.1 通信骨干承載網(wǎng)組成

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力通信骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)包含河南電力通信傳輸一平面(采用ECI設(shè)備組網(wǎng))、河南電力通信傳輸二平面(采用華為設(shè)備組網(wǎng))。傳輸網(wǎng)絡(luò)一平面、二平面獨(dú)立運(yùn)行，均覆蓋河南省公司、18個(gè)地市公司以及河南省內(nèi)所有500 kV、220 kV變電站，主環(huán)帶寬為10 Gbit/s，接入網(wǎng)帶寬為2．5 Gbit/s。電力專網(wǎng)為河南省電力公司高清視頻視頻會(huì)議的組網(wǎng)提供帶寬支撐，也為基于OSPF和BFD的高清視頻會(huì)議組網(wǎng)提供先決條件。

1.2 高清視頻會(huì)議組網(wǎng)

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司行政高清視頻會(huì)議系統(tǒng)采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，覆蓋河南省公司、18個(gè)地市公司、10個(gè)二級(jí)機(jī)構(gòu)

及107個(gè)縣級(jí)公司，如圖1所示。

在省公司設(shè)置主、備2套MCU和2個(gè)高清視頻會(huì)議終端，2個(gè)終端分別接入省公司主備MCU。在18個(gè)地市公司分別配置1套從MCU和2個(gè)高清視頻會(huì)議終端，從MCU與省公司主MCU級(jí)聯(lián)，其中1個(gè)終端通過(guò)接入地市公司從MCU，另1個(gè)終端接入省公司備用MCU。每個(gè)二級(jí)機(jī)構(gòu)配置2個(gè)高清視頻會(huì)議終端，分別接入省公司主備MCU。每個(gè)縣級(jí)公司配置1個(gè)會(huì)議終端，接入地市從MCU。

主會(huì)議系統(tǒng)使用基于OSPF和BFD技術(shù)的MSTP網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立成網(wǎng)，備用系統(tǒng)直接聯(lián)接信息MPLS網(wǎng)絡(luò)，在信息廣域網(wǎng)配置會(huì)議系統(tǒng)專用VPN通道。

1.3 傳輸與高清視頻會(huì)議互聯(lián)帶寬需求

高清視頻會(huì)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求較高，經(jīng)過(guò)調(diào)研和實(shí)際中反復(fù)測(cè)試，由于市公司作為一級(jí)匯聚點(diǎn)，承載其所管轄的縣公司，故省－市互聯(lián)使用的河南電力通信SDH承載網(wǎng)絡(luò)，帶寬為4 Mbit/s。地市和縣局之間傳輸使用帶寬為2 Mbit/s。

2 OSPF路由和BFD在高清視頻會(huì)議組網(wǎng)中應(yīng)用

2.1 開(kāi)放最短路徑優(yōu)先(OSPF)在組網(wǎng)中應(yīng)用

開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先 (Open Shortest Path First，OSPF)作為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議一般在單一自治系統(tǒng)使用［2］。

國(guó)網(wǎng)河南公司在高清視頻會(huì)議系統(tǒng)組網(wǎng)中，河南省公司、18個(gè)地市公司、10個(gè)二級(jí)機(jī)構(gòu)及107個(gè)縣級(jí)公司作為一個(gè)自治系統(tǒng)，接入國(guó)家電網(wǎng)公司全國(guó)高清視頻會(huì)議組網(wǎng)中。在河南公司AS中，每個(gè)地市(含縣公司)和二級(jí)機(jī)構(gòu)作為自治系統(tǒng)中獨(dú)立的區(qū)域(Area)。當(dāng)某個(gè)區(qū)域(即市公司或直屬單位)中的某條鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)(例如某個(gè)地市的縣局中斷)，僅此區(qū)域中路由器重新計(jì)算路由表，其他地市只需修改其路由表中的相應(yīng)條目。同時(shí)，每個(gè)區(qū)域中組播消息報(bào)文僅控制在該區(qū)域。OSPF作為一種標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，所有路由設(shè)備廠家均支持，方便高清視頻會(huì)議組網(wǎng)后期增容，擴(kuò)展性強(qiáng)。

2.2 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)協(xié)議原理

雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)BFD(Bidirectional Forwarding Detection)可以快速監(jiān)控、檢測(cè)組網(wǎng)中鏈路運(yùn)行狀況。當(dāng)出現(xiàn)通信故障時(shí)，能實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)并切換至備用通道恢復(fù)鏈路通信。通常采用檢測(cè)方法有硬件檢測(cè)［3］，通過(guò)硬件設(shè)備的告警(如傳輸設(shè)備SDH系統(tǒng)告警)迅速檢測(cè)鏈路硬件上的故障。當(dāng)硬件檢測(cè)不具備條件時(shí)，設(shè)置發(fā)送端協(xié)議中Hello報(bào)文定期發(fā)送，接收側(cè)將通過(guò)Hello報(bào)文的完整性進(jìn)行檢測(cè)和處理。

BFD在2臺(tái)路由器上建立會(huì)話，用于監(jiān)測(cè)2臺(tái)路由器間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為上層協(xié)議服務(wù)。通過(guò)被服務(wù)的上層協(xié)議建立會(huì)話，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)端的BFD控制報(bào)文則認(rèn)為發(fā)生故障，通知被服務(wù)的上層協(xié)議，上層協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理。工作機(jī)制如圖2所示。

2.3 BFD在高清視頻會(huì)議組網(wǎng)應(yīng)用必要性

圖2 BFD工作機(jī)制

高清視頻會(huì)議系統(tǒng)通過(guò)對(duì)音頻、視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，使得每個(gè)會(huì)議室的會(huì)議參與者在參會(huì)現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)行面對(duì)面、感官真實(shí)的交流和溝通。在高清視頻會(huì)議系統(tǒng)里采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議包括H．323、SIP等協(xié)議。使用這些協(xié)議時(shí)，在發(fā)送端，高清視頻會(huì)議系統(tǒng)的視頻包和音頻包都封裝在實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)中，通過(guò)UDP協(xié)議的Socket模式傳送至接收端。因此，基于UDP的高清視頻會(huì)議業(yè)務(wù)沒(méi)有握手協(xié)議，無(wú)法對(duì)業(yè)務(wù)是否到達(dá)目的地進(jìn)行確認(rèn)。

高清視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)對(duì)端到端性能提出了更高的需求。現(xiàn)有路由協(xié)議開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF和中間系統(tǒng)—中間系統(tǒng)協(xié)議IS－IS(Intermediate System－Intermediate System)的路由收斂時(shí)間在幾秒到幾十秒之間。OSPF廣泛應(yīng)用于大、中、小型網(wǎng)絡(luò)的IGP協(xié)議，ISIS是一般應(yīng)用于大、超大型網(wǎng)絡(luò)的IGP協(xié)議。國(guó)網(wǎng)河南省電力公司省—市—縣一體化高清視頻會(huì)議網(wǎng)絡(luò)作為專網(wǎng)大型網(wǎng)絡(luò)采用OSPF，既能滿足網(wǎng)絡(luò)需求，也能滿足成本需求。

路由協(xié)議在收斂過(guò)程中，路由不可達(dá)時(shí)將導(dǎo)致分組丟失，影響網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，難以滿足延時(shí)和抖動(dòng)、及敏感服務(wù)的需求。基于河南省電力公司通信傳輸一網(wǎng)絡(luò)(ECI，圖中B線路所示)和二網(wǎng)絡(luò)(華為，圖中A線路所示)高清視頻會(huì)議?。幸?guī)劃如圖3所示(以省公司—濮陽(yáng)供電公司為例)。

圖3 傳輸網(wǎng)絡(luò)和會(huì)議電視設(shè)備對(duì)接拓?fù)?/p>

如圖3所示，視頻流從省公司主MCU到濮陽(yáng)公司主MCU，可以經(jīng)由A，B兩條獨(dú)立路徑、獨(dú)立設(shè)備的路由。視頻流通過(guò)發(fā)送端和接收端的一個(gè)UDP的Socket對(duì)來(lái)進(jìn)行承載。當(dāng)路由穩(wěn)定時(shí)，假設(shè)OSPF A路由權(quán)值高，為主用路由，視頻流UDP包均從A線路發(fā)送，當(dāng)A線路臨時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，OSPF網(wǎng)絡(luò)的收斂時(shí)間為10 s(假定)，UDP數(shù)據(jù)包此時(shí)無(wú)法確定路由，從A，B兩個(gè)線路均發(fā)送包，但卻不對(duì)對(duì)端是否收到進(jìn)行確認(rèn)。A，B兩個(gè)線路的延遲是不一樣的，可能出現(xiàn)序號(hào)為1，2，3的包從 A 發(fā)送，4，5，6的包從B發(fā)送，假設(shè)B的延遲短，到達(dá)速度快，此時(shí)在地市公司的MCU和路由器端無(wú)法對(duì)UDP包進(jìn)行重排和確認(rèn)，就出現(xiàn)視頻流解析出的圖像亂碼，并中斷。

因此，在A，B雙路由中，加入BFD檢測(cè)，BFD檢測(cè)到故障的時(shí)間遠(yuǎn)小于OSPF協(xié)議收斂的時(shí)間，利用BFD探測(cè)包來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈路的檢測(cè)，當(dāng)A線路出現(xiàn)故障時(shí)，盡快切換至B線路，不存在A，B兩個(gè)線路同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包的情況，因此視頻流在接收端中斷的時(shí)間大幅度減少，視頻會(huì)議也不會(huì)中斷。

3 BFD和OSPF分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

3.1 基于BFD和OSPF的一體化網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

如圖4所示，國(guó)網(wǎng)河南省電力公司省公司節(jié)點(diǎn)被設(shè)置成OSPF協(xié)議中的主干區(qū)域0，其他18個(gè)地市公司分別代表不同的區(qū)域，不同的區(qū)域Area通過(guò)兩條不同的傳輸設(shè)備路徑接入Area 0。

圖4 省—市—縣一體化OSPF組網(wǎng)

在一體化網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)區(qū)域的核心交換機(jī)在兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)卡上面都建立“候命”BFD會(huì)話。在轉(zhuǎn)發(fā)卡上面具有2個(gè)聚合鏈路。完成聚合鏈路后，將根據(jù)OSPF網(wǎng)絡(luò)中cost權(quán)值進(jìn)行活動(dòng)和備用BFD會(huì)話的選取，活動(dòng)BFD會(huì)話進(jìn)行BFD報(bào)文的收發(fā)。如果聚合鏈路中收發(fā)報(bào)文的物理鏈路出現(xiàn)故障，活動(dòng)的BFD會(huì)話會(huì)自動(dòng)切換到另外一個(gè)可用的鏈路，減少人工控制。系統(tǒng)在核心交換機(jī)上唯一缺陷在于增加額外的開(kāi)銷，獨(dú)立分步在每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)卡上面，用于創(chuàng)建“候命”和活動(dòng)BFD會(huì)話［4］。

3.2 保護(hù)倒換測(cè)試結(jié)果分析

在圖3所示，在一體化會(huì)議電視正常工作時(shí)，省公司至濮陽(yáng)公司傳輸A通道(OSPF cost值為100)、B通道(OSPF cost值為300)進(jìn)行BFD聚合保護(hù)，其中A通道活動(dòng)BFD會(huì)話。

此時(shí)，人為切斷A通道，BFD聚合保護(hù)在進(jìn)行檢測(cè)后，自動(dòng)切換至B通道，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，切換時(shí)間為5 s。在聚合切換過(guò)程中，高清會(huì)議電視通道畫(huà)面暫時(shí)靜止，不出現(xiàn)黑屏中斷，5 s后畫(huà)面自動(dòng)恢復(fù)。試驗(yàn)截取幀畫(huà)面及時(shí)間如圖5所示。

圖5 一體化網(wǎng)絡(luò)切換試驗(yàn)截取幀(截圖)

圖5中，測(cè)試人員從畫(huà)面左方向畫(huà)面右方勻速移動(dòng)。10∶21開(kāi)始做A通道中斷，現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面暫時(shí)停頓，此時(shí)BFD進(jìn)行切換檢測(cè)，從活動(dòng)BFD鏈路切換至備用BFD鏈路，BFD機(jī)制經(jīng)確認(rèn)，5 s后，BFD備用鏈路開(kāi)始工作，畫(huà)面自動(dòng)恢復(fù)。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試將A通道恢復(fù)后，同時(shí)在B通道切斷，BFD再次啟動(dòng)工作機(jī)制，切換至A通道，測(cè)試結(jié)果為:高清會(huì)議電視通道畫(huà)面暫時(shí)靜止，不出現(xiàn)黑屏中斷，5 s后畫(huà)面自動(dòng)恢復(fù)。

BFD機(jī)制切換過(guò)程中，未進(jìn)行任何人工操作。在現(xiàn)實(shí)會(huì)議電視模式中，人員在會(huì)議席入座，一般不會(huì)在畫(huà)面中移動(dòng)，基于OSPF和BFD的工作機(jī)制，在5 s的切換中，會(huì)場(chǎng)人員基本感覺(jué)不到中斷帶來(lái)的影響。

4 總結(jié)

經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)、充分論證和試運(yùn)行，基于OSPF和BFD的國(guó)網(wǎng)河南省電力公司省—市—縣一體化高清會(huì)議電視路由收斂迅速，BFD切換機(jī)制能有效彌補(bǔ)傳輸通道異常和中斷帶來(lái)的影響;保證了高清會(huì)議電視網(wǎng)絡(luò)在電力系統(tǒng)生產(chǎn)協(xié)商工作中的作用，更好服務(wù)于電力生產(chǎn)。

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［1］仲元昌，林永，蔡增增，等．視頻會(huì)議系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究［J］．電視技術(shù)，2010，34(6):93－96．

［2］楊思杰，徐明偉，王文東．基于OSPF的保護(hù)隧道實(shí)現(xiàn)研究［J］．微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，32(1):1－9．

［3］周躍文，張新菊，曾玉林．BFD協(xié)議分布式實(shí)現(xiàn)方案的剖析［J］．電聲技術(shù)，2011，35(7):71－74．

［4］李棟，李媛敏，張秋華．1080p高清視頻會(huì)議系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用案例［J］．電視技術(shù)，2010，34(10):109－110．