IP視頻會議混合式組播技術(shù)研究

2009/01/19

圖1 混合式組播拓撲結(jié)構(gòu)圖

2 基于分層排列圖的混合式組播

2.1 控制拓撲構(gòu)建

　　在數(shù)學上,(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個符號的排列,An,k定義為無向圖(V,E),其中: 一個排列圖實例A4,2的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。排列圖An,2僅能容納n(n-1)個主機。為使系統(tǒng)可容納任意多主機,可將參與主機組合成多個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是為AM完成拓撲(包括數(shù)據(jù)拓撲和控制拓撲)的構(gòu)建。由于網(wǎng)絡狀況的動態(tài)性,以及客戶端數(shù)量與客戶端加入系統(tǒng)時間的不確定性,當前的應用層組播方案一般需要每個結(jié)點定期與其他全部或一定比例的結(jié)點交換控制信息,以了解其他結(jié)點的狀態(tài),形成控制拓撲,保障數(shù)據(jù)拓撲的健壯性。在結(jié)點個數(shù)逐漸增加時,網(wǎng)絡上的控制信息數(shù)量會占用大量的帶寬資源。應用層組播的數(shù)據(jù)拓撲可分為二大類:信源樹和共享樹。信源樹必須為每個組播源保存路由信息,這樣會占用大量的系統(tǒng)資源。共享樹傳輸延時較大。IP視頻會議系統(tǒng)屬于實時交互應用,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)絡抖動的要求很高,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)實時傳輸?shù)耐負錁?gòu)建方式。為利用排列圖的優(yōu)越特性(如結(jié)點和邊的對稱性、故障恢復能力和容錯能力、可以嵌入獨立的組播樹等),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視頻會議所有主機中的AM組織成分層排列圖結(jié)構(gòu),作為混合式組播的控制拓撲,并在主機申請加入會議時根據(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。每個分層排列圖都對應一棵以排列圖為結(jié)點單位的樹。如圖3所示的以與會主機為單位的拓撲結(jié)構(gòu)是一個由3個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撲。設在分層排列圖中,父排列圖AGi中的結(jié)點i1和i2分別是子排列圖AGj的數(shù)據(jù)源結(jié)點和備用數(shù)據(jù)源結(jié)點,AGj中的結(jié)點j1和j2分別是i1和i2對應的根結(jié)點,則在樹拓撲中父排列圖AGi與子排列圖AGj的連線實際上包括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)拓撲構(gòu)建

　　基于分層排列圖的混合式組播的控制拓撲是分層排列圖,其數(shù)據(jù)拓撲在此基礎上構(gòu)建,具體算法如下:

　　設某排列圖中的與會成員主機ai,j發(fā)言,首先把分層排列圖對應的樹結(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ai,j所處的排列圖作為當前排列圖,在當前排列圖中用文獻[6]中的算法生成以ai,j為根的組播樹,并修改當前排列圖中所有結(jié)點的剩余入度值和剩余出度值。

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

　�、倭钆c會成員主機結(jié)點子集A={am,n|am,n屬于當前排列圖,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,此時一定可以選取合適的根結(jié)點使得組播樹獨立。


• 若|A|=0,則選擇在當前排列圖中選擇最大剩余出度結(jié)點作為數(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)點作為數(shù)據(jù)源s1,選擇當前排列圖中其他成員中最大剩余出度結(jié)點為備用數(shù)據(jù)源s2。

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