0  引言

    隨著國網公司“三集五大”的體系建設，省公司與地市公司聯系日趨緊密，省-地-縣不同層級之間的視頻會議也逐年遞增。為了提高工作效率，響應國網公司節約增效的工作思路，近年會議電視召開場次及規模急劇增大，這對現有會議電視系統提出了極大挑戰。

    現有會議電視設備存在著設備老化、故障頻發、無備品備件、無法維修等問題，且現有的省-地之間采用單點級聯方式構建MCU控制會議電視視頻，使得會議模式及系統擴展性受限，不能滿足多級應用場合，極大浪費了MCU資源并增加了會議電視系統運維難度。多點控制單元（Multi-point Control Unit，MCU）是一種具備多媒體編解碼功能的音視頻路由轉發處理單元^[1]， 且能進行多點呼叫和連接，實現視頻選擇、視頻廣播、音視頻混合、數據廣播等功能，完成各終端信號的匯接與切換，在會議電視系統端口資源調度中起著關鍵作用^[2-5]。因此，亟待提出一種融合多臺MCU資源以滿足多種會議場合且支持資源靈活調度的會議電視系統方案。

    針對現有會議電視系統存在的問題，本文引入了集中式MCU資源池的會議電視系統優化方法。本文在省公司集中部署3臺MCU資源池，同時配置會議管理系統，會議管理系統針對省公司、地市公司實現分級分權管理；全省各參會地市共享省公司的MCU資源池端口資源，而MCU端口資源數量與視頻會議終端數量不再采用固定一對一模式；考慮到MCU資源池中各MCU的網絡負載能力、CPU使用率以及內存使用率，提出了端口資源自適應分配的資源調度方法；在MCU資源池內部采取了MCU資源互為主備的備份策略以滿足1+1熱備的要求。

1  MCU資源池技術構架

    MCU對于會議電視系統起著至關重要的作用，會議電視系統各音視頻傳輸采集設備的數字模擬信號在MCU進行集中式采集，并通過數字信號處理算法對多路音視頻信號進行集中處理、采集以及數字信號的混合切換。省公司會場新增3臺高清MCU，形成MCU資源池，地市公司會議信號通過新配置的兩臺高清會議終端上聯至省公司MCU資源池，實現省公司、地市公司召開高清行政會議。

1.1  MCU資源池技術

    通過部署一套統一的MCU資源池控制設備管理平臺服務器，對所有MCU資源進行統一調度和優化分配。MCU資源池對接入的會議電視終端設備提供資源服務以及權限的管理分配。與單點級聯式MCU設備相比，MCU資源池中的端口不再與會議電視終端進行一一對應的連接。

    MCU資源池支持監控MCU資源池中各MCU的剩余資源，根據各MCU的剩余資源定義MCU的優先級，會議將自動選擇優先級高的MCU優先進行資源分配；資源池通過控制服務器對MCU的資源分配進行負載均衡。同時，MCU資源池支持MCU資源備份功能，當一臺MCU出現故障時，其上承載的會議可自動切換至資源池里的其他MCU，保證會議的正常召開，提高系統的可靠性。

    為保證MCU資源池的安全可靠性，本文MCU主控板及業務板采用支持帶點熱插拔的功能，在帶電狀態下支持單板業務倒換，在任意一塊單板出現故障時，不會影響會議的正常進行，保證系統安全可靠。

1.2  MCU資源池會議管理系統

    視頻會議管理系統實現視頻會議業務的用戶管理、會議管理、資源管理、終端注冊認證、權限管理和MCU設備管理，能有效地滿足用戶對于視頻會議業務的管理需求。

    會議管理系統通過MCU端口資源管對MCU設備資源進行管理，負責預約會議、動態添端時的資源計算、創建MCU與終端的拓撲關系，簡化網絡規劃和管理。會議管理系統能管理多臺MCU的資源池，實現大容量組網，實現MCU負載均衡。

2  MCU資源池組網及資源調配

    會議終端設備采用數據網和專線方式的兩條鏈路實現，滿足電力系統N-1的可靠性要求。資源調配端口采用資源自適應分配的資源調度方法以提高端口資源靈活調度性。

2.1  MCU資源池組網     

    如圖1所示，省公司及地市公司之間的通信網絡方案采用數據網以及專線方式的兩條鏈路實現，在省公司及地市公司配置交換機，傳輸設備上配置FE板卡，保證網絡及通道組織的可靠性，通過兩條傳輸鏈路構建了兩個相互獨立的高清會議電視系統，兩套系統實時熱備，保證了系統的高可靠性，也方便日常的維護檢修，滿足電力系統N-1的可靠性原則。縣公司通道部分利用原有的一體化會議系統網絡通道，用市-縣傳輸網進行業務傳輸，不新增網絡設備。從圖中可以看出，上述組網拓撲網絡結構層次鮮明，不僅符合通信分級管理原則，也有利于未來會議電視系統的擴展。

    從圖中可以看出，本文通過集中式組網方式部署3臺MCU構建MCU資源池。集中式組網方式通過在同一地點部署多臺MCU節點實現對參會節點的統一資源分配，參會節點向MCU資源節點傳輸參會請求以及音視頻數據資源，通MCU資源池實現權限統一管理、信號編解碼處理、端口資源分配。

2.2  MCU資源負載權重

    根據遺傳算法自適應因子的思想^[6]，本文設計了流量自適應系數以考慮周期時間內網絡流量對于MCU資源池資源分配的影響。本文設計的流量自適應系數計算公式如下：

其中，k₁是第一流量控制常數，k₂是第二流量控制常數，q是通過當前MCU的實時流量，q_ave是周期時間內MCU的平均流量，q_max是周期時間內MCU的最大流量，q_min是周期時間內MCU的最小流量。

    根據流量自適應系數調整當前MCU的負載權重，即在MCU資源池內根據各單節點MCU的負載流量系數，為負載流量系數較大的MCU分配更多負載權重，即分配更多的端口資源。

    除了流量影響MCU資源池的資源分配以外，MCU自身的性能及處理能力也影響MCU資源池的資源分配。因MCU上DSP用于實現音視頻信號的編解碼處理，本文引入DSP資源使用率作為性能評價指標之一。內存反映了數據的緩存能力，因此同時引入內存使用率作為另一個性能評價指標。定義負載權重作為評價MCU負載水平的指標，其計算公式如下：

其中，load_i是第i個MCU節點的負載權重，M是已經使用的端口資源數量，N_max是最大使用端口數量，N為MCU資源池匯總MCU節點的數量，本文中N=3。

    根據負載權重、網絡流量、MCU性能來分析MCU資源池中單節點MCU的承載的會議電視業務負載程度。

2.3  MCU資源調配

    根據上述負載權重設計端口資源自適應分配的MCU資源調度方法，具體調配過程如圖2所示。

    MCU控制服務器通過控制MCU資源池向參會會議電視終端設備發起請求；MCU控制服務器通過各會議電視終端ID號識別控制；MCU控制服務器從各MCU節點根據SNMP協議采集網絡流量、DSP使用率以及內存使用率；通過式(1)~(2)計算各MCU單節點負載權重；根據會議的優先級，從高到低查詢會議電視終端ID號是否已經連接至MCU資源池中端口，若未連接將會議電視終端連接至負載權重最小的MCU節點，若已經連接繼續查詢下一個會議電視終端ID號至到所有參會會議電視終端均連接至MCU資源池。

3  MCU資源池備份策略

    MCU資源備份是指當預約會議時MCU資源內部不足或MCU故障，將會根據備份資源順序搜索，直到找到可用的備份資源MCU為止。本文中MCU資源池支持MCU資源備份功能，當一臺MCU出現故障時，其上承載的會議可自動切換至資源池里的其他MCU，保證會議的正常召開，提高系統的可靠性。

    MCU備份策略具體指當資源池中某臺MCU設備出現故障或者資源不足時，在剩余MCU設備中根據負載權重最小原則進行會議電視終端的接入，直至因MCU故障停運接入的會議電視終端全部正常接入MCU資源池參會。

4  結論

    本文通過分析現有會議電視系統存在的不足，進行了MCU的優化改造。通過MCU資源池實現了MCU端口資源的集中共享和靈活調配；根據MCU負載權重實現了資源自適應調度分配，極大提高了MCU資源池運行的效率以及穩定性；通過MCU資源池備份策略保障了故障應急狀態下視頻會議的正常召開。

參考文獻

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[6] 陳超. 自適應遺傳算法的改進研究及其應用[D]. 廣州：華南理工大學，2011.

作者信息:

李夢琳1，賀  易2，胡  威1，馬國柱1

（1. 湖北省電力勘測設計院有限公司, 湖北 武漢 430040；

2. 國網湖北省電力有限公司信息通信公司，湖北 武漢 430070）