基于IP传输网络的视频会议系统并不具有传统电信专网所提供的低延时、低抖动、带宽保障的优点,这主要是由于IP网络是基于无连接分组交换设计的,提供的是“尽力而为的”服务,很难保证视频会议的服务质量(Quality of Service,QoS)。但是,...
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基于IP传输网络的视频会议系统并不具有传统电信专网所提供的低延时、低抖动、带宽保障的优点,这主要是由于IP网络是基于无连接分组交换设计的,提供的是“尽力而为的”服务,很难保证视频会议的服务质量(Quality of Service,QoS)。但是,随着互联网和软件技术的发展,基于IP传输网络的视频会议系统具有易用性高、价格(包括终端价格和网络价格)合理等优点。基于这些优点,1080P甚至更高分辨率的视频会议系统迅速普及,多方会议需求强劲,特别是2020年上半年发生疫情以来,基于IP传输网络的视频会议系统已经成为很多行业的刚性需求。然而,和普通消费者不同,政府机关、金融领域等机构对视频业务的质量提出了较高的要求。由于互联网尚不具备提供服务质量保证能力,本文在企业级网络通信环境下,研究视频会议服务质量保证和不同会议场景的资源预留算法,致力于实现视频会议服务质量保证的同时提高网络资源利用率的目标。具体研究内容及相关成果如下:(1)研究面向企业级视频会议系统的服务质量保证过程,提出基于软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)的企业级视频会议QoS保证系统(EVCSQoS-SDN)框架;从系统科学的角度,数学上分析了资源预留及部署的内部过程及连通性,形式化定义了资源预留及部署体系结构,为建立基于SDN控制器的资源预留与部署系统模型提供理论依据。(2)以资源预留与部署体系结构作为建模理论基础,建立基于SDN控制器的资源预留与部署系统模型,以便从中得出资源预留与部署所需的核心机制,为构造和验证资源预留算法提供所需的算法机制。(3)在多个大规模会议场景中,为会议提前预留带宽将导致未来可用带宽随时间呈细粒度变化,特别是同时出现大量会议申请时,时间开销将大幅度增长。已有时域资源管理方法(基于可变时间槽的资源管理方法和基于动态时间槽的资源管理方法)存在计算复杂度高而导致其扩展性差和网络资源利用率不足问题。为解决此问题,本文提出了一种新的时间管理方法:弹性时间槽方法。然后,结合资源的动态变化和弹性时间槽方法,提出了基于弹性时间槽的提前预留算法(ETARA)。实验结果证明,ETARA能获得和基于可变时间槽的资源管理方法相等的接收率,而执行时间比后者降低多达57倍;尽管ETARA的运行时间比基于动态时间槽的资源管理方法多一些,但其获得的接收率是后者的2倍。(4)对于多方会议,采用多播传输可以节约带宽。现实场景中,与会者可以中途进入视频会议,也可以中途离开会议。基于动态多播的提前预留支持与会者灵活进入会议、提前离开会议。对于按会议时长收费的视频会议来说,要求客户提供具体的进入、离开时间具有重要的意义。一方面,如果按相同的会议时长对会议成员收取费用,势必会增加客户的额外费用;另一方面,由于预留的资源并未使用,增加了其他会议申请的拥塞率,降低了资源利用率。本文首先构造了动态多播资源提前预留的最大成功数问题(MDMAR),并证明了该问题是NP完全问题;然后,考虑数据流路径不变、路径可变两种机制,及接收端带宽需求异构特征,分别设计了ILP数学模型和启发式算法。由于ILP模型求解复杂度高、可扩展性差,本文分别在小型网络和大型校园网络对启发式算法的性能进行验证。实验结果表明,基于模拟退火的启发式算法能获得跟ILP模型近似的最优解,且比贪婪算法的接受率提高了10%。本文研究了网络资源可控环境下企业级视频会议服务质量保证系统及多种会议场景中的资源预留算法,实现视频会议系统服务质量保证同时提高网络资源利用率。在未来的工作中,将进一步深化服务质量保证和资源预留算法的研究,以适应更为复杂的视频会议应用场景,以及其他应用场景下的服务质量保证问题。
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