一套完整的视频会议系统包括多点控制单元(MCU)、视频会议终端、网关(Gateway)、网闸(Gatekeeper)等几个部分(于浩等,2016),并且需要专网进行连接,通过音视频矩阵集成进入指挥中心应急指挥技术平台。其中多点控制单元(MCU)和视频终端设备等专用设备造价昂贵,尤其是具有大范围多点互联组会需求的省级、州市级指挥中心,其在视频会议系统硬件资源方面的建设投入将更加巨大。

系统建成后,由于各级地震应急指挥机构的业务特点所限,除地震应急处置、日常会议培训、应急演练联调外,视频会议设备日常多处于待机运行状态,业务承载量较低,以云南地震灾害应急指挥中心为例,2016年全年视频会议系统月运行负载率均未超过15%,如图1所示。

图1 2016年月运行负载率统计
Fig.1 Statistics of operating load rate per month in 2016

目前而言,虽然全球各主流产商视频会议设备均采用基于IP 的H.323和H.264标准体系的协议平台,但其自身硬件系统还存在诸多的内部私有协议,这些私有协议的存在,使得不同产商视频会议设备之间的互联互通性大打折扣,这种情况,在进行大规模级联组会和双流操作时尤为明显。同时,由于其部署结构的特殊性,对终端接入设备的支持较单一,系统开放性较差。

目前,全球各主流产商视频会议均缺乏较好的安全防护手段,视频会议系统在遭遇内部故障或外部环境侵害时极容易出现全面宕机的情况,除了建设造价高昂的多机热备系统外,缺乏较理想的容灾备份机制,系统遭遇故障后难以短时间内恢复运行,这给各级地震应急指挥机构的突发应急处置工作带来隐患。

随着全球互联网应用技术的不断发展,基于云环境的分布式、虚拟化计算模式在各领域受到了广泛关注。云计算并不是一种新的技术,而是由集群计算、网格计算、效用计算、分布式计算等多种计算机技术演化而来的一个模型理念,云计算把硬件、平台、软件等当做资源提供给用户,把客户端的计算工作迁移到云服务器,而云服务器却又是完全对用户透明的服务网络集群,云服务器承载用户的具体应用计算任务,从而使得用户面对的终端从设备到软件都得到极大简化(陈辛夷,2014)。云计算在业务创新、服务提供、资源优化等方面有显著优势(曹江辉等,2017),在国内,中国平安和中国联通已先后建成了超大规模公有云视频平台,传统固化、分散式、低利用率的视频会议体系已无法紧跟大数据时代的发展需要,不过值得庆幸的是,有别于大多数破旧立新的系统升级方式,云视频系统的建设并不需要抛弃传统的视频会议硬件资源,而是以现有资源为基础,通过调整构架,革新机制的方式来最大限度发挥现有视频会议体系的效能。

笔者根据云视频构架基础原理,将原型系统分为云平台端和接入终端2部分来具体分析,由于接入终端通常是以单一硬件的形式存在,故本文主要考虑云平台端的设计实现。

从组成结构上,云视频平台由多个数据处理和控制管理模块共同组成,如图4所示,一般来说,一套完整的云视频平台至少包含4个主要模块:云资源管理器(监控、管理和配置资源池)、云资源计算器(音视频的编解码计算)、云协作控制器(通讯控制、级联管理)以及安全接入网关(远程访问、媒体中继)。

云结构从建设模型上又可分为公有云和私有

图4 云平台端模块功能图
Fig.4 Cloud platform function module

云,采用公有云架构理论上可为所有网络授权用户提供云计算服务,可以充分发挥云计算超大规模的集群资源优势,提升经济效益,但正因为其开放性的特点,使得整个云平台的安全性和稳定性存在一定的安全隐患。私有云构架则是出于对数据安全有着严格保密性而考虑的方案,在地震应急期内,通过视频会议系统承担了大量的前后方应急指挥调度工作,这个过程往往涉及诸多涉密数据和敏感决策信息的传递,因此,出于安全性考量,本原型系统设计在地震行业信息网内建立一个网内私有云平台,行业网边界防火墙、省级网络中心二级防火墙以及平台安全接入网关可为其提供了三重防护保障。在硬件组成上,笔者采用1套管理器、1套协作器和2套计算器组成云平台端,云资源管理器负责整合现有指挥中心MCU资源,管理配置虚拟会议室,提供会议控制、监控调度服务; 云协作控制器承担各终端节点的访问控制,连接管理。设备组成具体信息如表1所示。

表1 系统硬件组成统计
Tab.1 System hardware composition statistics

为更好地模拟视频会议系统实战应用,笔者通过Ploycom RPRM管理组件为各接入终端规定了网络带宽和音视频协议,如表2所示。

表2 网络和视频协议
Tab.2 Network and video protocols

在网络构架的选取上,考虑到原型系统稳定性和测试便捷性,使用一台2层千兆交换机接入地震行业信息网,各终端通过分配的IP地址访问云视频资源池,其最终硬件构架连接如图5所示。

连接建立后,笔者使用Ploycom RPRM管理组件添加了指挥中心现有的两套RMX2000多点控制单元(MCU)作为云资源计算器,如图6所示。

图5 云视频平台系统拓扑图
Fig.5 The system topology of cloud video platform

图6 建立云资源处理池
Fig.6 Establish a cloud resource processing pool

通过云协作服务器(DMA)进行SIP协议注册和网闸管理,连接完成后,通过云协作服务器(DMA)可以实时监控云资源池中处理器的连接和负载情况,如图7所示。至此,一个基础的云视频平台便搭建完毕。

图7 连接资源监视器
Fig.7 Connect to the resource monitor

如图7所示,该平台为网内提供了包含240个标准720 P节点的组会连接服务。此时,对于各外部终端而言,无需关注云资源池的组成结构或运作方式,其接入操作与传统多点视频会议接入条件并无明显区别。运行流程如图8所示,当终端节点发起会议请求时,信令到达云资源管理器,由资源管理模块根据当前信令请求的画面模式、连接速率、并发容量等进行判断,分配合理的视频资源,加载当前信令所需的会议模板,建立虚拟会议空间; 如需要多台MCU协作计算时,由云协作控制器对承载虚拟会议空间的物理计算资源进行实时协同调度,分配从而实现自助式的信令请求—资源分配—按需组会的基本流程。

图8 云视频会议系统运行流程
Fig.8 Cloud video conference system running process

图9 原型系统的网内组会
Fig.9 Organization of the prototype system in local area network

图9为某次地震应急技术培训会设备联调测试,我们使用一个终端向云平台申请1个满载容量48个720 P标准节点的虚拟会议室,连接了云南省地震局2台HDX测试终端、1台黑龙潭实验基地HDX测试终端以及5台省内州市级指挥中心测试终端。在本系统中,除去已经分配的48节点视频会议室,平台还可为网内提供近200个720 P标准节点的视频计算资源,其计算资源实现了灵活调度和动态整合,通过特定组件还可以对所有音视频和带宽资源实时跟踪,指标量化显示,该原型系统已具备了虚拟化、通用性、弹性服务等云计算技术的核心特征。