（电路与系统专业论文）isdn网络中传输策略的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 阳j 于传统的电路交换模式具有数据传输时延小的优点，因此目前的会议电 说业务主要还是在i s d n 信道上开展的：在n i s d n 上进行数据传输的过程 r p ，传统的电路交换模式将会导致应用数据包在电路交换的过程中不可避免的 会产生数据的错位和时序的混乱。同时交换设备在线路繁忙的情况下可能出于 减轻系统负荷地目的而对用户线路进行不可预料的线路切换而导致通信中的用 户出现通信异常的问题。本文使用b o n d i n g 的机制来实现对用户信道资源 进行有效的管理，在用户和终端设备之间建立起一个虚拟的动态流量的数据交 巨通道为通信中的用户提供透明的通信信道。i 、 本文在实时嵌入式操作系统p s o s 下完成7 星q 盟里型鱼逝婆的实现- 设计 i h 一种利于将来模块升级的软件体系结构，并介绍了绑定协议如何完成对网终 时延的测定过程以及如何利用测定出的网络参数来实现对网络传输时廷的漏 整，从而实现对用户数据进行透明传输的目的。由于绑定帧结构在协议胁商过 程中处于的重要地位，对于如何实现埘绑定数据帧的提取过程也是本文需要重 氧讨论的地方。 此外，为了便于软件模块的测试，本文中提出r 一种采用虚拟网络的脱轲 测试方法来模拟在买际佳箍圈络进行传输测试，( 由于这种办法在w i n d o , z ，s 平 台下i r 以很方便的实现因此可以大大简化测试的负扛，同时h ，以达到( j 类i ： 的软f 中模块实现自动化测试的效果。0 关键词： i s d n 、b o n d i n g 、虚拟通道? 透明传输i 儡略语： b o n d i n gb a n d w i d t ho nd e m a n d i n t e r o p e r a b i l i t 5g r o u p 绑定 c c c a l l i n gc o n t r o l呼叫控锘j m c u m u l t i p o i n t c o n t r o lu n i t 多点控翩单元 t et e r m i n a le q u i m e n t 终端设备 b r ib a s i cr a t i oi n t e r f a c e 基卒速! ! 搂h _ c i d c h a n n e li d e n t i f i e r 通道索j 了 g i d g r o u p i d e n t i f i e r 群组索bj ： f c f r a m ec o u n t e r 帧汁数器 f a w f r a m e a l i g n m e n tw o r d帧同步亨 ” “一“n “。”1 高思趣妓 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t b e c a u s eo ft h ea d v a n t a g e so fl o w e rt r a n s m i s s i o nd e l a yi nt h et r a d i t i o n a lc i r c u i t s w i t c h i n gm o d e t h ec o m m e r c i a ls e r v i c e si nt h em u l t i m e d i ac o n t e r e n c es y s t e ma r e m a i n l yd e v e l o p e di n t h ei s d nc h a n n e l s d u r i n gt h ed a t at r a n s m i s s i o no v e rt h e ni s d nc h a n n e l s t h ed i s o r d e ra n dt h ec h a o sa r o u s ef r o mt h eu s e r s d a t aw i l lt u m u pw h e n t h et r a n s m i s s i o no ft h ea p p l i c a n td a t ap a c k e t si sp r o c e e d i n g f u r t h e r m o r e ， t h eu n e x p e c t e dr e s u l t sc a u s e db yt h el i n e - s w i t c h i n gw h i c ha r ea i m e dt ol o wd o w n t h es y s t e ml o a da n dm a i n t a i nt h es y s t e ms t a b i l i z a t i o nm a yo c c u rw h e nt h e c o m m u n i c a t i o ni s o n g o i n g an e wm e t h o dc a l l e db o n d i n gw i l l b ed i s c u s s e d p a r t i c u l a r l yi nt h i sa r t i c l ea n dt h ea d v a n t a g e sf o r ma p p l y i n gt h i sm e c h a n i s ma l et o p r o v i d et h eu s e r sw i t he f f i c i e n tm a n a g e m e n t i nt h ec h a n n e l sr e s o u r c ea n ds e r v et h e u s e r st r a n s p a r e n t l yb yb u i l d i n gu pt h ev i r t n a la n dd y n a m i cd a t ac o m l l l u n i c a t i o n p i p e sb e t w e e n t h ea p p l i c a n t sa n dt h et e r m i n a le q u i p m e n t s b e s i d e st h ep r a c t i c a li m p l e m e n t a t i o nf o rt h eb o n d i n gp r o t o c o lu n d e rt h e r u n t i m ee m b e d d e dp s o su sw i l lb ep r e s e n t e dh e r e t h eo v e r a l ls o f t w a r em o d u l e a r c h i t e c t u r ew i t ht h eu t m o s te x p a n s i b i l i t ya sc o u l da sp o s s i b l ew i l ia l s ob ed i s c u s s e d a f t e rw ei n t r o d u c es o m ef a s h i o n a b l es o f t w a r ed e s i g np a t t e r n s o fc o u r s e t h ea n s w e r t ot h eq u e s t i o nh o wt h ep r o c e s st om e a s u r et h et r a n s m i s s i o nd e l a yp a r a m e t e r so v e r t h ea c t u a 【i i n e sa n dh o wt ou s et h e s ep a r a m e t e r st or e a l i z et h e r e a d j u s t m e n t p r o c e d u r ef o rt h ed i s t i n g u i s h e dl i n e d e l a y sb e t w e e nd i f f e r e n tc h a n n e l sa i m i n gf o r p r o v i d i n gt r a n s p a r e n tm e c h a n i s mw i l lb ef o u n di nt h ec h a p t e r3o ft h i sa r t i c l e t h e d i s c u s s i o na b o u th o wt oo b t a i nt h ed a t af r a m e so ft h eb o n d i n g p r o t o c o l i sa l s o o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt o p i c sw en e e dp a ya t t e n t i o nt ob e c a u s eo ft h ev i t a lr o l e s t h e yp l a yi nt h ep r o t o c o ln e g o t i a t i o n f u r t h e r m o r e an e w t e s t i n gm o d e li sp u tf o r w a r di nt h ec h a p t e r4t om a k et h e s o f t w a r et e s t i n gp r o c e d u r em o r ec o n v e n i e n t t h et r a d i t i o n a l t e s t i n gp l a no v e rt h e i s d nc h a n n e l sc a l lb e r e p l a c e db ya d o p t i n gt 1 1 ev i r t u a lc h a n n e l sw h i c ha r eb u i l tw i t h t h es o f t w a r em o d u l eu n d e rt h ew i n d o w su s p l a t f o r mo np e r s o n a lc o m p u t e r s t h e c o n v e n t i o n a lm a n u a lt e s t i n gb u r d e nc o u l db ec u td o w nt ot h em i n u t e s d e g r e es i n c e t h en e wt e s t i n g p l a nr e a l i z a t i o nc o u l db ec a r r i e do u te a s i l yu n d e rt h ew i n d o w s o s a n da n o t h e ri m p o r t a n tc a u s et od r i v eu st ot a k ei ti st h ea t t r a c t i n gb e n e f i tt h a tw e c a n c o n v e m e n t l y r e a l i z et h e a u t o - t e s t i n gp r o c e d u r e t o t h o s es i m i l a rs o f t w a r e m o d u l e s k e yw o r d s ： l s d n 、b o n d i n g 、v i r t u a l c h a n n e l s 、t r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o n i i ， t j 华中科技大学硕士学位论文 l 绪论 1 1 会议电视及发展前景简介 近年来，多媒体通信业务的发展非常迅速，以会议电视、可视电话、视频 点播等为代表的多媒体通信产品大量涌现，逐渐进入到社会生活的方方面面。 i s d n 、光纤网、卫星网、i n t e m e t 、a t m 网络和各种高速局域网的建设，为多 媒体通信的发展提供了良好的网络基础。会议电视属于典型的交互式多媒体通 信业务，可在同一传输媒介承载多种信息媒体图像、语音、数据等，实现 多个地点之间交互式通信，具有真实、高效、实时等优点。近年来，以数字视 频压缩技术为主导的多媒体信息技术迅猛发展，使得会议电视日益显示出强劲 的发展态势1 2 1 。 会议电视业务是利用电视和计算机技术及设备通过数字传输信道在两地 或者多地之间召开会议的一种可视通信业务。出席会议的人员通过会议电视系 统，既可以昕到对方声音，又可在屏幕上看到与会者的形象、动作，还可以通 过控制系统，随意浏览对方的会场，包括会场全景或发言人的特写镜头，如同 面对面地交谈。在每个会场都有包括电视机、计算机、视频输入设备、语音输 入设备等会议电视终端。各个会场的终端通过通信网络互连，通过互连接收其 它会场的图像和声音，同时向其它会场发送本会场的图像和声音。在多点( 两 个以上会场终端) 会议的情况下，互连还要经过多点控制单元m c u 才能实 现。通信网络可以是公用电话交换网p s t n 、i s d n 、光纤网、卫星网、 d d n 、专线、公用数据网( 如i n t e r n e t ) 、a t m 网( 如b i s d n ) 或局域网等 等。会议电视除了能传送图像和声音外，还可以及时传送会议中使用到的图 文、图表、传真等。它的广泛使用将使政府机关、教育、医疗、金融、能源、 科技和商业等部门的运作效率大大提高。 会议电视市场近年火爆的一个主要原因是它所带来的巨大经济和社会效 益。研究表明在人类通信中，信息的有效性5 5 6 0 依赖于面对面的视觉效 果，3 3 3 8 依赖于说话者的声音，而内容的作用只有不到7 。所以作为一 种通信手段，会议电视比其它通信手段更能够增强通信者之间的沟通，提高办 公效率；而作为一种会议形式，与会者不必离开工作环境，从而可以加快解决 问题的速度。随着改革开放的不断深入，国民经济的迅速发展，社会各个方 面的会议、会晤和磋商日益增多，广泛采用会议由j 视，在节省旅行和其它各项 开支，减轻交通运输运力不足的压力等方面，所能够带来的效益在中国这样一 个人口大国，是非常巨大的。 会议电视至今已有3 0 多年的历史了，其间经过了一个从模拟会议电视到 专有数字会议电视再到公共数字会议电视的发展过程。最早的会议电视是模拟 方式的，8 0 年代以后，数字方式逐渐成为主流，但那时的会议电视都是号有 ( p r o p r i e t a r y ) 式的，各家制造商都采用自己的标准和算法，而并没有一个大家可 华中科技大学硕士学位论父 以共同遵守的公共标准，这就给不同制造商的设备之间的互连互通造成困难， 影响了会议电视的发展。1 9 9 0 年r r u th 3 2 0 标准的推出，为结束这种混乱无 序状态奠定了基础。在9 0 年代前5 - 6 年还称雄市场的专有会议电视，如今大 势已去，风光不再了。例如目前全球最大的会议电视厂商p i c t u r e t e l 的s g 3 ( 一 种视频处理专利算法的名称) 专有会议电视系统1 9 9 8 年的销售量还不到1 9 9 7 年的3 0 。如今已经进入了公共会议电视的时代，公共会议电视完全遵循同 样的国际标准，因而不同制造商的产品之间不存在互连互通的障碍。 1 - 2 会议电视系统中遵循的标准 目前，公共会议电视遵循的标准是兀u _ t 的h 3 2 0 系列标准，h 3 2 0 是这 个系列的框架，框架内的其它主要标准有3 1 4 1 卯： 视频压缩：h 2 6 1 、h 2 6 3 声音压缩：g 7 1 1 、g 7 2 2 、g 1 2 3 、g 7 2 8 视听远程服务的帧结构：h 2 2 1 点对点传输标准：h 2 4 2 多点控制和指示标准：h 2 3 0 、h 2 4 3 数据传输：t 1 2 0 系列和h 2 2 4 摄像机控制：h 2 8 1 h 2 6 1 协议是i t u t 制定的针对会议电视、可视电话等视听业务的图像压 缩标准，它和另一种标准m p e g 1 基本相同。h 2 6 1 适合的数据传输速率模式 为p x 6 4 k b p s ( p = i - 3 0 为整数) 。h 2 6 1 采用的压缩策略是混合编码，空间域 采用离散余弦变换( d c t ) 编码；时间域采用基于帧问运动补偿的微分脉冲编码 调制( d p c m ) 编码方法，运动向量的搜索采用块匹配算法实现。以上两种编码 方法的结合是这样的：对运动补偿后的帧间预测误差信号进行d c t 变换编码， 其特殊的情况是直接对帧内的块进行d c t 变换编码。 h 2 6 3 协议是1 9 9 6 年3 月制定的面向低速率数据传输会议电视的视频压 缩标准。h 2 6 3 的出现主要是为了适应会议电视从高带宽向低带宽转变的趋 势，因为带宽是一种非常宝贵的资源，直接关系到通信的费用。通信的革命在 很大意义上一种克服带宽和通信质量这一对矛盾的斗争。当数据速率低的时 候，h 2 6 1 的图像质量很差，远不能令人满意。而h 2 6 3 即使数据速率低到 3 3 6 k b p s 仍然可以给出满意的图像质量。为了提高图像质量，h 2 6 3 的做法是 在h 2 6 1 的基础上新增了4 个通信的编码选项： 1 无限制的运动向量 2 高级预测模式 3 基于语义的算术编码代替h u f f m a n 编码 4 p b 帧漠式 除图像和声音外，会议电视传输的另一个重要内容是数据，例如静止图 像、t 】钣、各种文件等。t 1 2 0 系列协议是i t u t1 9 9 3 年以来陆续推出为数据 ，f 二巾一汁；芝欠学? - 受一l 二学位沦疋 ，r ! ! _ ! ! ! ，? ，_ t _ ! = = = 1 2 7 7 = = = = = f ! = _ _ _ _ = ! ! f 毒输服务的m c 义，义称为多层协议。截至1 9 9 6i ：底，该系列协议全部完成， 脚舢j 。一1 j2 0 t1 2 8 、t b w c 、t r e s v 、t c f a x 等。虽然t 1 2 0f f i l ：已经应 川由：h 3 2 i ) 会 义电视中，但是很多会议电视产r 铬 1 前还尚未提供这种数据交瓦 的功能、 1 3 会议电视未来的发展前景 会议i 堕视发展的一个新的趋势是遵循h 3 2 3 胁议的会议电视。h 3 2 3 协议 是i t u t 于1 9 9 6 年5 月制定的在分组交换网络上工作的会议电视的标准。市 场需求永远是技术进步的源动力，其结果是产品的使用者在这种发展中获得更 。 大的利益。 h 3 2 3 是r r u t 的一个标准协议族，其中h 3 2 3 v 1 已于1 9 9 6 年由i t u 的 第1 5 研究组s g - 1 5 通过，1 9 9 8 年s g 一1 6 完成了h 3 2 3 v 2 的制定，目前正在制 定h 3 2 3 v 3 。h 3 2 3 建议定义的多媒体系统工作的网络基础是一个无 q o s ( q u a l i t y o fs e r v i c e ) 保证的分组网络p b n ( p a c k e tb a s e dn e t w o r k s ) ，如 x 2 5 、a t m 、帧中继和咿网都是这样的网络，因而其适用面相当宽特别是 i p 网络的迅速发展，公用口网和专用i p 网都在大规模建设，使得l p 网在通 信和信息领域越来越重要。可以想象得到，随着网络带宽的日益扩大，人f f j x 十 ：动的多媒体业务的需求将迅速增加。 毋庸置疑，这一切将为会议电视产品带来广阔的市场空间。 1 4 会议电视的基本体系结构 h 3 2 3 建议中所定义的一个基本的多媒体会议系统由终端、网关 ( g a t e w a yj 、网守( g a t e k e e p e r ) 、多点控制器( m c ) 、多点处理器 f m p ) 卡多点处理单元( m c u ) 等组成。 个典型的h 3 2 3 终端的功能型框图如图1 一l 所示 h 擀2 6 1 ，h 2 6 3 i 7接_ 音频编解码 收j 通网 秽j i | ( 9 设备j g 7 1 1 、g 7 2 2 j 。 缝卜 - _ g 7 2 3 、g 7 2 8f 1 7 h 2 2 5 0 层 p 龇栎o ：。用 g7 2 9 且 。 完成码流 络 1 2 0 等胁【义的复用和 系统拄制 解复用 fh 2 4 5 控制f 接 掣蛰l 。 f 呼叫杯滞4l h 卜 ih 2 2 5 0 【 口 i 删 华中并牛技起j ；硕士学位论文 h 3 2 3 的多媒体会议系统中的信息流包含视频、音频、数据和控制信息。 这螳信息流采用h 2 2 50 建议打包和传送，规定网络接门对h2 4 5 控制信道、 数据f 占道、呼叫佶令信道提供叮靠的端到端服务( 如t c p ) ：对音频、视频 和r a s 信道提供不可靠的端到端服务( 如r t p r t c p 、u d p 等) 。这些服务 可以是双工或是单工的，单播或组播一 h3 2 3 终端的视频编解码器必须支持h 2 6 l 的q c i f 格式；如能支持 h2 6 3 c i f 或更高分辨率格式，必须支持h 2 6 1c i f 格式；如能支持h 2 6 3 的终 端，必须也能支持h 2 6 3q c i f 格式。h 3 2 3 的视频通道可以是对称的或是不 对称的，可以是一个方向一条视频通道或是多条视频通道，使用h 2 4 5 中打开 关闭选择信道消息打开和关闭视频信道。对于分布式的h 3 2 3 系统，终端具有 m c 或m p 的功能，因而作为可选功能，终端具备视频复合和切换功能。 h3 2 3 会议终端的音频编解码器必须能够提供g 7 11 的语音编解码能力。 作为可选项，h 3 2 3 会议终端的音频编解码器也可以具有g 7 2 2 、g 7 2 3 1 、 g ，7 2 8 、g 7 2 9 和m p e ga u d i o 音频编解码能力。音频编解码器的选定是通过 h 2 4 5 能力协商实现的。对于分布式的h 3 2 3 会议系统，终端具有m c 和m p 功能因此作为可选功能，终端必须具备音频混合的功能。 h 3 2 3 会议系统的数据功能( 静止图像传送、文件传送、电子白板、应用 共享等) 基于t 1 2 0 系列的建议，h3 2 3 终端通过h 2 4 5 的打开逻辑信道、关 闭逻辑信道等消息建立一个或多个单向、双向的逻辑信道，在这些逻辑信道上 实现h 3 2 3 系统的全部数据功能： 在h 3 2 3 终端中h 2 2 5 0 在系统中的角色比较重要。它相当于h 3 2 0 系统 中的h 2 2 1 处理部分的层次，完成系统中所有码流信息( 视频、音频、控制信 令、m l p 、l s d 等数据) 的复用和解复用的功能。根据上层控制模块下发的 时隙表来完成数据的复用和解复用。 图l l 中我们还可以看到在h 2 2 5 0 和视频、音频模块问存在一个接收通 道时延的调整处理部分，该处理单元的引入主要是为了解决网络传输中的传输 时延，这部分就是我们下面将要阐述的b o n d i n g ( 绑定) 处理单元。 1 5 本文完成的工作 本文将着重阐述如何在实时操作系统平台下实现绑定协议的软件馍块设 的丁：作，并提出了一种新的传输软件模块的虚拟测试技术。 在本文的第二章，将着重对数据在 s d n 信道上的传输进行丁一定程度的 探叫，分析了月前f 输中存在的各种m 题同时引入了解决这类问题的力法： 采f jb o n d i n g 0 l ；t i 0 埘i s d n 的信道资源进行管理，建立起一个虚拟的传输通 道，同时简单介绍b o n d i n g 的部分概念，以方便随后的讨论 第乏章主要详细探讨rb o n d i n g 机制的慨念和实现方法，许阐述j 软 件结构框架以及具体实现。 华中科技大学硕士学位论文 第四章主要介绍软件的在嵌入式操作系统中的实现和软件的测试方法设计 与结果。 最后对全文做出总结并提出方法上的不足及成果上的改进。 华中科技大学硕士学位论文 2b o n d i n g 的结构和协议实现 2 1b o n d i n g 简介及其在i s d n 网络中的应用 b o n d i n g ( 绑定) 是英文单词b a n d w i d t ho nd e m a n di n t e r o p e r a b i l i t y g r o u p 的缩写，b o n d i n g 最初的引入主要是为了解决在n _ i s d n 上多个b r i 信道中进行数据传输时出现的时延差等问题，以实现向会议电视终端提供端到 端透明数据码流的目的，于1 9 9 3 9 提出，当时仅仅是一个建议；1 9 9 6 ， i s o i e c 将重新修订后的b o n d i n g 协议作为一个标准推出。由于该协议在设 计的结构体系上完全支持p * 6 4 k 5 6 k ( p = 1 一3 2 ) 的传输模式使得b o n d i n g 协议很适合在会议电视的传输通道中使用，因此在刚推出后不久就得到了国外 众多会议电视的生产厂商( 如v c o n 、p i c t u r e t e l 、以及p o l y c o m 等) 的支持 【7 l 【8 】 2 - 2 数据在i s d n 信道中传输存在的主要问题 2 2 1 传输时延 我们知道在一个会议电视系统中，主要的带宽资源用于传输视频数据；由 于会议电视需要实时的对会议画面进行刷新，因此处于通信状态中的两个终端 问进行交互的视频数据流量是非常大的；但是i s d n 网络中一个b 信道提供的 数据带宽仅仅为6 4 k ，在利用会议电视举行多点会议时，由于会议过程中存在 大量的视频、音频、及其它的用户数据( 如在线聊天、交互的图象数据演示、 会议过程中的文件传输等需求) ，因此在需要达到比较理想的会议效果的情况 下，往往在会议进行的过程中是需要同时占用多个b 信道资源来完成视、音 频等交互数据的传输任务的”“。 在传统的p t s n 中，一个可以用于传输数据的路由是在多个交换机间通过 电路交换的方式来为通信的双方搭建起固定的传输路由来建立的。因此在同时 需要多个b 信道用于数据传输的情况下，由于数据从发送端可能是经过了不 同的传输路由才到达接收端的，由于用于传输的各个b 信道是由不同的电路 交换路由组成的，因此这就不可避免的导致了在各个b 信道之间数据的传输 会出现不f 司的时延。这种由于传输途径的不同造成的传输时延差导致的直接后 果就是：发送端在某个时刻发送数据时被发送的数据在各个信道上是严格对齐 的，但是在接收端由于数据是经过不同的网络传输时延而导致数据在到达接收 端时就不再保持严格对齐的特性而可能出现数据参差不齐的情况，具体可以参 考图2 - 1 中的示例。我们知道【l 】多媒体通信终端的一个重要的任务就是将通过 不同传输途径获得的数据信息提取出来，构成一个整体的信息呈现在用户的面 前，使声音、图像、文字实现同步，并将同步后的信息送给用户。很显然，从 上面的_ 叙述我们不难看出：如果不对这种由于传输路由导致的时延差进行相应 6 华中科技大学硕士学位论文 的处理就直接将接收到的数据上传给接收端的高层数据处理模块，那么高层的 数据处理模块在不处理此类问题时就会因为时延差的原因导致接收端无法处理 接收到的数据，因为所有接收到的数据可能已经出现了错位的情况。在高层发 送的数据是经过帧格式处理后再发送的情况下，那么不经过时延调整的数据就 会因为数据时序的错位导致接收端接收到的帧结构出现错乱从而使得接收端无 法识别出发送端传来的有效的数据，这样将导致通信无法进行的局面。从图 2 - 1 中我们不难看到，在假定收发两端信道完全对应的情况下( 即不考虑信道 出现交叉的情况，这种情况我们将在2 2 2 中详细的讨论) 一一发送端的信道 n 和接收端的信道n 在物理上是连通的，此时如果以逻辑信道0 ( 在图2 1 中 该信道上传输了a 1 ，a 2 。等数据) 作为参考的基准信道时，那么经过网 络传输后，所有有效的逻辑信道间的时延差值就是0 ，一1 ，2 ，1 ，0 ，l ( 其 中一1 表示时序超前) 。 数据传输的方向( 不考虑信道顺序) 图2 - 1 数据在i s d n 网络中的传输时延示意图 2 2 2 传输顺序 在上面2 2 1 的讨论中我们仅仅谈到了数据在i s d n 网络传输中一个方面 的问题，下面来考虑另外一个方面的问题：数据在信道中传输后的信道顺序的 问题。我们知道”1 ，通信终端之间的信道连接对应关系是通过终端和交换机 之间通过q 9 3 1 和c c ( 呼叫控制) 在进行信令协商后建立的，这种建立的信 道连接映射关系完全是随机的，在每次呼叫后信道建立的映射关系都不一定是 相同的。如下图2 - 2 所示：如果发送端的信道0 和接收端的信道3 是物理连通 的，记为。一一 3 这样的话，我们就得到了两张物理信道映射表： 从发送端看的映射表从接收端看的映射表 0 一一 30 一一一 1 1 一一一 0l 一一一 5 华中科技大学硕士学位论文 2 一一一 3 一一一 4 一一一 5 一一 2 一一一 4 3 一一一 0 4 一一一 3 5 一一一 2 图2 2 数据在i s d n 网络中传输顺序示意图 尽管这两张信道映射表从表面上看起来似乎不相同，但是在观察实际表示 的信道连接关系的时候，我们就会发现两张表实际表示的是同一个信道连接关 系，只是观察的角度不同而已。具体的数据传输情况如图2 2 中示意，图中的 虚线表示了两端信道的实际连接关系，由于传输的两个方向的连接情况是基本 类似的，因此我们只需要考虑数据单向传输的情况就可以了( 在以后的附图 里，如果不加额外的说明的话，一般只考虑单向传输的情况) 。从图中我们不 难看到发送端的数据在经过交换网络的交换传输之后，两端的信道映射关系出 现了变化：发送端信道0 上的数据a j 被依次交换到接收端的信道3 上，这种 信道映射关系的变化意味着终端和终端之间所进行的数据传输并不是透明的： 本端物理信道1 上的数据并不一定就会发送到对端的物理信道l 上，具体数据 被交换到接收端的哪一个物理信道上完全取决于当时呼叫后信道的连接情况。 例如图2 2 中发送端信道0 上的数据就会被交换网络交换后传输到接收端的信 道3 上，发送端信道5 上送出的数据将被传送到接收端的信道1 上。很显然， 如果接收端不对信道顺序进行相应的调整就将接收到的数据直接进行处理的 话，无疑将面临处理大量的“错误”数据的情况，这种”错误实际是由于数据 的接收处理模块没有考虑列交换网络引发的时序问题造成的。 2 2 3 信道资源的动态管理和监控 在两个终端进行一次完整的交互过程中，需要占用的信道资源并不是一成 不变的。真正可以使用的信道资源数量完全取决于当前交换网络的拥挤状况和 系统资源空闲情况以及通信双方的线路状况( 线路是否可用、线路是否已经激 活等) 。在交换网络资源充足的时候，通信终端向系统申请传输数据的所需要 华中科技大学硕士学位论文 的信道数目的要求一般是可以得到满足的，具体就表现在终端向交换网络发起 的对目地端的某个信道的呼叫，交换网络一般都能回送呼叫成功的 c o n n e c t 消息。然而在实际的环境中，往往莉? 在着各种因素可能导致某次 呼叫的失败：如无到达终点的路由、网络故障、终点类型不匹配等等。由于本 次呼叫过程中有少数信道会出现呼叫失败的情况，致使实际可用的信道资源数 目m 低于设想的信道资源数n 。这样一来，呼叫的发起端就不得不面临着这 样一个选择：1 ) 终止本次呼叫的过程。2 ) 在实际可用的信道资源数目少于预 期的情况下，将该信息告知相关模块，同时放弃呼叫失败的信道，以低速率人 会。第一种选择可以保证入会后的画面质量、语音质量，使得会议达到比较好 - 的效果，但是这是以降低了人会率为相应代价的。由于实际环境中影响线路的 因素很多，认为一旦存在某些信道无法呼通就放弃入会的这种选择可能会严重 地影响到用户的情绪。以较低速率入会的选择相对来说好一些，这是因为首先 这种呼叫策略保证了很高的入会率( 除非所有线路都不可用才会放弃呼叫) ， 尽管由于可用信道数目减少，可能会影响到图像的质量和会议的效果，但是在 实际的使用中我们发现：在会议画面中活动因素不太多的情况下，采用一些较 好的图像编码策略仍然可以保证提供给与会者一个较好的画面质量效果。 此外，即使在终端入会后，信道资源数目也是可能会产生变化的。例如在 会议进行过程中某个终端上部分线路突然出现问题导致临时故障；或者是由于 交换网络的原因( 某些交换机从出于保护自身的安全因素出发，在负荷很重的 情况下，可能会采取挂断某些通信中的信道以降低自身负荷的策略：或者是交 换网络在某些线路过分拥塞的情况下，可能会对其中的部分线路进行选择性的 调整，将部分空闲的线路资源与之对调，以改善局部“过热”的状况。) 而导 致信道状况的变化；由于入会前的部分线路出现了临时故障而导致实际是以低 速率人会的，在入会之后，完全可以采取相应的策略，在入会之后采取设定定 时器的方式在开会的过程中每隔一定的时间对那些入会前呼叫失败了的信道 重新发起呼叫，以试图呼通这些信道来恢复原来会议要求的线路速率，我们称 之为自动升速。当然，对入会后线路出现了故障，引起很高的线路误码而导致 终端画面显示或者声音不正常的情况，也可以采取相应的策略，强行挂断这些 不可靠的信道，以保证其它信道的正常通信，对这种情况，我们称之为自动降 速。当然自动降速的过程在入会前的呼叫过程中也是可以存在的，我们在前面 谈到的低速率入会的情况就包含了自动降速的过程“”“”1 。 2 3 问题的解决办法 2 3 1b o n d i n g 模块的引入和相关模块的层次关系 从我们在面对各种问题的分析中可以看到，由于存在着传输时延、传输 信道的峨序以及信道资源动态变化等等问题，这就要求我们在设计一个会议电 视终端时必须考虑到这些问题，同时对终端上的软件体系进行合理的规划。在 9 华中科技大学硕士学位论文 一个典型的h 3 2 0 会议电视终端中，大致存在以下几个重要的软件模块：图像 编解码模块、音频的编解码模块、完成数据码流分离和复合的h 2 2 1 模凿：，完 成人会后能力集( 能力集主要是指对视频、音频、l s d 、h s d 、h m l p 等 码流速率的分配) 协商的1 - 1 2 4 2 模块以及i s d n 模块( 包括q 9 2 1 、q 9 3 1 、 c c ) 等模块，这些模块之间的层次关系参见图2 - 3 ( 图中蓝线表示输出的毋流 流向，红线表示输入的码流流向) 。 图2 3h 3 2 0 系统中主要软件模块间的层次关系 从图中我们可以很清楚地看到，在一个典型的h 3 2 0 系统的终端设备中， h 2 2 1 模块处于码流的枢纽地位上”1 ：所有的视频、音频、以及会议控制码流 等数据全部需要经过h 2 21 模块根据h 2 4 2 下发的时隙表对数据进行分类打包 处理之后才能送上真正的物理传输线路，再经过交换网络的传输之后，由接收 端的h 2 2 1 模块将接收到的数据码流进行相应的反处理( 包括h 2 2 1 帧格式的 检测、c r c 的校验等，同样按照h 2 4 2 下发的和对端匹配的时隙表进行相应的 数据解包处理等) ，最后将解包出来的码流按照数据类型分类，最后再分别送 给不同的数据接口模块供进一步的处理。需要说明一点的是h 2 2 1 模块对于当 前可用的通信物理线路的数目是通过i s d n 模块以消息的方式来告知的。 在本章前面三个小节中我们已经详细的讨论了数据在经过物理线路传输后 可能出现的种种问题，显然可以得出一个结论：我们刚才对图2 3 中的数据流 向的流程介绍是不够完备的。这是因为接收端的1 ：1 2 2 1 模块根本就不可能将从 物理线路上接收到的数据直接进行相应的处理，因为此时交换网络的传输过程 对于两端的h 2 2 1 模块并不是完全透明的，也就是说从发送端发出的数据在不 进行任何“预处理”的过程之前，数据的格式是不可预料的。因此在图2 3 中 还需要增加这样的一个模块：能够对传输中引发的问题进行预处理，将处理之 后的码流( 此时处理后的输出码流和发送端在以前的某个时刻n 时送出的数 华中科技大学硕士学位论文 据码流是完全一致的) 再传送给h 2 2 1 模块供h 2 2 1 模块进行码流的分离处 理，具体的层次关系请参考图2 - 4 。 图2 - 4 码流预处理模块的引入及其在数据流程中的位置关系 2 3 2b o n d i n g 模块引入的意义 图2 - 4 中清楚的显示出我们所需要的预处理模块的功能作用：将数据经过 实际物理线路传输后引发的所有问题屏蔽掉，为终端问进行数据通信提供一个 完全私有化的、完全透明的数据传输管道，完成在两端的h 2 2l 模块之间实现 端到端数据的透明传输的功能，我们把这个预处理的过程称之为b o n d i n g ( 绑定) 过程。b o n d i n g 模块的引入使得终端对信道的控制能力大大增强， 而且可以动态的监控信道资源的变化情况，并及时将变化传递到其它相关的模 块。同时由于b o n d i n g 模块的引入，也在很大程度上减少了h 2 2 1 模块的任 务，使得h 2 2 1 模块可以不用考虑数据传输的问题，集中精力解决码流的复合 和分离的过程以及和其它相关模块的接口关系，降低了h 2 2 i 模块的接口复杂 度，提高r 整个终端系统的软件稳定性和控制的灵活性，使得整个软件的体系 框架更加趋于合理，也更加有利于系统软件将来的维护工作。尽管在某种策略 下可以使用h 2 2 1 的帧结构来调整网络的传输时延，但是由于h 2 2 1 帧结构的 内在的限制使得h 2 2 1 模块对网络时延的调整能力极为有限，在实际的环境 中，h 2 21 帧最大只能调整4 0 个传输字节的时延，因此利用绑定模块来满足能 够对大范嗣的时延进行调整的要求也是引入的目的之一“”“”。 华中科技大学硕士学位论文 由于b o n d i n g 模块和h 2 2 1 模块之间除了必不可少的很少一部分消息接 口之外，主要是数据流接口。因此，这样的设计e j 的能大大降低模块之间的耦 合度，提高模块之间的相对独立性，有利于软件模块将来的独立升级。从一定 的角度上来说，也部分的体现出了对数据分层处理的设计思想。 2 4b o n d i n g 处理层的结构和各功能单元的作用分析 从2 3 节讨论中可以总结出绑定模块需要完成的两个最重要任务：1 ) 实 现对网络时延的调整2 ) 实现对网络信道顺序的调整。为了实现这两个任务， 绑定模块需要在数据的发送和接收端各自加入相应的处理单元来实现相应的功 能。在数据的发送端：加入逻辑信道到物理信道的映射，这样的处理可以保证 上层的h 2 2 1 模块不用关心和具体呼叫相关的信道连接关系以及数据在信道中 传输的具体细节，这一切将由绑定负责将具体连接的物理信道和逻辑信道进行 关联的映射，使得h 2 2 1 在发送数据时只需要简单的将数据按照逻辑信道的顺 序发送出去，具体的转换工作由绑定负责实现。在接收端，绑定在接收到物理 层上报的数据之后，根据呼叫时信道的连接关系和绑定协商过程中测定的各个 信道上的实际物理时延对接收到的数据进行相应的时延缓冲调整和信道的逆映 射。进行信道逆映射的目的是使得发送端逻辑n 信道上的数据能够被重新定 向到接收端的逻辑n 信道上，时延调整的目的是使得发送端同一时刻发送的 数据在经过网络延迟后，由接收端的绑定模块根据具体的网络时延值对接收到 的数据进行时延逆调整。简单说来，时延逆调整的目的是负责将被网络延迟了 的数据全部“拉平”，使得经过绑定处理后的数据是完全对齐了的数据，不再 有任何时延和信道顺序的问题，从接收端的h 2 2 1 来看，数据好像是从发送端 的h 2 2 1 直接传送到了接收端的h 2 2 1 层，也就实现了数据的传送和具体网络 无关的目的。b o n d i n g 层实现的作用可以参考图2 - 5 中的示意，如图中所 示，我们假定呼叫在建立物理信道的时候的连接关系和时延值如下所示： 本端远端单向的绝对网络时延值单向的相对网络时延值 0 一 52 2+ 0 1 一一 02 0 2 2 一一 32 3 十l 3 一一 12 4 + 2 4 一 22 2 + 0 ( 基准) 5 一一 42 1 1 一一 1 2 华中科技大学硕士学位论文 发送端 接收端 h 2 2 1信道映射交换网络信道映射时延调整前日拯i 调整后h 2 2 1 0a 3 a 2 a 1a 3 a 2 a 1a 1 a 3 a 2 a 1 旦厂r 一、r 1 冀 b 5b 4 8 3b 3 8 2 8 1+b 1 2c 2 c 1 。 _ c 3 c 2 c 1 c 1 3 d 1o 。 d 3 d 2 d 1 d 1 1 3 8 8 2 8 1 葵 2 二= ，夕 4 e 3 e 2 e 1 e 3 e 2 e 1_ -e 1 c 3 c 2 c 1 d 3 d 2d 13 e 3 e 2 e 1 4 f 3 f 2f 1 5 5 7 n f 4 f 3f 2+f 3f 2f 1 +f 1 一 绑定处 l j 丢 图2 5b o n d i n g 在网络中的层次和作用示意 根据前面的假