基于OSPF和BFD的河南电力高清视频会议规划

2014-09-18王志敏

电视技术 2014年15期

关键词：视频会议高清路由

王志敏，谢波

(1．国网河南省电力公司濮阳供电公司，河南濮阳457000;2．国网河南省电力公司信息通信公司，河南郑州450052)

随着高清图像、视频、网络技术的发展，传统的模拟表情视频会议系统正逐步被逐渐成熟的高清视频会议替代。基于河南电力通信骨干传输专网的高清视频会议系统的建设，能够更好实现视频会议、应急调度指挥、运营监控协商等，从而更好服务于电力生产。

对高清视频会议组网而言，网络故障是不可避免的。高清视频会议业务属实时业务，对高清视频会议组网路由协议和多路由保护机制进行研究和规划，能够有效解决路由中断对视频会议实时业务的影响［1］。

1 一体化高清视频会议网络构成

1.1 通信骨干承载网组成

国网河南省电力公司电力通信骨干传输网络包含河南电力通信传输一平面(采用ECI设备组网)、河南电力通信传输二平面(采用华为设备组网)。传输网络一平面、二平面独立运行，均覆盖河南省公司、18个地市公司以及河南省内所有500 kV、220 kV变电站，主环带宽为10 Gbit/s，接入网带宽为2．5 Gbit/s。电力专网为河南省电力公司高清视频视频会议的组网提供带宽支撑，也为基于OSPF和BFD的高清视频会议组网提供先决条件。

1.2 高清视频会议组网

国网河南省电力公司行政高清视频会议系统采用树状结构，覆盖河南省公司、18个地市公司、10个二级机构

及107个县级公司，如图1所示。

在省公司设置主、备2套MCU和2个高清视频会议终端，2个终端分别接入省公司主备MCU。在18个地市公司分别配置1套从MCU和2个高清视频会议终端，从MCU与省公司主MCU级联，其中1个终端通过接入地市公司从MCU，另1个终端接入省公司备用MCU。每个二级机构配置2个高清视频会议终端，分别接入省公司主备MCU。每个县级公司配置1个会议终端，接入地市从MCU。

主会议系统使用基于OSPF和BFD技术的MSTP网络独立成网，备用系统直接联接信息MPLS网络，在信息广域网配置会议系统专用VPN通道。

1.3 传输与高清视频会议互联带宽需求

高清视频会议对网络带宽要求较高，经过调研和实际中反复测试，由于市公司作为一级汇聚点，承载其所管辖的县公司，故省－市互联使用的河南电力通信SDH承载网络，带宽为4 Mbit/s。地市和县局之间传输使用带宽为2 Mbit/s。

2 OSPF路由和BFD在高清视频会议组网中应用

2.1 开放最短路径优先(OSPF)在组网中应用

开放式最短路径优先 (Open Shortest Path First，OSPF)作为内部网关协议一般在单一自治系统使用［2］。

国网河南公司在高清视频会议系统组网中，河南省公司、18个地市公司、10个二级机构及107个县级公司作为一个自治系统，接入国家电网公司全国高清视频会议组网中。在河南公司AS中，每个地市(含县公司)和二级机构作为自治系统中独立的区域(Area)。当某个区域(即市公司或直属单位)中的某条链路状态发生变化时(例如某个地市的县局中断)，仅此区域中路由器重新计算路由表，其他地市只需修改其路由表中的相应条目。同时，每个区域中组播消息报文仅控制在该区域。OSPF作为一种标准的内部网关协议，所有路由设备厂家均支持，方便高清视频会议组网后期增容，扩展性强。

2.2 双向转发检测协议原理

双向转发检测BFD(Bidirectional Forwarding Detection)可以快速监控、检测组网中链路运行状况。当出现通信故障时，能实现快速检测并切换至备用通道恢复链路通信。通常采用检测方法有硬件检测［3］，通过硬件设备的告警(如传输设备SDH系统告警)迅速检测链路硬件上的故障。当硬件检测不具备条件时，设置发送端协议中Hello报文定期发送，接收侧将通过Hello报文的完整性进行检测和处理。

BFD在2台路由器上建立会话，用于监测2台路由器间的双向转发路径，为上层协议服务。通过被服务的上层协议建立会话，如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障，通知被服务的上层协议，上层协议进行相应的处理。工作机制如图2所示。

2.3 BFD在高清视频会议组网应用必要性

图2 BFD工作机制

高清视频会议系统通过对音频、视频信号进行实时传输，使得每个会议室的会议参与者在参会现场可以进行面对面、感官真实的交流和沟通。在高清视频会议系统里采用的网络通信协议包括H．323、SIP等协议。使用这些协议时，在发送端，高清视频会议系统的视频包和音频包都封装在实时传输协议(RTP)中，通过UDP协议的Socket模式传送至接收端。因此，基于UDP的高清视频会议业务没有握手协议，无法对业务是否到达目的地进行确认。

高清视频会议网络对端到端性能提出了更高的需求。现有路由协议开放最短路径优先协议OSPF和中间系统—中间系统协议IS－IS(Intermediate System－Intermediate System)的路由收敛时间在几秒到几十秒之间。OSPF广泛应用于大、中、小型网络的IGP协议，ISIS是一般应用于大、超大型网络的IGP协议。国网河南省电力公司省—市—县一体化高清视频会议网络作为专网大型网络采用OSPF，既能满足网络需求，也能满足成本需求。

路由协议在收敛过程中，路由不可达时将导致分组丢失，影响网络应用，难以满足延时和抖动、及敏感服务的需求。基于河南省电力公司通信传输一网络(ECI，图中B线路所示)和二网络(华为，图中A线路所示)高清视频会议省－市规划如图3所示(以省公司—濮阳供电公司为例)。

图3 传输网络和会议电视设备对接拓扑

如图3所示，视频流从省公司主MCU到濮阳公司主MCU，可以经由A，B两条独立路径、独立设备的路由。视频流通过发送端和接收端的一个UDP的Socket对来进行承载。当路由稳定时，假设OSPF A路由权值高，为主用路由，视频流UDP包均从A线路发送，当A线路临时出现故障时，OSPF网络的收敛时间为10 s(假定)，UDP数据包此时无法确定路由，从A，B两个线路均发送包，但却不对对端是否收到进行确认。A，B两个线路的延迟是不一样的，可能出现序号为1，2，3的包从 A 发送，4，5，6的包从B发送，假设B的延迟短，到达速度快，此时在地市公司的MCU和路由器端无法对UDP包进行重排和确认，就出现视频流解析出的图像乱码，并中断。

因此，在A，B双路由中，加入BFD检测，BFD检测到故障的时间远小于OSPF协议收敛的时间，利用BFD探测包来实现对链路的检测，当A线路出现故障时，尽快切换至B线路，不存在A，B两个线路同时发送数据包的情况，因此视频流在接收端中断的时间大幅度减少，视频会议也不会中断。

3 BFD和OSPF分布式网络规划

3.1 基于BFD和OSPF的一体化网络规划

如图4所示，国网河南省电力公司省公司节点被设置成OSPF协议中的主干区域0，其他18个地市公司分别代表不同的区域，不同的区域Area通过两条不同的传输设备路径接入Area 0。

图4 省—市—县一体化OSPF组网

在一体化网络中，每个区域的核心交换机在两个独立的转发卡上面都建立“候命”BFD会话。在转发卡上面具有2个聚合链路。完成聚合链路后，将根据OSPF网络中cost权值进行活动和备用BFD会话的选取，活动BFD会话进行BFD报文的收发。如果聚合链路中收发报文的物理链路出现故障，活动的BFD会话会自动切换到另外一个可用的链路，减少人工控制。系统在核心交换机上唯一缺陷在于增加额外的开销，独立分步在每个转发卡上面，用于创建“候命”和活动BFD会话［4］。