基于混合模式的桌面共享机制的实现策略

张　龙，耿小峰

（1.西安欧亚学院 信息工程学院，陕西 西安　710065；2.西安融科通信技术有限公司，陕西 西安　710100）

基于混合模式的桌面共享机制的实现策略

张龙1，耿小峰2

（1.西安欧亚学院 信息工程学院，陕西 西安710065；2.西安融科通信技术有限公司，陕西 西安710100）

桌面共享作为目前视频交流的一个重要策略广泛应用在视频电话会议通讯方案中。然而高消耗的CPU问题、带宽费用等依然是桌面共享存在的关键问题。基于提高CPU利用率，降低对网络带宽的要求，提升视频通信的质量，本文提出了分布式和集中式结合的混合模式选择策略，并进行了小规模的测试，测试结果显示有效地提高了CPU的利用率，尤其是对网络带宽的要求有效降低，在1 Mb带宽的网络环境下已经可以满足视频会议中桌面共享、应用程序共享的要求并且收到了良好的通信效果。

视频会议；桌面共享；混合模式；分布式；集中式

目前，视频会议系统可以提供桌面共享、应用程序共享的功能，即桌面共享者客户端将其屏幕信息采用钩子技术获取后，通过指定编码技术将数据压缩后传至会议服务器或其他与会者客户端。其中，若是通过会议服务器模式，则服务器通过组播将信息分别派送到其他与会者客户端用于显示。虽然学术界、技术领域提出了一些优化的方法和技术，如通过高压缩比的编、解码算法、区域比对传输算法等，也有学者通过部署代理服务器的方法，通过组播以满足高并发容量的需求。但是这些技术或方法更多是通过牺牲CPU换取减小带宽的目的。虽然某种程度上解决了一些问题，但也暴露出一些缺陷，如通过高压缩比的编、解码技术会给客户端带来较高CPU消耗，若是通过代理服务器模式会存在硬件成本和带宽费用的提高。如何在服务规模和成本中寻求合理解决方案一直是学术界、技术界努力探索的问题。

1　相关技术介绍

本设计目的是提供一种基于混合模式实现桌面共享的系统及方法，其采用分布式和集中式混合的模式，可解决现有桌面共享存在的上述技术问题。

基于混合模式实现桌面共享的系统，包括共享者客户端、ICE（Internet Connectivity Establishment，即互动式连接建立）服务器、Reflector服务器、多个观察者客户端［1］：

1）共享者客户端是桌面数据信息提供者，它借助ICE服务器和观察者客户端建立P2P（peer-to-peer，即点对点）连接，然后通过UDP协议将桌面数据直接发送给多个观察者客户端。在无法建立P2P连接的情况下，共享客户端也可通过ICE服务器的透明转发机制将数据采用UDP协议发送至观察者客户端［2-3］；

2）ICE服务器是通过ICE协议实现客户端之间P2P的建立，同时在无法建立P2P连接情况下，承担数据透明转发的任务［2-3］，ICE工作原理如图1所示；

3）Reflector服务器是通过组播技术完成信息的组播功能，桌面共享者通过反向连接到Reflector上，此时Reflector充当观察者的角色，即从共享者端获取数据，同时其他观察者也相继连接到Reflector上向其请求数据，Reflector根据各个观察者的编、解码能力及请求内容逐一转发共享者桌面数据，从而完成桌面共享的目的。其中为了同时支持多个会议服务的目的，Reflector服务器引入了Pub/Sub（出版/订阅）协议，该协议是配合Reflector组播完成具体会议桌面信息的组播服务的，即桌面共享者通过创建会议主题，其他观察者通过订阅该主题，从而完成信息转发归属到特定会议中。其中共享者客户端通过Reflector服务器与其余一个或多个观察者客户端之间采用TCP协议进行通信［2-3］。

4）观察者客户端在接收到共享者的桌面数据后，进行解码处理，然后将其数据信息展示在显示部分［2-3］。

图1　ICE工作原理Fig.1　The working principle of ICE

2　实现策略

2.1关键技术

根据通信双方防火墙规则和业务需求采用分布式模式或集中式模式进行通信，关键点是排序技术，排序算法的依据根据目前的防火墙技术破解的难易程度和业务需求排序，再将两者进行加权求和打分，按照分数高低进行分类，1表示分布式，2表示集中式，系统架构如图2所示，图2是桌面共享系统架构图，其中，桌面共享者和观察者可根据双方的NAT类型（Symmetric/Cone）以及防火墙规则（允许/禁止UDP分组），选择UDP或TCP协议进行通信。采用UDP协议时，ICE服务器负责P2P打洞和UDP分组的透明转发；采用TCP协议时，Refelctor服务器负责从共享者端主动读取桌面内容，然后再根据观看者的带宽自适应地调节要同步的桌面内容后发送给观察者。客户端可根据NAT/Firewall的实际情况，自动地选择合适的工作模式。此外，使用桌面共享功能时，系统允许分布式和集中式两种工作模式并存。

2.2架构功能模块

1）ICE（Internet Connectivity Establishment，即互动式连接建立）协议处理模块

ICE协议模块主要是为了客户端之间实现P2P（peer-to-peer，即点对点）连接，其中通过使用多种协议及网络连接机制，如 STUN （Simple Traversal of UDP Through NATs——STUN），TURN（Traversal Using Relay NAT——TURN），ICE可以了解到客户端所在网络结构以及这些设备可以实现通信的各类网络地址［4-5］。ICE的基本流程分两个步骤，第一步就是收集各种类型的地址，第二步就是将本地和远端的地址进行配对、排序，然后执行连通性检查。

2）Reflector组播处理模块

Reflector组播处理模块主要是完成信息的组播功能，桌面共享者通过反向连接到Reflector模块上，Reflector充当观察者的角色，即从共享者端获取信息，同时其他观察者也相继连接到Reflector上向其请求信息，Reflector根据各个观察者的编、解码能力及请求内容逐一转发共享者信息，从而完成桌面共享的目的。

3）Pub/Sub（出版/订阅）协议处理模块

Pub/Sub协议处理模块是配合Reflector组播处理模块完成具体场合桌面信息的组播服务的，其中桌面共享者通过创建会议主题，其他观察者通过订阅该主题，从而完成信息转发归属到特定会议中。通过这种方法便可以实现Reflector组播处理模块同时为多个会议服务的目的［6］。

图2　系统架构Fig.2　The system architecture

2.3具体实现

系统分为客户端和服务器两种角色两部分，下面分别描述一下桌面共享功能的客户端和服务器端的基本流程：

1）客户端

步骤1：获取服务器配置，客户端启动桌面共享功能后，首先通过桌面共享模块设置接口将服务器的地址信息传给该模块，包括ICE和Refelctor两个服务器的地址及所使用协议等；

步骤2：登陆ICE服务器，桌面共享模块登陆接口尝试登陆ICE服务器，若登陆失败，则表明用户的防火墙规则可能禁止UDP分组，因此只能采用集中式模式。从而转到步骤3。若登陆成功，则即可以采用分布式模式或采用集中式模式。这个取决于通信双方防火墙规则和业务需求；

步骤3：登陆Reflector服务器，客户端登陆接口通过TCP模式连接到Reflector服务器；

步骤4：启动共享者，客户端通过桌面共享模块共享者启动接口创建桌面共享，并通过消息形式广播给所有观察者，消息内容可分为2种，若共享者支持分布式模式，则消息包括共享者自身本地地址、NAT地址和Relay地址。若共享者不支持分布式模式，则消息为reflector服务器地址；

步骤5：启动观察者，观察者在收到共享者广播过来的消息后，首先调用桌面共享模块观察者启动接口以便启动观察者桌面共享模块，接着根据共享者和观察者双方的防火墙情况自动选择合适的工作模式；

步骤6：结束共享，当共享者或观察者结束共享时，可主动关闭与对端或者Reflector服务器的连接，其中一旦所有与会者结束桌面共享服务，则Reflector即可结束该会议的主题会话，以便释放资源；

2）服务器

步骤1：启动ICE服务器，实时接收和处理客户端端请求，协助客户端完成穿墙打洞的工作；

步骤2：启动Relector服务器，实时监听和处理客户端连接请求，其中无论共享者还是观察者，在连接Reflector服务器成功之后，首先向服务器发送创建或订阅VNC会话的请求。Reflector服务器根据上述信息可以将与会者组织到同一个VNC会话中，并通过号码和类型来区分与会者的身份。

图3　文档共享Fig.3　Document Share

3　实验应用

基于本文提出的方法，设计了“融科”视频会议系统（RK-VC），在进行测试时，首先启动ICE［7］服务器，实时接收和处理客户端端请求，再启动Relector服务器，实时监听和处理客户端连接请求，等待共享者或观察者的连接；然后客户端的共享者或观察者在浏览器输入服务地址进行登录连接，客户端登陆接口通过TCP［8］模式连接到Reflector服务器，共享者客户端通过桌面共享模块启动接口创建桌面共享，并通过消息形式广播给所有观察者，观察者在收到共享者广播过来的消息后，首先调用桌面共享模块观察者启动接口以便启动观察者桌面共享模块，接着根据共享者和观察者双方的防火墙情况自动选择合适的工作模式，测试的部分界面如图3所示为文档共享测试。

目前实现了音/视频交互、文字交流、文档共享等桌面共享的交互手段。通过实际应用测试，基于混合模式的桌面共享机制有效改善CPU的利用率，提高了在有限带宽条件下远程桌面共享交互时的通信效果。

4　结束语

本文提出了一种分布式和集中式结合的混合模式选择策略，特点主要有以下两个：

1）通过出版订阅的模式解决了单服务器同时为多个会议服务的难题，同时通过服务器的组播极大减轻了共享者客户端的带宽消耗和CPU压力。

2）本设计允许分布式和集中式两种桌面共享工作模式并存，可根据带宽、服务器硬件条件自适应地选择合适的桌面共享工作模式，从而保证在有限硬件资源下进行大规模的桌面共享服务，也允许根据使用场景进行灵活配置。

经过小规模的远程视频通话测试，测试结果显示有效地提高了CPU的利用率，尤其是对网络带宽的要求有效降低，目前在1 Mb带宽的网络环境下已经可以满足视频会议中桌面共享、应用程序共享的要求并且收到了良好的通信效果，目前正在进行公网大规模测试，预期效果良好。

［1］杨建英.基于VNC的桌面共享冲突解决机制的研究与实现［J］.计算机应用与软件2011，（5）:229-231.

［2］杨建英.基于P2P和VNC的测井解释协同平台的研究与实现［D］.济南：山东科技大学，2010.

［3］孙一波，刘菁.大规模视频会议中的多人桌面共享系统的设计与实现［J］.微计算机信息，2005（14）:139-141.

［4］姚玉姝，陈宏亮，李晓珊，等.教师桌面发布与共享实验教学软件的设计与实现［J］.科技广场，2011（5）:103-106.

［5］罗峰.基于P2P和网络编码的远程桌面共享［J］.重庆邮电大学学报（自然科学版）2007（4）:454-457.

［6］刘波涛，王艳春.无纸化会议系统在局域网多媒体电子会议中的应用［J］.中国新技术新产品，2010（5）:42.

［7］宋职政，羊彦，孟超普.基于ICE2PCS01的有源功率因素校正的电路设计［J］.电子设计工程，2013（7）:98-100.

［8］张雅琼.基于NS2模拟软件的TCP协议实验设计［J］.电子设计工程，2013（9）:27-29.

The implementation strategy of mixed mode based on desktop sharing mechanism

ZHANG Long1，GENG Xiao-feng2
（1.Information Engineering School，Xi'an Eurasia University，Xi′an 710065，China；2.Xi′an RongKe Communication Technology Co Ltd，Xi'an 710100，China）

Desktop sharing is an important strategy in video communication is widely used in video conferencing communication scheme.However，CPU，high bandwidth costs is still the key problem existing desktop sharing.Based on the improved CPU utilization rate，reduce the demand for network bandwidth，improve the quality of video communication，this paper presents a hybrid mode selection strategy combined with the distributed and centralized，and the small scale test，test results show that can effectively improve the utilization rate of CPU，especially the demand for network bandwidth is reduced effectively，in 1Mb the bandwidth of the network environment can satisfy the desktop video conferencing in sharing，application sharing and received better communication effect.

video conference；desktop sharing；mixed model；distributed；centralized

TN99

A

1674－6236（2016）05-0142-03

2015-04-19稿件编号：201504209

张 龙（1977—），男，陕西西安人，硕士，讲师。研究方向：软件工程。