面向并發服務的流媒體訪問控制技術研究

采用單播、廣播和組播可以減輕服務器負擔，也能提高并發數。組播的多點投遞方式，使所有機器能夠接收每個分組的同一拷貝減少了資源浪費。而常規的點對點通信方式下，N個視頻站點的視頻傳輸至少要重復發送N-1次相同的數據包，發送時延大，而且隨著播放站點數量增長，時延就會迅速增長，這樣就不能適應要求短時延的多點視頻傳輸。

1.3 基于實時傳輸的協議機制

由于TCP需要較多的開銷，它的重傳機制和擁塞控制機制（Congestion Control Mechanism）不可避免地產生了傳輸延時和占用了較多的網絡帶寬，故不適合傳輸實時視頻音頻。在視音頻的流式傳輸實現方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，用RTP/UDP來傳輸實時聲音數據。

實時傳輸協議RTP（Real-time transport protocol）[4]是用于internet上針對多媒體數據流的一種傳輸協議。RTP被定義為在一對一或一對多的傳輸情況下工作，其目的是提供時間信息和實現流同步。通常利用低層的UDP協議對實時視音頻數據進行組播（Multicast）或單播（Unicast）,從而實現多點或單點視音頻數據的傳輸，當然RTP也可以在TCP或ATM等其他協議之上工作。RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，而是依靠RTCP提供這些服務保證實時傳輸的操作。

實時傳輸控制協議RTCP(Real-time transport control protocol)和RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務。在RTP會話期間，各參與者周期性地傳送RTCP包。RTCP包中含有已發送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料，因此，服務器可以利用這些信息動態地改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTCP是RTP的控制協議，RTP和RTCP配合使用能以有效的反饋和最小的開銷使傳輸效率最佳化，因而特別適合傳送網上的實時數據。

RTCP單獨運行在底層協議上監視服務質量并與會話者傳遞信息，RTCP是由接收方向發送的報文，它負責監視網絡的服務質量、通信帶寬以及網上傳送的信息，并將這些信息反饋給發送端，并提供QoS的檢測，提供不同媒體間的同步信息和會話參與者的標識信息。

基于事件處理的多線程多緩沖區機制顯得更勝一籌。但是當在廣域網中進行視頻數據傳輸時，此時的傳輸性能極大地取決于可用的帶寬，由于TCP是面向連接的傳輸層協議，它的重傳機制和擁塞控制機制，將使網絡狀況進一步惡化，從而帶來災難性的延時。同時，在這種網絡環境下，通過TCP傳輸的視頻數據，在接收端重建、回放時，斷點非常明顯，體現為明顯的斷斷續續，傳輸的實時性和傳輸質量都無法保障。相對而言，采用RTP傳輸的視頻數據的實時性和傳輸質量就要好得多。

2 并發服務的任務調度策略

面對越來越巨大的流應用需求，系統必須擁有良好的可伸縮性。隨著業務的增加和用戶的增多，系統需要靈活地增加現場直播流的數量，并通過增加帶寬集群和接近最終用戶端的邊緣流媒體服務器的數量，增加并發用戶的數量，不斷滿足用戶對系統的擴展要求。

通常情況下一個視頻流的播放準備需要的準備時間是比較長的。按照進程方式提供服務的話，如果不斷接收到客戶的請求，同時又不斷地創建子進程處理，必然會影響客戶的接收，其服務器并發數也大打折扣。因此，采用“預創建（prefork）”技術可以緩解這種情況的產生。服務器事先創建一定數目的子進程，每個子進程分別接受連接隊列中已建立連接的客戶連接。這樣，就由子進程快速響應并處理客戶請求。

并發與調度密切相關，如何分配任務給 CPU、如何調度任務直接影響到效率和可行性。效率較高的并發方法之一是“多線程”，也就是“線程化”。但線程化并不是唯一的并發構造，它的實現依賴于資源的可用情況并有一定的局限性。文獻[5]中提到了多種可行的并發應用模型，除線程化外，還有多處理、協同例程和基于事件的編程，以及連續（continuation）、生成器和其它一些構造。

調度的任務就是合理劃分時間片和循環執行各個線程，并能有效地監測線程阻塞和消除。每個線程都占用一部分CPU時間片，每個時間片上一個線程運行，另一個時間片又可能是另外的線程在工作。

根據視頻流的傳送要求，并發服務的優先級調度方式不適合專用于視頻服務的工作，這會造成優先級高的視頻流強占低優先級的視頻流服務。因此，為了達到每個視頻流服務的公平性，采用帶有可變加權的循環調度。其循環順序由申請服務的先后次序決定，以服務的時延最小進行調整控制，實現各個服務的最小允許延遲保證優質服務。

3 實現方案與測試驗證

并發操作在同一時刻能夠處理多個客戶請求，從RTP/RTCP協議使用的角度來說，其實現方法也有多種，如服務器對每個接收到的客戶連接創建一個線程處理；或者預先創建多個線程，由這些線程處理請求。

當然，使用多處理硬件更能較好地實現多任務的并發操作，特別是對于Linux使用多個處理器處理不同的線程時，并發效果要好的多。值得注意的是防止多個線程在單個處理器上造成瓶頸，而其它處理器卻處于空閑狀態，當然其它并發方法有時也會造成類似的問題。這方面有賴于操作系統的性能，對Linux 2.4來說其缺省的“內核線程”可以很好地調度線程，并將這些線程分配給不同的CPU。

3.1 實時傳輸的信息控制

線程建立通信連接關系后，根據RTP提供的時間信息實現流同步，通過RTCP反饋的信息進行數據流控制并動態調整傳輸率，保證數據延遲符合預定要求。

服務器監聽端口，根據實際客戶請求量確定請求隊列的允許最大連接數目。

accept(客戶請求)

｛ 提取并分析請求隊列中的某一任務；

尋找具有相同視頻信號標志的任務，使用組播技術設置ip地址由子進程處理播放；否則后置單位時間St。處理時間St的任務(Proc_Client())。｝

while(客戶機與服務器成功連接——成功返回通信文件描述符)

{ CreateThread() //創建線程

{ 讀出當前時間，并將當前時間寫入通信文件描述符；

比較RTCP中資源信息與現有資源的差異，調整數據包發送大小和發送速度；如果子進程的數據傳送完，則關閉通信文件描述符；反之，繼續傳送。}}