高性能cscw支撑环境设计与实现

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1、全 国， 刊 t届多 A 转 x 仁 由 欠 川 比学 术 J会宝 义令 t w 忆秦1 5 7 高性能C S C W支撑环境设计与实现 邵怀荣 刘 斌 徐光佑 杨士强 崔博 许磊 清华犬 学 计算机系(北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘要允 许多个协作同 时运行是用户 和应用对C S C W 支撑环境的 塞木 要求， 但 这一要求 使 支 撑环境的 管理和控制变 得十分复杂.另外， 多数C S C W 支撑环境中未能 较好地支 持带实时多 媒 体 组 通 信的 同 步 交 互 功能 . 本 文 介 绍了 基于 A T M 网 络 和 工 作 站实 验 平 台 的C S C W 支 撑 环

2、境 原 型系统 A T M - C S C W E n v的设计和实 现.该支撑环境将管理与控制功能 分开，并采用 O S I的 M a n a g e r / A g e n t模式管理支 撑环境中 协 作和资源。环境中 还引 入多 媒体多点 传偷、资源 管理、 连接控制等功能 模块以支 持带Q G S 保证的多 媒体组通信. 关键字:C S C W 支撑环境 多 媒体 1 前言 我们把包含同 步分布式交 互和多 媒体实时传 输的 C S C W 系统称为高性能c s c w 系 统。 高性能 C s c w 系统支持一直是一项具有 挑战性的 研究工作。我们提出了 一种新的高性能 c s c

3、 w 支撑 环境模型，并 利用 A T M网 络和工作站及 U N I X操作 系统等实验 环境实现了 基于 A T M的C S C W支撑环境原型系 统。 新 模型充分 借鉴了A T M协议 参考模型将 用户数据 传输、 控制 ( 信令)与 管理分开的思 想， 适应了C S C W系统中 复杂的 控制与管理的 要求。通 信部分 采用传统的网 络协议 ( T C P I P等)与 纯A T M传输相结合的 方式，即 需要Q O S 保证的多 媒体 数据和信令 传输 直接通过A T M A P I 进行， 其他数据通过C l a s s i c a l I P O v e r A T M ( R

4、 F C 1 5 7 7 ) 传输。资源管理 和监控是 保证Q O S 的 重要手段，我们对现有的网络管理进行 扩充，使 其支持 高层的资源管理和监控，从而有效支持 C S C W系统管理。 2 高性能C S C W 支撑环境的设计 我们用基于 代理、 C li e n t/ S e rv e r 和M a n a g e r / A g e n t 相结合的 方法设计和实现了 高性能C S C W 支撑环境的原型 系统A T M-C S C W E n v ,该 原型 系统的系统结 构如图I 所示。 其中， 协作管 理器、资源管理 器和多媒体服务器 作为服务器 进程或 程序出 现，协 作支持

5、代 理、 多媒体组通信代理和协作控制器作为 客户进程或程序出 现。协作管理器完成多个协 作管理 功 能。资 源管理器 与网络管理 系统相结合， 完成全 局和本地的资源配置. 资源监 控和分配等功 能;协作控制器负责协作中 任务的调 度及 监控，每个协作控制器对应一个协作 过程。 多媒体 服务器用于 共享 对象的存取 控制和管理功能。多 媒体 组通信代理在 A T M 网 络的梅 个站点都 存在， 主要完成以 下功能: 多点呼叫 / 连 接控制:多媒 体传输:本地资 源的调 度及管 理: 作网 管和资源管理的S N M P A g e n t 以 收集相 应信息。 协作支持代理也在参加协作的 每

6、个站 点都 存 在，负责与本地 用户交互，与协作 控制器交换消息，触发本地C S C W工具执行， 以 及本地协 作信息的管理。 上述各服务器进程和客户进程之间通过消息 机制进行通信以支 持协 作过程的 顺利进 行。 下面 给出协作过程中 各进程之间的 相互通信流程的简单例子。 ( 1 ) 用户向协作管理器发出 开始新协作请求( 假设协 作过程模型已 通过多 用户编若工 具形成并 存于 相应 信息序中). ( 2 ) 协作管理器 检查各种各局信息 状态( 如参加协作的各用户抉态) ，如果条 件满 足， 则创建 协作过程 径制器进程并返回给用户协作开始消4 . ;否则，返回给用户协作过程无法开始

7、和其原目消息. 国家自然科学簇金资助项目和国家“ 2 1 ! 工程” 学科建设资助项目 i s 日 全 国第 咬 : 届 三 0 4族 体 生 允r 学 月 屯 .会 翎 卜 (3 )协作过程控制器通过 与各站点协作支净 扫t ,理交换 消息调度协作过程中各任务 的执行.如果遇i ll 与多媒体 通信有关的任务，则向资源 管理器发出中诗资A请求. ( 钊 资源管理器通过信志 查询 可能通过远程的A g e n t 获取各个用尸的当地资源信 .忽) ，判断可用的资A是否 满足要求、如果满足妥求 则返回给协作过程拉制器可 以执行该远信任务消忽，同 时更改资澡信 忽;否则，迈 回给协作过程拉制器不能

8、执 行该通信任务消P c . 亡 5 协作过程拉制器接到 可以执行该通信任务的浦t 一 - 用户 t用户 N 图 1 高性 能 C S C W 支律环境的体系结构 后 ， 向 返 信 发 送 万 幸 谷 个 接 收 方 的 组边 仃代 理 友 出进 行 边信 的 命 令 、 ( 6 . 1 ) 发送万的组通信代理收到进行通信的 命令后 向网络发出 建立连接的 诗求，进 入连接建立阶段， 连接边立成功后P i 进入多铁体传输阶段、传输完毕拆除连接、向协作过程控制器发出通信完成时信息 b . 2 ) 各个 接收方的组通信 代理收刊 进行 通信的命令后，则进入连接建立阶 段，连 接建立成功后， 则进

9、 入接收多嫌体信息阶 毅 ，最后拆除连接. ( ” 协作过程拉制器收到通信任务完成的消忽后调度下一任务的执行所有任务调度完后，向协作管理 器发出协柞完成的消息一然后结束该进程. 3 原型系统 A T M - C $ C W E n v 的实 现 3 . 1 实验环境介绍 我们选用了X Y L A N公司的。 M N I S W I C H 9 W X交换机， 它提供了多个1 5 5 M 的多 模光 纤A T M端口、1 5 5 M和2 5 M的 双绞线A T M端口以 及以 太网端口 等。 我们将 S U N公司 的四 台 U L T R A - - I 工作站，一台 U L 丁 R A -

10、- I 1 工作站和一台 t v 住 C i A .T E R多媒休服务器 ( U L T R A - - I I 为主机)上擂 入 S U N公 司的S B U S A T M 1 5 5 M网卡 与交 换机相连。S U N的一 台U L T R A - - I 工作站上装有S U N N e t M a n a g e r 网管软件， 其余三台U L T R A - - I 工作站上装有S U N 的 S V i d e 。 视频卡、 摄像头、 麦克 风等输入 输出设 备。 另外， M E D I A C E N 下 E R多媒体服务器 带 5 0 G容量的磁盘阵列用于存储多媒体数据。在该

11、实验环境中，交换机支持 AT M F o r u m的 信令标准 U N l 3 . 1 ，可提供 端C数据 拷贝 功能以方便M u lt ic a s t 的实现。 交换 机和 A T M网卡 都支持人 丁 M局域网 仿真 ( L A N E ) 和C L A S S I C A L I P O V E R A T M方 式。另外，S U N的S B U S . A T M网卡驱动程序是标准的 S T R E A M形式的驱 动程序、 可通过标准 U N I X系统调 用与其联 系 进 行 数 据传 输。 它 还 提 供了 两 类 编 程 接 G ， 数 据 传 输 编 程 接C 7 和 I

12、 T U - - T的 Q . 2 9 3 1 ( Q 9 3 B ) 信令编程接G。S U N 的 S o l a r is 2 . 5 . 1 操作系绍 注 是 供了多 媒体设 备函 数库，可用于 采集、 编 码 和 播放视频和音颇信息。 S U N N e t M a n a g e r 软件包提供了网 络管理方面 包 括M a n a g e r 和A g e n t 两部分， 的编程接口。 在上述硬软件实验 环境一 F ， 我们实 现了高性能C S C W支撑环境原型系 统 , 1. 7 M- - C s ( 6 V E -7 v .一 - -一 一 一一 全 国3 阵 刊 旨届 多

13、 媒 x 权 澎七术学术 . 会宝 沁 金 仑 万 忆秦1 5 9 S S C OP 3 . 2 A T M -C S C W E n ， 的软 件实 现 A T M编程接口仅向用户提供了十分底层的数据传输和信令控制功能，而I P协议是 U N I X 操作系 统中 网络 通信的墓本协议，如 R P C等机制和电 子邮 件等应用都是 依赖于 IP协议的。 另 外， 我们需要 将过去开发的一 些C S C W工具和应用 ( 如多用户编著工具等) 移植到A T M - C S C W E n v ，而 这些 工具和应用都是基于 I P协议的。 还有，我 们要 扩充网 管功能支持 A T M - -

14、 C S C W E n v 中 的资源 管理和协作管理，而网管中M a n a g e r 和A g e n t 之间通信 协议S N M P 也是 基于I P 协议 的。鉴于以 上原因， 我们在A T M - - C S C WE n v 软件实 现中 没有采用所有数据传输 都直接调用A T M A P I 的 方式 ( 即N a t iv e A T M ) 实现，而是 将C L A S S I C A L IP O V E R A T M 与 N a t iv e A T M结合使 用。 C L A S S I C A L IP O V E R A T M实际上是通过一条或几条 虚信道

15、 ( V C ) 来传输I P 数 据， 可以在一 块A T M网 卡上同时 进行I I I 通信和N a t i v e A T M通信。 我们将要求 Q O S 保 证 的 数 据( 主 要 是 多 媒 体 数 据 ) 直 接 调 用 底 层A T M A P I 传 输 ， 而 其 他 数 据 通 过T C P A P 或U D P I I P 以 及其上的I P C等 机制传输。 A T M- - C S C WE n v的 软件结构如图2 所示。 下面主要 介绍组通信 代理中多 方多 媒体 呼叫/ 连接控制模块和多媒体传输模块，以及 协作管理 和资源 管理中M a n a g e r

16、 / A g e n t 的有关实 现。 3 . 2 . 1 多 方多 媒体呼叫/ 连接控制 A T M网 络 采用面向连 接的方 式工作，数 据传输前先要建立连接r 连接有P V C 和S V C两 种方 式。S U N的A T M卡提供了Q .9 3 B ( Q .2 9 3 . I ) 驱动程序及其编程接口， 供用户建立S v c连 接。 S U N的Q -9 3 B驱 动程序是一个M - to - N的多路S 丁 R E A MS 驱动程序 可同时建立多个 连接. 连接 建立的 协商过 程参阅Q2 9 3 1 标准 文档。我们利用其功能，实 现了 多媒体呼叫 ( 一个呼叫 中 有多 个同 步的单 连接) 的控制 功能。 连接建立时， 要用到发方和收方的A T M物理地址( 1 6 0 位)， 我们将A T M地址与主机名和 IP地址的映射信息放在系统信息 库中，由 资源管理摸块 1 6 0全 国粱七 居 多 璐 体李 允 坏 忆学m om: 议 食 仑J 七翎 卜 统一管理。整个多媒体呼叫建 立过程如下: ( 1 ) 协柞过程