基于资源动态伸缩的视频会议系统的设计与实现

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现如今随着网络带宽和网速的不断提升,4G和5G网络的不断普及,视频、音频编码技术的性能不断优化的情况下,使高质量的多方音视频流实时传输成为可能。此外,人们对视频信息获取的需求不断提高,无论高校还是企业,都有很多应用场景,如线上视频会议、在线学术讨论、在线教育等在市场上有着相当大的需求。在这样一些场景下,WebRTC技术使得对视频流的获取更加便捷。因此一款基于WebRTC的视频会议系统有很大的应用场景。本文对WebRTC框架、容器技术和视频会议系统进行了详细的相关技术考察,设计和实现了能够进行资源动态伸缩的视频会议系统。目前市场上的视频会议系统多数采用传统的业务架构,并未采用微服务架构提供服务,导致系统容错性较差,功能较为单一。市场上媒体服务架构也多采用单机模式,不能有效解决突发流量以及资源浪费的情况,部署成本较高。本文使用Kubernetes与容器技术应用于整个视频会议系统,使得系统容器化、服务化,利用Kubernetes的HPA模块根据Prometheus监控平台采集到的指标对会议管理系统的微服务模块容器以及媒体服务架构中的容器进行动态缩扩容,动态伸缩微服务模块接口与媒体服务资源。论文对整个系统设计与实现的描述主要分为两部分:视频会议管理后台与媒体服务架构。视频管理后台主要分以下模块阐述详细设计与实现:用户管理模块、通讯录模块、会议管理模块和通知模块。用户管理模块主要包括登录、注销等功能,用于后续其他功能模块的交互。通讯录模块主要是对好友的分组管理、好友管理以及群组管理等。会议管理模块包括会议新建、取消、人员添加删除,会议状态管理等。通知模块主要包含站内信通知、短信以及邮件通知等功能。对于媒体服务架构的详细设计与实现主要包括Docker容器制作、动态负载均衡实现、Kubernetes容器缩扩容、Prometheus容器监控系统的集成以及容器的自动化持续集成。通过媒体资源的动态伸缩功能、基于Nginx二次开发的动态负载均衡服务,提出并实现了高并发的媒体服务架构,并进行了架构验证。系统按照软件工程的要求对会议管理系统进行了测试,借助采集Qo E指标对媒体服务架构进行系统性能衡量,媒体服务架构支持了SFU和MCU两种网络模式、容器动态伸缩和动态负载均衡等。在资源需求波动较大时,有着很好的服务支持。通过对整个集群的CPU和带宽指标监测,与单机模式的媒体服务架构相比,当资源伸展一倍时,性能亦增加一倍,系统的整体性能随容器数量呈线性叠加。本文测试环境下3个节点能够容纳百人左右同时进行视频会议。
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