氣象云會商系統的設計及應用

劉然 李小汝 陳永濤 賀俊彥 朱玲玲

(國家氣象信息中心，北京 100081)

引言

中國氣象局全國天氣預報電視會商系統[1-3]于2003年正式啟用，經過幾次技術升級，整套系統圖像分辨率達到了高清1080 P，建設規模包括1個國家級高清會商控制中心、14個國家級會場、36個省級會場，同時還與部分氣象外部門進行互聯。

早期的天氣會商，需要在傳統會商室中基于氣象專網進行。但近年來，預報員之間桌面會商的需求以及越來越多遠程甚至國際會議場景[4]的出現，使基于互聯網的氣象會商業務的發展迎來了機遇。因此，國家氣象信息中心建設了氣象云會商系統，并應用到氣象部門實際工作中，取得了良好效果。

1 氣象云會商系統概況

1.1 系統建設背景

原有全國天氣預報會商系統依托氣象寬帶網進行建設[5]，采用硬件MCU作為核心設備，各會場分別建設了專用會商室，年平均會商次數超過600次。但整套會商系統主要架設在專網，無法為互聯網用戶提供服務。同時，所使用的視頻會議終端也都是會議室型設備，不便于移動端的接入，這些都限制了會商系統業務應用的靈活性。在此背景下，氣象云會商系統應運而生，其建設目標是擴展現有氣象會商系統的應用范圍，同時豐富終端接入的類型，為用戶提供更加靈活的視頻會議服務。

1.2 系統應用需求分析

氣象云會商系統的應用需求主要體現在3個方面：①用戶通過互聯網接入會商系統的迫切需求?，F有全國會商系統受限于網絡區域，只能在氣象部門內網使用。各地氣象部門也建設過一些基于桌面或手機端的視頻會議服務系統[6-7]，與會商系統實現了對接，并具備類似微信、QQ等即時通訊工具的視頻會議及聊天功能。但這些系統建設年代都較早，后續因技術架構等原因都沒能持續發展起來。但對于氣象部門的決策或業務管理人員，他們在出差等不便現場參加會商的情況下，十分希望能及時接入會商系統了解會商內容；對于氣象部門外專家，如能夠通過互聯網環境參加氣象部門會商，也將大大減少他們的舟車勞頓之苦。②在應急情況下更好發揮會商系統作用的需要。氣象部門會商系統采用國省地縣四級結構，但國家級要想直接呼叫地市或縣級就需要省級中轉，涉及的技術調整和操作都比較復雜。這使得在災害發生時，位于災害一線的基層臺站不易第一時間快速接入全國會商并進行發言。如果能夠通過互聯網線路實現會商系統對一線臺站接入能力的覆蓋，將能顯著提升氣象災害會商的效率和及時性。同時，以會商系統對氣象部門業務的重要性而言，也需要在互聯網環境下為參會人員提供可靠的會商接入作為備份手段。 ③在互聯網環境下確保會商接入安全可控的要求。通過互聯網接入會商服務，用戶信息的管理和安全性是必須考慮的問題。這要求系統具有較強的自主管控能力，必須實名認證，杜絕非法用戶，同時也要對用戶個人信息做好保護，避免泄露。另外，考慮到天氣會商內容的敏感性，互聯網平臺必須要能夠支持專有云部署方式，以便提升系統的安全性，同時對會議錄像做本地化存儲。除了使用電腦或手機作為會議終端載體，為避免受病毒、木馬等安全威脅，也應具備其他形式的終端載體形式，例如在部分重要會議場合，應可以使用更加安全可靠的嵌入式硬件載體形式。

2 氣象云會商系統設計

2.1 系統架構

氣象云會商系統與已有的基于H.323協議的全國天氣預報會商系統，是相互關聯但又相對獨立的關系，它們在系統架構及面向的用戶范圍上有所區分。H.323會商系統依托硬件MCU及視頻終端等設備，主要接入國省氣象部門會商室及應急管理部、生態環境部等部委，采用線路主要是全國氣象寬帶網或部委之間專線。云會商系統則采用虛擬化及分布式計算技術，不需要硬件MCU設備，完全由軟件系統實現，主要面向桌面或手機端用戶，采用線路為互聯網。

兩套系統均可各自獨立運作，同時全國會商系統也具備主動邀請云會商系統用戶加入全國會商的能力。圖1所示為兩套系統的功能定位。

圖1 基于硬件的全國天氣預報會商系統與云會商的相互關系

2.2 云會商系統與通用視頻會議軟件平臺的關系

如前所述，氣象部門也曾開展過一些基于互聯網的軟件視頻會議系統建設。但那時移動互聯網技術遠不及今日成熟，軟件視訊交互的應用也不普遍。因此這些系統無論在規模、接入能力還是在用戶知名度方面都較差，最終均未能大范圍推廣。而時至今日，移動視頻技術幾乎已經遍及社會的每個角落，市場上也已誕生了許多被廣泛使用的互聯網視頻會議產品。因此，云會商系統再去單獨設計開發一套互聯網視頻應用顯然是得不償失的，更好的方式是選擇目前市場上較為成熟的一款互聯網視頻會議產品，在此基礎上解決其與氣象部門已有全國會商系統的對接問題。

為此，筆者對部分國內互聯網視頻會議產品進行了對比測試。其中，以釘釘和華為WeLink等為代表的一類產品屬于協同辦公類平臺，它們提供的是企業協同辦公的全套解決方案，視頻會議只是其功能之一。用戶已有的各類辦公應用需要被集成到這個環境中。這需要對企業的各類原生應用進行統一的整合，整合后的總體效果更佳，但改造過程影響面較大，與氣象云會商系統的定位不符。

而以小魚易連及騰訊會議等為代表的另一類產品則屬于云視頻會議類平臺，它們專注于視頻會議本身的功能，用戶的協同辦公平臺可以將它們以組件方式集成進去，這類產品比較符合氣象云會商系統的建設要求。最終，筆者選擇了依托小魚易連產品完成了氣象云會商系統的建設。

2.3 組網方式

云會商系統組網與現有全國會商系統類似，分為國省兩級并采用屬地化原則，各省級均可自行建設本省的云會商系統。這種方式分擔了國家級平臺接入壓力，同時也使省級可以更靈活的與本省會商系統對接。各省可以采用專有云方式部署，也可采用租用公有云方式，平臺之間通過互聯網進行對接。對于同類的外部門云會商系統，通過互聯網也可以實現對接。圖2所示就是云會商系統的組網結構。

圖2 氣象云會商系統組網結構

2.4 系統安全性設計

為提升安全性，國家級云會商系統最終采用了專有云方式進行部署，用戶的會議呼叫直接連接到位于DMZ區的專有云平臺上。同時，通信過程中所有實時信令和媒體都采用了加密算法，具有較強的安全性。另外，云會商服務器不對視音頻碼流進行解碼，只負責向參會人轉發，即使攻擊接入服務器也無法破解視音頻信息。會議錄像文件也全部存儲在專有云上，同時采用分段加密存儲，將完整的錄制視頻碎片化處理，之后再分別進行加密存儲，只有通過平臺提供的下載入口才能完成錄像文件的解密并觀看。在用戶信息保護方面，云會商系統也采用了SHA-512散列哈希值存儲，防止用戶個人信息被竊取。對于采用公有云方式部署的云會商系統，公有云系統已通過了公安部的信息系統三級等保，在系統安全性上面也有充足的保證。

3 關鍵技術

3.1 云會商與H.323會議系統的融合

圖3所示為國家級云會商系統與現有會商系統的對接示意。其中國家級云會商系統采用自建專有云方式，部署在國家氣象信息中心互聯網安全區，通過在氣象會商業務網絡部署H.323融合網關，實現與基于H.323的全國會商系統的對接。融合網關可以在保證互聯網安全區單向訪問的前提下，實現兩套系統間視音頻及計算機雙流信號的互通。同時，融合網關又可以控制只允許全國會商系統主動呼叫云會商系統，云會商系統無法主動加入到全國會商中，確保對會商參會人員的控制能力。

圖3 自建專有云方式的氣象云會商系統部署示意

采用這種方式對接，除會議接入資源由氣象部門自主控制，用戶信息及會議錄制等也都由氣象部門進行管理，可控性及安全性更高。但這種方式需要氣象部門提供足夠的計算和存儲資源，同時對互聯網接入帶寬有一定要求，平臺的運行保障也需要自主進行。

對于省級的云會商系統，也可以采用租用公有云方式進行對接。這種方式需要在本級氣象部門互聯網DMZ區部署一臺硬件的云會商終端，然后將該終端的視音頻信號輸入輸出與本單位氣象會商系統的終端進行對接，從而實現云會商與已有氣象會商系統的對接。圖4所示為公有云對接示意。

圖4 租用公有云方式的氣象云會商系統部署示意

采用此種對接方式，在會議控制方面相比于專有云方式操作更為復雜，同時用戶信息及會議錄像文件也都存儲在公有云服務器上，私密性相對差一些。但優勢在于無需考慮虛擬機、互聯網帶寬等基礎資源的提供和管理，對于系統運維的壓力較小。兩種對接方式各有優劣，但均可以實現云會商系統與現有天氣會商系統的聯通。

3.2 基于友好企業的跨部門云會商系統對接

云會商系統采用屬地化管理方式，減輕了國家級平臺壓力，各省也可以因地制宜建設平臺，同時用戶的注冊和管理也都由各省獨立進行。但另一方面，各級系統也需要有機的整合。通過設置友好企業的方式，國省兩級云會商系統在邏輯上形成一張大網。友好企業間的云會商系統，可將對方系統中的賬戶識別為合法用戶，同時實現會議室號碼資源的共享。當用戶發起一個會議后，他可以邀請氣象部門內其友好企業中的用戶加入會議。此時會議中所有參會者，無論是本地用戶還是注冊在其他友好企業中的用戶，其呼叫都會連接到會議發起人屬地的云會商系統上。而對于非友好企業的用戶，則無法加入該會議，從而確保了該會議的私密性。

通過這種方式還可以很容易的實現跨部門的云會商系統對接。應急管理部、水利部等單位也都建立了基于小魚易連的云會商系統，均采用專有云部署方式。通過與它們設置友好企業，中國氣象局云會商系統很快實現了與這兩個部委系統的對接。而在過去，如果要連通氣象部門與這些部委的會商系統，則往往需要租用專線，開通網絡訪問策略，有時甚至要采購專用會議終端，其復雜程度不言而喻。圖5所示就是通過友好企業方式實現多級云會商系統間對接的示意。

圖5 通過友好企業方式實現跨部門云會商系統對接示意

3.3 可靈活擴容的專有云部署方式

視頻會議系統的最大呼叫并發數是衡量該系統接入能力的重要指標。以往視頻會議系統支持的最大并發數取決于MCU設備配備的板卡容量，當面對大規模接入需求時，只能采取擴板卡或級聯的方式。同時，為了提升系統熱備份能力，也需要采購冗余的板卡，這在一定程度上都造成了資源的浪費。

而云會商系統基于虛擬化技術，通過軟件方式實現了MCU的功能，并形成集群式MCU資源池[8]。以國家級云會商系統為例，筆者在兩臺物理服務器上創建了多個虛擬化MCU，構建了云會商MCU資源池，可支持500個用戶的并發呼叫。當需要進行系統擴容時，只需在資源池內增加虛擬化MCU數量就可以很快完成。同時，在該資源池內，多個MCU之間可自動相互備份，任一MCU宕機，池內其他MCU都能自動實現業務遷移。在保證音視頻接入體驗和性能的同時，資源池內MCU還可以進行自動的負載均衡，保證系統最優的資源利用率。圖6所示就是集群式MCU資源池中業務負載均衡和自動遷移的示意。

圖6 氣象云會商系統MCU集群業務遷移示意

4 應用效果

2019年云會商系統正式上線后，注冊用戶數已超過1500人，使用量超過15000人次，支撐會議超過5000場，在多種應用場景中均發揮了重要作用。

4.1 重大活動保障

2019年國慶70周年前夕，根據安排，內蒙古氣象局需在人影作業飛機停機坪前通過會商系統與北京主會場進行連線。因停機坪前沒有氣象部門網絡，在過去如要連線，只能將衛星應急通信車開到現場，通過衛星通信網接入會商系統[9]。剛剛上線不久的氣象云會商平臺此時發揮了重要作用，技術人員在現場架設了一臺便攜式的云會商硬件終端，利用當地的無線4G網絡接入到會商系統中，順利實現了此次連線保障任務。與使用衛星線路相比，其聲音圖像效果相當，且省去了大量的設備部署時間，對今后氣象部門類似的現場視頻連線具有極大借鑒價值。

4.2 助力疫情防控

在2020年氣象部門抗擊新冠疫情工作中，云會商系統更是發揮了極其重要的作用。為了避免會議場所的人員聚集，云會商系統為許多用戶提供了會商直播，在電腦或手機上即可觀看，如圖7所示。即滿足了會商場所疫情防控的需要，又確保了遠程辦公情況下相關人員及時有效的收看會商過程。

圖7 通過手機或電腦APP參加全國天氣會商

同時，云會商系統也為因疫情無法到氣象部門現場參會的外單位專家提供了極大便利。2020年3月全國汛期氣候趨勢預測會商在北京舉行，國家氣候中心、31個省局連入會商系統，中科院、南京大學等9位外單位專家則通過云會商參會并匯報發言，在分組討論環節中又總計有64個單位近百位專家通過云會商系統參加了討論。自此之后，外部門專家通過這種方式參加會商逐漸成為了常態。

同時，云會商系統作為氣象部門自建的互聯網視頻會議平臺，也為疫情之下國省辦公協同開啟了全新模式。其“隨時隨地、既會又商、安全可控”的特點，使視頻會議不再限定于專用的會商室。以中國氣象局機關為例，為應對全國疫情對于公務出差的影響，局機關兩間會議室被很快改造為云會議室，局領導多次在這里通過云會商與省局進行線上工作討論。在2020年7月至8月，新疆氣象局領導班子成員根據烏魯木齊疫情防控要求采用居家辦公方式，但云會商系統幫助他們順暢地參加了國省工作討論并且進行了匯報發言。這樣居家會議的場景，在幾年前幾乎是無法實現的，而現在云會商系統的出現很好地解決了這一難題。

4.3 其他應用場景

云會商系統上線后，也迅速成為各省局參加全國天氣會商的主要備份手段。在會商系統異常時，首席預報員可直接通過安裝在筆記本電腦的云會商客戶端發言，其視頻和PPT信號可同時進行傳輸，發言效果與正常情況下幾乎無差別，與之前使用的電話耦合器相比效果提升十分明顯。因其良好的備份效果，這一測試環節已成為了全國天氣會商會前調試的例行內容。

除了在以上這些領域，云會商系統也將很快催生出更多新的應用場景[10]。筆者對此也做了一些思考與嘗試。利用云會商系統的互聯網視頻接入能力，手機APP、監控攝像頭、移動觀測設備甚至無人機的視頻畫面未來都可以接入到會商系統中。如果能將這些實景視頻與氣象觀測結果、地理信息等內容再進一步結合，可以想見其在預報檢驗、災情報送等領域都將有著廣闊的應用前景。

5 結論

國家氣象信息中心采用專有云方式，于2019年建設了氣象云會商系統。它在保障系統安全性的基礎上，實現了云會商與傳統天氣會商的對接和互補，并形成了傳統天氣會商側重預報服務與業務交流、云會商側重協同辦公與部門聯動的良性互動，也為氣象部門在新冠疫情期間保持會商業務不間斷、開展遠程溝通協作起到了重要作用。其所采用的部署方式和關鍵技術相信對廣大氣象部門的類似系統建設也將具有一定的指導意義。