程慶年　周冠宇

【摘 要】目前國內(nèi)外市場上的云桌面所采用的USB重定向主要是通過URB透傳的形式實(shí)現(xiàn)，但在使用中暴露出了高速USB設(shè)備讀取性能受限、設(shè)備不能共享的問題。針對這些問題，提出了USB映射與網(wǎng)絡(luò)映射相結(jié)合的融合方法，且對其進(jìn)行開發(fā)，應(yīng)用到云桌面產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)對特定類型的、高速的USB設(shè)備進(jìn)行自動識別，有效兼顧了USB映射的兼容性和網(wǎng)絡(luò)映射的高性能。

【關(guān)鍵詞】云桌面 USB重定向 USB映射 網(wǎng)絡(luò)映射

1 前言

云桌面是基于云計(jì)算技術(shù)的個人電腦應(yīng)用，使用者需要通過本地終端遠(yuǎn)程接入到云計(jì)算環(huán)境中的虛擬機(jī)，以獲得電腦操作界面。桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議是虛擬機(jī)和終端之間進(jìn)行通信的協(xié)議，主要實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)到終端的圖形、圖像、音頻的傳輸以及終端到虛擬機(jī)信息的傳輸。其中USB設(shè)備由終端遠(yuǎn)程接入到云桌面的過程屬于USB映射的范疇，也稱為USB重定向。云桌面替代個人電腦進(jìn)行辦公或?qū)W習(xí)的一個關(guān)鍵之處就是支持USB等外部設(shè)備接入時的良好用戶體驗(yàn)。與傳統(tǒng)物理PC機(jī)桌面相比，云桌面在使用中暴露出高速USB設(shè)備讀取性能受限、USB設(shè)備不能共享的問題，這已成為云桌面大規(guī)模替代傳統(tǒng)PC的主要障礙。

2 當(dāng)前USB重定向機(jī)制以及存在的問題

USB重定向系統(tǒng)用于將插在本地云終端的USB設(shè)備映射到遠(yuǎn)端云桌面，設(shè)備在云桌面的表現(xiàn)和操作與本地云終端無差別，USB設(shè)備添加的示例如圖1所示。

USB重定向系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)端組成，客戶端安裝在本地云終端，即USB設(shè)備物理插接的位置，以系統(tǒng)服務(wù)的形式運(yùn)行，不需要任何配置操作和驅(qū)動安裝。它通過桌面接入?yún)f(xié)議將本地的USB設(shè)備重定向到遠(yuǎn)端云桌面，服務(wù)端安裝在遠(yuǎn)端云桌面，即與本地云終端相配對的桌面系統(tǒng)。使用者登錄桌面時可以看到插入的USB設(shè)備，通過在系統(tǒng)托盤上簡單地選擇相應(yīng)USB設(shè)備，在云桌面上安裝該設(shè)備的原始驅(qū)動程序，然后按使用習(xí)慣進(jìn)行設(shè)備操作。

目前國內(nèi)外市場上的云桌面所采用的USB映射功能包括遠(yuǎn)程桌面?zhèn)鬏攨f(xié)議（ICA協(xié)議（Citrix）、PCoIP協(xié)議（VMware）、RDP協(xié)議（Microsoft）、開源協(xié)議SPICE），或者基于Server/Client模式實(shí)現(xiàn)，其主要機(jī)制是在傳輸?shù)膶Ｓ猛ǖ乐型ㄟ^URB（USB Request Block）透傳實(shí)現(xiàn)，將USB設(shè)備與電腦的USB接口通訊，直接轉(zhuǎn)換為USB設(shè)備與云桌面的網(wǎng)絡(luò)通訊，此方式對USB設(shè)備有著廣泛的兼容性，但存在的缺陷也相當(dāng)明顯，主要問題有：

（1）高速USB設(shè)備性能瓶頸，如U盤讀寫性能只能到額定的10%，甚至更低，且對攝像頭類高速流式設(shè)備基本不可用；

（2）USB設(shè)備不能共享，不支持多個云桌面間的同時訪問，無法滿足日常辦公中打印機(jī)共享的場景；

（3）由于URB對時延的要求，對廣域網(wǎng)兼容性不佳，超過一定時延門限（20 ms）時基本不可用。

問題（2）的存在是由于在操作系統(tǒng)中USB設(shè)備在驅(qū)動層面是獨(dú)占式的，無法實(shí)現(xiàn)共享。而對于問題（1）和問題（3），其主要原因在于USB的訪問機(jī)制，一次單獨(dú)的URB訪問需要三次往返交互，而一次完整的文件讀或?qū)?，則需要多次的URB操作。往返交互傳送所帶來的長時延限制了其性能，同時網(wǎng)絡(luò)的擁塞和丟包將進(jìn)一步惡化其性能，在局域網(wǎng)使用中，U盤映射均表現(xiàn)為恒定的低速率。

3 USB重定向融合方法

網(wǎng)絡(luò)映射機(jī)制（也稱網(wǎng)絡(luò)重定向）是針對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中多臺電腦共享磁盤、打印機(jī)或攝像頭等設(shè)備的情形下，某臺電腦通過此方式將非本地端的設(shè)備映射為本地設(shè)備進(jìn)行訪問，從而達(dá)到遠(yuǎn)程共享的目的。

網(wǎng)絡(luò)映射是一種針對不同類型設(shè)備采用不同網(wǎng)絡(luò)映射的方法，例如：對于存儲類設(shè)備采用NFS（網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)）方法，將目標(biāo)文件系統(tǒng)呈現(xiàn)到客戶端；對于流媒體類設(shè)備采用RTSP（實(shí)時流協(xié)議）方法，將媒體流從服務(wù)端傳送到客戶端。這是非常成熟而又高效的網(wǎng)絡(luò)映射方法。

為解決USB重定向的性能缺陷，可以將URB映射與網(wǎng)絡(luò)映射相結(jié)合的融合方法寫入到桌面接入程序中，對于特定類型、高速的USB設(shè)備進(jìn)行自動識別并采用相應(yīng)機(jī)制，工作原理如下：

（1）在終端側(cè)插入USB設(shè)備，桌面接入程序截獲USB設(shè)備插入事件；

（2）桌面接入程序獲取該USB設(shè)備的類型全局碼（ClassGUID），若屬于U盤

（ClassGUID={a5dcbf10-6530-11d2-901f-00c04

fb951ed}）、打印機(jī)（ClassGUID={4d36e979-e325-11ce-bfc1-08002be10318}）、攝像頭（ClassGUID={6bdd1fc6-810f-11d0-bec7-08002be2092f}），則采用網(wǎng)絡(luò)映射機(jī)制；

（3）若USB設(shè)備類型全局碼（Class

GUID）不屬于上述三種類型，則直接調(diào)用URB映射方法。

4 性能測試對比

對于U盤等存儲設(shè)備，進(jìn)行了測試對比，測試環(huán)境如下：

（1）測試對象：USB3.0的U盤設(shè)備兩種重定向的表現(xiàn)；

（2）操作系統(tǒng)：云桌面、Windows 8.1、云終端定制；

（3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：云終端與云桌面之間采用千兆局域網(wǎng)；

（4）U盤原生性能：在傳統(tǒng)PC的設(shè)備中，傳輸速率可達(dá)50 MB/s；

（5）遠(yuǎn)程桌面協(xié)議：微軟RDP 8.1。

基于URB的U盤重定向測試如圖2所示，融合后采用的網(wǎng)絡(luò)映射的U盤重定向測試如圖3所示。

測試結(jié)果可以反映出兩種機(jī)制的不同方面：

（1）操作方式：前者表現(xiàn)為本地設(shè)備，而后者表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)存儲；

（2）讀寫性能：前者平均低于1.4 MB/s，且不受云終端CPU性能的影響；后者平均值在10 MB/s至30 MB/s，受云終端的CPU性能影響較大，云終端的CPU越強(qiáng)，后者的性能越高；endprint

（3）網(wǎng)絡(luò)流量：對U盤進(jìn)行寫的情況，前者的網(wǎng)絡(luò)流量表現(xiàn)為雙向?qū)ΨQ的，這是與URB的操作機(jī)制有關(guān)，后者的網(wǎng)絡(luò)流量與寫操作一致，體現(xiàn)在發(fā)送側(cè)流量；

（4）網(wǎng)絡(luò)開銷：前者的網(wǎng)絡(luò)開銷高達(dá)55%，后者的網(wǎng)絡(luò)開銷僅為8%。

因此，采用USB映射+網(wǎng)絡(luò)映射的融合機(jī)制將USB設(shè)備重定向到云桌面后，有效地提升了U盤、打印機(jī)、攝像頭設(shè)備的讀寫性能和網(wǎng)絡(luò)效率。

5 方案優(yōu)勢及存在的問題

URB映射+網(wǎng)絡(luò)映射的融合機(jī)制，采用帶外方式解決USB類外設(shè)使用性能問題，而且與其它設(shè)備的帶內(nèi)方式無縫結(jié)合，有效克服了僅采用URB映射的性能瓶頸。如U盤性能低下、打印機(jī)響應(yīng)慢和攝像頭卡幀的問題等，又避免了網(wǎng)絡(luò)映射不能兼顧其它類型USB設(shè)備（如USB密鑰、多端口串行適配器、智能手機(jī)終端）的問題，進(jìn)而性能與兼容性都得以保持，極大地提升了用戶對云桌面的體驗(yàn)。

但是，這種新方式需要用戶略微改變U盤類設(shè)備的使用習(xí)慣，主要體現(xiàn)在三個方面：

（1）桌面托盤上不再顯示U盤圖標(biāo)，不顯示U盤卷標(biāo)的硬盤；

（2）用戶不能對U盤類設(shè)備執(zhí)行分區(qū)和格式化等存儲設(shè)備的管理操作；

（3）由于不能執(zhí)行彈出U盤操作，對此，開發(fā)人員需將U盤寫操作修改為直通模式，保證寫入數(shù)據(jù)完成之后，直接拔下U盤也不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問題。

6 結(jié)束語

云計(jì)算經(jīng)過近幾年的推廣，桌面的應(yīng)用部署也越來越廣泛，用戶在使用云桌面過程中對USB外設(shè)使用的要求正在從可用到好用進(jìn)行轉(zhuǎn)變，而USB映射融合的解決方案在云桌面中的部署應(yīng)用可以給用戶帶來與傳統(tǒng)PC桌面近乎一致的性能體驗(yàn)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)部署的日益臨近，5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時延、高可靠、低功耗的特性將完全滿足移動終端用戶隨時隨地移動訪問云桌面的需求，而移動終端訪問云桌面時如何兼顧外設(shè)調(diào)用問題，將是下一步研究工作的重點(diǎn)。

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