CN101001365A - 实现视频业务中媒体流均衡调度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：将多个媒体转发服务器组成为媒体转发服务器集群，该集群通过负载均衡调度器连接于设备代理，该设备代理连接多个监控前端，所述负载均衡调度器是媒体转发服务器集群的唯一入口点，能够按照各媒体转发服务器的负载情况和设定的调度算法确定处理视频转发业务的媒体转发服务器，从而实现视频业务均衡调度。采用该方法能够突破单个媒体转发服务器所形成的瓶颈，从而实现视频监控***的大规模部署。

Description

实现视频业务中媒体流均衡调度的方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别是一种利用媒体转发服务器集群实现视频业务(特别是视频监控业务)中媒体流均衡调度的方法，采用该方法能够突破单个媒体转发服务器所形成的瓶颈，从而实现视频监控***的大规模部署。
背景技术
近年来，随着互联网的大范围普及，以及电子技术、多媒体技术、数字图像压缩技术、传输技术以及市场需求的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展，产品日渐成熟，性能稳定；同时为了解决视频监控***之间的互通性，易大规模部署，大多数厂家都开始把自己的视频监控***中的信令控制协议转换成目前主流的SIP协议(RFC3261)。SIP协议是一个应用层的信令控制协议，主要用来创建、修改和终结多个参与者参加的多媒体会话，具有简单灵活、易分布式控制和移动性好等优点，它解决了因采用集中式和私有控制信令所带来的一系列问题，如***可靠性、互通性以及可扩展性差，维护管理和升级复杂，这也使得视频监控***的互通性以及可大规模部署成为可能。
然而，SIP协议不是一个垂直集成的通信***，不能独立提供业务，它必须与其它协议共同使用来建立一个完整的多媒体体系架构。从视频监控领域来说，它必须和UDP、TCP以及RTP等协议结合来提供媒体的传输与调度。在视频监控***中，媒体转发服务器是整个体系架构中不可或缺的一部分，它主要负责媒体流的转发与调度。然而随着***的大规模部署，大用户量的访问，造成媒体转发服务器不堪重负，从而导致用户长时间的等待，大大降低了服务质量。因此，如何突破媒体转发服务器造成的瓶颈成为视频监控***大规模部署迫在眉睫的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，采用该方法能够突破单个媒体转发服务器所形成的瓶颈，从而实现视频监控***的大规模部署。
本发明的技术构思为，将由多个媒体转发服务器组成的媒体转发服务器集群通过负载均衡调度器连接于设备代理，该设备代理连接多个监控前端，通过负载均衡调度器可以实现多个媒体转发服务器之间的负载均衡，从而能够突破单个媒体转发服务器所形成的瓶颈，实现视频监控***的大规模部署。
本发明的技术方案如下：
利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：将多个媒体转发服务器组成为媒体转发服务器集群，该集群通过负载均衡调度器连接于设备代理，该设备代理连接多个监控前端，所述负载均衡调度器是媒体转发服务器集群的唯一入口点，能够按照各媒体转发服务器的负载情况和设定的调度算法确定处理媒体转发业务的媒体转发服务器，从而实现媒体流(音/视频等)的均衡调度。
所述负载均衡调度器能维护各媒体转发服务器的现时状态，记录媒体转发服务器的负载情况和转发记录，并根据一定的IP负载均衡技术(如直接路由等)对媒体转发服务器进行调度，所述媒体转发服务器的负载情况从以下参数中单独或组合选取：媒体转发服务器的总带宽、剩余带宽、CPU性能、内存容量、已用内存以及当前媒体流的转发路数等等。
所述监控前端采用DVS、DVR、和/或视频矩阵等。
所述设备代理通过网线与Internet相连，并向SIP服务器发送Register消息进行注册认证；所述SIP服务器通过网线与Internet相连；浏览端通过网线与Internet相连或者通过内网的NAT/防火墙与Internet相连，并向SIP服务器发送Register消息进行注册认证。
当浏览端向设备代理发送Invite消息，请求查看某一视频源时，设备代理收到来自浏览端的Invite请求后，构建一个请求命令并发送给负载均衡调度器，要求负载均衡调度器分配一个真实可用的媒体转发服务器。
所述媒体转发服务器为集成了媒体流转发功能的PC机。
所述确定处理媒体转发业务的媒体转发服务器是指从媒体转发服务器集群中选取一个真实的媒体转发服务器，并通知该服务器打开相应的端口接收并转发媒体流，同时负载均衡调度器记录这个调度，并向设备代理返回该媒体转发服务器的IP地址和端口；设备代理获取媒体转发服务器的IP地址和端口，同时将该地址和端口加到200 OK响应的SDP消息体中，并向浏览器发送该200 OK响应消息；设备代理向DVR发送请求，并告知视频接收的IP和端口，要求查看视频；DVR获取从监控前端采集的视频源，并将其发送给调度器指定的媒体转发服务器；媒体转发服务器将视频源直接转发到浏览端；浏览端获取并解码收到的视频源，从而开始某一监控流程。
本发明的技术效果如下：
本发明的目的旨在突破媒体转发服务器造成视频监控***大规模部署时的瓶颈问题，提出了一种媒体转发服务器集群的架构，通过媒体转发服务器前端的负载均衡调度器实现多个媒体转发服务器之间的负载均衡，整个集群体系架构对用户透明，给用户一种高性能服务器的体验感受。媒体转发服务器集群体系架构可以基于通用的PC平台、IP网络并可以采用Linux内核提供的负载均衡调度算法，利用直接路由的机制实现媒体流的转发与调度。由此构建的***具有成本低、性能高、易维护和大规模部署等特点。
总之，本发明的利用媒体转发服务器集群实现视频业务均衡调度的方法，能够突破现有技术中单个媒体转发服务器所形成的瓶颈，通过媒体转发服务器集群与负载均衡调度器的协同作用实现视频监控***的大规模部署。
本发明的优点在于：
1.可伸缩性：当监控前端设备增加导致整个媒体转发服务器集群负载过重时，可通过增加额外的媒体转发服务器来减压，实现简单，且不影响整个视频监控***的性能。
2.高可用性：采用标准的SIP协议作为控制协议，易操作，通用性好，适用于大的监控网络，可分布式部署，集中管理。
3.抗灾难性：当某一(或几个)媒体转发服务器出现故障时，其它媒体转发服务器会分担媒体流的转发与调度，不会造成业务中断。
4.易维护性：可以根据视频监控***的业务需要随时增减媒体转发服务器的数量，只要满足负载均衡调度器与媒体转发服务器在一个物理网段就行，不需要额外的设置，管理、维护与升级方便，简单。
5.降低成本：用户成本低，几台普通的PC机组成的媒体转发服务器集群能提供一台超高性能的媒体转发服务器所能提供的服务。
附图说明
图1：为本发明实现方法的体系结构图。
图2：为本发明浏览端实现视频监控的方框图。该图中连线中间的数字表示信令处理的流程顺序号。
附图标记列示如下：
10-浏览端，20-互联网即Internet，30-SIP服务器，40-设备代理，50-负载均衡调度器，60、61、62-媒体转发服务器，70-DVS编解码器，71-DVR编解码器，72-视频矩阵，80、81、82、83-监控前端。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的网络结构是：
(1)浏览端10通过网线与Internet 20相连，并向SIP服务器30进行注册认证；
(2)SIP服务器30通过网线与Internet20相连，用于浏览端10和设备代理40的注册认证以及SIP信令的路由等；
(3)设备代理40通过网线与Internet20相连，并向SIP服务器30进行注册认证；
(4)设备代理40与负载均衡调度器50相连，必须保证负载均衡调度器50是设备代理40与媒体转发服务器60、61、62之间的唯一接口；
(5)设备代理40与DVS 70、DVR 71、视频矩阵72相连，主要用于根据不同厂家的DVR特点构建相应的请求，从而实现对视频源的浏览；
(6)负载均衡调度器50与媒体转发服务器60、61、62相连，并依据一定的负载均衡调度算法实现对媒体转发服务器60、61、62的控制；
(7)DVS 70、DVR 71、视频矩阵72与监控前端(如摄像头，摄像机等)80、81、82、83通过设备连接线相连，主要用于采集当前的视频流并根据相应的视频压缩标准(如MPEG4和H.264等)进行编码，然后通过UDP/TCP/RTP在网络上传送。
如图2所示，利用本发明的方法，浏览端实现视频监控的流程如下：
(1)浏览端10构建并发送SIP Invite消息，该请求消息的SDP消息体中需指明监控前端80的设备ID以及浏览端10接收视频流的IP地址和端口；
(2)SIP服务器30解析来自浏览端10的SIP，修改Via或Record-Route等头域值，并根据To头域值向下一跳地址(设备代理40注册的IP地址，如果该地址不存在，SIP服务器30则向浏览端10返回404 Not Found响应消息)转发；
(3)设备代理40收取并解析来自浏览端10的SIP Invite请求消息后，向负载均衡调度器50发送请求消息(非SIP消息)，要求某一媒体转发服务器处理媒体转发业务；
(4)负载均衡调度器50根据当前维持的各媒体转发服务器现状，并依据一定的负载均衡调度算法选取媒体转发服务器60作为该监控业务的调度者，并向媒体转发服务器60发送请求(非SIP消息)；
(5)媒体转发服务器60收到来自负载均衡调度器50的请求后，打开一个视频收发的端口，并在本地建立一个对于的转发列表，然后向负载均衡调度器50返回该端口以及IP地址等信息；
(6)负载均衡调度器50收到来自媒体转发服务器60的响应后，获取媒体转发服务器60的IP地址和媒体调度端口，并把该信息返回给设备代理40；
(7)设备代理40收到来自负载均衡调度器50的响应后，解析并获取媒体转发服务器60的IP地址和媒体调度端口，然后构建SIP 200 OK响应消息，并在SDP的消息体中加入媒体转发服务器60的IP地址和端口，然后发送给SIP服务器30；
(8)设备代理40获取媒体转发服务器60的IP地址和媒体调度端口后，向DVR 71发送视频查看请求，并指明视频接收的IP和端口为媒体转发服务器60的IP地址和端口；
(9)SIP服务器30收到来自设备代理40的SIP 200 OK响应后，修改Via或Record-Route等头域值，并根据From头域值把200 OK响应消息转发到浏览端10；
(10)DVR 71收到来自设备代理40的请求后，向监控前端80发送指令，并开始采集当前的视频数据；
(11)浏览端10收到来自设备代理40的SIP 200 OK响应后，构建并发送SIP ACK确认消息；
(12)SIP服务器30收到来自浏览端10的SIPACK消息后，解析并修改ACK消息的相关头域值，并把该消息转发给设备代理40，从而通过SIP信令的三次握手机制完成该视频监控业务的会话建立过程；
(13)监控前端80将采集的视频数据通过设备连接线传送给DVR 71；
(14)DVR 71对采集的视频数据按照一定的视频压缩标准(MPEG-4、H.264或VC-1)进行视频编码，并把压缩后的视频数据通过IP网络传送给媒体转发服务器60；
(15)媒体转发服务器60依据建立的转发列表把来自DVR 71的视频流数据发送到浏览端10。
(16)浏览端10对收到的压缩过的视频流数据，通过解码器进行解码，以得到原始视频数据，并在PC机上通过软件显示当前的监控画面，从而实现对某一点的监控。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，例如，附图中的浏览终端仅标明1个的情况，监控前端仅标明4个的情况，媒体转发服务器仅标明3个的情况，但显然在实际实施中往往是按需扩展。总而言之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (7)

1.利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：将多个媒体转发服务器组成为媒体转发服务器集群，该集群通过负载均衡调度器连接于设备代理，该设备代理连接多个监控前端，所述负载均衡调度器是媒体转发服务器集群的唯一入口点，能够按照各媒体转发服务器的负载情况和设定的调度算法确定处理视频转发业务的媒体转发服务器，从而实现视频业务均衡调度。
2.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：所述负载均衡调度器能维护各媒体转发服务器的现时状态，记录媒体转发服务器的负载情况和转发记录，并根据一定的IP负载均衡技术对媒体转发服务器进行调度，所述媒体转发服务器的负载情况从以下参数中单独或组合选取：媒体转发服务器的总带宽、剩余带宽、CPU性能、内存容量、已用内存以及当前媒体流的转发路数等等。
3.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：所述监控前端采用DVS、DVR、和/或视频矩阵等。
4.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：所述设备代理通过网线与Internet相连，并向SIP服务器发送Register消息进行注册认证；所述SIP服务器通过网线与Internet相连；浏览端通过网线与Internet相连或者通过内网的NAT/防火墙与Internet相连，并向SIP服务器发送Register消息进行注册认证。
5.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：当浏览端向设备代理发送Invite消息，请求查看某一视频源时，设备代理收到来自浏览端的Invite请求后，构建一个请求命令并发送给负载均衡调度器，要求负载均衡调度器分配一个真实可用的媒体转发服务器。
6.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：所述媒体转发服务器为集成了媒体转发功能的PC机。
7.根据权利要求1所述的利用媒体转发服务器集群实现视频业务中媒体流均衡调度的方法，其特征在于：所述确定处理媒体转发业务的媒体转发服务器是指从媒体转发服务器集群中选取一个真实的媒体转发服务器，并通知该服务器打开相应的端口接收并转发媒体流，同时负载均衡调度器记录这个调度，并向设备代理返回该媒体转发服务器的IP地址和端口；设备代理获取媒体转发服务器的IP地址和端口，同时将该地址和端口加到200 OK响应的SDP消息体中，并向浏览器发送该200 OK响应消息；设备代理向DVR发送请求，并告知视频接收的IP和端口，要求查看视频；DVR获取从监控前端采集的视频源，并将其发送给调度器指定的媒体转发服务器；媒体转发服务器将视频源直接转发到浏览端；浏览端获取并解码收到的视频源，从而开始某一监控流程。
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