CN103167028A

CN103167028A - 节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法

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Publication number: CN103167028A
Application number: CN2013100556200A
Authority: CN
Inventors: 胡凤兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2013-06-19

Abstract

一种节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，属于视频监控领域。先根据资源名称对用户进行分类，接着将用户按照局域网进行区分，然后对该局域网下的用户进行分组。在组内选择一个主源和多个备用源，主源通过网络从媒体服务器获取媒体流，然后分发给组内用户，备用源保证在主源出现异常时组内其他用户不至于出现媒体资源的中断。通过该用户收敛方法，减少了用户与媒体服务器之间媒体流的传输，从而达到节省网络传输带宽和增大用户并发量的目的。

Description

节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法

技术领域

本发明涉及一种节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，属于视频监控领域。

背景技术

目前，公知的视频监控领域实时视音频点播方案是由用户终端和媒体资源提供者组成，用户通过媒体资源提供者进行实时视音频资源点播业务。媒体资源提供者包括媒体服务器、监控平台和媒体设备如IPC，DVR，DVS等，为描述直观与方便，以下统称为媒体服务器。这类方案通过媒体服务器向各个用户进行视音频媒体资源的分发，每个用户都直接向媒体服务器获取实时视音频媒体资源。在突发事件（比如暴动）发生时，点播某些媒体资源的用户量暴增，而媒体资源传输占用带宽非常大，一路视音频流量大致为标清2Mbps、高清6Mbps，而传输网络带宽是有限的，这经常会导致以下问题：

1. 用户数过多，用户业务资源切换频繁，而资源切换涉及到信令和数据传输两个模块，很容易导致媒体服务器的性能下降甚至引发崩溃；

2. 传输带宽不能满足传输需求，导致媒体资源在传输时丢包，资源数和用户数越多，丢包就越严重；

3. 媒体服务器分发路数过多，分发时间超过资源时间，导致丢包。比如1秒的实时媒体流大小为6Mb，媒体服务器向所有用户分发该6Mb数据耗时为1.2秒，这必然会导致下一秒的实时媒体流部分被丢弃，从而严重影响用户感知。而且随着时间的增加，该影响会越来越大。

虽然通过增加媒体服务器数量，增加传输带宽可以缓解该问题，但是这个做法无疑大大增加了成本，而且增加服务器也意味着增加了运营维护的难度。

发明内容

为了克服现有方案造成的网络带宽和服务器资源消耗问题, 本发明提供一种新的解决方案，该方案不仅能满足实时视音频资源点播业务，而且能解决大量用户并发访问问题，并且能极大的节省网络带宽和缓解媒体服务器的压力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：对用户以组为单位进行收敛，组内选择一个用户作为主源，该用户从网络获取媒体资源，然后将资源进行组内分发；启用一个或多个备用源保证主源异常时业务不至于中断。

其目的是通过用户收敛减少在运营商网络上的媒体资源传输数量，因为运营商网络带宽资源相当昂贵，而局域网内部带宽资源十分低廉，所以按照局域网或其子网对用户进行收敛，局域网内用户通过交换机或路由器等设备进行资源共享。

当局域网内用户数过多时，负责资源分发的用户终端会存在性能瓶颈，即会出现分发速度小于资源接收速度的情况（背景技术问题3），所以必须对局域网内的用户进行分组，组内的“源”（负责组内分发的用户）负责对其所在组内其他用户进行资源分发。

为防止“源”出现异常情况（比如死机）从而导致该组内所有用户都中断该媒体资源，本发明采用主源加备用源的方式，正常情况下备用源不从媒体服务器获取媒体资源，当主源出现异常时，立即启用备用源进行分发，一个组有且仅有一个主源，可有多个备用源；当系统资源充足时可不考虑启用备用源。

当用户需要做实时视音频资源点播业务时：

1. 用户向媒体服务器请求媒体资源，媒体服务器接收到该请求，判断用户属于哪个局域网，并将该用户添加到该资源所在的对应局域网的具体组中；

2. 若该组中没有主源，意味着该组是一个新组，只有当前用户，则把该用户设置为主源，并向主源推送媒体流；

3. 若该组中已经存在主源，则判断组内备用源情况：

a) 备用源数量小于设定值，则把用户设置为备用源，并将组内所有用户信息（包括源）发送给该用户，同时向所有用户发送添加源消息；

b) 备用源数量大于或等于设定值，则将组内所有源用户信息发送给该用户，同时向所有源发送添加用户消息；

4. 用户在收到媒体流后，进行判断：

a) 如果媒体流来源是媒体服务器，则进行媒体流的组内转发，同时将媒体流推送给业务进程；

b) 如果媒体流来源是组内其他源，则只推送给业务进程；

c) 如果媒体流来源是其他地址，则抛弃处理；

5. 用户在接收到媒体服务器响应后，判断自己是否是源，如果是源，则需定时向媒体服务器发送心跳信息，如果媒体服务器在一段时间内没有接收到源用户的心跳信息，则认为该源出现故障，已不再适合做源（不删除源，只把源用户降级为普通用户），必须根据源类型进行如下处理：

a) 如果该源是备用源，则向组内所有用户发送取消源消息，同时在组内选择一个非源用户作为备用源，并通知所有用户；

b) 如果该源是主源，则将组内最合适的备用源作为主源，向新的主源推流，向组内所有用户发送取消源消息，同时在组内选择一个非源用户作为备用源，并通知所有用户；

6. 用户停止实时视音频点播业务时，向媒体服务器发送退出业务请求，媒体服务器根据用户类型进行处理：

a) 从组内删除该用户；

b) 如果该组只有该用户，则删除该分组；

c) 如果是非源用户，则通知所有源用户退出消息；

d) 如果是备用源，则向组内所有用户发送源退出消息，同时在组内选择一个非源用户作为备用源，并通知所有用户；

e) 如果是主源，则将组内最合适的备用源作为主源，向新的主源推流，向组内所有用户发送源退出消息，同时在组内选择一个非源用户作为备用源，并通知所有用户；

7. 用户定时向媒体服务器报送状态信息，包括CPU资源，内存空闲数量，业务数量，上行带宽大小以及上行带宽占用情况，以便媒体服务器进行源的重选；当用户为源时，如果当前丢包率较高（超过1％），CPU使用过高，上行带宽不足（上行带宽用于分发媒体资源），则向媒体服务器发送告警信息；

8. 源的选择与重选：当系统空闲或源告警时，可根据组内用户机器性能和资源占用情况，进行源的重选；源的选择和重选过程发生在用户请求资源、用户退出、源用户超时、源用户告警时。

本发明的有益效果是，通过对用户进行收敛，极大地减少了媒体资源在运营商网络上的传输数量，减少了传输带宽。若某局域网内有100个用户同时点播一路媒体资源，媒体资源流量为6Mbps，传统方案需要600Mb带宽，本发明按照4组用户来算只需要24Mb带宽即可满足业务流量需求。在不增加传输带宽和服务器资源的同时，支持大用户量并发进行实时视音频点播业务，并保证了系统的稳定性并降级了成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，以一个主源和一个备用源为例。为了直观理解，特意将媒体资源提供者拆分为媒体服务器和媒体设备两部分。

图1是本发明的部署图。

图2是本发明的原理图。

图3是用户业务请求时序图。

图4是主源停止业务时的时序图。

图5是主源心跳超时的时序图。

图中1001.运营商网络，1002.局域网内部网络。

具体实施方式

本发明是一种将用户按组进行收敛的方法，以节省传输带宽。在信令方面用户可以直接连接媒体服务器，也可以通过其他服务器中转或代理连接媒体服务器。具体包括以下步骤：

1. 用户发起实时视音频资源点播业务，建立线程并侦听端口，向媒体服务器发送点播请求，请求内容携带资源名称、本机IP地址、资源接收端口、局域网子网掩码、网关IP地址信息；

2. 媒体服务器接收到该请求，按照资源名称进行分类，接着根据IP地址、子网掩码、网关IP以及服务器接收到的用户实际IP地址判断用户属于哪个局域网（IP地址&子网掩码，然后再加上网关IP和网络标识（表示属于哪个网络）即可确定该用户属于哪个局域网，网络标识由实际IP地址确定，用于跨网的情况：若实际IP地址与用户IP地址不同，则需要和非跨网的用户区分处理，此时建议使用网关、转发服务器或代理服务器进行中转操作，使得该网络下的用户实际IP地址相同，均为对应服务器IP地址，便于收敛），媒体服务器也可制定规则，将某些网段进行合并（比如把局域网内的子网也归并到该大局域网），然后将用户添加到该局域网下的某个组中，若没有符合的组，则创建新组并挂载到该局域网列表中；

3. 若用户IP地址与媒体服务器接收到的用户实际IP地址不同，则表明该用户处于某个子网或者另外的网络，此时直接向用户推送媒体流可能不会成功，需要通过NAT服务器进行NAT穿透，建立媒体服务器与用户之间的媒体数据通信链路（非源用户与媒体服务器之间不需要建立数据通信链路），NAT时用户终端建立通信链路的端口必须为其资源接收端口；

4. 若该组中没有主源，意味着该组是一个新组，没有其他用户，则：

a) 保存用户信息到组中，包含用户IP地址，用户媒体资源接收端口；

b) 把该用户设置为主源，同时通知用户已受理该请求，并告知用户为源；

c) 必要时建立媒体数据通信链路（参考3）；

d) 向用户的媒体接收端口发送控制信令消息（在数据通信链路已经建立时利用数据通信链路向用户发送），通知用户利用该数据通信链路向媒体服务器发送心跳消息；

e) 添加用户到超时列表，初始时间建议为当前时间加上2倍心跳时间，以避免用户在第一次心跳之前由于用户处理逻辑引发超时；

f) 向主源推送媒体资源；

5. 若该组中已经存在主源，则需要根据备用源情况进行如下处理：

b) 若备用源数量小于设定值，则：

i. 将用户设置为备用源，同时通知用户已受理该请求，并告知用户为源；

ii. 必要时建立媒体数据通信链路（参考3）；

iii. 向用户的媒体接收端口发送控制信令消息（在数据通信链路已经建立时利用数据通信链路向用户发送），通知用户利用该数据通信链路向媒体服务器发送心跳消息；

iv. 添加用户到超时列表，初始时间建议为当前时间加上2倍心跳时间，以避免用户在第一次心跳之前由于用户处理逻辑引发超时；

v. 将组内所有用户（包括主源、备用源和非源）信息发送给该用户；

vi. 向所有用户发送添加源消息（主源接收到该消息后会向该用户推送媒体资源）；

c) 备用源数量大于或等于设定值，则：

i. 通知用户已受理该请求；

ii. 将组内所有源（包括主源和备用源）用户信息发送给该用户；

iii. 向所有源发送添加用户消息（主源接收到该消息后会向该用户推送媒体资源）；

6. 用户在收到媒体服务器发送的信令控制消息后，开始利用该数据链路定时向媒体服务器发送心跳消息，时间间隔应不超过50毫秒；媒体服务器对于NAT建立通信链路的备用源，定时发送心跳响应控制消息，10秒一次即可，以确保该通信链路不会被断开；

7. 用户在收到媒体流后，进行判断：

a) 如果媒体流来源是媒体服务器，则进行媒体流的组内转发，同时推送给业务进程；

b) 如果媒体流来源是源（用户终端不区分主源和备用源），只推送给业务进程；

c) 如果媒体流来源是其他地址，则表示不是有效数据，直接抛弃处理；

8. 如果媒体服务器在一段时间内没有接收到源的心跳信息（一般设定为2.4倍用户定时时间即可），则认为该源已出现故障，此时需要取消该源，降级为普通用户（不删除该用户，删除操作由用户本身发起，或者由信令链路超时发起）：

a) 如果该源是备用源，则：

i. 向组内所有用户发送取消源消息（降级为普通用户）；

ii. 在组内选择一个非源用户作为备用源，必要时建立媒体数据通信链路（参考3），并向用户的媒体接收端口发送控制信令消息（在数据通信链路已经建立时利用数据通信链路向用户发送），通知用户利用该数据通信链路向媒体服务器发送心跳消息；

iii. 将新备用源加入超时列表；

iv. 通知所有用户添加备用源消息；

v. 向新添加的备用源发送组内所有用户信息；

b) 如果该源是主源，则：

i. 在组内备用源中选择一个做为主源；

ii. 向新的主源推流；

iii. 向组内所有用户发送取消源消息，取消原来的主源（降级为普通用户）；

iv. 在组内选择一个非源用户作为备用源，必要时建立媒体数据通信链路（参考3），并向用户的媒体接收端口发送控制信令消息（在数据通信链路已经建立时利用数据通信链路向用户发送），通知用户利用该数据通信链路向媒体服务器发送心跳消息；

v. 将新备用源加入超时列表；

vi. 通知所有用户添加源消息；

vii. 向新添加的备用源发送组内所有用户信息；

9. 用户停止视音频点播业务时，向媒体服务器发送退出请求，媒体服务器根据用户类型进行处理：

a) 如果该组内只有该用户，则删除该分组；

b) 如果是非源，则在组内删除该用户，并向所有源发送用户退出消息；

c) 如果是备用源，则：

i. 在组内删除该用户，并向组内所有用户发送源退出消息；

iii. 将新备用源加入超时列表；

iv. 通知所有用户添加备用源消息；

v. 向新添加的备用源发送组内所有用户信息；

d) 如果是主源，则：

i. 在组内备用源中选择一个做为主源；

ii. 向新的主源推流；

iii. 向组内所有用户发送源退出消息，删除原来的主源；

v. 将新备用源加入超时列表；

vi. 通知所有用户添加备用源消息；

vii. 向新添加的备用源发送组内所有用户信息；

10. 用户信令控制链路在发起点播业务并得到媒体服务器成功响应后，定时（比如30秒）向媒体服务器报送系统状态信息，包含上行带宽大小、上行带宽占用情况、CPU频率、CPU使用率、内存空闲数量和业务数量（做为源）等。其目的在于：

a) 媒体服务器可以根据该信息选择源和备用源；

b) 如果一段时间没有该信息报送，则认为用户已经退出，执行普通用户退出业务流程，此时用户必定为普通用户，如果是源，则会由于源的心跳超时机制把源降级为普通用户，因为心跳超时时间比该状态报送时间短得多；

当用户为源时，如果当前丢包率较高（超过1％），CPU使用过高，上行带宽不足，则向媒体服务器发送告警信息，以便媒体服务器进行源的重选；

11. 源的选择与重选：

源的选择方案可采用以下方式：

a) 网络上行空闲带宽必须要满足分发资源到组内其他用户的带宽需求，主要考虑因素为网卡速度、网线速度以及用户是否也在其他媒体资源业务中担任源的角色，启用占用和预留方式：（当前用户数+（组内最大用户数-当前用户数）/4）*媒体流量，如果一个媒体资源流量为6Mbps，该组最多用户数为32，当前用户数为16，则源用户上行流量空闲至少为（16+(32-16)/4）*6=120Mbps；

b) 按CPU空闲量进行排序，CPU空闲量最大的做为源；

c) 一个用户可同时进行多个点播业务，按照其做为源的业务数量进行降序排列，以最少做为源的业务数量的用户最为源；

当媒体服务器系统空闲或者源用户资源告警时，根据组内用户机器性能和资源占用情况，执行源超时方案（第8条），进行源的重选（可参考源的选择方案）。

附加说明：

媒体服务器支持直接推送的模式，比如向外部平台推流，这种情况下就不需要进行对用户分组，也无需心跳确认，直接将媒体流推送给用户指定的IP、媒体资源接收端口即可。

数据传输格式如下：

对于直接推送媒体流方式的内部服务器或外部平台，采用RTP协议直接推送；

对于用户收到的每一个数据包，前4个字节用来表示数据窗口位置以及区分该包是信令还是媒体数据：

最高位为1，表示该包是一个信令控制消息；

最高位为0，表示该包是一个媒体数据包；

低31位表示当前的活动窗口位置，用于客户端判断是否存在丢包，以及统计丢包比例，当窗口位置超过2³¹时，其值减去2³¹；

对于数据包，后续的包内容全部为媒体数据：

窗口栈（4）

媒体数据

对于信令包，为了方便媒体服务器对用户进行快速检索，接下来4个字节为该用户在媒体服务器里数据的索引位置，后续的包内容为信令内容：

窗口栈（4）

索引号（4）

信令内容

Claims

1.一种节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，用户通过媒体资源提供者获取媒体资源，其特征是：

a. 对用户按媒体资源名称和其所属网络进行分组；

b. 组内选择一个用户作为主源，选择一个或多个用户做为备用源，也可无备用源；

c. 主源通过网络从媒体资源提供者处获取媒体资源，然后将资源分发给组内其他用户；

d. 备用源在主源发生异常时启用，承载资源分发功能，确保组内用户仍然可以接收到媒体资源。

2.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：组内所有用户都属于同一个局域网或其子网。

3.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：组内用户数量可以动态增加或减少，但用户数量有上限。

4.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：主源和备用源定时向媒体资源提供者发送心跳信息。

5.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：媒体资源提供者包括媒体服务器、监控平台和媒体设备。

6.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：源存储有组内所有用户信息。

7.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：信令和数据分为不同的链路进行传输。

8.根据权利要求1所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：用户与媒体资源提供者之间的数据传输支持NAT穿透。

9.根据权利要求3所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：组内源可以动态改变和调整。

10.根据权利要求6所述的节省传输带宽并能增大并发量的用户收敛方法，其特征是：用户信息包含用户IP地址和数据接收端口。