CN108418757A - 媒体平台的智能路由方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种媒体平台的智能路由方法及系统，其中，该方法包括：实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将网络状态信息发送至消息队列；从消息队列中获取网络状态信息，根据网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；保存路由表，并将路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；在获取到待转发媒体流后，根据本地路由表转发待转发媒体流。该方法不需要更改信令即可实现媒体路由，媒体流UDP包不经过应用层，转发效率高，可以自动调整嵌入在内核态的路由表；该方法能屏蔽现实网络环境的复杂多变，为媒体接入层提供可靠稳定的媒体转发服务。

Description

媒体平台的智能路由方法及系统
技术领域
本发明涉及路由更新技术领域，特别涉及一种媒体平台的智能路由方法及系统。
背景技术
目前，实时音视频通讯的质量有很大部分取决于网络质量，为了提高实时音视频通讯的质量，通用的改进的思路：1.在差网络环境下通过音视频算法、丢包处理等技术提高质量。2.通过部署方式，提供更好的网络质量。之前云通讯的大部分工作在音视频质量方面，在部署方面也做了部分工作，如双端就近路由，但是双端就近接入的方案，整个交互过程是靠呼叫的转移的方式完成，只能做到两点的中继，无法得到多点的中继。从架构上来讲，信令、媒体应该是相互独立的两个部分，通过信令方式解决媒体的路由不是很合理。
同时，传统网络状态监测都是用ping命令的方式，以延迟，丢包，抖动为评价网络好坏的参数，但这种以ICMP(Internet Control Message Protocol，Internet控制报文协议)报文作为网络探测包的方式有弊端，因为这种基于ICMP响应包的探测方式不可靠，很多网络出于安全考虑，屏蔽了ICMP，还有ICMP响应报文在网络边界路由器上是可以伪造的，这就不能反映真实的网络状态。
发明内容
本发明提供一种媒体平台的智能路由方法及系统，用以解决通过信令方式解决媒体的路由不是很合理的缺陷。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由方法，包括：
实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将所述网络状态信息发送至消息队列；
从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；
保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；
在获取到待转发媒体流后，根据所述本地路由表转发所述待转发媒体流。
在一种可能的实现方式中，所述实时采集网络节点之间的网络状态信息包括：
通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR探测包，在所述第一网络节点接收到所述第二网络节点响应的RTCP/RR响应包后，解析所述RTCP/RR响应包，确定所述第一网络节点到所述第二网络节点的网络状态信息，所述RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项。
在一种可能的实现方式中，所述从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表，包括：
实时获取所述消息队列中的网络状态信息，将所述网络状态信息格式化后转存到时序数据库；
定时从所述时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据所述预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除所述数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验所述数据集的完整性以使所述数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息；
将所述数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，所述对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，所述对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示所述有向路径的网络状态；
根据预设的路由策略确定所述对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记；
以行为单位遍历所述对象矩阵，若当前行中的元素设有所述重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算所述源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新所述源网络节点的下一跳节点编号；
在遍历所述对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且所述路由表以KV键值对表示，所述KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
在一种可能的实现方式中，所述实时获取所述消息队列中的网络状态信息，包括：
根据所述消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对所述预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，所述传输速率数组X中的元素xa表示在所述预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率；
对所述传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
其中，k为约束系数，且k为奇数；wj为第j个权重值，且j＝1,2,…,k；
确定基准序列H，且所述基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k；
根据所述基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，所述预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
将所述预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将所述最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
在一种可能的实现方式中，所述保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，包括：
以KV键值对的方式更新并保存路由表；
根据所述KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述本地路由表转发所述待转发媒体流包括：
解析所述待转发媒体流的目的地址，根据所述目的地址查询本地路由表并确定与所述待转发媒体流相对应的下一跳节点地址，并根据所述下一跳节点地址将所述待转发媒体流转发至相应的下一跳节点。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种媒体平台的智能路由系统，包括：
网络状态采集子系统，用于实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将所述网络状态信息发送至消息队列；
路由计算子系统，用于从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；
路由分发子系统，用于保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；
媒体转发子系统，用于在获取到待转发媒体流后，根据所述本地路由表转发所述待转发媒体流。
在一种可能的实现方式中，所述网络状态采集子系统用于：
通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR探测包，在所述第一网络节点接收到所述第二网络节点响应的RTCP/RR响应包后，解析所述RTCP/RR响应包，确定所述第一网络节点到所述第二网络节点的网络状态信息，所述RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项。
在一种可能的实现方式中，所述路由计算子系统用于：
实时获取所述消息队列中的网络状态信息，将所述网络状态信息格式化后转存到时序数据库；
定时从所述时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据所述预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除所述数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验所述数据集的完整性以使所述数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息；
将所述数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，所述对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，所述对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示所述有向路径的网络状态；
根据预设的路由策略确定所述对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记；
以行为单位遍历所述对象矩阵，若当前行中的元素设有所述重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算所述源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新所述源网络节点的下一跳节点编号；
在遍历所述对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且所述路由表以KV键值对表示，所述KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
在一种可能的实现方式中，所述路由计算子系统实时获取所述消息队列中的网络状态信息，包括：
根据所述消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对所述预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，所述传输速率数组X中的元素xa表示在所述预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率；
对所述传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
其中，k为约束系数，且k为奇数；wj为第j个权重值，且j＝1,2,…,k；
确定基准序列H，且所述基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k；
根据所述基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，所述预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
将所述预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将所述最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
在一种可能的实现方式中，所述路由分发子系统用于：
以KV键值对的方式更新并保存路由表；
根据所述KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
在一种可能的实现方式中，所述媒体转发子系统用于：
解析所述待转发媒体流的目的地址，根据所述目的地址查询本地路由表并确定与所述待转发媒体流相对应的下一跳节点地址，并根据所述下一跳节点地址将所述待转发媒体流转发至相应的下一跳节点。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由方法及系统，通过实时获取网络状态信息计算个网络节点之间的最优路径，进而生成并更新路由表，之后网络节点根据该路由表即可对待转发媒体流进行转发。该方法不需要更改信令即可实现媒体路由，且网络节点直接内核转发，媒体流UDP包不经过应用层，转发效率高，可以自动调整嵌入在内核态的路由表；该方法能屏蔽现实网络环境的复杂多变，为媒体接入层提供可靠稳定的媒体转发服务。同时，使用RTP媒体流的控制报文RTCP作为网络探测包，避免了实际网络状态可能被伪造的问题。在应用层控制路由，可根据网络状态自动调整路由，而且可以人工增加路由策略，使系统配置更灵活方便；系统网络状态持久化到时间序列数据库，可多时间维度监控分析网络瓶颈。以预测网络状态信息的方式生成路由表，避免了采集网络节点之间的网络状态信息时的延时造成最终确定的传输路径不准确的问题，使得传输媒体流时采用的传输路径更加准确。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中媒体平台的智能路由方法的流程图；
图2为本发明实施例中网络节点的一种布局示意图；
图3为本发明实施例中媒体平台的智能路由系统的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由方法，参见图1所示，包括步骤101-104：
步骤101：实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将网络状态信息发送至消息队列。
本发明实施例中，每个网络节点对应一个网络域，且每个网络域部署一个网络探测服务。具体的，通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR(RTP Control Protocol，RTP控制协议；Sender Report，发送端报告)探测包，在第一网络节点接收到第二网络节点响应的RTCP/RR(ReceiverReport，接收端报告)响应包后，解析RTCP/RR响应包，确定第一网络节点到第二网络节点的网络状态信息，RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项，该网络状态信息具体包括丢包率、网络延时、网络抖动等。
可选的，可以增加一个NQMonitor的模块，在每个网络节点放置一个，NQM会互相检测丢包率、网络延时等数据。通过该数据可以算出两个MR(Media Relay，媒体中继)模块所在网络节点之间的最佳路径。MR模块部署在离用户最近的地方，只做UDP包的转发；用户端SDK(软件开发工具包)以音视频方式呼入系统时，按照原来的路由模式分配媒体服务器给它，在给终端应答的时候，系统根据网络最优的策略返回一组MR的IP列表和MS(mediaserver，媒体服务)的IP给他，SDK取优先级最高的节点发送媒体流。
具体的，当前的网络节点(即第一网络节点)通过NQMonitor的模块的RtcpTxTask每隔时间周期T(20ms)向其他各网络节点发送一个SR探测报文，SR探测报文中的SSRC(Synchronization source，同步源)填充为转发模块的ServiceID，并等待对方的网络节点(即第二网络节点)响应RR报文。
第二网络节点内部RtcpTxTask接收解析SR探测报文，如果是SR探测报文，则向第一网络节点发送RR响应报文，在RR响应报文中包括信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个SR的时间、接收最后一个SR的延迟等信息。
第一网络节点内部RtcpTxTask接收并解析RR响应报文，解析RR包体内的信息处理后通过mq_agent发送到消息队列MQ。
步骤102：从消息队列中获取网络状态信息，根据网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表。
本发明实施例中，MQ消息队列中的消息由Consumer消息转储服务辅助模块转存到influxdb时序数据库，之后定时从influxdb时序数据库中获取一批最近时间的数据，然后对数据格式化成图数据结构，再根据事先制定的网络状况的评价策略(即路由策略)，使用dijkstra图最短路径算法计算各网络节点到其他网络节点的最优路径，进而生成总的路由表。
步骤103：保存路由表，并将路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表。
本发明实施例中部署集群服务，如consul集群服务，之后将该路由表同步至consul集群服务。每个网络节点中的路由中转服务各自订阅与自身相关的路由表，当该路由表发生更新时，网络节点拉取相应的路由表，进而更新本地和内核模块中的路由表(即本地路由表)。
步骤104：在获取到待转发媒体流后，根据本地路由表转发待转发媒体流。
本发明实施例中，在获取到待转发媒体流后解析待转发媒体流的目的地址，根据目的地址查询本地路由表并确定与待转发媒体流相对应的下一跳节点地址，并根据下一跳节点地址将待转发媒体流转发至相应的下一跳节点。
具体的，媒体流UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)包经过网络节点时，网络节点内核模块在网络层Netfiter框架的PRE_ROUTING挂载点拦截UDP，解析出此包体中的serviceID模块编号，根据此编号查询路由表，然后调用网卡驱动直接转发此UDP到下一跳目的地址。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由方法，通过实时获取网络状态信息计算个网络节点之间的最优路径，进而生成并更新路由表，之后网络节点根据该路由表即可对待转发媒体流进行转发。该方法不需要更改信令即可实现媒体路由，且网络节点直接内核转发，媒体流UDP包不经过应用层，转发效率高，可以自动调整嵌入在内核态的路由表；该方法能屏蔽现实网络环境的复杂多变，为媒体接入层提供可靠稳定的媒体转发服务。同时，使用RTP媒体流的控制报文RTCP作为网络探测包，避免了实际网络状态可能被伪造的问题。
本发明另一实施例提供一种媒体平台的智能路由方法，该方法包括上述实施例中的步骤101-104，其实现原理以及技术效果参见图1对应的实施例。同时，本发明实施例中，上述步骤102“从消息队列中获取网络状态信息，根据网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表”主要包括数据格式化校验和最优路径计算两个过程，具体的，其包括步骤A1-A6：
步骤A1：实时获取消息队列中的网络状态信息，将网络状态信息格式化后转存到时序数据库。
本发明实施例中，部署influxdb时序数据库，部属Consumer消息转储服务；Consumer辅助模块实时拉取ActiveMQ(消息队列)的topic中网络状态信息，将其格式化后转存到influxdb时序数据库；该格式化过程是指将原来网络状态信息的字符串格式化为influxdb数据库的插入语句。
步骤A2：定时从时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验数据集的完整性以使数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息。
本发明实施例中，influxdb_task定时从influxdb时序数据库中获取预设时间间隔的数据集D，之后检查数据集中数据的合法性，去除离线节点的数据；检查对象参数范围，去除非法数据；校验数据的完整性，确保每个网络节点到其他节点都有状态数据。该网络数据指的是一个网络节点到另一个网络节点的直接网络状态，比如，现在有三个节点ABC，则A到B、A到C等必须有一个网络状态：可达或者不可达；当网络状态可达时，则其对应一个状态数据(如延迟，丢包，抖动)。
步骤A3：将数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示有向路径的网络状态。
本发明实施例中将数据集D格式化为对象矩阵M，此处的格式化指的是把从influxdb查询的数据集转换成矩阵格式的对象矩阵M。同时，对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示有向路径的网络状态。例如，M第1行第2列的元素对应第1个源网络节点到第2个目的网络节点的一条有向路径。同时，状态消息源目的IP指的是这个网络状态信息来自于哪台设备，Map和“矩阵”类似，为程序设计的一种数据结构。
步骤A4：根据预设的路由策略确定对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记。
本发明实施例中，route_task从influxdb_task通过内部channel获取预处理后的对象矩阵M，根据预设的路由策略，为各元素标记是否需要重新计算路由。
其中，该路由策略为基于现有网络状况和添加路由路径和原有直连路径比较后的经验值。例如，如果两个网络节点直接延迟小于50ms，丢包率小于5％，则不重新计算路由；如果两个网络节点直接丢包率大于80％且持续时间超过1分钟，则不考虑其他条件，重新计算路由。
步骤A5：以行为单位遍历对象矩阵，若当前行中的元素设有重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新源网络节点的下一跳节点编号。
本发明实施例中，route_task遍历对象矩阵M，以行为单位首先遍历当前行中是否有标记需要重计算路由的节点，如果存在，则以此当前行对应的网络节点N为起始点，调用dijkstras图最短路径算法，计算节点N到其他各网络节点的最优路径，然后更新此行节点参数的下一跳节点编号。
步骤A6：在遍历对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且路由表以KV键值对表示，KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
本发明实施例中，网络节点的consul_task负责注册服务，订阅系统中媒体中转服务(MRS)以mrs_map结构保存在本地内存中，遍历对象矩阵M完成后，根据此矩阵对象节点下一跳节点编号以及格式化数据后的行列编号和IP的影射Map，并结合mrs_map转换为以网络节点ID标示的路由表，最后输出路由表为KV(Key-Value)键值对:[K：l_domain/r_domainV:n_domain]l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。本发明实施例中，节点ID与节点地址相对应。
网络节点的一种结构示意图参见图2所示，其中，45、46、47、49分别代表一个网络节点，实线箭头表示从一个网络节点到其他网络节点的延迟(有向的)，相对应的数字表示延时时长，比如49到47的网络延时为70ms；指向activemq的虚线表示各网络节点采集的状态数据流向，指向consul的虚线代表网络节点中各模块的注册监控。具体的，从49到47的直接路径延迟是70ms，从49-46-47的延迟是20+1＝21ms，故49到47的最优路径可以为49-46-47。
本发明实施例中，在应用层控制路由，可根据网络状态自动调整路由，而且可以人工增加路由策略，使系统配置更灵活方便；系统网络状态持久化到时间序列数据库，可多时间维度监控分析网络瓶颈。
在上述实施例的基础上，上述步骤103“保存路由表，并将路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点”具体包括：以KV键值对的方式更新并保存路由表；根据KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
本发明实施例中，以KV键值对的方式更新并保存路由表，且同步至consul，网络节点中的媒体中转服务MRS订阅consul中各自关心的K值；当网络节点检测K值变化时，拉取相应的路由表，进而更新本地和内核模块中的路由表。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中获取网络状态信息时，根据历史的网络状态信息对网络状态进行预测，使得传输媒体流时采用的传输路径更加合理，避免因步骤101中采集网络节点之间的网络状态信息时的延时造成最终确定的传输路径不准确的问题。具体的，本发明实施例中通过预测传输速率来解决上述问题，从消息队列中获取网络状态信息后，对该网络状态信息进行预测处理，该预测网络节点之间的网络状态信息的过程包括步骤B1-B5：
步骤B1：根据消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，传输速率数组X中的元素xa表示在预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率。
本发明实施例中获取最新的预设时间段内的传输速率，即该预设时间段的结束点为当前时刻。在该预设时间段内采样m个传输速率，进而生成包含m个元素的传输速率数组X，且X中最后一个元素xm表示当前时刻采样的传输速率。
步骤B2：对传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
本发明实施例中根据当前采集的传输速率初步扩展传输速率数组X，即对传输速率进行初步预测。具体的，首先确定约束系数k，即首先确定根据之前多长时间段内的传输速率进行初步预测，或者确定需要根据之前的多少个元素xa来确定扩展后的元素。
同时，本发明实施例中“依次进行扩展”指的是先扩展得到xm+1，之后扩展得到xm+2，再扩展得到xm+3，……，直至扩展得到所有所需的元素。具体的，在确定约束系数k后，首先根据数组X中在前的k个元素(即xm-k+1、xm-k+2、……、xm)确定第一个扩展元素xm+1，即：
其中，wj对应k个元素的权重值。以计算xm+1为例，w1为xm-k+1的权重值，w2为xm-k+2的权重值，……，wj为xm的权重值。
本发明实施例中，权重值根据该式确定的权重值，j越大，权重值wj越大，则在计算扩展元素xm+i时传输速率数组X(或扩展后的传输速率数组X)中靠后的元素权重值越大；同时所有权重值之和为1，可以使得计算后的扩展元素xm+i尽可能保持之前元素的特性。此外，当j＝0时，wj>0；此时当利用更新后的扩展元素计算下一个扩展元素时，虽然没有引入j＝1对应的元素的前一个元素的传输速率，但是由于此时wj>0，即权重值wj的变化趋势仍然会引入j＝1对应的元素前一个元素，从而使得当利用更新后的扩展元素计算下一个扩展元素时，不仅使得扩展元素xm+i尽可能保持之前元素的特性，还能保持之前元素的变化趋势，使得扩展结果更加符合实际情况。
步骤B3：确定基准序列H，且基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k。
本发明实施例中，在确定扩展后的传输速率数组X后，由于该扩展后的传输速率数组X中的扩展元素并不是真实的采样值，在计算过程中会引入误差；故本发明实施例中基于该基准序列H去除数组X中的误差。同时，基准序列H的元素个数k与之前计算扩展元素时所参考的元素个数(即k)相同，以保证前后处理的一致性。
步骤B4：根据基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
本发明实施例中，预测数组Y中的元素实际上是对扩展元素xm+i的进一步处理。如上所述，由于计算xm+i容易引入误差，在利用基准序列H去除误差后，即可得到预测数组的元素yi，即扩展元素xm+i去除误差后即为yi。同时，由于基准序列H的长度为k，基准序列只能对前半部分的扩展元素进行处理，故生成的预测数组Y的长度为即对于yi，
步骤B5：将预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
本发明实施例中，以数组Y中个元素的平均值作为最终的传输速率，使得预测的传输速率更加准确；同时，确定该最终的传输速率时利用了k个扩展的传输速率(即k个xm+i)，即参考了足够多的扩展元素；同时直接生成该最终预测的传输速率时的个元素为距离当前时刻对应的元素(即xm)最近的元素，且均去除了其中的误差，使得该最终预测的传输速率具有足够的准确度，且精度高。以预测网络状态信息的方式生成路由表，避免了采集网络节点之间的网络状态信息时的延时造成最终确定的传输路径不准确的问题，使得传输媒体流时采用的传输路径更加准确。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由方法，通过实时获取网络状态信息计算个网络节点之间的最优路径，进而生成并更新路由表，之后网络节点根据该路由表即可对待转发媒体流进行转发。该方法不需要更改信令即可实现媒体路由，且网络节点直接内核转发，媒体流UDP包不经过应用层，转发效率高，可以自动调整嵌入在内核态的路由表；该方法能屏蔽现实网络环境的复杂多变，为媒体接入层提供可靠稳定的媒体转发服务。同时，使用RTP媒体流的控制报文RTCP作为网络探测包，避免了实际网络状态可能被伪造的问题。在应用层控制路由，可根据网络状态自动调整路由，而且可以人工增加路由策略，使系统配置更灵活方便；系统网络状态持久化到时间序列数据库，可多时间维度监控分析网络瓶颈。以预测网络状态信息的方式生成路由表，避免了采集网络节点之间的网络状态信息时的延时造成最终确定的传输路径不准确的问题，使得传输媒体流时采用的传输路径更加准确。
以上详细介绍了媒体平台的智能路由方法流程，该方法也可以通过相应的系统实现，下面详细介绍该系统的结构和功能。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由系统，参见图3所示，包括：
网络状态采集子系统31，用于实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将网络状态信息发送至消息队列；
路由计算子系统32，用于从消息队列中获取网络状态信息，根据网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；
路由分发子系统33，用于保存路由表，并将路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；
媒体转发子系统34，分布在每个网络节点，用于在获取到待转发媒体流后，根据网络节点的本地路由表转发待转发媒体流。
在一种可能的实现方式中，网络状态采集子系统31用于：
通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR探测包，在第一网络节点接收到第二网络节点响应的RTCP/RR响应包后，解析RTCP/RR响应包，确定第一网络节点到第二网络节点的网络状态信息，RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项。
在一种可能的实现方式中，路由计算子系统32用于：
实时获取消息队列中的网络状态信息，将网络状态信息格式化后转存到时序数据库；
定时从时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验数据集的完整性以使数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息；
将数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示有向路径的网络状态；
根据预设的路由策略确定对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记；
以行为单位遍历对象矩阵，若当前行中的元素设有重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新源网络节点的下一跳节点编号；
在遍历对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且路由表以KV键值对表示，KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
在一种可能的实现方式中，路由计算子系统32实时获取消息队列中的网络状态信息，包括：
根据消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，传输速率数组X中的元素xa表示在预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率；
对传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
其中，k为约束系数，且k为奇数；wj为第j个权重值，且j＝1,2,…,k；
确定基准序列H，且基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k；
根据基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
将预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
在一种可能的实现方式中，路由分发子系统33用于：
以KV键值对的方式更新并保存路由表；
根据KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
在一种可能的实现方式中，媒体转发子系统34用于：
解析待转发媒体流的目的地址，根据目的地址查询本地路由表并确定与待转发媒体流相对应的下一跳节点地址，并根据下一跳节点地址将待转发媒体流转发至相应的下一跳节点。
本发明实施例提供的一种媒体平台的智能路由系统，通过实时获取网络状态信息计算个网络节点之间的最优路径，进而生成并更新路由表，之后网络节点根据该路由表即可对待转发媒体流进行转发。该系统不需要更改信令即可实现媒体路由，且网络节点直接内核转发，媒体流UDP包不经过应用层，转发效率高，可以自动调整嵌入在内核态的路由表；该方法能屏蔽现实网络环境的复杂多变，为媒体接入层提供可靠稳定的媒体转发服务。同时，使用RTP媒体流的控制报文RTCP作为网络探测包，避免了实际网络状态可能被伪造的问题。在应用层控制路由，可根据网络状态自动调整路由，而且可以人工增加路由策略，使系统配置更灵活方便；系统网络状态持久化到时间序列数据库，可多时间维度监控分析网络瓶颈。以预测网络状态信息的方式生成路由表，避免了采集网络节点之间的网络状态信息时的延时造成最终确定的传输路径不准确的问题，使得传输媒体流时采用的传输路径更加准确。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种媒体平台的智能路由方法，其特征在于，包括：
实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将所述网络状态信息发送至消息队列；
从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；
保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；
在获取到待转发媒体流后，根据所述本地路由表转发所述待转发媒体流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时采集网络节点之间的网络状态信息包括：
通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR探测包，在所述第一网络节点接收到所述第二网络节点响应的RTCP/RR响应包后，解析所述RTCP/RR响应包，确定所述第一网络节点到所述第二网络节点的网络状态信息，所述RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表，包括：
实时获取所述消息队列中的网络状态信息，将所述网络状态信息格式化后转存到时序数据库；
定时从所述时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据所述预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除所述数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验所述数据集的完整性以使所述数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息；
将所述数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，所述对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，所述对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示所述有向路径的网络状态；
根据预设的路由策略确定所述对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记；
以行为单位遍历所述对象矩阵，若当前行中的元素设有所述重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算所述源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新所述源网络节点的下一跳节点编号；
在遍历所述对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且所述路由表以KV键值对表示，所述KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实时获取所述消息队列中的网络状态信息，包括：
根据所述消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对所述预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，所述传输速率数组X中的元素xa表示在所述预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率；
对所述传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
其中，k为约束系数，且k为奇数；wj为第j个权重值，且j＝1,2,…,k；
确定基准序列H，且所述基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k；
根据所述基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，所述预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
将所述预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将所述最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，包括：
以KV键值对的方式更新并保存路由表；
根据所述KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
6.一种媒体平台的智能路由系统，其特征在于，包括：
网络状态采集子系统，用于实时采集网络节点之间的网络状态信息，并将所述网络状态信息发送至消息队列；
路由计算子系统，用于从所述消息队列中获取所述网络状态信息，根据所述网络状态信息以及预设的路由策略分别计算各网络节点之间的最优路径，并生成路由表；
路由分发子系统，用于保存所述路由表，并将所述路由表中与网络节点相关的部分分发至相对应的网络节点，更新网络节点的本地路由表；
媒体转发子系统，用于在获取到待转发媒体流后，根据所述本地路由表转发所述待转发媒体流。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述网络状态采集子系统用于：
通过部署在第一网络节点中的网络探测服务向其他的第二网络节点按预设频率或预设周期发送RTCP/SR探测包，在所述第一网络节点接收到所述第二网络节点响应的RTCP/RR响应包后，解析所述RTCP/RR响应包，确定所述第一网络节点到所述第二网络节点的网络状态信息，所述RTCP/RR响应包包括：信息包丢失数、已收信息包最大序列号、到达时间抖动、接收最后一个RTCP/SR探测包的时间、接收最后一个RTCP/SR探测包的延迟中的一项或多项。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述路由计算子系统用于：
实时获取所述消息队列中的网络状态信息，将所述网络状态信息格式化后转存到时序数据库；
定时从所述时序数据库中获取预设时间间隔内的网络状态信息，根据所述预设时间间隔内的网络状态信息生成数据集，去除所述数据集中离线节点的数据和非法数据，并校验所述数据集的完整性以使所述数据集中每个网络节点到其他网络节点之间都具有相应的网络状态信息；
将所述数据集转换为对象矩阵，并确定对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map；其中，所述对象矩阵的行号表示源网络节点编号，列号表示目的网络节点编号，所述对象矩阵的每个元素代表一条有向路径，元素属性表示所述有向路径的网络状态；
根据预设的路由策略确定所述对象矩阵中每个元素是否需要重新计算路由，在需要重新计算路由时为相应的元素添加重新计算标记；
以行为单位遍历所述对象矩阵，若当前行中的元素设有所述重新计算标记，根据最短路径算法、以当前行对应的源网络节点为起始点计算所述源网络节点到其他网络节点的最优路径，并更新所述源网络节点的下一跳节点编号；
在遍历所述对象矩阵后，根据所有源网络节点的下一跳节点编号、对象矩阵的行列编号和状态信息源目的IP映射的Map生成以网络节点ID标示的路由表，且所述路由表以KV键值对表示，所述KV键值对为：[K:l_domain/r_domain；V:n_domain]，其中，l_domain表示本地网络ID，r_domain表示目的网络节点ID，n_domain表示下一跳节点ID。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述路由计算子系统实时获取所述消息队列中的网络状态信息，包括：
根据所述消息队列确定两个网络节点之间在预设时间段内的传输速率，并对所述预设时间段内的传输速率进行离散采样，生成传输速率数组X，所述传输速率数组X中的元素xa表示在所述预设时间段内第i个采样点的传输速率，a＝1,2,…,m，m为采样总数，且xm为当前时刻采样的传输速率；
对所述传输速率数组X中的元素依次进行扩展，确定扩展后的传输速率数组X，且扩展后的传输速率数组X第m+i个元素为：
其中，k为约束系数，且k为奇数；wj为第j个权重值，且j＝1,2,…,k；
确定基准序列H，且所述基准序列H的第j个元素hj为：
其中，j＝1,2,…,k；
根据所述基准序列H和扩展后的传输速率数组X进行预测处理，生成预测数组Y，所述预测数组Y的第i个元素yi为：
其中
将所述预测数组Y中所有元素的平均值作为两个网络节点之间最终预测的传输速率，并将所述最终预测的传输速率作为两个网络节点之间的网络状态信息。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述路由分发子系统用于：
以KV键值对的方式更新并保存路由表；
根据所述KV键值对的K值的变化确定需要更新本地路由表的网络节点，并将更新后的路由表发送至相应的网络节点，指示网络节点更新本地路由表。
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