CN109275044A - 一种实现ip组播流灵活调度的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现IP组播流灵活调度的系统，包括以旁路部署方式或直路部署方式连接的IP调度矩阵、若干组播网络交换机、若干监测分析仪和组播源；其中IP调度矩阵配置有至少一个虚拟矩阵，支持任意输入流到任意输出流的调度与分发；组播网络交换机用于接收IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，并从组播源中获取组播数据包返给IP调度矩阵；IP调度矩阵用于判断所述组播数据包是否为目标组播组的组播流量，并对组播数据包进行解封装和重新封装的处理，或对组播数据包进行网络地址翻译的处理；监测分析仪用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，提供IP层和MPEG‑2传输层分析、关键帧解码和服务质量分析。本发明能够实现组播多进多出的调度功能。

Description

一种实现IP组播流灵活调度的系统
技术领域
本发明涉及电视技术领域，具体涉及一种实现IP组播流灵活调度的系统。
背景技术
国内有线电视运营商已逐渐完成有线电视前端系统的IP化改造，IP架构的有线电视前端系统相比较于传统的ASI架构，有许多优点，特别在业务自动备份切换以及新业务、新功能的拓展上有着明显的优势。现有的视频组播数据多通过路由交换设备的组播网络进行转发，终端通过IGMP协议的成员加入报文声明自己加入某个组播组，来获取相应的任意源组播或特定源组播数据。
在对现有技术的研究与实践过程中，本发明的发明人发现，新技术架构的应用也带来了相应的技术风险。现阶段，组播网络中可能同时存在成千上万不同组播地址的任意源组播或特定源组播流量，无法灵活调度系统内各个节点上的传输流并对其进行有效的监测，已成为日常运维的一个痛点，并对安全播出任务构成威胁。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种实现IP组播流灵活调度的系统，能够实现组播多进多出的调度功能。
为解决上述问题，本发明的一个实施例提供一种实现IP组播流灵活调度的系统，包括以旁路部署方式或直路部署方式连接的IP调度矩阵、若干组播网络交换机、若干监测分析仪和组播源；其中，所述IP调度矩阵配置有至少一个虚拟矩阵，所述虚拟矩阵的输入为若干预配组播组，所述虚拟矩阵的输出为若干输出组播组；所述虚拟矩阵支持任意输入流到任意输出流的调度与分发；
所述组播网络交换机，用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵；
所述IP调度矩阵，用于判断所述组播数据包是否为目标组播组的组播流量，若是，则对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，或对所述组播数据包进行网络地址翻译的处理；若否，则丢弃所述组播数据包。
所述监测分析仪，用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，以及提供IP层和MPEG-2传输层分析、关键帧解码和服务质量分析。
进一步地，所述旁路部署方式，具体为所述IP调度矩阵、所述组播源和所述监测分析仪分别与所述组播网络交换机相连接。
进一步地，所述直路部署方式，具体为所述组播源、所述组播网络交换机、所述IP调度矩阵以及所述监测分析仪依序连接。
进一步地，所述预配置组播组和所述输出组播组中均填有需要从所述组播网络交换机中申请获取组播组流量的组播IP地址和端口号；其中，每个预配置组播组和每个输出组播组既可配置在不同的网口，也可配置在同一网口。
进一步地，所述组播网络交换机，具体用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，根据所述IGMP成员关系报告查询该网络中的组播组成员，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵。
进一步地，所述对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，具体为：
根据预配置组播组，所述IP调度矩阵依次拆除所述组播数据包的以太头部、IP头部和UDP头部得到预配组播组数据包；
根据对应的输出组播组配置的特定组播地址，所述IP调度矩阵对所述预配组播组数据包的以太头部、IP头部和UDP头部依次进行重新封装，得到输出组播组数据包。
进一步地，所述网络地址翻译的具体步骤为：
根据对应的输出组播组配置的组播地址，对所述组播数据包的源IP和目的IP进行网络地址翻译，得到翻译后的组播数据包；
根据对应的输出组播组配置对所述组播数据的UDP端口进行映射处理；
复制所述翻译后的组播数据包，并从对应的输出组播组的成员接口中转发至所述监测分析仪。
进一步地，所述组播网络交换机包括组播路由器和三层交换机。
进一步地，所述监测分析仪支持通过UDP、RTP、HLS和HTTP协议封装的传输流并同时监测多路传输流。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统，能够提供一种IP组播流灵活调度切换的方法，使用者可通过简单的图形界面操作，实现组播多进多出的调度功能；并且该调度方法对系统性能和网络带宽要求较低，除满足现阶段的监控分析功能外，还具有良好的前瞻性和拓展性；除此之外，本系统还可选择直路部署或旁路部署方式，部署简单，对网络架构的改动小。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的旁路部署的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的旁路部署业务处理流程图；
图4为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的直路部署的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的直路部署业务处理流程图；
图6为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的IP调度矩阵的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的重新封装的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统的网络地址翻译的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先介绍本发明可以提供的应用场景，如灵活调度组播。
现有的IP架构的有线电视前端系统中的组播网络中可能会同时存在成千上万不同组播地址的任意源组播或特定源组播流量，而现有技术无法灵活调度系统内各个节点上的传输流并对其进行有效的监测，需要手动填入组播地址、端口号来加入组播组来获取相应的组播流量，在高压的抢修状态下，还容易因为填入错误的组播地址、端口号或组播源地址，对快速判断故障原因和快速定位故障点产生负面影响；另一方面，如果将组播网络中所有的组播组的流量都实时转发至监测分析设备，对网络和监测分析设备的性能要求极高，但实际需要分析的视频组播码率仅需很低流量，造成了极大地浪费，而本发明能够通过一个友好的人机交互界面，进行简单操作激活预配置，然后从组播网络中读取特定组播组的数据流量，对其解封装，并重新封装传输层头部、IP头部和以太网头部，使得后端设备只需要加入固定的一个任意源组播或特定源组播组，便可通过激活不同的人机交互界面的预配置，从组播网络中读取任意组播流量。特定场景下还能实现通过对组播进行网络地址翻译(NAT)实现组播“透传”。
本发明实施例：
请参阅图1-8。
如图1所示，本实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统，包括以旁路部署方式或直路部署方式连接的IP调度矩阵300、若干组播网络交换机200、若干监测分析仪400和组播源100；其中，所述IP调度矩阵配置有至少一个虚拟矩阵，所述虚拟矩阵的输入为若干预配组播组，所述虚拟矩阵的输出为若干输出组播组；所述虚拟矩阵支持任意输入流到任意输出流的调度与分发；
如图2所示，在具体的实施例当中，所述旁路部署方式，具体为所述IP调度矩阵、所述组播源和所述监测分析仪分别与所述组播网络交换机相连接。
具体的，如图3所示，当旁路部署系统架构时，业务处理流程具体为：IP调度矩阵启用虚拟矩阵，人机交互页面点击激活映射预配组播组；所述IP调度矩阵发送IGMP成员关系报告申请加入所述预配组播组；组播网络交换机转发组播源所发送的组播数据到所述IP调度矩阵；所述IP调度矩阵判断所述组播数据是否为组播数据，若否，则丢弃无关数据；若是，则执行如下步骤；所述IP调度矩阵判断所述组播数据是否为所述预配置组播组数据；若否，则丢弃无关数据；若是，则对所述组播数据先后进行解封装和重新封装处理，得到输出组播组数据，并将所述输出组播组数据回注至所述组播网络交换机；监测分析设备发送IGMP成员关系报告申请加入对应的输出组播组；所述组播网络交换机转发所述输出组播组数据至所述监测分析设备；所述监测分析设备对所述输出组播组数据进行解封装得到目标组播组数据。
如图4所示，在具体的实施例当中，所述直路部署方式，具体为所述组播源、所述组播网络交换机、所述IP调度矩阵以及所述监测分析仪依序连接。
具体的，如图5所示，当旁路部署系统架构时，业务处理流程具体为：IP调度矩阵启用虚拟矩阵，人机交互页面点击激活映射预配组播组；所述IP调度矩阵发送IGMP成员关系报告申请加入所述预配组播组；组播网络交换机转发组播源所发送的组播数据到所述IP调度矩阵；所述IP调度矩阵判断所述组播数据是否为组播数据，若否，则丢弃无关数据；若是，则执行如下步骤；所述IP调度矩阵判断所述组播数据是否为所述预配置组播组数据；若否，则丢弃无关数据；若是，则对所述组播数据先后进行解封装和重新封装处理，得到输出组播组数据，并将所述输出组播组数据发送至监测分析设备；所述监测分析设备对所述输出组播组数据进行解封装得到目标组播组数据。
组播网络交换机200，用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵；
在具体的实施例当中，所述组播网络交换机，具体用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，根据所述IGMP成员关系报告查询该网络中的组播组成员，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵。
在具体的实施例当中，对于所述组播网络交换机200，由网络中组播路由器和三层交换机构成；为了能够正确地转发组播报文，路由器需要维护组播路由表。常见的组播路由协议有PIM、MOSPF、MBGP等。组播路由协议的主要功能之一就是在网络中形成一颗无环的树，它被称为组播分发树。最后一跳路由器通过IGMP报文向其直连的终端网络进行查询，以便发现该网络中的组播组成员；终端设备使用IGMP报文宣布自己成为某个组播组的成员。IGMPv1只定义了基本的组成员查询及组成员关系报告机制；IGMPv2定义了组成员离开机制、支持特定组播组查询以及定义了查询器选举机制；IGMPv3增加了组成员对特定组播源的限制功能，是SSM的重要组件之一。
IP调度矩阵300，用于判断所述组播数据包是否为目标组播组的组播流量，若是，则对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，或对所述组播数据包进行网络地址翻译的处理；若否，则丢弃所述组播数据包。
具体的，对于所述IP调度矩阵300，提供了一个兼容B/S架构和C/S架构的友好的人机交互界面，使用者可以在浏览器的网页界面上或在专用软件的软件界面上，通过鼠标点击或键盘快捷键的方式让IP切换矩阵在特定的接口上输出任意一个组播网络中的组播流量。
在具体的实施例当中，所述IP调度矩阵提供自建一个或多个可供使用者配置的虚拟矩阵，以实现组播数据多入多出的切换和调度功能。支持任意输入流到任意输出流的调度与分发，支持UDP TS，HTTP TS，HTTP FLV，RTSP TS，RTP TS，RTMP FLV，FLS Segment等多种传输方式。
如图6所示，虚拟矩阵的输入为若干个预配组播组，预配组播组中应填入需要从组播网络交换机中申请获取组播流量的组播IP地址，端口号(启用特定源组播时还需要填入组播源IP地址)，预配组播组可分别配置在不同的输入网口；至少应配置1个预配组播组供虚拟矩阵调度，最大预配组播组数量受设备性能限制。虚拟矩阵的输出为输出组播组，输出组播组中应填入特定的组播IP地址、端口号(启用特定源组播时还需填入组播源IP地址)，由于IP都是全双工的，因此输出组播组不仅可配置在不同的网口，也可配置在同一网口；至少应配置1个输出组播组供虚拟矩阵调度，最大输出组播组数量受设备性能限制。
在具体的实施例当中，IP调度矩阵中配置有2个虚拟矩阵，其中一个为虚拟M×N矩阵，在本例中M＝3，N＝2,其输入为需要从网口1获取组播流量的预配组播组1、需要从网口2获取组播流量的预配组播组3和需要从网口3获取组播流量的预配组播组5，其输出为通过网口4输出至下一个网络节点的输出组播组6和输出组播组7；使用者可通过人机交互界面灵活调度，使得输出组播组6为预配组播组1/3/5中的任意一个，输出组播组7为预配组播组1/3/5中的任意一个。另一个为虚拟X×Y矩阵，在本例中X＝3，Y＝2，其输入为需要从网口1获取组播流量的预配组播组2、需要从网口2获取组播流量的预配组播组4和需要从网口3获取组播流量的预配组播组5，其输出为通过网口5输出至下一个网络节点的输出组播组8和通过网口6输出至下一个网络节点的输出组播组9；使用者可通过人机交互界面灵活调度，使得输出组播组8为预配组播组2/4/5中的任意一个，使得输出组播组9为预配组播组2/4/5中的任意一个。
如图7所示，在具体的实施例当中，所述对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，具体为：
根据预配置组播组，所述IP调度矩阵依次拆除所述组播数据包的以太头部、IP头部和UDP头部得到预配组播组数据包；
根据对应的输出组播组配置的特定组播地址，所述IP调度矩阵对所述预配组播组数据包的以太头部、IP头部和UDP头部依次进行重新封装，得到输出组播组数据包。
具体的，在不修改组播载荷数据，不丢包和不影响MDI指标的前提下对组播组数据流进行解封装和重新封装，以实现在人机交互界面中调度或切换虚拟矩阵中的映射链路时，下一个网络节点无需做任何操作和配置便可获无缝取到新的组播数据。
若当前IP调度矩阵配置的虚拟M×N矩阵为启用状态，输出组播组6的输入源选择预配置组播组1，其组播地址为UDP://组播源IP@232.0.0.1:1234，IP调度矩阵将通过网口1向组播组交换机1发出232.0.0.1的成员关系报告，将会收到如下组播数包：
IP调度矩阵收到组播数据包后，将会判断其是否为组播组1的组播流量，只有确认其为组播组1的组播流量后才会继续对其进行解封装和重新封装的处理，否则将会丢弃相关数据包。当确认收到的组播流量为组播组1的组播流量后，在不修改组播载荷数据，不丢包和不影响MDI指标的前提下，依次拆除以太头部、IP头部和UDP头部，得到组播数据载荷：
IP调度矩阵根据输出组播组6配置的特定组播地址239.1.1.1:4321，重新封装UDP头部、IP头部和以太头部：
如图8所示，在具体的实施例当中，所述网络地址翻译的具体步骤为：
根据对应的输出组播组配置的组播地址，对所述组播数据包的源IP和目的IP进行网络地址翻译，得到翻译后的组播数据包；
根据对应的输出组播组配置对所述组播数据的UDP端口进行映射处理；
复制所述翻译后的组播数据包，并从对应的输出组播组的成员接口中转发至所述监测分析仪。
具体的，特定场景下还能实现通过对组播进行网络地址翻译(NAT)实现组播“透传”。同样能实现在人机交互界面中调度或切换虚拟矩阵中的映射链路时，下一个网络节点无需做任何操作和配置便可获无缝取到新的组播数据。
若当前IP调度矩阵配置的虚拟M×N矩阵为启用状态，输出组播组6的输入源选择预配置组播组1，其组播地址为UDP://组播源IP@232.0.0.1:1234，IP调度矩阵将通过网口1向组播组交换机1发出232.0.0.1的成员关系报告，将会收到如下组播数据包：
IP调度矩阵收到组播数据包后，将会判断其是否为组播组1的组播流量，只有确认其为组播组1的组播流量后才会继续对其进行网络地址翻译(NAT)的处理，否则将会丢弃相关数据包。当确认收到的组播流量为组播组1的组播流量后，根据输出组播组6配置的239.1.1.1:4321，对其源IP、目的IP进行网络地址翻译(NAT)，(可选)并对UDP端口进行端口地址转发，最后将翻译后的组播数据包复制，从组播组6的成员接口中转发出去：
对于所述IP调度矩阵，还可以节省设备性能和降低网络开销，IP调度矩阵支持组播随调随用，随时启停，即只有当前启用的矩阵中在用的映射链路会产生网络流量，未启用的矩阵和已启用的矩阵中的未在用的映射链路都不会产生网络流量。如上图所示，若当前IP调度矩阵中配置的虚拟M×N矩阵为启用状态，虚拟X×Y矩阵为未启用状态，虚拟M×N矩阵中输出组播组6的输入源选择预配组播组1，输出组播组7的输入源选择预配组播组3，则当前IP调度矩阵只会通过网口1向组播网络交换机1发送组播组1的成员关系报告，通过网口2向组播网络交换机2发送组播组3的成员关系报告，最终网口1中仅存在组播组1的组播数据流量，网口2中仅存在组播组3的组播数据流量，网口4中仅存在组播组6和7的组播数据流量，网口3、网口5和网口6中无网络流量产生。若此时，虚拟M×N矩阵中输出组播组6的输入源选择预配组播组2，其余不变，则当前IP调度矩阵会通过网口1向组播网络交换机1发送组播组1的成员离组报文，并同时通过网口1向组播网络交换机1发送组播组2的成员关系报告，最终网口1中仅存在组播组2的组播数据流量，网口2中仅存在组播组3的组播数据流量，网口4中仅存在组播组6和7的组播数据流量，网口3、网口5和网口6中无网络流量产生。
监测分析仪400，用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，以及提供IP层和MPEG-2传输层分析、关键帧解码和服务质量分析。
具体的，对于所述监测分析仪400，提供一种专业IP和MPEG监测和分析设备或系统，支持通过UDP、RTP、HLS和HTTP协议封装的传输流，可同时监测多路传输流，适用于电视台和有线电视TS测试，IPTV和流媒体视频监测；并且能够作为7×24监控平台实时分析，用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，该系统适用于监测MPEG-2/H.264/H.265/AVS+/AVS2标准视频；同时提供IP层和MPEG-2传输层分析，以及关键帧解码和服务质量分析。该设备接收通过100bps-10Gbps封装的数字音视频数据包输入，监控所有在网络中的媒体流动，并完整地测试音视频是否符合标准，以及测试是否与用户预期的配置一致。
在具体的实施例当中，所述预配置组播组和所述输出组播组中均填有需要从所述组播网络交换机中申请获取组播组流量的组播IP地址和端口号；其中，每个预配置组播组和每个输出组播组既可配置在不同的网口，也可配置在同一网口。
本实施例提供的一种实现IP组播流灵活调度的系统，包括以旁路部署方式或直路部署方式连接的IP调度矩阵、若干组播网络交换机、若干监测分析仪和组播源；其中IP调度矩阵配置有至少一个虚拟矩阵，支持任意输入流到任意输出流的调度与分发；组播网络交换机用于接收IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，并从组播源中获取组播数据包返给IP调度矩阵；IP调度矩阵用于判断所述组播数据包是否为目标组播组的组播流量，并对组播数据包进行解封装和重新封装的处理，或对组播数据包进行网络地址翻译的处理；监测分析仪用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，提供IP层和MPEG-2传输层分析、关键帧解码和服务质量分析。本发明能够实现组播多进多出的调度功能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

Claims (9)

1.一种实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，包括以旁路部署方式或直路部署方式连接的IP调度矩阵、若干组播网络交换机、若干监测分析仪和组播源；其中，所述IP调度矩阵配置有至少一个虚拟矩阵，所述虚拟矩阵的输入为若干预配组播组，所述虚拟矩阵的输出为若干输出组播组；所述虚拟矩阵支持任意输入流到任意输出流的调度与分发；
所述组播网络交换机，用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵；
所述IP调度矩阵，用于判断所述组播数据包是否为目标组播组的组播流量，若是，则对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，或对所述组播数据包进行网络地址翻译的处理；若否，则丢弃所述组播数据包。
所述监测分析仪，用于监测IPTV网络数字电视传送和音视频服务质量，以及提供IP层和MPEG-2传输层分析、关键帧解码和服务质量分析。
2.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述旁路部署方式，具体为所述IP调度矩阵、所述组播源和所述监测分析仪分别与所述组播网络交换机相连接。
3.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述直路部署方式，具体为所述组播源、所述组播网络交换机、所述IP调度矩阵以及所述监测分析仪依序连接。
4.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述预配置组播组和所述输出组播组中均填有需要从所述组播网络交换机中申请获取组播组流量的组播IP地址和端口号；其中，每个预配置组播组和每个输出组播组既可配置在不同的网口，也可配置在同一网口。
5.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述组播网络交换机，具体用于接收所述IP调度矩阵发送的IGMP成员关系报告，根据所述IGMP成员关系报告查询该网络中的组播组成员，并从所述组播源中获取相应的组播数据包返给所述IP调度矩阵。
6.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述对所述组播数据包进行解封装和重新封装的处理，具体为：
根据预配置组播组，所述IP调度矩阵依次拆除所述组播数据包的以太头部、IP头部和UDP头部得到预配组播组数据包；
根据对应的输出组播组配置的特定组播地址，所述IP调度矩阵对所述预配组播组数据包的以太头部、IP头部和UDP头部依次进行重新封装，得到输出组播组数据包。
7.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述网络地址翻译的具体步骤为：
根据对应的输出组播组配置的组播地址，对所述组播数据包的源IP和目的IP进行网络地址翻译，得到翻译后的组播数据包；
根据对应的输出组播组配置对所述组播数据的UDP端口进行映射处理；
复制所述翻译后的组播数据包，并从对应的输出组播组的成员接口中转发至所述监测分析仪。
8.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述组播网络交换机包括组播路由器和三层交换机。
9.根据权利要求1所述的实现IP组播流灵活调度的系统，其特征在于，所述监测分析仪支持通过UDP、RTP、HLS和HTTP协议封装的传输流并同时监测多路传输流。
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