CN110519397B - 一种基于nginx的sip终端接入的负载均衡系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统及方法,将高并发访问SIP终端设备进行反向代理分发到多个SIP服务器处理,提供大量设备接入能力。UDP处理模块增加了共享内存来跟踪SIP设备接入,保证了SIP设备和SIP服务器的的事务一致性。SIP服务器N+1的配置和Redis服务器组合,实现容灾处理能力,保证的在整个接入层大话务量情况的应急处理,增强了系统健壮性,保证系统平稳运行。本发明适用于视频监控平台的场景,使用方便,用户通过配置服务器和配置NGINX满足业务需求。
Description
技术领域
本发明涉及监控设备领域,尤其涉及一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统及方法。
背景技术
近年来 不少公司都研发推出自己的基于GB/T28181协议的监控平台产品。而SIP服务器大多使用开源的进行改造,笔者所在公司使用一套基于JAVA语言编写的开源库。但在实际使用中,特别在大量SIP终端设备(主要是摄像头和NVR设备)接入时表现不太满意,目前运行结果是在2000路设备接入时,所运行的服务器CPU负载很高,造成前端业务层长时间未收到设备所注册的SIP 服务发出心跳消息的通知,而进行设备离线操作,从而影响一些业务操作,给用户带来不好体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统及方法,将高并发访问SIP终端设备进行反向代理,分发到多个SIP服务器处理,并将相关实时数据用Redis进行缓存从而能够方便快速的进行实时容错处理。
本发明采用的技术方案是:
一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其包括Nginx反向代理服务器、SIP服务器、备用SIP服务器和Redis服务器,Nginx反向代理服务器用于数据包的转发,Nginx反向代理服务器配置有UDP代理模块,UDP代理模块用于跟踪SIP 设备终端的收发流程,UDP代理模块在加载时创建共享内存,创建共享内存用于存储接入Nginx反向代理服务器的SIP终端设备的连接信息, SIP服务器用于日常的报文应答,备用SIP服务器用于SIP服务器负载加重时不能及时处理的数据包进行异常处理缓解通信压力,Redis服务器搭载有Redis缓存数据库,Redis缓存数据库存储SDP的连接信息。
进一步地,SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、该报文发送端口和设备编号。
进一步地,备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理为:当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫应答包或切断请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备。
进一步地,Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器,定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
进一步地,当某个SIP服务器的定死超时,则Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其包括以下步骤:
步骤1,系统初始化,Nginx反向代理服务器加载UDP代理模块的同时创建共享内存,并配置好与各个SIP服务器的映射关系;
步骤2,SIP终端设备首次接入Nginx反向代理服务器时,Nginx反向代理服务器保存该SIP终端设备的连接信息,并使用配置好的调度算法转发SIP终端设备的报文;
步骤3,对应的SIP服务器接收并应答该报文,同时将SDP的连接信息记录保存至Redis服务器的Redis数据库中,
步骤4,Nginx反向代理服务器转发SIP服务器的应答报文至对应的SIP终端设备;
步骤5,后续大量SIP终端设备的数据包需转发时,Nginx反向代理服务器先检测是否有数据包未回应;是则,将数据包转发至备份SIP服务器并执行步骤6启动异常处理;否则,Nginx反向代理服务器从共享内存中找到SIP终端设备前次发送的SIP服务器转发数据包并执行步骤5;
步骤6,备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理:
当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫应答包或切断请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备;
步骤7,完成异常处理并执行步骤5。
进一步地,步骤2中该SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,配置好的调度算法为轮询算法。
进一步地,步骤3中SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、该报文发送端口和设备编号。
进一步地,Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器,定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
进一步地,某个SIP服务器的定时超时,Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
本发明采用以上技术方案,使用Nginx进行负载均衡系统,将高并发访问SIP终端设备进行反向代理,分发到多个SIP服务器处理,提供大量设备接入能力。修改Nginx 核心部分的UDP处理模块,主要增加了共享内存来跟踪SIP设备接入,保证了SIP设备和SIP服务器的的事务一致性。使用Redis,提供了一种容错处理,一定程度保证的在整个接入层大话务量情况的应急处理,增强了系统健壮性。本发明适用于GB/T28181视频监控平台的场景,且使用方便,用户通过配置服务器和配置NGINX满足业务需求。
本发明具有如下有益效果:1、NGINX 的UDP 代理模块,可以进行大量SIP 终端设备的接入,并转发到SIP服务器集群,降低单个SIP服务器的负荷。2、NGINX 可以大量接入SIP设备终端设备,减轻的运维人员接入平台时,填写终端设备的平台接入页面的工作量。3、其改造的UDP 代理模块,增加了共享内容来跟踪报文的收发,保证终端设备和SIP服务器的消息的事务的一致性(一个终端设备只能和一个SIP服务器交互)。4、SIP服务器N+1的配置和Redis组合,实现容灾处理能力,解决了异常情况,保证系统平稳运行。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明;
图1为本发明一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统的结构示意图;
图2为本发明一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体图例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围
如图1所示,一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其包括Nginx反向代理服务器、N个SIP服务器、一个备用SIP服务器和Redis服务器,Nginx反向代理服务器用于数据包的转发,Nginx反向代理服务器配置有UDP代理模块,UDP代理模块用于跟踪SIP 设备终端的收发流程,UDP代理模块在加载时创建共享内存,创建共享内存用于存储接入Nginx反向代理服务器的SIP终端设备的连接信息, SIP服务器用于日常的报文应答,备用SIP服务器用于SIP服务器负载加重时不能及时处理的数据包进行异常处理缓解通信压力,Redis服务器搭载有Redis缓存数据库和MySQL数据库,Redis缓存数据库存储SDP的连接信息。
进一步地,SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、该报文发送端口和设备编号。
进一步地,备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理为:当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫应答包或切断请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备。
进一步地,Nginx反向代理服务器扩展NGINX 的配置指令, proxy_shm 用来指示UDP 代理模块初期时创建共享内存, upstream指令的server 字段属性backup ,标明对应的SIP 服务器为应急容灾处理;
Nginx反向代理服务器新增SIP服务器应急容灾流程:当某个SIP 服务器通讯有异常,NGINX 将转发数据到应急容灾的SIP 服务器处理。
进一步地,Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器,定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
进一步地,当某个SIP服务器的定死超时,则Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
所述一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统搭建如下:
步骤1:搭建SIP服务器集群:选择若干台计算机安装SIP服务器
步骤2:搭建Nginx服务器:选择一台机器安装Nginx,并且对配置文件进行修改,根据各SIP服务器IP配置映射关系,当Nginx获得客户端发送的请求时,依据映射关系和调度算法将请求分发到相应的服务器上;
步骤3:安装Redis数据库,对Redis进行配置,并与SIP服务器进行关联。
如图2所示,SIP设备终端通过Nginx反向代理服务器发送SDP 报文请求,Nginx反向代理服务器对请求进行分发,转发到对应SIP服务器,SIP服务器接收请求后,将Nginx反向代理服务器 的发送地址保存到Redis缓存数据库,Redis缓存数据库使用缓存队列对实时数据进行缓存。本发明的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其包括以下步骤:
步骤1,系统初始化,Nginx反向代理服务器加载UDP代理模块的同时创建共享内存,并配置好与各个SIP服务器的映射关系;
具体地,Nginx反向代理服务器启动模式为多进程,Nginx反向代理服务器加载UDP代理模块时创建共享内存,根据配置文件创建共享内存和设置好SIP服务器信息。
步骤2,SIP终端设备首次接入Nginx反向代理服务器时,Nginx反向代理服务器保存该SIP终端设备的连接信息,并使用配置好的调度算法转发SIP终端设备的报文;
具体地,该SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,配置好的调度算法为轮询(round-robin)算法。
步骤3,对应的SIP服务器接收并应答该报文,同时将SDP的连接信息记录保存至Redis服务器的Redis数据库中;具体地, SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、该报文发送端口和设备编号。
其中,NGINX的IP地址和此报文发送端口为SDP 的源地址。
步骤4,Nginx反向代理服务器转发SIP服务器的应答报文至对应的SIP终端设备;
步骤5,后续大量SIP终端设备的数据包需转发时,Nginx反向代理服务器先检测是否有数据包未回应;是则,将数据包转发至备份SIP服务器并执行步骤6启动异常处理;否则,Nginx反向代理服务器从共享内存中找到SIP终端设备前次发送的SIP服务器转发数据包并执行步骤5;
步骤6,备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理:
当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫(INVITE)应答包(比如200)或切断(BYE)请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备;
步骤7,完成异常处理并执行步骤5。
进一步地,Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器(作为对比,GBT/28181 规定心跳时间为60秒,连续三次未收到,则视为设备离线),定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
进一步地,某个SIP服务器的定时超时,Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
本发明采用技术手段,使用Nginx进行负载均衡系统,将高并发访问SIP终端设备进行反向代理,分发到多个SIP服务器处理,提供大量设备接入能力。修改Nginx 核心部分的UDP处理模块,主要增加了共享内存来跟踪SIP设备接入,保证了SIP设备和SIP服务器的的事务一致性。使用Redis,提供了一种容错处理,一定程度保证的在整个接入层大话务量情况的应急处理,增强了系统健壮性。本发明适用于GB/T28181视频监控平台的场景,且使用方便,用户通过配置服务器和配置NGINX满足业务需求。
本发明具有如下有益效果:1、NGINX 的UDP 代理模块,可以进行大量SIP 终端设备的接入,并转发到SIP服务器集群,降低单个SIP服务器的负荷。2、NGINX 可以大量接入SIP设备终端设备,减轻的运维人员接入平台时,填写终端设备的平台接入页面的工作量。3、其改造的UDP 代理模块,增加了共享内容来跟踪报文的收发,保证终端设备和SIP服务器的消息的事务的一致性(一个终端设备只能和一个SIP服务器交互)。4、SIP服务器N+1的配置和Redis组合,实现容灾处理能力,解决了异常情况,保证系统平稳运行。
Claims (10)
1.一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:其包括Nginx反向代理服务器、SIP服务器、备用SIP服务器和Redis服务器,Nginx反向代理服务器用于数据包的转发,Nginx反向代理服务器配置有UDP代理模块,UDP代理模块用于跟踪SIP 设备终端的收发流程,UDP代理模块在加载时创建共享内存,创建共享内存用于存储接入Nginx反向代理服务器的SIP终端设备的连接信息, SIP服务器用于日常的报文应答,备用SIP服务器用于SIP服务器负载加重时不能及时处理的数据包进行异常处理缓解通信压力,Redis服务器搭载有Redis缓存数据库,Redis缓存数据库存储SDP的连接信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、报文发送端口和设备编号。
3.根据权利要求1所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理包括如下:
当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫应答包或切断请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备。
4.根据权利要求1所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器,定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:某个SIP服务器的定时超时,Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
6.一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,采用权利要求1至5任一所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡系统,其特征在于:方法包括以下步骤:
步骤1,系统初始化,Nginx反向代理服务器加载UDP代理模块的同时创建共享内存,并配置好与各个SIP服务器的映射关系;
步骤2,SIP终端设备首次接入Nginx反向代理服务器时,Nginx反向代理服务器保存该SIP终端设备的连接信息,并使用配置好的调度算法转发SIP终端设备的报文;
步骤3,对应的SIP服务器接收并应答该报文,同时将SDP的连接信息记录保存至Redis服务器的Redis数据库中,
步骤4,Nginx反向代理服务器转发SIP服务器的应答报文至对应的SIP终端设备;
步骤5,后续大量SIP终端设备的数据包需转发时,Nginx反向代理服务器先检测是否有数据包未回应;是则,将数据包转发至备份SIP服务器并执行步骤6启动异常处理;否则,Nginx反向代理服务器从共享内存中找到SIP终端设备前次发送的SIP服务器转发数据包并执行步骤5;
步骤6,备份SIP服务器根据数据包的报文内容进行异常处理:
当报文内容为SIP服务器主动发送的要求应答包时,则直接按正常流程与业务服务器交互处理;
当报文内容为SIP终端设备的呼叫应答包或切断请求时,备份SIP服务器查询Redis服务器的关于该SIP终端设备的关联信息,并构造对应的应答包通过Nginx反向代理服务器转发至该SIP终端设备;
步骤7,完成异常处理并执行步骤5。
7.根据权利要求6所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其特征在于:步骤2中该SIP终端设备的连接信息包括SIP终端设备的IP和端口号,配置好的调度算法为轮询算法。
8.根据权利要求6所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其特征在于:步骤3中SDP的连接信息包括Nginx反向代理服务器的IP地址、该报文发送端口和设备编号。
9.根据权利要求6所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其特征在于:Nginx反向代理服务器为每个SIP终端设备启动200秒的定时器,定时周期未收到SIP终端设备的数据包则视为该SIP终端设备离线,该SIP终端设备所注册的SIP服务器进行相应离线处理。
10.根据权利要求6或9所述的一种基于NGINX的SIP终端接入的负载均衡方法,其特征在于:某个SIP服务器的定时超时,Nginx反向代理服务器清除共享内存的对应的该SIP服务器的关联设备信息。
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