CN110971986A - 云视频交换系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云视频交换系统，其包括前端设备接入模块、平台服务模块、IP网络单元；平台服务模块包括NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元，NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元之间相互连接。数据库客户端单元与NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块相连接。本发明实现了设备千万级接入，百万级的并发访问，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的数据部署资源需求，还实现了多种服务客户端的集成、主流厂商设备的接入，客户通过云视频交换系统进行数据交流更加方便，通过云视频交换系统处理各种问题更加方便。

Description

云视频交换系统

技术领域

本发明涉及一种交换系统，特别是涉及一种云视频交换系统。

背景技术

云视频交换系统是一种通过云视频交换机实现云视频交换的系统，现有的系统无法实现千万级设备接入，百万级并发访问，也没有丰富的数据资源，用户通过系统处理问题也比较麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种云视频交换系统，其实现了设备千万级接入，百万级的并发访问，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的数据部署资源需求，还实现了多种服务客户端的集成、主流厂商设备的接入、第三方存储设备的集成、录像的存储和管理、多种数据的一体化处理，客户通过云视频交换系统进行数据交流更加方便，通过云视频交换系统处理各种问题更加方便。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种云视频交换系统，其特征在于，其包括前端设备接入模块、平台服务模块、IP网络单元；

平台服务模块包括NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元，NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元之间相互连接；

NG网关服务模块与前端设备接入模块相连接，NG网关服务模块包括社会资源接入网关、box级联网关、设备管理服务、目录服务、物联网网关、流媒体调度服务、视频推流服务、设备认证服务、数据库服务、存储服务、存储调度服务、注册中心、流媒体服务、流媒体调度服务、用户接入服务、本地界面回显服务、设备接入服务、具体设备接入服务、本地数据缓存存储服务这些多种服务网关；

NG业务服务模块与前端设备接入模块相连接，NG业务服务模块包括报警规则及过滤、用户登录管理及状态监控、数据库操作中心、用户代理、mysql数据库操作中心、数据库定时任务、设备管理及监控、事件处理服务、事件转发、统计服务、服务管理及监控、轮询任务及解码器控制、用户订阅服务、视频广场、统一配置、服务起停控制、日志采集服务、实时报警运维信息采集这些多种功能性服务；

B/S服务模块与前端设备接入模块相连接，B/S服务模块包括管理服务端接口、管理前端界面、电子地图服务这几种客户端服务；

数据库客户端单元与NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块相连接。

优选地，所述云视频交换系统运行时要在windows 7 64位操作系统下进行运行。

优选地，所述数据库客户端单元124要是mysql数据库和cassandra数据库。

优选地，所述云视频交换系统的运行环境是docker环境。

本发明的积极进步效果在于：本发明实现了设备千万级接入，百万级的并发访问，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的数据部署资源需求，还实现了多种服务客户端的集成、主流厂商设备的接入、第三方存储设备的集成、录像的存储和管理、多种数据的一体化处理，客户通过云视频交换系统进行数据交流更加方便，通过云视频交换系统处理各种问题更加方便。

附图说明

图1为本发明的总体结构图；

图2为本发明的平台服务模块的结构图；

图3为本发明信令和媒体交互示意图；

图4为本发明信令和媒体架构具体示意图；

图5为本发明的设备可拓扑图；

图6为本发明的流程结构图；

图7为本发明的管理系统的流程结构图；

图8为本发明的客户端取流流程图；

图9为本发明的代码接口调用流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1：

如图1至图2所示，本发明云视频交换系统包括前端设备接入模块110、平台服务模块120、IP网络单元130，前端设备接入模块110用于接入全国各地各种各样的外接设备，支持设备千万级接入，百万级的并发访问，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的业务部署资源需求，向平台服务模块120的使用提供系统服务接口，平台服务模块120提供各种各样的微服务，各个服务之间相互独立，把各种设备同意抽象成资源的集合，包括视频、音频、报警、存储等资源，然后把资源集中上传到网络上的云服务器，供给IP网络单元130使用，当资源上传到IP网络单元130后，不同的客户可以通过IP网络单元130共享各种资源实现实现资源与业务的松耦合、实时视频监控，历史图像调用；

平台服务模块120包括NG网关服务模块121、NG业务服务模块122、B/S服务模块123、数据库客户端单元124，NG网关服务模块121、NG业务服务模块122、B/S服务模块123、数据库客户端单元124之间相互连接；

NG网关服务模块121与前端设备接入模块110相连接，NG网关服务模块121包括社会资源接入网关、box级联网关、设备管理服务、目录服务、物联网网关、流媒体调度服务、视频推流服务、设备认证服务、数据库服务、存储服务、存储调度服务、注册中心、流媒体服务、流媒体调度服务、用户接入服务、本地界面回显服务、设备接入服务、具体设备接入服务、本地数据缓存存储服务这些多种服务网关，当前端设备接入模块110接入设备后，用户可以通过NG网关服务模块121将需要的各种服务信息传递到数据库客户端单元124内，这样用户使用云视频交换系统更加方便。实现了服务容器化和微服务化部署，所有容器及服务可单独部署；

NG业务服务模块122与前端设备接入模块110相连接，NG业务服务模块122包括报警规则及过滤、用户登录管理及状态监控、数据库操作中心、用户代理、mysql数据库操作中心、数据库定时任务、设备管理及监控、事件处理服务、事件转发、统计服务、服务管理及监控、轮询任务及解码器控制、用户订阅服务、视频广场、统一配置、服务起停控制、日志采集服务、实时报警运维信息采集这些多种功能性服务，当前端设备接入模块110接入设备后，用户可以通过NG业务服务模块122将需要的各种服务信息传递到数据库客户端单元124内，实现了第三方存储设备的集成、录像的存储和管理、多种数据的一体化处理，这样用户调用各种数据更加方便；

B/S服务模块123与前端设备接入模块110相连接，B/S服务模块123包括管理服务端接口、管理前端界面、电子地图服务这几种客户端服务，当前端设备接入模块110接入设备后，用户可以通过B/S服务模块123将需要的各种服务信息传递到数据库客户端单元124内，实现了多种服务客户端的集成、主流厂商设备的接入，让客户端的接入变得更加方便，客户使用各种服务更加轻松；

数据库客户端单元124与NG网关服务模块121、NG业务服务模块122、B/S服务模块123相连接，数据库客户端单元124用于存储NG网关服务模块121、NG业务服务模块122、B/S服务模块123上的各种数据与IP网络单元130内的数据，客户通过数据库客户端单元124可以实现实时化的数据操作，支撑丰富的网络资源需求，让全国的用于可以同时进行数据交流。

云视频交换系统运行时要在windows 7 64位操作系统下进行运行，这样云视频交换系统的运行会变得更加流畅。

数据库客户端单元124要是mysql数据库和cassandra数据库，数据库客户端单元提供的数据更加精确。

云视频交换系统的运行环境是docker环境，这样可以接入更多的前端设备。

综上所述，本发明实现了设备千万级接入，百万级的并发访问，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的数据部署资源需求，还实现了多种服务客户端的集成、主流厂商设备的接入、第三方存储设备的集成、录像的存储和管理、多种数据的一体化处理，客户通过云视频交换系统进行数据交流更加方便，通过云视频交换系统处理各种问题更加方便。

实施例2

如图3、图4所示，云视频系统通过自制的传输协议和设备模块改进，以支持设备千万级接入，百万并发，简化业务端到服务端的接口，支撑丰富的业务部署资源需求，对符合国标的平台和各类物联网设备的接入管理，并向上层系统提供服务接口。

前端设备通过通讯框架平台由IP网络进行联通管理，通讯框架平台包括B/S服务模块、NG平台服务模块、NG网关服务模块和流媒体服务器。

B/S服务模块包括管理服务端接口、管理前端界面和电子地图服务。

NG平台服务模块包括报警、报警规则及过滤；用户登录管理及状态监控、数据库操作中心，用户代理，平台网关，mysql数据库操作中心，数据库定时任务，设备管理及监控，事件处理服务，事件转发，统计服务，服务管理及监控，电视墙预案管理，轮询任务及解码器控制，用户订阅服务，视频广场，统一配置，服务起停控制，日志采集服务，实时报警运维信息采集。

NG网关服务模块和流媒体服务器包括社会资源接入sip网关、box级联网关、设备管理服务，目录服务，物联网网关，流媒体调度服务，视频推流服务，设备认证服务，数据库服务，存储服务，存储调度服务，注册中心，流媒体服务，流媒体调度服务，用户接入服务，本地界面回显服务，设备接入服务，具体设备接入服务，本地数据缓存存储服务。

通讯框架平台采用的交换机系统包括统一协议、公共组件、通信框架、平台和运维系统。

统一协议：以protobuf（网络数据交换规则）为基础，设计为跨语言的统一数据传输协议，代码开发不需要关注实现细节。

公共组件：把通用的功能组件封装成库，避免重复工作，业务开发只需关注与业务本身。如：DTC（Data Transmit Channel）动态库封装了媒体流的接收和发送；NCM（NetCommon Module）封装了支持协程的网络基础库；

通信框架：基于公共组件，封装提供远程过程调用、配置读取、日志输出等服务基础框架，提供同步、异步、协程多种通信可选模式，实现高可用；采用Activemq作为消息总线，消息持久化、异步消费，实现服务间业务解耦；采用Libevent 轻量级的开源高性能事件通知库，保证了通信框架的高性能。

平台：平台基础服务，采用服务注册机制，实现了服务注册、服务发现、服务监控和容灾处理等业务；使用轮询、最小连接数、哈希、权重、labels等调度策略实现负载均衡。

运维系统：基于k8s的运维平台，方便管理容器、服务状态和搭建集群环境。

交换机系统还包括设备接入模块包括xDAS和X2A 。其中xDAS (Device AccessService)为设备接入服务，x代表任意标准协议、厂商私有协议的设备。xDAS对外发送PUOnline、PUOffline、PUDeleted消息；对已发送上线的设备，向x2a.so获取设备资源，然后把资源添加到数据库中；从外部过来的请求，路由到指定的PU处理；PU发送的通知，xDAS代为转发；PU不允许发送请求。

X2A（X to Argesone Protocol），协议转换模块/流媒体网关，把X代表的命令协议或者媒体流转换成Argesone内部协议。包括GB2A、DH2A、DH2A_AutoReg、ONVIF2A、HK2A、RTSP2A等协议的转换。X2A把Argesone命令协议转换成对应X命令协议；把X命令协议转换成Argesone协议；把Argesone数据协议转换成X数据协议；把X数据协议转换成Argesone数据协议。

具体的把IPC、NVR等设备统一抽象成资源的集合，比如视频，音频，报警，存储，GPS等资源；把设备上线、下线、取流等业务逻辑，抽象成一个流程，所有IPC、NVR都执行这套的流程；把以上流程定义为xDAS，把业务抽象成X2A_Export结构体，它导出一系列函数，规定了不同设备应该遵循的接入规则，并把不同类型的设备都封装为动态库，导出X2A_Export接口，xDAS加载该接口，屏蔽了下层协议细节，达到xDAS通用的目的，在添加另一种协议时，只需要实现该协议的X2A_Export的接口，不需要改到xDAS。

xDAS会发送PUOnline、PUOffline事件，SMC（注册中心）会从PUOnline事件中记录PU和xDAS的对应关系，其他服务在想访问PU资源时，直接去注册中心拿绑定的xDAS地址，把请求发给xDAS即可。从而实现百万并发、千万接入实现。

xDAS中实现DAS_GB单进程实现16000路设备接入，使用异步非阻塞方式，单线程即可达到性能要求。STDU在Dispatch时，使用内存引用计数器，减少memcpy次数；同时使用内存池技术，减少申请/释放操作。并且配合Linux性能优化工具perf，通过火焰图等方式，查看IO、CPU、Memory等影响性能的瓶颈，做进一步优化。在整个系统中，优化协议设计细节，尽量减少协议大小，以及不必要的协议流程；从而达到设备上线其实对其他服务而言只是一个普通上线事件。

如图5所示为设备可拓扑图，PU登录到DAS_GB，DAS_GB把设备接入动作描述成多个资源组合，DAS_GB向注册中心发送PUOnline（PU上线通知）、PUOffline（PU下线通知）、PUDeleted（PU删除通知），可以有多个DAS_GB服务，水平扩展，发往PU的请求先通过xDAS，然后转成对应的协议发给具体的PU。

如图6所示为设备接入流程图，IPC为前端设备将其添加到管理平台，web下发mq消息通知代理网关cspx。cspx通知设备管理服务中的dis和bms服务，dis根据web下发的id信息从数据库中获取设备信息，同时bms根据通知的设备id到dis中获取设备的详细信息。bms服务通知到设备接入服务xDAS，xDAS根据添加的设备类型加载对应的so动态库启动相应的接入服务DAS_XX，然后与设备进行交互验证。

如图7所示，STDU（Stream Transfer & Distribute Unit）是系统的流媒体转发、分发单元，是视频监控平台的核心网元。同时它支持多级级联，在部署超大规模系统时，提供了性能、可靠的保证。STDU Scheduler是STDU大管家，由它对外提供统一的入口，在CU请求流时，根据STDU的Weight、Labels、Least Conn等策略来选择最优的STDU；其包括转发功能、分发功能、业务控制、业务信息采集、协议支持。

转发功能：STDU能够转发来自PU的音视频媒体流，转给相应的CU。

分发功能：STDU可以把PU的音视频媒体流复制多份给多个CU。

业务控制：接收STDU Scheduler的调度命令，启动并控制接收和分发。管理会话、维护接收与分发媒体流的映射关系。

业务信息采集：STDU可采集媒体访问的时长、流量等计费信息，并上报汇总到STDUScheduler。

协议支持：支持UDP、TCP单播，和UDP组播；支持直接从PU侧取RTSP、GB28181等码流。

STDU Scheduler支持Labels技术，在部署多区域、超大集群时，在CU和PU间如何选择最优的STDU进行分发提供关机技术保证。STDU Scheduler支持故障恢复，在它出现死机、重启时，能及时恢复到之前运行的状态，可以在生产环境中达到高可用的目的。STDUScheduler使用智能调度算法，在拉流过程中，支持多级级联传输，使用最小性能开销，达到PU和CU端流媒体快速传输，降低路径延迟。STDU支持分布式部署，可以扩展整个系统的性能。STDU支持从PU端直接取流，减少码流从设备接入服务传输，降低延迟，提高拉流的速度。STDU支持UDP组播技术，在同一局域网内部，大大降低STDU服务器的带宽以及处理资源，在各种播放技术中具有较强的优势。STDU支持Linux bonding。由于服务器的特殊地位，它的可靠性、可用性以及I/O速度显得非常重要，通过bonding技术可以将多块网卡接口通过绑定虚拟网卡成为一块网卡，可以提升网络吞吐量、网络冗余以及负载均衡等功能。STDU支持权重均衡策略，这样在部署新版本时，可以把部分流的传输引入过来，达到测试的目的。

如图8所示为客户端取流流程，客户端发起取流请求，经过网关代理转发到事件处理服务；事件处理转发到信令网关服务，由信令网关转发到流媒体管理服务；SS（STDUScheduler）根据负载策略找到最小负载STDU，同时下发取流密钥，一个密钥下发到对应的DAS_XX服务，一个密钥返回给客户端；DAS_XX服务发起取流信令，IPC返回数据流，GB信令和码流是分开的。客户端根据返回的地址和token连接到指定的STDU流媒体服务，流媒体服务根据token信息返回数据流。

如图9所示，CU请求PU的某个通道的音视频，请求发往STDU_Scheduler。STDU_Scheduler在当前STDU缓存中，根据负载均衡策略以及Labels查找最适合的STDU，并把创建Channel请求发给该STDU，改请求包含IP、Port、Token1、Token2。STDU根据STDU_Scheduler的参数，创建Token和Cell，并把结果返回给STDU_Scheduler。STDU_Scheduler把IP、Port、Token1合成的StartStream请求发给该PU所在的xDAS设备接入服务。xDAS收到StartStream请求，转换成该PU所对应的协议，打开音视频。xDAS根据IP、Port、Token1通过DTC库去连接STDU。xDAS把请求流的结果返回给STDU_Scheduler。STDU_Scheduler收到来自xDAS的响应，在成功的情况下，把IP、Port、Token2合成结果返回给CU。CU根据IP、Port、Token2去创建DTC通道，这样xDAS发送的数据，CU就可以收到。CU调用DTC_Close即可断开数据流接受。其中最核心功能简化为包括申请Token对，请求组播方式播放码流，请求平台转码，请求音视频/对讲/广播，支持STDU各种方式的负载均衡。

综上所述，本方案实现服务容器化和微服务化部署，所有容器及服务可单独部署，实现千万级设备接入，百万级并发访问的分布式架构，服务线性扩展，业务解耦，服务间相互独立且无状态，实现GBT28181协议的第三方视频监控平台的集成，实现GBT28181协议的第三方视频监控设备的集成，实现DH、HK等主流厂商设备的接入，实现第三方存储设备的集成，实现基于设备和业务的报警流程设计，实现录像的存储和管理，视频流媒体服务，实现实时视频监控，历史图像调用，开发客户端监控软件，实现平台接入和直接接入的视频监控设备的状态监控，远程控制，预置位，电视墙，电子地图，轮询计划等功能，实现多AS/多AC的复杂管理和维护问题，实现资源与业务的松耦合问题（以IOC调度隔离资源与业务），实现大规模设备管理的瓶颈问题（用户域、集群），实现基于kubernetes的容器运维平台。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种云视频交换系统，其特征在于，所述云视频交换系统包括前端设备接入模块、平台服务模块、IP网络单元；

平台服务模块包括NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元，NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块、数据库客户端单元之间相互连接；

NG网关服务模块与前端设备接入模块相连接，NG网关服务模块包括社会资源接入网关、box级联网关、设备管理服务、目录服务、物联网网关、流媒体调度服务、视频推流服务、设备认证服务、数据库服务、存储服务、存储调度服务、注册中心、流媒体服务、流媒体调度服务、用户接入服务、本地界面回显服务、设备接入服务、具体设备接入服务、本地数据缓存存储服务这些多种服务网关；

NG业务服务模块与前端设备接入模块相连接，NG业务服务模块包括报警规则及过滤、用户登录管理及状态监控、数据库操作中心、用户代理、mysql数据库操作中心、数据库定时任务、设备管理及监控、事件处理服务、事件转发、统计服务、服务管理及监控、轮询任务及解码器控制、用户订阅服务、视频广场、统一配置、服务起停控制、日志采集服务、实时报警运维信息采集这些多种功能性服务；

B/S服务模块与前端设备接入模块相连接，B/S服务模块包括管理服务端接口、管理前端界面、电子地图服务这几种客户端服务；

数据库客户端单元与NG网关服务模块、NG业务服务模块、B/S服务模块相连接。

2.如权利要求1所述的云视频交换系统，其特征在于，所述云视频交换系统运行时要在windows 7 64位操作系统下进行运行。

3.如权利要求1所述的云视频交换系统，其特征在于，所述数据库客户端单元124要是mysql数据库和cassandra数据库。

4.如权利要求1所述的云视频交换系统，其特征在于，所述云视频交换系统的运行环境是docker环境。

Images