基于sip负载均衡实现高清视频多链路传输的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种负载均衡系统及高清视频传输实现链路负载均衡的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济和技术的快速发展，因特网(Internet)以其丰富的资源，个性化的服务以及方便的交互性，给人们的工作与生活带来了巨大的方便与可喜的变化。远程视频监控是其中的一个得到广泛的应用项目，特别是在交通、公共场所、公安部门、学校、家庭保安等等领域是如此。视频技术发展到高清时代，人们不再满足于传统的远程视频监控，而是需要更进步的高清视频远程监控。高清视频数据量大，占用大量带宽，单个网络带宽成为了多条高清视频传输的瓶颈，无法满足现代视频监控的要求。
[0003]多条链路的并联使用是带宽不足的一个有效解决方案。在远程的两个局部网间是一个有光纤相链接的主干道。光纤可以传送众多不同频率的光波，不同频率的光波形成了不同的链路。光纤分路器是用来实现光波能量的分路和合路的器件，将一根光纤中传输的光能量按照既定的比例分配给两根或者是多根光纤，或者将多根光纤中传输的光能量合成到一根光纤中。光纤分路器的技术使得多条链路的并联部署成为了可能。
[0004]通用的负载均衡的技术实现了数据包在不同的链路中同时传输。视频传输协议有其特殊性，基于IP协议(Internet Protocol,网间互连协议)的简单链路负载均衡或者基于四层UDP的负载均衡均不能充分利用视频传输协议的特殊性以实现更优化的负载均衡。
[0005]SIP 协议(Sess1n Initiat1n Protocol,会话发起协议)，在 RFC3261 有详细说明。SIP协议在语音、视频的IP网络中广泛应用。SIP协议定义了在视频头及视频客户端间如何建立、修改、终止通信会话以及如何协调通信参数。SIP协议与会话描述协议SDP(Sess1n Descript1n Protocol) 一起建立通信会话。
[0006]图1是现行典型的远程视频会话网络部署拓扑图。根据RFC3261协议，当Alice客户端与Bob视频头利用SIP协议建立视频会话(Sess1n)时，其视频建立流程如下:
[0007]Alice客户端发送一个INVITE请求到SIP代理服务器，要求与Bob视频头会话:
[0008]INVITE sip:bobibilox1.com SIP/2.0
[0009]Via:SIP/2.0/UDPpc33.atlanta.com ；branch = z9hG4bK776asdhds
[0010]Max-Forwards:70
[0011]To:Bob<sip:bobibilox1.com〉
[0012]From:Alice<sip:aliceiatlanta.com> ；tag = 1928301774
[0013]Cal1-1D:a84b4c76e66710ipc33.atlanta.com
[0014]CSeq:314159INVITE
[0015]Contact:<sip:aliceipc33.atlanta.com〉
[0016]Content-Type: applicat1n/sdp
[0017]Content-Length:142
[0018](Alice，s SDP 协议数据)
[0019]SIP代理服务器转发INVITE请求给Bob视频头，Bob视频头接收会话请求，发送下面同意(2000K)数据包回来给SIP代理服务器，SIP代理服务器转发给Alice客户端:
[0020]SIP/2.02000K
[0021]Via:SIP/2.0/UDP serverl0.bilox1.com ；branch = z9hG4bKnashds8 ；received=192.0.2.3
[0022]Via: SIP/2.0/UDP b i g b o x 3.s i t e 3.atlanta.com ； b r a n c h =z9hG4bK77ef4c2312983.1 ；received = 192.0.2.2
[0023]Via:SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.com ；branch = z9hG4bK776asdhds ；received =192.0.2.1
[0024]To:Bob<sip:bobibilox1.com〉；tag = a6c85cf
[0025]From:Alice<sip:aliceiatlanta.com> ；tag = 1928301774
[0026]Cal1-1D:a84b4c76e66710ipc33.atlanta.com
[0027]CSeq:314159INVITE
[0028]Contact:〈sip:bobil92.0.2.4>
[0029]Content-Type: applicat1n/sdp
[0030]Content-Length:131
[0031](Bob’ s SDP 协议数据)
[0032]这样，成功建立了视频会话。
[0033]RTP/RTCP 协议全称分别是 Real - time Transport Protocol/RTP ControlProtocol,在 RFC3550 有详细说明。RTP 协议(Real-time Transport Protocol,实时传输协议)为语音、视频在IP网络传输中定义了标准的数据包格式。在点与点之间传输视频流数据，视频会话会话成功建立后，根据SIP定义的源地址和目标地址，RTP协议数据包在视频头，两个代理服务器，及客户端间传输。RTCP协议(RTP Control Protocol，实时传输控制协议)的作用是QoS控制，传输数据统计以及多视频流的协调控制。图2是现行典型的远程视频会话建立时RTP协议数据包的流程图。
[0034]在远程监控实际部署中，前、后置SIP代理服务器是必须的，其目的是隔离共用网络云(Public Cloud)和私云(Private Cloud),或者公共网和局部网。互联网上,两个局部网间的光纤构成了多条链路，因特网支持这种重复链路部署。
[0035]路由器连接了两个或者多个不同的IP网络。当一个数据包从一个网络收到时，根据数据包的目标地址和路由表发送到下一个输出网络。路由器只是选择一条链路，不具备根据带宽智能选路功能。应用交付平台系统中的核心设备负载均衡就是根据链路的检测结果，经过计算可以智能选路。负载均衡技术是建立在现有网络结构之上，提供了一种更为有效使用网络传输高清视频的方法。
[0036]本方法的核心发明就是在Alice客户端和Bob视频头中间，部署一个SIP协议的应用负载均衡器，这负载均衡器在现有的网络中解决了高清视频传输单一带宽的瓶颈问题。
【发明内容】
[0037]本发明要解决高清视频传输因数据量大而占用大量带宽，导致单个网络带宽难以传输多条高清视频通信，因而无法满足现代视频监控的要求的问题，为此提供本发明的基于SIP负载均衡实现高清视频多链路传输的方法，本方法能在网格中高效传输高清视频信肩、O
[0038]为解决上述问题，本发明采用的技术方案其特殊之处在于包括以下步骤:
[0039]将SIP负载均衡器部署在多条链路的视频传送网络中，
[0040]所述SIP负载均衡器接收客户端的视频通道建立请求，根据链路的负载信息，选择合适的链路，建立新的视频通道，
[0041]所述选择合适的链路是通过修改SIP/INVITE数据包中的FR0M/T0/C0NTACT头来实现的，
[0042]RTP数据包在客户端和SIP代理服务器间直接访问，不经过SIP负载均衡器；
[0043]所述SIP负载均衡器由以下硬件和软件构成:
[0044]所述硬件包括CPU、网络端口、内存和磁盘存储器；
[0045]所述软件为:
[0046]网络模块，负责接收，发送数据包；
[0047]健康检查模块，检查SIP代理服务器的运行状态；
[0048]负载信息采集模块，收集每条链路的负载现状作为选路计算的依据；
[0049]负载均衡计算模块，通过计算选择最优化途径；
[0050]会话保持模块，保证同一个客户端的相关的数据包发送到同一条途径，以保证会话的完整性；
[0051 ] 数据包修改模块，完成SIP协议数据包的修改；
[0052]配置管理模块，供负载均衡器管理员管理和配置系统参数。
[0053]本发明中所述SIP负载均衡器通过修改SIP协议数据包实现RTP负载均衡。
[0054]所述SIP负载均衡器收集链路的RTP负载信息。
[0055]所述SIP负载均衡器支持多链路的流量并行传输。
[0056]本发明所述RTP协议数据包不经过负载均衡器。
[0057]本发明中所述链路中部署SIP代理服务器，用于RTP数据包流量的负载均衡，包括以下步骤:
[0058]读取SIP协议数据包；
[0059]解析SIP协议数据包中的源地址，From, To, Contact, Call -1D协议头；
[0060]修改SIP协议数据包中的源地址，From, To, Contact, Call -1D协议头；
[0061]发送SIP协议数据包。
[0062]所述SIP负载均衡器从网络中读取SIP协议数据包并解析特殊的协议头，从中获取特定的信息用于负载均衡链路选择的计算依据。
[0063]所述SIP负载均衡器在读取的SIP协议数据包中修改特定的协议头，并发送修改后的数据包。
【附图说明】
[0064]图1是现行典型的远程视频会话网络部署拓扑图；
[0065]图2是现行典型的远程视频会话建立时RTP协议数据包的流程图；
[0066]图3是本发明中的SIP负载均衡器在视频网络中的部署拓扑图；
[0067]图4是本发明的SIP负载均衡器的系统架构图；
[0068]图5是本发明的SIP负载均衡逻辑程序中视频链路选择逻辑设计流程；
[0069]图6是本发明的SIP代理服务器健康检查模块的逻辑设计流程图；
[0070]图7是本发明的视频会话建立请求流程图；
[0071]图8是本发明的视频会话建立同意请求流程图；
[0072]图9是本发明的RTP数据包的传输流程图。
【具体实施方式】
[0073]本发明是通过以下方式实现的:
[0074]本发明包括SIP负载均衡器，以及前置SIP代理服务器、后置SIP代理服务器和与SIP代理服务器相连接的多条链路。SIP负载均衡器接收到客户端的INVITE请求后，进行SIP数据包分析，之后，根据处理结果及每条链路的负载信息，计算出一个可用的链路，然后把INVITE请求修改后发送给这条链路上的SIP代理服务器。
[0075]图3是本发明中的SIP负载均衡器在视频网络中的部署拓扑图。
[0076]图4是本发明中的SIP负载均衡器的系统架构图。所述的负载均衡器是一个硬件设备，包括CPU、网络端口、内存及存储硬件等。通用的工控机可以作为硬件设备载体。其软件架构包括配置管理模块、网络模块、SIP代理服务器健康检查模块、负载信息采集模块、负载均衡计算模块、会话保持模块及数据包修改模块。其中配置管理模块是负载均衡器管理员管理和配置系统参数的模块；网络模块负责接收，发送数据包；健康检查模块检查SIP代理服务器的运行状态；负载信息采集模块收集每条链路的负载现状作为选路计算的依据；负载均衡计算模块通过计算选择最优化途径；会话保持模块的功能是保证同一个客户端的相关的数据包发送到同一条途径，以保证会话的完整性；数据包修改模块完成SIP协议的修改。
[0077]图5是本发明中的SIP负载均衡逻辑程序中最核心的视频链路选择逻辑设计流程。负载均衡器的网络模块收到一个SIP数据包后，数据包修改模块解析此数据包，得到Call -1D或者Callee字符串，会话保护模块查询负载均衡会话保持希哈表(HashTable)，同一个Call -1D字符串表明这些UDP数据包属于同一个会话。同一个会话的SIP数据包必须选择同一个链路。新的Call -1D代表新的会话，新的会话根据这个流程图计算出新的链路，并且生成新的会话保持数据结构，记录其在会话保持希哈表中。图5并展示了各模块之间的关联关系。
[0078]负载均衡的基本概念是策略、会话保持和健康检