CN103916634B - 一种基于openflow控制的视频点播方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于openflow控制的视频点播方法，应用于一种基于Openflow协议的视频监控系统中，所述方法包括：Openflow控制器根据Openflow协议报文获取当前系统的网络拓扑，并将所述网络拓扑通告给视频管理服务器;视频管理服务器通知Openflow控制器向当前系统中的所有网络设备下发与预设信令报文特征库对应的流表；当有用户发起点播业务时，视频管理服务器通过与该用户间的信令报文交互，获取所述点播业务的流量特征；视频管理服务器依据网络拓扑上物理链路所能承受的访问流量以及所获取点播业务的流量特征判断所述点播业务的转发路径，并通知Openflow控制器引导所述点播业务按判断出的转发路径转发。本发明方案能够提高IP视频监控网络的利用率。

Description

一种基于openflow控制的视频点播方法

技术领域

本发明涉及视频监控领域，尤其涉及一种基于openflow控制的视频点播方法。

背景技术

虚拟化技术一直是云计算发展的重要推动因素。作为云计算的基础构架，桌面、存储和服务器的虚拟化都已经发展的如火如荼，而OpenFlow协议和SDN(Software DefinedNetwork，软件定义网络)的提出，使得同为基础架构的网络交换设备支持网络虚拟化多租户架构，将物理网络和逻辑网络有效分离，满足了云计算的服务特性，同时提升了网络资源的利用率。现有的OpenFlow架构中，网络设备按照维护的流表FlowTable进行转发，流表本身的生成、维护、下发完全由外置的网络控制器Controller来实现。其中流表的结构分为匹配域Match Fields、计数器和指令集三个部分，Match Fields是匹配报文的输入关键字，计数器是管理所需，指令集是决定报文该如何转发，比如最基本的转发行为包括转发给某个端口、封装改写报文后转发以及丢弃等。

对于IP视频监控系统，可能同时承载着不同优先级的用户，高优先级的用户需要获得更好的QOS服务，低优先级的用户也需要获得尽可能好的服务。现有的IP视频监控网络对高优先级用户的业务保障主要通过资源预留和差分服务来实现。前者通过在网络上部署RSVP网络资源预留协议，保障某条指定网络路径上具备某些特定特征的业务的带宽；后者根据在业务流的IP头部标记的DSCP优先级来实现差异化的优先服务。然而无论是资源预留的方案还是差分服务的方案，本质上都是将高低优先级用户的业务流承载在同一路径上，仅仅对不同优先级用户所使用的带宽、缓存等资源进行平衡而已，并未从根本上解决视频调度的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于openflow控制的视频点播方法，应用于一种基于Openflow协议的视频监控系统中，所述监控系统包括Openflow控制器，视频管理服务器以及若干监控终端，其中所述视频监控系统中包括至少两条物理链路互不叠加的转发路径，所述方法包括：

步骤A、Openflow控制器根据Openflow协议报文获取当前系统的网络拓扑，并将所述网络拓扑通告给视频管理服务器；

步骤B、视频管理服务器通知Openflow控制器向当前系统中的所有网络设备下发与预设信令报文特征库对应的流表；

步骤C、当有用户发起点播业务时，视频管理服务器通过与该用户间的信令报文交互，获取所述点播业务的流量特征；

步骤D、视频管理服务器依据网络拓扑上物理链路所能承受的访问流量以及所获取点播业务的流量特征判断所述点播业务的转发路径，并通知Openflow控制器引导所述点播业务按判断出的转发路径转发。

本发明方案通过将IP视频监控系统部署在基于Openflow的网络中，利用了Openflow网络便于对业务进行统一集中管理的特点，通过视频管理服务器与Openflow网络控制器之间的实时交互，在最优转发路径带宽紧张的情况下，对整网视频流的接入和转发能力进行调整，引导低用户优先级的业务从其他转发路径转发，提高了网络的利用率。

附图说明

图1是本发明示例性的一种实施方式中一种视频调度方法的流程图；

图2是本发明示例性的一种部署在基于Openflow网络中的IP视频监控系统组网图；

图3是本发明示例性的一种部署在基于Openflow网络中的IP视频监控系统中的业务调度图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图并举实施例对本发明进行详细描述。

本发明示例性的一种实施方式中，提出一种基于openflow控制的视频点播方法，应用于一种基于Openflow协议的视频监控系统中，所述监控系统包括Openflow控制器，视频管理服务器以及若干监控终端，请参见图1，所述方法包括：

S101、Openflow控制器根据Openflow协议报文获取当前系统的网络拓扑，并将所述网络拓扑通告给视频管理服务器；

S102、视频管理服务器通知Openflow控制器向当前系统中的所有网络设备下发与预设信令报文特征库对应的流表；

S103、当有用户发起点播业务时，视频管理服务器通过与该用户间的信令报文交互，获取所述点播业务的流量特征；

S104、视频管理服务器依据网络拓扑上物理链路所能承受的访问流量以及所获取点播业务的流量特征判断所述点播业务的转发路径，并通知Openflow控制器引导所述点播业务按判断出的转发路径转发。

其中在本实施例中，所述视频监控系统中包括至少两条物理链路互不叠加的转发路径。

请参见图2，图2为一种部署在基于Openflow网络中的IP视频监控系统，该系统中包括Openflow控制器，视频管理服务器，若干监控终端以及用户直接访问该系统所需的客户端PC机，用户以及监控终端接入该系统的交换机以及用于承载业务流的转发设备等。

在初始状态下，Openflow控制器通过Openflow协议预先建立与其他网络设备之间的控制关系，并将安全通道作为和视频管理服务器之间的交互通道。当Openflow控制器根据Openflow协议报文获取到当前系统的网络拓扑后，通过安全通道将获取到的网络拓扑通告给视频管理服务器。视频管理服务器收到网络拓扑后，根据网络拓扑分别为每一条物理链路都设置一个带宽阈值。

在整个系统中，视频管理服务器负责对整个系统中视频流的调度进行控制，Openflow控制器负责与视频管理服务器进行实时交互，按照视频服务器的指令向该系统中的网络设备下发与视频管理服务器上预设的所述信令报文特征库以及业务相关的流表到该系统中。

在实际应用中，视频管理服务器上预设的信令报文特征库具体包括：注册报文的特征、ONVID报文的特征、国际信令报文的特征、域间通信报文的特征以及用户的权限特征等。对于所述信令报文特征库，系统管理员可根据系统中用户的实际需求进行具体配置，并在配置完成后通知Openflow控制器下发与信令报文特征库相对应的流表到该系统中所有的网络设备(包括监控终端、客户端PC机以及用户的接入交换机等)上。

Openflow控制器一旦向该系统中所有的网络设备下发了与所述信令报文特征库对应的流表，则只有那些报文特征与所述信令报文特征库相匹配的信令报文才能在该系统中正常转发。

比如，当系统管理员配置后的所述信令报文特征库中包括UDP端口号为5060、5061和5063的报文，目的IP地址为VM的http报文，以及访问VM数据库的通信报文时，Openflow控制器根据该信令报文特征库下发的流表如下：

Match fields	counts	Instruction set
			UDP目的端口为5060、5061、5063		正常转发
目的IP地址为VM的http报文		正常转发
			访问VM数据库的通信报文		正常转发

当Openflow控制器向当前系统中所有网络设备下发了以上流表后，只有那些报文特征匹配该流表中Match fields的信令报文才能在该系统中正常转发。

在所述系统中，当有用户首次通过客户端PC机点播某一监控终端的视频流量时，该用户首先需要与视频管理服务器进行控制层面的信令报文交互。对于用户和视频管理服务器之间交互的信令报文，通常可包括：注册报文以及访问请求等。具体的，如果该用户的信令报文特征匹配视频管理服务器中预设的信令报文特征库，此时系统中各区域的设备已由Openflow控制器预先下发了对应的流表，该用户可以与视频管理服务器进行正常的信令交互。

在信令交互阶段，该用户首先通过所使用的客户端PC机注册到所述视频管理服务器上，注册后视频管理服务器在数据库中记录该用户的优先级以及权限信息。其次，该用户向视频管理服务器发起新建业务的访问请求时，视频管理服务器收到该请求后，根据该访问请求中携带的信息来获取该新建业务的流量特征。其中该流量特征通常包括：该用户需要点播的视频流的IP源地址，UDP端口号，目的IP地址，目的端口号，及所需要点播的视频流的带宽信息等。

当视频管理服务器获取到了所述新建业务的流量特征后，通过安全通道向Openflow控制器查询该新建业务的最优转发路径(即理论转发路径)。如果该新建业务是该系统中的首次点播，此时最优转发路径上并未承载其他用户的业务，视频管理服务器直接根据最优转发路径上各条物理链路所预设的带宽阈值，来判断将该新建业务承载到最优转发路径时，是否有物理链路的使用带宽达到预设的带宽阈值，如果没有，表明当前最优转发路径上的可用带宽充足，于是视频管理服务器通知Openflow控制器引导该新建业务从最优转发路径转发，向最优转发路径上的网络设备下发与该新建业务对应的流表，同时在数据库中记录承载该新建业务的物理链路和该新建业务的流量特征之间的对应关系；值得说明的是，此时Openflow控制器向最优转发路径上各转发设备上下发的流表中的Match fields与该新建业务的流量特征相同。

当视频管理服务器判断出将所述新建业务承载到最优转发路径上，有物理链路的使用带宽达到预设的带宽阈值时，那么表明最优转发路径上的设计带宽不足以承载该新建业务，于是视频管理服务器通知Openflow控制器引导该新建业务从其他路径，比如次优转发路径(即实际转发路径)转发，同时在数据库中更新已记录的承载该新建业务的物理链路和该新建业务的流量特征之间的对应关系。

当然，如果该新建业务不是该系统中的首次点播，即当前最优转发路径上已承载了其他用户的业务流量时，视频管理服务器根据数据库中已记录的所有物理链路和其承载的业务流量特征之间的对应关系，来判断将新建业务承载到所述最优转发路径上时，是否有物理链路的使用带宽达到预设的带宽阈值。如果没有，则通知Openflow控制器引导该新建业务在最优转发路径上转发，并向最优转发路径上的转发设备下发与该新建业务对应的流表；如果有，此时视频管理服务器再进一步比较最优转发路径上已承载的业务和所述新建业务的优先级，来对业务进行调度。

具体地，如果最优转发路径上已承载的业务中，存在用户优先级低于所述新建业务的第一业务，那么通知Openflow控制器引导该些用户优先级低于所述新建业务的第一业务从次优转发路径转发，直到最优转发路径上的可用带宽足以承载所述新建业务。具体地，视频管理服务器通知所述最优转发路径上的网络设备删除与所述第一业务相关的流表，同时通知Openflow控制器向所述次优转发路径上的网络设备下发与所述第一业务对应的流表，视频管理服务器记录承载所述第一业务的物理链路和所述第一业务的流量特征之间的对应关系。

值得说明的是，为了保证最优转发路径上有足够的可用带宽承载所述新建业务，所述第一业务可以是最优转发路径上已承载的业务中，用户优先级低于所述新建业务的一个或者多个；比如，当所述最优转发路径上存在多个优先级低于所述新建业务的第一业务时，则有可能需要将所述第一业务中的多个引导到所述次优转发路径上后，所述最优转发路径上才有足够的使用带宽以承载所述新建业务。

进一步地，如果所述新建业务的用户优先级低于所述最优转发路径上已承载的所有业务时，视频管理服务器通知Openflow控制器引导所述新建业务从所述次优转发路径转发，并向所述次优转发路径上的转发设备下发与所述新建业务对应的流表，同时视频管理服务器记录承载所述新建业务的物理链路和所述新建业务的流量特征之间的对应关系。

进一步地，如果将所述最优转发路径上已承载的所有用户优先级低于所述新建业务的第一业务均引导到次优路径上转发后，所述最优转发路径上的可用带宽仍然不足以承载所述新建业务时，此时最优转发路径上虽然已承载了更低优先级的业务，视频管理服务器仍通知Openflow控制器引导所述新建业务从所述次优转发路径转发，并向所述次优转发路径上的转发设备下发与所述新建业务对应的流表，同时视频管理服务器记录承载所述新建业务的物理链路和所述新建业务的流量特征之间的对应关系。

另外，在将所述新建业务引导到次优转发路径转发时，如果此时次优转发路径上的可用带宽已经不足以承载所述新建业务，并且当前系统中也不存在其他足以承载所述新建业务的转发路径时，视频管理服务器通知与所述新建业务对应的前端监控终端在所述新建业务的视频流量的IP头部中标记业务优先级(例如DSCP优先级)后，由所述Openflow控制器引导所述新建业务在所述次优路径上转发。具体地，如果此时次优转发路径上存在用户优先级高于所述新建业务的第二业务，则为所述新建业务的视频流量的IP头部中标记一个低于所述第二业务的DSCP优先级；等同的，如果所述第二业务的用户优先级低于所述新建业务，则为所述新建业务的视频流量的IP头部中标记一个高于所述第二业务的DSCP优先级。对视频流量的IP头部中标记DSCP优先级，虽然会导致DSCP优先级较低的视频流量可能会在传输过程中存在业务时延，但是仍旧能够有足够的使用带宽。

同样的道理，当将所述用户优先级低于所述新建业务的第一业务引导到次优转发路径时，如果此时次优转发路径上的可用带宽已经不足以承载所述第一业务，同样可以按照上述方法实施。

在本实施例中，当所述用户不再需要点播所述监控终端的视频流量时，即所述新建业务被释放时，视频管理服务器删除已经记录的承载该业务的物理链路与该业务的流量特征之间的对应关系，并通知承载该业务的转发路径上的转发设备删除与该业务对应的流表。

以下通过一个具体的实例并结合组网环境，对本发明的技术方案作进一步的描述。

请参见图3，图3所示的IP视频监控系统中，用户A优先级高于用户B；该系统中各条物理链路的带宽阈值如下表：

物理链路	阈值带宽
		R1P3R2P1	8M
R1P2R3P1	10M
		R3P2R2P2	20M
…	…

其中，R1P3R2P1表示路由器R1的P3接口与路由器R2的P1接口互联的物理链路。初始状态下，用户A在PC1点播IPC1的8M高清实况流量。

视频管理服务器通过用户A的信令报文，获得用户A的业务流量特征，包括视频流的IP源地址，UDP端口号，目的IP地址，目的端口号，及带宽信息。视频管理服务器向OpenFlow控制器查询用户A的业务流量的最优转发路径为转发路径1，视频管理服务器判断叠加用户A的业务到所述转发路径一没有链路达到带宽阈值，于是通知OpenFlow控制器给转发路径一上的网络设备下发对应的流表，并记录承载用户A的业务流量的物理链路与用户A的业务流量特征之间的对应关系(记录以下三张表：tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表)。

转发路径1上的网络设备(R1和R2)上下发的流表如下：

R1的流表项：

Match fields	counts	Instruction set
			(P1，IPC1_ip,IPC1_port,PC1_ip,PC1_port)		从P3端口转发

R2的流表项：

Match fields	counts	Instruction set
			(P1，IPC1_ip,IPC1_port,PC1_ip,PC1_port)		从P3端口转发

视频管理服务器记录的所述对应关系：

tbl_stream_info表：

流ID	用户ID	设备ID	流类型	流带宽	用户优先级
						流1	User_A	IPC1	实况	8M	1

tbl_path_info表:

物理链路	流ID
		R1P3R2P1	streamid1

tbl_yw_lb表：

流ID	网络设备	流表
			流1	R1	(P1，IPC1_ip,IPC1_port,PC1_ip,PC1_port)，P3端口转发
流1	R2	(P1，IPC1_ip,IPC1_port,PC1_ip,PC1_port)，P3端口转发

此时新增用户B在PC2点播IPC2的2M视频流，视频管理服务器同样获取该视频流的流量特征，向OpenFlow控制器查询后该视频流最优转发路径为转发路径一；视频管理服务器在通知OpenFlow控制器下发流表前，根据tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表进行判断，R1P3R2P1此前承载了8M的流1的视频流，如果将此2M的视频流叠加转发路径一后，R1P3R2P1链路的总带宽达到10M，超过了该链路的带宽阈值8M。

视频管理服务器判断当前存在次优转发路径(转发路径二)，于是按照以下策略处理：

如果此时转发路径二带宽充分，通知OpenFlow控制器引导所述2M的视频流从转发路径二转发，并向转发路径二上的网络设备R1、R2和R3下发流表，并更新tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表。

如果此时转发路径二带宽不足，而且目前网络中也不存在其他转发路径，则：

如果转发路径二上已承载了用户优先级高于用户B的用户C的业务流，则通知前段摄像机为用户B的视频流的IP报头中打上一个低于用户C的DSCP优先级，在转发路径二中转发，并更新tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表。此时用户B的视频流在转发过程中会存在些许时延。

如果转发路径二上已承载了用户优先级低于用户B的用户C的业务流，则通知前段摄像机为用户B的视频流的IP报头中打上一个高于用户C的DSCP优先级，在转发路径二中转发，并更新tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表。此时用户C的视频流在转发过程中会存在些许时延。

当用户B不再需要点播IPC1的视频流时，在R1和R2上删除相关已下发的流表，并删除tbl_stream_info表、tbl_path_info表及tbl_yw_lb表中记录的有关流1的条目。

通过以上描述可知，本发明通过将IP视频监控系统部署在基于Openflow的网络中，利用了Openflow网络便于对业务进行统一集中管理的特点，通过视频管理服务器与Openflow网络控制器之间的实时交互，在最优转发路径带宽紧张的情况下，根据用户的优先级对整网视频流的接入和转发能力进行调度，从根本上解决视频调度的问题，同时提高了网络的利用率

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于openflow控制的视频点播方法，应用于一种基于Openflow协议的视频监控系统中，所述监控系统包括Openflow控制器，视频管理服务器以及若干监控终端，其中所述视频监控系统中包括至少两条物理链路互不叠加的转发路径，其特征在于，所述方法包括：

步骤A、Openflow控制器根据Openflow协议报文获取当前系统的网络拓扑，并将所述网络拓扑通告给视频管理服务器；

步骤B、视频管理服务器通知Openflow控制器向当前系统中的所有网络设备下发与预设信令报文特征库对应的流表；

步骤C、当有用户发起点播业务时，视频管理服务器通过与该用户间的信令报文交互，获取所述点播业务的流量特征；

步骤D、视频管理服务器依据网络拓扑上物理链路所能承受的访问流量以及所获取点播业务的流量特征判断所述点播业务的转发路径，并通知Openflow控制器引导所述点播业务按判断出的转发路径转发；

其中，所述转发路径包括理论转发路径以及实际转发路径，所述理论转发路径为最优转发路径，实际转发路径为次优转发路径；

在业务用户发起点播业务时，视频管理服务器通过信令报文交互还获取了用户的优先级；

所述方法还包括：

当最优转发路径可用带宽不足，且所述最优转发路径上已承载的业务中，存在用户优先级低于所述点播业务的第一业务，所述视频管理服务器通知Openflow控制器引导所述用户优先级低于所述点播业务的第一业务从次优转发路径转发，直到最优转发路径上的可用带宽足以承载所述点播业务。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：

视频管理服务器记录网络拓扑中所有物理链路与其所承载业务的流量特征之间的对应关系；

视频管理服务器根据所述对应关系判断所述点播业务的转发路径，如果所述点播业务的流量小于从openflow控制器查询到的理论转发路径所能承受的访问流量，通知Openflow控制器引导所述点播业务从理论转发路径转发；如果所述点播业务流量大于理论转发路径所能承受的访问流量，通过视频管理服务器计算获取实际转发路径，并通知openflow控制器下发更新流表，引导所述点播业务从获取的实际转发路径转发。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当最优转发路径可用带宽不足，并且视频管理服务器判断出所述点播业务的用户优先级低于所述最优转发路径上已承载的所有业务的用户优先级时，通知Openflow控制器引导所述点播业务从次优转发路径转发。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当视频管理服务器判断出将所述最优转发路径上已承载的所有用户优先级低于所述点播业务的第一业务引导到次优转发路径转发，所述最优转发路径上的可用带宽仍不足以承载所述点播业务时，通知Openflow控制器引导所述点播业务从次优转发路径转发。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当视频管理服务器判断出所述次优转发路径剩余带宽已不足以承载所述第一业务或所述点播业务，并且当前系统中也不存在其他足以承载所述第一业务或所述点播业务的转发路径时，视频管理服务器通知与所述第一业务或所述点播业务对应的监控终端为所述第一业务或所述点播业务的视频流量标记业务优先级后，由Openflow控制器引导所述第一业务或所述点播业务从次优转发路径转发。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述为第一业务或点播业务的视频流量标记业务优先级具体为：

如果次优转发路径上已承载了优先级高于所述第一业务或所述点播业务的第二业务，为所述第一业务或所述点播业务的视频流量标记一个低于所述第二业务的业务优先级；

如果次优转发路径上已承载了优先级低于所述第一业务或所述点播业务的第二业务，为所述第一业务或所述点播业务的视频流量标记一个高于所述第二业务的业务优先级。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述视频监控系统中，有业务被释放时，视频管理服务器通知承载该业务的转发路径上的各网络设备删除与该业务对应的流表。