专利名称：适于进行ip流媒体实时处理及转发设备的热备方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网络多媒体的热备份技术，尤其涉及一种适用于进行IP流媒体 实时处理及转发设备的热备方法以及系统。
背景技术：
当今，我国的通信事业正迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来越高，特别 是宽带视频信息，所以提供给用户的IP媒体流要具有高可靠性。在IP流媒体系统中， 许多关键的设备都设置有主从双机热备份的冗余机制。
双机热备就是对于重要的服务，使用两台服务器，互相备份，共同执行同一服 务。当一台服务器出现故障时，可以由另一台服务器承担任务，从而在不需要人工 干预的情况下，自动保证系统能持续提供服务，解决了在主服务器故障时服务中断 的问题。双机热备都会有一个切换过程，在切换过程中，服务是有可能短时间中断 的。但是，当切换完成后，服务将恢复正常。因此，虽然双机热备不是无缝的，但 它能够保证系统在出现故障时，能够短时间内很快恢复正常，使业务不致受到太大 的影响。
目前，双机热备主要有两种实现方案基于共享存储的方式和纯软件的方式。 基于共享存储的方式是采用两台服务器，使用共享的存储设备，两台服务器都要安
装商用的HA (Highavailability)软件进行管理。但是这种方式具有单点故障，存储 设备故障不能解决的缺点，另外使用磁盘阵列存储和商用的HA软件，成本很高。 纯软件的方式是使用支持镜像的商用双机软件，主机提供服务，从机实现数据备份， 当主机故障时，双机软件自动启动备机上的服务。缺点这两种方式均需要双机管 理软件，成本很高，而且受限于系统的版本号难以扩展；系统受限于双机管理软件 的能力，切换时间一般长达几十秒甚至更长，业务容易中断。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够满足IP媒体流连续 播放要求，并且准确性和可靠性高的适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热 备方法以及系统。
为了实现上述目的，本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法，工作步骤如下
1) 将两台设备同时接入网络， 一台配置为主机，另一台配置为从机；
2) 所述主、从机同步运行，同时都对所述IP媒体流作处理，其中，所述主机 负责对所述IP媒体流进行处理后转发输出，而所述从机对所述IP媒体流只做处理不 做转发输出；
3) 所述主机通过心跳通信接口周期地向所述从机发送心跳信号；
4) 所述从机通过心跳通信接口对所述主机工作状态进行实时监测，当检测到所 述主机出现故障时，立即取代所述主机而输出处理过的IP媒体流，当检测到所述主 机恢复正常时则立即停止输出任何IP媒体流，由所述主机重新负责媒体流的处理和 转发。
另外，本发明的适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法，其工作 步骤进一步包括
5) 所述从机对所述主机发送回馈心跳信号，标识自己的工作状态；
6) 所述主机接收所述从机的回馈心跳信号，检测所述从机的工作状态，如果所 述主机检测到所述从机出现故障时，所述主机发出警告，标识所述从机出现故障；
7) 所述主机从故障状态恢复正常时，向所述从机发送心跳信号通知所述从机停 止输出IP媒体流，待确认所述从机停止输出IP媒体流之后，所述主机继续输出处理 过的IP媒体流。
从而，在主机故障恢复时，主机在确保从机已经停止输出IP媒体流的情况下， 才输出IP媒体流，可避免IP媒体流的混跌。
另外，本发明的适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法中，所述 主、从机之间的所述心跳信号的通信采用多条线路，多种方式。例如在主、从机之 间的所述心跳信号的通信通过以太网和RS232串口两种连接方式进行。当所述从机
通过所述以太网和串口两种方式对主机进行故障检测时，只有当两种方式均检测到
所述主机故障时，才进行所述主、从机之间的切换；若只有一种方式检测到所述主 机故障而另一种方式检测到所述主机完好时，表明检测到的故障是错误的，则向系 统报告相应的心跳信号线出现故障。
另外，所述从机检测所述主机发送的心跳信号时，采用连续n次(n=2~10)未 检测到心跳信号或连续n次检测到不正常的心跳信号才判断所述主机发生故障的机 制。
本发明的一种适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统，包括网络设 备、主机和从机，其特征在于，所述主机包括用于接收未经处理的IP媒体流并对其进行处理，然后输出处理后的IP媒体流的主机IP媒体流处理模块；和用于周期地 向从机发送心跳信号，标识自己的工作状态的主机心跳信号处理模块；所述主机包 括用于接收未经处理的IP媒体流并对其进行处理的从机IP媒体流处理模块；和用 于周期地接收所述主机发送的心跳信号的从机心跳信号处理模块。
所述主、从机同步运行，同时都对所述IP媒体流作处理，所述主机负责对所述 IP媒体流进行处理后转发输出，所述从机对所述IP媒体流只做处理，所述从机对所 述主机工作状态进行实时监测，当检测到所述主机出现故障时，立即取代所述主机 而输出处理过的IP媒体流，当检测到所述主机恢复正常时则立即停止输出任何IP 媒体流，由所述主机重新负责媒体流的处理和转发。
另外，所述从机对所述主机发送回馈心跳信号，标识自己的工作状态；所述主 机接收所述从机的回馈心跳信号，检测所述从机的工作状态。
所述主、从机之间的所述心跳信号的通信采用多条线路，多种方式。例如在主、 从机之间的所述心跳信号的通信通过以太网和RS232串口两种连接方式进行，当所 述从机通过所述以太网和串口两种方式对主机进行故障检测时，只有当两种方式均 检测到所述主机故障时，才进行所述主、从机之间的切换；若只有一种方式检测到 所述主机故障而另一种方式检测到所述主机完好时，表明检测到的故障是错误的， 则向系统报告相应的心跳信号线出现故障。
所述从机检测所述主机发送的心跳信号时，采用连续n次(n = 2~10)未检测到 心跳信号或连续n次检测到不正常的心跳信号才判断所述主机发生故障的机制。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于
1、 "快"本发明中的从机由于一直处于同步运行状态，在检测到主机故障后 不需要经过就绪准备处理就可立即工作，因此可以把主机故障时主从机之间切换的 时间降到了毫秒量级，使得IP流媒体的转发基本不受影响，更好地满足用户接收不 间断IP流媒体的要求；
2、 "准"本发明采用多条路径，多种方式的心跳信号通信方式，避免了单一 心跳信号线故障时对主机的误判，极大提高了系统检测故障的准确性和可靠性。能 够实时检测系统绝大部分的硬件故障和软件故障，并在故障发生时迅速的做出反应， 根据故障的情况进行主从机的切换或者报警。
图1是本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统的结 构框图。图2是本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法的流程图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方 法以及热备系统进行详细说明。
图1是本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统的结 构框图。如图1所示，该热备系统中包含有交换机、主机和从机。
本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法以及系统的
工作过程大体上分为两个方面
主机方面主机接收未经处理的IP媒体流并对其进行处理，然后输出处理后的 IP媒体流；主机周期地向从机发送心跳信号，标识自己的工作状态；主机接收从机 的回馈信号，检测从机的工作状态。
从机方面从机接收未经处理的IP媒体流并对其进行处理；从机周期地接收主 机发送的心跳信号；从机对主机的心跳信号进行实时检测，判断主机工作是否正常， 如果不正常，则从机输出处理后的IP媒体流，如果正常，则不输出；从机对主机发 送一个回馈信号，标识自己的工作状态。
如图l所示，本发明的适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统的 工作流程如下
步骤IOI，主机接收未经处理的IP媒体流。未经处理的IP媒体流(Data)通过 网络设备(交换机)发送到主机，主机实时把接收到的IP媒体流数据包发送给主机 的处理单元(Fl)。
步骤102,从机接收未经处理的IP媒体流。未经处理的IP媒体流(Data)通过 网络设备(交换机)发送到从机，从机实时把接收到的IP媒体流数据包发送给从机 的处理单元(F2)。
步骤103，主机的处理单元采用一系列的处理过程和算法对收到的IP媒体流进 行处理(Fl (Data), K (cwl))。其中的cwl是主机随机产生的处理因子。
步骤104，从机的处理单元采用一系列的处理过程和算法对收到的IP媒体流进 行处理(F2 (Data), K (cw2))。其中的cw2是从机随机产生的处理因子。
步骤105，主机周期地发送心跳信号到从机，通信链路采用多种形式。在图l所 示的具体实施例中，主从机之间心跳信号的通信分别通过以太网和RS232串口两种 连接方式。从机通过以太网和串口两种方式对主机进行故障检测，只有当两种方式
7均检测到主机故障时，才进行主从机之间的切换；只有一种方式检测到主机故障而 另一种方式检测到主机完好时，表明检测到的故障是错误的，则向系统报告相应的 心跳信号线出现故障。
步骤106，处理后的IP媒体流被发送到传输网络上，用户通过本地终端比如机 顶盒，接收IP流媒体节目，进行付费收看。
图2是本发明的一种适用于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法的流 程图，其中，图中的过程标号对应下面的步骤序号。如图2所示，本发明的适用于 进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法，大体上包括三个工作部分网络设 备工作部分21、主机工作部分22和从机工作部分23，具体工作步骤如下
其中，网络设备工作部分21进行以下步骤
步骤21K读取本地配置信息，包含设备的工作方式、主从机之间的通信地址以 及IP媒体流的输入和输出网卡。
步骤212、根据本地配置信息判断机器工作方式是主机还是从机。工作方式为主 机时，执行主机工作部分22的工作步骤，工作方式为从机时，执行从机工作部分23 的工作步骤。
主机工作部分22包括主机IP媒体流处理模块；主机心跳信号处理模块； 其中，主机IP媒体流处理模块有以下步骤-步骤221a、主机接收未经处理的原始IP媒体流，并进行处理。 步骤222a、主机输出处理过的IP媒体流，客户端通过机顶盒或手机等终端进行 付费收看。
步骤223a、主机置自己的心跳信号标志位，标记自己的工作状态。然后返回步 骤221a循环执行。
进一步地，主机心跳信号处理模块有以下步骤
步骤221b、主机周期地向从机发送心跳信号，告诉从机自己的工作状态。 步骤222b、主机周期地接收从机的回馈信号，检测从机的工作状态。
从机工作部分23包括从机IP媒体流处理模块；从机心跳信号处理模块； 其中，从机心跳信号处理模块进行以下步骤-
步骤231b、从机周期地接收主机发送的心跳信号，心跳信号标识了主机的工作 状态。
步骤232b、从机发送回馈信号给主机，回馈信号标识从机的工作状态。 进一步地，从机IP媒体流处理模块有以下步骤步骤231a、从机接收未经处理的原始IP媒体流，并进行处理。 步骤232a、从机通过对主机的心跳信号的检测，判断主机的工作状态是否正常， 主机工作正常时，执行后续步骤233a，主机工作不正常时执行后续步骤234a。
步骤233a、从机阻止自己输出处理过的IP媒体流。然后返回步骤231a循环执行。
步骤234a、从机输出处理过的IP媒体流。然后返回步骤231a循环执行。
另外，上述主从机之间心跳通信的线路有多条，方式有多种。主从机之间心跳 信号的通信分别通过以太网和RS232串口两种连接方式，从机通过以太网和串口两 种方式对主机进行故障检测，只有当两种方式均检测到主机故障时，才进行主从机 之间的切换；只有一种方式检测到主机故障而另一种方式检测到主机完好时，表明 检测到的故障是错误的，则向系统报告相应的心跳信号线出现故障。
主从机之间的心跳检测，并不是采用一检测到心跳信号异常就判定主机故障的 方法，而是采用连续n (n=2 10)次未检测到心跳信号或连续n次检测到不正常的 心跳信号才判断主机发生故障的机制。防止了当心跳通信环境不好的时候对主机工 作状态的误判，提高了故障检测的可靠性和准确性。
利用本发明的上述具体实施方式
，本发明的优点是明显的，包括以下三点
(1) 主从机同时对IP媒体流进行实时处理，任意时刻输出的媒体流都是连续 的；用户终端接收到的数据无论是(Fl (Data), K (cwl)))还是(F2 (Data), K
(cw2)))，都能够通过用户证书中包含的K解开cw,然后由cw反处理得到原始数 据Data。主、从机之间不需要对数据进行实时备份，这样极大縮短了主、从机之间 相互切换的时间，提高了主、从机之间相互切换的效率；
(2) 能够使系统故障时的停机时间控制在毫秒量级，保证节目播放的质量； 通过严格控制心跳信号的周期和主从机之间相互切换的时机，从而避免了在系
统出现故障进行主从机切换时，IP媒体流数据包长时间停滞和重发冲突的现象，保 证了IP流媒体的播放质量，满足了用户的要求。
(3) 能够准确检测多种故障，并实时进行主、从机之间的切换和报警；
主、从机之间的心跳通信采用多条路径、多种方式的方式，从而避免了单一心 跳信号线故障时，从机对主机的误判；通过设置心跳信号通信时的多次通信机制， 极大提高了系统对故障检测的准确性和可靠性。
以上是对本发明的具体实施方式
的说明，本发明不对处理的媒体内容进行限定， 比如在线式的IPTV和VOD点播都可；本发明不对采用的处理过程和算法作限定；本发明不对通信的方式和协议进行限定，以太网，ipv4/v6,tcp/udp等均可适用。对本 发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1、一种适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法，工作步骤如下1)将两台设备同时接入网络，一台配置为主机，另一台配置为从机；2)所述主、从机同步运行，同时都对所述IP媒体流作处理，其中，所述主机负责对所述IP媒体流进行处理后转发输出，而所述从机对所述IP媒体流只做处理；3)所述主机通过心跳通信接口周期地向所述从机发送心跳信号；4)所述从机通过心跳通信接口对所述主机工作状态进行实时监测，当检测到所述主机出现故障时，立即取代所述主机而输出处理过的IP媒体流，当检测到所述主机恢复正常时则立即停止输出任何IP媒体流，由所述主机重新负责媒体流的处理和转发。
2、 根据权利要求1所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法， 其特征在于，进一步包括如下步骤5) 所述从机对所述主机发送回馈心跳信号，标识自己的工作状态；6) 所述主机接收所述从机的回馈心跳信号，检测所述从机的工作状态，如果所 述主机检测到所述从机出现故障时，所述主机发出警告，标识所述从机出现故障；7) 所述主机从故障状态恢复正常时，向所述从机发送心跳信号通知所述从机停 止输出IP媒体流，待确认所述从机停止输出IP媒体流之后，所述主机继续输出处理 过的IP媒体流。
3、 根据权利要求1或2所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备 方法，其特征在于，所述主、从机之间的所述心跳信号的通信采用多条线路，多种 方式。
4、 根据权利要求1或2所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备 方法，其特征在于，所述从机检测所述主机发送的心跳信号时，采用连续n次未检 测到心跳信号或连续n次检测到不正常的心跳信号才判断所述主机发生故障的机制， 所述次数n通常为2~10次。
5、 根据权利要求1或2所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备 方法，其特征在于，所述主、从机之间的所述心跳信号的通信通过以太网和RS232 串口两种连接方式进行；当所述从机通过所述以太网和串口两种方式对主机迸行故 障检测时，只有当两种方式均检测到所述主机故障时，才进行所述主、从机之间的 切换；若只有一种方式检测到所述主机故障而另一种方式检测到所述主机完好时， 表明检测到的故障是错误的，则向系统报告相应的心跳信号线出现故障。
6、 一种适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统，包括网络设备、 主机和从机，其特征在于，所述主、从机同步运行，同时都对所述IP媒体流作处理；所述主机包括用于接收未经处理的IP媒体流并对其进行处理，然后输出处理 后的IP媒体流的主机IP媒体流处理模块；和用于周期地向从机发送心跳信号，标识 自己的工作状态的主机心跳信号处理模块；所述从机包括用于接收未经处理的IP媒体流并只对其进行处理的从机IP媒体 流处理模块；和用于周期地接收所述主机发送的心跳信号的从机心跳信号处理模块， 该从机心跳信号处理模块对所述主机工作状态进行实时监测，当检测到所述主机出 现故障时，立即取代所述主机而输出处理过的IP媒体流，当检测到所述主机恢复正 常时则立即停止输出任何IP媒体流，由所述主机重新负责媒体流的处理和转发。
7、 根据权利要求6所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统， 其特征在于，所述从机的心跳信号处理模块向所述主机发送回馈心跳信号，标识自 己的工作状态；所述主机的心跳信号处理模块接收所述从机的回馈心跳信号，检测 所述从机的工作状态。
8、 根据权利要求6或7所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备 系统，其特征在于，所述主、从机之间的所述心跳信号的通信采用多条线路，多种 方式。
9、 根据权利要求6或7所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备 系统，其特征在于，所述从机检测所述主机发送的心跳信号时，采用连续n次未检 测到心跳信号或连续n次检测到不正常的心跳信号才判断所述主机发生故障的机制， 所述次数n通常为2 10次。
10、 根据权利要求9所述的适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备系统， 其特征在于，所述主、从机之间的所述心跳信号的通信通过以太网和RS232串口两 种连接方式进行，当所述从机通过所述以太网和串口两种方式对主机进行故障检测 时，只有当两种方式均检测到所述主机故障时，才进行所述主、从机之间的切换； 若只有一种方式检测到所述主机故障而另一种方式检测到所述主机完好时，表明检 测到的故障是错误的，则向系统报告相应的心跳信号线出现故障。
全文摘要
本发明公开了一种适于进行IP流媒体实时处理及转发设备的热备方法及系统，工作步骤包括1)两台设备同时接入网络，一台配置为主机另一台配置为从机；2)主从机同步运行，同时都对IP媒体流做处理，主机对IP媒体流做处理后转发输出，从机对IP媒体流只做处理不做转发输出；3)主机通过心跳通信接口周期地向从机发送心跳信号；4)从机通过心跳通信接口对主机工作状态实时监测，当检测到主机出现故障时立即取代主机输出处理过的IP媒体流；当检测到主机恢复正常时则立即停止输出任何IP媒体流，由主机重新负责媒体流的处理和转发。根据本发明，在主机出现故障时系统可及时侦测到问题并快速切换，响应时间短，尤其适用于IPTV等直播类服务器的热备需求。
文档编号H04L1/22GK101631011SQ20081011670
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者单明辉, 李良斌, 蓓 武, 王劲林, 贡佳炜, 邓浩江, 郑艳伟, 君 陈 申请人:中国科学院声学研究所