一种4K8KIP制播调度控制方法、装置和系统与流程

一种4k8kip制播调度控制方法、装置和系统
技术领域
1.本技术涉及制播系统调度技术领域，具体地，涉及一种4k8kip制播调度控制方法、装置和系统。


背景技术：

2.目前国内广电行业基于ip架构4k/8k 超高清前期制作系统也逐渐成熟，4k/8k无压缩ip流矩阵逐步应用在实际制播系统中。目前epp系统、转播车等应用场合，ip调度矩阵规模一般不大，因此实现比较容易。但对于演播室、播总控机房等大型调度和分发系统， ip流输入、输出规模较大，为了保证带宽以及系统冗余能力，网络平台通常采用叶、脊架构，如图1：输入信号和输出信号连接到leaf节点， leaf节点与输入输出设备之间可以采用10ge25ge/100ge接口，spine节点和leaf节点之间可以采用100ge/400ge接口。spine节点应优先采用框式插板设备，满足电视行业长期演进，以及按需逐步建设的模式。leaf节点采用高密度设备25ge/100ge设备，灵活搭建外场环境、并支持快速横向扩展。采用多脊多叶结构，可以同时实现spine节点和leaf节点的水平扩展，网络扩展性最强。同时可靠性也最高，任何一台spine节点故障，都只影响1/n业务。
3.目前担当spin（脊）的路由器一般具备组播nat功能，根据配置的组播nat转换指令，在组播信号流发出到接收组播信号流的设备前做组播nat转换，做到按需进行地址转换，部署方便而且灵活，无需调整网络拓扑和路由。同时路由器还可以实现在和接收组播信号流的设备相连的端口的出方向配置流量复制输出，当仅配置单个出接口，实现流量转发，配置多个出接口，则可以实现组播流量一对多的复制，组播信号流源设备的接口接收原始组播信号流，在ip矩阵内部做组播转发。
4.4k/8k制播网ip化矩阵内置组播nat技术保证了ip交换矩阵与传统sdi交换矩阵一样具有简单的连接。目前广电制播ip网通常采用sdn架构，软件定义硬件，因此软件通常完成信号源的配置、矩阵部署、调度切换控制指令下发，叶、脊网络设备根据sdn软件路径策略完成信号的转发, 但在目前多脊多叶结构中方式下可选路径更多，规划业务路径更复杂，运维难度最高。
5.在4k/8k制播网ip流调度中，经常碰到的常用称呼解释如下：1、内部流：在路由器间使用的输入/输出流（组）信息称之为内部流。内部流是实现管理队列重复使用等功能的关键基础。
6.2、流类型：指无压缩视频流（v）、音频流（a）和辅助数据流（anc）组成，或者一个压缩流如ts流。
7.3、流组：一个完整的广电专用流组由频流（v）、音频流（a）和辅助数据流（anc），其中视频流1个；音频流用多个；辅助数据流1个；通常1个高清流或者1个4k单流由：1*v+4*a+1*anc构成； 一个4k多流由4个高清流构成，一个8k流由4个4k单流高清流构成。
8.4、内部流id：因路由器表项容量限制，流id范围为1-16000，流组id范围为1-4000。
因此一个路由器最多能准入16000个输入或输出流，4000个输入或者输出流组。
9.目前通常采用的办法是提前部署调度路径，即静态路径的工作方式。这种方式是根据现有创建的输入输出信号信息在网络的任何一个可能的端口上提前把配置写入，当调度发生时，只需要在选择的路径各环节上执行流绑定命令即可。
10.这种提前部署路径的方法，优点是把铺路的工作提前完成，减少了实时调度时的步骤，减少调度时间。缺点是每条流在网络中的每个可能被调度的端口上都要提前预配置，每条流都要占用一个流表，这样在总控大规模应用的时候面对庞大的流数量，网络设备的流表数量没有办法满足需求，同时大量的配置量会产生大量的配置时间，冗长的配置过程基本上也是不可接受的。
11.输入输出流占用交换机流表的模型如图2：目前通常采用的办法是提前部署调度路径，即静态路径的工作方式。这种方式是根据现有创建的输入输出信号信息在网络的任何一个可能的端口上提前把配置写入，当调度发生时，只需要在选择的路径各环节上执行流绑定命令即可。
12.这种提前部署路径的方法，优点是把铺路的工作提前完成，减少了实时调度时的步骤，减少调度时间。缺点是每条流在网络中的每个可能被调度的端口上都要提前预配置，每条流都要占用一个流表，这样在总控大规模应用的时候面对庞大的流数量，网络设备的流表数量没有办法满足需求，同时大量的配置量会产生大量的配置时间，冗长的配置过程基本上也是不可接受的。


技术实现要素：

13.为了节约路由器表项以及网络带宽，特别适合用于大规模、无阻塞调度切换场景，本发明提供了一种4k8kip制播调度控制方法，具体包括：根据实际网络带宽构建由高到低的不同等级的流和/或流组，由高到低的次序为：8k流组》4k流组》4k流组的单流；在调度时，通过从高等级中抽取共享的低等级的流和/或流组使用。
14.可选的，步骤所述根据实际网络带宽构建由高到低的不同等级的流和/或流组之后，步骤所述通过从高等级中抽取共享的低等级的流和/或流组使用之前还包括：根据网络拓扑信息生成一个初始配置下发到路由器；所述初始配置包含输入流信息，输出流信息，输入流组信息和输出流组信息中至少一种，以及规则信息；用户在添加输入和输出之后，根据输入和输出数量以及流加入流组规则，判断是否需要增量配置，若是则确认任一输入到达输出的路径集合，所述路径集合用于在调度时提供最优路径。
15.可选的，每种共享低等级的流和/或流组携带用于描述其在高等级流组中所在位置的id。
16.可选的，在调度时，通过从高等级中抽取共享的低等级的流和/或流组使用的抽取规则包括：分别建立各种独立流组和/或独立单流的管理队列；
根据输入流和/或流组所属的最高等级流组，由高到低的顺序从对应的独立流组的管理流队列中抽取可用流组使用。
17.可选的，步骤所述根据输入流和/或流组所属的最高等级流组，由高到低的顺序从对应的独立流组的管理流队列中抽取可用流组使用包括：若所找的管理队列没有空闲id则换更换管理队列；若所有的管理队列都没有对应的空闲id，则更换更高等级的流组的管理队列。
18.可选的，步骤所述分别建立各种独立流组和/或独立单流的管理流队列包括：根据从高等级流组到低级流组的顺序，先构造12个独立的（4，4，1）流组，同时构造出12个共享（1，4，1），（1,3,1）、（1，2，1），（1，1，1）；每构造一个（4，4，1）流组，就分别从v,a,anc 单流在数组中分别抽出4个v，4个a，1个anc id（相应的单流数组数目就要减少），构造出（4，4，1）的流组id队，生成组id；然后从这个（4，4，1）流组id队中，再分别抽出（1，4，1）；（1，3，1）；（1，2，1）；（1，1，1）四个共享子流组，生成相应的流组id；依此类推，分别构造独立的（1，4，1）；（1，3，1）；（1，2，1），（1，1，1);同时构造相应的共享子流组；上述流组全部构造完后，单流v，a的数目应该为0；只有anc还剩36个流id，这36个id就是独立的流id，共各种单流使用。
19.可选的，步骤所述分别建立各种独立流组和/或独立单流的管理流队列包括：内部输出定义中需要使用流+流组的组合形式才能满足切换。
20.输入定义中将所有输入流都加入到输入流组中，用于满足任意的输入流及输入流组的切换。
21.本发明还提供了一种4k8kip制播调度控制装置，应用上述方法，该装置包括：构建单元，用于根据实际网络带宽构建由高到低的不同等级的流和/或流组，由高到低的次序为：8k流组》4k流组》4k流组的单流；抽取单元，用于在调度时，通过从高等级中抽取共享的低等级的流和/或流组使用。
22.可选的，该装置还包括：生成单元，用于根据网络拓扑信息生成一个初始配置所述初始配置包含输入流信息，输出流信息，输入流组信息和输出流组信息中至少一种，以及规则信息；发送单元用于将所述初始配置下发到路由器；判断单元，用于用户在添加输入和输出之后，根据输入和输出数量以及流加入流组规则，判断是否需要增量配置；提供单元，用于若需要增量配置则确认任一输入到达输出的路径集合，所述路径集合用于在调度时提供最优路径。
23.本发明还提供了一种4k8kip制播调度控制系统，包括如上所述的4k8kip制播调度控制装置和与之连接的至少两个路由器，所述路由器通过光纤连接。
24.相较于现有技术，具有以下技术效果：根据网络规模不同自适应算出可用动态路径，便于系统的无缝扩展，方便系统的维护及保护现有投资；面向未来融合媒体调度需求，设计出涵盖8k、4k、hd以及压缩单流的所有流组类型，并可以向更高带宽扩展， 无需改动现有数据结构，软件无缝升级，便于系统的扩展；创新式为不同格式的信号流组划分等级，清晰定义不同类型的包含关系，从而可以很方便的实现共享流及流组的定位，实现调度切换中流的共享，实现内部流可以多次复用，从而节约了路由器表项以及网络带宽，特别适合用于大规模、无阻塞调度切换场景。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1为本技术一种4k8kip制播调度控制方法叶中脊架构示意图；图2为本技术一种4k8kip制播调度控制方法叶中输入输出流占用交换机流表的模型示意图；图3为本技术一种4k8kip制播调度控制方法叶中路由器的分配结构示意图。
具体实施方式
26.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.下面对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.根据前述说明，显然静态路径部署的方法适不用于大规模调度场景，为了解决这个问题，本技术提供了种4k8kip制播调度控制方法。即在信号调度需求或指令发生时，实时的在选择的路径相关入出口上写入被调度信号流的信息，然后再将流进行调度；由于路由器表项总量是固定值不能随意增加，因此组播nat的转换是有上限的；另外，叶脊之间的网络链接是物理链接，带宽也是有上限的，不能随意扩展。智能动态调度路径生成策略充分利用了脊路由器具备的组播nat以及流重复使用功能特性，设计出一种共享输入/输出流（组）id策略，根据流组的组成予以编码，高等级流组包含低等级流组，比如8k的流组由4个4k的流组组成，因此一个8k流组就是属于高等级等级，4k 流组属于子流组，属于低等级等级；4k流组的单流属于更低等级，每种共享子流组附加一个描述其在高等级流组中所在位置的编码，方便判断共享子流组的位置和形状。
29.根据实际网络带宽可以构建出不同等级流组类型，在调度时通过从高等级流组中抽取共享的低等级流组，实现流的复用，避免了重复拉流造成的无效路径生成，从而有效节约了路由器表项占用以及网络带宽占用，在同等网络规模下，该方法能够满足更多ip流实
现无阻塞调度控制。
30.请参阅图1-3该方法实施例实现描述如下：1、路由器预分配叶交换机（a端路由器）与脊路由器（b端路由器）之间由光纤连接，每根光纤两端分别连接路由器，在用户添加路由拓扑信息时指定端口，那么a端路由器id、端口id和b端路由器id、端口id组成了一个cpin信息。
31.流加入流组指各类型流（主要是视频流、音频流、辅助数据流）加入流组中的数量和在流组中顺序，调度控制软件初始化时会根据网络拓扑信息生成一个初始配置下发到路由器。这个初始配置主要包含有输入流（组）信息、输出流（组）信息以及规则信息。
32.用户在添加输入和输出之后，调度控制软件根据输入输出数量以及流加入流组规则去判断是否需要增量配置。调度控制软件即可确认任一输入到达输出的路径集合，调度时只需要从集合中取出最优的一条使用。
33.将从leaf到达spine的内部流称之为上行流（即对于leaf来说是输出流，spine来说是输入流，在同一条管理队列上，他们的流信息是相同的）；spine到达leaf的内部流称之为下行流（即对于leaf来说是输入流，spine来说是输出流，在同一条管理队列上，他们的流信息是相同的）。
34.因输出具有独占特性，即输出单流被加入到输出流组中后，不能再向这个输出单流调度输入单流信号。因此在内部输出定义中需要使用流+流组的组合形式才能满足切换。
35.因输入的复用特性，即输入单流可以被加入到多个输入流组中，并且可以再将输入单流切换到输出单流中去。因此在内部输入定义中将所有输入流都加入到输入流组中，这样可以满足任意的输出流及输出流组的切换。
36.2、内部流及流组类型设计及实现每个完整的流组由视频流（v）、音频流（a）和辅助数据流（anc）组成，根据流格式不同所包含流数量不同，定义出流组类型有（v-a-anc）：（4，4，1）；（1，4，1），（1,3,1）、（1，2，1），（1，1，1）。按流组中所包含的单流数目排序，最高等级流组是（4，4，1），最低级流组是（1，1，1）。
37.以下以目前常见的路由器100g链接网络带宽为例说明实现过程。
38.属于（4，4，1）流组的常见的是8k和4k流，最大带宽是36gbps，最小带宽是9gbps；全部按4k计算，那么100gbps最多可同时承载100/9=12个（4，4，1）；其他流组可承载的多是4k和hd，最大带宽为9gbps-1.5gbps；因此每种类型的独立流组数目可均按100/9=12个计算。
39.根据从高等级流组到低级流组的顺序，先构造12个独立的（4，4，1）流组，同时构造出12个共享（1，4，1），（1,3,1）、（1，2，1），（1，1，1）；每构造一个（4，4，1）流组，就分别从v,a,anc 单流在数组中分别抽出4个v，4个a，1个anc id（相应的单流数组数目就要减少），构造出（4，4，1）的流组id对，生成组id；然后从这个（4，4，1）流组id队中，再分别抽出（1，4，1）；（1，3，1）；（1，2，1）；（1，1，1）四个共享子流组，生成相应的流组id；依此类推，分别构造独立的（1，4，1）；（1，3，1）；（1，2，1），（1，1，1);同时构造相应的共享子流组；
上述流组全部构造完后，单流v，a的数目应该为0；只有anc还剩36个流id，这36个id就是独立的流id，共各种单流使用，比如ts流。
40.3、调度切换的实现调度控制系统分别建立各种独立流组的管理队列（空队列表示没使用，满队列表示正在使用），建立独立单流的管理流队列（空队列表示没使用，满队列表示正在使用）切换时，根据输入流/流组所属的最高等级流组，选择对应的独立流组，检查是否有可用流组供使用；比如输入（1，1，1）流组一个，但它从属于一个更高等级的流组（1，4，1），那么就应该在独立的（1，4，1）管理队列中，检查是否有空（1，4，1）id可用；如果可用，就把这个（1，4，1）id加入满队列；然后从这个（1，4，1）流组中，找到与其共享的（1，1，1）子流组id，这个就是最终承载输入流的组id；如果它不从属于其他更高等级的流组，那就在独立的（1，1，1）流组队列里去找。如果所找的队列没有空id，那就换一条管理队列重复上述过程。如果所有的管理队列按此都没有对应的空闲id，就在更上一级的流组中去找，直到找到为止。
41.如果是单流，如果它不属于任何流组，就在独立单流队列上去找。
42.为增加适应性，在从高等级流组中抽取共享的低等级流组时，应尽可能采取不同的构型，以适应不同的输入流组。每种共享子流组附加一个描述其在高等级流组中所在位置的编码，方便判断共享子流组的位置和形状。
43.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
44.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。