CN100518305C - 一种内容分发网络系统及其内容和服务调度方法 - Google Patents

Abstract

一种内容分发网络的服务调度方法，应用于包含终端和服务节点的内容分发网络，其中服务节点包含导向单元、媒体单元；该方法包含如下步骤：A：终端向其归属区的导向单元发起包含该终端地址和媒体内容信息的搜索请求；B：若该归属区不具备该媒体内容，则采用P2P协议向其它服务节点转发上述搜索请求；C：具备该媒体内容的服务节点的导向单元向终端发送搜索请求应答；D：终端向上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元发送服务申请消息；E：上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元向该终端发送包含该服务节点中可为该终端提供相应媒体服务的媒体单元地址信息的重定向消息；F：终端向上述媒体单元发送服务请求。

Description

一种内容分发网络系统及其内容和服务调度方法

技术领域

本发明涉及一种内容分发网络系统及其内容和服务调度方法。

背景技术

目前，IPTV系统、分布式流媒体系统通常都采用基于传统的CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)加集群流媒体服务器的系统构建方案。传统的CDN把媒体节点按照树型结构进行组织，媒体的传输方向是上级节点向下一级节点的单向传输，媒体存储则是根节点存储全部内容、父节点存储的内容包含了所有子节点的内容；媒体服务定位一般是自上而下逐层展开，由最靠近用户的具备内容的下级节点提供服务。因此，系统中包含的内容越多、用户量越大，对节点的存储能力、处理能力和网络传输带宽的要求都会随着节点层次的增加而不断提高，即出现了汇聚的漏斗效应：用户终端的带宽和服务请求总和远大于汇聚层上行带宽和服务能力总和。

同时，为了合理分配系统负荷，一般要求按照一定比例配置和规划各级节点的存储能力、处理能力和网络带宽。这样，一个区域的用户数增加会要求各级节点的处理能力同比例增加，整个系统媒体内容的增加也需要同步扩展各级节点的存储能力，造成系统规模扩展的困难。另外，树形网络结构还存在极大的单点故障风险，可靠性不高。

IPTV系统、分布式流媒体系统需要从多个内容源接入海量的视频内容，其总容量将达几百T甚至上千T，需要并发服务的用户数达上千万甚至上亿规模，原有的基于传统CDN加集群流媒体服务器的系统构建方案无论在建设成本、存储容量、网络开销、并发能力、可靠性、可扩展性和运行维护等多方面都已经无法满足电信级的运营需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中内容分发网络系统的不足，提出一种由多个对等的、基于点对点协议的共享存储和服务能力的服务节点组成的内容分发网络系统，并提出基于上述系统的内容调度和服务调度方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种内容分发网络的服务调度方法，应用于包含终端和多个对等的服务节点的内容分发网络，其中各服务节点包含导向单元、媒体单元；该方法包含如下步骤：

A：终端向其归属区的导向单元发起包含该终端地址和媒体内容信息的搜索请求；

B：若该归属区不具备该媒体内容，则采用P2P协议向其它服务节点转发上述搜索请求；

C：具备该媒体内容的服务节点的导向单元向终端发送搜索请求应答；

D：终端向上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元发送服务申请消息；

E：上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元向该终端发送包含该服务节点中可为该终端提供相应媒体服务的媒体单元地址信息的重定向消息；

F：终端向上述媒体单元发送服务请求。

此外，所述步骤F之后还包含如下步骤：

G：导向单元向正在接受源媒体单元服务的终端发送包含目的媒体单元信息的重定向消息；

H：终端向上述目的媒体单元发送包含媒体内容和位置信息的服务请求；

I：终端停止源媒体单元的服务。

此外，所述导向单元为正在为所述终端提供服务的源服务节点的源导向单元，在所述步骤F和G之间还包含如下步骤：

F1：所述源导向单元采用P2P协议向其它服务节点发送包含所述媒体内容信息的搜索请求；

F2：具备上述媒体内容的目的服务节点向源导向单元返回包含目的媒体单元信息的搜索结果。

此外，所述步骤D和E之间还包含步骤：向所述可为该终端提供媒体服务的媒体单元发送包含所述媒体内容信息的通知接纳消息。

此外，所述源媒体单元为所述终端的非归属区节点的媒体单元；在所述步骤F和G之间还包含如下步骤：

所述终端向其归属区节点的导向单元周期性发送包含其正在接受的媒体服务的媒体内容信息和位置信息的回归查询消息，若其归属区节点可为其提供相应服务，则在所述步骤G向其发送包含可为其提供媒体服务的归属区内的目的媒体单元信息的重定向消息。

本发明还提供一种内容分发网络的内容调度方法，应用于包含多个对等的服务节点的内容分发网络，其中各服务节点包含导向单元、媒体单元；该方法包含如下步骤：

a)：导向单元采用P2P协议在其服务节点内或其它服务节点搜索包含媒体内容的源服务器；

b)：采用具有断点续传功能的文件传输协议，将媒体内容从源服务器加载到其服务节点中的媒体服务器中，并按照媒体内容的点播频度在其服务节点中的媒体服务器中进行不同数量的备份。

此外，当目的服务节点接收到的关于媒体内容的请求数量超出该服务节点的服务能力时，该方法包含以下步骤：

c)：采用P2P协议在该目的服务节点内或目的服务节点外搜索包含该媒体内容的源媒体单元；

d)：采用流传输方式将该媒体内容从源媒体单元加载到目的服务节点中。

此外，周期性进行媒体内容的点播频度统计。

本发明还提供一种内容分发网络系统，包含终端和多个对等的服务节点，其特征在于，各服务节点包含导向单元和媒体单元，并作为P2P节点进行媒体内容和媒体服务能力的共享，其中：

所述媒体单元用于视频内容的存储、传输并为终端提供视频服务；

所述导向单元用于接收终端发起的服务请求，采用P2P协议在所述内容分发网络系统内进行媒体内容的搜索定位，并控制所述媒体单元的媒体内容存储、传输和服务。

此外，所述终端归属于与其距离最近的服务节点，并由该服务节点管理和优先为其提供服务。

本发明解决了视频流汇聚的漏斗效应问题，提高了网络吞吐能力，因此提高了系统的规模扩展能力，使IPTV系统得以平滑扩展；此外，本发明还提高了系统的接纳能力和可靠性，降低了系统的建设和维护成本。

附图说明

图1是本发明的内容分发网络系统结构示意图；

图2是预测调度后媒体内容在服务节点中的分布示意图；

图3是采用本发明的方法进行即时调度的示意图；

图4是采用本发明的方法进行服务调度的流程；

图5是对媒体内容进行P2P搜索的示意图；

图6是在服务节点内进行服务再调度的流程图；

图7是跨服务节点进行服务再调度的流程图；

图8是由终端发起的服务请求再调度的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路是：将内容分发网络系统划分为多个对等的服务节点，在节点之间通过P2P协议(如Gnutella协议)进行内容和服务能力共享，同时提出基于上述内容分发网络系统的内容调度和服务调度方法。

下面将结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

图1是本发明的内容分发网络系统结构示意图。如图1所示，视频内容分发网络系统由终端、视频服务网络组成。其中，视频服务网络由多个对等的视频服务节点组成。每个视频服务节点包含一个内容服务导向单元(以下简称导向单元)和多个媒体服务单元(以下简称媒体单元)，导向单元和媒体单元之间可以通过以太网交换机连接。

其中，视频服务网络叠加在IP承载网络上形成一个专门的业务网络，用于为终端提供视频服务。

视频服务节点通过交换机或路由器连接到IP承载网络；各视频服务节点之间通过P2P(点对点)协议进行媒体资源和服务能力的共享。

导向单元用于进行内容调度和服务调度，控制媒体服务单元的媒体存储、传输和服务。导向单元一方面与终端和媒体服务系统进行控制信息的交互，对节点内的媒体资源和媒体服务能力进行管理和调度，另一方面作为P2P节点与其他节点的导向单元进行交互以实现全网资源共享。

媒体单元用于视频内容的存储、传输和服务。每个媒体单元具备独立的存储设备和处理资源，通过与终端进行媒体数据交互实现媒体服务。

终端用于发起媒体服务请求，接收媒体数据，并进行解码播放。

每个用户终端归属于与其距离(通常用IP网络的跳数衡量)最近的一个视频服务节点，由该服务节点对其进行管理和优先服务，归属于相同服务节点的用户及其服务节点组成一个归属区。

基于上述视频内容分发网络系统结构，本发明提出了相应的内容调度方法和服务调度方法，以实现系统视频内容和视频服务的共享。

下面将对本发明的视频内容分发网络的内容调度方法进行说明。本发明的内容调度方法主要分为预测调度和即时调度两部分。

预测调度：周期性对每个服务节点的媒体内容的点播频度进行统计，并根据最新的点播频度值将媒体内容划分成多个点播频度类别，例如：超热片、热片和冷片；并以此分配和调整节点内各类媒体内容的拷贝数量。

预测调度是在系统闲时进行，传输优先级最低，以免影响系统在线服务。预测调度的媒体传输采用带断点续传的文件传输方式进行，内容源可以选自服务节点内或其它服务节点。当采用其它服务节点的媒体服务器作为内容源时，可通过P2P协议对媒体内容进行搜索。当然，也可将本服务节点作为P2P搜索节点之一进行媒体内容的搜索。

采用带断点续传的文件传输方式进行预测调度的好处是：当一个源媒体服务器或与该媒体服务器之间的网络负荷较重时，可在传输过程中更换源媒体服务器，以加快预测调度的速度，减少对源服务器上正在进行的其它服务造成的影响。

在拷贝的分布方面，要求一个媒体单元中的媒体内容的备份拷贝尽量均匀分布在节点内的其它媒体单元中，例如，某个服务节点总共有6个媒体单元，在媒体单元1加载了100部影片，每部影片需要有1个备份，则可在其余5个媒体单元中各备份20部影片。这样做的好处是，当媒体单元1失效时，所产生的额外的服务负荷可以由其它媒体单元均匀承担，同时也为服务的再调度创造了条件。

由于媒体内容的点播频度统计具有周期性，因此每个媒体内容的点播频度类别都可能发生变化，需要以此周期性调整其拷贝数量。此外，媒体单元的存储空间耗尽时，新增的媒体内容或增加的媒体内容拷贝需要替换现有的媒体内容，通常选择服务节点的媒体单元中存在的且点播频度值最小的作为被替换媒体内容。

图2是预测调度后媒体内容在服务节点中的分布示意图。如图2所示，1至17每个数字代表一个媒体内容，其中，媒体内容1为超热片；媒体内容2、3、4、5为热片；其余为冷片。冷片只存两个拷贝、超热片在每个媒体单元都存在一个拷贝，热片的拷贝数介于两者之间。初次加载时，热片在节点的两个媒体单元中存有拷贝，后续根据其热度变化而增减拷贝。同时，初次加载热片和冷片时，一个媒体单元中的媒体内容均匀地在服务节点中的其余媒体单元进行备份。

即时调度：当某个媒体内容在归属区内的在线请求总数达到预先设定的阈值时，则在该归属区的服务节点加载该媒体内容拷贝或增加媒体内容拷贝数。加载或增加拷贝的目的媒体单元为该归属区内在线请求负载最低者。

源媒体单元优先选择服务节点内的媒体单元，当服务节点内的媒体单元不存在该媒体内容时，则通过在服务节点间通过P2P协议进行搜索以选择其它服务节点的媒体单元作为源。

即时调度的媒体传输采用流传输模式。采用流传输即时调度的好处是，目的媒体单元在媒体内容的传输过程中即可向用户提供该媒体内容的部分服务。

图3是采用本发明的方法进行即时调度的示意图。如图3所示，即时调度之前，源媒体单元提供媒体内容1的6个服务：S1至S6。即时调度开始，在源媒体单元和目的媒体单元之间建立一条专用传输流t1，在传输的同时目的媒体单元存储媒体内容，后续关于媒体内容1的新请求S7可以由目的媒体单元进行服务。如果由于某种原因，传输流t1的速度比媒体的播放速度慢；或该请求用户进行快进操作，当快进进程将超过目的媒体单元中已存储的部分时，可将S7调度至源媒体单元进行服务。随着时间的推移，目的媒体单元存储的媒体内容不断增多，其服务能力不断增强，当完成媒体内容1的复制时，即时调度完成。

下面将对本发明的服务调度方法进行说明。

图4是采用本发明的方法进行服务调度的流程图。如图4所示，本发明的服务调度方法包含如下步骤：

101：终端向其归属区的导向单元发起搜索请求，该请求中包含该终端的IP地址和所搜索的媒体内容的标识信息。

102：若该终端归属区的媒体单元包含终端所搜索的媒体内容，则跳转至步骤103；否则，归属区导向单元采用P2P协议向其它服务节点的导向单元转发上述搜索请求。

搜索请求的类型为服务申请，即为服务申请进行媒体内容定位。

103：具备所请求媒体内容的服务节点的导向单元向终端返回搜索请求应答。

如图5所示，归属区导向单元采用P2P协议广播搜索请求，接收到该搜索请求的导向单元查询在其服务节点内的媒体单元中是否包含所请求媒体内容，若其服务节点内具备所请求媒体内容，且具备额外的服务能力，则向终端返回搜索请求应答。

104：终端在接收到的搜索请求应答中选择一个服务节点的导向单元(例如导向单元1)，向其发送服务申请消息。

105：导向单元根据其服务节点内的媒体内容分布和负载情况选择一个媒体单元，向该媒体单元发送通知接纳消息。通知接纳消息中包含所请求的媒体内容标识信息，接收到通知接纳消息的媒体单元开始进行媒体服务准备工作，例如，从磁盘中读取媒体内容等。

106：导向单元向终端发送重定向消息。重定向消息中包含为终端提供服务的媒体单元的地址信息。

107：终端向媒体单元发送服务请求。该服务请求中包含所请求的媒体内容的位置信息。

108：媒体服务器向终端发送媒体流，为其提供媒体服务。

以上描述了从终端发起搜索请求到具备相应媒体内容和服务能力的媒体单元开始为终端提供媒体服务的服务调度流程。在某些情况下，在上述服务调度完成、媒体单元开始为终端提供媒体服务后，还需要对该服务进行服务节点内或跨服务节点的服务调度。为描述方便，将其称作再调度，将上述步骤101到108的流程称作首次调度。

媒体服务的再调度通常在以下情况下发生：

一、当归属服务节点增加某个媒体内容后，或正在以流的方式进行内容调度时，如果本归属区有终端正在由其它服务节点提供该媒体内容的服务，则需要进行跨服务节点的服务再调度，由归属区的媒体服务器为该终端提供媒体服务，以提高服务质量和减少网络开销；

二、正在为终端提供媒体服务的媒体服务器不具备该服务所需的后续媒体内容，例如在进行跨服务节点的即时调度的同时为终端提供相应媒体服务，而该服务所需媒体内容已超出即时调度的目的媒体已保存的范围时，需将该服务调度到源媒体服务器或其它具有相应媒体内容的媒体服务器，在这种情况下也需进行跨服务节点的服务再调度；

三、为了负载平衡等目的进行服务节点内的服务再调度。

图6是在服务节点内进行服务再调度的流程图。如图6所示，在服务节点内进行服务再调度包含如下步骤：

201：媒体单元1为终端提供媒体服务(媒体流1)；

202：导向单元向终端发送重定向消息，将媒体流1的相应服务定向至同一服务节点内的媒体单元2；

203：终端向媒体单元2发送服务请求；

204：媒体单元2为终端提供相应的媒体服务(媒体流2)；

205：终端向媒体单元1发送消息，停止媒体流1的发送。

图7是跨服务节点进行服务再调度的流程图。如图7所示，跨服务节点进行服务再调度包含如下步骤：

301：媒体单元1为终端提供媒体服务(媒体流1)；

302：导向单元向其它服务节点发送P2P搜索请求；

若导向单元已知某服务节点具备相应的媒体内容和服务能力，可仅向该服务节点的导向单元发送搜索请求。

搜索请求的类型为服务调度，即为服务调度进行媒体内容定位。

303：具备相应媒体内容和服务能力的服务节点的导向单元(如导向单元2)返回搜索请求应答消息，该消息中包含可提供相应媒体服务的媒体单元的地址信息。

304：导向单元1向终端发送重定向消息，将媒体流1的相应服务定向至其它服务节点的媒体单元2；

305：终端向媒体单元2发送服务请求；

306：媒体单元2为终端提供相应的媒体服务(媒体流2)；

307：终端向媒体单元1发送消息，停止媒体流1的发送。

注意到上述服务再调度都是由导向单元发起的，实际上终端也可以主动发起服务再调度。例如上述情况一，终端主动请求将服务从非归属节点调度至归属节点。

图8是由终端发起的服务请求再调度的流程图。如图8所示，在由其它服务节点提供媒体服务的过程中，终端周期性向其归属节点的导向服务器发送回归查询请求，该请求中包含媒体内容的标识信息和当前位置信息；若其归属节点当前无法为其提供相应服务，则其归属节点的导向服务器向该终端发送NAK(Non-AcKnowledgement，否定确认)消息；若其归属节点开始引入相应媒体流，并可为该终端提供服务，则导向服务器发送重定向消息，该终端随后进行后续的服务再调度操作。

当然，由终端发起的服务再调度也可以是将服务调度至非归属节点，流程相似。

Claims (10)

1、一种内容分发网络的服务调度方法，应用于包含终端和多个对等的服务节点的内容分发网络，其中各服务节点包含导向单元、媒体单元；该方法包含如下步骤：

A：终端向其归属区的导向单元发起包含该终端地址和媒体内容信息的搜索请求；

B：若该归属区不具备该媒体内容，则采用P2P协议向其它服务节点转发上述搜索请求；

C：具备该媒体内容的服务节点的导向单元向终端发送搜索请求应答；

D：终端向上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元发送服务申请消息；

E：上述具备该媒体内容的服务节点的导向单元向该终端发送包含该服务节点中能够为该终端提供相应媒体服务的媒体单元地址信息的重定向消息；

F：终端向上述媒体单元发送服务请求。

2、如权利要求1所述的内容分发网络的服务调度方法，其特征在于，所述步骤F之后还包含如下步骤：

G：导向单元向正在接受源媒体单元服务的终端发送包含目的媒体单元信息的重定向消息；

H：终端向上述目的媒体单元发送包含媒体内容和位置信息的服务请求；

I：终端停止源媒体单元的服务。

3、如权利要求2所述的内容分发网络的服务调度方法，其特征在于，所述导向单元为正在为所述终端提供服务的源服务节点的源导向单元，在所述步骤F和G之间还包含如下步骤：

F1：所述源导向单元采用P2P协议向其它服务节点发送包含所述媒体内容信息的搜索请求；

F2：具备上述媒体内容的目的服务节点向源导向单元返回包含目的媒体单元信息的搜索结果。

4、如权利要求1所述的内容分发网络的服务调度方法，其特征在于，所述步骤D和E之间还包含步骤：向所述能够为该终端提供媒体服务的媒体单元发送包含所述媒体内容信息的通知接纳消息。

5、如权利要求2所述的内容分发网络的服务调度方法，其特征在于，所述源媒体单元为所述终端的非归属区节点的媒体单元；在所述步骤F和G之间还包含如下步骤：

所述终端向其归属区节点的导向单元周期性发送包含其正在接受的媒体服务的媒体内容信息和位置信息的回归查询消息，若其归属区节点能够为其提供相应服务，则在所述步骤G向其发送包含能够为其提供媒体服务的归属区内的目的媒体单元信息的重定向消息。

6、一种内容分发网络的内容调度方法，应用于包含多个对等的服务节点的内容分发网络，其中各服务节点包含导向单元、媒体单元；该方法包含如下步骤：

a)：导向单元采用P2P协议在其服务节点内或其它服务节点搜索包含媒体内容的源服务器；

b)：采用具有断点续传功能的文件传输协议，将媒体内容从源服务器加载到其服务节点中的媒体服务器中，并按照媒体内容的点播频度在其服务节点中的媒体服务器中进行不同数量的备份。

7、如权利要求6所述的内容分发网络的内容调度方法，其特征在于，当目的服务节点接收到的关于媒体内容的请求数量超出该服务节点的服务能力时，该方法包含以下步骤：

c)：采用P2P协议在该目的服务节点内或目的服务节点外搜索包含该媒体内容的源媒体单元；

d)：采用流传输方式将该媒体内容从源媒体单元加载到目的服务节点中。

8、如权利要求6所述的内容分发网络的内容调度方法，其特征在于，周期性进行媒体内容的点播频度统计。

9、一种内容分发网络系统，包含终端和多个对等的服务节点，其特征在于，各服务节点包含导向单元和媒体单元，并作为P2P节点进行媒体内容和媒体服务能力的共享，其中：

所述媒体单元用于视频内容的存储、传输并为终端提供视频服务；

所述导向单元用于接收终端发起的服务请求，采用P2P协议在所述内容分发网络系统内进行媒体内容的搜索定位，并控制所述媒体单元的媒体内容存储、传输和服务。

10、如权利要求9所述的内容分发网络系统，其特征在于，所述终端归属于与其距离最近的服务节点，并由该服务节点管理和优先为其提供服务。

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