CN101068192A - 传递数字内容的连网计算机系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了传递数字内容的连网计算机系统和方法。该系统和方法使用向外扩展范例，将数字内容散布在多个服务器上，然后并行地向客户机传递所述内容。将内容散布在多个服务器上能够容易地以合理的成本扩展存储器和I/O能力。客户机包括的机构从多个服务器计算机系统接收多个通道上的内容，并将所述内容装配为单一数据流。结果为可以容易地伸缩系统，从而以合理的成本向数目日增的用户提供数字内容。

Description

传递数字内容的连网计算机系统和方法

技术领域

一般来说，本发明涉及连网的计算机系统，更确切地说，涉及数字内容服务的装置和方法。

背景技术

因特网已经变为传送数字内容的公共媒介。本文所用的数字内容意味着可以通过任何网络类型传送的任何适当数字信息。音乐和视频文件是数字内容的实例。最近为人关注的一直是提供视频信息点播。视频点播允许用户选择他们希望何时观看电视节目或电影。例如，假若用户因为不在家而未能观看十点的新闻，但是后来回了家并能够在11：30PM观看新闻广播，视频点播系统将允许用户点播观看十点新闻点播的视频。电影点播提供了优于当前付费观看产品的显著优点，后者向用户提供节目表并要求用户订购将根据公布的节目表在预定时间播放的电影。电视提供商已经认识到向其客户提供视频点播的需求。

典型情况下，提供数字内容点播的已知解决方案使用功能强大且昂贵的计算机系统传递数字内容。随着高清电视(HDTV)的出现，带宽需求已经显著提高了。典型的HDTV广播需要的数字数据超过常规电视广播的五倍。业内的已知解决方案受限于根据计算机系统的存储器和I/O限度能够服务的客户数目。结果，如果客户需要服务，必然需要功能更加强大且昂贵的计算机系统。这在业内称为“向上扩展”范例，为了提高能力先增加计算机系统的规模和复杂度，再增加另一套计算机系统。如果不能提供更加经济的传递数字内容的方法，当前的提供视频点播和其他数字内容的方法将过度昂贵。

发明内容

根据优选实施例，一种装置和方法使用向外扩展范例，将数字内容散布在多个服务器上，然后并行地向客户机传递所述内容。将内容散布在多个服务器上能够容易地以合理的成本扩展存储器和I/O能力。客户机包括的机构从多个服务器计算机系统接收多个通道上的内容，并将所述内容装配为单一数据流。结果为可以容易地伸缩以合理的成本向数目日增的用户提供数字内容的系统。

参考附图，通过以下对本发明优选实施例的更具体说明，正如附图中所展示，本发明的上述和其他特征和优点将会显而易见。

附图说明

后文将连同附图介绍本发明的优选实施例，其中相同的标记表示相同的要素：

图1是根据优选实施例的服务器计算机系统框图；

图2是向多个客户机提供数字内容的现有技术的连网计算机系统框图；

图3是现有技术的客户机框图；

图4是向请求客户机传递数字内容的现有技术方法的流程图；

图5是根据优选实施例使用多个服务器向多个客户机提供数字内容的连网计算机系统框图；

图6是根据优选实施例的客户机框图；

图7是根据优选实施例使用多个服务器向多个客户机提供数字内容的方法流程图；

图8是样本连网计算机系统的框图，用于展示优选实施例的概念；

图9是表格，显示了图8中客户机175A通过多个连接从多个服务器收到的数据；

图10是表格，显示了图9中数据装配在单一数据流后的情况。

具体实施方式

优选实施例为向大量用户提供数字内容提供了经济高效的方法。数字内容散布在多个服务器上，然后多个服务器通过多个连接向客户机传递其内容。然后客户机将多个连接上收到的内容装配为单一数据流。通过将内容散布在多个服务器和多个连接上，能够以经济的成本服务大量的用户。

参考图1，计算机系统100是根据本发明优选实施例装置的一种适当实施方案。计算机系统100是IBM的刀片计算机系统。不过，本领域的技术人员将认识到，本发明的机构和装置同样适用于任何计算机系统，无论该计算机系统是复杂的多用户计算装置、单用户工作站还是嵌入式控制系统。如图1所示，计算机系统100包括一个或多个处理器110、主存储器120、海量存储接口130、显示器接口140和网络接口150。这些系统部件利用系统总线160互连。海量存储接口130用于将海量存储设备比如直接存取存储设备155连接到计算机系统100。直接存取存储设备155的一种特定类型是可读可写的DVD驱动器，它可以在DVD 195上存储和从其读取数据。

根据优选实施例的主存储器120包括数据121、操作系统122以及内容控制器和传递机构123。数据121表示用作对计算机系统100中任何程序输入或输出的任何数据。操作系统122是行业中公知的多任务操作系统，比如Linux或Windows；不过，本领域的技术人员将认识到，本发明的实质和范围不限于任何一种操作系统。内容控制器和传递机构123控制着数字内容向多个服务器的分布。内容控制器和传递机构123确定内容将如何散布在网络单元中，并通过多个通道向多个用户传递内容。图1所示的内容控制器和传递机构123通过多个通道发送内容。因此，内容126A在通道124A上发送，依此类推，内容126N在通道124N上发送。优选实施例明显地扩展到任何适当数目的通道，以及任何类型的数字内容。在最优选的实施例中，基于传递的逻辑单元传递数字内容。例如对于数字电影，视频帧可以是传递的适当逻辑单元。对于游戏，传递的逻辑单元可以是屏幕截图。对于音频，传递的逻辑单元可以是指定数目的字节。优选实施例明显地扩展到数字内容传递的任何适当逻辑单元，包括变化的传递逻辑单元。

内容控制器和传递机构123的优点之一是能够判断哪种数字内容在存储器120中，哪种在海量存储器比如DASD 155中。如果某种具体选择多次点播，给定服务器上该选择的若干部分就可以保存在存储器120中，以便该内容可以快速提供，而不需要从海量存储器读取需要提供的数据。换言之，“热门”数据可以保存在存储器中，而点播较少的数据可以保持在海量存储器中。因此，新电影发行到点播系统时，整部电影都可以保存在几个服务器的存储器中，它们保存着该电影的若干部分，以确保向用户呈现电影时的高性能。随着该电影点播的下降，可以将它从存储器120转移到DASD 155中，从而在存储器120中为点播更多的其他内容给出空间。注意，传统的高速缓存算法可以用于确定哪种内容存储在存储器中，哪种存储在海量存储器中，以及用于在处理存储器和海量存储器之间往返的内容传递。以上介绍的简单实例显示了仅仅两种级别的存储器，但是本领域的技术人员将认识到，在计算机系统中可以存在着存储器层次的许多级别。例如，计算机系统可以包括RAM、本机DASD、连网DASD、CD、DVD、归档存储器等等。

计算机系统100采用众所周知的虚拟寻址机制，它允许计算机系统100的程序表现为好象它们仅仅存取单一的大存储实体，而不是存取多个较小的存储实体，比如主存储器120和DASD设备155。所以，虽然数据121、操作系统122以及内容控制器和传递机构123显示为驻留在主存储器120中，但是本领域的技术人员将理解，这些项目不一定全都同时完全包含在主存储器120中。也应当注意，本文所用的术语“存储器”一般指计算机系统100的整个虚拟存储器，并可以包括连接到计算机系统100的其他计算机系统的虚拟存储器。

处理器110可以由一个或多个微处理器和/或集成电路构成。处理器110执行主存储器120中存储的程序指令。主存储器120存储着处理器110可以存取的程序和数据。在计算机系统100启动时，处理器110初始执行组成操作系统122的程序指令。

尽管计算机系统100显示为只包含单一处理器和单一系统总线，但是本领域的技术人员将认识到，本发明实施中可以使用具有多个处理器和/或多条总线的计算机系统来实现。此外，优选实施例中所用的每个接口都包括分开的全程序化的微处理器，用于减轻处理器110的计算密集处理负载。不过，本领域的技术人员将认识到，本发明同样适用于只使用I/O适配器执行类似功能的计算机系统。

显示器接口140用于将一台或多台显示器165直接连接到计算机系统100。这些显示器165可能是非智能(即哑)终端或完全可编程的工作站，用于允许系统管理员和用户与计算机系统100通信。不过注意，虽然配备了显示器接口140以支持与一台或多台显示器165通信，但是计算机系统100不一定需要显示器165，因为需要的与用户的交互和其他过程全都可以通过网络接口150发生。

网络接口150用于将其他计算机系统和/或工作站(如图1中的175)通过网络170连接到计算机系统100。无论计算机系统100可以如何连接到其他计算机系统和/或工作站，无论网络连接170使用今日的模拟和/或数字技术还是通过将来的某种网络机制，本发明都同样适用。此外，许多不同的网络协议可以用于网络实施。这些协议是专门的计算机程序，允许计算机通过网络170通信。TCP/IP(传输控制协议/网际协议)是适当网络协议的实例。

在这点上，重要的是注意虽然已经并将继续在全功能计算机系统环境下介绍本发明，但是本领域的技术人员将认识到，本发明也能够以多种形式作为程序产品发行，以及无论实际上进行发行所用的计算机可读介质的具体类型如何，本发明同样适用。适当的计算机可读介质的实例包括：可记录类型介质比如CD或DVD(如图1中的195)以及传输类型介质比如数字和模拟通信链接。

现在给出提供数字内容的现有技术系统和方法，以便为理解优选实施例而提供上下文语境。参考图2，现有技术的连网计算机系统290包括连接到网络250的服务器计算机系统200，该网络连接到多个客户机260，在图2中显示为客户机260A、260B...260N。服务器计算机系统200包括一个或多个处理器210、直接存取存储设备220(比如硬盘驱动器)、存储器230和网络接口240。注意，数字内容可以驻留在DASD之一中，也可以驻留在存储器230中。现有技术的连网计算机系统290可以称为“向上扩展”范例，通过增加服务器计算机系统200中的资源而增加传递数字内容的附加能力。

图3所示的现有技术客户计算机系统260示例包括单数据流接收器机构310，它从服务器计算机系统200接收单数据流的数据。数据的这种单数据流呈现给客户机260的用户。客户机260的一种适当实例是机顶盒，它从服务器计算机系统200接收视频点播(VOD)内容。从服务器计算机系统200向图3所示的客户机260传递内容时，单数据流接收器机构310接收该内容，然后该内容可以呈现给用户。

参考图4，图2中连网计算机系统290所用的现有技术方法400开始于客户机请求数字内容(步骤410)。服务器建立与客户机的单连接(步骤420)。服务器通过单连接以单数据流向客户机传递所请求的内容(步骤430)。然后客户机向用户呈现内容的单数据流(步骤440)。

传递数字内容的的“向上扩展”方法存在的问题是由于存储器有限和网络连接数目有限引起的约束。因为以单数据流向客户机传递数字内容，这就需要每个客户机有单一网络连接。一旦客户机的数目增大超过可用网络连接的数目，就不得不增加图2所示的第二计算机系统200。服务器计算机系统200相对较贵，因为它们典型情况下具有众多处理器210、大量的DASD设备220、相对大量的主存储器230以及尽可能多的网络接口逻辑240。

优选实施例认识到可以使用向外扩展范例以性价比高得多的方式传递数字内容，其中大量相对低廉的计算机系统一起工作。参考图5，根据优选实施例的连网计算机系统590包括多个服务器计算机系统，图5中显示为服务器计算机100A、100B...100N。IBM刀片服务器是适当的服务器计算机系统的一个实例。每个服务器都包括若干处理器、DASD、存储器和网络接口。因此，服务器计算机系统100A包括若干处理器110A、DASD 155A、存储器120A和网络接口150A；服务器计算机系统100B包括若干处理器110B、DASD 155B、存储器120B和网络接口150B；同样服务器计算机系统100N包括若干处理器110N、DASD 155N、存储器120N和网络接口150N。注意，每个服务器计算机系统在其存储器中都包括对应的内容控制器和传递机构(CCDM)123。因此，服务器计算机系统100A包括CCDM 123A；服务器计算机系统100B包括CCDM 123B；依此类推，服务器计算机系统100N包括CCDM 123N。这些服务器计算机系统中的每一个都通过网络170连接到多个客户计算机系统，图5中显示为客户机175A、175B...175N。

优选实施例的“向外扩展”范例的关键之一是能够将数字内容散布在多个服务器计算机系统中，每个服务器计算机系统都在其自己的通道上与客户计算机系统通信。注意，将内容散布在多个服务器计算机系统中时可以使用任何适当的准则或试探法。将数字内容散布在每个都在其自己的网络通道上与客户机通信的多个服务器中，需要客户机能够将不同通道上来自不同服务器的数据流装配为单一数据流，然后呈现给用户。参考图6，根据优选实施例的客户机175包括多数据流接收器机构610，它能够将从多个通道上的多个服务器收到的数据流的多个部分汇总为单一数据流。注意，客户机170可以是增强的机顶盒、游戏客户机(比如游戏站2、任天堂等)，也可以是能够从多个服务器接收数字内容的任何其他客户机。将数字内容散布在每个都以分离的网络通道与客户机通信的多个服务器中，以及客户能够将来自多个服务器的数字数据部分汇总为单一数据流，二者的结合为使用低廉的服务器以相对低成本呈现点播数字内容(比如电视广播)提供了巨大的灵活性和能力。

图7显示了根据优选实施例的方法700。首先，将数字内容解析并散布在多个服务器上(步骤710)。下一步，客户机请求数字内容(步骤720)。散布着所请求内容的多个服务器建立与客户机的多个网络连接(步骤730)。然后这些服务器通过它们与客户机的各自连接传递所请求的内容(步骤740)。然后客户机将从多个服务器通过其各自连接收到的内容装配为单数据流(步骤750)。然后客户机向用户呈现单数据流(步骤760)。

现在提供一个简单实例以展示优选实施例的一般概念。参考图8，我们假设连网计算机系统890包括四个服务器计算机系统100A、100B、100C和100D。连网计算机系统890是图5所示计算机系统590的一个特定实例。优选情况下，每个服务器计算机系统都包括图1和图5所示而图8未显示的特征。我们也假设两个客户机175A和175B从服务器计算机系统接收数字内容，并且服务器计算机系统和客户计算机系统通过网络170连接在一起。对于这个简单的实例我们假设客户机175A所请求的、我们将称为内容A的数字内容分布在100A、100B、100C和100D全部四个服务器上。我们进一步假设客户机175B所请求的、我们将称为内容B的数字内容分布在四个服务器中的三个上，即100A、100C和100D。注意，每个服务器都包括与传递内容对应的连接。因此，服务器100A包括第一连接810A，驻留在服务器100A上的内容A的若干部分通过它传递给客户机175A。同样，服务器100A也包括第二连接820A，驻留在服务器100A上的内容B的若干部分通过它传递给客户机175B。服务器100B包含内容A的若干部分，但是不包含内容B的任何部分。结果，向客户机175A传递服务器100B上驻留的内容A的若干部分仅仅需要一个连接810B。

服务器100C包括第一连接810C，驻留在服务器100C上的内容A的若干部分通过它传递给客户机175A。此外，服务器100C也包括第二连接820C，驻留在服务器100C上的内容B的若干部分通过它传递给客户机175B。以相同方式，服务器100D包括第一连接810D，驻留在服务器100D上的内容A的若干部分通过它传递给客户机175A，并且包括第二连接820D，驻留在服务器100D上的内容B的若干部分通过它传递给客户机175B。

每台客户机都包括多数据流接收器机构610，它通过多个连接从多个服务器接收数字内容，并将收到的数字内容汇总为呈现给用户的单一数据流。对于图8中的特定实例，多数据流接收器机构610A包括四个连接850A-D，每个连接都从对应的服务器100A-D接收数据。因此，服务器100A中的连接810A向客户机175A中的连接850A发送数据；服务器100B中的连接810B向客户机175A中的连接850B发送数据；服务器100C中的连接810C向客户机175A中的连接850C发送数据；服务器100D中的连接810D向客户机175A中的连接850D发送数据。数字内容散布在服务器上时，为各个部分分配序列号。多数据流接收器机构610A简单地从不同的服务器接收数字内容的若干部分，并根据这些部分的序列号进行装配，以产生内容A的单一数据流，然后可以呈现给用户。

以类似方式，客户机175B包括多数据流接收器机构610B，它通过多个连接从多个服务器接收数字内容，并将收到的数字内容汇总为呈现给用户的单一数据流。对于图8中的特定实例，多数据流接收器机构610B包括三个连接860A、860C和860D，每个连接都分别从对应的服务器100A、100C和100D接收数据。因此，服务器100A中的连接820A向客户机175B中的连接860A发送数据；服务器100C中的连接820C向客户机175B中的连接860C发送数据；服务器100D中的连接820D向客户机175B中的连接860D发送数据。多数据流接收器机构610B简单地从不同的服务器接收数字内容的若干部分，并根据这些部分的序列号进行装配，以产生内容B的单一数据流，然后可以呈现给用户。注意，图8所示的连接可以是任何适当的网络连接，比如传输控制协议/网际协议(TCP/IP)系统中的套接字。

汇总在多个连接上从多个服务器收到的数据表示为图9和图10的简单实例。我们假设服务器发送的每个数据部分都包括指明其来源(即哪个服务器发送该部分)的字段、序列号和对应的数据。图9以接收到数据时的次序表示从图8中客户机175A中全部连接收到的数据。对于这个实例我们假设A1的来源意味着来自服务器A(100A)中连接1(810A)的数据部分。同样，全部来源标记都先指明服务器，然后是连接序号。所以B1表示服务器B(100B)、连接1(810B)。我们从图9中的简单实例看出，第一个数据部分从A1收到，序列号为1；第二个数据部分从B1收到，序列号为2；第三个数据部分从D1收到，序列号为4；第四个数据部分从C1收到，序列号为3；第五个数据部分从B1收到，序列号为6；第六个数据部分从A1收到，序列号为5。注意，由于网络延迟和其他因素，若干部分将不会总是以正确的次序收到。不过，收到的次序并非关键，因为数据部分以序列次序装配，如图10所示。

接收图9中样本数据的多数据流接收器机构610去除来源标记，并根据序列号将数据部分排序，如图10所示。结果为单一数据流，然后可以呈现给用户。注意，术语“呈现给用户”包含向用户呈现数字内容的任何类型。因此，通过为用户播放电视节目(图象和音频)，向用户呈现数字电视广播。通过播放音频文件，向用户呈现数字音频选择。通过执行所收到的可执行代码，向用户呈现包括可执行代码的数字数据。优选实施例明显地扩展到向用户呈现数字内容的任何方式，无论是当前公知的还是将来开发的。

在图2至图4所示的“向上扩展”范例中，存储器和网络能力变为性能的严重瓶颈。在优选实施例的“向外扩展”范例中，存储器和网络能力都能够容易地通过增加更多的服务器而扩展。结果，优选实施例提供了灵活性更大、成本更低的传递点播数字内容的方法。优选实施例将数字内容散布在许多相对低廉的服务器上，通过各自的连接向客户机发送数字内容，利用客户机将多个服务器通过多个连接发送的数据汇总为向用户呈现的单一数据流。通过将数字内容散布在通过多个连接向客户机传递内容的多个服务器上，极大单降低了向大量用户提供点播数字内容的成本。

注意，本文所用的术语“单一数据流”是指通过多个连接从多个服务器收到的多个数据流汇总为一个数据流。某些数字内容可能实际上包括多个数据流。例如，立体声音频节目可以包括两个数据流，一个用于左声道，一个用于右声道。本文所用的术语“单一数据流”描述将多个数据流汇总为一个数据流的功能，不应当解释为将优选实施例限制为必须以单一数据流传递的数字内容。因此，对于立体声音频节目的以上实例，每个声道都可以散布在多个网络单元(或服务器)上，然后客户机会将左声道的数据汇总为第一单数据流，将右声道的数据汇总为第二单数据流。优选实施例明显地扩展到包括多个数据流的数据的数字内容。例如，视频帧可以包括不同的数据流，用于左声道音频、右声道音频、中央声道音频、视频数据流、关闭的字幕等，全都要同时并同步呈现。这些内容中每一种都可以是本文权利要求书范围内的“单一数据流”，即使存在着多个数据流。此外，多个数据流可以呈现给优选实施例范围内的多个位置。因此，电视广播可以包括多个数据流用于以上讨论的多个音频声道，以及允许用户在观看电视时进行网络浏览的单独数据流。

本领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内可能有许多变化。因此，虽然已经参考本发明的优选实施例而具体地显示和介绍了本发明，但是本领域的技术人员将理解，其中可以进行形式和细节上的这些和其他改变，而不脱离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种连网计算机系统，包括：

请求数字内容的客户计算机系统；以及

多个服务器计算机系统，每个都通过至少一个网络连接连接到所述客户计算机系统，所述多个服务器计算机系统中的每一个都包括所述数字内容的一部分，其中所述多个服务器计算机系统中的每一个都通过未被任何其他所述服务器计算机系统使用的网络连接向所述客户计算机系统传递所述数字内容的其相应部分。

2.根据权利要求1的连网计算机系统，其中，所述数字内容被解析为跨所述多个服务器计算机系统散布的多个部分。

3.根据权利要求1的连网计算机系统，其中，所述客户计算机系统包括多数据流接收器机构，从所述多个服务器计算机系统接收所述数字内容的所述部分，并将所述数字内容的所述部分装配为单一数据流。

4.根据权利要求3的连网计算机系统，其中，所述客户计算机系统向所述客户计算机系统的用户呈现所述单一数据流。

5.根据权利要求1的连网计算机系统，其中，所述多个服务器计算机系统中的每一个都包括：

海量存储设备；

存储器；以及

所述存储器中驻留的内容控制器和传递机构，用于确定所述数字内容的哪些部分放置在所述存储器中，所述数字内容的哪些部分放置在所述海量存储设备中。

6.一种计算机实施的方法，用于从多个服务器计算机系统向客户计算机系统传递数字内容，所述方法包括以下步骤：

(A)所述客户计算机系统请求所述数字内容；以及

(B)所述多个服务器计算机系统中的每一个都通过未被任何其他所述服务器计算机系统使用的网络连接向所述客户计算机系统传递所述数字内容的一部分。

7.根据权利要求6的方法，进一步包括将所述数字内容解析为跨所述多个服务器计算机系统散布的多个部分的步骤。

8.根据权利要求6的方法，其中，所述客户计算机系统从所述多个服务器计算机系统接收所述数字内容的所述部分，并将所述数字内容的所述部分装配为单一数据流。

9.根据权利要求8的方法，其中，所述客户计算机系统向所述客户计算机系统的用户呈现所述单一数据流。

10.根据权利要求6的方法，其中，所述多个服务器计算机系统中的每一个都确定所述数字内容的哪些部分放置在存储器中，所述数字内容的哪些部分放置在海量存储器中。

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