CN101110760B - 流媒体流量均衡方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明流媒体流量均衡方法及装置属于通信领域，在园区网流媒体点播用户群的汇聚点处设置流媒体流量均衡装置，通过分析用户群点播媒体流的节目内容，判断不同节目的热门度，并缓存热门节目内容，在用户发出相同节目请求时，实时接替中心流媒体服务器的工作为用户提供服务，从而减轻骨干网络和流媒体服务器的I/O压力，避免流媒体技术应用时的网络阻塞。流媒体流量均衡装置包括网络接口模块，媒体流数据包解析模块，媒体流数据中心均衡模块，媒体流数据自适应存储管理模块。采用嵌入式结构，具有功耗低，体积小、重量轻、可移动、便于部署，能较好地解决目前园区网的网络阻塞问题，可广泛应用于园区网的建设与改造。

Description

流媒体流量均衡方法及装置

技术领域

本发明流媒体流量均衡方法及装置属于通信领域，特别是涉及一种局域网流媒体流量均衡方法及装置。

背景技术

随着园区网中流媒体技术的广泛应用，园区网的流媒体节目的大幅增加，并发需求状况下的网络阻塞现象十分严重，解决流媒体技术应用中的网络阻塞问题是当前网络技术中的重要课题。解决网络阻塞问题最简单的方法是加大网络的骨干网与流媒体服务器I/O的带宽，但因投资条件的限制不具普遍意义。用最小投资，发挥现有网络潜能，改善网络服务质量，是当前流媒体应用环境技术的一个重要研究方向。

目前，减少网络流媒体技术应用时的网络阻塞主要采用以下几种手段：一是通过改善流媒体服务器的媒体流播放技术水平，提高同时连接的并发用户的个数，包括研发相关软件技术与应用服务器流量均衡设备来实现；二是采用流媒体信源的分布式存储技术，如在流媒体集中的客户端近端节点上加装代理服务器，以减少骨干网、媒体服务器和网络入口的流量负担；三是利用客户端资源，实现节目资源在客户端之间的共享，提升流媒体用户接入质量。

对于媒体流的播放技术的改进是提高网络流媒体节目播放质量的较简单的方法，如改进流媒体播出协议，使用媒体流压缩技术，应用网络带宽与媒体播出质量相关技术，利用流媒体服务器资源整合技术等，这些方法主要用软件实现，实际证明效果有限。

使用服务器流量均衡设备，可改善使用DNS负载均衡的盲目性，有效分配各台服务器的负载。这类技术可提高服务器的响应能力，但对骨干网或网络入口的阻塞却无能为力。

安装代理服务器或使用镜像服务器是解决流媒体大并发情况下的网络阻塞问题较好的方法，而此类技术却受安装条件与资金规模的限制。

流媒体流量均衡技术是网络流量均衡技术中重要组成部分。由于流媒体节目信息量大，使用频度高，相关应用技术发展迅速，媒体流是目前网络阻塞的主要原因。因此，需要采用新的技术方案来解决网络流媒体流量负载均衡问题，以提高网络的可用性。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种具有一定数据缓存与处理能力，采用嵌入式结构；结构简单、安装方便且成本低廉，安装在网络边沿节点处；作代理服务器，具有网络流量检测与相互间资源协同能力，用于解决园区网流媒体技术应用时，大并发媒体流引起的网络阻塞问题的网络流媒体流量均衡方法及装置。

本发明的目的是通过以下措施来达到的，在园区网流媒体点播用户群的汇聚点处设置流媒体流量均衡装置，通过分析用户群点播媒体流的节目内容，判断不同节目的热门度，并缓存热门节目内容，在用户发出相同节目请求时，实时接替中心流媒体服务器(或远程流媒体服务器)的工作为用户提供服务，从而减轻骨干网络和流媒体服务器的I/O压力，避免流媒体技术应用时的网络阻塞。

流媒体流量均衡装置包括网络接口模块，媒体流数据包解析模块，媒体流数据中心均衡模块，媒体流数据自适应存储管理模块。

网络接口模块，控制网络信息流的接收与发送，与媒体流数据包解析模块、媒体流数据自适应存储管理模块、媒体流数据中心均衡模块、客户端之间传递信息。

媒体流数据包解析模块解析由网络接口模块传来的数据包，并统计网络流媒体节目的流量，确定节目的流行度。

媒体流数据中心均衡模块确定由网络接口模块传来的流媒体节目请求的响应方式，决定是由本装置响应，还是中心流媒体服务器响应，或是相邻装置响应，或是异地其它流媒体信源响应客户端节目请求，提供节目源。通过网络接口模块获得用户群点播的流媒体节目内容，通过媒体流数据包解析模块判断其热门度，通知媒体流数据存储模块将热门节目缓存，在下一次用户群对已存储的热门节目发出请求时，控制流媒体流量均衡装置为之提供服务。

媒体流数据自适应存储管理模块依据媒体流数据包解析模块提供的流媒体节目的流行度，适时调整、存储与管理流媒体节目的内容。

网络接口模块包括PHY芯片及MAC控制器芯片，MAC控制器也可集成在主控CPU上。

媒体流数据包解析模块及流媒体数据均衡核心模块包括嵌入式主控CPU及以主控芯片为中心依次相连的ROM及RAM。

媒体流数据自适应存储管理模块包括EIDE控制器及硬盘存储器。

本发明的工作流程，首先是系统初始化，等待对应用户群内用户的点播请求，媒体流数据中心均衡模块控制网络接口模块获取用户点播节目请求，媒体流数据包解析模块判断请求的是否为已存储在本地的热门节目，如果是，则本流媒体流量均衡装置为之提供服务，提供节目内容；如果否，该节目点播数加一，点播次数加一后，并与设定的节目热门度阈值进行比较，判断该节目是达到热门度，如果否，则重定向至邻近的均衡器或网络的中心流媒体服务器上，获取节目内容，完成点播响应；如果达到说定的热门度，通知媒体流数据存储模块准备缓存此热门节目内容，先从中心流媒体服务器获取节目内容所需占用磁盘空间的大小，判断本地磁盘是否有足够空间可用，如果有足够的缓存空间，则通过ftp协议从邻近的均衡器或者中心流媒体服务器获取该节目的内容实现数据缓存；如果存储空间不够，则采用LFU算法对磁盘中的文件进行清理，直到能缓存该节目为止，最后将所缓存的节目清单传送至邻近的均衡器或中心流媒体服务器上备案。

本发明装置工作在园区网流媒体点播用户群的汇聚点处，它通过分析用户群点播媒体流的节目内容，判断不同节目的热门度，并缓存热门节目内容，在用户发出相同节目请求时，实时接替中心流媒体服务器(或远程流媒体服务器)的工作为用户提供服务，从而减轻骨干网络和流媒体服务器的I/O压力，避免流媒体技术应用时的网络阻塞。

本发明的有益效果是专为均衡园区网均衡流媒体流量而设计，采用嵌入式结构，安装在网络边缘节点上；该装置具有功耗低，体积小、重量轻、可移动、便于部署，生产及运营成本低的特点；具有自适应存储功能，能接替中心流媒体服务器的部分工作；当多个装置在同一网络中共存时则具有相互协作能力，该装置能较好地解决目前园区网的网络阻塞问题，可广泛应用于园区网的建设与改造。

附图说明

附图1是本发明流媒体流量均衡装置功能模块结构示意图。

附图2是本发明流媒体流量均衡装置组成结构示意图。

附图3是本发明流媒体流量均衡装置的接口模块的电路原理图。

附图4是本发明流媒体流量均衡装置的媒体流数据包解析模块的电路原理图。

附图5是本发明流媒体流量均衡装置的媒体流数据中心均衡模块的电路原理图。

附图6是本发明流媒体流量均衡装置的媒体流数据自适应存储管理模块的电路原理图。

附图7是本发明流媒体流量均衡装置的工作流程示意图。

附图8是本发明流媒体流量均衡装置的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如附图1所示，本发明流媒体流量均衡装置旁接在交换机上，它包括网络接口模块1、媒体流数据包解析模块2、媒体流数据中心均衡模块3、媒体流数据自适应存储管理模块4。

网络接口模块负责网络信息流的接收与发送。它可将网络中接收的网络数据流传给媒体流数据包解析模块，在媒体流数据中心均衡模块的控制下实现与媒体流数据自适应存储管理模块流媒体信息交互。媒体流数据包解析模块解析由网络接口模块传来的数据包的内容，并将解析的结果传送给媒体流数据中心均衡模块，统计不同流媒体节目的流量，计算节目的流行度。

媒体流数据中心均衡模块确定对媒体流数据包解析模块传来的流媒体节目的请求的响应方式。它通过查询媒体流数据自适应存储管理模块提供的节目清单，确定本装置内是否缓存有客户端请求的节目内容，决定是由本装置，还是由中心流媒体服务器，或是由相邻装置，或远程设备提供节目内容。若为本装置提供，则控制媒体流数据自适应存储管理模块透过网络接口模块实现流媒体节目传送；若需中心流媒体服务器、相邻装置或远程设备提供节目内容，媒体流数据中心均衡模块需要实现请求的重定向。

媒体流数据自适应存储管理模块在媒体流数据中心均衡模块控制下缓存热门节目内容，更新节目清单，实时响应节内请求。

如附图2所示，流媒体流量均衡装置组成结构由数据存储单元RAM，程序存储单元ROM，接口单元，中央处理单元，接口模块，硬盘组，接口单元与中央处理单元MII接口，中央处理单元与接口模块PCI接口，接口模块与硬盘组IDE接口，接口单元接以太网接口，数据存储单元和程序存储单元通过EMI接中央处理单元。

如附图3所示，流媒体流量均衡装置网络接口模块包括接口PHY芯片及MAC控制器，PHY芯片可采用RTL8201BL，MAC控制器采用自带MAC控制器的嵌入式CPU芯片实现。

附图3是采用79RC32434与RTL8201BL构成接口的电路图：图中RTL8201BL通过标准的MII接口(包括TXC，TXEN，TXD[3:0]，RXC，COL，CRS，RXDV，RXD[3:0]，RXER/FXEN，MDC，MDIO等引脚)与79RC32434相连；网络接口引脚TPTX+，TPTX-，TPRX+，TPRX-通过网络变压器FB2022电压转换后接到RJ45接口上。

媒体流数据包解析模块采用嵌入式CPU以及CPU为中心依次相连的ROM和RAM结构，主控芯片可采用79RC32434，ROM可采用MBM29PL64LM，RAM可用MT46V64M16，并配以相应的软件实现。

媒体流数据中心均衡模块通过嵌入式CPU及以CPU为中心依次相连的ROM与RAM，主控芯片采用79RC32434，ROM采用MBM29PL64LM，RAM采用MT 46V64M16。

如附图4和附图5所示，是由79RC32434与MBM29PL64LM，79RC32434与MT46V64M16构成的媒体流数据包解析模块和媒体流数据中心均衡模块电路图：其中，MBM29PL64LM是具有8MB的FLASH存储器，具有8位数据和16位数据两种模式，在此采用8位数据模式，其地址线A_-1，A[0:21]通过两片总线缓冲器74ALVC16244与79RC32434的地址线MADDR[0:22]相连接，其数据线DQ[0:7]通过总线锁存器74ALVC245与79RC32434的数据线MDATA[0:7]连接；控制线片选信号CE#，读信号OE#，写信号WE#分别与79RC32434的控制线CE_N，OE_N，WE_N相连。

MT 46V64M16是16位宽128MB的DDR SDRAM，而79RC32434具有DDR SDRAM的接口，可直接与MT 46V64M16相连接。MT 46V64M16的地址线A[0:13]和数据线DQ[0:15]分别与79RC32434的DDR接口地址线DDRADDR[13..0]及数据线DDRDATA[15..0]连接；MT 46V64M16的控制线包括差分时钟信号CK，CK#，时钟使能信号CKE，片选信号CS#，列地址选通信号RAS#，列地址选通信号CAS#，写使能信号WE#，低字节数据写使能LDM，高字节数据写使能UDM，Bank地址信号BA[0:1]，低字节数据使能LDQS，高字节数据使能UDQS与79RC32434的DDR接口相应引脚DDRCKP，DDRCKN，DDRCKE，DDRCSN，DDRRASN，DDRCASN，DDRWEN，DDRDM0，DDRDM1，DDRBA0，DDRBA1，DDRDQS0，DDRDQS1连接。

媒体流数据自适应存储管理模块包括IDE控制器，硬盘存储器，EIDE控制器为HPT372，硬盘存储器可采用三星SP0411N。附图6是采用79RC32434与HPT372构成的数据存储模块的电路图：79RC32434片上集成了PCI控制器，可与HPT372直接连接，HPT372的PCI地址数据复用线AD[0:31]连接到79RC32434的对应引脚PCIAD[31..0]上，控制线包括复位信号PCIRST_，PCI时钟信号PCICLK，命令/字节使能信号C/BE_[0:3]，PCI帧信号FRAME_，从设备选中信号DEVSEL_，主设备数据传输信号IRDY_，从设备数据传输信号TRDY_，从设备主动结束传输数据信号STOP_，奇偶校验信号PAR，启动时选中设备信号IDSEL分别接到79RC32434的对应引脚PCIRSTN，PCICLK，PCICBEN[0:3]，PCIFRAMEN，PCIDEVSELN，PCIIRDYN，PCITRDYN，PCISTOPN，PCIPAR，PCIAD12上，79RC32434的GPI013复用为PCI中断口，所以HPT372的INTA_引脚接到79RC32434的GPI013引脚上；同时HPT372的主IDE接口引脚接到IDE插座上，包括数据线PDD[0:15]，地址线PA[0:2]，控制线PRST#，PINT，PIORDY，PDACK#，PDRQ，PIOR#，PIOW#，PCSO#，PCS1#等。

附图7是本发明流媒体流量均衡装置的工作流程示意图，该软件驻留在嵌入式linux操作系统上，所述嵌入式linux是32位实时嵌入式操作系统，驻留在ROM上。该工作流程如下：

1.流媒体流量均衡装置透过I/O模块获取用户点播节目请求内容，判断请求的节目内容是否是在本地已缓存，如果是，则本装置为之提供服务；如果否，则转步骤2；

2.对该节目的点播次数加一，并将累计点播的次数与热门度设定阈值比较，判断该节目内容点播的次数是否达到热门程度，如为非热门节目则将点播请求转发至邻近的均衡器或网络的中心流媒体服务器上，否则转步骤3；

3.从中心流媒体服务器获取该文件需要占用磁盘空间大小，判断本地磁盘是否有足够空间存放该文件，如果有则在通过ftp协议从邻近的均衡器或者中心流媒体服务器获取该文件，如果没有则转步骤4；

4.采用LFU算法对磁盘中的文件进行删除，直到能容纳需要新获得的文件，从邻近的均衡器或者中心流媒体服务器获取该文件，在还未获得该文件之前，同时将请求转发至邻近的均衡器或网络中的中心流媒体服务器上。

附图8为本发明的一实施例。该实施例为一个三层结构的园区网，交换机CSW1是网络核心交换机，DSW1，DSW2…DSWn分别是某用户群汇聚点的交换机，TSW1，TSW2…TSWn分别是用户群中位于不同位置的若干用户汇聚点的交换机，流媒体流量均衡装置部署在用户群汇聚点的交换机处，直接连接到DSW1，DSW2…DSWn中的一个端口上，与TSW1，TSW2…TSWn处于并列关系。系统运行时，连接在相应汇聚点交换机的流媒体流量均衡装置将接收对应用户群发送的点播请求并进行处理。

Claims (7)

1.一种流媒体流量均衡方法，其特征是在园区网流媒体点播用户群的汇聚点处设置流媒体流量均衡装置，通过分析用户群点播媒体流的节目内容，判断不同节目的热门度，并缓存热门节目内容，在用户发出相同节目请求时，实时接替中心流媒体服务器或远程流媒体服务器的工作为用户提供服务，流媒体流量均衡装置包括网络接口模块，媒体流数据包解析模块，媒体流数据中心均衡模块，媒体流数据自适应存储管理模块，网络接口模块控制网络信息流的接收与发送，与媒体流数据包解析模块、媒体流数据自适应存储管理模块、媒体流数据中心均衡模块、客户端之间传递信息，媒体流数据包解析模块解析由网络接口模块传来的数据包，并统计网络流媒体节目的流量，确定节目的流行度，媒体流数据中心均衡模块确定由网络接口模块传来的流媒体节目请求的响应方式，通过网络接口模块获得用户群点播的流媒体节目内容，通过媒体流数据包解析模块判断其热门度，通知媒体流数据存储模块将热门节目缓存，在下一次用户群对已存储的热门节目发出请求时，控制流媒体流量均衡装置提供服务，媒体流数据自适应存储管理模块依据媒体流数据包解析模块提供的流媒体节目的流行度，适时调整、存储与管理流媒体节目的内容。

2.根据权利要求1所述的流媒体流量均衡方法，其特征是流媒体流量均衡装置等待对应用户群内用户点播请求，媒体流数据中心均衡模块通过网络接口模块获取用户点播节目请求，通过媒体流数据包解析模块判断请求的是否为已存储在本地的热门节目，如果是，则本流媒体流量均衡装置为之提供服务；如果否，该节目点播数加一，点播次数加一后，并与热门度阈值比较，判断该节目是否属于热门节目，如果否，转发至邻近的均衡器或网络中的中心流媒体服务器上，如果属于热门节目，通知媒体流数据存储模块将热门节目缓存，转发至邻近的均衡器或中心流媒体服务器上，从中心流媒体服务器获取节目所需要占用磁盘空间大小，判断本地磁盘是否有足够空间存放该节目，如果有则在通过ftp协议从邻近的均衡器或者中心流媒体服务器获取该文件，如果没有则采用LFU算法对磁盘中的文件进行删除，直到能容纳需要新获得的文件，从邻近的均衡器或者中心流媒体服务器获取该文件，在还未获得该文件之前，同时将请求转发至邻近的均衡器或网络中的中心流媒体服务器上。

3.一种流媒体流量均衡装置，其特征是流媒体流量均衡装置包括网络接口模块，媒体流数据包解析模块，媒体流数据中心均衡模块，媒体流数据自适应存储管理模块，网络接口模块控制网络信息流的接收与发送，与媒体流数据包解析模块、媒体流数据自适应存储管理模块、媒体流数据中心均衡模块、客户端之间传递信息，媒体流数据包解析模块解析由网络接口模块传来的数据包，并统计网络流媒体节目的流量，确定节目的流行度，媒体流数据中心均衡模块确定由网络接口模块传来的流媒体节目请求的响应方式，通过网络接口模块获得用户群点播的流媒体节目内容，通过媒体流数据包解析模块判断其热门度，通知媒体流数据存储模块将热门节目缓存，媒体流数据自适应存储管理模块依据媒体流数据包解析模块提供的流媒体节目的流行度，适时调整、存储与管理流媒体节目的内容。

4.根据权利要求3所述的流媒体流量均衡装置，其特征是采用嵌入式处理器作为主控芯片。

5.根据权利要求3所述的流媒体流量均衡装置，其特征是网络接口模块包括PHY芯片及MAC控制器，PHY芯片采用RTL8201BL，MAC控制器采用集成在主控芯片中的MAC控制器。

6.根据权利要求3所述的流媒体流量均衡装置，其特征是流媒体数据存储模块包括EIDE控制器及硬盘，EIDE控制器采用HPT372。

7.根据权利要求3所述的流媒体流量均衡装置，其特征是嵌入式CPU中心依次相连ROM，RAM，主控芯片采用79RC32434，ROM采用MBM29PL64LM，RAM采用MT 46V64M16。

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