CN101146211B - 视频点播网络的负载均衡系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种视频点播网络的负载均衡系统，与视频点播网络中的机顶盒、QAM设备和内容控制器相连，包括：全局负载均衡器、至少一个本地负载均衡器，每一个本地负载均衡器具有一区域信息，每一个本地负载均衡器还连接到：至少一个媒体服务控制器和至少一个QAM设备，STB的点播请求中包括一请求区域信息，全局负载均衡器保存有路由表，路由表记录本地负载均衡器的区域信息，全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器；具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况并确定是否可为STB提供服务。

Description

视频点播网络的负载均衡系统和方法

技术领域

本发明涉及视频点播网络技术领域，更具体地说，涉及视频点播网络的负载均衡系统和方法。

背景技术

将成本较低的HFC网络(混合光纤同轴电缆网)应用到视频点播网络中，将使运营商将更加有效地利用现有的HFC网络资源，以较低的代价在HFC网络上实现交互数字电视业务，为扩展交互式数字电视业务提供多种接入方案。

在HFC的互动电视方案中，相对于IPTV(互联网电视)系统，引入QAM设备(正交幅度调制转换设备)之后，STB(机顶盒)和边缘流媒体服务引擎缓存之间的控制信息和视频流数据分别通过不同的通路传输。由于上行的点播请求信息量极小，可以通过任何一种IP网络送到VOD(视频点播)系统头端，下行的视频流则通过使用了QAM设备的HFC网络送达用户STB。

QAM设备是一种能将数字媒体信号调制成射频信号在HFC网络上进行传输的设备。QAM设备一般被部署在边缘节点，输入为IP数据，输出为RF(射频)信号。

基于HFC网络的视频点播网络与现行IPTV系统的区别是，STB的接入认证、信息浏览等流程相同，通过IP网络交互，当用户的点播请求被重定向到边缘流服务器后，流服务器并不直接把视频流通过IP网络传输给STB，而是将视频流以恰当的封包形式输出至QAM设备，QAM将视频流调制成射频(RF，Radio Frequency)，通过HFC网络传输给STB，STB对视频流进行解调和解码。

为了更好地利用HFC网络的资源，提高带宽的利用率以及视频流播放的速度，对STB进行负载均衡就成了一项重要的工作。

发明内容

本发明的目的就是提供一种视频点播网络的负载均衡系统和方法，尤其是涉及基于HFC网络的视频点播网络的负载均衡系统和方法。

根据本发明的第一方面，提供一种视频点播网络的负载均衡系统，与视频点播网络中的STB、QAM设备和内容控制器相连，包括：

全局负载均衡器，与STB可通信地相连，接收来自STB的点播请求；

至少一个本地负载均衡器，连接到全局负载均衡器，每一个本地负载均衡器具有一区域信息，每一个本地负载均衡器可通信地连接到STB；

每一个所述本地负载均衡器还连接到：

至少一个媒体服务控制器，每一个所述媒体服务控制器与内容控

制器可通信地相连，还可通信地连接到所述STB；

至少一个所述QAM设备，每一个所述QAM设备与至少一个媒体

服务控制器可通信地相连，还可通信地连接到所述STB；其中

所述STB的点播请求中包括一请求区域信息，所述全局负载均衡器保存有路由表，路由表记录本地负载均衡器的区域信息，所述全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器；

所述具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况，如果负载状况允许为所述STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器及其所连接的媒体服务控制器和QAM设备为所述STB提供服务；如果负载状况不允许为所述STB提供服务，则所述本地负载均衡器向全局负载均衡器报告，全局负载均衡器向所述STB报告请求失败。

根据本发明的一实施例，所述全局负载均衡器将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器进行服务，该本地负载均衡器具有和该区域相对应的区域信息；STB发送点播请求时，其请求区域信息与该STB地址所述的区域相对应。

根据本发明的一实施例，所述本地负载均衡器保存的信息至少包括：区域信息、主频率信息、主PID(信息包识别码)信息、备选频率信息、备选PID信息。

根据本发明的一实施例，所述本地负载均衡器定期对其所连接的媒体服务控制器、QAM设备以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器的媒体服务控制器、QAM设备以及STB具有相应的区域信息。

根据本发明的一实施例，所述本地负载均衡器对其所连接的QAM设备进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器所连接的媒体服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器向媒体服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器向QAM发送媒体数据。

根据本发明的第二方面，提供一种视频点播网络的负载均衡方法，所述视频点播网络中包括STB、QAM设备和内容控制器相连，该视频点播网络还包括负载均衡系统，所述负载均衡方法包括：

由负载均衡系统中的全局负载均衡器接收来自STB的点播请求；所述点播请求中包含一请求区域信息；

全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器，所述路由表由全局负载均衡器保存，路由表记录负载均衡系统中的本地负载均衡器的区域信息；

具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况，如果负载状况允许为所述STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器及其所连接的媒体服务控制器和QAM设备为所述STB提供服务；如果负载状况不允许为所述STB提供服务，则所述本地负载均衡器向全局负载均衡器报告，全局负载均衡器向所述STB报告请求失败。

根据本发明的一实施例，还包括全局负载均衡器将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器进行服务，该本地负载均衡器具有和该区域相对应的区域信息；STB发送点播请求时，其请求区域信息与该STB地址所述的区域相对应。

根据本发明的一实施例，还包括本地负载均衡器保存至少下列信息：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息、备选PID信息。

根据本发明的一实施例，还包括本地负载均衡器定期对其所连接的媒体服务控制器、QAM设备以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器的媒体服务控制器、QAM设备以及STB具有相应的区域信息。

根据本发明的一实施例，还包括本地负载均衡器对其所连接的QAM设备进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器所连接的媒体服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务机顶盒时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器向媒体服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器向QAM发送媒体数据。

本发明的负载均衡技术更好地利用了HFC网络的资源，提高了带宽的利用率以及视频流播放的速度。

附图说明

本发明的上述的其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，

图1是应用本发明的负载均衡技术的基于HFC网络的视频点播系统的结构框图；

图2是根据本发明的一实施例的负载均衡系统的结构框图；

图3是图2所示的实施例的负载均衡系统的工作原理框图；

图4是采用本发明的负载均衡系统的视频点播网络中各个组件的业务关系图；

图5是根据本发明的一实施例的视频点播网络的负载均衡方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

基于HFC网络的视频点播系统

图1是应用本发明的负载均衡技术的基于HFC网络的视频点播系统的结构框图，如图1所示，该视频点播系统100包括：

基于IP的主干网102，本发明的负载均衡系统就是应用于该IP的主干网，比如CDN网络(内容分发网络)102中；

边缘流媒体服务引擎104以及边缘流媒体服务引擎缓存105，连接到基于IP的主干网102，从主干网102接收数据；

QAM设备106，连接到边缘流媒体服务引擎104，接收来自边缘流媒体服务引擎104的数据；

HFC网络108，通过射频链路与QAM设备106相连；

STB 110，通过射频链路与HFC网络108相连；

任何一种的IP网络112，连接在边缘流媒体服务引擎104和STB 110之间，执行IP协议连接。

在基于HFC网络的视频点播系统方案中，相对于IPTV系统，引入QAM设备106之后，STB 110和边缘流媒体服务引擎104及其缓存105之间的控制信息和视频流数据分别通过不同的通路传输。由于上行的点播请求信息量极小，可以通过任何一种IP网络112送到VOD系统头端，即边缘流媒体服务引擎104及其缓存105，下行的视频流则通过QAM设备106和HFC网络108送达STB 110。

QAM设备106是一种能将数字媒体信号调制成射频信号在HFC网络108上进行传输的设备。QAM设备106一般被部署在边缘节点，输入为IP数据，输出为RF信号。

该系统100与现行IPTV系统的区别是，STB的接入认证、信息浏览等流程相同，通过IP网络交互，当用户的点播请求被重定向到边缘流服务器后，流服务器并不直接把视频流通过IP网络传输给STB，而是将视频流以恰当的封包形式输出至QAM设备，QAM将视频流调制成射频RF(RadioFrequency)，通过HFC网络传输给STB，STB对视频流进行解调和解码。

负载均衡系统

根据本发明，应用在基于HFC网络的视频点播系统中的负载均衡包括全局负载均衡以及本地负载均衡。

全局负载均衡主要功能是维护各节点的可用性及负载信息，并根据就近性的原则将用户重定向到就近的节点。与IP网络分组交换方式不同，HFC网络使用射频方式传输节目，因此在HFC网络上不存在“次优节点”。即全局负载均衡器重定向的结果只有两种：重定向到最优节点或者返回错误信息。全局路由的实现方式是：为STB增加区域信息(以Region ID的形式)的属性，该属性标识用户属于HFC网络上的哪一个区域(如所属的分前端、光节点等)。全局负载均衡器中维护STB Region ID与服务节点的对应列表。当STB发送点播请求时，请求中带有Region ID。全局负载均衡器查询该Region ID对应的服务节点，并将该点播请求重定向到该节点的本地负载均衡器上。

本地负载均衡设备的功能是管理节点内容及服务能力信息，根据负载情况，为用户选择特定的流服务引擎来提供服务。与现有IPTV系统不同，本地负载均衡器除了要管理节点内流服务器的负载信息以外，还需要维护QAM设备可用的频道资源，并根据频道资源及流服务器的负载情况为用户选择恰当的服务资源。

图2是根据本发明的一实施例的负载均衡系统的结构框图，参考图2所示，该负载均衡系统200包括：

全局负载均衡器201，与STB可通信地相连，接收来自STB的点播请求；

至少一个本地负载均衡器202，连接到全局负载均衡器201，每一个本地负载均衡器202具有一区域信息，每一个本地负载均衡器202可通信地连接到STB；需要说明的是，在图2中虽然仅仅示出了一个本地负载均衡器202，但是根据本发明的技术方案，可以包括多个本地负载均衡器202，分别服务于不同的区域，这些本地负载均衡器202都连接到全局负载均衡器201；

每一个本地负载均衡器202还连接到：

至少一个媒体服务控制器204，每一个媒体服务控制器204与内容控制器302可通信地相连，还可通信地连接到STB；

至少一个QAM设备208，该QAM设备208就是图1中所述的QAM设备106，每一个QAM设备208与至少一个媒体服务控制器204可通信地相连，还可通信地连接到STB；QAM设备208应当被视为是负载均衡系统200以外的组件，同样需要说明的是，在图2中虽然仅仅示出了一个媒体服务控制器204和一个QAM设备208，但是根据本发明的技术方案，可以包括多个媒体服务控制器204和一个QAM设备208，其中

STB的点播请求中包括一请求区域信息(Region ID)，全局负载均衡器201保存有路由表，路由表记录本地负载均衡器202的区域信息(RegionID)，全局负载均衡器201根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息(Region ID)的本地负载均衡器202；

具有相匹配的区域信息(Region ID)的本地负载均衡器202查询其所连接的媒体服务控制器204和QAM设备208的负载状况，如果负载状况允许为STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器202及其所连接的媒体服务控制器204和QAM设备208为STB提供服务；如果负载状况不允许为STB提供服务，则本地负载均衡器202向全局负载均衡器201报告，全局负载均衡器201向STB报告请求失败。

在具体的应用过程中，全局负载均衡器201会将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器202进行服务，该本地负载均衡器202具有和该区域相对应的区域信息(Region ID)；STB发送点播请求时，其请求区域信息(Region ID)与该STB地址的区域相对应。

同时，根据本发明的实施例，本地负载均衡器202还保存下列的信息：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息、备选PID信息。同时，本地负载均衡器202对其所连接的QAM设备208进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器202所连接的媒体服务控制器204向本地负载均衡器202请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器202向媒体服务控制器204提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器204向QAM设备208发送媒体数据。

为了应对可能出现的区域划分变化的情况，本地负载均衡器202还可以被设置成定期对其所连接的媒体服务控制器204、QAM设备208以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器202的媒体服务控制器204、QAM设备208以及STB具有相应的区域信息。

负载均衡系统的工作原理

图3是图2所示的实施例的负载均衡系统的工作原理框图。

参考图3所示，上述的视频点播网络的负载均衡系统200与视频点播网络中的STB 300、QAM设备208(如上面所述的，QAM设备208被视为是负载均衡系统200以外的组件)和内容控制器302相连，其中，具体的连接方式如下：

全局负载均衡器201，与STB 300可通信地相连，接收来自STB 300的点播请求；

至少一个本地负载均衡器202，连接到全局负载均衡器201，每一个本地负载均衡器202具有一区域信息，每一个本地负载均衡器202可通信地连接到STB 300；需要说明的是，在图2中虽然仅仅示出了一个本地负载均衡器202，但是根据本发明的技术方案，可以包括多个本地负载均衡器202，分别服务于不同的区域，这些本地负载均衡器202都连接到全局负载均衡器201；

每一个本地负载均衡器202还连接到：

至少一个媒体服务控制器204，每一个媒体服务控制器204与内容控制器302可通信地相连，还可通信地连接到STB 300；

至少一个QAM设备208，该QAM设备208就是图1中所述的QAM设备106，每一个QAM设备208与至少一个媒体服务控制器204可通信地相连，还可通信地连接到STB 300；同样需要说明的是，在图3中虽然仅仅示出了一个媒体服务控制器204和一个QAM设备208，但是根据本发明的技术方案，可以包括多个媒体服务控制器204和一个QAM设备208，其中

STB 300的点播请求中包括一请求区域信息(Region ID)，全局负载均衡器201保存有路由表，路由表记录本地负载均衡器202的区域信息(Region ID)，全局负载均衡器201根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息(Region ID)的本地负载均衡器202；

具有相匹配的区域信息(Region ID)的本地负载均衡器202查询其所连接的媒体服务控制器204和QAM设备208的负载状况，如果负载状况允许为STB 300提供服务，则由所选中的本地负载均衡器202及其所连接的媒体服务控制器204和QAM设备208为STB 300提供服务；如果负载状况不允许为STB 300提供服务，则本地负载均衡器202向全局负载均衡器201报告，全局负载均衡器201向STB 300报告请求失败。

继续参考图3，其中还包括节目表浏览器(EPG)304，用于浏览电子节目菜单，同时，图3所示的实施例的负载均衡系统的工作原理框图中还定义了一系列的接口：

接口A：EPG 304和STB 300之间的接口。STB 300浏览点播EPG304上节目信息，EPG 304返回影片的URL(统一资源定位符)，URL的IP地址为全局负载均衡器201的IP地址；

接口B：全局负载均衡器201和STB 300之间的接口。全局负载均衡器201根据STB 300的Region ID进行静态路由，将STB 300重定向到对应区域(Region)的本地负载均衡器202；

接口C：本地负载均衡器202和STB 300之间的接口。本地负载均衡器202根据当前媒体服务控制器204和QAM设备208的负载状况，选择相应的媒体服务控制器204和QAM设备208资源，对STB 3D0提供服务；

接口D：媒体服务控制器204和STB 300之间的接口。STB 300和媒体服务控制器204交互进行播放停止，快进快退等操作信息；媒体服务控制器204返回给STB 300接收节目的频点Frequency/SID等QAM设备208所需的相关信息；STB 300向媒体服务控制器204汇报在指定QAM设备208资源接受不到数据的错误；

接口E：QAM设备208和STB 300之间的接口。QAM设备208通过Cable网络向STB 300发送视频流；

接口F：全局负载均衡器201和本地负载均衡器202之间的接口。本地负载均衡器202向全局负载均衡器201汇报活动和负载情况。

接口G：本地负载均衡器202和媒体服务控制器204之间的接口。媒体服务控制器204向本地负载均衡器202申请能满足带宽要求的QAM设备208相关的参数信息：SessionID，QAM IP、UDP port、Frequency、Input Sid、Output Sid等；媒体服务控制器204汇报机顶盒对QAM设备208资源的使用释放情况；媒体服务控制器204向本地负载均衡器202汇报STB 300接收特定QAM设备资源数据失败的信息；

接口H：原始内容控制器302和媒体服务控制器204之间的接口。影片文件下载(FTP下载和流式下载)；代理播放；

接口I：媒体控制服务器204和QAM设备208之间的接口。媒体控制服务器204往指定QAM设备的IP和UDP端口上发送TS数据包。

在具体的应用过程中，全局负载均衡器201会将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器202进行服务，该本地负载均衡器202具有和该区域相对应的区域信息(Region ID)；STB300发送点播请求时，其请求区域信息(Region ID)与该STB 300地址的区域相对应。

同时，根据本发明的实施例，本地负载均衡器202还保存下列的信息：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息、备选PID信息。同时，本地负载均衡器202对其所连接的QAM设备208进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器202所连接的媒体服务控制器204向本地负载均衡器202请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器202向媒体服务控制器204提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器204向QAM设备208发送媒体数据。

为了应对可能出现的区域划分变化的情况，本地负载均衡器202还可以被设置成定期对其所连接的媒体服务控制器204、QAM设备208以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器202的媒体服务控制器204、QAM设备208以及STB具有相应的区域信息。

总而言之，本发明的负载均衡技术中，全局负载均衡器中主要管理的实体是其所管辖的本地负载均衡器，本地负载均衡器被称作全局负载均衡器的子节点。根据基于HFC网络的视频点播系统的需要，绑定了本地负载均衡器和其所对应的QAM设备的关系，该绑定是通过RegionID来完成的。

全局负载均衡器可以根据IP范围的就近性信息，并且在配置时设置一定的优先级和权重，依据这些信息查找合适的子节点---本地负载均衡器。在本发明的基于HFC网络的视频点播系统系统中，根据STB请求服务时附加的Region ID，查找静态路由表，将用户重定向到HFC网络上距离用户最近的服务节点----本地负载均衡器；如果没有RegionID，也就是IP接入方式，则按照以前IPTV方式进行路由。

而本地负载均衡器面对的实体有全局负载均衡器、QAM设备和媒体服务控制器。全局负载均衡器是根据就近性原则进行初步分配的，而本地负载均衡器则根据业务应用需要，以及媒体服务控制器的服务能力负载均衡等信息进行更进一步的分配。

本地负载均衡器根据应用业务的配置，以及各个媒体服务控制器的负载值、服务情况的信息，以及一定的优先级、权重等配置，通过智能的算法查找合适的媒体服务控制器服务器为STB提供服务器。本地负载均衡器同样也支持自定义脚本的分配策略，为用户对整个子节点查找分配提供更大的灵活性和自由度。

本地负载均衡器需要接受全局负载均衡器的管理监控，提供负载、当前服务情况等信息供全局负载均衡器进行路由分配算法时使用。而本地负载均衡器也需要监控其子节点媒体服务控制器，查询各个子节点的负载、当前服务等信息，供本地负载均衡器自身的路由分配算法使用。

本地负载均衡器在分配用户的请求时，需要首先判断QAM是否还有富余的资源----频点资源、媒体服务控制器资源是否有可用的。如果该本地负载均衡器管理的RegionID的区域中没有相应的QAM资源可用，或者媒体服务控制器的服务能力已经满了，就返回相应的“服务能力已到”的提示。如果QAM资源和媒体服务控制器的服务能力都有剩余，本地负载均衡器就会选择相应的QAM(以及具体的QAM资源)、媒体服务控制器即为该STB提供服务。

根据基于HFC网络的视频点播系统的需要，本地负载均衡器具有对QAM资源的管理的功能：

本地负载均衡器还具有所对应的HFC网络基本信息，包括RegionID、发放主频率信息、主PID信息、备选频率信息、备选PID信息。

本地负载均衡器还具有区域信息配置功能，即RegionID的配置，并且可以配置本地负载均衡器定期在指定的QAM设备上发送RegionID，以便STB能够在从QAM中获取自己所处的网络的区域信息。

本地负载均衡器还能够对各个区域的频率和带宽进行管理，STB请求服务时需要为其分配带宽，服务结束时释放带宽，当可用带宽不足时，不能向STB提供服务。

本地负载均衡器还能够对每个区域里的QAM设备的管理，包括设备的标识和通信地址。

本地负载均衡器还能够对各个QAM设备的UDP端口和PID进行配置和管理。可以设定QAM设备接收的UDP端口和所对应的PID的关系，当流服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要向流服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便流服务控制器向QAM发送媒体数据。这些UDP端口和PID信息也是像带宽一样需要动态分配和释放的。具体配置时，用户可以指定IPQAM某个Frequency的起始UDP端口，和起始PID、PID编号之间的步长这样批量增加，并且可以对单个QAM设备的UDP端口对应的PID信息进行修改。

媒体控制服务器

在本发明的负载均衡系统中，另一个重要的装置是媒体控制服务器。首先，参考图4，图4是采用本发明的负载均衡系统的视频点播网络中各个组件的业务关系图。视频点播网络媒体中的内容服务器400、媒体服务控制器402、本地负载均衡器404都是本发明所述的负载均衡系统的组成部分，它们与QAM设备406、STB 408之间的关系如下：

媒体服务控制器402和内容服务器400之间进行ISMA Protocol(互联网流媒体联盟协议)交互和媒体数据获取；媒体服务控制器和内容服务器进行标准的RTSP(实时流协议)的信令交互，并通过TCP获取原始内容服务器发送的媒体数据。

媒体服务控制器402和本地负载均衡器404之间进行业务层认证；媒体服务控制器和本地负载均衡器进行业务层的交互，向本地负载均衡器汇报点播STB的RegionID标识，并从本地负载均衡器获取一个空闲的信道，用于媒体数据的发送。信道相关的参数包括QAM设备的IP和UDP端口、输出的频点、输出的PID等。

媒体服务控制器402和QAM设备406之间传输UDP封装的SPTS(单节目流)数据流；媒体服务控制器通过UDP数据包封装多个TS数据包，向QAM设备传送TS数据包。每个UDP端口只对应一个单节目传输流(SPTS)的传送。每个SPTS都包括PAT(节目关联表)、PMT(节目映射表)和DATA(数据)对应的TS数据包，PAT和PMT用于告知该单节目传输流SPTS中基本流的组成情况(几个基本流，每个基本流类型)，使QAM设备能较快的锁定需要接收的TS数据，并过滤其他无效的干扰数据。每个UDP数据携带的TS数据包为1～7个不等。

媒体服务控制器402和STB 408之间进行RTSP交互。媒体服务控制器和STB控制层的信令以标准RFC2326的RTSP为基础，并根据应用中的需要进行部分扩展(遵循RFC2326的扩展要求)。扩展后通过RTSP的交互，STB可以上传RegionID标识，可以从媒体服务控制器获取数据的频点、PID。

媒体服务控制器在接受该用户的请求后，首先判断该用户的接入方式，是否携带x-RegionID选项，如果是HFC接入，媒体服务控制器将向本地负载均衡器申请服务该STB的QAM资源；如果申请成功，媒体服务控制器将为该用户提供相应的点播服务。

媒体服务控制器是整个内容分发网络内容路由系统的边缘节点，负责最终提供给用户流媒体服务。根据基于HFC网络的视频点播系统的需要，媒体服务控制器在处理应用业务时，需要协助本地负载均衡器进行QAM资源的管理。

媒体服务控制器是基于HFC网络的视频点播系统中重要一环，与系统中各个部分都有着一定的联系。首先它连接着终端STB，和STB进行RTSP的控制信令的交互。其次它连接着QAM设备，向QAM传送需要转发的TS数据包。它还连接着CDN网络，对于任何点播请求需要向CDN网络发起认证并汇报状态。最后它还连接着原始内容服务器，如果用户点播某部影片，该影片没有在媒体服务控制器本地磁盘上(即没有命中)，媒体服务控制器需要向原始内容服务器请求该影片的点播服务，以代理(Proxy)方式向用户提供服务。针对基于HFC网络的视频点播系统，增加了如下机制：

1)增加保活机制

在Proxy工作方式下，媒体服务控制器会向原始内容服务器发送“Options”命令，以保活该连接。

命令发送的间隔为30秒，如果原始内容服务器在70秒内没有接收到该命令，则将断开该连接，结束播放。

2)增加Set_Parameter命令处理

当文件播放到最后时，原始内容服务器将发送Set_Parameter命令，命令中的具体内容为“本次播放正常结束”

媒体服务控制器需要接受本地负载均衡的实时监控，并提供负载、当前服务情况等信息供本地负载均衡器的路由算法使用。

媒体服务控制器需要处理STB的连接请求，进行应用业务相关的判断，决定是否允许提供流媒体内容的服务。相关的判断包括STB是否通过认证，STB请求的内容是否能够提供，媒体服务控制器是否超过其服务能力。

根据基于HFC网络的视频点播系统的需要，对媒体服务控制器进行扩展，在STB请求服务时，媒体服务控制器需要向本地负载均衡器报告并申请QAM的资源，并得到相应的QAM的输入端口信息，以便将STB请求的媒体数据通过相应的QAM设备发送给STB。STB播放结束或者异常退出后，媒体服务控制器要向本地负载均衡器进行汇报，释放相应的资源。

负载均衡方法

根据本发明的第二方面，提供一种视频点播网络的负载均衡方法，参考图5所示，图5是根据本发明的一实施例的视频点播网络的负载均衡方法的流程图，该视频点播网络中包括STB、QAM设备和内容控制器相连，该视频点播网络还包括负载均衡系统，该负载均衡方法500包括：

502.由负载均衡系统中的全局负载均衡器接收来自STB的点播请求；点播请求中包含一请求区域信息；

504.全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器，路由表由全局负载均衡器保存，路由表记录负载均衡系统中的本地负载均衡器的区域信息；

506.具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况，如果负载状况允许为STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器及其所连接的媒体服务控制器和QAM设备为STB提供服务；如果负载状况不允许为STB提供服务，则本地负载均衡器向全局负载均衡器报告，全局负载均衡器向STB报告请求失败。

根据具体的应用实例，本发明的负载均衡方法还可包括下列的步骤：

全局负载均衡器将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器进行服务，该本地负载均衡器具有和该区域相对应的区域信息；STB发送点播请求时，其请求区域信息与该STB地址所述的区域相对应。

本地负载均衡器保存至少下列信息：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息、备选PID信息。

本地负载均衡器定期对其所连接的媒体服务控制器、QAM设备以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器的媒体服务控制器、QAM设备以及STB具有相应的区域信息。

本地负载均衡器对其所连接的QAM设备的进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器所连接的媒体服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器向媒体服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器向QAM发送媒体数据。

本发明的负载均衡技术更好地利用了HFC网络的资源，提高了带宽的利用率以及视频流播放的速度。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种视频点播网络的负载均衡系统，与视频点播网络中的STB、QAM设备和内容控制器相连，其特征在于，包括：

全局负载均衡器，与STB可通信地相连，接收来自STB的点播请求；

至少一个本地负载均衡器，连接到全局负载均衡器，每一个本地负载均衡器具有一区域信息，每一个本地负载均衡器可通信地连接到STB；

每一个所述本地负载均衡器还连接到：

至少一个媒体服务控制器，每一个所述媒体服务控制器与内容控制器可通信地相连，还可通信地连接到所述STB；

至少一个所述QAM设备，每一个所述QAM设备与至少一个媒体服务控制器可通信地相连，还可通信地连接到所述STB；其中

所述STB的点播请求中包括一请求区域信息，所述全局负载均衡器保存有路由表，路由表记录本地负载均衡器的区域信息，所述全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器；

所述具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况，如果负载状况允许为所述STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器及其所连接的媒体服务控制器和QAM设备为所述STB提供服务；如果负载状况不允许为所述STB提供服务，则所述本地负载均衡器向全局负载均衡器报告，全局负载均衡器向所述STB报告请求失败。

2.如权利要求1所述的负载均衡系统，其特征在于，所述全局负载均衡器将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器进行服务，该本地负载均衡器具有和该区域相对应的区域信息；STB发送点播请求时，其请求区域信息与该STB地址所述的区域相对应。

3.如权利要求2所述的负载均衡系统，其特征在于，所述本地负载均衡器保存的信息至少包括：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息和备选PID信息。

4.如权利要求2所述的负载均衡系统，其特征在于，所述本地负载均衡器定期对其所连接的媒体服务控制器、QAM设备以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器的媒体服务控制器、QAM设备以及STB具有相应的区域信息。

5.如权利要求2所述的负载均衡系统，其特征在于，所述本地负载均衡器对其所连接的QAM设备进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器所连接的媒体服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器向媒体服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器向QAM发送媒体数据。

6.一种视频点播网络的负载均衡方法，所述视频点播网络中包括STB、QAM设备和内容控制器相连，其特征在于，该视频点播网络还包括负载均衡系统，所述负载均衡方法包括：

由负载均衡系统中的全局负载均衡器接收来自STB的点播请求；所述点播请求中包含一请求区域信息；

全局负载均衡器根据请求区域信息在路由表中选择有相匹配的区域信息的本地负载均衡器，所述路由表由全局负载均衡器保存，路由表记录负载均衡系统中的本地负载均衡器的区域信息；

具有相匹配的区域信息的本地负载均衡器查询其所连接的媒体服务控制器和QAM设备的负载状况，如果负载状况允许为所述STB提供服务，则由所选中的本地负载均衡器及其所连接的媒体服务控制器和QAM设备为所述STB提供服务；如果负载状况不允许为所述STB提供服务，则所述本地负载均衡器向全局负载均衡器报告，全局负载均衡器向所述STB报告请求失败。

7.如权利要求6所述的负载均衡方法，其特征在于，还包括

全局负载均衡器将所有视频点播网络的地址划分成数个区域，每一个区域由一本地负载均衡器进行服务，该本地负载均衡器具有和该区域相对应的区域信息；STB发送点播请求时，其请求区域信息与该STB地址所述的区域相对应。

8.如权利要求7所述的负载均衡方法，其特征在于，还包括

本地负载均衡器保存至少下列信息：区域信息、主频率信息、主PID信息、备选频率信息和备选PID信息。

9.如权利要求7所述的负载均衡方法，其特征在于，还包括

本地负载均衡器定期对其所连接的媒体服务控制器、QAM设备以及STB进行区域信息配置，使属于同一本地负载均衡器的媒体服务控制器、QAM设备以及STB具有相应的区域信息。

10.如权利要求7所述的负载均衡方法，其特征在于，还包括

本地负载均衡器对其所连接的QAM设备进行PID配置和UDP端口管理，设定UDP端口和PID的对应关系，当本地负载均衡器所连接的媒体服务控制器向本地负载均衡器请求资源来服务STB时，除了分配带宽，还需要本地负载均衡器向媒体服务控制器提供UDP端口和PID的信息，以便媒体服务控制器向QAM发送媒体数据。

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