CN101304514A - 一种视频点播系统及其数据缓存方法和调度服务器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于视频点播系统，提供了一种视频点播系统及其数据缓存方法和调度服务器，所述方法包括下述步骤：从所述用户节点中选择候选种子节点，并存储所述候选种子节点信息；根据所述存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务；将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，以使所述候选种子节点进行节目缓存。本发明实施例通过将待主动缓存的节目分配至候选种子节点，由候选种子节点主动缓存节目，从而提高了视频点播系统的服务质量和可靠性。

Description

一种视频点播系统及其数据缓存方法和调度服务器

技术领域

本发明属于视频点播领域，尤其涉及一种视频点播系统及其数据缓存方法和调度服务器。

背景技术

视频点播系统(Video-on-Demand，VOD)由于其允许信息需求者在任何时间选择所需的信息而被广泛的应用在视频播放、视频监控以及远程教育等领域。现有的视频点播系统一般采用客户端/服务器(C/S)的模式，其中节目存储于服务器，客户端通过向服务器发送节目请求，由服务器向客户端传输请求的节目并由客户端播放。由于视频点播系统处理的数据一般为节目，而节目通常占用磁盘空间大，传输带宽高，且处理时占用的处理器资源较大，从而采用C/S模式容易造成服务器端的瓶颈问题。

为解决上述问题，现有技术提供了一种基于点对点(Peer-to-Peer，P2P)技术的视频点播系统，当用户在观看视频时，将对应的全部或者部分节目以明文或者密文的方式缓存在本地磁盘上。这种数据缓存方式在用户重播该视频时，直接从本地磁盘读取节目，播放流畅，同时可以使播放该视频的用户作为种子向其他用户提供服务，从而节约了服务器带宽。但由于这种数据缓存方式只对用户当前点播的节目进行缓存，从而没有充分利用网络资源，同时使某些种子数目较少的节目效率较低，而使视频点播效果受单点瓶颈制约较大。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种视频点播系统中的数据缓存方法，旨在解决现有技术由于只缓存用户当前点播的节目，而造成的视频点播效果受单点瓶颈制约较大的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种视频点播系统中的数据缓存方法，所述方法包括下述步骤：

从所述用户节点中选择候选种子节点，并存储所述候选种子节点信息；

根据所述存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务；

将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，以使所述候选种子节点进行节目缓存。

本发明实施例的另一目的在于提供一种调度服务器，所述调度服务器包括：

种子节点选择单元，用于从所述用户节点中选择候选种子节点；

种子资源池，用于存储所述种子节点选择单元选择的候选种子节点；

缓存任务生成单元，用于根据所述种子资源池中的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务，并将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点。

本发明实施例的再一目的在于提供一种视频点播系统，所述系统包括存储节目与种子节点之间的对应关系的索引服务器、存储节目内容的种子服务器以及用户节点，所述视频点播系统还包括所述调度服务器。

本发明实施例通过在视频点播系统中设置调度服务器，通过该调度服务器选取视频点播系统中资源较充足的节点作为候选种子节点，并根据视频点播系统中的节目点播效果选择需要增加种子节点的节目，将该节目分配至候选种子节点，由该候选种子节点主动缓存该节目，从而提高了视频点播系统的服务质量和可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的视频点播系统中数据缓存方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的根据预设的判断标准判断用户节点是否可以作为候选种子节点的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的视频点播系统的组成结构图；

图4是本发明实施例提供的调度服务器的组成结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，通过在视频点播系统中设置调度服务器，通过该调度服务器选取视频点播系统中资源较充足的节点作为候选种子节点，并根据视频点播系统中的节目点播效果选择需要增加种子节点的节目，将该节目分配至候选种子节点，由该候选种子节点主动缓存该节目，以提高视频点播系统的服务质量和可靠性。

图1示出了本发明实施例提供的视频点播系统中的数据缓存方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，根据用户节点的资源占用情况选取候选种子节点并存储。

其中根据用户节点的资源占用情况选取候选种子节点的方式有两种，一种是服务器主动检测方式；另一种是节点主动请求方式。

其中采用服务器主动检测方式选取候选种子节点的过程如下：服务器根据预设的判断标准判断视频点播系统中的用户节点是否可以作为候选种子节点，并获取可以作为候选种子节点的用户节点的信息，再从获取的所有用户节点中选择符合预设的选择标准的用户节点作为候选种子节点。其中预设的判断标准可以是磁盘空间、网络带宽以及在线时长中的一种或者多种组合。预设的选择标准可以是业务特性、节点的网络类型、节点的历史表现、存储的种子节点的饱和度等的一种或者多种组合。其中业务特性是指待主动缓存节目所呈现的传输特征，包括其访问规律等，如对于主要在白天访问的节目，在晚上其在线种子数目可以维持较少的数量；对于快速流行和消退的数据，在消退之后种子数目也可以减少。节点的网络类型是指节点的网络基本信息，包括所接入的互联网服务提供商(Internet Service Provider，ISP)情况、接入带宽、内外网情况等，如具有公网IP的节点连通率较高，可优先考虑选取。节点的历史表现是指该节点近期在系统中的在线时长，在线越长的节点更适合作为种子节点。种子资源池的饱和度是指待主动缓存节目的热门程度，对于非常热门的节目，其已有种子节点已经足够多，相应的种子节点选取可以较为宽松。

采用节点主动请求方式选取候选种子节点的过程如下：用户节点主动向服务器上报节点信息，以向服务器请求成为候选种子节点，服务器再从上报的所有用户节点中，选择符合预设的选择标准的节点作为候选种子节点。由于需要保证种子节点的基本服务能力，因此，在节点向服务器上报节点信息前，先根据预设的判断标准判断节点自身是否可以作为种子节点。其中预设的判断标准的定义同上，在此不再赘述。

以下以磁盘空间、网络带宽以及在线时长的组合作为预设的判断标准为例，详细说明根据预设的判断标准判断节点自身是否可以作为种子节点的过程，可以理解，预设的判断标准的顺序可以任意，不以下述顺序为限，其具体过程如图2所示。

在步骤S201中，判断节点的磁盘空间是否大于预设的磁盘空间的阈值，如果是，则执行步骤S202，否则执行步骤S205；

在本发明实施例中，可以根据节目缓存的需要，预先设定磁盘空间的阈值(如300MB)，再判断节点预划分空间中剩余磁盘缓存空间是否大于预设磁盘空间的阈值，如果是，则判定该节点的磁盘空间较为充足，执行步骤S202，否则判定该节点的磁盘空间不充足，不能向调度服务器请求成为候选种子节点。

在步骤S202中，判断节点的可用网络带宽是否高于预设的网络带宽的阈值(如300kbps)，如果是，则执行步骤S203，否则执行步骤S205。

在本发明实施例中，节点的可用网络带宽可以采用如下两种方式计算：一种方式是用户预先设置链路的总带宽，再测量获得本终端的实时下行速率，将链路的总带宽减去节点的实时下行速率，即可得到该终端的实时可用网络带宽；另一种方式是采用一些公开的低开销的网络测速方法，其具体过程为：设置若干测速服务器，通过业界较为成熟的包对(Packet Pair/Packet Train)等测量方法，获得当前网络的可用带宽。可以理解，可用网络带宽的计算方式也可以采用其他方式。当节点的可用网络带宽高于预设的网络带宽的阈值时，判定该节点的网络带宽较为富余。

在步骤S203中，判断节点的在线时长是否长于预设的在线时长的阈值，如果是，则执行步骤S204，否则，执行步骤S205。

在步骤S204中，判定该节点可以向调度服务器请求成为候选种子节点，判定结束。

在步骤S205中，判定该节点不能向调度服务器请求成为候选种子节点。

在本发明实施例中，由于节点的在线时间越长，该节点作为种子节点的优势越明显，因此，可以将节点的在线时长作为预设的判断标准。

经上述步骤S201至步骤S205后，如果判定该用户节点可以向服务器请求成为候选种子，则用户节点主动向服务器上报节点信息，并向服务器请求成为候选种子。服务器在接收到上报的节点信息时，从所有上报的用户节点中选择符合预设的选择标准的节点作为候选种子节点，并将选取的候选种子节点存储，以备使用。

可以理解，上述步骤S201、S202、S203的顺序可以任意，不以图2所示为限。

在步骤S102中，根据选择的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务。

在本发明实施例中，主动缓存是指在用户节点未点播某节目时，服务器主动将该视频点播系统中的节目缓存在用户节点中。主动缓存是相对于现有的只有在用户节点点播了某节目时，才将该节目缓存在用户节点的被动缓存而言的。缓存的具体执行方法包括两种：种子服务器备份向用户节点缓存；其他种子节点向新的种子节点缓存。

在选择了候选种子节点和待主动缓存的节目后，服务器可以随时触发主动缓存任务生成操作，并将生成的主动缓存任务分配至相应的候选种子节点。其中服务器采用的触发机制可以是时间，也可以是事件通知，如当视频点播系统中的服务器发现某重要的节目的种子节点特别少时，即触发服务器的主动缓存任务生成操作。生成的主动缓存任务包括但不限于种子节点、节目、任务执行时间、任务执行策略等。

在本发明实施例中，可以采用以下两种方式生成主动缓存任务，一种是随机生成方式，一种是按照预设的原则生成方式。

其中随机生成方式是指选择的候选种子节点与节目之间随机组合，生成主动缓存任务。如当选择的候选种子节点有1、2、3，待主动缓存的节目有A、B，则生成主动缓存任务时，可以采用节点1缓存节目A，节点2缓存节目B；也可以采用节点1缓存节目B，节点3缓存节目A等其他多种组合的方式，生成主动缓存任务。

在本发明实施例中，在生成主动缓存任务时，可以采用现有技术提供的各种P2P数据缓存方法，如将待主动缓存节目完整的存于一个候选种子节点或者多个候选种子节点，也可以将待主动缓存节目分成多片，将各片分别存于多个候选种子节点。

按照预设的原则生成方式是指将待主动缓存的节目与候选种子节点的相关特性进行绑定，按照预设的原则生成主动缓存任务。其中节点的相关特性是指节点的网络类型、节点的历史表现、存储的种子节点的饱和度等，预设的原则是指一系列缓存操作条目的集合，每条缓存操作条目都包含数据对象、缓存时机、用户种子条件与缓存数据量。这里的数据对象是指根据前面提到的方法选取出来的呈现某些规律且需要增加种子节点的节目，缓存时机是执行缓存操作的时间，用户种子条件是针对节点相关特性做限制，例如每天在线时长不得少于4个小时，或用户计算机具有中国电信的全局IP地址。缓存数据量是指主动缓存的数据量，用完整的副本个数表示。

如下为预设的原则的一个示例，可以设置如下原则：对电影《钢铁侠》，2008年5月29日8:00和17:00选择若干每天在线时长不低于4个小时的ADSL用户种子，向它们主动缓存累计5份的《钢铁侠》电影数据。。如由于地理位置的不同，从而使节目在同一时段的不同地点的点击次数不一致，从而在生成主动缓存任务时，可以将待主动缓存的节目与候选种子节点的物理位置进行绑定。如当存储节目C的服务器设置在中国，由于中国与美国存在时区差，从而在白天时，对节目C的点播请求大多来自中国，而在晚上时，对节目C的点播请求大多来自美国，此时，可以在白天的时候，采用位于美国的候选种子节点4缓存节目C，以生成主动缓存任务，并将生成的主动缓存任务分配至位于美国的候选种子节点4。当然，可以采用多个位于美国的候选种子节点缓存同一待主动缓存的节目C。这样，当晚上有大量位于美国的节点点播节目C时，则位于美国的各种子节点中缓存了节目C的所有节点均可以向其他节点提供服务，从而提高了视频点播系统的服务效率。

在本发明另一实施例中，为了使主动缓存的节目更具有针对性，以提高视频点播系统的服务质量，在根据选择的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务之前，该方法还包括下述步骤：

根据视频点播系统中节目的点播信息选择待主动缓存的节目。

在本发明实施例中，可以采用如下两种方式选择需要主动缓存的节目。一种是随机选择方式，一种是基于预测的选择方式。

当采用随机选择方式时，服务器随机的选择主动缓存的节目，虽然随机选取缺乏针对性，选取概率较为平均，但相对于现有的视频点播系统来说，由于主动缓存可以增加节目的种子节点数量，因此，依然可以提高视频点播系统的服务质量和效率。

当采用基于预测的选择方式时，服务器首先预测下一时间段内视频点播系统的P2P服务效率，然后按照如下判断：如果某一节目的P2P点播服务效率较低，则将该节目作为待主动缓存的节目。这里的节目P2P服务效率是指用户点播操作时节目来自用户种子节点所占的比例。这样考虑的原因在于：如果节目大部分甚至全部来自种子服务器，则很可能造成单点瓶颈问题，从而使播放不流畅，播放效果较差，其P2P服务效率较低。此时将该节目作为待主动缓存的节目，以增加该节目的可用种子数量，有利于提高其P2P服务效率和服务质量。需要注意的是，相对于某些现有技术的采用种子数量来衡量是否需要缓存的方案不一样，本发明的P2P服务效率考虑到点播请求方行为，更直接反映了节目的传输性能。因此，通过预测P2P服务效率来选择待主动缓存的节目，可以更大程度的提高视频点播系统的服务质量和P2P服务效率。

在本发明实施例中，P2P服务效率的预测方式有多种，如基于类周期性的业务数据的预测方式，或者单调趋势的预测方式。其中类周期特性的业务数据是指随时间变化而呈现接近周期变化的业务数据。业务数据包括用户在线数、节目请求数、节目在线种子数目等客观用户数据。根据众多互联网业务的运营数据统计，业务在相对稳定时其趋势变化往往以“一天”为周期而类似出现。因此，根据历史统计信息，采用基于类周期特性的业务数据对视频点播系统的服务效率可以简单预测常规情况的点播效果。如某节目在白天时段里点播非常频繁，种子节点也很多，而在夜晚时段，点播次数的下降慢于种子数量的下降，那么从数据流来看，夜晚的点播会占用较多的服务器资源，导致视频点播系统的服务效率降低，用户点播可能会不流畅。而单调趋势的预测方式是指根据每天节目点播的统计量，预测第二天节目点播的情况，如近期电影《钢铁侠》新上映，其点播量与日俱增，这样每天可以预测第二天会继续增加。如果点播量的增加超出用户种子的增加趋势，则P2P服务效率会降低。

当采用基于类周期特性的业务数据的预测方式，预测到某节目在某时段的点播次数的上升快于种子数量的上升时，可以针对这类节目，在另一时段，种子数量较冗余时，选择合适的节点对该节目多做备份。同理，当采用单调趋势的预测方式，预测到某节目在某时段的点播次数的上升快于种子数量的上升时，则将该节目作为待主动缓存节目，在种子数量较冗余的时段，选择合适的节点对该节目多做备份。

在步骤S103中，将生成的主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，由相应的候选种子节点主动缓存分配的节目。图3示出了本发明实施例提供的视频点播系统的组成结构，现有的视频点播系统包括索引服务器1、种子服务器2以及用户节点3。其中索引服务器1中存储了网络中的资源与在线用户节点之间的映射关系，其中网络中的资源包括视频、音频、文本等各种资源，在视频点播系统中，网络中的资源主要包括视频和音频数据。种子服务器2存储完整的视频点播节目的内容，是视频点播系统中稳定而可靠的数据源，其内容由服务运营方发布。用户节点3是当前视频点播系统中的在线用户，其可以将当前点播的节目缓存在本地磁盘中，从而成为种子节点，可以为其他用户节点提供服务。

本发明在视频点播系统上述现有的组成结构的基础上增加了调度服务器4。其中调度服务器4从用户节点3中选择资源较充足的用户节点作为候选种子节点，并根据视频点播系统中的节目点播效果选择待主动缓存的节目，将选择的待主动缓存的节目分配至选择的候选种子节点，以生成主动缓存任务，并将生成的主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，同时将待主动缓存的节目与候选种子节点之间的对应关系传输至索引服务器1进行存储。

图4示出了图3所示的视频点播系统中的调度服务器4的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

种子节点选择单元41从用户节点3中选择候选种子节点，并将选择的候选种子节点存储至候选种子资源池42中。

在本发明实施例中，种子节点选择单元41可以根据预设的判断标准判断视频点播系统中的用户节点3是否可以作为候选种子节点，并获取可以作为候选种子节点的用户节点3的信息，再从获取的所有用户节点3中选择符合预设的选择标准的节点作为候选种子节点。其中预设的判断标准和预设的选择标准的定义如上所述，在此不再赘述。种子节点选择单元41也可以在接收到用户节点3主动向调度服务器4上报的节点信息时，从上报的所有用户节点中，选择符合预设的选择标准的用户节点作为候选种子节点。由于需要保证种子节点的基本服务能力，因此，在用户节点3向调度服务器4上报节点信息前，用户节点3先根据预设的判断标准判断节点自身是否可以作为种子节点。其中预设的判断标准的定义同上，在此不再赘述。

在本发明实施例中，当种子节点选择单元41从用户节点中选择了候选种子节点后，将选择的候选种子节点存储至候选种子资源池42中，以备后用。

缓存任务生成单元44根据种子资源池42中存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务，并将生成的主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，以使候选种子节点在接收到主动缓存任务时，将主动缓存任务中的主动进行缓存。生成的主动缓存任务包括但不限于种子节点、节目、任务执行时间、任务执行策略等。在本发明实施例中，缓存任务生成单元44可以根据种子资源池42中存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目随机的生成主动缓存任务，其具体过程如上所述，在此不再赘述。缓存任务生成单元44还可以根据预设的原则，将种子资源池42中存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务，其具体过程如上所述，在此不再赘述。

在本发明另一实施例中，为了使主动缓存的节目更具有针对性，以提高视频点播系统的服务质量，该调度服务器4还包括节目选择单元43。该节目选择单元43根据视频点播系统中节目的点播信息选择待主动缓存的节目。在本发明实施例中，可以采用如下两种方式选择需要主动缓存的节目。一种是随机选择方式，一种是基于预测的选择方式。两种选择需要主动缓存的节目的方式的具体过程如上所述，在此不再赘述。

在本发明实施例中，通过在视频点播系统中设置调度服务器，可以将服务效率低的节目主动缓存在资源较充足的用户节点中，提高了视频点播系统的服务质量和效率。在选取候选种子节点和待主动缓存的节目时，根据视频点播系统的业务特性、请求规律性等，从而提高了数据缓存的可控性和效率，节约了种子服务器的带宽，给用户带来较好的体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1、一种视频点播系统中的数据缓存方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

从所述用户节点中选择候选种子节点，并存储所述候选种子节点信息；

根据所述存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务；

将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点，以使所述候选种子节点进行节目缓存。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：

根据视频点播系统中的节目的点播信息选择待主动缓存节目；此时

所述根据所述存储的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务的步骤具体为：

根据所述存储的候选种子节点和待主动缓存节目生成生成主动缓存任务。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述用户节点中选择候选种子节点的方式为服务器主动检测方式，或者节点主动请求方式。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，当从所述用户节点中选择候选种子节点的方式为服务器主动检测方式时，从所述用户节点中选择候选种子节点的步骤具体为：

根据预设的判断标准判断所述用户节点是否可以作为候选种子节点，并获取可以作为候选种子节点的用户节点的信息；

从获取的所有用户节点中选择符合预设的选择标准的节点作为候选种子节点。

5、如权利要求3所述的方法，其特征在于，当从所述用户节点中选择候选种子节点的方式为节点主动请求方式时，从所述用户节点中选择候选种子节点的步骤具体为：

接收上报的根据预设的判断标准判定为可作为种子节点的用户节点信息；

从所述上报的用户节点中选择符合预设的选择标准的节点作为候选种子节点。

6、如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述预设的判断标准是磁盘空间、网络带宽以及在线时长中的一种或者多种组合，所述预设的选择标准是业务特性、节点的网络类型、节点的历史表现、种子资源池的饱和度等的一种或者多种组合。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述预设的判断标准是磁盘空间、网络带宽以及在线时长的组合时，所述根据预设的判断标准判断所述用户节点是否可以作为候选种子节点的步骤具体为：

判断用户节点的磁盘空间是否大于预设的磁盘空间的阈值，如果是，继续执行以下步骤，如果否，判定所述用户节点不能作为候选种子节点；

判断用户节点的可用网络带宽是否高于预设的网络带宽的阈值，如果是，继续执行以下步骤，如果否，判定所述用户节点不能作为候选种子节点；

判断用户节点的在线时长是否长于预设的在线时长的阈值，如果是，判定所述用户节点可以作为候选种子节点，如果否，判定所述用户节点不能作为候选种子节点。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可用网络带宽的计算方式为预先设置链路的总带宽，再测量节点的实时下行速率，采用链路的总带宽减去节点的实时下行速率，得到所述用户节点的可用网络带宽，或者为设置网络连通条件较好的测速服务器，通过包对及背景业务带宽估计低开销测速方法，测量当前网络的可用带宽。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度服务器根据节目的点播信息选择待主动缓存节目的为随机选择方式或者基于预测的选择方式。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，当调度服务器采用基于预测的选择方式选择待主动缓存节目时，调度服务器预测视频点播系统的服务效率，根据所述服务效率选择主动缓存节目。

11、如权利要求10所述的方法，器特征在于，预测服务效率的方式为基于类周期性的业务数据的预测方式或者单调趋势的预测方式。

12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度服务器根据所述候选种子节点和待主动缓存节目生成主动缓存任务的方式为随机生成方式或者按照预设的原则生成方式。

13、一种调度服务器，其特征在于，所述调度服务器包括：

种子节点选择单元，用于从所述用户节点中选择候选种子节点；

种子资源池，用于存储所述种子节点选择单元选择的候选种子节点；

缓存任务生成单元，用于根据所述种子资源池中的候选种子节点和视频点播系统中的节目生成主动缓存任务，并将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点。

14、如权利要求13所述的调度服务器，其特征在于，所述调度服务器还包括：

节目选择单元，用于根据视频点播系统中节目的点播信息选择待主动缓存节目；此时

所述缓存任务生成单元根据所述种子资源池中的候选种子节点和所述节目选择单元选择的待主动缓存节目生成主动缓存任务，并将所述主动缓存任务分配至相应的候选种子节点。

15、一种视频点播系统，所述系统包括存储节目与种子节点之间的对应关系的索引服务器、存储节目内容的种子服务器以及用户节点，其特征在于，所述视频点播系统还包括权利要求13所述的调度服务器。

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