CN101431534A - 经由受管对等网络或下一代网络的保证质量多媒体服务 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种经由受管对等网络(也被称为超级对等、SP2P网络)的保证质量多媒体服务的方法和系统。公开了用来提供有保证质量多媒体服务的受管对等网络(1)。该网络包括：至少一个缓存节点(3)，用于缓存多媒体数据段；边缘缓存节点(4)，用于用多媒体数据服务于用户设备(2)；和准许逻辑(5)，用于检查对于所需要的服务质量是否允许来自用户设备(2)的服务请求，其中只有导致所请求的服务质量能够得到保证的媒体会话的服务请求才被允许。

Description

经由受管对等网络或下一代网络的保证质量多媒体服务

技术领域

本发明涉及用于经由受管对等网络(也公知为超级对等(sP2P，superpeer-to-peer)网络)的保证质量多媒体服务的方法和系统。

背景技术

例如基于互联网的开放式P2P网络作为诸如内容点播(CoD，contenton-demand)、广播TV(bTV，broadcast TV)、推CoD(push CoD)之类的传统互联网协议电视(IPTV(Intemet protocol television))服务的替代传送机制正在兴起。传统IPTV服务通常经由封闭式运营商提供的网络来传送。然而，基于互联网的sP2P网络目前不能为点播、实时多媒体服务提供产品等级服务质量(QoS)。

典型的sP2P网络提供缓存服务器(caching server)，使得能够快速访问频繁请求的网页或文件。缓存服务器(或缓存覆盖(caching overlay))与互联网服务提供商(ISP)是共同的，允许有效地访问频繁受访的网站。类似地，多媒体缓存服务器被认为加速访问频繁请求的多媒体资产，并且减少网络过载。然而，现有的方法提供“尽力而为(best effort)”服务质量，并没有很好地适应基于IP的点播多媒体服务的需求。这是因为缓存服务器被用于非实时的网页、文件、以及所强调的体系结构的分配，而并不被采用用于经常要求高带宽的时间敏感的多媒体传送。

存在两组旨在改善经由互联网的多媒体资产分配的质量和速度的已知解决方案。第一组解决方案改善媒体和软件资产的非实时分配的速度。其使用传统的缓存模型，其中内容被缓存在提供可定标性的覆盖服务器(overlay server)中，但是仅提供“尽力而为”下载速度。第二组解决方案最近开始出现，并且目的在于传送IPTV服务，例如CoD、bTV。一种现有技术解决方案为Akamai’s EdgeSuiteStreaming(AESS)。AESS与分布式视频点播(VOD)流的传统模型相接近。生活广播或媒体点播内容流经由互联网被传送给一系列缓存边缘(caching edge)。所述缓存边缘接近终端用户，且用来服务于所请求的内容。点播服务的这种现有技术解决方案从存储装置下载流，并在流开始到用户设备之前将所述流可靠地传递到互联网边缘处的流服务器。该AESS解决方案是传统分布式视频流对开放式互联网网络的应用。并不存在保证的服务质量，采用尽力而为方法。此外，由于流必须被下载到所选择的边缘服务器，因此不能保证实时服务，直至下载至少部分地完成为止。

针对生活广播服务，上述现有技术解决方案经由互联网从进入点到最佳的边缘流服务器经由不同的路由发送同一流的多个副本。尽管潜在地提供一些改进，该强调的方法仍然是尽力而为，并且服务质量仍不能被保证。“经由不同的路由发送同一流的多个副本”解决方案的缺点是，多个高带宽副本消耗显著的资源量，并且按比例放大(scaling up)要求用指数表示的基础设施升级。

所有已知现有技术的共同缺点是经由公众网络仅提供尽力而为服务，其中服务质量不能被保证。

发明内容

本发明建议一种经由开放式(或封闭式)sP2P网络提供保证质量点播多媒体服务的方法并且可被并入下一代网络(NGN)中。

本发明建议一种用于在受管对等网络(managed peer-to-peer network)上提供保证质量多媒体服务(guaranteed quality multimedia service)的方法，包括如下步骤：从用户设备接收媒体服务请求，该媒体服务请求指示媒体会话需要的服务质量；确定多媒体服务请求对于所需要的服务质量是否被允许；只有所需要的服务质量对于媒体会话能够得以保证，才允许媒体服务请求。所需要的服务质量可以被显性地或者隐性地被指出。例如，如果用户请求电影，则所需要的QoS可以从电影编码的比特率被确定。

所建议的方法提供经由IP(例如互联网)sP2P网络的保证质量的点播多媒体服务，并能够实现sP2P网络中的服务质量(QoS)。该方法是适应的并可以被包括于新兴的下一代网络(NGN)架构中。

根据本发明的一个方面，准入控制(admission control)被引入到缓存式覆盖网络(cached overlay network)(sP2P网络)中。只有如下文所述的服务质量肯定地能得到保证的会话才会被允许。“不允许的”会话可能会被提供尽力而为服务或者被拒绝。

准入控制可以基于成本度量，例如，在网络上的和在缓存节点之外的带宽可用性。然而，本发明并不局限于sP2P网络的特定准入矩阵。

根据本发明的另一方面，sP2P准入控制与资源预留(resource reservation)和控制相耦合，用以为允许的会话预留根本的传送资源。例如，NGN的资源准入和控制子系统(RACS(Resource Admission and Control Sub-system))可以被使用。RACS由ETSI TISPAN NGN版本1和版本2定义，并且包括一系列标准接口，这些标准接口可以由NGN网络提供商实施，用以使资源预留实现。

在本申请中，对“传送资源预留(delivery resource reservation)”应用广义。例如在复杂的情况下，不同的网络部分可以在不同时间被预留(利用连续的或重叠的远期规划(forward planning))，用以从不同位置聚集所需要的多媒体段。预留可以应用于网络的任何部分。优选地，预留智能地被应用：仅仅预留当需要网络部分以便从一个或多个位置收集内容段时所需要的网络部分。

根据本发明实施例，两个步骤解决方案被采用：第一步，对于对sP2P覆盖网络的准入仅考虑满足成本度量的新会话。第二步，sP2P服务器为允许的会话预留传送资源，并确认保证的服务质量(QoS)。

传送资源预留可以不是极微的(atomic)。如上所述，不同网络部分在不同时间和位置可以被预留，可能存在没有传输资源被预留的时期(times)。优选的情况是组合式服务满足点播多媒体需求，例如：

—组合式服务以大于或等于实时传送用的资产编码比特率(asset encodedbit-rate)的速率到达

—组合式服务以在所指示的将来时间保证资产可用性的总速率到达。

其他点播多媒体需求是可能的并且可以应用于本发明的实施例。

根据本发明的另一方面，用于提供保证质量多媒体服务的受管对等网络被提供。网络包括用于缓存多媒体数据段的至少一个缓存节点；用于利用多媒体数据服务于用户设备的边缘缓存节点；和用于检查来自于用户设备的服务请求对于所需要的服务质量是否被允许的准入逻辑。只有导致所需要的服务质量能够得到保证的媒体会话的服务请求才被允许进入受管对等网络。

本发明能够实现经由公共互联网的产品质量多媒体服务(CoD，bTV，推CoD，以及其他)。本发明允许经由互联网的多个服务等级，例如用于自由内容和保证高价值资产质量的尽力而为。这改进了sP2P网络的效率，而不需要如在现有技术中所讨论的多个流副本。

附图说明

本发明的目的和特征将从优选实施例的描述中变为显而易见的。本发明在下面通过参照在附图中图示性说明的示例性实施例加以描述，其中，

图1示出根据本发明实施例的用于保证质量sP2P多媒体服务的网络体系结构；以及

图2示出资源预留图示例。

具体实施方式

在图1中示出了本发明的实施例，该实施例示意性示出(例如基于互联网的)sP2P网络1，所述sP2P网络1包括若干缓存节点3(CN-1，2，3)和边缘缓存节点4(CN EDGE)，所述边缘缓存节点服务于用户设备2(UE)，如IPTV机顶盒(STB)。sP2P网络具有准入逻辑5和传送资源预留6。

当UE2请求包括三个段的媒体资产(asset)A时

资产A＝{Seg₁，Seg₂，Seg₃}，边缘缓存节点4在接受传送请求前，利用准入逻辑5检查对于所需要的QoS是否能够允许该请求。准入逻辑5可以与边缘节点4被协同定位，集中地(centrally)被定位或分布在多个位置上。

如上所述，准入逻辑处理可以包括若干步骤。在第一步，准入逻辑5可以检查：

-在边缘缓存器4和UE2之间存在足够的传送资源；和/或

-所请求的资产的所有段在sP2P1中是可用的，其“传送到”边缘缓存器4或由边缘缓存器4“拉动(pulling)”满足成本矩阵(cost matrix)。

成本矩阵的最简单的例子为可用带宽。例如，所要求的段在缓存节点上，并且网络资源可以在缓存节点和边缘缓存器之间被预留。复杂性的额外等级是缓存节点的地理位置和至边缘缓存器的距离因素。复杂性的额外等级是在路径中中间缓存节点的当前负荷因素。用于在成本矩阵中考虑的成本量度的不同组合是可能的。

例如，在简单情况下将段SegX拉动到边缘缓存器4的成本矩阵可以采用路由成本算法，该路由成本算法分析从在路由上的缓存节点3用以传送SegX的可用带宽、节点之间的链路带宽以及缓存节点3的数量，如下：

$\mathrm{path}=\underset{\mathrm{among\; paths}}{\mathrm{MIN}}\left\{P\underset{i=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}(1-\frac{\mathrm{CN}\_{\mathrm{BW}}_{\mathrm{left\; i}}}{\mathrm{CN}\_{\mathrm{BW}}_{\mathrm{total\; i}}})\right(1-\frac{L\_{\mathrm{BW}}_{\mathrm{left\; i}}}{L\_{\mathrm{BW}}_{\mathrm{total\; i}}}\left)\right\},$

其中，

P为SegX到边缘缓存器的路由上的缓存节点的数量，

CN_BW_lefti为在SegX正被传送的情况下在第i个缓存节点中剩余的带宽，

CN_W_totali为第i缓存节点的总带宽，

L_BW_lefti为在SegX正在被传送的情况下在第i和下一缓存节点之间的剩余的链路带宽，

L_BW_totali为第i和下一缓存节点之间的总链路带宽。

作为一般的示例，上述公式考虑以下情况(请参照前面的注解)，其中段在边缘缓存器4上不可用，并必须通过若干中间缓存节点被拷贝用以到达边缘缓存器4。所有可能的路由都被考虑。在和符号下乘积的第一部分向下‘加权’(”weight”down)具有最小负荷的节点，乘积的第二部分向下“加权”具有最大可用带宽的节点。两个加权的最小乘积代表最好的选择。

其他成本矩阵也可以被应用，例如，采用加权系数以在峰值负荷时为高价值资产优先化准入。除以上所讨论的两个“加权”之外，反映资产值的“加权”系数可以被引入，例如被引入到和符号下的乘积中。该系数可以“向下加权”高价值资产(例如首映电影(premier movie))从而保证其得到优先对待(分布)。这仅仅是例子。其他组合、因素和等式可以被应用，例如基于最大加权而不是最小加权的等式。

假设准入逻辑在第一步中做出了积极决定，并决定Seg1和Seg3应从CN1传送，而Seg2应从CN2传送(参照图1)

图1示出例如“Segl-1Mbps”，其意味着准入逻辑确定存在以1Mb/s从CN1分配Seg1的带宽。这可能是因为段征在抢先从其他节点被分配，或者由于准入逻辑想从CN1保持一些链接资源用以服务于其他请求。Seg2和Seg3在CN1同样容易地可用。Seg2在CN3不可用，其在CN2可用，且仅在小的时间窗[t1，t2]处被分配，而CN2还提交链路带宽给其他活动。准入逻辑为三个段建立分配调度(schedule)，并如图2中所示预留网络资源。

第二步，准入逻辑然后：

-对于段恢复的持续持续时间，远期规划和预留端点之间的资源；

-指令边缘节点何地和何时拉动所述段。

传送资源预留单元6提供物理接口用以预留网络资源；建立预留调度的智能(intelligence)位于准入逻辑5中。匹配事务模型(matching business model)是NGN网络提供商揭露RACS接口且服务提供商采用保证QoS准入逻辑，比如IPTV服务。在一般情况下，资源预留是由NGN网络运营商所提供的，如图1的独立的块6所示。准入控制和缓存覆盖可以由服务提供商提供：图1上的块3和块5。

-用于上述例子段拉动的资源预留图的示例如图2所示。

重要的是注意，所建议的解决方案不需要任何比特率控制或由缓存节点的强制。缓存节点可以使链路带宽饱和。强制(enforcement)由传送资源预留(如RACS)完成，以当拉动或推动节点尝试使链接饱和时保证最小带宽。

如果更多带宽可用，则段下载可以更早完成，且边缘节点可以通知准入逻辑不再需要预留以便释放资源。

总之，本发明具有如下优点：

-能实现经由公共网络的保证产品质量多媒体服务(CoD，bTV，推动CoD，其他)；

-允许高价值资产的多服务等级；

-在开放式互联网中通过提供覆盖网络或传送资源预留允许电信运营商的新收益产生模式；

-当仅仅所需要的段被缓存且所终止的“进行中(in-progress)”的会话可以马上释放资源，则优化资源使用；

-避免由于传输同一媒体流的多个副本到流服务器而导致浪费带宽；

-改进sP2P网络的效率

本发明可以以多种方式以硬件和/或软件来实现。实施例可以包括网络实体，例如缓存节点、边缘缓存节点、准入逻辑组件、传送资源预留组件和/或用户设备。

Claims (11)

1、用于提供保证质量多媒体服务的受管对等网络，包括：

至少一个缓存节点，用于缓存多媒体数据段；

边缘缓存节点，用于用多媒体数据服务于用户设备；和

准入逻辑，用于检查对于所需要的服务质量是否允许来自用户设备的服务请求，

其中只有导致所需要的服务质量能够得到保证的媒体会话的服务请求才被允许。

2、如权利要求1所述的网络，其中准入逻辑包括成本度量分析单元，用以确定与服务请求相关联的多媒体数据段的传送是否满足成本需求。

3、如权利要求1所述的网络，进一步包括资源预留和控制装置，用以为允许的会话预留网络传送资源。

4、用于在受管对等网络上提供保证质量多媒体服务的方法，包括步骤：

从用户设备接收指示媒体会话的所需要的服务质量的媒体服务请求；

确定对于所需要的服务质量是否允许多媒体服务请求；和

仅在所需要的服务质量对于媒体会话能够得到保证时才允许媒体服务请求。

5、如权利要求4所述的方法，其中在所需要的服务质量能够被保证的情况下，媒体服务请求被拒绝或者被提供尽力而为服务。

6、如权利要求4所述的方法，包括：

确定在边缘缓存节点和用户设备之间对于所请求的媒体会话是否存在足够的传送资源。

7、如权利要求4所述的方法，包括：

计算成本矩阵，所述成本矩阵用于确定与拉动所请求的媒体段至服务于用户设备的边缘缓存节点有关的成本。

8、如权利要求7所述的方法，其中成本矩阵通过应用路由成本算法来计算，所述路由成本算法考虑在从缓存节点到边缘缓存节点的不同路径上的可用带宽。

9、如权利要求7所述的方法，其中成本矩阵通过应用路由成本算法来计算，所述路由成本算法考虑在从缓存节点到边缘缓存节点的路径上的节点之间的链路带宽。

10、如权利要求4所述的方法，包括：

预留用于传送所请求的媒体段的网络资源，使得所请求的媒体会话满足点播多媒体需求。

11、如权利要求10所述的方法，其中点播多媒体需求包括用户设备处的媒体段到达率。

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