CN101448139B - 一种基于p2p网络的数字媒体点播方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于P2P网络的数字媒体点播方法，包括：向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块；根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围；对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据；对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。该方法保证了点播的流畅性，又降低了的资源服务器负载。

Description

一种基于P2P网络的数字媒体点播方法 

技术领域

本发明涉及互联网上数字媒体的点播，特别涉及一种基于P2P网络的数字媒体点播方法。 

背景技术

随着国际互联网(Internet)和数字化技术的快速发展，通过互联网交易及传播的数字媒体内容(通常为音视频资源)越来越多。大量数字媒体内容的提供商和运营商利用高速互联互通的国际互联网发布数字内容，不但产生了巨大的商业价值，还提供给普通用户一种更加便捷的途径以获取更优质的视听服务享受。目前部署较为广泛的视频点播VOD(Video on Demand)系统，可方便地根据用户需要播放相应的音视频节目，彻底改变了过去收看节目的被动方式，实现了节目的按需收看和任意播放，为用户提供实时、交互、按需点播的视听服务。 

但是，现有的数字媒体点播系统大多采用单纯的C/S(Client/Server)架构，或者单纯的P2P(Peer-to-Peer)架构来实现数字媒体资源的下载和共享。C/S架构即客户端/服务器模式，当点播系统用户较少时，它可以很好地实现数字资源的高效存储和获取，但如果用户规模很大，则大量用户同时在网络上点播数字资源很容易造成资源服务器的负担过重，进而导致资源服务器终止提供服务。而P2P技术是目前一种流行的文件传输技术，一个用户既可以作为客户端从其他用户上下载数据，也能够作为服务器向其他用户提供数据下载。该技术具有任务下载人数越多，下载速度越快的优点。但P2P技术也存在一些固有的缺点，如数据下载速度不稳定，特别当某个任务的下载人数较少或该任务非热门资源时，数据下载速度相对较慢，不利于用户对数字资源的顺利获取。 

针对C/S模式与P2P技术各自的优点，在现有技术中提出了将两种技术加以融合的P2SP技术，该技术能够有效整合资源服务器群和P2P网络中的资源，极大提高媒体文件的下载速度，同时在很大程度上缓解资源服务器群的负载。在P2SP环境下，用户可以根据需要选择用C/S模式或P2P技术实现数字媒体点播，但在一次点播过程中，两种实现技术仍然只能择一适用，这就限制了两种技术各自优势的发挥。

发明内容

本发明的目的是克服现有的P2P网络环境下所实现的数字媒体点播方法在实现数字媒体点播时给资源服务器造成的负载过大、播放不流畅的缺陷，从而提供一种能够有效降低资源服务器负载的数字媒体点播方法。 

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于P2P网络的数字媒体点播方法，包括： 

步骤1)、向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块； 

步骤2)、根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围；该步骤包括： 

步骤2-1)、在待点播数字资源的当前播放位置向后计算一定数量的数据块，这些数据块形成所述的安全播放区域； 

步骤2-2)、在所述安全播放区域的播放时间段内，间隔一定的时间重复执行所述的步骤2-1)； 

步骤3)、对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据； 

步骤4)、对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。 

上述技术方案中，所述的步骤3)包括： 

步骤3-1)、对所述安全播放区域范围内的数据块，检查是否存在未下载的数据块； 

步骤3-2)、从所述资源服务器上请求未下载数据块的数据，同时当前用户向P2P网络上已经发送数据请求的其他用户发送取消数据的请求。 

上述技术方案中，在所述的步骤4)中，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据时，采用了按顺序下载与按照全局最少优先、严格优先级下载相结合的下载原则。 

上述技术方案中，所述的下载原则包括二八原则，采用所述的二八原则下载数据时，对于安全播放区域外的数据块，以80％的概率选择那些紧接在安全播放区域后的数据块，按照存储顺序逐块向其他用户发送数据请求以实现数据下载；对于安全播放区域外的数据块，以20％的概率遵循全局 最少优先和严格优先级策略，选择未下载的数据块向其他用户发送数据获取请求以实现数据下载。 

上述技术方案中，采用硬盘缓冲技术对已下载数据进行存储。 

上述技术方案中，所述的采用硬盘缓冲技术对已下载数据进行存储包括： 

步骤3-1)、将用户已下载的数据缓冲存储到预先分配的内存缓冲区上； 

步骤3-2)、当内存缓冲未满时，将下载的所有数据块直接写入到缓冲区；当内存缓冲区分配已满时，采取数据块替换策略，将已经下载完成并且上传次数最少的数据块写入磁盘，而新下载的数据块被写到缓冲区中；若内存缓冲区中的数据块均没有下载完成，则把新下载的数据块直接写到磁盘上。 

本发明还提供了一种基于P2P网络的数字媒体点播系统，包括头部数据块下载模块、安全播放区域计算模块、资源服务器数据下载模块、P2P下载模块；其中， 

所述的头部数据块下载模块用于向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块； 

所述的安全播放区域计算模块用于根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围；所述安全播放区域为待点播数字资源的当前播放位置后的一定数量的数据块所形成的数据区； 

所述的资源服务器数据下载模块用于对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据； 

所述的P2P下载模块用于对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。 

本发明的优点在于： 

本发明的数字媒体点播方法将所要点播的数字资源切分成安全播放区域，对安全播放区域外的数据块采用P2P方式下载，对安全播放区域内的未下载数据块采用向资源服务器请求的方式下载。通过两种方式的结合，既保证了点播的流畅性，又降低了的资源服务器负载。 

附图说明

图1为本发明方法在实现时所涉及到的P2SP网络的示意图； 

图2为本发明的数字媒体点播方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 

在以下实施例中，将以一个P2SP(Peer-to-Server-and-Peer)网络为例，对在该网络中如何实现本发明的方法进行说明。 

在图1中给出了一个P2SP网络的示意图，从该图中可以看出，一个P2SP网络包括资源服务器群、P2P用户群、索引服务器、Web门户等。下面就该P2SP网络上如何实现数字媒体点播和下载进行说明。 

数字媒体点播就是指用户在选定某一数字资源后，通过网络下载这一数字资源，并在下载的过程中将已下载的数字资源同时通过播放器实时播放。一般而言，所下载的数字资源存储在一个内存的临时文件中，当播放成功后，所下载的资源即被删除，有时，一边播放数字资源一边在内存中删除已经播放过的数字资源。由于数字媒体点播对资源的下载有一定的顺序要求，例如，即使数字资源的结尾部分已经全部下载完毕，但如果开头某一部分没有下载，则这一数字媒体点播过程就无法顺利完成，给用户带来不好的体验。因此，现有技术在P2SP网络上下载相关的数字资源时，通常会向一个资源服务器请求数据，而非网络中的其它peer(对等)用户。这样能够保证数字资源的按序获取，防止由于peer用户的各种原因而带来的资源缺失问题。但这样做显然会加重资源服务器的负载，当数字媒体点播用户数量过多时，资源服务器将无法承担。 

本发明在实现数字媒体点播的过程中，对数字资源的获取除了采用优先向资源服务器请求和数据块顺序下载的策略外，还结合了P2P下载方式，使得在保证数字资源能够按序获取的前提下，降低了对资源服务器的需求。下面以对一部电影的数字媒体点播为例，对本发明如何实现这一过程进行说明，在下面的说明过程中，对一些现有技术中常见的下载种子文件、解析种子文件、建立连接等前序操作步骤加以省略，直接就如何进行数字媒体点播进行说明。 

为了方便说明，我们将待点播的电影文件分为100个数据块，在数字媒体点播过程开始后，电影开始播放前，首先从资源服务器下载电影文件的若干头部数据块，所述若干头部数据块通常占电影文件总长度的百分之五到百分之十之间，在本实施例中，假设这些头部数据块有5个。 

有了这些已经下载的头部数据块后，就可以开始电影的播放过程。由 于当前只下载了电影的位于头部的一小部分数据块，因此，在播放过程中还要同步实现对剩余数据块的继续下载。在继续下载的过程中，本发明采用了“安全播放区域”这一概念，所谓的安全播放区域是指当前播放位置所对应的文件存储位置后的一定数量的数据块所形成的数据区，这个区域内的数据若完全下载，则可以保证一定时间的流畅播放。由对安全播放区域的定义可以看出，安全播放区域的范围是随着播放位置的改变而动态变化的。例如，假设安全播放区域的大小为5个数据块，当前的电影播放位置在第4个数据块的开始处，那么从第4个数据块开始到第8个数据块都是安全播放区域。而当电影播放位置改变为第5个数据块的开始处时，则从第5个数据块到第9个数据块是安全播放区域。本发明在安全播放区域的基础上，采用了若安全播放区域内的数据块存在未下载数据块时，优先从资源服务器顺序下载，而对安全播放区域外的数据块采用P2P方式下载的下载策略。通过这一下载策略，可以保证在安全播放区域内的数据块能够及时下载，保证电影的流畅播放，又可以使得电影文件尽可能地从其它peer用户获取数据，不对资源服务器造成太多的负载。下面分别对安全播放区域的计算、安全播放区域内未下载数据块的下载、安全播放区域外数据块的下载分别进行说明。 

在前面的说明中已经提到，安全播放区域的范围会随着播放过程而动态改变，这一动态改变过程是通过对安全播放区域的计算实现的。具体的说，根据电影的播放进度，每隔一段时间计算一次安全播放区域，且在一个安全播放区域内进行多次这样的计算，使得安全播放区域计算的时间间隔不能大于一个安全播放区域对应的播放时长。例如，每隔3-5秒即对安全播放区域进行计算，根据计算结果得到当前时刻的安全播放区域的范围。通过上述操作可以防止安全播放区域内的数据播放完成后，仍未触发新的计算过程从而无法下载后续文件数据现象的发生。 

对安全播放区域内未下载数据块的下载可以通过下面的一个例子加以说明。若当前的播放位置在第14个数据块的开始处，且安全播放区域的大小范围为5个数据块，则当前的安全播放区域为第14个数据块到第18个数据块。检查这些数据块内是否有未下载的数据块，若第16和第17数据块尚未下载，则向资源服务器发送按顺序下载第16、第17数据块的请求。资源服务器接到这一请求后，就返回相应的数据块。由于第16、17数据块在进入安全播放区域前可能已经向其它peer用户发送数据下载请 求(相应的peer用户没有返回相应的数据而导致下载未成功)，因此在上述向资源服务器请求数据的同时，还要向先前发送过数据下载请求的其它peer用户发送取消数据下载的消息。当然，如果安全播放区域内的数据块都已经下载完毕，则不再向资源服务器请求数据。 

对安全播放区域外数据块的下载也可以通过一个例子加以说明。仍然以前面的假设为例，若当前的播放位置在第14个数据块的开始处，当前的安全播放区域为第14个数据块到第18个数据块，那么安全播放区域外的数据块就是从第19个数据块开始一直到第100个数据块，这些数据块当前都可以采用P2P方式下载。在本实施例中，对采用P2P方式下载的数据块采用了“二八原则”进行下载前的数据选择，即：对于安全播放区域外的数据，以80％的概率选择那些紧接在安全播放区域后的数据块，按照存储顺序逐块向其他用户发送数据请求实现下载；另外以20％的概率，并遵循全局最少优先和严格优先级策略，选择安全播放区域外未下载的数据块，向其他用户发送数据获取请求。所述的全局最少优先和严格优先级策略包括选择那些在用户已知连接中，网络拥有数(即在整个网络上拥有某一数据块的peer用户的数目)最少的数据块优先下载，同时对于已经发送请求，但尚未完成下载的数据块优先下载。例如，当本地需要选择向其它peer用户请求数据块时，以80％的概率顺序选择安全播放区域外(从第19个数据块开始一直到第100个数据块)首个尚未下载的数据块下载，若第19个数据块尚未下载，即选择第19个数据块下载；以20％的概率遵循最少优先和严格优先级策略选择安全播放区域外(从第19个数据块开始一直到第100个数据块)的尚未下载的数据块下载，如选择第92个数据块下载。在本实施例中，采用了“二八原则”进行下载前的数据选择，但在实际应用中并不局限于这一原则，也可采用“三七原则”等其它实现方式，这些方式都采用了将对安全播放区域外的数据块按序下载与按照全局最少优先、严格优先级下载相结合的相应原则。 

以上是对本发明中的数字媒体点播方法的详细说明，从上述说明可以看出，对于电影文件中的大多数数据块而言，它首先位于安全播放区域外，先通过P2P方式进行下载，只有在P2P方式下载失败的情况下，才会在安全播放区域内通过资源服务器下载。因此，大大降低了从资源服务器上请求相关数据资源的可能，也就降低了对资源服务器的需求。本发明的方法通过将向资源服务器请求数据方式与P2P数据下载方式的优点相结合，使 得在保证播放的流畅性和降低对资源服务器的负载需求上达到了一个良好的平衡。 

为了降低数字媒体点播过程中数据下载过程对硬盘频繁访问所造成的损害，还可以采用硬盘缓冲技术存储已下载的部分数据。在下载过程中，针对每个下载任务，将用户已下载的数据缓冲存储到预先分配了一定大小的内存缓冲区上；当内存缓冲未满时，将下载的所有数据块直接写入到缓冲区；当内存缓冲区分配已满时，采取数据块替换策略，将已经下载完成并且上传次数最少的数据块写入磁盘，而新下载的数据块被写到缓冲区中；若内存缓冲区中没有满足上述条件的数据块，即内存缓冲区中的数据块均没有下载完成，则把新下载的数据块直接写到磁盘上。若用户在下载过程中，还要作为peer用户为其它用户上传数据，则用户优先在内存缓冲区中寻找已经完成下载的数据块，若找到，则从缓冲区中读取；若内存缓冲区中没有找到相应块，则从硬盘中直接读取。 

在上述方法的基础上，本发明还包括与上述方法相对应的系统。本发明包括一种基于P2P网络的数字媒体点播系统，该系统包括头部数据块下载模块、安全播放区域计算模块、资源服务器数据下载模块、P2P下载模块；其中， 

所述的头部数据块下载模块用于向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块； 

所述的安全播放区域计算模块用于根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围； 

所述的资源服务器数据下载模块用于对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据； 

所述的P2P下载模块用于对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (7)

1.一种基于P2P网络的数字媒体点播方法，包括：

步骤1)、向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块；

步骤2)、根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围；该步骤包括：

步骤2-1)、在待点播数字资源的当前播放位置向后计算一定数量的数据块，这些数据块形成所述的安全播放区域；

步骤2-2)、在所述安全播放区域的播放时间段内，间隔一定的时间重复执行所述的步骤2-1)；

步骤3)、对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据；

步骤4)、对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。

2.根据权利要求1所述的基于P2P网络的数字媒体点播方法，其特征在于，所述的步骤3)包括：

步骤3-1)、对所述安全播放区域范围内的数据块，检查是否存在未下载的数据块；

步骤3-2)、从所述资源服务器上请求未下载数据块的数据，同时当前用户向P2P网络上已经发送数据请求的其他用户发送取消数据的请求。

3.根据权利要求1所述的基于P2P网络的数字媒体点播方法，其特征在于，在所述的步骤4)中，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据时，采用了按顺序下载与按照全局最少优先、严格优先级下载相结合的下载原则。

4.根据权利要求3所述的基于P2P网络的数字媒体点播方法，其特征在于，所述的下载原则包括二八原则，采用所述的二八原则下载数据时，对于安全播放区域外的数据块，以80％的概率选择那些紧接在安全播放区域后的数据块，按照存储顺序逐块向其他用户发送数据请求以实现数据下载；对于安全播放区域外的数据块，以20％的概率遵循全局最少优先和严格优先级策略，选择未下载的数据块向其他用户发送数据获取请求以实现数据下载。

5.根据权利要求1所述的基于P2P网络的数字媒体点播方法，其特征在于，采用硬盘缓冲技术对已下载数据进行存储。

6.根据权利要求5所述的基于P2P网络的数字媒体点播方法，其特征在于，所述的采用硬盘缓冲技术对已下载数据进行存储包括：

步骤3-1)、将用户已下载的数据缓冲存储到预先分配的内存缓冲区上；

步骤3-2)、当内存缓冲未满时，将下载的所有数据块直接写入到缓冲区；当内存缓冲区分配已满时，采取数据块替换策略，将已经下载完成并且上传次数最少的数据块写入磁盘，而新下载的数据块被写到缓冲区中；若内存缓冲区中的数据块均没有下载完成，则把新下载的数据块直接写到磁盘上。

7.一种基于P2P网络的数字媒体点播系统，其特征在于，包括头部数据块下载模块、安全播放区域计算模块、资源服务器数据下载模块、P2P下载模块；其中，

所述的头部数据块下载模块用于向资源服务器请求待点播数字资源的头部数据块；

所述的安全播放区域计算模块用于根据待点播数字资源的播放进度，在所述待点播数字资源的未播放数据块中，计算安全播放区域的范围；所述安全播放区域为待点播数字资源的当前播放位置后的一定数量的数据块所形成的数据区；

所述的资源服务器数据下载模块用于对所述安全播放区域范围内的数据块，从资源服务器请求未下载数据块的数据；

所述的P2P下载模块用于对所述安全播放区域范围外的数据块，采用P2P下载方式从所述P2P网络中的其它用户下载数据。

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