CN102118405A

CN102118405A - 一种应用于实时视频数据传输的p2p网络系统

Info

Publication number: CN102118405A
Application number: CN2009102395029A
Authority: CN
Inventors: 刘火明
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN102118405B

Abstract

本发明适用于网络通信领域，提供了一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统，所述系统包括：由多个传输节点构成的传输节点层；由多个作为所述传输节点下游子节点的分发节点所构成的分发节点层，以及由多个作为所述分发节点下游子节点的浏览节点所构成的浏览节点层；所述传输节点，用于实时视频数据在P2P干线中的传输，从视频服务器或者上游传输节点获取实时视频数据，向分发节点层提供分支流量；所述分发节点，作为所述传输节点的下游节点，用于暂时性向浏览节点层提供实时视频数据；所述浏览节点，用于与其上游分发节点连接，获取暂时性实时视频数据。本发明可以增强P2P网络数据传输的稳定性和实时性，以及对并发访问的处理能力。

Description

一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统

技术领域

本发明属于网络通信领域，尤其涉及一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统。

背景技术

现有视频数据的分发一般采用客户端/服务器(C/S)的架构，视频采集终端负责视频数据的采集和视频数据的编码，视频服务器负责对视频采集终端采集的视频信息的管理和视频数据的转发，视频应用终端通过视频服务器与视频采集终端进行通讯，通过视频服务器中转视频数据的方式获取视频数据，并对视频数据解码和播放。这种架构的缺点是视频应用终端的数据来源依赖于服务器的数据中转，因此并发数量受到视频服务器处理能力和网络带宽的限制，而无法大量应用。

目前互联网出现了很多点对点(Peer-to-Peer，P2P)流媒体软件系统，通过媒体应用终端之间的信息交换组成一个数据共享体系，采用服务器提供一部分视频数据，终端通过上述数据共享体系，互相转发视频数据，实现大量终端同时获得一路视频数据的能力。

现有的这种P2P传输系统并不适合于实时视频数据传输的场合，例如实时交通视频数据，主要是因为实时视频数据传输系统的视频应用终端对视频数据的实时性要求高，频道切换频繁，以短时视频浏览需求为主。而现有的这种P2P传输系统对网络节点的管理不强，节点信息数据主要通过洪泛的方式实现传播，节点数据共享采用无组织的共享机制。节点加入网络的时间较长，节点离开网络也会给P2P服务器和P2P网络造成较大的影响，如果节点频繁的加入和离开不但会造成大量节点信息数据在网络中传播，更重要的是会频繁变更终端共享数据的关系而导致实时视频数据传输的不稳定。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统，旨在解决现有的P2P流媒体传输系统不适合实时视频数据传输的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统，所述系统包括：

由多个传输节点构成的传输节点层；

由多个作为所述传输节点下游子节点的分发节点所构成的分发节点层，以及

由多个作为所述分发节点下游子节点的浏览节点所构成的浏览节点层；

所述传输节点，用于实时视频数据在P2P干线中的传输，从视频服务器或者上游传输节点获取实时视频数据，向分发节点层提供分支流量；

所述分发节点，作为所述传输节点的下游节点，用于暂时性向浏览节点层提供实时视频数据；

所述浏览节点，用于与其上游分发节点连接，获取暂时性实时视频数据。

本发明实施例针对实时视频数据应用存在的实时性要求高，以短连接为主的特点，对P2P网络节点分级管理，将网络节点划分为传输节点、分发节点和浏览节点，使得网络优越的传输节点处于数据传输的主干位置，分发节点为浏览节点提供暂时性实时视频数据，浏览节点不向其他视频应用终端提供数据共享服务，可以保证实时视频数据在P2P网络节点之间传输的稳定性和实时性，并增强了P2P网络对并发访问的处理能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的实时视频数据传输系统的网络架构图；

图2是本发明实施例提供的应用于实时视频数据传输的P2P网络系统架构示例图；

图3是本发明实施例提供的视频应用终端成为传输节点的实现流程图；

图4是本发明实施例提供的视频应用终端成为分发节点的实现流程图。

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P2P方式实现实时视频数据的传输，对P2P网络系统中的节点进行分级管理，将节点划分为传输节点、分发节点和浏览节点，选择网络状况好的节点作为传输节点，通过分发节点向浏览节点提供暂时性实时视频数据，刚进入网络的节点作为浏览节点，不向其他视频应用终端提供数据共享服务。

图1示出了本发明实施例提供的P2P网络的示例架构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

视频采集终端负责实时视频数据的采集和实时视频数据的编码，视频服务器负责对视频采集终端采集的视频信息的管理和实时视频数据的转发，视频应用终端获取实时视频数据，并对实时视频数据解码和播放。

在本发明实施例中，视频应用终端以P2P方式获取和传输实时视频数据，多个视频应用终端组成P2P网络系统，每个视频应用终端作为P2P网络系统中的一个节点。

在本发明实施例中，由视频应用终端组成的P2P网络系统包括由多个传输节点构成的传输节点层，由多个作为传输节点下游子节点的分发节点所构成的分发节点层，以及由多个作为分发节点下游子节点的浏览节点所构成的浏览节点层。

其中，传输节点用于实时视频数据在P2P干线中的传输，从视频服务器或者上游传输节点获取实时视频数据，向分发节点层提供分支流量；

分发节点作为所述传输节点的下游节点，用于暂时性向浏览节点层提供实时视频数据；

所述浏览节点用于与其上游分发节点连接，获取暂时性实时视频数据。

P2P网络系统的上述结构既能保证实时视频数据在P2P网络节点之间传输的稳定性和实时性，同时增强了P2P网络对并发访问的处理能力。

图2示出了本发明实施例提供的应用于实时视频数据传输的P2P网络系统的示例架构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例中，将P2P网络系统中的网络节点分为传输节点、分发节点，以及浏览节点。

由于在实际应用中，对不同的实时视频数据进行浏览的需求量比长时间观看单一视频的需求量要多很多，因而在这三个层次的节点中，浏览节点的数量比前两者要大很多。因而，要保证浏览节点的并发性和实时性，就要求前面两个层次的节点相对较为稳定。

在本发明实施中，传输节点是经过严格选择的优质网络节点，而这些节点也是不频繁发生切换的，视频应用终端统计用户稳定观看的一个频道作为传输节点或者分发节点加入的目标，从而保证了前两个层次网络相对的稳定性。

参见图1，传输节点1、传输节点2、传输节点3、传输节点4为网络中的传输节点层。作为本发明的一个实施例，传输节点1，传输节点2，传输节点3组成链型传输网络。

分发节点10、分发节点11、分发节点20、分发节点30为网络的分发节点层，可以为一个或者多个浏览节点提供数据共享。

浏览节点100、浏览节点110、浏览节点200、浏览节点201为P2P网络的浏览节点层，不再向其他节点提供数据共享。

传输节点为P2P网络的骨干，是网络状况较好的节点，主要负责实时视频数据在P2P网络干线中的传输，直接从视频服务器或者上游传输节点获取实时视频数据，并根据自身的网络能力，向分发节点层提供分支流量。

分发节点为传输节点的下游节点，主要完成对浏览节点的短时视频需求的处理，暂时性向浏览节点层提供视频或单帧实时视频数据，其并发处理能力比较强，可以为多个浏览节点提供实时视频数据共享。

浏览节点为刚刚进入P2P传输网络的节点，以浏览者的身份获取实时的单帧实时视频数据，与其上游分发节点连接，获取暂时性实时视频数据。

由于浏览节点具有实时视频数据要求的暂时性和间断性特点，该类型节点不再为其他视频应用终端提供数据共享服务。在本发明实施例中，视频服务器对大量浏览节点的状态数据不再进行管理，简化了P2P传输网络的结构，增强了网络的并发处理能力，可以减少浏览节点进入网络的时间。

在本发明实施例中，视频应用终端登陆视频服务器，完成身份认证后，先以浏览节点的身份加入P2P网络，通过分发节点获取有限的一帧或者数帧实时视频数据。

视频应用终端成为浏览节点，并持续对同一频道的实时视频数据观看时间超过设定的时间阈值后，以分发节点的身份加入P2P视频传输网络，通过视频服务器获取空闲的传输节点信息，并与空闲的传输节点建立连接，请求成为空闲传输节点的分发节点，成为分发节点后，持续从传输节点获得连续的实时视频流，解码播放，同时启动视频数据分发进程，监听其他浏览节点的连接，并为浏览节点提供短暂的数据共享服务。

分发节点在检测到自身的空闲带宽满足作为传输节点的条件时，根据统计的经常连接的频道信息，选择最近连接时间最长的频道，可以以传输节点的身份加入传输节点层。

传输节点层为实时视频数据传输的主干，专注于实时视频数据的传输，保证实时视频数据流从视频服务器到每个P2P分支的畅通和稳定。

作为本发明的一个实施例，在传输节点层，传输节点以链型方式进行组织，每个传输节点只有一个父传输节点，同时最多只有一个子传输节点，与视频服务器直接相连的传输节点为传输节点层的根部。由于传输节点采用链型组织形式，新的传输节点可以从传输链的尾节点处加入，因而不会对上游的传输结构有任何的影响。同时，传输节点离开或者发生故障时，其下游传输子节点会替换其在传输链中的位置，因此不会对传输链有很大的影响，从而保证了实时视频数据传输的稳定性和实时性。

在本发明实施例中，传输节点为优选的视频应用终端，其上行网络带宽大于2倍单路视频带宽，下行网络带宽大于1倍单路视频带宽。当传输节点检测到其带宽达不到要求时，向视频服务器发送请求，退出传输节点层，当有新的节点以传输节点的身份加入网络时，其位置会被新的传输节点代替；当其带宽超过一定时间仍然达不到要求时，则主动退出传输节点层。

在本发明实施例中，视频应用终端统计观看时间最长的一个频道为加入的目标，并在检测自身的网络带宽达到作为传输节点的要求后，主动向视频服务器要求加入传输节点层。

图3示出了本发明实施例提供的视频应用终端成为传输节点的实现流程，详述如下：

在步骤S301中，视频应用终端检查自身是否具备成为传输节点的条件，包括空闲的网络带宽达到要求，以及未成为其他视频频道的传输节点。

在步骤S302中，视频应用终端向视频服务器发出成为传输节点的请求信息，该请求信息包括自身的IP地址、端口信息、频道编号等。

在步骤S303中，视频应用终端根据视频服务器的请求响应信息，判断是否存在空闲的传输节点，是则执行步骤S304，否则执行步骤S307；

在本发明实施例中，视频服务器根据检索内存中保存的传输节点信息，查找是否存在空闲的传输节点，如果存在空闲的传输节点，则向视频应用终端返回包含空闲传输节点信息的请求响应信息，包括空闲传输节点的IP地址、端口信息、在传输链中的层次等。

如果不存在空闲的传输节点，视频服务器判断该频道已经存在的传输链数量是否已达到允许的最大数值，如果未达到允许的最大数值，向视频应用终端返回空闲通道状况信息包，信息包中包括视频服务器存在空闲的频道数量等。

在步骤S304中，视频应用终端与空闲的传输节点建立连接，发送成为该传输节点下游传输子节点的请求信息包，该信息包括视频应用终端的IP地址、端口信息、空闲带宽、频道编号等信息。

被请求传输节点接收到该信息包后，如果已经存在下游传输子节点且传输链未超过最大值，则返回不同意的应答数据包，否则返回同意的应答数据包。

在步骤S305中，视频应用终端根据空闲的传输节点返回的应答数据包，判断自身的加入请求是否得到同意，是则执行步骤S306，否则返回执行步骤S301；

在步骤S306中，视频应用终端与被请求传输节点建立关系，成为被请求传输节点的下游传输节点，从被请求传输节点获取该传输链的所有节点信息，包括IP地址、端口信息、状态、所在传输链中的位置等信息。同时，向视频服务器发送自身的传输节点信息，包括所在传输链的根节点、自身在传输链中的位置、自身的状态、还可以接收的分发节点数量，以及还可以接收下游传输节点的数量等。

在步骤S307中，视频应用终端根据视频服务器发送过来的空闲通道信息，判断是否存在空闲通道，是则执行步骤S308，否则结束；

在步骤S308中，视频应用终端向视频服务器发送成为该频道传输根节点的请求，并将自身的传输节点信息发布到视频服务器中，包括IP地址、端口信息，还可以接收的分发节点数量，还可以接收的下游传输节点数量等信息。

在视频应用终端成为传输节点后，每当自身的状态信息发生改变时，都向视频服务器发送状态改变数据包，视频服务器根据状态数据包更新每一个传输链的信息。同时，传输节点还将该状态改变数据包洪泛给有限的P2P邻近节点，包括在同一传输链上的所有传输节点，以及自身的所有分发节点。

在本发明实施例中，当传输节点离开P2P网络时，进行有限范围的消息洪泛，将离开网络的信息包发送给上游传输节点、下游传输节点以及自身所有的分发节点，以及视频服务器。

由于传输节点采用链型方式组织，因而传输节点加入和离开对P2P网络的影响范围缩小到只限于其分发子节点的范围，因而保证了实时视频数据传输的连续性和实时性。在传输节点离开网络时，其下游子传输节点会替代该节点的位置，因而整个传输链的数据不会中断。当其分发子节点收到该传输节点的离开信息时，会断开与该传输节点的连接，而重新寻找空闲的传输节点作为其父节点。

当视频服务器检测一个传输负荷已经满，即传输链中已经没有空闲的传输节点时，会将新的请求以传输节点加入网络的视频应用终端加入到传输链的尾部。在本发明实施例中，视频服务器检查传输链的长度是否达到最大值，如果达到，则不允许节点再加入。

当传输节点空闲(没有分发子节点)超过设定的时间阈值，例如1分钟时，则自动离开传输链。在本发明实施例中，退出一个传输链后的视频应用终端，会继续判断自身是否达到成为传输节点的条件，一旦条件成立，则再次向视频服务器请求以传输节点的身份加入P2P传输网络。

在P2P实时视频数据传输网络中，视频应用终端为了持续获取一频道的实时视频数据，可以以分发节点的身份加入网络。视频应用终端成为分发节点后，可以从传输节点或者视频服务器获取连续的实时视频数据。分发节点还接收浏览节点的连接请求，为浏览节点提供短暂的实时视频数据。

作为本发明的一个实施例，分发节点还可以对原实时视频数据的格式进行转换，向浏览节点提供一帧或者数帧实时视频数据。

在本发明实施例中，分发节点只接收浏览节点的连接请求，只为浏览节点提供暂时的实时视频数据，并在浏览节点达到设定的浏览节点接入数量阈值时只向浏览节点提供单帧实时视频数据的服务，每提供一帧实时视频数据就断开与获取该帧实时视频数据的浏览节点的连接。

分发节点会定时向视频服务器报告自身的状态信息，包括其还可以接收的浏览节点的连接数量、自身的IP地址、端口信息等。

当浏览节点超时没有数据请求时，分发节点主动断开与这些浏览节点的连接。

在本发明实施例中，分发节点在P2P传输网络中作为传输节点的下游节点，同时作为浏览节点的上游节点，分发节点为网络中相对较为稳定、对某一频道实时视频数据的观看时间超过设定的时间阈值的节点，因此不会频繁地离开与加入P2P传输网络。

图4示出了本发明实施例提供的视频应用终端成为分发节点的实现流程，详述如下：

1.视频应用终端登陆到视频服务器，进行身份认证；

2.视频应用终端向视频服务器发送以分发节点的方式加入P2P视频传输网络的请求；

3.视频服务器收到该请求后从空闲的传输节点中查找空闲传输节点，如果存在空闲传输节点，则返回空闲传输节点信息，包括空闲传输节点的状态、IP地址、端口信息等。

在本发明实施例中，如果视频服务器查找不到空闲传输节点，则判断该频道传输链的数量是否达到了最大值，如果还没达到最大值，则视频应用终端仍可以用分发节点的身份连接视频服务器，直接从视频服务器获取实时视频数据。视频应用终端处于直接连接到视频服务器的状态时，可以定时向视频服务器发送以分发节点的方式加入P2P视频传输网络的请求，再次寻找空闲传输节点。

在本发明实施例中，当视频应用终端处于与视频服务器直接连接的状态超过一定的时间，则计算自身的网络状况是否达到传输节点的要求，如果达到则请求成为视频服务器的传输根节点。

在本发明实施例中，当新的视频应用终端以传输节点的身份向视频服务器请求加入P2P传输网络时，视频服务器自动断开与其直接连接的分发节点，允许新的视频应用终端以传输根节点的身份加入，替换该分发节点。

4.视频应用终端向空闲的传输节点发送请求信息包，请求成为该传输节点的分发子节点。

5.视频应用终端成为分发节点后，将自身的状态、IP地址、端口信息等信息发送给视频服务器。同时，通过父传输节点或者视频服务器获取实时视频数据，启动服务接收浏览节点的请求。

当分发节点离开网络时，向其父节点、浏览子节点发送离开的消息。如果父节点为视频服务器，则视频服务器断开连接并删除该分发节点的信息；如果父节点是传输节点，则传输节点断开该连接并删除该分发节点的信息，再向视频服务器发送状态改变数据包，该数据包含传输节点的IP地址、端口信息，所在传输链以及该传输节点空闲的通道数量等。

与该分发节点连接的浏览节点收到该分发节点离开的消息后，断开与该分发节点的连接，删除该分发节点的信息，并在内存中选择备用分发节点或者向视频服务器请求空闲的分发节点，再次连接P2P传输网络。

在本发明实施例中，视频应用终端刚进入P2P视频传输网络时，会以浏览节点的身份加入网络，浏览节点先从缓存中获取对应频道的分发节点信息，与分发节点建立连接，并请求成为其浏览节点。如果通过上述方式超过一定时间未能进入P2P传输网络，则再向视频服务器请求空闲的分发节点，视频服务器从内存中选择合适的若干有空闲连接通道的分发节点返回给浏览节点，浏览节点连接分发节点进入P2P网络。

在本发明实施例中，浏览节点会在内存中缓存最近连接过的分发节点信息，并能根据自身的网络信息和分发节点的网络信息，选择较优的分发节点进行连接。

作为本发明的一个实施例，浏览节点连续观看一个视频超过设定的时间阈值后以分发节点的身份加入传输网络。

在本发明实施例中，浏览节点接入P2P传输网络后，先从分发节点请求最近的一帧实时视频数据，而非实时视频数据流。当浏览节点在P2P传输网络中停留的时间超过一定时间时，才向分发节点请求实时视频数据流。由于一帧实时视频数据比视频流的网络开销大为减少，因而保证了分发节点的并发处理能力。

在本发明实施例中，视频服务器对三个层次节点的管理是不一样的，由于传输节点处于较为关键的位置，因而视频服务器对这个层次节点的加入和离开管理的开销相应较多，但这个层次节点的数量相对较小，因而总体开销并不大。视频服务器对浏览节点的信息进行较弱的管理方式，单个浏览节点加入和离开P2P网络的开销非常小，因而保证浏览节点在P2P网络中的并发性。

浏览节点加入P2P网络时，首先在缓存中搜索分发节点的信息，查找到该频道的分发节点信息后与对方建立连接，并请求加入P2P网络，如果得到分发节点的同意，则加入P2P网络。如果缓存中不存在相应频道的分发节点信息，或者通过该方法超过一定时间仍未加入P2P网络，则向视频服务器请求该频道的空闲分发节点信息，视频服务器根据浏览节点的网络信息，返回若干个与之邻近的分发节点信息。

在本发明实施例中，浏览节点检测到缓存中的分发节点无效时，自动将其删除，当缓存中的分发节点数量小于设定的数量阈值时，则向视频服务器请求空闲的分发节点信息，视频服务器根据浏览节点的网络信息，返回若干个与之邻近的分发节点信息。

在本发明实施例中，当网络中不存在空闲的分发节点时，视频服务器拒绝浏览节点加入网络，浏览节点则可以以分发节点的身份加入网络。

浏览节点加入网络时，连接分发节点，向分发节点发送加入P2P传输网络的请求，分发节点检查自身的浏览子节点数量是否达到最大值，如果还没达到，则向浏览节点返回同意加入的信息，否则向浏览节点返回拒绝加入的信息。

在本发明实施例中，分发节点检测连接的浏览节点的状态，当浏览节点超过一定时间不再请求数据时，则自动将与该浏览节点的连接断开，并更新自身的网络信息，同时向视频服务器报告自身的状态信息。

当浏览节点离开网络时，向其父分发节点发送离开网络的消息，父分发节点断开与该浏览节点的连接，在内存中增加空闲浏览节点的数量。分发节点向视频服务器发送状态改变数据包，包括空闲的浏览节点通道数量。

在本发明实施例中，为了防止分发节点频繁地向视频服务器发送状态改变数据包，分发节点并不在每次状态改变都向视频服务器发送状态改变数据包，而是定时检查状态是否发生变化，如果发生了变化才向视频服务器发送状态改变数据包。

以上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

1.一种应用于实时视频数据传输的P2P网络系统，其特征在于，所述系统包括：

由多个传输节点构成的传输节点层；

2.如权利要求1的系统，其特征在于，所述传输节点层以链型方式组织，与视频服务器直接连接的传输节点为传输节点层的根部，每个传输节点只有一个父传输节点，最多只有一个子传输节点。

3.如权利要求1的系统，其特征在于，所述传输节点的上行网络带宽大于2倍单路视频带宽，下行网络带宽大于1倍单路视频带宽；

在检测到自身带宽达不到要求时，所述传输节点向服务器发送请求，退出传输节点层。

4.如权利要求1的系统，其特征在于，当离开网络时，所述传输节点将离开网络的信息包发送给上游传输节点、下游传输节点、自身所有的分发节点，以及视频服务器。

5.如权利要求1的系统，其特征在于，当状态信息发生改变时，所述传输节点将状态改变数据包发送给视频服务器、同一传输链的所有传输节点，以及自身所有的分发节点。

6.如权利要求2的系统，其特征在于，当所述传输节点空闲超过设定的时间阈值时，自动离开传输链。

7.如权利要求1的系统，其特征在于，所述分发节点进一步用于对原实时视频数据的格式进行转换，向其浏览子节点提供一帧或者数帧实时视频数据。

8.如权利要求1的系统，其特征在于，在接入的浏览节点达到设定的接入数量阈值时，所述分发节点向接入的浏览节点提供单帧实时视频数据，每提供一帧实时视频数据，就与获取该帧实时视频数据的浏览节点断开连接。

9.如权利要求1的系统，其特征在于，所述分发节点定时向视频服务器报告自身的状态信息，所述状态信息包括所述分发节点可接收的浏览节点连接数量、IP地址，以及端口信息。

10.如权利要求1的系统，其特征在于，当连接的浏览节点超时无数据请求时，所述分发节点主动断开与所述浏览节点的连接。

11.如权利要求1的系统，其特征在于，所述分发节点在检测到自身的空闲带宽满足作为传输节点的条件时，根据统计的经常连接的频道信息，选择最近连接时间最长的频道，以传输节点的身份加入传输节点层。

12.如权利要求1的系统，其特征在于，所述浏览节点的内存中缓存有最近连接过的分发节点信息，所述浏览节点根据自身的网络信息和缓存的分发节点的网络信息选择接入的分发节点。

13.如权利要求1的系统，其特征在于，所述浏览节点连续观看一个地址的实时视频数据超过设定的时间阈值后，向视频服务器发起分发节点加入请求，从视频服务器获取空闲的传输节点信息，并向空闲传输节点发起分发节点加入请求。