CN102498715A - 带宽回收用受管理自适应比特率的方法、装置及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在网络内管理内容会话的方法、装置、及计算机程序产品。本文所述系统能够主动或非主动地检测更改网络内带宽利用率的需求。作为响应，示范性实施例根据更改所述网络内带宽利用率的需求对所述内容会话应用自适应比特率调整技术以调整与各内容会话相关的数据率。示范性实施例然后基于所述自适应带宽调整技术对所述内容会话应用服务质量调整技术以调整在客户端与服务器之间分配的带宽配给。可基于策略应用所述自适应比特率和服务质量调整技术。示范性实施例也可监视多个支持会话内容的服务器，检测第一服务器的错误，并且将内容会话移至第二服务器。

Description

带宽回收用受管理自适应比特率的方法、装置及计算机可读介质
发明人：约翰·斯楚拉克；理查德·康拉德·克莱姆森；小唐纳德·艾德里安·迪尤尔
技术背景
基于因特网协议(IP)的视频传输日益普及。客户端可能向流服务器请求基于IP的视频。客户端是服务提供商的用户用来通过IP网络观看视频的观看设备，可为电视、计算机、移动设备，或其他适于观看基于IP的视频的设备。客户端例如通过用户家庭网络处的线缆调制解调器经由服务提供商连接至流服务器。
一般地，基于IP的视频有两种传统的传输系统：“基于终端”(over thetop)传输系统和基于服务质量(QoS)的传输系统。在基于终端传输系统中，内容作为基于IP的视频通过内容分发网络(CDN)提供，并且经由网络提供商提供的受管理网络从CDN进行传输。基于终端传输系统中的视频传输系尽力而为(best effort)服务，换言之，无法保证视频的服务质量。然而，在基于服务质量的系统中，网络提供商从其带有某种保证(例如，专用带宽)的受管理网络提供内容。
在一般的基于终端的传输系统中，客户端向CDN中的一个或一组流服务器请求视频。CDN存储用于视频内容的视频文件。视频可为视频文件，视频或可为视频流(例如，广播电视)。操作中，客户端请求视频数据，所述视频数据通过流服务器传输至客户端。客户端对视频进行解码并且向观看者显示。
然而，当视频传输可用的网络带宽减小的时候(可能是由网络阻塞造成的)，传输至客户端的视频可能延迟或丢失。这可导致大型色块(macroblocking)、视频帧丢失、音频丢帧(dropped audio)、音频和视频错位、意外中止、及可能对观看体验造成的其他不利影响。
发明内容
处理网络阻塞的一种技术是在客户端进行缓冲。客户端生成较大缓冲区以存储长达许多秒或分钟的视频。系统在播放之前首先填充缓冲区。由此，在短时网络阻塞期间，客户端缓冲有充足的内容以防止视频质量的损失。然而，若阻塞持续，一旦客户端侧的缓冲耗尽，观看体验则变差。此外，这使得观看的开始延迟，这也是不理想的。
处理网络阻塞的另一种方法是所谓的自适应流。尽管有许多实现方法，但自适应流的一般理念是以不同比特率对各视频源进行编码，并且在随着可用网络带宽变化而在不同比特率之间切换。例如，可以三种不同的比特率对视频进行编码：2.0Mbps、1.5Mbps、及1.0Mbps  。此外，各编码可分段为2秒的视频段。由此，在播完一个2秒视频段的末端，可播放任何编码的下一2秒视频段，以使比特率变化的2秒视频段之间无缝转换。
当客户端检测到网络带宽下降时，很可能是由于部分视频段的传输延迟造成的，客户端可请求下一2秒视频段的较低带宽版本。这可能会有问题，因为视频质量会明显降低。类似地，当网络带宽提高时，客户端检测2秒视频段的传输快于预期。然后，客户端则可请求下一视频段的较高带宽版本。尽管这一技术使得在屏幕上显示不同的视频质量，但仍然是一种网络阻塞时继续显示视频的尝试。
在一般的基于的QoS的传输系统中，客户端向网络提供商受管理的网络中的一个或一组流服务器请求视频。业界称为视频会话(video session)。所述视频可为视频文件或可为视频流(例如，广播电视)。在基于QoS的网络中，各视频会话具有专用的带宽。客户端与流服务器直接通信以获取视频内容，所述视频内容可通过渐进式下载获得，或者从流服务器以流方式传输。由于已经根据QoS要求为该视频保留了网络带宽，因此网络将具有足够的带宽以所选择的比特率将视频传输至客户端。因此，流服务器根据得到保证的QoS将视频数据传输至客户端。
遗憾的是，网络带宽受限，并且各视频流具有专用的带宽。由此，尽管随着网络分配给更多的用户，某一视频会话的视频质量未下降，但专用带宽要求限制了可支持视频会话的数量。当使用高比特率视频建立会话时，该数量进一步受限。因此，若网络可用带宽不足以支持根据QoS要求为新会话保留带宽，则可能拒绝新会话。
提高自适应比特率的优点来管理实现服务质量(QoS)的基于因特网协议(IP)的视频传输系统的带宽是有利的。若基于IP的视频传输系统中的会话资源管理器(SRM)可调整现存视频会话的带宽以适应观看者数量的变化也是有利的。
因此，本发明的示范性实施例基本上克服了上述及其它不足，并且提供用于在网络内管理内容会话的方法、装置、及计算机程序产品。操作中，本发明的示范性实施例在所述网络上维持内容会话，并且检测所述网络内更改带宽利用率的需求。例如，检测所述网络内更改带宽利用率的需求包括在所述网络内发生带宽更改条件之前主动判定所述网络内即将发生的带宽变更条件。其它示范性实施例中，检测所述网络内更改带宽利用率的需求包括根据所述网络内已发生的带宽变更条件非主动地检测变更所述网络内的带宽利用率的需求。所述带宽变更条件可为需要网络带宽的新请求内容会话，或者可为网络内现存内容会话的终止，以释放网络内可分配至网络内其它现存内容会话的额外带宽。
在检测到更改所述网络内带宽利用率的需求之后，示范性实施例对所述内容会话应用自适应带宽调整技术。所述自适应带宽调整技术对与各内容会话相关的数据的数据率进行调整。应理解，所述自适应带宽调整技术可根据所述更改网络内带宽利用率的需求对内容会话的数据率进行调整。例如，若所述更改网络内带宽利用率的需求为新请求内容会话，则所述自适应带宽调整技术会降低所述网络内的内容会话的数据率以释放所述网络内的带宽以分配给新请求的内容会话。类似地，若所述更改网络内带宽利用率的需求为现存会话的终止，则所述自适应带宽调整技术会提高所述网络内内容会话的数据率以对先前分配给已终止内容会话的带宽进行分配。
在所述网络内发生带宽更改条件之前主动判定所述网络内即将发生的带宽变更条件的示范性实施例中，对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术可包括监视所述网络内的带宽利用率，以判定所述网络内的可用带宽是否符合策略，诸如通过将所述网络内的可用带宽与可配置值作比较。类似地，在非主动地判定所述网络内即将发生的带宽变更条件的示范性实施例中，对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术包括检查所述网络内的带宽利用率，以判定带宽可用性的状态，诸如通过分析所述网络内的内容会话以判定至少一个可根据在所述网络内发生的带宽变更条件进行调整的内容会话的数据率。
对所述内容会话应用自适应带宽调整技术之后，本发明的示范性实施例也对所述内容会话应用服务质量调整技术，所述服务质量调整技术基于自适应带宽调整技术为各内容会话调整在客户端与服务器之间分配的带宽配给。某些实施例中，根据与各单独的内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽。例如，可降低分配给客户端的带宽以为新会话分配带宽。类似地，可将网络中先前分配的带宽分配给客户端以增加带宽。
其它示范性实施例中，监视多个服务器的错误，所述服务器在所述网络内为各客户端支持内容会话。在检测到所述多个服务器中第一服务器发生错误之后，可将由所述发生错误的第一服务器支持的内容会话移动至所述多个服务器中的第二服务器，以维持所述网络上的内容会话。可根据策略判定所述要移动的内容会话的优先级来移动所述内容会话。
其它示范性实施例包括一种计算机化设备(例如，会话资源管理器)，其配置为处理本文作为本发明实施例描述的所用方法操作。此类实施例中，所述计算机化设备包括存储器系统；处理器；及在连接这些组件的互联机构中的通信接口。所述存储器系统编码有通过如本文所述带宽回收的进程，当在所述处理器上进行(例如，执行)所述进程时，所述进程如本文所述地在所述计算机化设备中操作，以进行本文中描述为实施例的所有方法实施例和操作。由此，任何可进行或可编程进本文所述处理的计算机化设备都为本发明的实施例。
其它实施例包括计算机可读介质，其上具有用于提供带宽回收的计算机可读代码。所述计算机可读介质包括这样的指令，即，当在计算机化设备的处理器上进行所述代码时(例如，当执行时)，所述代码使得所述计算机化设备如本文所述地操作以进行本文描述为本发明实施例的所有方法实施例和操作。由此，任何编码有执行本文所述处理的指令的计算机可读介质为本发明的实施例。
本文所述的本发明其它实施例包括执行上文所概括以及下文详述的方法实施例步骤和操作的软件程序。更具体地，计算机程序产品系带有计算机可读介质的实施例，其包括编码至其上的计算机程序逻辑，当在计算机化设备中执行时，提供如本文所述的带宽回收相关操作。当在至少一个带有计算系统的处理器上执行时，所述计算机程序逻辑使得所述处理器进行本文中描述本文实施例的操作(例如，方法)。本发明的此类形式一般提供为设在或编码在计算机可读介质上的软件、代码、及/或其它数据结构，诸如光学介质(例如如，CD-ROM)、软盘或硬盘，或固件或一或多个ROM或RAM或PROM芯片中的微代码或作为专用集成电路(ASIC)或一或多个模块、共用库中的可下载软件镜像之类的其它介质。所述软件或固件或其它此类结构可安装在计算机化设备上以使得所述计算机化设备中的一或多个处理器执行本发明描述为本发明实施例的技术。在一整套计算机化设备中诸如一组数据通信设备或其它实体中操作的软件进程，也可提供本发明的系统。本发明的系统可在多个数据通信设备上的许多软件进程之间分布，或者所有进程可在一小组专用计算机上，或者单独一台计算机上运行。
应理解，本发明的实施例可严格实现为软件程序，软件和硬件，或单独的硬件及/或单独的电路，诸如数据通信设备内的。
应注意，本文所描述的各个不同的特征、技术、配置等可独立或组合实施。因此，本发明可以许多不同的方式实现和考虑。并且，应注意，本发明内容部分不具体描述每个实施例及/或增加本说明书或所附权利要求的新方面。作为代替，本发明内容部分仅提供不同实施例及针对现有技术的相关创新点的简述。对于本发明的其它细节、元件、及/或可能观点(排列组合)，读者应参考下文的具体实施方式部分，以及本说明书的相应附图。
附图说明
结合附图，参考下文本发明较佳实施例的具体描述，可清楚前述内容，附图中，类似的部分给予类似的标号。附图并不按比例，而是主要为了说明本发明的原理。
图1为示出根据本发明实施例使用带宽回收用自适应比特率的基于因特网协议(IP)的视频传输网络的方框图；
图2A～2C为示出使用带宽回收用自适应比特率之实例方法的流程图；
图3示出了以由自适应比特率技术选择的若干比特率进行编码的样本内容的图；
图4为示出了，对于以图3所示多种比特率进行编码的内容，从客户端请求的视频段号和字节偏移的表和映射；
图5示出了带宽回收应用的例子；
图6示出了SRM在低带宽情况下主动回收带宽所用的示例消息流；
图7示出了监视两个流服务器的SRM，所述SRM提供了流服务器中容错转移脚本的支持；
图8为示出SRM之示范性构架的方框图，其执行、运行、解释、操作、或以其它方式进行适用于解释本文所述示范性配置的带宽回收进程中的带宽回收应用。
具体实施方式
图1为示出根据本发明实施例使用带宽回收用自适应比特率的基于因特网协议(IP)的视频传输网络100的方块图。网络100包括会话资源管理器(SRM)110，其用于管理网络100上的视频会话并且如下所述地执行带宽回收，藉此允许基于服务质量(QoS)的传输网络支持自适应比特率。应注意，SRM110也可为会话管理器、资源管理器、策略管理器、内容路由器，或其他对网络100上的视频会话进行管理并且执行本文所述带宽回收的网络设备。
受网络100管理的内容分发网络(CDN)120，为在视频会话期间要显示的视频内容存储基于文件的内容(例如，视频文件)122。如下文将详述地，CDN120可存储以不同比特率编码的视频内容项的多份复本。网络100还包括流编码器130，其从基于流的内容(例如，广播电视)132生成一或多个视频流。流编码器130可以不同的比特率对各视频流132进行编码。
流服务器(SS)140将视频(即，基于文件的内容122或基于流的内容132)作为自适应比特率的内容145向客户端170传输。流服务器140从源取得视频内容，从CDN120取得基于文件的内容122或者从流编码器130取得作为以不同比特率进行编码的多个流134中的一个的基于流的内容132，并且将其传输至客户端170。流服务器140可使用渐进式下载方法(例如，通过超文本传输协议(HTTP)GET请求)，或者使用用于传输的流协议(例如，实时传输协议(RTP))，如本领域所公知的。
本实施例中，线缆调制解调器终端系统(CMTS)150向客户端170提供高速数据服务，诸如IP数据、语音、及视频。CMTS150与线缆调制解调器直接通信，或者通过射频(RF)网络(未示)与用户驻地的家庭网关160通信。应注意，本示例网络100中使用射频网络和CMTS 150仅用于说明目的。应理解，所述网络可为任何类型的网络，诸如IP网络、无线网络、数字用户专线(DSL)网络、光纤到x(FTTx)网络(例如，光纤到户(FTTP)网络)、正交调幅(QAM)网络、无源光网络(PON)，或者数字用户线接入复用器(DSLAM)，并且可包括一或多个路由器和交换机(switches)。
SRM110校验CMTS150下游的网络100是否有新视频会话可用的容量，并且向流服务器140指示建立会话并且根据QoS要求CMTS150保留带宽。SRM110在观看会话期间可进行基于策略的决策。SRM100判断请求是请求基于文件的内容(即，视频文件)122还是请求基于流的内容(即，视频流)132。若视频项为视频文件122，SRM110则与CDN120通信以判定视频文件122的编码比特率。若视频项为视频流132，SRM110则与流编码器130通信以判定视频流132的比特率。应注意，SRM110可采用其他方法来判定比特率，例如配置文件或数据库查询。
工作中，SRM110跟踪某一给定服务区域(例如，网络段)中分配给各视频会话的带宽。当观看者(未示)想要开始视频会话时，客户端170向SRM110发出视频会话建立请求。这一请求识别要观看的视频项(例如，视频文件122或视频流132)。会话建立期间，SRM110检查流服务器140和客户端170之间的网络资源利用率，并且基于该区域(例如，网络段)可用网络的剩余带宽选择视频会话的带宽。若有足够的带宽而无需自适应带宽技术，SRM110则以最高QoS使用最高比特率源建立视频会话。然而，若带宽不足，SRM110则检查现存的会话以判定是否有会话可被调整至该内容的较低比特率版本，以为新会话释放网络100中的带宽。这称为带宽自适应。这一调整可基于策略进行选择，诸如服务的分层级别和服务级别协议(SLAs)，以使得最小数量的现存会话受比特率自适应的影响。
SRM110向流服务器140通知新的视频会话和所选择的带宽。SRM110然后与CMTS150通信以为新会话流155保留带宽，并且调整受带宽自适应的所有流的带宽分配来为新的会话流释放带宽。这保证了所选择的带宽不会在观看会话(viewing session)期间改变。SRM110还将会话建立响应返回至客户端170。这些结果将流的最大带宽和统一资源定位符(URL)明确告知流服务器140，以允许客户端170初始视频内容122、132的传输。客户端170例如使用URL与流服务器140直接通信，以获取视频内容。可通过渐进式下载(例如，对基于文件的内容122)获取所述内容，或者可以流形式(例如，对基于流的内容132)从流服务器140传输所述内容。应注意，如本领域所公知的，基于流的内容也可以渐进式下载传输，其中根据客户端的请求经由渐进式下载获取并且分段所述流。
代替实施例中，当观众从多变少时，SRM也可增大视频会话带宽。增大的带宽可使得用户对系统更满意。
应注意，如图1所示，在客户端170设备与SRM110和流服务器140之间传输的控制消息实际经过线缆调制解调器160和CMTS150。然而，简明起见，控制消息示出为在逻辑组件(即SRM110、流服务器140、CMRS150、及线缆调制解调器160)之间直接传输。
现参考流程图2A～2C详细描述SRM110的操作。
图2A～2C为示出使用带宽回收用自适应比特率之方法的流程图。如图2A所示，SRM110维持网络100上的内容会话(201)，包括例如监视各服务区域的带宽利用率。随着可用带宽降低到临界水平之下，SRM110检测到改变网络100内的带宽利用率的需求(202)，所述需求诸如由于可用网络不足而使得网络100可支持的附加视频会话的数量太少，网络100中有可分配给现存视频会话的多余带宽，或者请求新的视频会话并且网络100中的可用带宽不足。
然后，SRM110对内容会话应用自适应带宽调整技术(203)。例如，所述自适应带宽调整技术可根据在网络内变更带宽利用率的需求来调整与各内容会话相关之数据的数据率。SRM110可命令所有或一部分的现存视频会话使用更低比特率，以回收带宽供随后的视频会话使用。应理解，若SRM110判定网络100中的可用带宽过多，则SRM110也可命令所有或一部分的现存视频会话使用更高比特率。
应注意，如图2B所示，检测在网络100内变更带宽利用率之需求的处理可为主动性(205)和非主动性(208)。例如，SRM110可在网络100内发生带宽改变条件之前主动地判定在网络100内即将发生的带宽改变条件(205)。换言之，基于性能的考量，SRM110可判定在网络100中可用带宽耗尽之前改变现存视频会话的比特率是有益的。SRM可监视网络100内的带宽利用率，以判定网络100内的可用带宽是否符合策略(206)，诸如通过将网络100内的可用带宽与可配置值相比较(207)。尽管这提供了性能上的优势，但这在真正需要降低视频质量之前不必要地降低了被调整视频会话的视频质量。此外，由于带宽改变条件还未发生在网络100内，SRM110不知道精确地需要多少带宽，并且基于其估计可能会回收过多的带宽从而进一步降低现存视频会话的视频质量，或者回收带宽过少从而无法提供任何性能优势。
或者，SRM110可根据在网络100中发生的带宽改变条件非主动地检测网络100内变更带宽利用率之需求(208)。换言之，SRM110可等待直至其接收到会话建立请求，而对于所述会话建立请求，在SRM试图从其他视频会话回收带宽之前网络100中存在的带宽不足。SRM110可检查网络100内的带宽利用率以判定网络100内的带宽可用状态(209)。SRM110然后可分析网络100内的内容会话，以根据网络100内发生的带宽改变条件判定至少一个需调整的内容会话的数据率(210)。尽管非主动操作的优势在于SRM110可知带宽的精确回收量，但在SRM110从现有的视频会话回收带宽时，新请求视频会话的实际开始将会被延迟。
再参考图2A，SRM110然后通过对内容会话进行服务质量调整技术而回收网络100中的可用带宽(204)。例如，所述服务质量调整技术可根据自适应带宽调整技术为各内容会话调整客户端170与流服务器140之间分配的带宽配给。在带宽回收期间，SRM110判定要回收的带宽量。在主动检测的情况下，这一回收量是估计出的，在非主动检测的情况下，这一回收量是精确已知的。SRM110知道各视频项目的可用比特率以及各视频会话的当前比特率。SRM110遍历(iterates over)所有视频会话，并且基于会话的当前比特率、可用视频比特率、及视频策略判定可从各视频会话回收的最大带宽量，如下文将参考图5详述。SRM110对这些值进行求和。若可回收足够的带宽，SRM110则通过应用服务质量调整技术开始从各受影响的视频会话回收带宽。
如图2C所示，为了应用服务质量调整技术，SRM110可根据与各内容会话相关数据的经调整数据率来调整分配给会话的各客户端的带宽(211)。在带宽改变条件为网络100上的新会话的某些实施例中，SRM110可减少分配给客户端170的带宽，以提供分配给新内容会话的带宽(212)。类似地，在带宽改变条件为网络100上的会话终止的某些实施例中，SRM110可增大分配给客户端170的带宽，该带宽之前在网络内被分配过(例如，被分配给了现已终止的会话)(213)。
SRM可包含策略服务器(policy server)(未示)，或其可与策略服务器(未示)通信，以判定何时以及如何回收带宽。策略服务器可使用网络拓扑信息、现存会话数据、网络利用率信息、用户/帐户信息、用户的服务等级协议(SLAs)、及有运营商或设备提供商定义的策略或规则判定调整哪个会话及何时调整它们。
图3示出以由自适应比特率技术选择的若干比特率进行编码的样本内容的图。如图所示，所述内容分别以2.0Mbps、1.5Mbps及1.0Mbps编码为两秒的段(two-second segment)。然后必然的结果是，越低密度的编码传送的数据量越少。各两秒长的视频段中的数据量可根据其各自的长度进行可视化，尽管不必对长度进行度量。并且，应注意，可使用除两秒之外的视频段时间。
图4为示出了，对于如图3所示多种比特率进行编码的内容，从客户端170请求的视频段号和字节偏移的表和映射。各两秒视频段具有用于请求某一比特率视频段的相关段号。随着网络阻塞的波动，SRM110例如可判定由于网络100内的可用带宽不足因而会话需要进行比特率改变。因此，SRM110可指令流服务器140以改变至较低比特率源(例如，基于文件的内容122或基于流的内容132)。
这一比特率改变应以使得客户端170处的观看者的视觉停顿为最小的方式进行。因此，流服务器140在一个视频段与另一视频段的边界处改变比特率(即，过渡)，诸如在运动图像专家组4(MPEG-4)压缩视频的帧内(I-frame)响应对下一视频段的HTTP GET请求。当SRM110指令流服务器140改变源文件/流时，流服务器140等待客户端170请求的字节范围以达到视频段边界。当到达时，流服务器140转换视频源文件/流。然而，流服务器140必须对经请求的字节范围进行调整，调整量为视频段边界之间的差，这样其可继续返回正确的视频帧。例如，在视频段2的开始处从2.0Mbps文件向1.5Mbps文件的转换中，当流服务器140接收字节248160的请求(即，与视频段号2相对应)，其必须从该请求减去69560(即，2.0Mbps文件和1.5Mbps文件间的视频段号2的开始字节的差)，以选择较低比特率视频源的正确视频定位。
因此，请求视频段号1(即，该内容的零秒偏移)将导致返回任何视频源(例如，以2.0Mbps，1.5Mbps，或1.0Mbps进行编码)的0字节。类似地，请求视频段号2(即，该内容的两秒偏移)会导致返回2.0Mbps源文件的字节248160、1.5Mbps源文件的字节178600、及1.0Mbps源文件的字节118252。因此，由于与各比特率相关的各字节偏移，2.0Mbps源文件的字节248160、1.5Mbps源文件的字节178600、及1.0Mbps源文件的字节118252与视频内容中相同的时间偏移(即，该内容的两秒偏移)相对应。
图5示出了带宽回收应用的例子。如图所示，SRM(未示)维持网络(未示)上的三个会话520-1～520-3。带有“金”数据包(即，SLA)的会话520-1的观看者正以12Mbps的高清(HD)流观看。如SLA所定义的，例如，带有“金”数据包的观看者不受比特率变更的影响。然而，不属于“金”SLA的两个标准会话520-2和520-3同样正在以12Mbps观看HD流，而根据SLA，可以对这些会话进行比特率变更。各流520-1～520-3可为12Mbps、10Mbps、及8Mbps。在网络上有三个12Mbps流且网络的总共最大可用带宽为38Mbps的情况下，初始时网络上还有2Mbps的可用带宽。
当SRM检测到更改网络内带宽利用率的需求时，诸如接收到对在12Mbps、10Mbps、及8Mbps可用的另一HD流510-4的请求，SRM判定带宽不足(即，仅有2Mbps的可用带宽)。然而，通过对内容会话520-1～520-3应用自适应带宽调节技术，SRM可根据变更网络内带宽利用率的需求，通过调整与各内容会话520-1～520-3相关之数据的数据率回收网络内的额外带宽。此处，由于对另一HD流510-4的请求需要网络内的额外带宽，因此需要下调各内容对话520-1～520-3的数据率。
因此，SRM可对内容会话520-1～520-3应用自适应带宽调整技术，以调低与各内容会话520-1～520-3相关之数据的数据率。例如，SRM可为新会话530-4选择8Mbps流510-4以使得调低现存会话520-1～520-3的数据率所带来的影响为最小。因此，在网络内已有2Mbps可用带宽的情况下，现存会话520-1～520-3的整体数据率必须下调6Mbps。然而，如12Mbps520-1的“金”会话根据SLA不受调整。因此，如根据网络内的策略所确定的，SRM将12Mbps的其余标准会话520-2和520-3的数据率调整为10Mbps的530-2和8Mbps的530-3。在网络内现有额外的6Mbps(总共8Mbps)可用带宽的情况下，网络可以8Mbps数据率的流支持新的标准会话530-4。
然后，SRM对内容会话530-1～530-4应用服务质量调整技术，所述服务质量调整技术基于自适应带宽调整技术为各客户端与流服务器之间的各个对话调整指定的带宽分配。例如，在SRM将8Mbps的带宽分配给新的标准会话530-4的情况下，SRM可分配网络内已有的2Mbps可用带宽以及从网络上的其它会话回收的6Mbps带宽。在SRM应用自适应带宽调整技术将标准会话520-2和520-3的数据率调低的情况下，SRM然后对标准会话520-2和520-3应用QoS调整技术以回收各会话的非必须分配的带宽。例如，SRM可将一个会话从12Mbps 520-3调整为8Mbps 530-3，并且将另一个会话从12Mbps 520-2调整为10Mbps 530-2。根据SLA的规定，并不对“金”会话进行调整。因此，根据自适应带宽调整技术和服务质量调整技术，可在最大可用带宽为38Mbps的网络上同时支持所有四个HD会话530-1～530-4。
应理解，其它示范实施例中，会话终止可引起变更网络内带宽利用率的需求，藉此释放额外带宽分配给现存会话。
图6示出了SRM110在低带宽情况下主动回收带宽所用的消息流的示例。本实施例中，消息流使用渐进性下载(即，客户端使用HTTP GET请求以获取视频)。SRM110维持网络上的视频会话(605)，并且接着检测变更网络内带宽利用率的需求(610)。作为响应，SRM对需要带宽调整的各会话执行下列任务。首先，SRM110通过向流服务器140发送命令以使用较低比特率源(文件或流)，来对内容会话应用自适应带宽调整技术(615)。然后，SRM110等待流服务器140确认已成功转换至较低比特率源(620)。
应注意，由于流仅在两秒视频段的端部改变，因此流服务器140可能无法立即转换至较低比特率源。为了支持无缝转换，最好在良好界定的视频边界处转换为较低比特率源，诸如I帧的开始。此外，更佳地是，在视频源的各不同编码间的良好界定的边界之间有直接的相关性，藉此允许从一种编码源无缝转换至另一种编码源。在流服务器140能够移动至下一视频端(630)之前(其为无缝转换至较低比特率视频源的机会)，这可能需要若干个HTTP GET请求/视频数据响应(625)。
由于流服务器140现已按照请求以较低比特率版本提供服务，则其确认转换至代替比特率源已完成(635)。作为响应，SRM然后通过将视频会话保留带宽的变更通知CMTS150并且发送命令以调整各会话的保留带宽，从而对内容会话应用服务质量调整技术(640)。由此，CMTS不再保留较大的带宽以支持较高比特率的流，并且释放带宽差用于网络中其他的使用。否则，此类开销带宽(overhead bandwi dth)会被浪费掉。流服务器140和客户端170然后可继续使用较低比特率源(645)。一旦所有受影响的会话的此项任务完成，这会回收带宽并且允许建立其他会话。SRM110视需要将视频源的变更通知客户端170。
应注意，支持可变比特率(VBR)编码的客户端170能够支持比特率降低并且无需向其通知比特率的改变。对于渐进式下载，当客户端170请求显示视频文件段时，客户端170将继续向原始的较高比特率文件请求数据。然而，由于流服务器140根据SRM110的请求将客户端的请求映射为较低比特率源，因此客户端170不知道SRM110已指令转换至较低比特率源。
对于渐进式下载，将比特率变更通知客户端170是有益的。向客户端170通知比特率降低会指令其每次向流服务器140请求数据的较少字节。由于流服务器140不必将数据请求映射至代替视频源，这也会简化流服务器编码。然而，即使客户端170继续请求较大的数据块，由于数据因比特率减小而只是稍迟到达客户端170，因而也不会产生问题。
代替实施例中，流服务器140可执行本文所述的方法。流服务器140一般不知道网络配置。然而，流服务器140可以可能的高速率将数据传输至客户端170。若客户端170接收数据的速度不够快，则流服务器140降低比特率。类似地，流服务器140可尝试更高的比特率以使吞吐量为最大。
图7示出了监视两个流服务器740-1和740-2的SRM710，所述SRM710为流服务器中出现的容错转移脚本提供支持。SRM710负责管理多个组件的资源，包括分配给网络段720-1和720-2的带宽以及经过CMTS750的流的带宽。当建立视频会话时，SRM710为在流服务器的各自两个输出端口742-1和742-2与CMTS750之间的网络段720-1和720-2保留带宽。如前所述，SRM710也在CMTS750中为某个流保留带宽，以保持服务质量。SRM710也能够检测流服务器740-1的错误，并且将由发生错误的流服务器提供服务的流移动至代替流服务器740-2，以动态修复错误。
各流服务器740-1和740-2使用各自的网络路径725-1和725-2与CMTS750通信。SRM710沿这些不同的网络段720-1和720-2管理带宽利用率。当检测到错误时，可能有许多由发生错误的流服务器740-1提供服务的流需要移动至代替服务器740-2。SRM710终止所有无法由代替流服务器740-2提供服务的视频会话。若代替流服务器740-2上没有该内容，或者代替流服务器740-2没有足够的容量来为附加流提供服务，则可能发生这种情况。
SRM710接着检查各网络段720-1和720-2的可用带宽。若带宽足够，则简单地将移动所有视频会话，而无需选择不同(例如，较低比特率)的视频源，SRM710指令所述流服务器建立视频会话，并且SRM保留网络段带宽。由于未变更视频源，因此无需调整CMTS中的带宽。所述视频会话在新的流服务器上使用与在发生错误的流服务器上所分配带宽相同的带宽。然而，若即使SRM710调整视频会话以使用可用的最小带宽视频源，代替流服务器740-2所在的网络段720-2的剩余带宽仍不足以支持移动所有由发生错误的流服务器740-1所提供服务的流，则SRM710结束优先级最低的视频会话。优先级可根据服务提供商定义的标准规定，或者SRM可咨询策略服务器(未示)以判定优先级最低的视频会话。
SRM710需要调整已由代替流服务器740-2提供服务的现存视频会话的比特率，以容许从发生错误的流服务器740-1移过来的视频会话。SRM710指令代替流服务器740-2将视频源转换至较低比特率版本。由此，可使用自适应比特率变更能力来降低因错误而移动视频会话的影响。可不咨询客户端(未示)而完成这一视频源的变更，或者可与客户端协调而完成，如前所述。SRM710将用于该视频会话的降低带宽通知CMTS750。
最终，若SRM710判定需要不同的视频源以降低该视频会话使用的带宽，则SRM710指令流服务器使用较低比特率视频源建立视频会话，并且SRM使用较低比特率保留网络段带宽。SRM将用于该视频会话的降低带宽通知CMTS。
对于客户端使用渐进式下载以检索视频的情况，客户端用来检索视频的URL的主机部分可能因为流服务器错误而无效。可通过多种方式解决这一问题，而无需直接向客户端发送消息(由于防火墙，这也许无法做到)。SRM可更新DNS以将对某一服务器的请求指向代替服务器。SRM可指令代理服务器将该请求路由至代替服务器。SRM可指令代理服务器将带有该内容新URL的HTTP重定向返回至客户端。
流服务器可基于其向各客户端传输数据所用时间来监视某个客户端可用的下游带宽。若向客户端传输数据块所用的传输时间说明网络阻塞，流服务器则可自动将视频源切换至较低比特率版本。可不咨询客户端而这样操作，或者可与客户端协调，如前所述。
此外，流服务器可通过同一的下游网络路径(例如，下游视频或数据QAM)将数据传输至多个客户端。流服务器可共同监视传输至这一组客户端的数据传输。若某一单个客户端的视频传输持续较慢，则问题可能是该客户端的家庭网络，或客户端装置本事。这种情况下，流服务器将用于该客户端的视频源调整为较低比特率。
然而，对于使用同一下游网络路径的一组客户端，流服务器可能注意到所用这些客户端偶发地发生数据传输延迟。这种情况下，问题可能是服务提供商网络中的网络阻塞。应该能够计算实际网络带宽，然后为一或多个客户端调整视频源带宽。如前所述，可根据策略决策选择视频会话以进行调整。
流服务器能够通过与SRM、策略服务器、CMTS、路由器等的通信，发现共用的下游网络路径。亦可使用静态配置。
流服务器能够利用多IP输出端口来传输视频数据。例如，流服务器可包含4个千兆以太网(Gigabit Ethernet)端口，所有这些端口都可用于传输数据。流服务器可判定需要将视频会话的数据传输从一个输出端口移动至另一输出端口。移动至一个不同端口的一些可能的原因包括更有效的流服务器处理、组件错误(例如，输出端口错误、卡错误、风扇错误等)、端口或处理器负载、及网络路径错误(例如，路由器丢失(loss))。
流服务器将组件错误以及需要将视频会话移动至另一端口通知SRM。SRM校验新输出端口与CMTS之间的网络段具有足够的带宽。SRM保留这一网络段上的必要带宽。
新网络段上的可用带宽可能少于原有网络段的可用带宽。为了进行补偿，当SRM指令SS将视频会话移动至代替端口时，其亦指令流服务器(SS)将视频源转换至较低比特率版本。由此，可使用自适应比特率传输能力来降低因错误而需移动视频会话所带来的影响。可不咨询客户端而进行这一视频源更改，或者可与客户端进行协调，如前所述。
在SRM接收流服务器已将视频会话移动至代替端口并且视频源业已更改的确认之后，SRM通知CMTS变更为该视频会话所保留的带宽。SRM释放分配给原网络段的带宽。
图8为示出会话资源管理器(SRM)(例如，图1的会话资源管理器110)之示范性构架的方框图，其执行、允许、解释、操作、或以其它方式进行适用于解释本文所述示范性配置中使用的带宽回收进程837中的带宽回收应用836。如本实施例所述，SRM810包括编码有带宽回收应用836的存储器831，以及带宽回收进程837在其上运行的处理器832。此外，设有通信接口833和输入/输出(I/O)接口835，以及连接存储器831、处理器832、通信接口833及I/O接口834的互联机构834(诸如数据总线或其它电路之类)。通信接口833使得SRM810能够与网络上(未示)的其它设备(接入点或其它移动交换机)进行通信。
存储器831为任何类型的计算机可读介质，并且本实施例中，其中编码有如本文所述的带宽回收应用836。带宽回收应用836可实现为支持根据本文所述不同实施例的处理功能的数据及/或逻辑指令之类的软件代码(例如，存储在存储器或可移动磁盘之类的其它计算机可读介质中的代码)。在SRM810的操作过程中，处理器832经由互联机构834访问存储器831以开始、运行、执行、解释、或以其它方式进行带宽回收应用836的逻辑指令。以此方式所执行的带宽回收应用836产生带宽回收进程837的处理功能性。换言之，带宽回收进程837代表运行时在SRM810中的处理器832内或其上进行或执行的带宽回收应用836的一或多个进行或执行部分或运行时实例(或整个带宽回收应用836)。
应注意，本来所描述的示范性配置包括带宽回收应用836其本身(即，以非执行或非运行的逻辑指令及/或数据的形式)。带宽回收应用836可存储在计算机可读介质上(例如，软盘、硬盘、电子、磁性、光学、或其它计算机可读介质)。带宽回收应用836亦可存储在存储器831中，诸如固件、只读存储器(ROM)，或者，如本实施例，存储为例如随机存储器(RAM)中的可执行代码。除这些实施例之外，应注意，本文所述的其它实施例包括在处理器832中执行带宽回收应用836作为带宽回收进程837。本领域的技术人员应理解SRM810可包括其它进程及/或软件和硬件组件，诸如本实施例未示的操作系统。
集成处理器的设备或计算机系统可例如包括，个人计算机、工作站(例如，Sun，HP)、个人数字助理(PDA)、手机之类的手持设备、笔记本计算机、手持计算机，或其它能够与如本文所述地进行操作的处理器相集成的设备。因此，本文所述提出的设备并非穷尽的，仅用于说明而非限制。
所称的“微处理器”和“处理器”，或“所述微处理器”和“所述处理器”可理解为包括一或多个在单机及/或分布式环境中通信的微处理器，并且由此配置为可通过有线或无线通信与其它处理器进行通信，此类一或多个处理器可配置为操作一或多个可为相似或不同设备的处理器受控制设备。由此，使用此类“微处理器”或“处理器”的术语也应理解为包括中央处理器、算术逻辑单元、特定应用集成电路(IC)、及/或任务引擎，而此类举例用于说明而非限制。
此外，所称的存储器，除非另行定义，可包括一或多个处理器可读及可存取存储器元件及/或处理器受控制设备的内部组件、处理器受控制设备的外部组件、及/或可通过使用多种通信协议的有线或无线网络进行存取，并且除非另行具体说明，可设置为包括外部和内部存储设备的组合，此类存储器根据应用可为连续的及/或分区的。因此，所称数据库可理解为包括一或多个存储器关联，其中所称存储器可包括商用数据库产品(例如，SQL、Informix、Oracle)和私有数据库，并且还可包括用于关联存储器的其他结构，诸如链接、队列、图表、树，这些结构仅用于说明而非限制。
所称网络，除非另行定义，可包括一或多个内联网及/或互联网，以及虚拟网络。如前所述，本文所称微处理器指令或微处理器可执行指令应理解为包括可编程硬件。
除非另行说明，用词“基本上”应解释为包括精确关系、条件、排列、方位、及/或其它属性，以及本领域普通技术人员所理解的偏差，其程度为所述偏差不实质性影响所揭露的方法和系统。
整份说明书中，使用单数定冠词所修饰的名词应理解为了方便，并且除非另行明确说明，其包括一个，或一个以上的所修饰名词。
附图中所描述及/或体现以与其它部件相通信、相关、及/或基于的元件、组件、模块及/或其部分，除非本文另行说明，应理解为以直接或非直接的方式进行此类连通、相关、及/或基于。
尽管相对于其特定实施例描述方法和系统，但其并不受此限制。根据上述启示，有许多修改和变化是明显的。本领域的技术人员可对本文所述或所图示的细节、材料、及部件的布置进行许多修改。
根据业已描述的本发明的较佳实施例，本领域的普通技术人员现在能够清楚地知道可使用接合这些概念的其它实施例。此外，作为本发明一部分的软件可实现为包括计算机可用介质的计算机程序产品。例如，此类计算机可用介质可包括可读存储器设备，诸如其上存储有计算机可读程序代码段的硬件驱动设备、CD-ROM、DVD-ROM、计算机磁盘。计算机可读介质还可包括其上作为数字或模拟信号加载的程序代码段的通信链接(光学、有线或无线)。因此，本发明应理解为不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求的精神和范围所限制。

Claims (25)

1.一种在网络内管理内容会话的方法，所述方法包括：
维持所述网络上的内容会话；
检测更改所述网络内带宽利用率的需求；
对所述内容会话应用自适应带宽调整技术，所述自适应带宽调整技术根据更改所述网络内带宽利用率的需求对与各内容会话相关的数据的数据率进行调整；以及
对所述内容会话应用服务质量调整技术，所述服务质量调整技术基于所述自适应带宽调整技术为各内容会话调整在客户端与服务器之间分配的带宽配给。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测更改所述网络内带宽利用率的需求包括：在所述网络内发生带宽改变条件之前主动判定所述网络内即将发生的带宽改变条件。
3.如权利要求2所述的方法，其中对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术包括：监视所述网络内的带宽利用率以判定所述网络内的可用带宽是否符合策略。
4.如权利要求3所述的方法，其中监视所述网络内的带宽利用率以判定所述网络内的可用带宽是否符合策略包括：将所述网络内的可用带宽与可配置值作比较。
5.如权利要求1所述的方法，其中检测更改所述网络内带宽利用率的需求包括：根据所述网络内已发生的带宽改变条件非主动地检测所述更改所述网络内带宽利用率的需求。
6.如权利要求5所述的方法，其中对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术包括：检查所述网络内的带宽利用率以判定带宽可用性的状态。
7.如权利要求6所述的方法，其中检查所述网络内的带宽利用率以判定带宽可用性的状态包括：分析所述网络内的内容会话以判定至少一个可根据在所述网络内发生的带宽改变条件进行调整的内容会话的数据率。
8.如权利要求1所述的方法，其中对所述内容会话应用服务质量调整技术包括：根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽。
9.如权利要求8所述的方法，其中根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽包括：降低分配给客户端的带宽，以提供分配给新内容会话的带宽。
10.如权利要求8所述的方法，其中根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽包括：提高分配给客户端的带宽，所述带宽先前业已在所述网络内分配。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
监视多个服务器，所述服务器在所述网络内为各客户端支持内容会话；
检测所述多个服务器中第一服务器所发生的错误；
将由发生错误的所述第一服务器支持的内容会话移至所述多个服务器中的第二服务器，以维持所述网络上的内容会话。
12.如权利要求11所述的方法，其中将由发生错误的所述第一服务器支持的内容会话移至所述多个服务器中的第二服务器以维持所述网络上的内容会话包括：根据策略判定要移动的内容会话的优先级。
13.一种用于管理网络内内容会话的计算机化设备，包括：
存储器；
处理器；
通信接口；及
连接所述存储器、所述处理器、及所述通信接口的互联机构；
其中所述存储器编码有带宽回收应用，当在所述处理器上的进程中执行时，所述应用能够通过进行下列操作回收所述网络内的带宽：
在所述网络上维持内容会话；
检测更改所述网络内带宽利用率的需求；
对所述内容会话应用自适应带宽调整技术，所述自适应带宽调整技术根据更改所述网络内带宽利用率的需求对与各内容会话相关的数据的数据率进行调整；且
对所述内容会话应用服务质量调整技术，所述服务质量调整技术基于所述自适应带宽调整技术为各内容会话调整在客户端与服务器之间分配的带宽配给。
14.如权利要求13所述的方法，其中检测更改所述网络内带宽利用率的需求的操作包括：在所述网络内发生带宽改变条件之前主动判定所述网络内即将发生的带宽改变条件的操作。
15.如权利要求14所述的方法，其中对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术包括：监视所述网络内的带宽利用率以判定所述网络内的可用带宽是否符合策略的操作。
16.如权利要求15所述的方法，其中监视所述网络内的带宽利用率以判定所述网络内的可用带宽是否符合策略的操作包括：将所述网络内的可用带宽与可配置值作比较的操作。
17.如权利要求13所述的方法，其中检测更改所述网络内带宽利用率的需求的操作包括：根据所述网络内已发生的带宽变化条件非主动地检测所述变更网络内带宽利用率需求的操作。
18.如权利要求17所述的方法，其中对所述内容会话应用所述自适应带宽调整技术的操作包括：检查所述网络内的带宽利用率以判定带宽可用性的状态的操作。
19.如权利要求18所述的方法，其中检查所述网络内的带宽利用率以判定带宽可用性的状态的操作包括：分析所述网络内的内容会话以判定至少一个可根据在所述网络内发生的带宽变化条件进行调整的内容会话的数据率操作。
20.如权利要求13所述的方法，其中对所述内容会话应用服务质量调整技术的操作包括：根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽的操作。
21.如权利要求20所述的方法，其中根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽的操作包括：降低分配给客户端的带宽以提供分配给新内容会话的带宽的操作。
22.如权利要求20所述的方法，其中根据与各内容会话相关的数据的经调整数据率调整分配给所述会话的各客户端的带宽的操作包括：提高分配给客户端的带宽的操作，所述带宽先前业已在所述网络内分配。
23.如权利要求13所述的的方法，还包括下列操作：
监视多个服务器，所述服务器在所述网络内为各客户端支持内容会话；
检测所述多个服务器中第一服务器所发生的错误；
将由发生错误的所述第一服务器支持的内容会话移至所述多个服务器中的第二服务器，以维持所述网络上的内容会话。
24.如权利要求23所述的方法，其中将由发生错误的所述第一服务器支持的内容会话移至所述多个服务器中的第二服务器以维持所述网络上的内容会话的操作包括：根据策略判定要移动的内容会话的优先级的操作。
25.一种编码有计算机可读代码的计算机可读介质，当在计算机化设备上的处理器上执行所述代码时，所述代码提供网络内的内容会话管理，所述介质包括：
用于在所述网络上维持内容会话的指令；
用于检测更改所述网络内带宽利用率的需求的指令；
用于对所述内容会话应用自适应带宽调整技术的指令，所述自适应带宽调整技术根据更改所述网络内带宽利用率的需求对与各内容会话相关的数据的数据率进行调整；以及
用于对所述内容会话应用服务质量调整技术的指令，所述服务质量调整技术基于所述自适应带宽调整技术为各内容会话调整在客户端与服务器之间分配的带宽配给。
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