CN105556927B - 在专用网络中分发数据内容 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在专用网络中分发数据内容的方法和设备，该专用网络包括多个次级网络段，所述多个次级网络段各自经由虚拟专用网络连接来连接至主网络段，该专用网络包括用于渲染数据内容的设备。该方法包括以下步骤：将渲染数据内容的设备布置成在专用网络内的对等(P2P)连接覆盖网络中的对等体；指定主网络段中的管理对等体，该主网络段中的管理对等体负责经由网关从专用网络之外的流传输源下载数据内容以及将数据内容分发至主网络段中的至少一个其他对等体；指定每个次级网络段中的管理对等体，所述每个次级网络段中的管理对等体负责从主网络段中的对等体取得数据内容以及将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体。

Description

在专用网络中分发数据内容
技术领域
本发明涉及一种用于在专用网络中分发数据内容的方法及设备。
背景技术
近年来，对经由单播的数据流传输的需求不断增长。虽然多播流传输已经存在了许多年，但是安装必要的硬件的成本和复杂性使得多播流传输不大受欢迎。多播流传输传统上依赖于实时传输协议(RTP)/实时流传输协议(RTSP)，随着更通用的协议如超文本传输协议(HTTP)流传输的传播，实时传输协议(RTP)/实时流传输协议(RTSP)的使用已经减少。因此，已经转向使用更现代的协议的单播流传输。
单播流传输的主要缺点是，随着数据内容的渲染器的数量增加，单播流传输伴随着带宽需求的线性增加在数据内容流传输源方面产生了潜在的瓶颈。针对该问题的可能的解决方案是进行网页缓存，其中，流的本地副本存储在给定的网络段中用于由该段内的所有渲染器来消费。
在开放的互联网上，这种缓存和重新分发通过经由内容分发网络(CDN)来实现。相比较大的专用网络使用固定的虚拟专用网络(VPN)链路来将表示地理上分布的局的多个网络段互连。在局内，用高容量的链路和交换机来构造网络。来自公共互联网与至公共互联网的业务被路由通过固定容量的网关链路或通过一个或更多个段直到到达网关链路为止。
专用网络的主要瓶颈是VPN和网关链路，VPN和网关链路通常不被确定尺寸以支撑将一个或更多个数据内容流同时递送至大量的数据内容渲染器的负载。可以通过根据需要贯穿网络分布网络缓存装置来克服这些瓶颈。然而，需要采购、管理以及维护这些装置。
发明内容
因此，本发明的目的是解决或至少缓解本领域中的这些问题，并且提供用于在专用网络中分发数据内容的改进的方法以及设备。
在本发明的第一方面中，通过用于在专用网络中分发数据内容的方法来实现这个目的，该专用网络包括若干次级网络段，每个所述次级网络段经由虚拟专用网络连接来连接至主要的初级网络段，所述专用网络包括用于渲染数据内容的设备。该方法包括将用于渲染数据内容的设备布置为在专用网络内的对等(P2P)连接覆盖网络中的对等体的步骤。此外，该方法包括指定主网络段中的管理对等体的步骤，该主网络段中的管理对等体负责经由网关从专用网络之外的流传输源下载数据内容以及将数据内容分发至主网络段中的至少一个其他对等体。此外，该方法包括指定每个次级网络段中的管理对等体的步骤，所述每个次级网络段中的管理对等体负责从主网络段中的对等体取得数据内容以及将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体。
在本发明的第二方面中，通过用于协调在专用网络中分发数据内容的设备来实现这个目的，专用网络包括若干次级网络段，每个所述次级网络段经由虚拟专用网络连接来连接至主网络段，专用网络包括用于渲染数据内容的设备。协调设备包括处理单元，该处理单元被配置成将渲染数据内容的设备布置为在专用网络内的P2P连接覆盖网络中的对等体。处理单元还被配置成：指定主网络段中的管理对等体，所述主网络段中的管理对等体负责经由网关从专用网络之外的流传输源下载数据内容：以及指示主网络段中的管理对等体将数据内容分发至主网络段中的至少一个其他对等体。此外，处理单元被配置成：指定每个次级网络段中的管理对等体，该管理对等体负责从主网络段中的对等体取得数据内容；以及指示每个次级网络段中的管理对等体将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体。
因此，例如在公司或公共机构的专用网络设置可以包括多个次级网络段，所述多个次级网络段表示地理上分布的局，并且所述多个次级网络段经由固定的VPN链路连接至主网络段。在网络段内部，用高容量的链路和交换机来构造网络。来自公共互联网与至公共互联网的业务以及因此至/来自提供数据内容的流传输源的业务经由固定容量的网关链路被路由至专用网络的主段。专用网络的主要瓶颈是VPN链路和网关链路，VPN链路和网关链路通常不被确定尺寸以支撑将一个或更多个流同时递送至大量的数据内容渲染器的负载。
为此，在本发明的情况下，最好地通过被称为跟踪器的协调设备将专用网络中的渲染设备布置成在专用网络内的P2P连接覆盖网络中的对等体。此后，指定主网络段中的管理对等体以从流传输源下载数据内容以及以P2P方式将该数据内容分发至主网络段中的一个或更多个其他对等体，在P2P方式中，对等体彼此共享数据内容。
此外，指定每个次级网络段中的管理对等体，所述每个次级网络段中的管理对等体负责经由相应的VPN链路从主网络段中的对等体取得数据内容以及将所取得的数据内容分发至同一次级网络段中的一个或更多个其他对等体。由于每个网络段只有一个输入数据内容流，并且相比于使用一个或更多个路由器在段之间以及在段内多播数据内容的系统，该对等设备用于在每个段内相互之间分发数据内容，因此提供了用于在专用网络中执行实时流传输的高效的手段。使用本发明，不需要昂贵的、网络特定的多播路由器。
本发明的不同的实施例通过从属权利要求来限定，并且随后在具体实施方式中对其进行了讨论。
应当注意的是，本发明涉及权利要求书中记载的特征的所有可能的组合。本发明的进一步的特征和优点将在研究所附权利要求书和以下描述时变得明显。本领域的技术人员应当认识到可以组合本发明的不同特征来产生与以下描述的实施例不同的实施例。
附图说明
现在通过举例的方式参考附图来描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的用于在专用网络中分发数据内容的系统；
图2a示出了本发明的另一实施例，该另一实施例示出了被称为跟踪器的用于管理P2P覆盖网络的监视设备；
图2b示出了使用本发明的方法来布置P2P覆盖网络中的对等体的结果；
图3示出了根据本发明的实施例的用于在专用网络中分发数据的方法的流程图；以及
图4示出了根据本发明的另一实施例的布置P2P覆盖网络中的对等体的跟踪器。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明，其中，示出了本发明的某些实施例。但是本发明可以以多种不同形式来实施，并且不应被解释为限于在本文中阐述的实施例；而是，这些实施例通过示例的方式被提供以使得本公开深入和完整，并且这些实施例将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在本说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了根据本发明的实施例的用于在专用网络中分发数据内容的系统。专用网络10可以被设置在例如公司或公共机构处，其中，表示地理上分布的局的多个次级网络段11、12分别经由固定VPN链路13、14连接到主网络段17。在网络段内，用高容量的链路和交换机来构造网络。来自公共互联网与至公共互联网的业务以及因此包括源例如用于对所请求的数据内容进行流传输的服务器的CDN 15经由固定容量的网关(GTW)链路16被路由至专用网络10的主段(HQ)17。专用网络10的主要瓶颈是VPN链路13、14以及网关链路16，VPN链路13、14以及网关链路16通常不被确定尺寸以支撑将一个或更多个流同时传送至大量的数据内容渲染器的负载。网络段11、12、17通常根据专用网络内给定的层次结构来布置。层次结构的最高级是主网络段17，主网络段17通常是实现专用网络10的组织的总部(或区域总部)。例如，在公司环境中，主网络段17可能是跨国公司的区域分部。在主段17内可能有物理上包括局域网(LAN)的三个子网络，其中，一个子网络用于区域总局17，另一个子网络用于区域分局11、12中的每个区域分局，所述区域分局例如该区域中的两个生产工厂。
为此，在如图1所示的本发明的情况下，将请求数据内容的渲染设备例如电视机、移动电话、电脑，平板电脑、智能手机等通过跟踪器(未示出)被布置成在专用网络10内的对等(P2P)连接覆盖网络中的对等体p1至p12。此后，在主网络段17中指定管理对等体p1与CDN15中的流传输源进行通信并且经由网关16将来自CDN 15的数据内容分发至主网络段17中的至少一个其他对等体。在这个具体示例中，管理对等体p1将数据内容分发至第一对等体p2和第二对等体p4，第一对等体p2和第二对等体p4进而以P2P方式将数据内容分别分发至第三对等体p3和第四对等体p5。
另外，在每个次级网络段11、12中指定管理对等体p6、p9，管理对等体p6、p9负责经由VPN链路13、14从主网络段17中的对等体取得数据内容以及将所取得的数据内容分发至同一次级网络段中的至少一个其他对等体。在这个具体示例中，第一次级段11的管理对等体p6将数据内容分发至第一次级段11中的第一对等体p7，而第一对等体p7将数据内容分发至又一对等体p8。此外，第二次级段12的管理对等体p9将数据内容分发至第二次级段12中的第一对等体p10和第二对等体p11。最后，第二段12的第一对等体p10将数据内容分发至又一对等体p12。
相比于使用一个或更多个路由器在段之间以及在段内多播数据内容的系统，由于每个网络段只有一个输入数据内容流，并且该对等设备用于在每个段内相互之间分发数据内容，因此提供了用于在专用网络中执行实时流传输的高效的手段。使用本发明，不需要昂贵的、网络特定的多播路由器。对等体以树P2P连接覆盖或网P2P连接覆盖被布置在给定段内，并且因此以高效的方式交换流传输数据。在实践中，专用网络可以包括数十个不同的网络段和数千个对等体。
已开发出多种手段来高效地利用对等体的上载容量。这些手段可以被分为两大类。
基于树的系统是基于在覆盖网络中构造一个或更多个结构化的树，其中，在每个树顶上的对等体馈给其下面的对等体。当对等体不以高频率加入或离开该系统时，由于在对等体之间没有任何其他消息的情况下实现数据流，所以这种方法效果很好。然而，在高流失环境下，维护树可能是非常昂贵的，并且有时破坏以及重建一个或更多个树是必要的。
基于网的系统不实施树结构，或换言之，对等体连接不形成特定的覆盖，并且对等体以非结构化的方式相互连接。对等体通过所谓的流言通信或通过相互发送数据请求消息来交换数据。基于网的系统的缺点是，由于节点需要相互协商来找到对等体，所以基于网的系统的建立时间可能会较长。然而，许多系统都使用基于网的手段，因为对于高流失而言基于网的手段非常强健。在这种系统中，每个对等体具有所述对等体可能从其下载的多个邻居，因此任何邻居的失败都不像在基于树的手段中那样关键。
在基于网的手段中虽然个别对等体局部地做出决定而没有全局视图，但是当考虑对等体流失时基于网的手段仍然可以达到堪比基于树的手段的节省，这主要是由于基于网的手段不需要负担维护全局连接结构的视图的巨大开销。
图2a示出了本发明的另一实施例，该另一实施例示出了被称为跟踪器20的用于管理P2P连接覆盖网络的监视设备。跟踪器通常用作为中央协调器，该中央协调器指示其他对等体从其下载所请求的数据内容的对等体。跟踪器20通常访问网络和对等体状态，例如对等体上载带宽、对等体下载带宽、针对每个所请求的数据内容流的最近下载部分、网络地址转换(NAT)兼容类型、对等体CPU负载、对等体IP地址、要被下载的数据内容在数据流中的位置等。给定对等体的状态可以用来构造品质因数，品质因数进而可以用来将对等体进行排序。因此具有较高排序的对等体可以被视为更可靠并且更加能够将数据流上载至其他对等体。
因此，跟踪器20使用处理单元21来管理根据本发明的实施例的专用网络中的数据内容的分发，该处理单元21以一个或更多个微处理器的形式来实施，所述一个或更多个微处理器被布置成执行被下载至与微处理器关联的合适的存储介质22的计算机程序23，所述存储介质例如随机存取存储器(RAM)、快闪存储器或硬盘驱动器。当包括计算机可执行指令的适当的计算机程序23被下载至存储介质22并且由处理单元21执行时，处理单元21被布置成至少部分地实施根据本发明的实施例的方法。存储介质22也可以是包括计算机程序23的计算机程序产品。可替代地，可以借助于合适的计算机程序产品如软盘或存储棒将计算机程序23转移到存储介质22。作为进一步的替代方案，可以通过网络将计算机程序23下载至存储介质22。处理单元21可以替代地以专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、数字信号处理器(DSP)等形式来实施。
将通过参考图2a以及进一步参考图3的流程图来示出根据本发明的实施例的在专用网络中分发数据的方法。在第一步骤S101中，跟踪器20的处理单元21将渲染数据内容的设备布置成在专用网络内的P2P连接覆盖网络中的对等体p1至p12。如随后将更详细地讨论的那样，这可以由跟踪器20通过向每个对等体p1至p12提供对等体可以尝试从其下载数据内容的相邻对等体的列表来进行。
在第二步骤S102中，跟踪器20的处理单元21在主网络段中指定管理对等体p1，管理对等体p1负责经由网关与专用网络之外的流传输源进行通信，并且负责将数据内容分发至主网络段中的至少一个其他对等体。该指定可以通过考虑对等体的排序以及选择具有最高排序的对等体作为管理对等体来执行。
在第三步骤S103中，跟踪器20的处理单元21在每个次级网络段中指定管理对等体p6、p9，管理对等体p6、p9负责从主网络段中的对等体取得数据内容，并且将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体。同样，该指定可以通过考虑每个次级段中的对等体的排序以及选择具有最高排序的对等体作为管理对等体来执行。这改变了数据流覆盖使得次级段内的每个对等体从同一次级网络段的管理对等体下载数据内容流或者从同一次级段内的另一其他对等体下载数据内容流。
图2b示出了如图1先前示出的对等体p1至p12的布置结果，其中，主段17中的管理对等体p1从流传输源SS下载数据内容并且将该数据内容分发至对等体p2和p4等。
图4示出了本发明的另一实施例，其中，跟踪器20的处理单元21获取每个对等体的网络段标识符并且基于网络段标识符来确定每个对等体应当属于哪个网络段。因此，主段17中的所有对等体与ID＝1关联，第一次级段11中的所有对等体与ID＝2关联，而第二次级段12中的所有对等体与ID＝3关联。该标识符可以由跟踪器20的处理单元21从相应的对等体获取或者由通过专用网络的所有者维护的中央注册中心来获取。对可以与另一段的对等体分开处理特定段的对等体的跟踪器20来说，由于将对等体进行排序和布置的过程是较容易的并且是更直接的，所以这是有利的。
在本发明的实施例中，当在P2P连接覆盖网络中布置对等体时，追踪器向每个对等体发送相邻对等体的列表，对等体可以尝试连接到相邻对等体以下载所需的数据内容。
在本发明的另一实施例中，对等体通过使用网络的分布取样(例如通过随机地或偏向地应用流言协议)来扩展对等体的相邻对等体的列表。
在本发明的又一实施例中，每个对等体通过应用分发协议或者通过跟踪器来接收关于所述对等体的相邻对等体的状态的周期更新。该更新包含以下数据元素中的一个或更多个：每个对等体的下载点；每个对等体的处理能力的度量，包括例如对等体CPU性能如CPU频率、CPU核的数量、RAM大小等；连接性度量，该连接性度量将与具有无线连接(如Wi-Fi)的对等体相比针对固定连接的对等体给出较高的分数。该度量也可以考虑相关的对等体上载和/或下载带宽。
最好地，考虑相邻对等体的状态来构造更高效的P2P覆盖网络。因此，跟踪器可以根据需要向对等体发出连接命令，以使例如在对等体流失时能够实现新的动态改进的P2P覆盖网络。
另外，关于对等体的状态的信息用于计算每个对等体的分数。所计算的分数用作在给定段中的对等体的排序，并且被认为具有专用网络中的网络段内的最高排序的对等体被指定为管理对等体。由于专用网络内的每个网络段的管理对等体最接近于每个段的输入链路，所以管理对等体将成为相应的段中的下述对等体，所述对等体在同一段中的所有其他对等体之前首先获得数据内容。在根据本发明的实施例的P2P覆盖网络中，跟踪器接收关于连接和目前的对等体的状态的信息，因此不断更新各个对等体的排序以在排序指示对等体应当尝试连接到与对等体当前连接到的对等体不同的对等体的情况下将连接命令发送至对等体。
排序是基于关于对等体的状态的信息，并且根据关于对等体的状态的信息可以确定每个对等体在P2P覆盖网络中的位置，所述关于对等体的状态的信息包括下述中的一个或更多个：对等体上载带宽、对等体下载带宽、每个所请求的数据内容流的最近下载的部分、NAT兼容类型、对等体CPU负载、对等体IP地址、要被下载的数据内容在数据流中的位置等。
上面已参考几个实施例主要描述了本发明。然而，如本领域的技术人员容易理解的那样，与以上公开的实施例不同的其他实施例同样可能在本发明的范围之内，如所附的专利权利要求书所限定的那样。

Claims (11)

1.一种用于在专用网络中分发数据内容的方法，所述专用网络包括若干次级网络段，每个所述次级网络段经由虚拟专用网络VPN连接来连接至主网络段，所述专用网络包括用于渲染数据内容的设备，所述方法包括以下步骤：
将所述渲染数据内容的设备布置(S101)为在所述专用网络内的对等P2P连接覆盖网络中的对等体；
指定(S102)主网络段中的管理对等体，所述主网络段中的管理对等体负责经由网关从所述专用网络之外的流传输源下载所述数据内容以及将所述数据内容分发至所述主网络段中的至少一个其他对等体；
指定(S103)每个次级网络段中的管理对等体，所述每个次级网络段中的管理对等体负责从所述主网络段中的对等体取得所述数据内容以及将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，布置P2P覆盖网络的步骤包括：
向每个对等体提供相邻对等体的列表，所述每个对等体能够尝试从所述相邻对等体下载所述数据内容。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，指定每个网络段中的管理对等体的步骤还包括：
将所述对等体进行排序以及选择每个网络段中的具有最高排序的对等体作为所述管理对等体。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
接收对等体状态信息，所述对等体状态信息包括当布置P2P覆盖网络中的对等体时要被考虑的以下参数中的一个或更多个：对等体上载带宽、对等体下载带宽、每个所请求的数据内容流的最近下载的部分、网络地址转换NAT兼容类型、对等体CPU负载、对等体IP地址以及要被下载的数据内容在数据流中的位置；以及
基于所述对等体状态信息来确定当前对等体在所述P2P覆盖网络中的位置。
5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
获取每个对等体的网络段标识符；以及
基于所述网络段标识符来确定每个对等体应当属于哪个网络段。
6.一种用于协调在专用网络(10)中分发数据内容的设备(20)，所述专用网络(10)包括若干次级网络段(11，12)，每个所述次级网络段(11，12)经由虚拟专用网络VPN连接(13，14)来连接至主网络段(17)，所述网络段包括用于渲染数据内容的设备，所述用于协调在专用网络中分发数据内容的设备包括处理单元(21)，所述处理单元(21)被配置成：
将所述渲染数据内容的设备布置为在所述专用网络内的对等P2P覆盖网络中的对等体(p1至p12)；
指定所述主网络段中的管理对等体(p1)，所述主网络段中的管理对等体(p1)负责经由网关(16)从所述专用网络之外的流传输源(15)下载所述数据内容；以及指示所述主网络段中的管理对等体将所述数据内容分发至所述主网络段中的至少一个其他对等体(p2，p4)；以及
指定每个次级网络段中的管理对等体(p6，p9)，所述每个次级网络段中的管理对等体(p6，p9)负责从所述主网络段中的对等体取得所述数据内容；以及指示所述每个次级网络段中的管理对等体将所取得的数据内容分发至同一次级网络段内的至少一个其他对等体(p7，p10，p11)。
7.根据权利要求6所述的用于协调分发数据内容的设备(20)，所述处理单元(21)还被配置成：
向每个对等体(p1-p12)提供相邻对等体的列表，所述每个对等体能够尝试从所述相邻对等体下载所述数据内容。
8.根据权利要求6或7所述的用于协调分发数据内容的设备(20)，所述处理单元(21)还被配置成：
将所述对等体(p1-p12)进行排序以及选择每个网络段(17，11，12)中的具有最高排序的对等体(p1，p6，p9)作为所述管理对等体。
9.根据权利要求6或7所述的用于协调分发数据内容的设备(20)，所述处理单元(21)还被配置成：
接收对等体状态信息，所述对等体状态信息包括当布置所述P2P覆盖网络中的所述对等体(p1-p12)时要被考虑的以下参数中的一个或更多个：对等体上载带宽、对等体下载带宽、每个所请求的数据内容流的最近下载的部分、网络地址转换NAT兼容类型、对等体CPU负载、对等体IP地址以及要被下载的数据内容在数据流中的位置；以及
基于所述对等体状态信息来确定当前对等体在所述P2P覆盖网络中的位置。
10.根据权利要求6或7所述的用于协调分发数据内容的设备(20)，所述处理单元(21)还被配置成：
获取每个对等体(p1-p12)的网络段标识符；以及
基于所述网络段标识符来确定每个对等体应当属于哪个网络段(17，11，12)。
11.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质包含有计算机程序(23)，所述计算机程序(23)包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于当所述计算机可执行指令在包括在设备(20)中的处理单元(21)上执行时使所述设备(20)执行根据权利要求1至5中任一项所述的步骤中的至少一部分步骤。
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