CN109040102A - 一种互联网直播cdn的实时传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种互联网直播CDN的实时传输方法及系统，方法包括：基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图，基于带权有向全通图确定最优回源路径，基于最优回源路径传输媒体数据。本申请能够通过最优的回源路径传输媒体数据，有效的提高互联网直播内容分发网络的实时传输质量，进而提高实时直播的用户体验。

Description

一种互联网直播CDN的实时传输方法及系统
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种互联网直播CDN(Content DeliveryNetwork，内容分发网络)的实时传输方法及系统。
背景技术
实时直播主要解决的问题是QoS(Quality of Service，服务质量)问题，造成QoS问题的一大原因是网络延迟和丢包。在直播连麦、视频会议等业务场景中，要求端到端的延迟在500毫秒以下，否则人与人的沟通将会产生明显延迟。直播端到端的延迟包含了直播的各个环节，包括采集、编解码、网络传输、渲染等，其中网络传输的延迟占比较大的比重。网络丢包对音视频不同的数据类型对直播体验有不同的影响，目前直播使用的一些协议有抗丢包的措施，但是会造成额外的消耗甚至加剧网络的恶化。因此在国内多个运营商的复杂网络环境下，网络传输的质量往往决定了直播的体验。
直播CDN的主要目标是优化直播内容的网络传输质量，在边缘节点缓存直播流以提高用户访问直播流的速度。如果用户观看直播时分配的边缘节点没有命中直播流，边缘节点会向源节点请求直播流，称为“回源”。直播回源路径的选择是一个比较困难的工程问题，因为我国大小运营商林立，不仅用户侧网络环境比较复杂，CDN服务侧的核心节点的网络环境也比较复杂。一般传统直播CDN的回源路径会预先手动配置成“直播树”的形式，回源路径的质量依赖于对CDN各机房的运维经验数据，不仅精度不高，对网络状态的变化也不敏感。
因此，如何提高互联网直播内容分发网络的实时传输质量，进而提高实时直播的用户体验，是一项亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种互联网直播CDN的实时传输方法，能够有效的提高互联网直播内容分发网络的实时传输质量，进而提高实时直播的用户体验。
本申请提供了一种互联网直播CDN的实时传输方法，所述方法包括：
基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
基于所述带权有向全通图确定最优回源路径；
基于所述最优回源路径传输媒体数据。
优选地，所述基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图包括：
以控制节点为顶点连接主控节点；
主控节点向所有控制节点发送探测命令；
所述控制节点基于所述探测命令得到两个控制节点之间的传输参数；
所述主控节点基于所述传输参数计算出两个控制节点之间的权重。
优选地，所述基于所述带权有向全通图确定最优回源路径包括：
计算所述带权有向全通图任意两点之间的路径，将任意两点之间的最短路径确定为最优回源路径。
优选地，所述传输参数包括：丢包参数、延迟参数和抖动参数。
优选地，所述基于所述最优回源路径传输媒体数据包括：
在最优回源路径上，基于用户数据报协议的快速可靠协议传输媒体数据。
一种互联网直播CDN的实时传输系统，包括：
创建模块，用于基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
确定模块，用于基于所述带权有向全通图确定最优回源路径；
传输模块，用于基于所述最优回源路径传输媒体数据。
优选地，所述创建模块具体用于：
以控制节点为顶点连接主控节点；
主控节点向所有控制节点发送探测命令；
所述控制节点基于所述探测命令得到两个控制节点之间的传输参数；
所述主控节点基于所述传输参数计算出两个控制节点之间的权重。
优选地，所述确定模块，具体用于：
计算所述带权有向全通图任意两点之间的路径，将任意两点之间的最短路径确定为最优回源路径。
优选地，所述传输参数包括：丢包参数、延迟参数和抖动参数。
优选地，所述传输模块具体用于：
在最优回源路径上，基于用户数据报协议的快速可靠协议传输媒体数据。
综上所述，本申请公开了一种互联网直播CDN的实时传输方法，首先基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图，然后基于带权有向全通图确定最优回源路径，基于最优回源路径传输媒体数据。能够通过最优的回源路径传输媒体数据，有效的提高互联网直播内容分发网络的实时传输质量，进而提高实时直播的用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的一种互联网直播CDN的实时传输方法实施例1的流程图；
图2为本申请公开的一种互联网直播CDN的实时传输系统实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，为本申请公开的一种互联网直播CDN的实时传输方法实施例1的流程图，所述方法可以包括以下步骤：
S101、基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
当需要提高互联网直播CDN的实时传输质量时，主控节点以所有机房的控制节点为顶点，创建一个带权有向全通图，该全通图的任意一条边的权重即为两个机房之间的网络状态。其中，控制节点为二级缓存，同时监控机房内的所有边缘节点，其网络状态也代表了机房内各边缘节点的网络状态；边缘节点作为一级缓存，直接向用户提供服务的节点，分为推流节点和拉流节点；主控节点用于监控所有机房的控制节点。
具体的，在创建带权有向全通图时，主控节点启动，控制节点启动，并连接到主控节点，主控节点以控制节点为顶点建立带权有向全通图。主控节点周期性、分批次向所有机房的控制节点发送探测命令，探测命令中包含需要探测的其他控制节点信息；控制节点收到探测命令后，使用KCP协议(一个基于用户数据报协议的快速可靠协议，能以比TCP浪费10％～20％带宽的代价，换取平均延迟降低30％～40％、最大延迟可以减低三倍的效果)探测到其他控制节点的网络质量，得到丢包、延迟、抖动等传输参数，并将传输参数上报给主控节点，主控节点通过传输参数计算出两个机房之间链路的权重，进而得到带权有向全通图。
S102、基于带权有向全通图确定最优回源路径；
然后根据求带权重的有向图或无向图两个顶点之间最短路径的算法计算带权有向全通图任意两点间的距离，将两点之间最短的路径确定为最优回源路径。
S103、基于最优回源路径传输媒体数据。
然后，根据确定的最优回源路径传输媒体数据。在船上媒体数据时，推流端访问流名服务器申请流名，推流端访问调度系统获取推流的上行边缘节点，推流端推流到上行边缘节点，进行一级缓存，上行边缘节点将流推到本机房的控制节点U，进行二级缓存，控制节点将流信息注册到主控节点，主控节点存储流名到控制节点U的映射。拉流端访问主控节点获取流信息，拉流端访问调度系统获取拉流下行边缘节点，下行边缘节点先查询本地的一级缓存，如果命中则向用户发送媒体流，如果下行边缘节点没有命中则访问本机房的控制节点V，查询二级缓存，如果命中则向该下行边缘节点发送媒体数据，并进行一级缓存，同时下行边缘节点向用户发送媒体数据；如果二级缓存也没有命中，控制节点V将访问主控节点，进行回源，主控节点使用DijkStra算法在带权有向全通图中查询从该流的上行源控制节点U到下行控制节点V的最短路径，作为拉流的回源路径；下行控制节点V得到回源路径后，向该路径的最后一跳S发送回源拉流请求，同时将路径的最后一跳S删除，发给S；控制节点S收到请求后查询本地二级缓存，如果命中则开始发送该流的媒体数据，如果没有则向该路径的最后一跳T发送回源拉流请求，同时将路径的最后一跳T删除，发给T，如此循环，直到回源请求回溯到源上行控制节点U，这时候如果命中则发送，没有则返回错误。
在上述过程中，控制节点启动KCP监听端口，WebRTC(谷歌推出的支持网页的实时视频通话的技术，其媒体传输使用RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)，已经成为下一代视频通话的标准)推流端与WebRTC推流边缘节点建立信令和媒体连接，WebRTC推流边缘节点向机房控制节点发送创建实时流命令，机房控制节点创建一个KCP(一个基于UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)的快速可靠协议，能以比TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)浪费10％-20％带宽的代价，换取平均延迟降低30％-40％、最大延迟可以降低三倍的效果)通道，用于处理实时流数据，WebRTC推流端发送RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)给WebRTC推流边缘节点，其收到后用自定义的私有协议(头部包含帧类型、时间戳等信息)封装RTP，转发给机房控制节点KCP监听端口；控制节点收到后开始缓存，其将缓存最近一个GOP(Group Of Picture，图片组)的数据，用于实现秒开功能，并开始进行转发；如果有拉流的回源请求，对新的连接，控制节点将发送最近一个GOP的数据，对旧的链接，将实时发送当前的数据，这样拉流客户端拿到数据后立刻就可以开始播放，实现秒开的功能。
如图2所示，为本申请公开的一种互联网直播CDN的实时传输系统实施例1的结构示意图，所述系统可以包括：
创建模块201，用于基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
当需要提高互联网直播CDN的实时传输质量时，主控节点以所有机房的控制节点为顶点，创建一个带权有向全通图，该全通图的任意一条边的权重即为两个机房之间的网络状态。其中，控制节点为二级缓存，同时监控机房内的所有边缘节点，其网络状态也代表了机房内各边缘节点的网络状态；边缘节点作为一级缓存，直接向用户提供服务的节点，分为推流节点和拉流节点；主控节点用于监控所有机房的控制节点。
具体的，在创建带权有向全通图时，主控节点启动，控制节点启动，并连接到主控节点，主控节点以控制节点为顶点建立带权有向全通图。主控节点周期性、分批次向所有机房的控制节点发送探测命令，探测命令中包含需要探测的其他控制节点信息；控制节点收到探测命令后，使用KCP协议(一个基于用户数据报协议的快速可靠协议，能以比TCP浪费10％～20％带宽的代价，换取平均延迟降低30％～40％、最大延迟可以减低三倍的效果)探测到其他控制节点的网络质量，得到丢包、延迟、抖动等传输参数，并将传输参数上报给主控节点，主控节点通过传输参数计算出两个机房之间链路的权重，进而得到带权有向全通图。
确定模块202，用于基于带权有向全通图确定最优回源路径；
然后根据求带权重的有向图或无向图两个顶点之间最短路径的算法计算带权有向全通图任意两点间的距离，将两点之间最短的路径确定为最优回源路径。
传输模块203，用于基于最优回源路径传输媒体数据。
然后，根据确定的最优回源路径传输媒体数据。在船上媒体数据时，推流端访问流名服务器申请流名，推流端访问调度系统获取推流的上行边缘节点，推流端推流到上行边缘节点，进行一级缓存，上行边缘节点将流推到本机房的控制节点U，进行二级缓存，控制节点将流信息注册到主控节点，主控节点存储流名到控制节点U的映射。拉流端访问主控节点获取流信息，拉流端访问调度系统获取拉流下行边缘节点，下行边缘节点先查询本地的一级缓存，如果命中则向用户发送媒体流，如果下行边缘节点没有命中则访问本机房的控制节点V，查询二级缓存，如果命中则向该下行边缘节点发送媒体数据，并进行一级缓存，同时下行边缘节点向用户发送媒体数据；如果二级缓存也没有命中，控制节点V将访问主控节点，进行回源，主控节点使用DijkStra算法在带权有向全通图中查询从该流的上行源控制节点U到下行控制节点V的最短路径，作为拉流的回源路径；下行控制节点V得到回源路径后，向该路径的最后一跳S发送回源拉流请求，同时将路径的最后一跳S删除，发给S；控制节点S收到请求后查询本地二级缓存，如果命中则开始发送该流的媒体数据，如果没有则向该路径的最后一跳T发送回源拉流请求，同时将路径的最后一跳T删除，发给T，如此循环，直到回源请求回溯到源上行控制节点U，这时候如果命中则发送，没有则返回错误。
在上述过程中，控制节点启动KCP监听端口，WebRTC(谷歌推出的支持网页的实时视频通话的技术，其媒体传输使用RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)，已经成为下一代视频通话的标准)推流端与WebRTC推流边缘节点建立信令和媒体连接，WebRTC推流边缘节点向机房控制节点发送创建实时流命令，机房控制节点创建一个KCP(一个基于UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)的快速可靠协议，能以比TCP(Transmission Control Protocol传输控制协议)浪费10％-20％带宽的代价，换取平均延迟降低30％-40％、最大延迟可以降低三倍的效果)通道，用于处理实时流数据，WebRTC推流端发送RTP(Real-time Transport Protocol，实时传输协议)给WebRTC推流边缘节点，其收到后用自定义的私有协议(头部包含帧类型、时间戳等信息)封装RTP，转发给机房控制节点KCP监听端口；控制节点收到后开始缓存，其将缓存最近一个GOP(Group Of Picture，图片组)的数据，用于实现秒开功能，并开始进行转发；如果有拉流的回源请求，对新的连接，控制节点将发送最近一个GOP的数据，对旧的链接，将实时发送当前的数据，这样拉流客户端拿到数据后立刻就可以开始播放，实现秒开的功能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种互联网直播CDN的实时传输方法，其特征在于，所述方法包括：
基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
基于所述带权有向全通图确定最优回源路径；
基于所述最优回源路径传输媒体数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图包括：
以控制节点为顶点连接主控节点；
主控节点向所有控制节点发送探测命令；
所述控制节点基于所述探测命令得到两个控制节点之间的传输参数；
所述主控节点基于所述传输参数计算出两个控制节点之间的权重。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述带权有向全通图确定最优回源路径包括：
计算所述带权有向全通图任意两点之间的路径，将任意两点之间的最短路径确定为最优回源路径。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传输参数包括：丢包参数、延迟参数和抖动参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述最优回源路径传输媒体数据包括：
在最优回源路径上，基于用户数据报协议的快速可靠协议传输媒体数据。
6.一种互联网直播CDN的实时传输系统，其特征在于，包括：
创建模块，用于基于内容分发网络控制节点之间的网络状态创建带权有向全通图；
确定模块，用于基于所述带权有向全通图确定最优回源路径；
传输模块，用于基于所述最优回源路径传输媒体数据。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述创建模块具体用于：
以控制节点为顶点连接主控节点；
主控节点向所有控制节点发送探测命令；
所述控制节点基于所述探测命令得到两个控制节点之间的传输参数；
所述主控节点基于所述传输参数计算出两个控制节点之间的权重。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述确定模块，具体用于：
计算所述带权有向全通图任意两点之间的路径，将任意两点之间的最短路径确定为最优回源路径。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述传输参数包括：丢包参数、延迟参数和抖动参数。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述传输模块具体用于：
在最优回源路径上，基于用户数据报协议的快速可靠协议传输媒体数据。
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