CN110139119A - 数字广播系统的p2p音频直播分发方法、装置及存储介质 - Google Patents

数字广播系统的p2p音频直播分发方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，包括：步骤1：部署流媒体服务器，用于直播流的转发，客户端推流到所述流媒体服务器，广播设备从所述流媒体服务器拉流；步骤2：通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接；步骤3：将广播设备按临近的地理位置分组，分组内的广播设备相互之间建立P2P连接；步骤4：分组中的网络设备相互之间进行网络带宽测试，并选举带宽最大的节点作为根节点。本发明通过P2P网络分发音频直播流数据，降低服务器端的带宽和流量。

Description

数字广播系统的P2P音频直播分发方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及通信领域的数据业务技术，尤其涉及一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
背景技术
数字广播系统中的音频直播是由客户端进行音频的采集、编码并将数字音频帧推送到服务器，服务器再将音频帧发送到广播设备，广播设备接收到数字音频帧数据后解码、播放。
基于互联网部署的数字广播系统，为了解决服务器端的网络带宽压力，一般采用CDN(ContentDeliveryNetwork内容分发网络)进行音频内容分发。构建CDN网络需要在互联网各处部署边缘服务器，广播设备从最近的边缘服务器拉取直播流。使用这种方式可以减轻源站(数字广播系统服务器)的带宽压力。
对于P2P内容分发技术而言，节点选择是其关键技术之一，其目的是数据请求节点从候选服务节点中选择出离请求节点更近、传输速度较快且拥有其需要数据块的多个服务节点，一方面，使得请求节点能够最快地从服务节点处获得其需要的数据块，另一方面，请求节点从位于同一省、地市的服务节点处获取数据，降低省间以及地市间的流量。而判断节点的临近性，即判断请求节点和服务节点是否处于同一省、地市，是节点选择方法中的关键问题之一。
使用CDN网络减少了源站的带宽压力，但总流量(源站和所有边缘服务器流量)并没有减少。
发明内容
本发明提供一种基于P2P的音频直播分发方法，通过广播设备间的P2P连接来实现音频直播的多级分发，利用广播设备的CPU、网络带宽资源达到节省服务器带宽、流量的目的。
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明公开了一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其步骤包括：
步骤1：部署流媒体服务器，用于直播流的转发，客户端推流到所述流媒体服务器，广播设备从所述流媒体服务器拉流；
步骤2：通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接；
步骤3：将广播设备按临近的地理位置分组，分组内的广播设备相互之间建立P2P连接；
步骤4：分组中的网络设备相互之间进行网络带宽测试，并选举带宽最大的节点作为根节点。
更进一步地，所述流媒体服务器为RTMP流媒体服务器，客户端可以使用RTMP协议推送音频流到服务器，广播设备可以使用RTMP协议从服务器拉取音频流。
更进一步地，所述通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接，进一步包括：广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，通过P2P信令服务器实现两个广播设备间的P2P连接建立。
更进一步地，所述步骤4进一步包括：所述根节点从流媒体服务器拉取直播流，其它设备通过P2P通道从根节点拉流。
更进一步地，所述直播流包括音频流、视频流的一种或多种的组合。
更进一步地，所述广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，进一步包括：对所述广播设备进行检测，检测其网络的带宽、CPU及内存性能，使用STUN服务检测广播设备是否处在NAT之后并使用STUN服务判断NAT的类型。
本发明还公开了一种电子装置，包括：
处理器；以及，
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如上所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
本发明通过利用广播设备的CPU、内存、网络带宽资源进行音频直播分发，通过将网络运营负担的分散化的方式，本发明将更多的功能分散到客户端，很好的分散了网络负担，极大的降低数字广播系统服务器端流量成本。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在图中，在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，结合附图所阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示其中可以实践本文所描述的概念的唯一配置。本文中所记载的装置实施例和方法实施例将在下面的详细描述中进行描述，并在附图中通过各种框、模块、单元、组件、电路、步骤、过程、算法等等(统称为“要素”)来予以示出。这些要素可以使用电子硬件、计算机软件或者其任意组合来实现。至于这些要素是实现为硬件还是软件，取决于特定应用和施加在整体系统上的设计约束。本发明的说明书和权利要求书以及说明书附图中的术语如果使用“第一”、“第二”等描述，该种描述是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
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。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
客户端可以以各种形式来实施。例如，本发明中描述的终端可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。
如图1所示的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其步骤包括：
步骤1：部署流媒体服务器，用于直播流的转发，客户端推流到所述流媒体服务器，广播设备从所述流媒体服务器拉流；
步骤2：通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接；
步骤3：将广播设备按临近的地理位置分组，分组内的广播设备相互之间建立P2P连接；
步骤4：分组中的网络设备相互之间进行网络带宽测试，并选举带宽最大的节点作为根节点。
更进一步地，所述流媒体服务器为RTMP流媒体服务器，客户端可以使用RTMP协议推送音频流到服务器，广播设备可以使用RTMP协议从服务器拉取音频流。
更进一步地，所述通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接，进一步包括：广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，通过P2P信令服务器实现两个广播设备间的P2P连接建立。
更进一步地，所述步骤4进一步包括：所述根节点从流媒体服务器拉取直播流，其它设备通过P2P通道从根节点拉流。
更进一步地，所述直播流包括音频流、视频流的一种或多种的组合。
更进一步地，所述广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，进一步包括：对所述广播设备进行检测，检测其网络的带宽、CPU及内存性能，使用STUN服务检测广播设备是否处在NAT之后并使用STUN服务判断NAT的类型。
本实施例还公开了一种电子装置，其特征在于，包括：
处理器；以及，
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如上所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
本实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
在本实施例中，数字广播系统中部署RTMP流媒体服务器。客户端可以使用RTMP协议推送音频流到服务器，广播设备可以使用RTMP协议从服务器拉取音频流。
数字广播系统中部署STUN服务器、P2P信令服务器。广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，通过P2P信令服务器实现两个广播设备间的P2P连接建立。
数字广播系统根据广播设备的地理位置信息，将位置临近的广播设备划分到同一个分组，服务器通知分组内的设备互相建立P2P连接。
分组内的广播设备各自进行网络带宽测试，分组内的广播设备根据设备网络带宽大小选择网络带宽最大的广播设备作为根节点。
当服务器发起音频直播命令时，根节点根据直播流地址从流媒体服务器拉流，其它节点使用直播流地址向根节点请求直播流数据。
根节点接收到音频流数据后通过P2P通道转发到其它请求该路流的广播设备。
如步骤2所述，传统NAT的映射方式主要有以下几种典型类型：
1.完全透明NAT(Full Cone NAT)：
完全透明NAT把所有来自相同内部IP地址和端口号的内部主机的请求映射到相同的外部IP地址和端口号，任何一个外部主机通过把数据包发送给该内部主机映射的外部IP地址和端口号的方式，都能够把该数据包发送给该内部主机。
2.受限NAT(Restricted Cone NAT)：
受限NAT把所有来自相同内部IP地址和端口号的请求映射到相同的外部IP地址和端口号，与完全透明NAT类型不同，只有当内部主机以前曾经给IP地址为X的外部主机发送过数据包时，IP地址为X的该外部主机才能够把数据包发送给该内部主机，如果内部主机没有给IP地址为X的外部主机发送过数据包，那么IP地址为X的该外部主机无法将数据包发送给该内部主机。
3.端口受限NAT(Port Restricted Cone NAT)：
端口受限NAT同时是把所有来自相同内部IP地址和端口号的请求映射到相同的外部IP地址和端口号。端口受限NAT与受限NAT类似，只是限制中多了端口号。外部主机可以发送一个源IP地址和源端口号分别为(X，P)的IP包给内部主机，只有当内部主机以前曾经给IP地址为X，端口号为P的外部主机发送过数据包时，该外部主机才能够把数据包发送给该内部主机。
4.对称NAT(SymmetricNAT)：
对称式NAT是指把所有来自相同内部IP地址和端口号到特定目的IP地址和端口号的请求映射到相同的外部IP地址和端口。如果同一内部IP地址和端口号发送的目的IP地址和/或端口号不同，则映射的外部IP地址和/或端口号不同。只有收到了数据包的外部主机才能够向该内部主机发送回数据包。
对于上述前三个NAT类型，如果数据包的内网IP地址和端口号相同，那么其映射后的外网IP地址和端口号是固定的；上述(4)中描述的NAT类型不保证所有会话中的(私有IP地址，私有端口)和(公有IP地址，公有端口)之间绑定的一致性。
STUN(SimpleTraversalofUDPThroughNATs，UDP对NAT的简单穿越协议)是一种由IETF研制的UDP媒体流穿透NAT的协议，STUN通过预先在NAT上建立媒体流的NAT映射表项，使得UDP媒体流可顺利穿越NAT。
STUN协议中定义了以下三种请求包，下面分别予以说明：第一类请求包：客户端向STUN服务器的某一IP地址和端口号发送第一类请求包，STUN服务器从该IP地址和端口号返回应答包。例如：客户端向(A1，P1)发送请求包，STUN服务器的应答包从(A1，P1)返回。第二类请求包：客户端向STUN服务器的某一IP地址和端口号发送第二类请求包，STUN服务器从一组不同的IP地址和端口号返回应答包。例如：客户端向(A1，P1)发送请求包，STUN服务器的应答包从(A2，P2)返回。第三类请求包：客户端向STUN服务器的某一IP地址和端口号发送第三类请求包，STUN服务器从一组IP地址相同、端口号不同的地址返回应答包。例如：向(A1，P1)发送请求包，STUN服务器的应答包从(A1，P2)返回。上述STUN服务器返回给客户端的应答包中均携带有客户端的外网IP地址和端口号。
流媒体服务器包括：安装一个缓存流媒体服务器精简的rtmp-nginx，用于推流给用户；执行刷新TS文件及用于记录用户访问信息的功能；流媒体服务器可以根据剩余容量动态调整内存缓存区大小。优选地，间隔8分钟执行一次LRU算法更新TS文件。
CDN网络的层级结构包括全局类的管理服务器节点(GM，LM)和一系列的由廉价PC机组成的P2P的节点，这些P2P节点通过分布式哈希表(DHT)组成一个缓存(Cache)网络，为了使同一个地区Cache网络中的对等缓存(CachePeer，CP)节点具有拓扑临近性，这里可以应用基于地理位置区号的哈希函数，保证区号相同的节点在拓扑图上处于同一个区域。CP节点接收到管理服务器所发出的分发消息，通过DHT数据定位方法，找到所要放置副本的位置。最后，向这里用分布式哈希表对内容提供商(CPS)所提供的内容进行Cache，加速用户访问。
其中，P2P客户端在建立通信会话的控制信令交互中，携带收集地址信息，并在控制信令交互之后进行连通性检测，为本次通信寻找点对点直通的媒体传输备选路径。
通过P2P网络分发音频直播流数据，降低服务器端的带宽和流量。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，包括：
步骤1：部署流媒体服务器，用于直播流的转发，客户端推流到所述流媒体服务器，广播设备从所述流媒体服务器拉流；
步骤2：通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接；
步骤3：将广播设备按临近的地理位置分组，分组内的广播设备相互之间建立P2P连接；
步骤4：分组中的网络设备相互之间进行网络带宽测试，并选举带宽最大的节点作为根节点。
2.如权利要求1所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述流媒体服务器为RTMP流媒体服务器，客户端可以使用RTMP协议推送音频流到服务器，广播设备可以使用RTMP协议从服务器拉取音频流。
3.如权利要求2所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述通过搭建STUN服务器、P2P信令服务器，构建广播设备间的P2P连接，进一步包括：广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，通过P2P信令服务器实现两个广播设备间的P2P连接建立。
4.如权利要求3所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：所述根节点从流媒体服务器拉取直播流，其它设备通过P2P通道从根节点拉流。
5.如权利要求4所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述直播流包括音频流、视频流的一种或多种的组合。
6.如权利要求5所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述广播设备通过STUN服务器进行NAT类型检测，进一步包括：对所述广播设备进行检测，检测其网络的带宽、CPU及内存性能，使用STUN服务检测广播设备是否处在NAT之后并使用STUN服务判断NAT的类型。
7.如权利要求5所述的一种数字广播系统的P2P音频直播分发方法，其特征在于，所述根节点接收到所述直播流数据后通过P2P通道转发到其它请求该路流的广播设备。
8.一种电子装置，其特征在于，包括：
处理器；以及，
存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1-7任一项所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的数字广播系统的P2P音频直播分发方法。
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