CN113329050B - 内容分发方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内容分发方法及系统,其中,内容分发方法,包括:确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。能够有效提升互联网内容在全球范围内的分发效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域,尤其涉及一种内容分发方法及系统。
背景技术
近年来,随着云计算、边缘计算等技术的飞速发展,内容分发网络(ContentDistribution Network,简称CDN)逐渐成为了互联网的流量中心。预计到2022年,内容分发网络将承载72%的互联网流量。
内容分发网络利用分布式的云、边节点上的计算和存储能力,将互联网应用的内容分发到靠近用户的缓存服务器上,降低用户访问内容的访问时延;同时,通过在云和边上部署内容副本服务区域用户,降低了源服务器的访问压力,节约了主干网上的网络流量。
但受地缘政策、经济成本和路由策略等因素的影响,现有地面内容分发网络基础设施存在极强的聚集性,即大量云数据中心主要部署在一些人口稠密且经济发达的地区。从全球视角来看,仍然存在大量区域,虽然人口众多,但由于缺乏云和边缘计算平台等基础设施,互联网内容在这些区域的分发效率低下,内容的访问延迟高,用户体验仍有很大的提升空间。
因此,如何提供一种内容分发方法及系统,提升互联网内容在全球范围内的分发效率,成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种内容分发方法及系统。
本发明提供一种内容分发方法,包括:
确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
根据本发明提供的内容分发方法,所述确定内容分发网络拓扑结构,具体包括:
基于所述卫星分发节点的运动规律,确定不同时刻所述卫星分发节点的位置信息;
基于不同时刻所述源内容服务器、所述内容分发节点和所述终端用户的位置信息,以及各节点之间的通信链路,确定所述内容分发网络拓扑结构。
根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配,具体包括:
基于所述分发决策,确定目标分发节点;
将所述待分发内容和所述目标终端用户请求分配给所述目标分发节点。
根据本发明提供的内容分发方法,所述基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述终端用户请求确定目标分配时间和目标分配区域;
基于所述目标分配时间和所述历史信息确定目标预测时间;其中,所述目标预测时间包括历史目标分配时间;
基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策。
根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标分配区域和所述内容分发网络拓扑结构,确定目标节点集;其中,所述目标节点集为能够与所述目标分配区域内终端用户通信的内容分配节点构成的集合;
基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策。
根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标节点集,确定在所述目标预测时间范围内且满足所述预设约束条件时,分发效率达到最大的目标分发节点;
基于所述目标分发节点,确定分发决策。
根据本发明提供的内容分发方法,所述预设约束条件,具体包括:
所述内容分发节点与所述目标区域的链路带宽不小于预设链路带宽阈值,所述内容分发节点执行所述终端用户请求所消耗的总带宽不大于所述内容分发节点出口带宽最大值,且所述内容分发节点的可用存储容量不小于目标待分发内容数据量。
本发明还提供一种内容分发系统,包括:结构确定单元、分发决策单元和决策执行单元;
所述结构确定单元,用于确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
所述分发决策单元,用于基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
所述决策执行单元,用于基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
本发明还提供一种电子设备,包括存储器和处理器,所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信;所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述内容分发方法的各个步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如上述内容分发方法的各个步骤。
本发明提供的内容分发方法及系统,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。将分发效率作为分发决策的确定标准,通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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为本发明提供的内容分发方法流程图;
图2为本发明提供的内容分发网络拓扑结构示意图;
图3为本发明提供的内容分配示意图;
图4为本发明提供的内容分配过程示意图;
图5为本发明提供的内容分发过程流程示意图;
图6为本发明提供的内容分发系统结构示意图;
图7为本发明提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
卫星网络的发展为提升内容分发网络在全球范围内的分发效率、提升全球用户的用户体验带来了新的机遇,并得到了业界的广为关注。在未来新兴巨型星座将在空间部署海量低轨卫星,除了传统的卫星业务,还能够承载通用的互联网业务。
每个卫星能够搭载一定的计算、存储能力,卫星之间能通过高速率的激光链路连接通信。这些“星计算节点”和地面的“云计算结点”、“边缘计算节点”在覆盖范围、服务性能上具有极强的互补性。
同时,传统云计算平台运营商也在全球范围内积极部署“地站即服务”基础设施,为星地资源的通信与协同提供了低成本、全球落地、按需使用的新机遇。
根据现有技术中存在的缺陷,本发明提供一种内容分发方法,为了便于后续解释说明,对发明中设计的相关观念进行说明:
图2为本发明提供的内容分发网络拓扑结构示意图,如图2所示,内容分发网络拓扑结构空间构架,主要包括三大组成部分:
(1)内容分发节点,天地网络中具备一定计算、存储、网络资源的节点。例如:卫星分发节点、地面的云分发节点等。内容分发节点间通过星间链路、星地通信链路和地面网络等方式实现互联。在全球内容分发过程中,源内容服务器上的原始数据内容,将通过大量内容分发节点实现全球范围内的内容分发。
(2)源内容服务器(内容分发控制服务器),负责对全球内容分发的重要决策进行计算与下达,可周期性的采集和分析各个内容分发节点上的统计数据,包括服务用户数量,用户访问延迟等信息。源内容服务器将执行分发算法,决定将源内容如何分发到各个具体的内容分发节点上,以及当用户请求实时生成时,如何将各用户请求合理分配到不同的分发节点上。
(3)终端用户,每个终端用户可以发出请求,访问地面分发节点或卫星分发节点中缓存的应用内容。
图1为本发明提供的内容分发方法流程图,如图1所示,本发明提供一种内容分发方法,包括:本发明提供一种内容分发方法,包括:
步骤S1,确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
步骤S2,基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
步骤S3,基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
具体的,在本发明提供的内容分发网络中,结合卫星作为卫星分发节点,设计基于星地协同的内容分发网络。
由于卫星包括静态卫星和动态卫星,源内容服务器在确定待分发内容的在内容分发节点上的分配时,需要基于卫星星座特征、地面云计算平台分布情况,卫星动态时变的位置信息用户分布等信息等,确定内容分发网络的拓扑结构。
在步骤S1中,确定内容分发网络拓扑结构。其中,按照网络中节点类型的不同,内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点。
需要说明的是,本方案的执行主体为源内容服务器,源内容服务器可周期性的采集和分析网络中其他节点的相关信息,还可以在固定的时刻,或通过预设采集规则采集相关信息。具体的方法可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
图2为本发明提供的内容分发网络拓扑结构示意图,如图2所示,假设共有M个云分发节点,记为C={C1,C2,C3,…,CM}。共有N个卫星分发节点,记为S={S1,S2,S3,…,SN}。内容分发节点集合记为:Node={C∪S}。记Src为源内容服务器集,Reg为终端用户集。
假定在时隙[t,t+1)内容分发网络的拓扑结构不变,则内容分发网络拓扑结构在t时刻可以描述为动态图:Gt={V=(Src∪Node∪Reg),E=Conn}。其中,动态图的边Conn为内容分发网络中各个节点之间的连接关系。
可以理解的是,由于内容分发网络中各节点的通信能力存在一定的区别,各节点之间的连接关系也存在一定的差异,内容分发网络拓扑结构在描述各节点的位置关系之外,还需要确定节点间的连接关系。
需要说明的是,内容分发网络的拓扑结构可以是以全球作为网络范围,或者是以国家或者地区作为网络范围。具体的网络覆盖范围可根据实际需求进行调整。相应地,网络中源内容服务器、内容分发节点和终端用户的数量也会对应的改变,本发明对此不做限定。
在步骤S2中,源内容服务器基于终端用户请求、内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,选择能够足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大的分发策略作为分发决策。
可以理解的是,终端用户对内容文件的请求存在一定的时间规律,例如,一天内电视台播放某电视剧的高峰时间段、用户刷短视频的高峰时间段和用户玩游戏的高峰时间段等。
源内容服务器通过分析历史信息,结合终端用户请求、内容分发网络拓扑结构和预设约束条件,可以有效的预测某时段内终端用户对于内容文件的需求,进而提前在卫星节点和云节点上合理地进行内容文件的放置,并为用户动态分配最佳访问节点,实现全球范围内低延迟的内容分发,减少终端用户的访问时延,提高用户体验。
需要说明的是,基于历史信息对终端用户请求进行预测确定内容分发策略时,可以是将一天划分为多个时段,分不同的时段进行预测。或区分工作日和休息日,以周为划分标准进行划分。针对特殊的假期还可以按照年作为划分标准,单独将每年中相同假期数据作为历史信息。在实际应用中,历史信息的选择可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
其次,由于终端用户的用户体验与时延有关,基于内容分发节点的资源信息和用户的时延要求等,预先设置约束条件,例如,目标内容分发节点的存储空间大于待分发内容数据量,目标内容节点进行待分发内容的分发时的时延小于预设阈值等。具体的约束条件设置可以根据用户的需求制定,本发明对此不做限定。
在步骤S3中,基于在步骤S2中确定的分发决策,实现目标待分发内容的分配。
可以理解的是,图3为本发明提供的内容分配示意图,如图3所示,终端用户请求的待分发内容可能不同(如:某视频、某图片和某音频等),在进行目标待分发内容的分发时,可以理解为,源内容分发服务器将对应的待分发内容集合中每一个内容文件,依照分发决策分配给对应的目标内容分配节点。具体的,待分发内容集合中文件的数量,以及将内容文件进行分发的通信链路的选择不做限制。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。将分发效率作为分发决策的确定标准,通过天地一体化信息网络中,星地计算、存储、网络资源的互联互通与协同利用,基于卫星网络和地面云网络在覆盖能力和服务性能上的差异互补,在动态时变的内容分发网络中进行按需内容分发和用户请求分配,实现全球范围内业务内容低延迟和高效率的分发和按需服务。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述确定内容分发网络拓扑结构,具体包括:
基于所述卫星分发节点的运动规律,确定不同时刻所述卫星分发节点的位置信息;
基于不同时刻所述源内容服务器、所述内容分发节点和所述终端用户的位置信息,以及各节点之间的通信链路,确定所述内容分发网络拓扑结构。
具体的,内容分发网络中,除了卫星分发节点外,其余节点设置于地面,一般情况下位置不变(更改位置后可以更新位置信息),由于卫星存在高动态性,卫星分发节点的位置信息随时间发生变化,需要构建动态时变的网络拓扑模型来量化描述内容分发网络。
由于卫星运动具有周期性,基于卫星分发节点的运动规律,可以确定不同时刻卫星分发节点的位置信息(其中,静止卫星位置不变)。
基于不同时刻源内容服务器、内容分发节点和终端用户的位置信息,以及各节点之间的通信链路,确定内容分发网络拓扑结构。
假定卫星网络的回归周期为T,将回归周期切分为若干短暂时隙,假定在时隙[t,t+1)内分发网络的拓扑结构不变。在t时刻的拓扑结构可以描述为动态图:Gt={V=(Src∪Node∪Reg),E=Conn}。在一个周期T内的内容分发网络拓扑结构记为:G={G1,G2,G3,…,GT}。
需要说明的是,所有的卫星不一定都适合用作卫星分发节点,可实现对卫星进行选择,确定一定数量的卫星分发节点。由于卫星的运动周期和轨道高度相关,为了便于计算,可以选择同一轨道高度的卫星作为卫星分发节点(具有相同的周期)。其次,若选择的卫星分发节点周期不同,可选择所有卫星节点周期的最小公倍数作为卫星网络的回归周期为T。
对应的,在基于历史信息预测分发决策时,可以选择卫星网络的回归周期T作为一个预测时间的周期。本发明对此不做限制。
本发明提供的内容分发方法及系统,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。从多维度综合考虑了卫星的高动态性,用户请求分布情况,使用云和卫星节点提供分发服务时的成本开销,将分发效率作为分发决策的确定标准,通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,在针对差异化业务需求的条件下,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配,具体包括:
基于所述分发决策,确定目标分发节点;
将所述待分发内容和所述目标终端用户请求分配给所述目标分发节点。
具体的,在确定分发决策之后,基于分发决策,确定目标分发节点。需要说明的是,目标分发节点可以为一个或是多个,本发明对此不做限定。
将对应的待分发内容和目标终端用户请求分配给目标分发节点。目标分发节点存储待分发内容,基于目标终端用户请求,将待分发内容分配给目标终端用户。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。通过对卫星与地面数据中心的计算、存储资源的动态调度,充分利用了卫星节点和地面云数据中心节点在覆盖范围和服务能力上的互补性,合理地在星地节点上分发应用数据,提升分发效率,降低用户访问缓存内容的访问延迟。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述终端用户请求确定目标分配时间和目标分配区域;
基于所述目标分配时间和所述历史信息确定目标预测时间;其中,所述目标预测时间包括历史目标分配时间;
基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策。
具体的,考虑到终端用户数量多,在内容分发网络覆盖范围广时(例如:全球内容分发网络),直接以单独每一条终端用户请求进行计算,不利用节约计算资源降低时延。为了使计算更为简洁,建立终端用户请求分布模型,将内容分发网络覆盖范围划分为多个不同的区域,对每一个区域分别进行分发决策的确定。
需要说明的是,用户分布的区域的划分规则可根据地表面积均匀划分,或者考虑用户在不同地区的分布密集程度,结合分布数量和地理位置进行划分,使每个区域内用户数量维持在一定范围内。具体的划分方法可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
图4为本发明提供的内容分配过程示意图;图5为本发明提供的内容分发过程流程示意图,如图4和图5所示,在本发明提供的内容分发方法中,基于终端用户请求、内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于终端用户请求确定目标分配时间和目标分配区域;
以全球内容分发网络为例,假设全球分布的地面用户分布在J个区域内,所有区域集合记为Reg={r1,r2,r3,…,rJ}。在各个区域内,针对内容集合W中的每一个内容文件w,记为在t时刻,来自第j个区域的用户请求,请求的内容为w(确定目标分配时间为t,目标分配区域为j,目标待分配内容为w)。
源内容服务器对历史信息进行分析,基于目标分配时间和历史信息确定包括历史目标分配时间的目标预测时间。
例如,依照历史信息的划分规则,目标分配时间t为23:00时,被划分为晚间时间段[21:00-24:00]中,选取前一天的[21:00-24:00]时间段数据作为预测的历史信息,历史目标分配时间即为[21:00-24:00]。
需要说明的是,上述基于历史信息和目标分配时间确定目标预测时间的方法仅作为一个具体的例子对本发明进行解释说明,在实际应用时具体的确定方法可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
基于已经确定的目标分配区域、目标预测时间、内容分发网络拓扑结构和预设约束条件,对能够与目标分配区域内终端用户进行通信的内容分配节点进行筛选,确定分发决策(即内容w在哪些时隙内需要放置在哪些内容分发节点上)。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。源内容服务器通过分析历史信息,结合终端用户请求,确认目标分配时间对应的目标预测时间,可以有效的预测某时段内终端用户对于内容文件的需求,进而提前在卫星节点和云节点上合理地进行内容文件的放置,将分发效率作为分发决策的确定标准,通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标分配区域和所述内容分发网络拓扑结构,确定目标节点集;其中,所述目标节点集为能够与所述目标分配区域内终端用户通信的内容分配节点构成的集合;
基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策。
具体的,可以理解的是,将内容分发网络覆盖范围划分为多个不同的区域,对每一个区域分别进行分发决策的确定。基于目标分配区域、目标预测时间、内容分发网络拓扑结构和预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
如图5所示,对于每一个目标待分配内容w,基于内容分配网络中的终端用户请求,按照区域划分可以划分为多个目标分配区域的终端用户请求。
对于每一个目标分配区域,都可以基于该目标分配区域和内容分发网络拓扑结构,确定能够与该区域内终端用户进行通信的目标节点集(剔除无法与目标分配区域进行通信的内容分配节点)。
基于目标节点集,遍历目标节点集中所有满足约束条件的内容分发节点,根据目标预测时间和预设约束条件,确定分发决策。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构,基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。将内容分发网络划分为多个不同的区域,确定每一个区域的分发决策,将对内容分发的预测化整为零,节约计算资源,提高计算效率。将分发效率作为分发决策的确定标准,通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标节点集,确定在所述目标预测时间范围内且满足所述预设约束条件时,分发效率达到最大的目标分发节点;
基于所述目标分发节点,确定分发决策。
具体的,记分发决策Pw为内容w所放置的节点集合,即对于内容w,在Pw中的每个节点上都要放置一份内容副本。记请求分配决策Aw为所有请求内容w的用户请求的分配情况。表示将来自第j区域的第t时刻的针对内容w的用户请求分配到i节点上。
基于目标节点集,遍历目标节点集中所有内容分发节点,确定在目标预测时间范围内且满足预设约束条件时,分发效率DEG达到最大值的目标分发节点k。
其中,为在某一给定的内容化分发和请求分配策略下,用户请求的有效吞吐量。云内容分配节点和卫星内容分配节点在服务用户请求时,耗费的计算和存储资源将会产生开销,服务请求产生的开销记为Cost和任务的需求相关内容w将被放置并缓存在k节点上,且用户请求将被分配到k节点上。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。将分发效率作为分发决策的确定标准,选择使分发效率达到最大值的目标分发节点,通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
可选的,根据本发明提供的内容分发方法,所述预设约束条件,具体包括:
所述内容分发节点与所述目标区域的链路带宽不小于预设链路带宽阈值,所述内容分发节点执行所述终端用户请求所消耗的总带宽不大于所述内容分发节点出口带宽最大值,且所述内容分发节点的可用存储容量不小于目标待分发内容数据量。
具体的,预设约束条件从数据分发时的带宽、可用网络资源和可用存储资源三个方面进行约束,具体包括:
内容分发节点与目标区域的链路带宽不小于预设链路带宽阈值,针对不同业务的用户请求,给每个请求分配的带宽需要高于某一给定阈值Cons(QoE)(即预设链路带宽阈值,其大小可根据实际需求进行调整),才能满足特定业务的用户体验。记bijt为第t时隙内,当请求j被分配给i时,i和j之间的链路带宽。
bijt需要满足约束条件:
分配给i的所有请求消耗的带宽之和必须满足约束条件:
Wit必须满足以下约束条件:
需要在同时满足上述三个方面给定约束条件下,找到合适的内容分配节点,使得分发效率DEG取得最大值。
需要说明的是,t为历史目标分发时间,T为目标预测时间,上述约束条件均是基于目标预测时间T中目标分发时间对应的历史目标分发时间t,对目标分配时间的对应的当前情况进行预测。
可以理解的是,如果找不到满足条件的k节点,则用户请求将被发送到源内容服务器进行默认处理。
本发明提供的内容分发方法,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,从数据分发时的带宽、可用网络资源和可用存储资源三个方面进行约束,将分发效率作为分发决策的确定标准,确定使得分发效率DEG取得最大值的内容分配节点。通过星地计算、存储、网络资源的互补与协作,实现互联网内容在全球范围内的低延迟和高效率的分发。
图6为本发明提供的内容分发系统结构示意图,如图6所示,本发明还提供一种内容分发系统,包括:结构确定单元610、分发决策单元620和决策执行单元630;
所述结构确定单元610,用于确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
所述分发决策单元620,用于基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
所述决策执行单元630,用于基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
具体的,在本发明提供的内容分发网络中,结合卫星作为卫星分发节点,设计基于星地协同的内容分发网络。
由于卫星包括静态卫星和动态卫星,源内容服务器在确定待分发内容的在内容分发节点上的分配时,需要基于卫星星座特征、地面云计算平台分布情况,卫星动态时变的位置信息用户分布等信息等,确定内容分发网络的拓扑结构。
结构确定单元610,用于确定内容分发网络拓扑结构。其中,按照网络中节点类型的不同,内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点。
需要说明的是,本方案的执行主体为源内容服务器,源内容服务器可周期性的采集和分析网络中其他节点的相关信息,还可以在固定的时刻,或通过预设采集规则采集相关信息。具体的方法可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
图2为本发明提供的内容分发网络拓扑结构示意图,如图2所示,假设共有M个云分发节点,记为C={C1,C2,C3,…,CM}。共有N个卫星分发节点,记为S={S1,S2,S3,…,SN}。内容分发节点集合记为:Node={C∪S}。记Src为源内容服务器集,Reg为终端用户集。
假定在时隙[t,t+1)内容分发网络的拓扑结构不变,则内容分发网络拓扑结构在t时刻可以描述为动态图:Gt={V=(Src∪Node∪Reg),E=Conn}。其中,动态图的边Conn为内容分发网络中各个节点之间的连接关系。
可以理解的是,由于内容分发网络中各节点的通信能力存在一定的区别,各节点之间的连接关系也存在一定的差异,内容分发网络拓扑结构在描述各节点的位置关系之外,还需要确定节点间的连接关系。
需要说明的是,内容分发网络的拓扑结构可以是以全球作为网络范围,或者是以国家或者地区作为网络范围。具体的网络覆盖范围可根据实际需求进行调整。相应地,网络中源内容服务器、内容分发节点和终端用户的数量也会对应的改变,本发明对此不做限定。
分发决策单元620,用于基于终端用户请求、内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,选择能够足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大的分发策略作为分发决策。
可以理解的是,终端用户对内容文件的请求存在一定的时间规律,例如,一天内电视台播放某电视剧的高峰时间段、用户刷短视频的高峰时间段和用户玩游戏的高峰时间段等。
源内容服务器通过分析历史信息,结合终端用户请求、内容分发网络拓扑结构和预设约束条件,可以有效的预测某时段内终端用户对于内容文件的需求,进而提前在卫星节点和云节点上合理地进行内容文件的放置,并为用户动态分配最佳访问节点,实现全球范围内低延迟的内容分发,减少终端用户的访问时延,提高用户体验。
需要说明的是,基于历史信息对终端用户请求进行预测确定内容分发策略时,可以是将一天划分为多个时段,分不同的时段进行预测。或区分工作日和休息日,以周为划分标准进行划分。针对特殊的假期还可以按照年作为划分标准,单独将每年中相同假期数据作为历史信息。在实际应用中,历史信息的选择可根据实际情况进行调整,本发明对此不做限定。
其次,由于终端用户的用户体验与时延有关,基于内容分发节点的资源信息和用户的时延要求等,预先设置约束条件,例如,目标内容分发节点的存储空间大于待分发内容数据量,目标内容节点进行待分发内容的分发时的时延小于预设阈值等。具体的约束条件设置可以根据用户的需求制定,本发明对此不做限定。
决策执行单元630,用于基于分发决策单元620确定的分发决策,实现目标待分发内容的分配。
可以理解的是,图3为本发明提供的内容分配示意图,如图3所示,终端用户请求的待分发内容可能不同(如:某视频、某图片和某音频等),在进行目标待分发内容的分发时,可以理解为,源内容分发服务器将对应的待分发内容集合中每一个内容文件,依照分发决策分配给对应的目标内容分配节点。具体的,待分发内容集合中文件的数量,以及将内容文件进行分发的通信链路的选择不做限制。
本发明提供的内容分发系统,在现有利用云分发节点的基础上,结合卫星作为卫星分发节点,确定由源内容服务器、内容分发节点和终端用户构成的内容分发网络拓扑结构。基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发策略。将分发效率作为分发决策的确定标准,通过天地一体化信息网络中,星地计算、存储、网络资源的互联互通与协同利用,基于卫星网络和地面云网络在覆盖能力和服务性能上的差异互补,在动态时变的内容分发网络中进行按需内容分发和用户请求分配,实现全球范围内业务内容低延迟和高效率的分发和按需服务。
需要说明的是,本发明提供的内容分发系统用于执行上述内容分发方法,其具体的实施方式与方法实施方式一致,在此不再赘述。
图7为本发明提供的电子设备的实体结构示意图,如图7所示,所述电子设备可以包括:处理器(processor)710、通信接口(communication interface)720、存储器(memory)730和通信总线(bus)740,其中,处理器710,通信接口720,存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令,以执行上述内容分发方法,包括:确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
此外,上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明实施例还提供一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序,所述计算机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,计算机能够执行上述各方法实施例所提供的内容分发方法,包括:确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
又一方面,本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的以执行内容分发方法,包括:确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种内容分发方法,其特征在于,包括:
确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
所述确定内容分发网络拓扑结构,具体包括:
基于所述卫星分发节点的运动规律,确定不同时刻所述卫星分发节点的位置信息;
基于不同时刻所述源内容服务器、所述内容分发节点和所述终端用户的位置信息,以及各节点之间的通信链路,确定所述内容分发网络拓扑结构;
基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
基于所述分发决策,实现目标待分发内容的分配。
2.根据权利要求1所述的内容分发方法,其特征在于,所述基于所述分发决策,实现所述目标待分发内容的分配,具体包括:
基于所述分发决策,确定目标分发节点;
将所述待分发内容和所述目标终端用户请求分配给所述目标分发节点。
3.根据权利要求1-2任一项所述的内容分发方法,其特征在于,所述基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述终端用户请求确定目标分配时间和目标分配区域;
基于所述目标分配时间和所述历史信息确定目标预测时间;其中,所述目标预测时间包括历史目标分配时间;
基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策。
4.根据权利要求3所述的内容分发方法,其特征在于,所述基于所述目标分配区域、所述目标预测时间、所述内容分发网络拓扑结构和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标分配区域和所述内容分发网络拓扑结构,确定目标节点集;其中,所述目标节点集为能够与所述目标分配区域内终端用户通信的内容分配节点构成的集合;
基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策。
5.根据权利要求4所述的内容分发方法,其特征在于,所述基于所述目标节点集、所述目标预测时间和所述预设约束条件,确定分发决策,具体包括:
基于所述目标节点集,确定在所述目标预测时间范围内且满足所述预设约束条件时,分发效率达到最大的目标分发节点;
基于所述目标分发节点,确定分发决策。
6.根据权利要求3所述的内容分发方法,其特征在于,所述预设约束条件,具体包括:
所述内容分发节点与所述目标区域的链路带宽不小于预设链路带宽阈值,所述内容分发节点执行所述终端用户请求所消耗的总带宽不大于所述内容分发节点出口带宽最大值,且所述内容分发节点的可用存储容量不小于目标待分发内容数据量。
7.一种内容分发系统,其特征在于,包括:结构确定单元、分发决策单元和决策执行单元;
所述结构确定单元,用于确定内容分发网络拓扑结构;其中,所述内容分发网络中节点包括:源内容服务器、内容分发节点和终端用户;所述内容分发节点包括:卫星分发节点和云分发节点;
所述确定内容分发网络拓扑结构,具体包括:
基于所述卫星分发节点的运动规律,确定不同时刻所述卫星分发节点的位置信息;
基于不同时刻所述源内容服务器、所述内容分发节点和所述终端用户的位置信息,以及各节点之间的通信链路,确定所述内容分发网络拓扑结构;
所述分发决策单元,用于基于终端用户请求、所述内容分发网络拓扑结构、历史信息和预设约束条件,确定分发决策;其中,所述分发决策满足在符合预设约束条件时,分发效率达到最大;
所述决策执行单元,用于基于所述分发决策,实现目标待分发内容的分配。
8.一种电子设备,其特征在于,包括存储器和处理器,所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信;所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至6任一项所述的内容分发方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的内容分发方法。
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