CN113825028A - 基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法 - Google Patents

Abstract

基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法，属于实时寻优点播领域，其特征在于，采用检索树和蜂窝网中控器控制的两级蠕虫网，以便用户在检索失败后直接向点播状态转变。沿节点检索方向的最短半径为变检索步长，被检索的点相连构成节点链，形成点播节目池。使用区块链的概念保证节点链内各节点的节目内容一致性，根据点播节目池中各节点地址和下行码率堵塞程度选择更佳的下行检索节点。以此类推，直到检索到用户所需节目，按最小路径向用户就近节点发送数据包；否则，由所述边缘节点前移到中控器，以便实现检索失败后的直接点播，充分利用小区蜂窝节点播放过的节目构成的点播节目源，因此具有实时、寻优、点博快的优点。

Description

基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法

技术领域：

基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法属于移动客户端即时点播视频节目的自动寻优点播技术领域。

背景技术：

目前，移动客户端除了可以通过移动通信网下载按计划播放的有线电视节目外，也可以在视频节目供应网内的各节目点播台发行的视频节目点播APP中，通过移动通信网内的本地节点向视频节目点播台直接点播自己需要观看的视频节目，实现了视频节目的实时点播。这种点播方式的缺点在于，位于移动通信规划小区内的移动通信客户端发出的点播信号在小区内不仅要受到多径干扰、强电场干扰，而且在通过小区内蜂窝网中的节点时，还要由于不能自动寻优，遇到节点堵塞而导致时延过长。除此之外，若点播用户没有明确的节目需求，则需要通过对各视频节目点播台进行大面积的节目检索而导致决策耗时更多。

但另一方面，节点的缓存服务器内部缓存着等待定时更新的、已被点播过的视频节目，如果能合理且充分地把这些内容利用起来，则不仅仅能提高点播速度，也能通过定向检索或非定向检索来提高用户对点播的体验度。

本发明的逻辑思路是：在确定用户就近节点无法满足用户的具体需求后，要用建立节点“区块链”的方法把距离本地节点径向距离最短处的节点组成节点链，将此链内各节点点播过的节目数的总和作为检索用的的节目区间，以所述径向最短距离作为变检索步长。在用户本地节点的控制下，检索节点链内是否含有用户所需的点播节目。如果有，则综合考虑控制节点链中节点的径向距离、地址以及下载码率，向所在节点链中缓存着该节目的径向距离最短的节点提出检索请求，收到视频后，经过最短径向距离发回到本地节点，以供用户下载；如果没有，则由本地节点发出的所述检索指令从径向距离最短处的节点跳转到其对应的边缘节点处。重复上述步骤，一直到位于最后一个出发节点前向180°处的弧形节点链中发现边缘节点时，所述检索指令直接跳转到新发现的边缘节点处，如果还没有检索到，便再次跳转到网络中控器所在的节点上，由所属网络中控器直接向节目点播台提出点播请求。

本发明基于最短路径，考虑到节点地址、下载码流组成以及蜂窝网中央控制器前移和节点链内提出的节目内容一致性，提出一种能充分利用蜂窝网内各节点缓存的、可供点播的节目目录、又能沿着从用户所属本地节点到相应的蜂窝网边缘节点的方向、用最短路径进行检索的实时寻优式点播方法。

本发明的特点在于，是在一个由移动客户端、具有检索树结构的移动通信蜂窝网以及一个视频节目供应网三者共同构成的系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，系统构建：

移动通信蜂窝网，简称蜂窝网，设立在提供寻优点播服务的规划小区内，所述移动通信蜂窝网是一个具有检索树结构的节点网络，其根节点是指移动通信网中的任意一个节点，称之为本地节点，叶子节点是移动通信网中的边缘节点，中间节点是根节点或者其他节点的下行检索节点，中间节点和根节点之间的距离称之为变检索步长，叶子节点用于检索失败后向点播状态转变，内部配置有：基站和缓存服务器，其中：

基站也称为节点，有多个，设在其所在的所述规划小区的几何中心点上，每个节点都设有供移动客户端专用的实时点播信道，由所述蜂窝网为各节点统一配置；

缓存服务器，受控于每个所述节点的主控制器，存储有:上一个周期内被移动客户端通过所述本地节点从所述的视频节目供应网下载过的点播节目的目录和数据包，以便供本周期内需要点播的移动客户端下载使用；还存储有：已纳入到下行检索节点所属节点链中的网内其他节点的名称及网址，并且对应用字符串形式表示所属节点链中各节点的相对连接关系，所述节点链是指在移动客户端本地节点或者其下行检索节点的半径方向上距所述本地节点或下行检索节点距离最短的那些节点，彼此相连而成的链状字符串，链内其他节点分别与所述本地节点或者下行检索节点无线连接；

此外，所述蜂窝网中还设有：蜂窝网中央控制器，简称蜂窝网中控器，前移地布置在蜂窝网边缘节点中，且在空间距离上与移动通信网中央服务器较近的一个蜂窝网边缘节点上；以下将把所有蜂窝网边缘节点都称为边缘节点，将蜂窝网中控器所在的边缘节点称为蜂窝网中控节点，蜂窝网中控节点对其他彼此互联的边缘节点实行中心辐射控制；同时，包括蜂窝网中控节点在内的所有边缘节点链内依次互联，构成一个闭环形式的蠕虫网，从而把所述的蜂窝网中控节点、边缘节点以及组成检索树的内部节点共同构成了一个在蜂窝网中控器控制下的、具有阶梯结构的、并具有无线通信和控制功能的分布式蜂窝网系统，同时，又把所有边缘节点的缓存服务器相连，构成一个蠕虫形的数据缓存网；

视频节目供应网中设有一个视频节目点播服务器，以中心辐射的形式控制所有的视频节目点播台；同时，通过所在蜂窝网中控器分别与移动通信网中央服务器以及各边缘节点通信；

移动客户端，在移动中实现寻优点播；

步骤(2)，系统初始化：

步骤(2.1.1)，在蜂窝网控制下，包括边缘节点在内的各节点一致服从以下要求：

a.各节点按规定的时间向所在节点链内的其他节点发布本节点在本周内已经被移动客户端点播过的视频节目的目录，每条目录的数组各设为：《节目类别、节目名称、节目点播台IP、发布节点IP》，所述类别至少包括文艺、体育、科普、综合、军事、农业类，并逐周期更新，从而使一个节点链内的各节点中所缓存的节目目录相同，但是节点链之间地址不同，下行码率不同，网络的堵塞率也不同；在点播内容上，保证了链内各节点缓存内容的一致性，又实现了各节点链之间的内容多样性，优化了可供选择性，既扩大了移动客户端的点播区域，又拓宽了节目检索的范围；

b.各节点把每周期更新出来的点播节目缓存在自己的缓存服务器内，并不断更新；

步骤(2.1.2)，包括边缘节点在内的各节点向所在蜂窝网中控器请求下载一个涉及如何从本节点出发、沿着下行检索的方向、以最短的路径到达任何一个所选定的边缘节点的小程序，以便根据所述小程序中提供的程序，按照节点链中所选择的最佳节点作下行检索；

步骤(2.2)，系统依次按照以下步骤实现移动客户端的实时寻优点播：

步骤(2.2.1)，移动客户端通过本地节点的点播通道，实时发出点播节目的请求，用数组《用户姓名、密码，点播密码，节目名称、类别，节目发布节点IP》表示，以便本地节点检查其所属的缓存服务器，如果该节目在上个月内被点播过，则通知点播用户下载所需视频节目，否则，转步骤(2.2.2)；

步骤(2.2.2)，本地节点发出下行检索指令，到达所述节点链中与自己最近的一个节点；若该最短距离节点堵塞，则跳到本节点链中与其距离次短的节点；若该次短距离节点不堵塞，则检测该节目在上个月内是否被点播过；若被点播且缓存过，则从所在节点链中找出曾点播过该视频节目的节点IP，请求其向所述本地节点发送该视频节目的数据包，供本地点播用户下载；如果找不到点播用户需要的视频节目，则以所在节点链中该次短距离为新出发点，重新执行步骤 (2.2.2)；

步骤(2.2.3)，一直到步骤(2.2.2)中提到的最近的一个新检索节点，所在的节点链中至少有一个边缘节点时，从所述的下行检索节点出发，若经过了步骤(2.2)中所述的最短路径还找不到点播用户所需的视频节目，则本地节点发出的查找指令直接从步骤(2.2.3)中所述的最近一个新出发节点直接跳转到对应的边缘节点，然向再经过步骤 (1)中所述的闭环蠕虫网直接到达所述蜂窝网中控器，向加入到所述视频节目网中的节目点播台直接发出点播请求，至少包括《视频节目名称、类别、节目点播台IP、蜂窝网中控器IP、点播日期》，并存储；

步骤(2.2.4)，接收请求后，所述步骤(2.2.3)中的节目点播台向所在蜂窝网中控器发出点播节目数据包，蜂窝网中控器收到后，发送给步骤(2.2.3)中所说的最新的边缘节点，然后再反向地沿着已经走过的所述最短路径步骤(2.1.2)所述的小程序引导下，送到步骤(2.2.1)所述的本地节点，通知点播用户下载，程序终止。

本发明的优点在于：

(1)充分利用蜂窝网中各节点可供重复点播的视频节目资源；

(2)沿最短路径进行边检索、边点播，实现实时寻优点播；

(3)从本地节点出发，较好地缩短了通过设在蜂窝网边缘的边缘节点上的中控器进行直接点播的路径，提高了即时点播的速度；

(4)满足了点播用户先检索、再点播的额外需求；

综上所述，基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法，属于小区用户实时寻优点播领域。其特征在于，采用检索树和蜂窝网中控器控制的两级蠕虫网，以便用户在检索失败后直接从检索状态向直接点播状态转变。其中，根节点是用户就近节点，叶子节点是蜂窝小区的边缘节点，沿检索方向的最短半径为变检索步长，被检索的点相连构成节点链，从而形成点播节目池。其中，利用区块链中的账本一致性保证节点链内各节点的节目内容一致性，根据点播节目池中各节点地址和下行码率堵塞程度选择更佳的下行检索节点。以此类推，直到检索到用户所需要的点播节目为止，并按最短路径向用户的就近节点发送数据包，否则，由所述边缘节点通过前移到蜂窝网中控器，既保证了用户就近检索和点播，同时也保证了检索失败以后的直接点播。当点播平台向前沿的蜂窝网中控器发送数据包时，便可以通过对应的所述边缘节点，按最小路径向用户最近的节点发送数据包，可以充分利用小区中蜂窝节点缓存服务器曾经播放过的点播节目作为用户的点播节目源，缩短了点播时间，同时避免了点播的失败，因此它具有实时、寻优、点播快的优点。

附图说明

图1，本发明的主程序流程框图。

图2，本发明的系统结构示意图。

附图标注说明如下：

1.蜂窝网中控器；2.节点主控制器；3.缓存服务器；4.天线；5. 普通边缘节点；6.移动客户端；7.控制传导线；8.蜂窝网；9.节点链。

具体实施方式：

本发明的目的之一在于，提供一个由移动客户端→就近的本地节点→边缘节点→前移到一个靠近移动通信网服务器最近的一个边缘节点的蜂窝网中控器→视频节目供应网节目点播平台点播节目；然后，再由节目点播平台→蜂窝网中控器→边缘节点→本地节点→用户收视节目的最短途径。

本发明的目的之二在于，提供一个能在本地节点→下行检索节点→边缘节点的具有检索树结构的蜂窝网内提供一条最短的检索路径以供用户就近节点在检索过程中检索到用户所需要的点播节目，以便利用节点缓存器中定期缓存更多的点播节目资源，使用户由定向实时点播转换为动态就近点播，既充分利用了缓存的点播节目，又大大的缩短了用户的等待时间。

本发明的目的之三在于，当在蜂窝网内检索不到用户所需资源时，就可通过经过最短路径检索，到达边缘节点的本地节点发出、由沿途各节点重新转发的点播请求，通过蜂窝网中控台，直接把就近点播转变为用户定向点播，但路径比通常情况下要短。

本发明实现这三个目的的思路为：

在蜂窝网内就近检索阶段：提出了一个最短路径概念:把距离本地节点或后继的下行检索节点最短路径的距离称为检索用的最短路径，利用了区块链账本的概念，把用户物理到达的边缘节点的正前方的各最短路径的节点连接为一段节点链，链上每一个节点缓存着包含自己在内的各节点所提供的已经为用户下载过的节目资源，使得链上每一个节点都缓存着全链各节点已被用户下载过的节目目录，从而各节点都可称为一个能提供可筛节目的目录池，所不同的是，各节目距本地节点或后继下行检索节点的径向距离略有不同，负载能力使堵塞程度也有区别，以便供其对应的出发节点优化选择，以保证选中后，可供重复使用的点播节目数据也能快速且顺利通过。由此可见，本发明删除了本地节点及后继的出发节点180°外的所有节点，对链内节点作了从优选择，也利用了用于间接表达堵塞程度的码率，这个参数对符合最短路径这个条件的节点作了优化选择。

在蜂窝网中控器由等待状态转变为定向点播状态时，利用了由所述各节点控制下，由各对应的缓存服务器连接而成的用于传输点播节目数据包的蝺虫网，为蜂窝网中控器从点播节目后发出的点播节目数据包快速到达和离开距离本地节点最近的边缘节点后、再利用最短路径送到本地节点提供了条件。

需要说明的点：从本地节点到达用户期望到达的边缘节点的最短路径不是固定的，由距离节点的堵塞程度、从前一个出发节点跳到后继的出发节点的路径方向而定。同时，用户提高访问期望到达的边缘节点也会使各节点各自的最短距离也不同。

Claims (1)

1.基于沿蜂窝网节点就近环布的节点链的实时寻优点播方法，其特征在于，是在一个由移动客户端、具有检索树结构的移动通信蜂窝网以及一个视频节目供应网三者共同构成的系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，系统构建：

移动通信蜂窝网，简称蜂窝网，设立在提供寻优点播服务的规划小区内，所述移动通信蜂窝网是一个具有检索树结构的节点网络，其根节点是指移动通信网中的任意一个节点，称之为本地节点，叶子节点是移动通信网中的边缘节点，中间节点是根节点或者其他节点的下行检索节点，中间节点和根节点之间的距离称之为变检索步长，叶子节点用于检索失败后向点播状态转变，内部配置有：基站和缓存服务器，其中：

基站也称为节点，有多个，设在其所在的所述规划小区的几何中心点上，每个节点都设有供移动客户端专用的实时点播信道，由所述蜂窝网为各节点统一配置；

缓存服务器，受控于每个所述节点的主控制器，存储有:上一个周期内被移动客户端通过所述本地节点从所述的视频节目供应网下载过的点播节目的目录和数据包，以便供本周期内需要点播的移动客户端下载使用；还存储有：已纳入到下行检索节点所属节点链中的网内其他节点的名称及网址，并且对应用字符串形式表示所属节点链中各节点的相对连接关系，所述节点链是指在移动客户端本地节点或者其下行检索节点的半径方向上距所述本地节点或下行检索节点距离最短的那些节点，彼此相连而成的链状字符串，链内其他节点分别与所述本地节点或者下行检索节点无线连接；

此外，所述蜂窝网中还设有：蜂窝网中央控制器，简称蜂窝网中控器，前移地布置在蜂窝网边缘节点中，且在空间距离上与移动通信网中央服务器较近的一个蜂窝网边缘节点上；以下将把所有蜂窝网边缘节点都称为边缘节点，将蜂窝网中控器所在的边缘节点称为蜂窝网中控节点，蜂窝网中控节点对其他彼此互联的边缘节点实行中心辐射控制；同时，包括蜂窝网中控节点在内的所有边缘节点链内依次互联，构成一个闭环形式的蠕虫网，从而把所述的蜂窝网中控节点、边缘节点以及组成检索树的内部节点共同构成了一个在蜂窝网中控器控制下的、具有阶梯结构的、并具有无线通信和控制功能的分布式蜂窝网系统，同时，又把所有边缘节点的缓存服务器相连，构成一个蠕虫形的数据缓存网；

视频节目供应网中设有一个视频节目点播服务器，以中心辐射的形式控制所有的视频节目点播台；同时，通过所在蜂窝网中控器分别与移动通信网中央服务器以及各边缘节点通信；

移动客户端，在移动中实现寻优点播；

步骤(2)，系统初始化：

步骤(2.1.1)，在蜂窝网控制下，包括边缘节点在内的各节点一致服从以下要求：

a.各节点按规定的时间向所在节点链内的其他节点发布本节点在本周内已经被移动客户端点播过的视频节目的目录，每条目录的数组各设为：《节目类别、节目名称、节目点播台IP、发布节点IP》，所述类别至少包括文艺、体育、科普、综合、军事、农业类，并逐周期更新，从而使一个节点链内的各节点中所缓存的节目目录相同，但是节点链之间地址不同，下行码率不同，网络的堵塞率也不同；在点播内容上，保证了链内各节点缓存内容的一致性，又实现了各节点链之间的内容多样性，优化了可供选择性，既扩大了移动客户端的点播区域，又拓宽了节目检索的范围；

b.各节点把每周期更新出来的点播节目缓存在自己的缓存服务器内，并不断更新；

步骤(2.1.2)，包括边缘节点在内的各节点向所在蜂窝网中控器请求下载一个涉及如何从本节点出发、沿着下行检索的方向、以最短的路径到达任何一个所选定的边缘节点的小程序，以便根据所述小程序中提供的程序，按照节点链中所选择的最佳节点作下行检索；

步骤(2.2)，系统依次按照以下步骤实现移动客户端的实时寻优点播：

步骤(2.2.1)，移动客户端通过本地节点的点播通道，实时发出点播节目的请求，用数组《用户姓名、密码，点播密码，节目名称、类别，节目发布节点IP》表示，以便本地节点检查其所属的缓存服务器，如果该节目在上个月内被点播过，则通知点播用户下载所需视频节目，否则，转步骤(2.2.2)；

步骤(2.2.2)，本地节点发出下行检索指令，到达所述节点链中与自己最近的一个节点；若该最短距离节点堵塞，则跳到本节点链中与其距离次短的节点；若该次短距离节点不堵塞，则检测该节目在上个月内是否被点播过；若被点播且缓存过，则从所在节点链中找出曾点播过该视频节目的节点IP，请求其向所述本地节点发送该视频节目的数据包，供本地点播用户下载；如果找不到点播用户需要的视频节目，则以所在节点链中该次短距离为新出发点，重新执行步骤(2.2.2)；

步骤(2.2.3)，一直到步骤(2.2.2)中提到的最近的一个新检索节点，所在的节点链中至少有一个边缘节点时，从所述的下行检索节点出发，若经过了步骤(2.2)中所述的最短路径还找不到点播用户所需的视频节目，则本地节点发出的查找指令直接从步骤(2.2.3)中所述的最近一个新出发节点直接跳转到对应的边缘节点，然向再经过步骤(1)中所述的闭环蠕虫网直接到达所述蜂窝网中控器，向加入到所述视频节目网中的节目点播台直接发出点播请求，至少包括《视频节目名称、类别、节目点播台IP、蜂窝网中控器IP、点播日期》，并存储；

步骤(2.2.4)，接收请求后，所述步骤(2.2.3)中的节目点播台向所在蜂窝网中控器发出点播节目数据包，蜂窝网中控器收到后，发送给步骤(2.2.3)中所说的最新的边缘节点，然后再反向地沿着已经走过的所述最短路径步骤(2.1.2)所述的小程序引导下，送到步骤(2.2.1)所述的本地节点，通知点播用户下载，程序终止。

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