CN114424509A - 内容配送-设置单播速率 - Google Patents

Abstract

描述了一种管理用于在混合单播/多播网络中配送内容的网络的方法，其中内容由客户机通过单播请求，但全部或一些内容部分地通过多播配送。通常，客户机经由第一代理请求内容(以片段的形式)。这些片段从第二代理通过多播配送到第一代理，之后通过单播向前发送到请求客户机。片段也缓存在第一代理处，并且可以通过单播方式到请求这些片段的其他客户机。但是，如果所缓存的片段被过快地发送到客户机，会出现问题。在一种解决方案中，第一代理测量通过多播从第二代理配送片段的多播速率，并且将这些片段通过单播向请求客户机的发送速率限制为不大于测量到的多播配送速率。

Description

内容配送-设置单播速率

技术领域

本发明涉及使用单播和多播组合的内容配送领域。

背景技术

使用HTTP(或HTTPS)流传输的现场内容越来越多。受欢迎的现场活动导致需求极不稳定，造成业务流的峰均比非常高。例如，图1中的图示100显示了2016年欧洲杯足球赛期间在移动网络边缘附近的网关的业务流量示例。曲线102显示了没有足球比赛的一天(6月15日星期三)的业务流量，并且曲线104显示了有足球比赛(英格兰对威尔士)的第二天(6月16日星期四)的业务流量。这两个图示显示了一天大致相同的业务流量，除了曲线104在14点到16点之间有一个显著的额外高峰，这是由于客户对足球比赛进行流传输造成的。

这种高的峰均比在网络边缘带来了特殊的挑战，这种峰值会导致用户体验质量的下降。

最常见的情况是，通过互联网使用HTTP(或HTTPS)请求/响应对来配送内容。客户机应用将向服务器发送HTTP请求，并且包含所请求内容的响应将被返回。这种请求/响应实质上是单播的。

HTTP可用于视频流传输。通常，客户机将获得清单文件，其将允许确定包含视频片段的单独文件的URL。然后，客户机将依次请求这些片段，并将它们连接起来，形成连续的流以供播放。各个视频片段也可以以不同的比特速率可用，以允许视频速率适应于网络吞吐量。这种技术被称为HTTP自适应流传输(HAS)。

对于观看同一事件(如现场足球比赛)的用户，各个客户机都会发出自己的HTTP请求并获得自己的HTTP响应，虽然HTTP响应中配送给他们的大部分内容在客户机间是相同的。这导致网络的使用效率非常低。

然而，如果接入网络能够使用多播而不是单播进行内容配送，那么可以显著降低图1所示的现场内容峰值的影响。此外，在接入网络中使用多播还可以显著降低内容配送网络服务器上的峰值需求。

解决此类问题的解决方案已经存在，其中使用代理将多播路径插入到客户机与内容服务器之间的原本为单播的路径中。此类混合解决方案的示例包括：“IP MulticastAdaptive Bit Rate Architecture Technical Report”OC-TR-IP-MULTl-ARCH-C01-161026,26/10/2016,by Cable Labs；3GPP 15specifications,23.246(MBMSArchitecture and functional description),26.346(MBMS Protocols and codecs)和26.347(MBMS APls)；and DVB document A176,“Adaptive Media Streaming over IPMulticast”,(8th March2018)。

图2示出了此类解决方案的一般示例。

在图2中，示出了内容服务器202向客户机装置204a、204b和204c提供诸如视频之类的内容。多播代理X 206和三个代理Y 208a、208b和208c被插入内容服务器202和客户机装置之间的原本为单播的路径中。代理X 206从内容服务器202获取单播内容，并经由多播使其可用。代理Y从代理X接收多播内容并将其缓存，使其可以通过单播发送到任何进行请求的客户机装置。由于所有代理Y从代理X接收到相同的多播内容，所有客户机装置将收到相同的对其片段请求的响应。依赖于设置，代理Y可以位于客户机装置内，也可以位于单独的装置内，或者可能只有单独的代理Y。

在这种解决方案中，代理X被预先配置为充当客户机，并独立地请求内容片段，并将整个响应分配到多播网络中。代理X首先请求清单文件，然后及时请求其中描述的内容片段。在某些情况下，内容服务器可能在提供内容之前要求客户机装置使用有效凭据进行身份验证。代理X 206实际上就像伪客户机。

此外，在这种设置中，重要的是管理从代理Y向客户机装置的内容片段发送，以避免引起自适应流传输的问题。

发明内容

本发明的示例的目的是提供改进的内容配送机制。

根据本发明的一个示例，提供了一种管理在网络单元处向客户机装置进行的内容配送的方法，其中，所述内容包括多个片段，所述方法包括：

在第一网络单元处通过多播接收一个或更多个片段；

确定接收所述一个或更多个片段的比特速率；

在所述第一网络单元处从客户机装置接收对片段的单播请求；以及

以不大于所确定的速率的发送速率，通过单播从所述第一网络单元向该客户机装置发送所请求的片段。

在所述第一网络单元处接收的所述一个或更多个片段可以在所述第一网络单元处缓存。

所确定的比特速率可以是多播网络速率。

在第一网络单元处接收的片段可以是由第二网络单元发送的。第一网络单元和第二网络单元可以是代理服务器。

根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中,所述内容可以是媒体内容。媒体内容可以包括视频序列。

根据本发明的另一示例，提供了一种网络单元，所述网络单元用于管理向客户机装置进行的内容配送，其中，所述网络单元适于：

通过多播接收一个或更多个片段；

确定接收一个或更多个片段的比特速率；

从客户机装置接收片段的单播请求；和

以不大于所确定的速率的发送速率，通过单播向该客户机装置发送所请求的片段。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过示例参照附图，其中：

图1是示出不同日期的网络上的业务流量的图；

图2是一般的现有解决方案的网络图；

图3是示出本发明示例的主要组件的网络图；

图4是总结本发明的示例步骤的流程图。

具体实施方式

本文参考特定示例描述本发明。然而，本发明不限于此类示例。

本发明的示例提供了一种管理用于在混合单播/多播网络中配送内容的网络的方法，其中内容由客户机通过单播请求，但全部或一些内容部分地通过多播部分配送。通常，客户机经由第一代理请求内容(以片段的形式)。在通过单播向前发送到进行请求的客户机之前，这些片段从第二代理通过多播配送到第一代理。这些片段还在第一代理处缓存，并且可以通过单播发送到请求这些片段的其他客户机。然而，如果所缓存的片段被非常快地发送到客户机，则可能会出现问题，因为缓存片段耗尽的速度可能比接收的速度快。这会导致客户机的缓冲区欠流，以及客户机获得错误的网络发送速率，这可能会导致在自适应流传输系统中切换到不可持续的较高比特速率流。这里通过第一代理测量通过多播从第二代理配送片段的速率，并且将通过单播向客户机的片段发送速率限制在不大于所测量的多播速率，解决了这个问题。

本发明的示例可应用于如上所述的已知单播/多播混合网络，以及申请人的专利申请EP19159748.3中阐述的发明，其描述了一种称为“多播辅助单播配送”(MAUD)的设置。在MAUD中，多播网络用于辅助，而不是替代原本为单播的路径。内容是由客户机装置通过单播从内容服务器请求的。包含所请求内容的响应被分为两个部分：第一部分包含特定于单独客户机装置的要素(例如特定于会话的数据)，第二部分是所有客户机装置通用的(通常这是所请求的视频内容)。第一部分可以通过单播配送，第二部分可以通过多播配送，然后重组以形成原始响应。分离和重组由适当配置的代理服务器处理。在重组后，内容可以通过单播向客户机装置配送。本发明的示例可用于设置通过单播向客户机装置配送内容的配送速率。

图3示出了支持内容配送的“多播辅助单播配送”(MAUD)网络的主要组件。网络300包括内容服务器302、代理X 306、代理Y 308a、308b和308c、客户机装置304a、304b和304c以及多播控制器312。内容服务器302向诸如客户机装置之类的请求实体提供诸如视频之类的内容。内容服务器302可以位于内容配送网络(CDN)内，并且可以存在超过一个内容服务器。代理X 306可以通过单播与内容服务器302通信。代理X 306还可以通过单播和多播与代理Y308a、308b和308c通信。根据设置，代理Y可以位于客户机装置内、在单独的装置(例如家庭网关)中，或者可能存在单独的代理Y。

注意，在图3中，双向单播通信路径用实线标记，单向多播通信路径用虚线标记，控制接口通信路径用点划线标记。控制接口通信路径承担多播控制器312与网络中的其他单元之间的控制消息/命令。

假定客户机装置正在运行各自的客户机应用，这些应用是内容请求的来源。为简单，本文中的术语“客户机装置”用于指运行客户机应用的客户机装置。客户机装置可以发出对内容服务器302上保存的内容的HTTP单播请求。

在内容服务器302处保存的内容通常是媒体内容(例如，电视节目、电影或整个线性电视频道)，包括根据诸如ITU H.264标准之类的合适标准编码的视频序列。视频序列以顺序时间片段的形式存储在内容服务器302处，其中各个片段通常相当于2到10秒的解码视频。客户机使用清单文件来标识片段的位置(通过清单中的URL)。因此，客户机装置通过使用清单以确定根据需要依次将各个片段的顺序单播请求定向到何处来流传输视频序列。这种设置用于HTTP自适应流传输技术，如MPEG-DASH和Apple的HLS(HTTP现场流传输)。

多播控制器312(MCC)监测代理X和代理Y的操作，以确定哪些业务应该使用多播辅助(MAUD)，并相应地控制代理。因此，在本发明的示例中，客户机装置可以通过单播直接从内容服务器302接收一些流量，并且使用MAUD接收其他流量。

客户机装置对内容发出的许多HTTP请求不会使用MAUD，而是直接发送到内容服务器。

来自客户机装置的可能受益于MAUD的对内容的其他请求被重新定向到其中一个代理Y，或被其中一个代理Y截获。

可以使用许多已知技术中的任一种，例如使用来自内容服务器302的HTTP重定向，将代理Y插入HTTP路径中。在这种情况下，内容服务器302将被配置为使得对潜在流行内容的请求不被直接满足，而是被重定向到合适的代理Y。例如，内容服务器302可以使用指示临时重定向的HTTP状态码307来进行响应，而不是提供正常响应。这会邀请客户机装置对由内容服务器在其响应中提供的新URL发出新请求，从而允许向代理Y发出请求。这种技术允许内容服务器和代理Y存在于不同的域中，通常情况下是存在于不同的域中。

在HTTP路径中插入代理Y的其他机制包括：配置为透明代理的代理Y(尽管所有请求都被它截获，并且只适用于未加密的业务流)；配置为转发代理的代理Y(其中客户机装置通过明确配置直接向代理Y发送请求)；DNS劫持(DNS服务器被配置为向受关注的域提供代理Y的IP地址)；和清单操纵(重新写入清单文件，使得直接向代理Y发出请求)。

图4示出了总结本发明一般示例步骤的流程图。

从步骤400开始，客户机装置对存储在内容服务器302处的内容片段(例如，代表电影或现场体育赛事)发出请求，并经由代理Y通过单播接收响应(片段)。例如，客户机装置304a发出HTTP GET请求，该请求实质上是单播的，指向内容片段。各个HTTP GET请求都包含可以从中取得片段的URL。URL位于与内容关联的清单文件中。请求由代理Y 308a接收，并转发到内容服务器302。

内容服务器302用HTTP响应来响应，各个响应包含所请求的片段。HTTP响应实际上也是单播响应。响应由代理Y 308a接收并发送到客户机装置304a。然后，客户机装置304a可以查看接收到的片段。

客户机装置304a可以根据步骤400继续请求和接收片段，直到内容的流传输完成。其他客户机装置可以对相同的内容发出请求，并以类似的方式接收响应。然而，在本发明的示例中，多播控制器312确定是否应使用多播组来配送后续片段。

在步骤402中，代理Y 308a发送与正在通过该代理的HTTP请求/响应对相关的消耗报告数据，例如各个HTTP请求的URL。消耗报告可以间隔地发送到多播控制器312，可以是时间间隔，也可以是在已经请求/接收到一定数量的片段之后。

现在，到目前为止描述的HTTP请求和响应实质上都是单播的。然而，应该注意的是，对相同内容的请求可能由多个客户机装置发出。这在现场足球比赛中很常见。代理Y308a和其他代理Y(308b或308c)视情况向多播控制器312发送各自客户机装置的消耗报告，使得多播控制器312可以确定是否使用多播来辅助配送进一步的内容。

在步骤404中，多播控制器312使用接收到的报告来确定从给定代理Y群体报告的HTTP请求是否证明使用多播作为其响应是正当的。这样的代用Y群体被称为“队列”。假设满足特定条件(例如，超过特定数量的客户机装置请求相同内容)，多播控制器312将通过设置合适的多播组来配置代理X和任何相关代理Y(即该队列)以进行多播辅助配送。

在建立了多播组后，内容(请求的片段)通过单播从内容服务器302发送到代理X，并通过多播从代理X发送到代理Y，然后通过单播从代理Y发送到请求客户机装置。这有利地提供多播配送效率，而不需要中断客户机装置的操作。

在所描述的队列设置中，在代理Y处通过多播接收的内容被缓存，使得请求相同内容的其他客户机装置可以得到从代理Y处的缓存配送该内容。

多播控制器312通过向代理Y 308a发送建立HTTP请求路由的指令可以将代理Y308a添加到队列中，从而将与特定URL路径/模式/字符串匹配的请求定向到代理X306。多播控制器312还向代理Y 308a发送提供多播侦听方的指令。这些指令告诉代理Y 308a准备接收多播。多播侦听方使代理Y向由多播控制器指定的多播地址发出IGMP join命令。其他代理Y也可以用同样的方式来配置。

为了允许代理X 306使用多播作为对满足为代理Y 306设置的匹配模式的请求的响应的返回路径，多播控制器312将代理X 306配置为对由内容服务器发送的特定响应使用多播。例如，指令可以是仅对包含视频文件或MIME类型(如“video/mp4”或“video/MP2T”)的响应使用多播辅助，使得仅通过多播发送包含视频流量的响应。在另选示例中，可以基于特定ETag或一系列ETag来选择响应。Etag(实体标签)是HTTP 1.1规范的一部分，用于唯一标识响应负载。

代理X 306和一个或更多个代理Y现在被配置为分别通过多播发送和接收内容。

在步骤406中，代理Y 308a将开始通过多播从代理X接收内容片段。注意，为简单起见，参照代理Y 308a描述了此步骤和以下步骤，虽然技术人员将理解，为多播辅助配置的任何其他代理Y将以类似的方式操作。这些片段中的部分或所有片段都缓存在代理Y处，这样可以满足多个客户机对同一片段的请求，而无需再次从内容服务器获取该片段。

代理X发送的数据片段的比特速率至少等于片段的媒体(编码)速率，以确保及时将片段配送给代理Y。实际上，所使用的实际比特速率可以通过其他多种方式设置，包括但不限于申请人的共同待决申请EP19194759.7中所述的方式。

在步骤408中，代理Y 308a确定通过多播从代理X接收的片段的比特速率。即，网络比特速率而不是媒体编码率。例如，如果接收的片段大小为10Mb，需要4秒接收，则网络比特速率为2.5Mb/s。该网络比特速率也称为多播速率。

在步骤410中，代理Y 308a从客户机装置接收针对在代理Y 308a处缓存的片段的单播请求。现在，只要请求的片段已被缓存，代理Y 308a就可以以代理Y 308和客户机装置之间的网络链路支持的几乎任何速率发送所请求的片段。然而，这样做将导致客户机装置错误地了解网络作为一个整体可以支持的速率，因为客户机装置不知道多播正被用于辅助通过部分路由从内容服务器进行配送。实际上，在自适应流传输系统中，以较高的比特速率配送片段会导致客户机装置认为网络可以支持较高比特速率的流，并开始请求较高速率的片段。然而，作为一个整体，网络可能不支持在客户机装置上没有缓冲区欠流的情况下配送较高比特速率的流。这将导致客户机切换到较低的比特速率的流。这会导致客户机在较高和较低的比特速率流之间波动，这会让最终用户感到恼火。

因此，鉴于上述问题，在步骤412中，代理Y以不大于在步骤408中确定的多播速率的单播速率通过单播向客户机装置发送所请求的片段。客户机装置对缓存在代理Y 308a处的后续片段的请求可以以相同的比特速率限制进行传输。

注意，在代理Y 308a处连续接收片段，同时对一些发出请求。

应当注意，设置多播速率的上述发明的示例可以应用于其他混合单播/多播设置。例如，申请人的欧洲专利申请EP19159748.3规定了一种称为“多播辅助单播配送”(MAUD)的设置。内容是由客户机装置通过单播从内容服务器请求的。包含所请求内容的响应被分为两个部分：第一部分包含特定于单独客户机装置的要素(例如特定于会话的数据)，第二部分是所有客户机装置通用的(通常这是所请求的视频内容)。第一部分可以通过单播配送，第二部分可以通过多播配送，然后重组以形成原始响应。通常，特定于客户机或会话的数据是片段头部，通用部分是片段的负载部分。利用这种设置，上述示例可以将多播速率测量为通用/载荷部分的配送速率，而不是载荷加头部的一些组合接收速率。这是因为载荷部分的大小通常比头部部分大得多，而且头部部分通常与载荷部分并行配送，因此不会增加配送开销。

注意，在所描述的示例中使用的措辞“单播”一般旨在涵盖点对点通信服务。类似地，措辞“多播”旨在涵盖点对多点服务，包括广播服务。

总的来说，这里要注意的是，虽然上述描述了本发明的示例，但是在不脱离所附权利要求中定义的本发明的范围的情况下，可以对所描述的示例进行一些变化和修改。本领域技术人员将认识到对所述示例的修改。

Claims (7)

1.一种管理在网络单元处向客户机装置进行的内容配送的方法，其中，所述内容包括多个片段，所述方法包括：

i)在第一网络单元处通过多播接收一个或更多个片段，并且在所述第一网络单元处缓存所述一个或更多个片段；

ii)确定接收所述一个或更多个片段的比特速率；

iii)在所述第一网络单元处从客户机装置接收对片段的单播请求；以及

iv)以不大于所确定的速率的发送速率，通过单播从所述第一网络单元向该客户机装置发送所请求的片段。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所确定的比特速率是多播网络速率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述第一网络单元处的接收的片段是由第二网络单元发送的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一网络单元和第二网络单元是代理服务器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述内容是媒体内容。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述媒体内容包括视频序列。

7.一种网络单元，所述网络单元用于管理向客户机装置进行的内容配送，其中，所述网络单元适于：

通过多播接收一个或更多个片段；

缓存所接收的所述一个或更多个片段；

确定接收所述一个或更多个片段的比特速率；

从客户机装置接收对片段的单播请求；并且

以不大于所确定的速率的发送速率，通过单播向该客户机装置发送所请求的片段。

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