内容传递网络中的自适应流式传输段文件的碎片整理的制作方法
【专利说明】内容传递网络中的自适应流式传输段文件的碎片整理
[0001]相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2013年6月6日提交的美国临时申请N0.61/831，908的优先权益，通过引用将其公开完整地结合到本文中。
技术领域
[0002]本公开涉及通信系统。更具体来说而不是作为限制，本公开的特定实施例针对内容分发网络(CDN)中用于向整个CDN的服务器分发电子内容的节点和方法。
【背景技术】
[0003]内容分发网络(CDN)—般通过跨构成分发网络的节点(服务器)分发完整文件来进行操作。称作重定向器的中央服务器操控对文件的请求，并且通过返回给定文件的不同统一资源标识符(URI)(重定向)来进行响应。在其他情况下，域名系统(DNS)服务器可采用文件的URI的给定主机名的不同IP地址进行响应。集中管理软件可基于诸如流行度、网络拥塞或其他因素之类的外部数据来确定将文件分发到CDN的边缘的最佳方式。
[0004]有时称作自适应比特率流式传输的自适应流式传输是在大多数应用中基于超文本传输协议(HTTP)的技术，该技术用于通过大型分布式HTTP网络来流式传输多媒体。媒体源实时地检测用户的带宽和CPU容量，并且使用能够以多个比特率对单个源视频进行编码的多速率编码器相应地调整视频流的质量。这一般对高端和低端连接引起极小缓冲、快速开始时间和良好体验。
[0005]更具体来说，以多个比特率对源内容进行编码，以及不同比特率流中的每个流被分段为包含时长达数秒的内容的小型段文件。段文件大小能够根据特定实现改变，但是段文件通常处于长度为2至10秒的范围中。清单文件向流式传输客户端提供与可用流、其不同的比特率和流的段有关的信息。当开始时，客户端请求来自最低比特率流的段文件。如果客户端发现下载速度大于被下载段文件的比特率，则客户端将请求来自下一个更高比特率的段文件。稍后，如果客户端发现段文件的下载速度低于该段文件的比特率，并且因此网络吞吐量已经退化，则客户端请求更低比特率段文件。
【发明内容】
[0006]由于自适应流式传输的架构和机制，当客户端经由CDN来访问自适应流式传输内容时，存在如下大的可能性:在边缘的服务器将变为分片的，即，它们将保存内容的不完整副本。在CDN的边缘的节点(边缘服务器)可向客户端提供一个或许多单独段文件。当客户端向第二边缘服务器请求内容时，第一边缘服务器和第二边缘服务器均可保存由关联的清单所引用的段文件的不完整集合。这引起媒体的分片，从而在客户端尝试从单个边缘服务器拉取段文件的整个集合时引起低效和附加网络负荷。
[0007]当边缘服务器没有保存所请求段文件的副本时，它们必须从父节点、例如区域服务器拉取所请求段文件。虽然这一般使父节点保存所请求段文件的完整副本，但是不保证对于所有所公告比特率而言完整清单段集合将驻留于父节点上。当客户端向同一边缘服务器请求自适应流式传输清单的部分而不是全部段文件、从而引起整个清单段集合的不完整副本时，分片发生。在自适应流式传输架构之内改变比特率的客户端能够更进一步增加边缘服务器上的这种分片。
[0008]作为解决方案，本公开的特定实施例提供在利用自适应流式传输内容的CDN之内的“碎片整理”系统和方法。该系统和方法确保边缘服务器保存整个清单段集合的完整副本。此外，可控制这种“碎片整理”方法在低网络利用的时间发生，以及该方法可考虑对内容的预计需要，以便避免在段文件不可能被请求时不必要地预先筹备段文件。
[0009]在一个实施例中，本公开针对一种方法，其中CDN中的边缘节点确定是否有由清单文档所引用的、不存在于边缘节点的本地高速缓存的段文件，以及如果是的话，则边缘节点从CDN中的另一个节点、例如其父节点或另一个边缘节点来拉取不存在的段文件。在从另一个节点拉取不存在的段文件之前，边缘节点可确定当前时间处于网络资源的最小使用周期之内。边缘节点还可确定，清单流行度时间处于窗口阈值之内使得对于客户端可能请求段文件时及时地筹备段文件。当在边缘节点中高速缓存了所有段文件时，边缘节点向其父节点报告其碎片整理的完成。
[0010]如果由边缘节点向其父节点所请求的段文件也不存在于父节点的本地高速缓存，则父节点从CDN中的更高层节点拉取不存在的段文件，将不存在的段文件存储在父节点的本地高速缓存中，并且将文件传递给请求边缘节点。这样，父节点高速缓存或存储由子边缘节点所请求的段文件，并且填补父节点的段文件集合中的空白。一旦父节点的所有子边缘节点已经报告了它们已经完成了其碎片整理，父节点就对照其高速缓存的段文件来检查其自己的清单，以确定是否仍然有不存在的段文件，以及如果是的话，则从更高层节点拉取(一个或多个)不存在的段文件。当在父节点中高速缓存了所有段文件时，父节点向更高层节点报告其碎片整理的完成。这种方法向上通过CDN传播，直到所有节点经过碎片整理并且向更高层已经报告了其经过碎片整理的状态。
[0011]本文所公开的实施例描述边缘节点、父节点以及边缘节点和父节点中执行的方法。
[0012]—个实施例针对一种在CDN的边缘节点中用于确保边缘节点的存储器包含由关联的清单文档所引用的所有段文件的方法。该方法包括下列步骤:分析关联的清单文档和边缘节点的存储器中存储的段文件，以确定由关联的清单文档所引用的段文件中是否有段文件不存在于边缘节点的存储器；以及一旦确定有由关联的清单文档所引用的、不存在于边缘节点的存储器的段文件，就从CDN中的另一个节点拉取不存在的段文件，并且将所拉取段文件存储在边缘节点的存储器中。
[0013]另一个实施例针对一种CDN的边缘节点，其配置成利用自适应流式传输向请求客户端传递一段电子内容，其中该段电子内容包括由关联的清单文档所引用的多个段文件。边缘节点配置成确保边缘节点的存储器包含由关联的清单文档所引用的所有段文件。边缘节点包括处理器，其运行计算机程序指令，从而使边缘节点分析关联的清单文档和边缘节点的存储器中存储的段文件，以确定由关联的清单文档所引用的段文件中是否有段文件不存在于边缘节点的存储器，以及一旦确定有由关联的清单文档所引用的、不存在于边缘节点的存储器的段文件，就从CDN中的另一个节点拉取不存在的段文件，并且将所拉取段文件存储在边缘节点的存储器中。
[0014]另一个实施例针对一种CDN的父节点，其配置成向多个子节点提供一段电子内容，以利用自适应流式传输进一步分发给请求客户端。该段电子内容包括由关联的清单文档所引用的多个段文件，以及父节点配置成确保父节点的存储器包含由关联的清单文档所引用的所有段文件。父节点包括处理器，其运行计算机程序指令，从而使父节点向多个子节点中的每个装载由每个子节点所请求的段文件，其中当所请求段文件不存在于父节点的存储器时，父节点配置成从CDN中的更高层节点拉取所请求段文件，向请求子节点发送所请求段文件，并且将所请求段文件存储在父节点的存储器中。父节点还确定多个子节点全部已经报告了其清单文档完成，并且作为响应，分析关联的清单文档和父节点的存储器中存储的段文件，以确定是否有由关联的清单文档所引用的段文件仍然不存在于父节点的存储器。一旦确定有由关联的清单文档所引用的、仍然不存在于父节点的存储器的段文件，父节点就从CDN中的更高层节点拉取不存在的段文件，并且将所拉取段文件存储在父节点中。
[0015]本公开确保请求自适应流式传输内容的客户端没有使为获取内容的段文件而将它们重定向到的各种边缘服务器“分片”。所公开的节点和方法使CDN能够在处理自适应流式传输内容时的峰值使用时间期间有效地操作。利用所公开节点和方法的CDN获得网络带宽利用方面的效率，从而产生更好的客户端体验。