专利名称：单向网络中进行数据广播的方法
技术领域：
本发明涉及网络数据的传送接收方法，特别涉及单向网络中接收数据广播的方法。
一个好的数据广播系统应该能使用户在提出申请后迅速得到响应。我们将用户端从提出申请至接收到所需信息花费的时间称为系统响应时间，由于单向网络系统中没有回传通道，因此系统的平均响应时间是由发送端的信息循环发送周期决定的。在最坏的情况下，用户所需信息刚刚在提出申请前发送过去，则此时系统响应时间将是发送所有信息数据包的整整一个发送周期时间。因此，若想缩短系统平均响应时间，解决办法之一就是提高发送端的信息重发频率，从而缩短用户在信道中等待所需信息的时间。然而，一个信息数据包的重发频率越高，其占用的带宽就越大。因此，如果数据广播服务的总信息量是固定的，那么更多的带宽资源将被占用；如果提供给整个数据广播服务的带宽资源是一定的，那么信道中传送的总信息量将大大减少，用户所能选择的服务范围也会大大缩小。可见，采用提高重发频率的方法在缩短系统响应时间的同时，降低了带宽的利用率。
另外一种缩短系统响应时间的办法是，如图3所示，在用户接收端设立缓存区(cache)，这里的缓存区可以是用户接收终端的存储芯片中所开设的内存空间，也可以是硬盘。由于接收端处理器可以在读取某一信息的同时对其它信息进行缓存，然后在需要时直接从本地的内存或硬盘内获取信息，而不用等待信息在信道中的重复发送，因此，用户可以迅速得到响应，而不必加大发送端的信息重发频率。
目前可用的缓存方式有以下两种一种方式是将信道中所有的数据广播信息都存入缓存区，使得无论用户需要什么信息，都可以在本地的缓存区中获得。另一种方式是将访问过的数据存入缓存区，并根据数据在一段时间内的使用频度刷新缓存区，保证最经常访问的数据总是存于缓存区中，目前大多数的网页浏览装置即采用此种方式。
衡量缓存区性能好坏的一个重要特性是缓存区的“命中率”。如果接收端的处理器在本地缓存区中找到所需数据的话，我们称之为“命中”，如果没找到，则称“未命中”，每一次“未命中”就会造成延时和等待，因为此时处理器要在信道中查找数据。可见，第一种缓存方式可以实现很高的命中率，但占用的本地存贮资源必须随着数据量的加大而扩大。第二种缓存方式占用的存贮资源相对较少，因为它只是将访问过的经常使用的数据缓存下来，但用户所期望获取的数据并不一定是访问过的数据，因此这种缓存方式命中率不够高，系统的平均响应速度也就不够快。
本发明提供一种单向网络中进行数据广播的方法，在用户接收端设立缓存区，将数据广播信息存入缓存区，通过获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，来计算所述的传送的数据与当前显示数据之间的距离，并根据计算出的所述距离决定是否将所述传送数据存储在缓存区中。
获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，是通过在所传送文件的命名中表示出该文件在数据广播服务结构中的具体位置来实现的。
所述所在文件的命名中表示出传送的文件在数据广播服务结构中的具体位置包括表示出采用数据结构的服务标识；结构节点；节点所属层数；节点位置号；在该节点内的文件号。
图1是采用树型结构的数据广播示意图。
图2是采用矩阵型结构的数据广播示意图。
图3是接收端设立缓存区实现数据广播服务示意图。
具体实施例方式
以下通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明。
为了实现这一目的，本发明提出的方法是在用户接收端设立具有预测功能的缓存区(cache)，用户接收端的处理器对下一次最有可能用到的信息进行预测，然后将预测出的信息存储在缓存区中。这样当提出新的请求时，由于所需信息已经存储到本地的缓存区中，用户就可以迅速得到响应，而并不需要提高网络信息的重发频率，同时，本地存贮资源也最大程度的得到了利用。
实施本方法的关键在于如何实现对用户需求的预测，使得所需数据已经存储在缓存区中的概率尽可能最大，即命中率最高，进而达到加快响应速度并充分利用本地存贮资源的目的。
根据单向数据广播系统所提供服务的特点，我们将服务结构定义为两种类型树型和矩阵型。
单向数据广播系统提供服务时所采用的树型结构如图1所示，矩阵结构如图2所示。图中的每一个节点代表了显示的一页数据。有时一条信息不能在一页上完全显示出来，因此被分为几页，但所有的页仍被认为是一个节点。根节点n0为服务的访问切入点。两个节点之间的距离通常是从一个节点移动到另一个节点所需要的最小步数。
数据广播中的大多数服务，如新闻，都可定义为图1所示的树型结构。本图的树型结构中共有level 0~level 4层节点，用户在n0点切入新闻服务后，通过选择浏览页面上的某一选项，可以沿着树型结构中的实线从一个节点移到另一个节点，例如完成以下页面选择n1国内新闻→n2国际新闻→n21时事新闻→n211布什当选美国总统→n21时事新闻→n22娱乐新闻…而对有些服务来说，如电子节目指南(EPG)，定义为图2所示矩阵型结构则能更好地描述其逻辑关系。用户在n0点切入EPG服务后，通过选择浏览页面上的某一选项，可以沿着矩阵型结构中的实线从一个节点移到另一个节点，例如完成以下页面选择n11周一频道一的节目指南→n21周二频道一的节目指南→n22周二频道二的节目指南→n21周二频道一的节目指南…以下通过实施例来描述如何将下一次最有可能用到的信息存入缓存区中。
如图3所示，发送端将数据以一定的循环周期在信道中发送，接收端处理器从信道中读取所发送的数据，获得所传送数据的位置信息，然后计算出所传送数据与当前显示数据之间的距离，并根据二者之间的距离判断是否为所需的信息。若判断结果为“否”，则将该信息丢弃；若判断结果为“是”，则将所传送的信息存入缓存区中，留待下次由处理器读取后显示出来。
首先，为了能尽快获取网络所发送文件在整个结构中的位置，本发明提出了一种文件命名规则，要求发送端发送的每一个节点的文件，其发送名应能表示出该节点在服务结构中的位置。由此，接收端处理器就可以快捷地计算出所发送页面与当前显示页的距离。
对于树型结构，文件按照下列方式命名News_t_2_2_3_15_v3.xxx“news”为采用树型结构的服务的标识；“t”代表这是一个树型结构节点；“2”表示文件属于level 2层节点；“2_3”表示节点位置号，即图1中所示的每一个节点的下标；“15”表示所述节点的第15个文件；“v”后面的数字表示该文件的版本号。如果为节点n0的第15个文件，则该文件命名为News_t_0_0_15_v3.xxx。
对于矩阵结构，文件按照下列方式命名EPG_m_15_34_v2.xxx“EPG”为采用矩阵结构的服务的标识；“m”代表这是一个矩阵结构节点；“15”表示图2中所示的节点位置号，即图2中所示的每一个节点的下标；“34”表示所述节点的第34个文件；“v”后面的数字表示该文件的版本号。如果为节点n0的第34个文件，则该文件命名为EPG_m_0_34_v2.xxx。
如此一来，我们即可获知网络所发送文件在整个结构中的位置。
接着，接收端处理器将根据文件名中获得的信息计算所发送页面与当前显示页的距离。计算方法如下1)树型结构用a1a2…ai和b1b2…bj分别代表树型结构中两节点的位置号，即如图1所示的节点下标。如节点Aa1＝2，a2＝1，a3＝3，i＝3；节点Bb1＝1，b2＝1，b3＝1，b4＝1，j＝4，即i与j代表了该节点为level几层节点。
两节点之间的距离为 在这里k和m的取值规则为 根据上式，可以计算出图1所示的节点A与节点B的距离∵a1＝2，b1＝1 ∴a1≠b1∴k＝0，又m＝0，|a0+1-b0+1|＝1，i＝3，j＝4；∴d(A，B)＝i+j-2k-1＝3+4-0-1＝6。
2)矩阵结构用i1，j1和i2，j2分别代表树型结构中两节点的位置号，即如图2所示的节点下标。则两节点n1(i1，j1)与n2(i2，j2)之间的距离为d＝|i1-i2|+|j1-j2|最后，接收端处理器将根据所发送页面与当前显示页的距离来判定是否将其存入缓存区中。
在实际应用中，缓存区空间被分成一个个很小的区，接收端处理器通过三种链表对缓存区内存储的数据进行管理。一是文件列表，用以记录缓存区中的所有文件，每个文件的重要特性之一就是其与当前节点的距离，当距离变化时，每一个文件的所述特性也将被更新；另一是空列表，用来记录缓存区中的剩余空闲区；还有一种链表用来记录每一文件所占的区。
具体方法是，若所发送页面与显示页的距离大于某一特定值，则处理器会将此页数据丢弃，若所发送页面与显示页的距离小于等于所述特定值，则处理器将所述发送页面存入缓存区。当一个文件要被保存到缓存区中时，处理器首先对文件列表进行搜索，若该文件已经存在于缓存区中，且版本没有变化，则不对缓存区进行任何操作。若该文件是缓存区中已有文件的新版本，则覆盖掉已有文件并为新文件重新分配缓存空间。若要保存的文件不在缓存区内，则将文件存入空闲区中。若空闲区不足，则重新分配缓存区空间，沿着文件列表寻找节点距离较大的文件，释放掉这些文件所占空间，至空闲区足够为止。
有一个好的建议是将0层节点的文件总保存在缓存区中。而且，我们可以将那些经常被很多节点频繁使用的文件定义为0层文件，从而减少计算频率。如可将一幅JPEG格式的图片背景，或者将一个用做按钮的JPEG格式的图片作为0层文件。
通过如上所述的方法，那些与当前节点距离小于等于某一特定值的所有节点信息都被缓存下来，因此，用户可以直接从所设的缓存区中获取下次所需访问的信息而无须等待。可见，采用这种缓存区不仅响应速度快，而且命中率极高，本地存贮资源也得以充分利用。
本发明还提出一种对接收端缓存区进行深度分级的方法。我们将缓存区的深度定义为若干级。缓存区深度为l级时，保存所有与当前节点距离为1的节点信息；缓存区深度为2级时，保存所有与当前节点距离小于等于2的节点信息，以此类推。随着当前节点位置的不同，所需缓存区的大小也随之变化。
我们假设用户在访问服务信息时，最大的访问时间间隔为Ta，在上一层节点的平均驻留时间为Ts。可知，如果没有进行缓存，所有节点必须在每一Ta时间间隔内被重复发送，这样才能保证用户在指定的时间内接收信息。但是，如果用户接收端开设了深度为l级的缓存区，那么，由于用户在当前节点之后访问的下一个节点信息已被缓存，则所有文件在每一(Ta+Ts)时间间隔内发送就可以满足需求。如果所开设的缓存区深度为2级，则所有文件在每一2·(Ta+Ts)时间间隔内发送可以接受。以此类推。
可见，在用户可于指定时间内接收到所需服务信息的前提下，缓存区的深度越大，各节点的发送频率可以越低，带宽利用率也就越高。
需要注意的是，缓存区深度越大，所需存储的预测页面信息就越多，若想达到足够高的命中率，占用的本地存贮资源必须随之加大，才能保证无论当前节点位置如何变化，所有的预测信息都可以缓存下来。
以某一新闻服务为例，假设0层节点的大小为70KB。存在4个1层节点，每一个1层节点有6个次一层节点。每个1层节点的平均大小为20KB，其余各层节点平均大小为10KB。假设节点访问时间为0.5秒，节点驻留时间为3秒，如果采用一个1级缓存区，一个40Mbps的信道大约可发送1690页信息；如果采用一个2级缓存区，大约可发送3385页信息；如果采用一个3级缓存区，则大约可发送5091页信息。此时的1级缓存区需要大约100KB容量，2级缓存区需要大约1MB容量，3级缓存区需要大约10MB容量。上述计算仅仅给出一个大致粗略的概念。计算的数值可随树型结构的变化而变化。
但是，在实际应用中，用户接收端的缓存区大小是固定的，我们只能根据实际需要预先设定接收端缓存区的深度，然后在接收数据的过程中采用前文所述的缓存方法。即，如果所传送的页面与当前节点距离大于设定的缓存区深度，则将该页面丢弃，若计算出的距离小于等于设定的缓存区深度，则利用所述三种链表对缓存区进行更新。
所以，虽然加大缓存区的深度可以进一步优化带宽利用率，但这种带宽利用率的提高是以增加本地存贮资源占用量为代价的，我们必须依据实际情况综合两方面的考虑。根据经验，一个10MB大小的3级缓存区已经能够满足大多数服务的需求，将缓存区深度与本地存贮资源占用量这两者兼顾到。
权利要求
1.一种单向网络中进行数据广播的方法，在用户接收端设立缓存区，将数据广播信息存入缓存区，其特征在于，通过获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，来计算所述的传送的数据与当前显示数据之间的距离，并根据计算出的所述距离决定是否将所述传送数据存储在缓存区中。
2.根据权利要求1所述的数据广播的方法，其特征在于，获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，是通过在所传送文件的命名中表示出该文件在数据广播服务结构中的具体位置来实现的。
3.根据权利要求2所述的数据广播的方法，其特征在于，所述所在文件的命名中表示出传送的文件在数据广播服务结构中的具体位置包括表示出采用数据结构的服务标识、结构节点、节点所属层数、节点位置号、在该节点内的文件号。
4.根据权利要求1或2所述的数据广播的方法，其特征在于，根据计算的距离决定是否将所传送数据存储在缓存区中的方法是，如果所传送数据与当前显示数据的距离大于某一特定值，则所传送的该文件将被忽略掉；如果小于等于所述特定值，并且所传送的该文件还没有被存储在缓存区中，则将其存入缓存区中；如果这时没有剩余的缓存区，则所传送的该文件将覆盖掉与当前显示数据距离最大的另一文件。
5.根据权利要求1或2所述的具有预测功能的缓存区，其特征在于，将所述缓存区的深度设定为若干级，所述级数的大小代表所述缓存区所能缓存下的文件与当前显示节点距离的大小。
全文摘要
一种单向网络中进行数据广播的方法，在用户接收端设立缓存区，将数据广播信息存入缓存区，通过获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，来计算所述的传送的数据与当前显示数据之间的距离，并根据计算出的所述距离决定是否将所述传送数据存储在缓存区中。获取所传送的数据在整个数据广播服务中的位置信息，是通过在所传送文件的命名中表示出该文件在数据广播服务结构中的具体位置来实现的。所述具体位置包括表示出采用数据结构的服务标识；结构节点；节点所属层数；节点位置号；在该节点内的文件号。本发明能够提高系统响应速度，提高带宽利用率，而且占用较少的本地存贮资源。
文档编号H04N5/76GK1412963SQ0113651
公开日2003年4月23日 申请日期2001年10月12日 优先权日2001年10月12日
发明者李晓荔, 谢永霞 申请人:北京华诺信息技术有限公司