专利名称：用于在高速缓存节点中高速缓存内容数据包的方法
用于在高^1^存节点中高,存内 据包的方法
,页域
本发明涉及一种在网络的高速缓存节点(超级对等点(superpeer))中高速 缓存内容数据包的方法，该网络包括多个节点和所述节点中的相邻节点之间延 展的多个 线，其中在内# 陶艮务器和用户节点(鹏点(peer))之间
的业务连接，内容数据业务进fim^。
背景技术：
在传统的网P郝议电视(IPTV)系统中，通常所有的内鄉位賴中辦 服务器，即作为内^ 包剤 库服务器，^集中式摄取点(ingest point) 被摄取。内容分发网络(CDN)用于将内容从库服务器分^S位于接近网络边 缘的瀨艮务器。如果用户想要观看不能在鹏流服务器获得的内微据，贝U该 请求或由库服务^ 服务或被拒绝。
存在两种已知的分发模型内容M获取(content eveiywhere)和动态重 分发。在第一模型中，提前将预先选择的内容即内^^包，服务器分发至 所有流服务器。所述内容被周期性地循环。在第二模型中，最初提前将内容分 发至所有流服务器。然而，库服务器旨辦根据利用率统计来重新分发内容。例 如，如果就其中内容不可用的边缘翻艮务器而言已经接收到多个请求，则该集 中^l艮务W该内容^iS流服务器，后续的请求由流服务^lf共服务。
一种实时IPTV流的新兴可选的方法吸引了产业方面的兴趣，该方法基于 端至lj端(P2P)分发网络。P2P分发网络舰高體存驢而得到增强，从而提 高了分发质量，其被称为超级P2P。当前的P2P网络和当前的超级P2P (SP2P) 这二者网络都不能为诸如视频,之类的实^^体的传输提供足够的质量。
针对传统IPTV内容分发M的最著名的解决方案4顿从中心库服务器到 流服务器的实时内容分发技术。该技术被称为"流穿越(stream through)"。根 据所鄉术，如果流服务器(流阵列(streamer array))不能获得内容，贝U流阵 列从库服务器(穹顶阵列(vaultarray))请求实时内容片段。然后测艮务器立刻将内容下发至机顶盒(STB)并将这些内容高速缓存以用于后续请求，其中由 这些高速缓存为后续请求提供服务。 一些优化技术被应用，例如主动的 (proactive)高it^存填充。
可选的已知CDN实1S于优化的专有髓分发网络，该网络具有动态路 ^S建以用于至，流服务器的弹性媒体递送。
针对超级P2P视频逾逸的最著名的解决方案基于将高il^存节点部署至接 皿缘位置且不适于实时观看体验。根据该技术，高速缓存节点Mil为高带宽 网络中最流行的f^提供可存取的存储来e^P2P分发。
第一种解决方案M于高质量核心网，从而实现库与流服务器之间实时视 频内容的实时分发。典型地，分发延迟不应该超出几百毫秒，这就要求高质量 从而昂贵的核心网。该核心网在某些隋况下可能不可用。第二个缺陷是高速缓 存器(cache)响应于用户需求而被填充，这为长尾(longtail)内容和需求的极 大变化产生)fe页，例如大量新的流行的内容会导致初始服务的拒绝直到该内容 被高速缓存在所有边缘设备上。内容量的波动意 没有足够的网络带宽来在 内容被下载时分发所有内容。该解决方案是昂贵的，其主要费用的因素是如上 所述的^专用软件的穹顶阵列/流阵列，以及高质量核心网。
第"^决方案的费用缺陷Mil第二解决方案即超级P2P来解决。SP2P 相对便宜的设备在公共互联网上运行。然而，现有的SP2P的主要缺点在于它们 不倉,实时内容而且没有被设计来考虑实时服务的需求。财卜，内容(长尾) 量意,不能把所有内M储于各处。
发明内容
发明目的
因此，本发明的目的是提供一种在高3I^存节点中高速缓存内容数据包的 方法，该方法剠盯与相关細目关联的至少一个问题，特别是提高了 SP2P网
络的效率从而实M:播视频和实时服务的縱。
发明简述
根据本发明，M31用于在网络的高速缓存节点中高速缓存内容繊包的方 法来实现该目的，所述网络包括多个节点和所述节点中的相邻节点之间延展的 多个 线，其中在内容数据库服务器、高速缓存节点和用户节点之间的业务连接Ji^内容i^业务进fim。艮p，在内容 库服务器和用户节点之间的 业务连接上对内容i^业务进行路由，其不应被仅仅理解为词语"路由"的通 常含义在网络中选择路由来发送数据。该术语与物理鹏相关联。在本发明
的情形中，词语"路由"涵盖了以下的功能假设网络中存在高3i^存器层来 & 务—如何填充该高麟存器层来优化网络利用率。推和fe^是可行的。
在拉模式中，需要内容片断(piece)的高,存或对等点将从高速缓存节点请 求该内容片断。
本发明方s^括以下步骤
-将每个内M^包、片段(sgement)或片断的流行值分配给以至少一个 用户节点作为相邻节点的^高速缓存节点，因此在节点所在的不同区域中的 不同的流行度肖嫩被考虑来定义待分配的流行值(popularity value)。在本发明 中，采用了包的广义含义。传统的包与少量 相关联，例如UDP分组。这是 用于粒流行密度的小单元，可替换地，为更大的片段或齡片^fi平估流行度 并皿其进行高速缓存。
-计算旨高速缓存节点处#内容 包的加权请求概率，iltm， il
将*流行值与从相应(respective)高速缓存节点到相应流行值所分配到的高 速缓存节点的距离相结合来计算，所述请求概率与所述分配的流行鹏比例。
-决定内容娜包的"那个加权请求概率满足预定义^[牛。因此高速缓存决定 可以例如根据预定义公式做出。
-在高漱崖存节点中高速缓存相应的内容数据包，所述高速缓存节点处的内 容 包的加权请求概率满足所述预定义割牛。
本发明的方法M3i将分层引入流行度集合并且智肖她在不同的"流行度"
层Jdt行高速缓存總高SP2P网络的效率,从而实现将直播现频和实时服剝乍 为内繊据舰1im。因此，所管理的点播(oiKlemand)内容縦网络的效 率，^itk，超级端至IJ端网络SP2P棘高^^存覆盖网络的效率，舰引入分 层至流行度集合并且智肖她在不同分层层级上进行高速缓存而得以提高。 本发明弓胞以下两种理念的实现
第一种理念是，将具有水平网格互联(mesh interconnection)的流行度分层 层级引入媒体或媒体分段高速缓存以及在流行度集合层(覆盖网络)上设置高 速缓存节点。下一步是应用流行度密度来决定媒体(或媒体分段)是否应该被高速缓存以及高速缓存至以下描述的哪一层。典型地，最接近具有加权最高流
行度密度的用户高速缓存节点的媒体内容应该被高速缓存或被选 行高速缓 存。
第二种理念是，i!31根据在第一种理念中发现的流行度拓扑对高速缓存器 进行主动填充，从而推动第一种理念中介绍的覆盖网络的发展。在出于说明目 的而给出的一个实施例中，给定鄉的流行度拓扑會辦根据自调整的高速缓存 拓扑而得到。于是，流行度拓扑肖嫩被用来主动利用来自相同类型和髙估计 流行度的媒体对高速缓存器进稱充。
本发明的方法具有以下优点 -提高了通过公共因特网进行内容递送的效率； -得到了用于实时服务的优化的SP2P网络；
-允许在公共互联网或SP2P网络上支劑专统IPTV月艮务，例如视频点播、 广播电视、网络PVR、时移(live-pause)电视；
-除去来自IPTV月艮务的分布式视働艮务器和高质量核心网的费用；
-针对高效内容鹏，考虑媒体属性；
-将诸如媒体内容和域分段之类的资源置于最需要它们并且它们最有价值 之处；
- >下一代IPTV服务的资本和操作的费用； -基于广泛可用的互联网； -使内糊有者能够直接到鹏端用户； -提出对NGN版本2的潜在的标准化；
-本发明的方,对实时传统1 ^月艮务对5 2 禾口/或开方纽联网进行优化， 吸弓I 了扩^iSA IPTV市场的IPTV厂商以及电缆公司的兴趣。 本发明的优选变体
本发明特殊，的变体的特征在于，在一时间段之后，将戶，流行值重新 分配以新的流行值，其中新的流行值被评估成与,述时间段内内 据包的 使用频率成比例。因此根据实际使用数据对初始分配的流行值进行重评估 (reevaluate)育辦被实现。
ttii地，Mil总结(sum up)所述针对不同高速缓存节点和/或用户节点的 所述结合的结果来计算内容数据包的力敝请求概率。因此可以根据上面列出的所述理念以适当的方式将 高速缓，没有相邻对等点的节点中。任意网络 节点可以被用作高速缓存节点。所述高速缓存节点ffi31以下事实来定义它们 高速缓存所述内容 包以用于递送至网络的至少一个对等点。递送可以是在 第1页中所讨论的推或拉的模式。
如果針内Myg包的所述加权请求概率被齡高速缓存节点计算，并且 戶腿决定由计算请求概率的髙^M存节点做出，贝何以实J财网络的分散管理。
imttk，内M^包的加权请求概率，即用于高體存媒体的力敝请求概 率阈值，由外M请求和/或更新，雌地由所述繊卿艮务器(库节点)请求 禾口/鞭新。因此，当增加了新的流行度内容时，可以从高速缓存娜送次流行 的媒体。
imttfe,本发明的方法纟細于高速缓存包括直播视频纖和/或实时服織 据的内容数据包。
在本发明方法的im变体中，内 据包的所述加权请求概率由 分发 节点计算，并且所述决定由所述 分发节点做出，其中在相应的内容数据包 (即新的多媒体内容)被请求或艇至请求至少一个相应的内M^包的用户节 点之前，所述内，据包被^t至高速缓存节点，所述高速缓存节点处的内容 数据包的加权请求概率满足预定义斜牛。因此，可以实5舰内容 包的主动 高麟存。
i^k，在后者的情况下，所述娜分发节点包括所述内容繊库服务器。 因此内容 库服务器可以作为中央节点来管理网络。
，地，当对在至少两个所述高皿存节点中高速缓存的内容数据包的请
求被m^至所述用户节点中的用户节点时，相关的内容数据包被从这两个高速 缓存节点以推或拉的模式并行或串 ^至所述用户节点。因此，如果给出
两个高速缓存节点，每一个都部分地M高速缓存用户群组，则实5，来自多
个源的内容娜包的服务请求是有利的。群组的非重叠部分能够在不同峰值时 间产生峰值负载。在不同的高速缓存节点上有媒体分段，即内# 包，允许 选择具有最低的当前峰值负载的节点。可替换地，如果节点中的一个变得繁忙， 它可以将分发传给其他高速缓存节点，并且聚焦于对内 据包的新请求，所 述请求例如来自网络的对等点。
在本发明的范围内还有计^tilfi^，其包括用于^ii行时和/或存^H十算机系^J:Wm行本发明的方法。
本发明的方法可以顿用目的计穀几(硬件)上实施，也可以在并Ai储 如i^和聚集的(aggregated)高速缓存节点(例如DSLAM/ISAM和路由器) 之类的边缘设备上实施。
另外的优点可以从说明书和附图中得出。以上和以下所提及的特征可以根 据本发明或独立地使用或以任何组合的方式集合地使用。所提及的实施例不应 被理解为穷皿举而是具有本发明的说明书中示例性特征。
本发明通过附图进fiH兑明。
图1图示了所管理的具有用于高，存的多个聚集层的内容分发网络，该 网络被安排用于实施本发明的方法；
图2图示了根据本发明,实施例的对来自多个源的一些请^it行服务。
具体实施例方式
图l，图示了被设计用于实施本发明的方法的网络l，该方法用于在网络3 的高速缓存节点2中高速缓存内 ^包。网络1包括多个节点和在所述节点 中的相邻节点之间延展的多个数据线5。在内 据賴艮务器7和用户节点8(即
客户节点或对等点)之间的业务连接上对内^ 业务进行路由。为了解释本 发明方法，对示例算法进行说明。所提出的算法旨在提供用于流行度拓扑生成 或高速缓存的通用方案而不是特定算法。
在图中，客户节点舰等点(在一个实例中可以为STB)被连接至職高 速缓存节点，所^ii^高皿存节点被称为高皿存节点南CN—E、东CN一E， 西CN_W和北CN_N。这些高速缓存节点继而与更高聚集层的高速缓存节点 CA一1， CN一2， ...CN—N连接。
媒体内容最初被作为内^ 包存储于中央媒#^储器，即内 ^库，
其會辦位于单个^a或分布在多个位置处。
根据i^第一种理念，当内容数据被，至对等点时，旨从其他节点聚 集片段的超级对等分发节点决定根据内，行度密度对内容进行高速缓存，所 述内，行度密度得自于被分配^个以至少一个用户节点作为相邻节点的高速缓存节点的針内容数据包的流行值以及与被请求对等点的距离，所述流行 值即例如弓l入至内MWS的多个流行度级别。
"流行度密度"的一种定义是每一定数量的用户的流行度。例如，就区域A 而言电影A已经被请求了 100次，而就区域B而言请求了 100次。区域A中有 1000个用户，区域B中有10000个用户。在此例中，尽管记录了相同数目的请 求，但是区域A的流行度密度比区域B高，为区域B的流行度密度的10倍。
"流行度级另IJ"意歸所述"流行度密度"被细分为多賴别，例如，舰 流行度密度的不同级别进 '份。
例如，育辦根据相比接近客户位置的节点流行度密度是否足够高来作出高 速缓存决定。 一般而言，对于在#^高速缓存节点处的每个内容 包计算其 加权请求概率，例如舰将針流行值与从相应高速缓存节点至,应流行i^/F 分配至啲高速缓存节点的距离相结合来计算。
为了做出高速缓存决定，决定内容数据包的明P个加权请求概率满足预定义 割牛，例如3131以下公式表达。
关于是否高速缓存内容的决定可以由超级对等点自身做出，或者由中央库 服务器做出，或者由其它代理做出，赫由超级赠点和库服务器齡做出。 例如超级鹏点育辦在作出决定之前向库服务器请求周围节点的流行度拓扑。
将分层引入至流行度拓扑可以aaia—步的实例中来说明。例如，三个内
容片断A、 B、 C在由高速缓存节点CN一E、 CN—S、 CN—Al所覆盖的东南区域 中同,行。内容B在南部流行，内容C在东部流行，而内容A在南部和东部 较不流行，但在聚合的东南区Wl行。
在该提案的背景中，提出了流行度的广义含义，其基于但不限于以下列表 中的因素的任意组合
票房^他客砂卜流行度标志
參 ^!M (genre)
用户分布-知晓谁喜欢什么和在哪里 历史織
*内容分类，例如如果使在"我自己的电视"社区中可用 *监视估计明哩需要内容的建议 *其它这些因素是成为背景的特征的实例，其用于定义針内容M包的加权请 求概率，即每个内容i^被不同对等点请求的的概率。
顿情况下，ilil弓l入高麟存节点CN一S、 CN—E和CN—Al, ilil高速 缓存内容B于CN—S，高速缓存C于CN—E以及高速缓存A于聚集高i^^层 上一CN—1育&Wt化内容A、 B、 C至东南区域的縦。这将3KiS大化高麟 存器命中率(hitratio)(与来自外部的请求相比更多的请求M^述高體存器递 送)靴化O^S和CN—E高速缓存器的效率。
如上所示，第一种理念i!51弓l入多个流行度层来提高SP2P内容鹏的效 率，从而实现将诸如内容和负载之类的资源置于其中就实时服务而言最需要它 们并且它们最有价值之处。
前述的第二种理念皿针对新的多媒体内容对高，存器进行主动±真充而 更进一步地推动了第一点理念的发展，例如，根据在执行本发明方法(即根据 J:^第一种理念所陈述的方法)步骤过程中发现的流行度拓扑。在一个实施例 中，给定鄉的流行度拓扑图从媒鹏行度拓扑得到。该图被用于针对相同类 型類i冲的新媒体对高速缓冲器进行主动填充。例如，如果新内容D有与A相 同的类型和等级，贝脾服务器或外部4馆能够决定将新内容D—即内容聽包 —移动至高纖存节点CN—Al,郷一步提高了开放网络实现实时服务的效率。
第一种理念中的用于高，存的算法的一个实施例被如下说明，其给出一 个公式的实例作为高速缓存决定的基础。如果化;i^第n个高，存节点到被 请求的对等点的距离，例如，其间节点的数目，A"是所观察或预测的针对节点 n处的内容的请求数目，艮P，与内^ 包的流行舰比例的请求概率。然后， 所述内容即内容数据包，应该被高速缓存于一或多个具有最高加权流行度密度 的节点K处，艮咖权请求概率为
这意味着内容应该被高，存于具有由括号中的,幼; 定义的加权请求
概率p的值的节点K，节点K位于定义了预定义割牛的所有节点的p的最大值 的附近地区，所述预定义^J牛被其中根据本发明对内容数据^S行高速缓存的 高速缓存节点所满足。
因此，考虑到具有多个接入路径的若干对等点能够请求相同的片段，即内容数据包。高速缓存节点被最舰设置来服务所有应该被选择的对等点。这是
S31该等^^达的简化方式。
图2图示了对本发明方法进一步的优化，可以通过服务来自多个源的一些 请求来应用本发明方法。这增加了高，存器的填充时间但从单个网，路卸 下负载，从而允许鄉(trade)鹏容量的时间。
根据来自作为对等点的STB20的对高速缓存于如所示的两个高速缓存节 点CN—Al和CN—A2中的内容 包Tl的请求，内W^据包被iiiS作为用 户节点的STB。相应的内M^包^!^两个高速缓存节点，可ifeW31具有 用于T1的内ffl^高速缓存器的高速缓存节点CN—E，并行或串《mm^M所 棚户节点。所有示出的高速缓存节点都被用i做接口。内容 包丁1被细分 为片段Tl-l和Tl-2，这些片段被在 线5上以例如1Mbps的 传输速率 进行传送。在数据线21上以例如2Mbps的 传输速 包括两个片段Tl-l 和Tl-2的内容数据包Tl从CN—E传送至所示的STB。
一种用于在网络l的高速缓存节点2中高速缓存内# 包的方法被提供， 网络1包括多个节点2、 8以及戶M节点2、 8中的相邻节点之间延展的多个数 据线5，其中在内容数据潮艮务器7和用户节点8之间的通信连接对内容数据服 务进機送。
,括以下步骤；
-向旨高速缓存节点2分配旨内 据包的流行值，所述高速缓存节点 2以至少一4^用户节点8作为相邻节点，
-计算齡高速缓存节点2处*内容数据包的加权请求概率，^tfe，通 过将*流行值与从相应高速缓存节点2到相应流行it^分I^U的高速缓存节 点的距离相结合来计算，
-决定内# 包的明5个加权请求概率满足预定义剝牛，并且
-在高體存节点中高速缓存相应内織据包，所述高體存节点处的内容 W包的加权请求概率满舰述预定义餅。
该建议的解决方^iKl以下步骤M了M:公共互联网进行内容递送的效
率弓l入多个流行度级别，智能地在不同"流行度"层上进行高速缓存，以及 在最需要资源并且资源最有价值之处实m^资源的高效，利用。这允许4OT 被#高效分层高速缓存架构所,的公共网络 行传统IPTV服务，例如视频点播、广播电视、网络PVR、时移电视。鄉决方案的另一个优点在于其不 要求网络具有现有技术中所要求的视,测艮务器和高质量核心网。本发明提高了 SP2P网络的效率，从而普遍实 W直播;见频和实时服务的逾逸。
权利要求
1、一种用于在网络的高速缓存节点中高速缓存内容数据包的方法，所述网络包括多个节点和在所述节点中的相邻节点之间延展的多个数据线，其中在内容数据库服务器和用户节点之间的业务连接上对内容数据业务进行路由和/或递送，所述方法包括以下步骤-向每个高速缓存节点分配每个内容数据包的流行值，所述高速缓存节点以至少一个用户节点作为相邻节点，-计算每个高速缓存节点处每个内容数据包的加权请求概率，-决定内容数据包的哪个加权请求概率满足预定义条件，并且-在高速缓存节点中高速缓存相应内容数据包，所述高速缓存节点处的内容数据包的加权请求概率满足所述预定义条件。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将*流行值与从相应高速缓存节点到相应流行lt^分配到的高速缓存节点的距离相结合来计算加权请 求概率。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，在一时间段之后，所述流行值重新分配以新的流行值，其中所述新的流行值被评估成与在所述时间段期间内 ^&的{顿频率成比例。
4、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，舰总结针对不同高速缓存节 点和/鋼户节点的所述结合的结果来计算内 ^包的加权请求概率。
5、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个内，据包的所述加权请 求概率由齡高速缓存节点计算，并朋万述决定由计算请求概率的高速缓存节 点做出。
6、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，内皿据包的加权请求概率由外M请求和/^新，tm由所述数据库服务器请斜n/或更新。
7、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，内ffl^包包括直播视M^ 和/或实时服# 。
8、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，内容数据包的所述加权请求概 率由 分发节点计算，并且所述决定由所述 分发节点做出，其中在相应的内容数据包被路由禾n/^iiS请求相应内^据包中的至少一个的用户节点之前，所述内 据包被路由禾0/或皿至其中内 据包的加权请求概率满足所述f^义劍牛的高速缓存节点。
9、 如权利要求8所述的方法，其特征在于，戶腿繊分发节点包括戶脱内 ^库服务器。
10、 如权利要求l所述的方法，辦征在于，当对高速缓存在所述高,存节点中的至少两个中的内容数据包的请求被 路由和/^S所棚户节点中的用户节点时，将相关的内織据包从这两个高速缓存节点并行或串4 W由和/或鹏至所棚户节点。
全文摘要
本发明提供了用于在网络的高速缓存节点中高速缓存内容数据包的方法，所述网络包括多个节点和在所述节点的相邻节点之间延展的多个数据线，其中在内容数据库服务器和用户节点之间的业务连接上对内容数据业务进行路由，该方法包括步骤向每个高速缓存节点分配每个内容数据包的流行值，所述高速缓存节点具有至少一个用户节点作为相邻节点，计算每个高速缓存节点处每个内容数据包的加权请求概率，决定内容数据包的哪个加权请求概率满足预定义条件，并且在高速缓存节点中高速缓存相应的内容数据包，所述高速缓存节点处的所述内容数据包的加权请求概率满足所述预定义条件。
文档编号H04L29/08GK101431530SQ20081017789
公开日2009年5月13日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月26日
发明者A·基塞尔, D·C·罗宾逊 申请人:阿尔卡泰尔卢森特公司