用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数据包的方法

专利名称：用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数据包的方法
技术领域：
本发明涉及用于分发由超对等(superpeer-to-peer: sP2P)网络的用户所创建(originate)的内容数据包的方法，其中内容数据包将緩存在所述网络的緩存节点(超对等体(superpeer))中。该网络包括多个緩存节点和所述用户的用户节点(对等体)以及在相邻的所10 述节点之间延伸的多个数据线用于传输所述内容数据包。
背景技术：
用于因净争网电4见(Internet Protocol Television: IPTV)内容分发模型的已知解决方案使用从中心库服务器到流媒体服务器的
15 实时内容分发技术。 通常，在封闭网络中，IPTV解决方案在中心库服务器上放置所有内容或在少量摄入点上摄入直播内容。稍后使用内容分发网络(Content Distribution Network: CDN)把内容从库服务器分发到邻近网络边缘的流媒体服务器。如果用户想观看在边缘流媒体服务器20上不可用的内容，那么该请求由库服务器服务或者被拒绝。 另一已知技术称为"流直通(streamthrough)"。根据该技术，如果在流媒体服务器(流体阵列(StreamerArray))上内容不可用，流体阵列从库服务器(拱阵列(Vault Array))请求实时内^a。然后，该流体立即把该内容下传至请求该内容的对等体，如下25 传到机顶盒(Set Top Box: STB ),并将其緩存用于从该緩存所服务的后续请求。应用了某些优化，如主动的緩存填充。 在流直通技术中，专有分发和经常在专用网络上所配置的流媒体服务器用来保证实时段分发所需的高质量。设计该解决方案
4用于被加载到集中存储、如拱阵列之上的高普及资源(popularity asset)的快速分发，而不是4艮适合于团体和用户所创建的内容，其能够生成少量但是相对稳定数量的请求。例如，当大量的用户所创建的资源被生成并被初始上传到库服务器时，由于以下若干瓶颈该解决方案可能5 拒绝服务或降低服务质量
-对于大量资源库服务器能够维持的数据段(segment)请求的最大数量；
-以高质量移动点播(on-demand)用户创建的内容所需的网络带宽(Bandwidth: BW);10 -对于大量用户创建的资源，流阵列的緩存失效的速度。 同样存在共享IPTV应用的已知资源。他们允许用户上传其资源到集中服务器以供共享。但是，甚至在封闭网络上从集中服务器交付所有用户所生成的资源较为昂贵，且造成了瓶颈。作为用于点播IPTV服务的备选内容交付机制，资源共15享通常所用的开放因特网sP2P网络应运而生，如点播内容(content ondemand: CoD)、广播TV (broadcast TV: bTV)、推使命召唤(Call oDuty: CoD)。 P2P网络提供能够对被频繁请求的WEB页面或文件的进行快速访问的緩存服务器。超对等网络或緩存覆盖网络也被认为是20 受管的点播内容分发网络。因此，该术语是可互换的。緩存服务器或緩存覆盖对于因特网服务提供者(Internet Service Providers: ISP)是公共的，能够进行对被频繁访问的站点的有效访问。同样，多媒体緩存服务器正被考虑以便加速对被频繁请求的多媒体资源的访问，并减少网络超载。
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但是，现有的方法针对运营商所创建的多J 某体(CoD,
bTV,推CoD)考虑了 sP2P的最优化。基于"被频繁请求的"多媒体的緩存的方法对用户创建的内容不一定起作用，因为请求的总量可能少。
用于sP2P 一见频交付的另一已知解决方案称为边缘套流媒体(Edge Suite Streaming: AESS )。 AESS接近分布式点播视频(Videoon Demand: VOD)流的模型。直播广播或媒体的点播内容流通过互联网被交付到集(set)或緩存边缘。緩存边缘位于终端用户附近、即在5 对等体附近，并用来服务所请求的内容。 AESS点播服务从存储器下载数据包的流，并在流到达用户设备、即对等体之前，通过因特网将它可靠地传输至在边缘的流媒体服务器。对传输流至流媒体服务器以及对流媒体服务器的选择应用某些最优化，例如，对于直播的广播服务，通过因特网把同一流的10 多个副本通过不同路径从入口点发送至边缘流媒体服务器。因此，由于这个"通过不同路径的同一流的多个副本的解决方案"需要占用大量资源的多个高BW的副本的事实，按比例放大需要指数级的1^出设施升级。因而，该解决方案不太适合用户创建的内容。AESS解决方案基于使用sP2P网络，并潜在地适合于用15 户创建的内容。但是，现有的基于"请求频率"的反应式緩存在用于用户创建的内容时，不太适用于使服务质量最大化。这是因为对用户创建的内容的请求的总体频率可能保持相对低。使用已知的sP2P方法分发用户创建的内容的另一缺点是它没有考虑到内容的特性，如所需服务可靠性，优先权等。例如，20已知的sP2P方法，它不太适合于具有相对低的使用频率但对许多分散用户具有很高价值的用户创建的内容的分发。

发明内容
根据用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数据25包的本发明方法，内容数据包将被緩存在所述网络的緩存节点中。该网络包括多个緩存节点和所述用户的用户节点以及在相邻的所述节点之间延伸的多个数据线，其中，在该网络的用户节点之间的通信连接上交付内容数据通信量。用户被分组到用户组(user groups: UG)并被列入用户组列表。在本发明方法情况下，使用"数据包"的普遍含义，其包括一段内容或全部内容。传统上"数据包"与少量数据关
联，如用户数据报协议(User Datagram Protocol: UDP)包。对于建立普及密度(popularity density),这是个小单位(unit),备选地，较5大数据段或者整个数据段可被緩存和/或被分发，且被用于普及评估。
本发明方法包括以下步骤
a) 由所述网络的代理网络节点接收对从用户的请求用户上传上传内容数据包的请求，
b) 在所述用户组列表中查询作为所述请求用户的当前用户组10 的成员的用户的所有用户组成员，并确定所述用户组成员的
用户节点，
c) 通过应用抉择矩阵确定所述上传内容数据包将被緩存在该网络的哪个緩存节点中，其中，所述抉择矩阵定义定义必须要为哪个用户节点在哪个緩存节点緩存内容数据包，
15d) 在所确定的緩存节点中緩存所述上传内容数据包。 本发明的优选实施例提供了用于分发由超对等网络的用户创建的内容数据包的方法，该方法克服了与相关领域有关的问题的至少一个问题，特别是，该方法改善了通过开放緩存覆盖网络、如sP2P或因特网交付用户创建的内容的效率和服务质量。20
根据本发明方法的解决方案使sP2P适合于用户创建的
内容的有效分发，并改善sP2P、如因特网之上的效率和服务质量。它对内容的特性作了考虑，并能够对高价值的资源、如团体的、金融的或军事的用户所创建的内容进行高质量和可靠的交付。本发明方法使用用户生成的内容使点播服务的sP2P和/或开放互联网最优化。本发25 明方法改善了用于用户创建的内容的分发的、受管的点播内容交付网络的效率和服务质量。 本发明方法导致以下两个想法的组合的实现第一个想法是引入"用户组"。用户组是一组例如具有相同配置(profile)、共同利益、家庭或工作关系等的用户。用户组可由用户 自身、系统操作员管理，或者备选地从分析用户行为以自动的方式导 出。可选地，由该UG成员所创建的内容仅能够限于其他UG成员。
第二个想法是以从另一 UG成员创建的内容主动填充靠 5 近UG成员的緩存。使用抉择矩阵来评估緩存填充的需要。在其已被 处理、例如做出填充緩存的抉择且预填充緩存之后，可有选择地通报 其他UG成员有关新的被创建的内容。
本发明方法具有以下优点 -它使sP2P适合于用户创建的内容的有效分发； 10-它改善了用户创建的内容的效率和点播服务质量；
-它去除了分布式视频服务器和高质量核心网络的成本； -它对有效率的内容交付考虑了々某体特性； -它能够对不同的内容类型使用不同的服务等级； -它通过提供覆盖网络或服务器、例如应用服务(Application 15 Service: AS)或代理，为现有开放互联网中的电信运营商允许新的收 入生成模型；
画它可有效率地按比例增加和降低。 本发明的优选变型 本发明方法的特别优选变型的特征在于，抉择矩阵把与 20 用户节点相邻的緩存节点列为必须要为该用户节点緩存内容数据包 的緩存节点。因此，可被特定用户所请求的内容数据包始终能够直接 从附近緩存节点而不绕道地被交付到特定用户。 如果在完成所述上传内容数据包的緩存之后正在通报 用户组成员，则该用户組成员不会错过观看从他们作为成员的用户组 25 的另一成员上待的新内容。在本发明方法的优选变型中执行了以下步骤
-把所述上传内容数据包的普及值分配给具有作为相邻节点的、所 述用户组成员的至少一个用户节点的每个緩存节点，以及-在每个緩存节点计算所述上传内容数据包的加权请求概率。根据本优选变型，通过应用所述抉择矩阵确定所述上传 数据包要被緩存在该网络的哪个緩存节点中的所述步骤，包括确定上 传内容数据包的哪个加权请求概率满足预定条件。 5
所述确定的緩存节点是上传内容数据包的加权请求概
率符合所述预定条件的那些节点。对所述上传内容数据包的加权请求 概率的所述计算，优选通过把所述普及值与从各自的緩存节点到分配 有各自的普及值的緩存节点之间的距离结合来执行。各自的緩存节点
是当前计算加权请求概率针对的那个緩存节点，且各自的普及值是当 10 前与该距离结合的那个普^^值。 从而，应用普及值来确定是否应该緩存和/或分发上传内 容数据包、即媒体或媒体段(mediasegment)。与具有加权的最高加 权请求概率的用户緩存节点最接近的(緩存节点)緩存或被选择用于 緩存。
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优选地，通过计算对不同的i爰存节点和/或用户节点的所
述结合的结果的总数，计算所述上传内容数据包的加权请求概率。因 此，根据前述的本发明方法的优选变型，数据可以适当的方式緩存在 没有相邻对等体的节点中。网络的任意节点可用作緩存节点。緩存节 点通过其緩存所述内容数据包以供向网络的至少 一 个对等体的交付
20 的事实来定义。 在本发明方法的另 一变型中，把优选定义内容价值的内 ^^优先权值分配给所述上传内容数据包，且如果所述内容优先4又值满 足预定的优先权条件、优选超过最小优先权值，则所述抉择矩阵定义 内容数据包必须要为哪个用户节点在哪个緩存节点緩存内容数据包。
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因此，仅分发高优先权的资源且能够避免网络超载。 如果所述抉择矩阵定义了至少两个緩存节点，那么如果 所述内容数据满足所述预定条件则为每个用户緩存内容数据包，对高 优先权资源，进行能够确保对该资源的访问的冗余緩存。
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如果从外部源、优选从所述数据库服务器请求和/更新内 容数据包的加权请求概率，则能够进行内容数据包分发的集中管理。优选地，由所述代理网络节点执行本发明方法的以上步 骤。因此，现有网络可轻易适合执行本发明方法。 5
—种包括用于在计算机系统上运行和/或存储时执行本
发明方法的单元的计算机程序也在本发明的范围内。其它优点能够从所述说明和随附的附图得到。依照本发 明，可单独地或者以任意组合集中地使用上文和下文所述的特征。提
及的实施例不应被理解为穷举，而是对本发明的描述具有示例性质。
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用下

本发明。
图la图解使因特网sP2P适合于用户创建的内容的有效分发的本 发明方法的第一变型； 15 图lb图解在UG成员中为决定如何分发用户创建的内容而使用普
及密度(popularity density)的本发明方法的示例；
图lc图解用于通过因特网sP2P网络分发用户创建的高^f介值的内 容的本发明方法的另一示例；
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具体实施例方式
图1图解了安排来执行本发明方法的因特网sP2P网络 的示例。示出了称为超对等体的多个緩存节点(CN1， CN2, CN3，…) 和对等体5、即例如包括IPTV STB的用户设备。作为示例，示出了 用户组1 (UG1),该用户组的成员由带阴影的圆團指示，并以点线 25 连接至UG1 。此外，示出了应用服务器(application server: AS)，该 服务器给共享用户所创建的内容的应用以及主动緩存种群 (population)的代理提供接口，作为示例，其服务代理网络节点。为 了 sP2P的完整性，示出了商业内M储节点(库服务器)。
在一个示例中，如图lb所示，使用给定类型(genre) 的内容优先权和普及来定义要主动填充緩存的抉择矩阵(decision matrix)。在另一示例中，如图lc所示，使用内容价值来提供高的服 务可用性以便例如可靠地分发很少被访问但高价值的资源、如新任务 5 的关键信息。建议的解决方案不受限于特定类型的用户组管理，且不 限于特定抉择矩阵。 在附图中，在以编号为1的箭头所示的第一步骤(步骤 1)，在接收到(如由作为代理网络节点的一部分的AS接收到)来自 10 请求用户的对上传作为新的用户所创建的内容的上传内容数据包7的 请求之后，新的用户创建的内容已被注册在AS，并已被上传到CN1 的指定个人存储器(personal storage)或者处于正^f皮上传到指定个人 存储器的过程中。注册了该内容的用户是UG1的成员。因此，在用户 组列表中查寻作为所述请求用户的当前用户组UG1的成员的用户的 15 所有用户组成员，并确定所述用户组成员的用户节点。 图中，编号为2的箭头示出后面的第二步骤(步骤2)。 例如通过周期性地检查来自应用服务器的信息、通过由该AS通报或 通过其他手段，作为代理网络节点的另一部分的代理了解最近创建的 内容。代理具有对UG1成员列表、UG1成员的位置、与最近可访问 20 緩存节点及其状态有关的信息的访问。状态具有广泛的含义，且可包 含但不限于当前载荷(currentload)、可用和已用BW等。在第二步骤，代理应用抉择矩阵来确定新内容是否应该 被移到靠近其他UG1成员的緩存。作为第三步骤的新内容的移动在图 中以编号为3的箭头所示。 25
因此，通过应用抉择矩阵，确定所述上传内容数据包要
净皮緩存在网络的哪个緩存节点中，其中所述抉择矩阵定义定义必须为 哪个用户节点在哪个緩存节点緩存内容数据包的关系(relationship)。在图la中，根据抉择矩阵的最简单情形緩存上传内数据包、即其副本，该最简单情形把接近用户节点的緩存节点列为必 须为用户节点緩存内容数据包的緩存节点。抉择矩阵的另 一 筒单示例能够检查用户组的其他成员 是否频繁地观看给定类型的内容。另一简单抉择矩阵能够检查是否 5 内容优先权 >=高价值优先权，
在该情形中，必须把内容緩存在每个UG1成员可访问的至少2个或更 多的节点上。 在上传有关孩子们和其他家庭成员的新家庭影片的地 理上分离的家庭成员频繁地处于对类似的用户所生成的类型的在过
10 去所请求的访问时，是基于类型的抉择矩阵的使用情形的示例。 在再使用(reused)因特网sP2P用于共享任务关键内容、 例如必须被分发到地理上分离的用户组成员的新指令时，是基于优先 权的矩阵的使用情形的示例。即使该指令可能仅被访问少数几次，但 这些指令必须在若干个最近的緩存位置轻易可得。
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在第三步骤(步骤3)，代理发起通过緩存节点的内容
移动，如由图中编号为3的箭头所示。在图la的给定示例中，只在对 UG1成员最近的緩存节点(CN3)上保存内容副本。从在经过緩存节 点CN2的路径上的緩存节点去除中间副本。在发起或完成内容移动之 后，可有选择地通报UG1的成员。
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为了避免由游离用户(nomadic user )所引起的分发故障，
可执行以下步骤
在步骤1 ， AS在解析对UG成员最近的緩存的位置之前可有选择 地进行对位置代理(Location Agent: LA)的呼叫以确定最新位置， 该呼叫由AS和位置代理LA之间的双向箭头表征。
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可选地，例如对于高价值内容，可周期性地再评估UG
成员的位置。在LA检测到位置改变时，由AS弹出栈(pull)或推入 栈(push)。在此情形中，可重复步骤2和步骤3，包含因UG成员 已离开而不再被使用的緩存的清除。
图lb给出备选步骤3的示例。在此情形中，CN2和CN3 都需要对新的UG1所创建的内容的访问。但是，改为做出在CN4上 放置副本的决定。例如，因新内容的类型在每个緩存节点上不具有足够高 5的普及密度而做出该决定。如果Dn是从第n个緩存节点到该节点可 到达的UG成员的距离，例如通过两者之间的节点数来测量该距离， Rn是来自UG1成员的内容请求的概率。 然后，资源应该缓存在具有最高的加权普及密度的一个 或多个节点K上
10 Ke《M4X S {丑 1}，"^..路径中的节点。
NUG可到达的成员 D
意味着内容应该緩存在具有加权请求概率p的值的节点K中，p由括 号中的表达式所定义，在所有节点的p的最大值附近的区域定义由根 据本发明方法要緩存内容数据包的緩存节点所满足的预定条件。因此，对具有多个访问路径的若干对等体能够同时请求 15同一数据段、如内容数据包加以考虑。因而应该选择被最优设置来服 务所有对等体的緩存节点。这由该公式以 一种简化的方式表达。
"普及密度，，的定义之一是每用户数的普及。例如，对 于区域A影片A被请求了 100次，对于区域B为100次。在区域A 中有1000个用户，区域B中有10000个用户。在此示例中，虽然记 20录了相同数目的请求，但是区域A中的普及密度为区域B中的10倍。
图lc图解了对于高价值内容备选步骤3的另一示例。 在此情形中，当如果
内容优先权〉=高价值优先权 那么，为了高的服务可用性，内容副本必须被放置到UG1成员可访问 25的至少X (X-2)个緩存。 提议的解决方案使互联网sP2P能够用于用户创建的内 容的有效分发，并改善效率和服务质量。它解决了现有技术中已知的内容分发网络的瓶颈。该解决方案通过使用"频率或请求"的出栈(pull)和 緩存方法克服了现有sP2P网络的局限性。还对内容的特性作了允许 高服务质量和可靠性的考虑。 5
提议了用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数
据包7的方法，其中内容数据包7要被緩存在所述网络的緩存节点 CN1、 CN2、 CN3、 CN4中。该网络包括多个緩存节点CN1、 CN2、 CN3、 CN4和所述用户的用户节点5以及在相邻的所述节点之间延伸 的多个数据线，JU巴用户分组到用户组中，并在用户组列表中列出用 10 户。在该网络的用户节点5之间的通信(traffic)连接上交付内容数据 通信量(traffic)。 本方法包4舌以下步骤 a) 由所述网络的代理网络节点从用户的请求用户接收对上传 上传内容数据包7的请求， 15b) 在所述用户组列表中查寻作为所述请求用户的当前用户组 UG1的成员的用户的所有用户组成员，并确定所述用户组成 员的用户节点，(也有选择地确定UG成员的当前位置)
c) 通过应用抉择矩阵确定要把所述上传内容数据包7緩存在 该网络的緩存节点CN1、 CN2、 CN3、 CN4的哪个节点中，
20 其中，所述抉择矩阵定义定义必须为哪个用户节点在哪个緩
存节点緩存内容数据包的关系。
d) 在所确定的緩存节点CN1、 CN2、 CN3， CN4中緩存所述上 传内容数据包7。
1权利要求
1. 一种用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数据包的方法，其中，所述内容数据包要被缓存在所述网络的缓存节点中，所述网络包括多个缓存节点和所述用户的用户节点以及在相邻的所述节点之间延伸的多个数据线，以及所述用户被分组到用户组中，并被列入用户组列表中，其中，在所述网络的用户节点之间的通信连接上交付内容数据通信量，包括以下步骤a)由所述网络的代理网络节点从所述用户的请求用户接收对上传上传内容数据包的请求，b)在所述用户组列表中查寻作为所述请求用户的当前用户组的成员的用户的所有用户组成员，并确定所述用户组成员的所述用户节点，c)通过应用抉择矩阵，确定所述上传内容数据包将被缓存在所述网络的所述缓存节点的哪个缓存节点中，其中，所述抉择矩阵定义定义必须要为哪个用户节点在哪个缓存节点上缓存内容数据包的关系，d)在所确定的缓存节点中缓存所述上传内容数据包。
2. 根据权利要求1所述的方法，特征在于 所述抉择矩阵把与用户节点相邻的緩存节点列为必须要为所述用户节点緩存所述内容数据包的所述緩存节点。
3. 如权利要求l所述的方法，特征在于 在完成所述上传内容数据包的緩存之后通才艮所述用户组成员。
4. 根据权利要求l所迷的方法，特征在于执行以下步骤 -把所述上传内容数据包的普及值分配给具有作为相邻节点的所述用户组成员的至少一个用户节点的每个緩存节点，画在每个緩存节点计算所述上传内容数据包的加权请求概率，且 -通过应用所述抉择矩阵确定所述上传内容数据包要被緩存在所述网络的所述緩存节点的哪个緩存节点中的所述步骤，包括决定所述 上传内容数据包的所述加权请求概率的哪些加权请求概率满足预定 条件的步骤，其中，所述确定的緩存节点是所述上传内容数据包的所述加权请 5求概率满足所述预定条件的那些緩存节点。
5. 根据权利要求4所述的方法，特征在于 通过计算对不同緩存节点和/或用户节点的所述结合的结果的总数，计算所述上传内容数据包的所述加权请求概率。
6. 根据权利要求1所述的方法，特征在于 把优选定义内容价值的内容优先权值分配给所述上传内容数据包，以及如果所述内容优先权值满足预定的优先权条件，则所述抉择矩阵 定义必须要为哪个用户节点在哪个緩存节点緩存内容数据包。
7. 根据权利要求6所述的方法，特征在于 如果所述内容数据满足所述预定条件，则所述抉择矩阵定义必须要为每个用户节点緩存所述内容数据包的至少两个緩存节点。
8. 根据权利要求1所述的方法，特征在于 从外部源请求和/或更新内容数据包的加权请求概率。
9. 根据权利要求1所述的方法，特征在于 由所述代理网络节点扭^亍步骤b)和/或步骤c)。
10. —种计算机程序，包括用于在计算机系统上运行和/或存储所 述程序时执行所述权利要求1到9之一的方法的单元。
全文摘要
提出了用于分发由超对等网络的用户所创建的内容数据包的方法，要把内容数据包缓存在网络的缓存节点中。网络包括多个缓存节点、用户的用户节点和在相邻节点间延伸的多个数据线，且用户被分组到用户组中并被列入在用户组列表中。本方法包括以下步骤a)由网络的代理网络节点从用户的请求用户接收对上传上传内容数据包的请求；b)在用户组列表中查寻作为请求用户的当前用户组的成员的用户的所有用户组成员，并确定用户组成员的用户节点；c)通过应用抉择矩阵确定上传内容数据包要被缓存在网络的哪个缓存节点，其中抉择矩阵定义定义必须要为哪个用户节点在哪个缓存节点缓存内容数据包的关系；d)在所确定的缓存节点缓存上传内容数据包。
文档编号H04N7/173GK101466025SQ20081018588
公开日2009年6月24日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月17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