专利名称：用于将数据流的数据段分发给具有多个用户的组的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法，以及一
种根据权利要求5的前序部分所述的用户和一种根据权利要求6的前 序部分所述的系统。
背景技术：
由于数字化和因特网的引入，数据(比如音乐作品或故事片)越 来越多地以数字化的形式通过分布式网络(比如因特网)传输给相应 的终端客户。存在多种能够被用来分发这些数据或数据流的解决方案。
因此，能够借助于中央基础设施通过广播装置将数据流引导到多 媒体服务器，该多媒体服务器具有到所述终端客户的网络连接，并负 责将所述数据流转发给终端用户。当终端客户的数目较大时，在此可 以借助于多个多媒体服务器使用分级分发，以便由此能够分配负载并 且不使核心网络承受重负载。这样的中央基础设施表现出的缺点是， 该中央基础设施在建立和维护方面是昂贵的。
另一种方法在于建立具有和不具有分布树的覆盖结构 (Overlaystruktur)，所述覆盖结构至少部分地在没有中央基础设施 的情况下也行。公知的是例如通过PSP网络(PaP-pee"peer(对等)) 的中继方法(比如PeerCast (对等广播))。在这种情况下不利的是， 这样被建立的分布树的叶(Blatter)不再对所述数据流的广播(即分 发)有贡献。在这种情况下，所述叶是纯粹的消费者。在所述覆盖结 构的改进方案中，数据流被分成子流(Teilstrom)，且对这些子流的 分发通过覆盖结构来进行(比如在名为"Splitstream (分流)"的方 法[l]中)。
该扩展导致所有节点都可能是所述分布树之一中的内节点，并因 此为总体分发贡献带宽。然而在这种情况下不利的是对所述分布树 的维护。这是因为由于树形结构的分散分布，故复杂性和易错性大， 其中在发生故障时对所述分布树的重组花费大，且通过错误保护来消 除故障是难以执行的，因为对各个分布树进行维护并不是中央协调的。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是说明一种方法、 一种用户和一种 系统，所述方法、用户和系统使得能够以分散的方式并且以分布式网 络的小负载来分发数据流的数据段。
该任务从独立权利要求出发得以解决。本发明的其它的改进方案 在从属权利要求中再现。
本发明涉及一种用于将至少一个数据流的至少一个数据段分发给 网络中的具有多个用户的组的方法，该方法具有如下步骤
-由该组的至少一个用户将状态消息借助于该网络的组播信道和 /或广播信道发送给该组的至少 一个其它用户，其中该状态消息包含信 息，该信息表明该发送用户希望接收该数据流的至少一个待接收的数 据段；
-由该用户通过所述组播信道和/或广播信道接收该组的至少一 个其它用户的至少一个另外的状态消息，其中该状态消息包含信息， 该信息表明其它发送用户希望接收该数据流的至少一个待接收的数据 段；
-由该用户通过点对点传输信道从源节点接收所述数据段；
-由该用户确定，所述其它用户中的至少一个是否已基于其状态 消息向该用户表明其希望接收所接收到的数据段的愿望；
-将该数据段借助于所述组播信道和/或广播信道发送给至少一 个所确定的其它用户；
-由所述至少一个所确定的其它用户通过所述组播信道和/或广 播信道来接收该数据段。
该方法使得能够动态地形成并改变该用户组。在此，也能够在该
据段的可靠的分发。此外，该方法无需中央管理，从而能够以简单的 方式且低成本地建立该方法。另外，在只有所述用户的一部分支持该 方法时，也可以在现有网络中使用该方法，因为该方法能够相对于其 它现有的流处理方法(Streamingverfahren)和/或下载方法自给自足 被使用。
在该组的用户之一接收了期望的数据段之后，该用户将所接收到 的期望的数据分组通过所述组播信道和/或广播信道传输给其它用户。在所述用户的网络中，期望的数据段就此只被传输两次，更确切地说， 第一次用于由该用户来接收，而笫二次用于分发给该组的其它用户。 由此能够将带宽需求限制于在分布式网络(包括所述组播信道和/或广
播信道和点对点传输信道)中对期望的数据段的仅仅两次传输。如果n 个用户中的每一个都自己向源节点请求该期望的数据段，那么该数据 段将在该分布式网络中被传送n次。
如果该用户在将请求消息发送给源节点以便传送该数据段之前检 验该数据段是否基于通过所述组播信道和/或广播信道进行的接收而 存在且只有当该检验识别出缺少该数据段时才发送该请求信息，那么 当该数据段已经存在于该用户处时能够防止对该数据段的请求。由此 节省网络中的带宽。此外，可以缩短请求该数据段与继续处理该数据 段之间的等待时间，因为由于重复传送该数据段造成的时间延迟被抑 制。
此外，如果所接收到的数据段同样已经通过所述组播信道和/或广 播信道而被接收，那么能够抑制借助于所述组播信道和/或广播信道对 通过点对点传输信道所接收到的数据段的传输。在这种情况下，实现 对所述组播信道和/或广播信道中所需带宽的进一步减小，因为只有还 未被该组的其它用户接收到的数据段才被发送。
优选地，由相应用户以针对用户分别可预给定的时间间隔借助于 所述组播信道和/或广播信道将状态消息发送给所述至少一个其它用 户。以此保证该用户组能够动态地对变化(比如加入该组的用户和退 出该组的用户)作出反应。可以针对每个用户预给定和/或随机选择所 述时间间隔。例如从文献[l]公知了一种算法，该算法用于计算两个相 继的RTCP分组(RTCP-RTP Control Protocol (RTP控制协议)J RTP - Realtime transport protocol (实时传输协议))之间的时间间隔。
在优选的扩展方案中，相应用户的相应的请求消息基于可预给定 的或可随机确定的时间延迟而^皮发送。该时间延迟也可以从可预给定 的开始时刻(STP)出发来确定。由此所述用户的相应的请求消息在不 同时间被发送，由此能够实现该组的用户之一已经收到所请求的数 据段，并在该组的其它用户发送其各自的请求消息之前(即在其时间 延迟期满之前)将该数据段转发给其它用户。利用该扩展方案，进一 步减小网络中的带宽需求。此外，如果被请求的数据段已经借助于所述组播信道和/或广播信道到达所述其它用户，那么可以抑制所述请求 消息的发送。
本发明还涉及网络中的用户，其中所述用户具有如下装置
-发送装置，该发送装置用于由组的至少一个用户将状态消息借 助于网络的组播信道和/或广播信道发送给该组的至少一个其它用户， 其中该状态消息包含信息，该信息表明该发送用户希望接收数据流的 至少一个待接收的数据段，并且该发送装置用于将该数据段借助于所 述组播信道和/或广播信道发送给至少一个所确定的其它用户；
-接收装置，该接收装置用于由该用户通过所述组播信道和/或广 播信道接收该组的至少一个其它用户的至少一个另外的状态消息，其 中该状态消息包含信息，该信息表明其它发送用户希望接收该数据流 的至少一个待接收的数据段，并且该接收装置用于由所述至少一个所 确定的其它用户通过所述组播信道和/或广播信道来接收该数据段；
-选择装置，该选择装置用于确定其它用户中的至少一个是否已 基于其状态消息向该用户表明其希望接收所接收到的数据段的愿望；
此外，该用户可以包含另外的装置，利用该装置能够执行本方法 的扩展方案。
该用户就此能够执行本方法。
此外，本发明的一部分是一种具有用户组和源节点的系统，在该 系统中，该源节点具有源装置，该源装置被构造为使得该源装置利用 至少一个用户的相应装置来实施本方法并可选地实施本方法的扩展方 案。
下面根据附图对本发明和其改进方案作进一步的阐述。
图1示出包括具有三个用户的组的网络，所述用户执行用于分发 至少一个数据段的方法。
图2a、 2b示出具有不同的时间延迟的相应示图，所述时间延迟用 于向源节点发出相应的请求消息。
在图l和图2a、 2b中，具有相同功能和作用方式的元件配备有相 同的附图标记。
具体实施例方式
在图1中描绘了具有四个节点El、 E2、 E3、 E4和源节点QK的网络NET，所述四个节点和源节点彼此通过数据通信连接(比如LAN-Loca 1 Area Network (局域网))相互连接(在图1中未示出这些连接)，以 便进行数据交换。在图1中可以看到包含至少一个数据流D的数据段 Gl、 G2、 G3的源节点QK，其中所述数据段是准备提供给一个或多个节 点以用于调用。节点E1、 E2、 E3希望从源节点调用该数据流的数据段， 并为此形成组G。为了将这些节点与该网络的所有节点区分开，下面将 节点E1、 E2、 E3称为用户El、 E2、 E3。
数据流D以数据段的形式存在于源节点QK上，并能够从那里逐段 地被调用。对所述段的调用由相应用户通过如下方式来实现首先， 请求消息AFN以点对点连接P2P的形式(即通过点对点传输信道)被 发送给源节点，该源节点在接收到该请求消息之后将数据流D的数据 段之一G1通过该点对点传输信道发送给请求用户。在图1中，通过该
点对点传输信道所发送的数据段和消息用虚线表示。
在用户E1、 E2、 E3之一发送请求消息AFN之前，这些用户分别将 其状态消息II发送给组G的其它用户。因此，用户El将其状态消息 11传送给用户E2、 E3，用户E2将其状态消息12传送给用户El、 E3， 而用户E3将其状态消息13传送给用户El、 E2。相应的状态消息表明 相应用户希望接收数据流D或附属的数据段。在接收了状态消息之后， 用户El、 E2、 E3获悉网络NET中的其它节点或用户中的哪些当前希望 接收所述数据流或数据段。所述状态信息的发送通过组播信道和/或广 播信道MBK来进4亍。
在这种情况下必须注意，通过广播信道和/或组播信道被发送的状 态信息首先到达该网络中的所有节点。只有也希望进行接收的那些节 点才记下该状态消息，并因此是该组中的用户之一。这意味着，该组 动态地被建立并可改变，因为该组的用户能够离开该组，而网络中的 其它节点能够通过发送其状态消息以及通过接收该组的至少一个用户 的状态消息而加入到该组中。
接下来，用户El借助于请求消息AFN向源节点QK请求数据段G1。 源节点随后传送数据段G1。在收到数据段G1之后，用户E1选出该组 的其它用户，所述其它用户已经向用户El传送了其状态消息以表明它 们希望接收该数据流的数据段。由此确定用户E2和E3。
随后，用户El将数据段Gl通过网络NET的组播信道和/或广播信用户E2、 E3。接着，用户E2、 E3通过所述组播 信道和/或广播信道接收数据段Gl。
为了防止用户既通过该点对点传输信道P2P直接从源节点QK收到 数据段Gl又通过所述组播信道和/或广播信道MBK从另一用户收到数 据段Gl,相应用户在发送请求消息之前检查所需数据段是否已经通过 所述组播信道和/或广播信道MBK被接收。如果情况如此，则该用户不 发送请求信息，否则发送该请求信息。由此实现该网络之内的数据量 (Datenaufkommen )被减少，因为所期望的数据段一次性通过对等传输 信道被传送给该组的用户之一，并由该用户借助于该网络的组播信道 和/或广播信道被转发给该组的其它用户。因此，该网络内的网络负载 被限制于对该数据段的两次传输。
根据图1的方法允许每个用户从源节点收到数据段并将其转发给 该组的其它用户。因此，在该网络之内，负责分发的用户可以随着时 间而改变。由此保证一方面使得能够在该网络之内对该数据流的数据 段进行自组织分发，所述自组织分发一方面能够灵活地与动态变化(比 如加入或退出该组的用户)相匹配，而且能够低成本地加以实现，因 为无需中央管理。此外，这种处理方式是对差错鲁棒的 (fehlerrobust),因为错误地工作的用户(例如发生故障的用户)不 能阻断该组之内的对数据段的分发。
该方法可以通过如下方式来扩展由一个用户以可预给定的时间 间隔Zl、 Z2、 Z3将该状态信息分发给网络中的其它用户或节点。因此， 用户El以时间间隔Zl发送其状态消息，而用户E2以分配给其的时间 间隔Z2来发送其状态消息。如果在该网络之内存在高的动态特性(例 如由于用户加入或退出该组)，则需要较短的时间间隔。如果该组的 用户的组成在较长时间内为固定的，那么可以较大地选择相应的时间 间隔，例如Zl-4秒，Z2-8秒，Z3-30秒。
在本发明的替代的扩展方案中，相应用户E1、 E2、 E3的相应请求 消息AFN的发送可以基于可预给定的或可随机确定的时间延迟ZV来控 制。借助图2a和2b对此作进一步的阐述。为了减少在网络NET中用 于分发数据段G1所需的通信量(Verkehrsaufkommen),所期望的是 只有该组的用户之一通过该点对点传输信道收到该数据段，且该用户的其它用户。为了实现这一点，借助于相应的时间延迟zv来控制相应
用户El、 E2、 E3的请求消息被发送的时刻Tx (比如T1、 T2或T3 )。 因此，时间延迟ZV首先确定相应用户的请求消息应^t发送的时刻Tl、 T2、 T3,也就是说，用户El的请求消息在时刻Tl被发送，用户E2的 请求消息在时刻T2被发送，而用户E3的请求消息在时刻T3被发送。 在根据图2a的例子中，Tl < T2 < T3，例如Tl = 15: 00: 00时钟时间， T2 = 15: 00: 15时钟时间，而T3 = 15: 01: 11时钟时间。
首先，用户El在时刻Tl将其请求消息AFN (El)发送给源节点， 其中源节点在另一时刻Tl'=15:00: 05将该数据段G1传送给用户El。 在接收了该数据段之后，用户El将该接收到的数据段传输给该组的其 它用户E2、 E3。在所述其它用户E2、 E3这时发送其请求消息AFN(E2) 或AFN (E3)之前，所述其它用户E2、 E3检验它们是否已经收到了所 期望的数据段。因为如果情况如此，则这些用户E2、 E3放弃发送它们 的请求消息。在图2a中，未被发送的那些请求消息在图形上用点线表 示。
在图2b中，类似于根据图2a的实施方式，确定时刻Tl、 T2、 T3。 因此，用户El首先将其请求消息AFN (El)发送给源节点。因为用户 E2在其时刻T2并不具有期望的数据段G1，所以用户E2将其请求消息 AFN (E2)传送给源节点。在时间上在此之后，用户E1在时刻T1'接收 数据段Gl ( El )，并且用户E2在时刻T2'接收数据段Gl ( E2 )(图 2a和2b的附图标记中的括号只应被理解为给谁发送消息或从谁接收 数据段的指示)。
在用户El接收了该数据段之后，用户E1检验该数据段G1是否已 借助于所述组播信道和/或广播信道被接收。因为如果情况不是如此， 则用户El将该数据段经由所述组播信道和/或广播信道传输给该组G 的其它用户E2、 E3。此外，用户E2在通过该点对点传输信道(即直接 从源节点QK)收到该数据段之后检验该数据段是否已经通过所述组播 信道和/或广播信道被接收。因为如果情况如此，则用户E2不再通过 所述组播信道和/或广播信道发送该数据段。
本发明能够由网络NET中的组的用户El、 E2、 E3来执行，其中所 述用户和/或源节点的装置能够通过软件和/或硬件来实施和实现。所 述用户例如集成在比如PDA ( PDA - Personal Digital Assistant (个人数字助理))的计算机单元、或者移动电话中。在此，端节点具有
如下装置
-发送装置，该发送装置用于由该组的至少一个用户将状态消息 借助于网络的组播信道和/或广播信道发送给该组的至少一个其它用 户，其中该状态消息包含信息，该信息表明该发送用户希望接收该数 据流的至少一个待接收的数据段，并且该发送装置用于将该数据段借 助于所述组播信道和/或广播信道发送给至少一个所确定的其它用户；
-接收装置，该接收装置用于由该用户通过所述组播信道和/或广 播信道接收该组的至少一个其它用户的至少一个另外的状态消息，其 中该状态消息包含信息，该信息表明其它发送用户希望接收该数据流 的至少一个待接收的数据段，并且该接收装置用于由所述至少一个所
二选择装置，用于确定其4用户;的至少^一个是否已基于其状态 消息向该用户表明其希望接收所接收到的数据段的愿望。
此外，该用户可以包括另一装置，利用该装置能够执行本方法的 扩展方案。
另外，该用户组和所述源节点可以以系统的形式被组合，其中源 节点具有源装置，该源装置被构造，使得该源装置利用所述至少一个 用户的相应的装置来实施用于分发的方法及其扩展方案。参考文献目录 RFC 1889， "RTP-A Transport Protocol for Real-Time Applications" , Internet Engineering Task Force ( IETF ) ， http: //www. ietf. org
权利要求
1.一种用于将至少一个数据流(D)的至少一个数据段(G1)分发给网络(NET)中的具有多个用户(E1，...，E3)的组(G)的方法，该方法具有如下步骤-由所述组(G)的至少一个用户(E1)将状态消息(I1)借助于所述网络(NET)的组播信道和/或广播信道(MBK)发送给所述组(G)的至少一个其它用户(E2，E3)，其中该状态消息(I1)包含信息，该信息表明发送用户(E1)希望接收数据流(D)的至少一个待接收的数据段(G1)；-由该用户(E1)通过所述组播信道和/或广播信道(MBK)接收所述组(G)的至少一个其它用户(E2，E3)的至少一个另外的状态消息(I2，I3)，其中该状态消息(I2，I3)包含信息，该信息表明其它用户(E2，E3)希望接收数据流(D)的至少一个待接收的数据段(G1)；-由该用户(E1)通过点对点传输信道(P2P)从源节点(QK)接收数据段(G1)；-由该用户(E1)确定，其它用户(E2，E3)中的至少一个是否已基于其状态消息(I2，I3)向该用户表明其希望接收所接收到的数据段(G1)的愿望；-将该数据段(G1)借助于所述组播信道和/或广播信道(MBK)发送给至少一个所确定的其它用户(E2，E3)；-由至少一个所确定的其它用户(E2，E3)通过所述组播信道和/或广播信道(MBK)来接收该数据段(G1)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用户(El、 E2、 E3) 在将请求消息(AFN)发送给所述源节点(QR)以便传送数据段(Gl) 之前检验该数据段(Gl)是否基于通过所述组播信道和/或广播信道 (MBK)进行的接收而存在，只有当该检验识别出缺少该数据段(Gl)时才发送所述请求消息 (AFN)。
3. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，如果所接收 到的数据段(Gl)也已经通过所述组播信道和/或广播信道(MBK)被 接收，那么抑制借助于所述组播信道和/或广播信道(MBK)对通过点 对点传输信道(P2P)所接收到的数据段(Gl)的传输。
4. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由相应用户 (El)借助于所述组播信道和/或广播信道以针对用户(El、 E2、 E3) 分别可预给定的时间间隔(Zl， Z2， Z3)将状态消息(Il)发送给至 少一个其它用户(E2， E3)。
5. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，相应用户(El， E2)的相应的请求消息(AFN)基于可预给定的或可随机确定的时间延 迟(ZV)、尤其是从可预给定的开始时刻(STP)出发而被发送。
6. 网络(NET)中的用户(El， E2， E3 )，其特征在于，所述用户 包含如下装置-发送装置(SM)，该发送装置用于由组(G)的至少一个用户(El) 将状态消息(II)借助于所述网络(NET)的组播信道和/或广播信道 (MBK)发送给所述组(G)的至少一个其它用户(E2, E3)，其中该状 态消息(II)包含信息，该信息表明发送用户(El)希望接收数据流 (D)的至少一个待接收的数据段(Gl),并且该发送装置用于将所述 数据段(Gl)借助于所述组播信道和/或广播信道(MBK)发送给至少 一个所确定的其它用户(E2， E3);-接收装置(EM)，该接收装置用于由该用户(El)通过所述组 播信道和/或广播信道(MBK)接收所述组(G)的至少一个其它用户(E2， E3)的至少一个另外的状态消息(12， 13)，其中该状态消息(12， 13)包含信息，该信息表明其它用户(E2， E3)希望接收数据流(D) 的至少一个待接收的数据段(Gl)，并且该接收装置用于由至少一个 所确定的其它用户(E2， E3)通过所述组播信道和/或广播信道(MBK) 来接收所述数据段(Gl );-选择装置(AM)，该选择装置用于确定其它用户(E2， E3)中 的至少一个是否已基于其状态消息(12， 13)向该用户(El)表明其 希望接收所述数据段(Gl)的愿望。
7. 根据权利要求6所述的用户，其特征在于，该用户包含另外的 装置(WM)，所述另外的装置被构造为使得权利要求2至5的步骤中 的至少一个能够被执行。
8. —种包括具有用户(El， E2， E3)的组(G)并包括源节点(QK ) 的系统，其中相应用户(El， E2， E3)根据权利要求6或7被构造， 其特征在于，所述源节点(QK)包含源装置(QM)，该源装置(QM)被构造为 使得所述源装置(QM)利用至少一个用户(El, E2， E3)的相应装置 (SM， EM， AM)来实施根据权利要求1至5之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于将数据流的数据段分发给网络中的具有多个用户的组的方法，在该方法中，由一个用户将状态消息借助于该网络的组播信道和/或广播信道发送给该组的其它用户，其中该状态消息具有关于该发送用户待接收的数据段的信息，由该用户通过所述组播信道和/或广播信道接收该组的其它用户的另外的状态消息，其中该状态消息具有关于该发送用户待接收的数据段的信息，由该用户通过点对点传输信道从源节点接收该数据段，将该数据段借助于所述组播信道和/或广播信道发送给其它用户，且由其它用户通过所述组播信道和/或广播信道接收该数据段。
文档编号H04L29/08GK101611589SQ200880005197
公开日2009年12月23日 申请日期2008年2月4日 优先权日2007年2月14日
发明者N·奥尔特尔 申请人:西门子公司