专利名称：一种对视频信息进行分段下载均衡的方法
技术领域：
本发明涉及网络通信领域，具体涉及一种对视频信息进行分段下载均衡的方法。
背景技术：
近年来，随着计算机网络的普及，互联网视频业务得到了高速的发展。各个视频网站的后端服务器中都存储了海量的视频或音频信息，并推出相应的网络电视供应客户端在线观看信息内容。为了保证及时播放信息，需要充分利用网络带宽进行快速下载，以提高客户端在线观看的流畅性。传统的信息下载技术是单链接类型的，将要下载的信息在一个线程内与服务器建立一条TCP链接，利用所述TCP链接从头到尾遍历下载的信息对象，将其存入本地客户端。 其客户端主机网络输入/输出端口吞吐量和时间的关系如图1所示，其中，横向坐标轴代表下载的时间，纵向坐标轴代表主机网络输入/输出端口吞吐量。单链接类型下载的缺陷在于，由于操作系统内核的TCP缓冲区的存储容量有限， TCP滑动窗口会控制输入/输出流量，因此，虽然信息传输的过程较为稳定，但是网络输入/ 输出吞吐量远低于客户端输出口的网络带宽的大小，且如图1所示，无法继续提高，即当下载时间到tl时，吞吐量达到最大值max，然后吞吐量不在随着时间的增长继续线性增长，而是保持不变。以网络视频业务为例，由于客户端播放网络视频时需要高码率(码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数，一般我们用的单位是Icbps，即千位每秒)，例如720p、1080p 的高清视频，传统的单链接下载容易导致视频无法保证播放的连续性。因此，需要对传统的单链接类型进行改进，将服务器端要下载的文件从逻辑上切分为若干段，客户端与服务端同时建立多条链接，每条链接分别对应不同的文件段下载，总计使用的带宽为每条链接占用的带宽的累加，
在实现文件分段下载时，首先想到的是多线程方式，即每个线程负责一个文件块的下载。在单个CPU的情况下，多线程的“并发”只是逻辑上的“并发”，而不是物理上的“并发”。 操作系统以轮换方式为每个线程分配时间片，并负责线程的调度。这些都是要耗费资源的。 而且多线程技术涉及到竞争、互斥等问题，若处理不当非常容易导致逻辑上的错误。
发明内容
本发明的目的是提供一种对视频信息进行分段下载均衡的方法，有效地占用主机带宽，而且必须同时满足保证视频流畅播放并且保证多链路负载相对均衡。现代的操作系统都在内核层级中提供了对I/O多路复用，即同一工作线程内多链路的支持。每条链路是独立的，都在做数据包的I/O处理，数据块在各自链路所属的用户空间缓冲区、内核空间缓冲区、网络协议栈发送缓冲区/接收缓冲区、网卡发送缓冲区/接收缓冲区之间来回拷贝。I/O多路复用在内核中基本都是以事件驱动、Reactor等技术实现， 并向应用层提供了简单的接口，如Iinux中的印oll、Select，windows中的IO完成端口等。因此从应用层编程的角度来说，单线程多链路是非常容易实现的，且简单易用，因为很多重要的工作都是由操作系统内核来处理。因此可以使用单线程多链路或多线程多链路的方式来替代多线程。所述方法包括
a)在客户端建立全局调度表，所述全局调度表包括已调度区和未调度区；
b)在所述客户端启动对服务器端视频信息的下载任务，获取所述服务器端视频信息的文件大小N’和视频码率，已经为文件分段大小指定一个最高的阈值U ；
c)在所述客户端建立M条与所述服务器端的链接，M为正整数，且大于等于2；
d)在所述客户端为每条链接分配对应的第一个下载任务，将所述第一个下载任务指定下载的文件大小记为firstlen，此时，所述已调度区为；
e)在所述客户端对每条链接上的数据进行下载，当第N(N大于等于1，且小于等于M) 条链接上的所述第一个下载任务下载完毕后，计算所述第N条链接上的带宽；
f)计算出在保证所述视频信息播放流畅的情况下，已经当前已经安排下载的视频信息全部播放完毕所需的时间T ；
g)根据所述时间T和所述第N条链接上的带宽，计算第N条链接上的第二个下载任务的文件大小secondLen，且所述secondLen的大小不能超过所述阈值U ；
此时，所述已调度区为；
h)重复步骤e)至步骤g)，直到所述服务器端的视频信息全部下载完毕为止。优选的是，所述第N条链接上的带宽通过firstlen除以所述第N条链接下载所述第一个任务的时间获得。优选的是，所述已经当前已经安排下载的视频信息全部播放完毕所需的时间T通过当前播放点对于已调度区终点firstLen*M的距离除了视频码率获得。优选的是，所述当前播放点对于已调度区终点f irstLen*M的距离通过firstLen*M减去当前已经播放的视频信息大小获得。优选的是，所述第二个下载任务的文件大小secondLen通过所述时间T乘以所述第N条链接上的带宽获得。优选的是，所述最高的阈值U为视频文件码率大小的10倍。优选的是，所述第二个下载任务的文件大小secondLen的取值范围为大于等于所述时间T乘以所述第N条链接上的带宽，且小于等于所述最高的阈值U。与现有技术相比，本发明的优点在于在保证视频流畅播放的前提下，使得多链路负载相对均衡，因此，客户端得到了较好的服务体验。
为了使本发明便于理解，现在结合附图描述本发明的具体实施例。图1为客户端主机网络输入/输出端口吞吐量和时间的关系； 图2为链接数M和带宽的函数关系坐标图3为确定链接数M的算法流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。本发明的目的是设计一种文件分段下载调度均衡的方法，该方法的特点是在保证视频流畅播放的前提下，采用单线程多链路的方式，实现多链路负载相对均衡，充分有效地占用主机带宽。为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的
首先，为实现对文件分段的实时动态管理，引入全局调度表的概念。调度表分为已调度区和未调度区，分别用来记录已经安排下载的文件分段和未被安排下载的文件分段。客户端程序为每个已安排下载的文件分段分配一个下载任务(task)，在任务中执行指定文件分段的下载。每个任务包含一个定时器变量，用来计算从任务开始时到任务结束时耗费的时间，以秒为单位。假设在一个下载任务中指定文件分段大小为Size (KB), 任务执行耗费的时间为％((秒)，则可计算出该下载任务所处TCP链接上的当前带宽 Bandwidth
Bandwidth = Size / Sec (KB/秒)
每条链接上的带宽值在文件下载期间都是动态变化的，后续被安排下载的文件分段大小与链接的当前带宽值密切相关。本发明的一个优选实施例为，
步骤一，在未启动下载时，服务器端和客户端都不存在网络链接，不存在下载任务，此时，全局调度表为空。步骤二，启动对客户端选定的视频文件的下载时，客户端首先从服务器端获取到文件的大小和视频码率，这里，我们标记需要从服务器端下载的文件的大小为N比特，所述文件的视频码率为rate。步骤三，客户端同时建立M条与服务器端的TCP链接，这里M为至少大于或等于 3，在本发明的方法执行过程中，链接的数目一旦确定，就不会发生变化。这里以M = 3为示例。然后为每条已经建立的链接都分配一个下载任务，即每条链接上的第一个任务，第一个任务指定下载的文件分段大小是预先定义的固定值，标记为firstLen.
此时，全局调度表分为两个区域，分别是已调度区和未调度区，分为调度表的状态是 已调度区。步骤四，每条链接上的数据执行各自的下载任务，互不干扰，设定经过Sec秒之后，M条链接中的第N条(1 ^N^ M)链接上的任务率先执行完毕，则由此可以计算出第N 条链接中的
Bandwidth = firstLen / Sec
步骤五，假设当前视频播放流畅，无缓冲，播放点位置为pos (当前已经播放的文件大小为KB)，则当前播放点距离已调度区终点的缓冲大小为dis 根据下述公式可以得出 dis = firstLen氺3-pos
因此，可以推导出，在保证客户端播放流畅的情况下，已安排下载的视频文件分块全部被播放完毕所剩时间T为 T = dis/rate
艮口，时间T过后，若本地没有后续视频数据块，播放将卡住。由此可算出为该链接上下一个下载任务指定的文件分段大小secondLen SecondLen = T氺Bandwidth。其中，SecondLen不是常数，为防止secondLen过大导致网络传输瞬间的抖动，为文件分段大小指定一个最高阈值，记为U，secondLen不可超过U。在客户端程序中，设定U 的取值为视频文件码率大小的10倍
U = 10*rate
因此，secondLen 的取值为secondLen = Min { T氺Bandwidth，U } 此时调度表的状态是所述已调度区为
；在所述客户端对每条链接上的数据进行下载，当第N (N大于等于1，且小于等于M)条链接上的所述第一个下载任务下载完毕后，计算所述第N条链接上的带宽；计算出在保证所述视频信息播放流畅的情况下，已经当前已经安排下载的视频信息全部播放完毕所需的时间T ；根据所述时间T和所述第N条链接上的带宽，计算第N条链接上的第二个下载任务的文件大小secondLen，且所述secondLen的大小不能超过所述阈值U ； 此时，所述已调度区为
；重复步骤e)至步骤g)，直到所述服务器端的视频信息全部下载完毕为止。
2.一种如权利要求1所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于 所述第N条链接上的带宽通过firstlen除以所述第N条链接下载所述第一个任务的时间获得。
3.—种如权利要求1所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于， 所述已经当前已经安排下载的视频信息全部播放完毕所需的时间T通过当前播放点对于已调度区终点firStLen*M的距离除了视频码率获得。
4.一种如权利要求3所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于， 所述当前播放点对于已调度区终点firStLen*M的距离通过firStLen*M减去当前已经播放的视频信息大小获得。
5.一种如权利要求1所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于， 所述第二个下载任务的文件大小secondLen通过所述时间T乘以所述第N条链接上的带宽获得。
6.一种如权利要求1所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于， 所述最高的阈值U为视频文件码率大小的10倍。
7.—种如权利要求1所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于， 所述第二个下载任务的文件大小secondLen的取值范围为大于等于所述时间T乘以所述第 N条链接上的带宽，且小于等于所述最高的阈值U。
8.—种如权利要求1 一 7所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于，所述链接数M与所述带宽成正态分布。
9.一种如权利要求1 一 8所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于，所述链接数M取正态分布的μ值时，所述占用的带宽达到最高点。
10.一种如权利要求1 一 9所述的用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，其特征在于，所述方法在单线程中实现。
全文摘要
本发明旨在提供一种用于对视频信息进行分段下载均衡的方法，所述方法不仅可以在单线程下实现，也可以在多线程下实现。在每个线程上，在客户端建立下载视频信息之前，根据设定的链接数量，在每段链接上建立一条下载任务，并根据最先完成下载任务的链接上的实际情况，实时的决定下一个下载任务，在保证客户端能够流程播放的前提下，实现多条链接上的网络负载相对均衡，以达到最大程度的利用网络带宽的目的。
文档编号H04N21/63GK102368833SQ20111038674
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者李茗, 邵长松 申请人:乐视网信息技术(北京)股份有限公司