专利名称：多个头的分层级集群化的对等现场流式传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对等(P2P)现场流式传输(live streaming)系统，其中，对等者 (peer)被分层级集群化，并且其中，进一步地，每一个集群具有多个集群头(cluster head) 0
背景技术：
现有技术研究描述了一种“完美(perfect) ”调度算法，该算法实现系统所允许的 最大流式传输速率。假设系统中存在η个对等者。令rmax表示系统所允许的最大流式传输 速率，则可得η^max = min他，s i=x '} ( 1)η其中，Us指服务器的上载带宽，Ui指总共η个节点中的第i个节点的带宽。S卩，最 大视频流式传输速率由视频源服务器的容量、系统中对等者的数目和所有对等者的总上载 容量确定。每一个对等者将直接从视频源服务器获得的视频/内容上载到系统中的所有其 它对等者。为了保证在所有对等者上使用全部的上载容量，不同的对等者从服务器下载不 同内容，并且对等者从服务器下载内容的速率与其上载容量成比例。图1示出了如何使用现有技术的“完美”调度算法来在三个异质节点之间调度数 据的不同部分的示例。系统中存在三个对等者。服务器具有容量6。^、％和％的上载容 量分别为2、4和6。假设这些对等者都具有足够的下载容量，则系统可支持的最大视频速率 是6。为了实现这个速率，服务器将视频块划分成6个块的多个群组。^负责上载每一个 群组中的1个块，而 和 负责上载每一个群组中的2个和3个块。以这种方式，所有对 等者可以以最大速率6来下载视频。为了实现这种“完美”调度算法，每一个对等者都需要 维持连接并与系统中的所有其它对等者交换视频内容。另外，服务器需要将视频流拆分成 具有不同速率的多个子流，每一个对等者一个子流。实际的P2P现场流式传输系统可以很 容易具有数千个对等者。在当前的操作系统的情况下，使常规/正常对等者维持数千个并 发连接是不现实的。服务器实时地将视频流分割成数千个子流也富有挑战性。本文中所使 用的“/”表示相同或相似的组件或动作。即，“/”可用来指示相同或相似组件或动作的替 代术语。取代形成单个的大网眼(large mesh)，分层级集群化的P2P流式传输方案(HCPS) 将对等者分组成多个集群。一个集群中的对等者的数目相对较小，从而可在集群水平上成 功应用完美调度。集群中的一个对等者被选择作为集群头并且作为该集群的源进行操作。 集群头通过加入系统层级中的上级集群来接收流式传输内容。图2图示出了 HCPS系统的简单示例。在图2中，对等者被组织成两级层级。在基 础/最低级，对等者被分组成小型集群。在集群内对等者完全相连。即，它们形成了网眼。 具有最大上载容量的对等者被选择作为集群头。在顶部级，所有集群头和视频服务器形成了两个集群。视频服务器(源)在顶部级上使用“完美”调度算法来将内容分发给所有集群 头。在基础/最低级上，每一个集群头用作其集群中的视频服务器，并再次使用“完美”调 度算法将所下载的视频分发给同一集群中的其它对等者。每一个正常对等者的连接数目受 其集群的大小的限制。集群头还维护在上级集群中的连接。在较早前的申请中，申请人将HCPS中的最大流式传输速率用公式表示为优化问 题。然后使用如下三个准则来在集群之间动态地调整资源。■各个集群的每一对等者平均上载容量的差异应当被最小化。■每一个集群头的上载容量应当尽可能大。针对基础层容量分配的集群头容量必 须大于该平均上载容量，以避免成为瓶颈。此外，集群头还加入了上层集群。理想地，集群 头的速率应当彡2rHeps。■集群中的对等者的数目应当根据上述而限制于相对较小的数目。集群中的对等 者的数目确定了对等者的输出端数(OUtdegree)，并且大型集群阻止集群使用完美调度进 行正确的执行。为了在HCPS中实现与理论上限相近的流式传输速率，集群头的上载容量必须足 够大。这是因为这样的事实，即，集群头参与两个集群(1)其充当头的低级集群；和(2)其 作为正常对等者的上级集群。例如，在图2中，对等者al是集群3的集群头。其还是上级 集群1的成员，在该上级集群1中，对等者al是正常对等者。令表示HCPS系统的流式传输速率。作为集群头，其上载容量必须至少为rHeps。 否则，低级集群(其中，节点是集群头)的流式传输速率将小于rHeps，并且该集群成为瓶颈。 这降低了整个系统的流式传输速率。集群头还是上级集群中的正常对等者。希望集群头还 能够在上级贡献一些上载容量以使得在上级集群中具有足够的上载容量来支持rHeps。这样，HCPS解决了完美调度所面临的可扩展性(scalability)问题。HCPS将对 等者划分成多个集群，并在各个集群中应用“完美”调度算法。系统通常具有两级。在底部 /最低级，每一个集群具有一个集群头，用以从上级获取内容并用作源来将内容分发给集群 中的节点。集群头随后形成上级的集群用以从流式传输源获取内容。“完美”调度算法被用 在所有集群中。以这种方式，系统能够实现接近理论上限的流式传输速率。实践中，由于对等者退出(churn)，所以要动态地重新平衡各个集群。因此，可能遇 到如下情形无法识别集群中具有足够大的上载容量来成为集群头的一个对等者。使用多 个集群头降低了对集群头上载容量的要求，并且系统仍然能够实现接近理论上限的流式传 输速率。具有如下的用于P2P现场流式传输的系统将是有利的其中，基础/最低级集群具 有多个集群头。
发明内容
本发明涉及P2P现场流式传输方法和系统，其中，对等者被分层级地集群化并且 其中，每一个集群具有多个头。在本发明的P2P现场流式传输方法和系统中，源服务器将内 容/数据提供给分层级集群化的对等者。内容包括任何形式的数据，包括音频、视频、多媒 体等。术语视频在本文中可与内容互换使用，但是并不意图进行限制。此外，本文所使用的 术语对等者可与节点互换使用，并且包括计算机、膝上型电脑、个人数字助理(PDA)、移动终 端、移动设备、双模智能电话、机顶盒(STB)等。
具有多个集群头辅助了集群头选择，并且使得HCPS系统能够实现较高的可支持 流式传输速率，即使集群头的上载容量相对较小也是如此。使用多个集群头还提高了系统 健壮性(robustness)。描述了一种方法和设备，其包括从多个集群头接收数据并将该数据转发给对等 者。还描述了一种方法和设备，其包括计算子流速率，将数据拆分成多个数据子流，以及将 多个数据子流推送到相应的发送队列中。此外，还描述了一种方法和设备，其包括将源数 据拆分成多个均等速率的数据子流，将这些均等速率的数据子流存储到子服务器内容缓冲 器中，将所缓冲的数据拆分成多个数据子流，计算多个子流速率，以及将这些数据子流推送 到相应的发送队列中。
根据结合附图阅读的以下详细描述将最佳地理解本发明。附图包括下面简述的如 下示图图1是如何使用现有技术的“完美”调度算法在三个异质节点之间调度数据的不 同部分的示例。图2图示了现有技术的HCPS系统的简单示例。图3是本发明的每一个集群具有两个头的eHCPS系统的示例。图4示出了 eHCPS中对等者的体系结构。图5是对等者的数据处理过程的流程图。图6示出了集群头的体系结构。图7是集群头的下级数据处理过程的流程图。图8示出了内容/源服务器的体系结构。图9是图示出子服务器的数据处理过程的流程图。
具体实施例方式本发明涉及每一个集群具有多个头的增强型HCPS，称为eHCPS。原始内容流被划 分成若干子流。每一个集群头处理一个子流。假设eHCPS支持每一个集群K个头，则服务 器需要将内容拆分成K个子流。图3图示出了每一个集群两个头的eHCPS系统的示例。在 此示例中，eHCPS将内容拆分成具有相等流式传输速率的两个子流。一个集群中的两个头 加入不同的上级集群以获取数据/内容的一个子流，然后将其接收的内容分发给底部/基 础/最低级集群中的常规/正常节点。eHCPS没有增大每一个节点的连接数目。如图3所示，假设源流被划分成K个子流。这K个源子流通过K个顶部级集群而 被递送到集群头。还假设存在C个底部级集群和N个对等者。集群C具有n。个对等者，C =1、2、... C。对等者i的上载容量由Ui表示。对等者可以作为正常对等者或者作为上层 集群中的集群头和基础层集群中的正常对等者来参与HCPS网眼。下面，将每一个集群具有 K个集群头的eHCPS系统用公式表示为目标是使r最大化的优化问题。流式传输速率等于 回放速率。下表I列出了一些关键符号。表 I
权利要求
1.一种方法，所述方法包括 从多个集群头接收数据；以及 将所述数据转发给对等者。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括 将所述数据存储在缓冲器中；和 提供所存储的数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对等者是同一集群的成员。
4.一种设备，包括用于从多个集群头接收数据的装置；和 用于将所述数据转发给对等者的装置。
5.根据权利要求4所述的设备，还包括 用于将所述数据存储在缓冲器中的装置；和 用于提供所存储的数据的装置。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述对等者是同一集群的成员。
7.一种方法，所述方法包括 计算子流速率；将数据拆分成多个数据子流；和将所述多个数据子流推送到相应的发送队列中。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括接收数据。
9.一种设备，包括用于计算多个子流速率的装置；用于将数据拆分成多个数据子流的装置；和用于将所述多个数据子流推送到相应的发送队列中的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括用于接收数据的装置。
11.一种方法，所述方法包括将源数据拆分成多个均等速率的数据子流；将所述均等速率的数据子流存储到子服务器内容缓冲器中；将所缓冲的数据拆分成多个数据子流；计算多个子流速率；和将所述数据子流推送到相应的发送队列中。
12.—种设备，包括用于将源数据拆分成多个均等速率的数据子流的装置；用于将所述均等速率的数据子流存储到子服务器内容缓冲器中的装置；用于将所缓冲的数据拆分成多个数据子流的装置；用于计算多个子流速率的装置；和用于将所述数据子流推送到相应的发送队列中的装置。
全文摘要
描述了一种方法和设备，其包括从多个集群头接收数据并将该数据转发给对等者。还描述了一种方法和设备，其包括计算子流速率，将数据拆分成多个数据子流，以及将多个数据子流推送到相应的发送队列中。此外，还描述了一种方法和设备，其包括将源数据拆分成多个均等速率的数据子流，将这些均等速率的数据子流存储到子服务器内容缓冲器中，将所缓冲的数据拆分成多个数据子流，计算多个子流速率，以及将这些数据子流推送到相应的发送队列中。
文档编号H04N7/173GK102047640SQ200880129489
公开日2011年5月4日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者勇·刘, 超·梁, 郭阳 申请人:汤姆逊许可证公司