CN107968755B - 基于mmt协议的媒体内容存储转发的路由选择方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法及***，包括：客户端发送对于媒体内容的请求，该请求被传递到默认缓存设备；解析客户端的请求，默认缓存设备分别确认出客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中缓存命中的部分被发送给客户端，缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至默认缓存设备的邻近缓存设备中，每个邻近缓存设备检查自身缓存状态等反映其服务能力的参数并通过信令发送给路由选择服务器，确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由其向客户端发送在默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。本发明能实现在多缓存设备环境下通过选择最佳缓存设备响应客户端请求，从而提升用户体验。

Description

基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法及***

技术领域

本发明涉及多媒体技术领域，具体地，涉及一种基于MMT(多媒体传输)协议的媒体内容存储转发的路由选择方法及***。

背景技术

在互联网技术与数字媒体发展日臻完善成熟的背景下，媒体服务也向着丰富化、复杂化和个性化发展。为了降低源内容服务器端的压力，需要在缓存设备中进行多媒体内容的备份。

现有技术这样的缓存技术有很多，比如CN101262413A(实现媒体缓存的方法、***和装置)、CN103701883A(流媒体片段注入缓存***的方法、设备及缓存***)等，类似这样的缓存设备的部署，一方面减少了由于相同内容多次传输造成的骨干网络流量冗余；另一方面，缓存设备通常部署在距离终端用户较近的网络边缘，可以及时响应客户端请求，显著减小媒体内容传输时延。

经检索，公开号为CN105900433A(申请号CN201480072421.3)的中国发明申请，其公开了一种用于向客户端终端提供多媒体内容的内容部分的方法，该方法自述为：一种用于向客户端终端(C)提供多媒体内容的内容部分的方法，其中，一个或多个高速缓存器(R)沿客户端终端(C)和远程服务器(S)之间的传输路径布置，所述内容部分的若干表示是可用的，所述方法包括：-在第一高速缓存器(R)处从客户端终端(C)接收(S0)针对所述内容部分的给定表示的请求，所述给定表示属于在所述可用的表示之中选择的可允许表示的集合，所述请求还包括所述集合的备选表示的列表和用于指定所述请求的范围的辅助信息；-在所述第一高速缓存器(R)处检查(S1)所述给定表示是否存储在所述高速缓存器(R)中；-在所述给定表示未被高速缓存的情况下，在所述第一高速缓存器(R)处浏览(S2)所列出的备选表示。

但是，上述发明申请并不能应用到MMT协议中，因为缺乏相关的协议支持。MMT协议中应用到了缓存技术，但是目前只涉及单个缓存设备条件下的信息交互。实际的网络环境中一般存在多个缓存设备，如果采用仅支持单个缓存设备的协议，将不能获得上述缓存技术所具备的减少骨干网冗余流量和快速响应客户端请求的优势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法及***，实现在多缓存设备环境下通过选择最佳缓存设备响应客户端请求，从而提升用户体验。

根据本发明的一个方面，提供一种基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法，包括：

S1：客户端发送对于媒体内容的请求，该请求被传递到默认缓存设备；

S2：解析所述客户端的请求，默认缓存设备分别确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中所述缓存命中的媒体内容部分被发送给所述客户端；

S3：将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述默认缓存设备的邻近缓存设备中，每个邻近缓存设备检查缓存状态并通过信令将反映其服务能力的参数发送给路由选择服务器，所述路由选择服务器根据邻近缓存设备状态参数确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由所述最佳缓存设备或者源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

作为一优选方式，S2中：由所述默认缓存设备进行所述客户端请求的解析，或者由所述默认缓存设备将所述客户端请求转发到具备解析能力的设备进行解析。

作为一优选方式，S3中：在解析出所述客户端请求后，所述默认缓存设备通过自查找出缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表，并将缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表发送至其邻近的缓存设备中。

作为一优选方式，S3中：将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述默认缓存设备的邻近缓存设备中，此处所述信令为缓存设备信息请求信令，所述缓存设备信息请求信令包含缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表。

作为一优选方式，S3中：所述邻近缓存设备收到所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表，确定自身已缓存了哪些被请求的缓存单元而哪些还没有被缓存，同时检查反映所述邻近缓存设备服务能力的参数，根据这些参数信息确定最佳缓存设备或者源内容服务器。

作为一优选方式，S3中：所述邻近缓存设备通过信令将反映其服务能力的参数发送给路由选择服务器，此处所述信令为缓存设备信息响应信令，所述缓存设备信息响应信令包含缓存状态、缓存设备负载等反映缓存设备服务能力的参数信息。

进一步的，所述路由选择服务器确定最佳缓存设备或者源内容服务器后，发送告知信息给最佳缓存设备或者源内容服务器。

更进一步的，所述路由选择服务器采用信令方式将告知信息发给最佳缓存设备或者源内容服务器。

进一步的，在所述默认缓存设备及其邻近缓存设备不能达到响应所述客户端请求对应媒体内容的条件下，所述路由选择服务器选择所述源内容服务器响应客户端请求，由所述源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择***，包括：

客户端，用于发送对于媒体内容的请求，并接收缓存设备或源内容服务器发送的对应于所述请求的媒体内容；

缓存设备，包括一默认缓存设备及其邻近缓存设备，所述默认缓存设备接收所述客户端的请求，并确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中：将所述缓存命中的媒体内容部分被发送给所述客户端，将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述邻近缓存设备中，每个所述邻近缓存设备检查缓存状态并通过信令将反映其服务能力的参数发发送给路由选择服务器；

路由选择服务器，根据所述邻近缓存设备的状态参数确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由所述最佳缓存设备或者源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分；

源内容服务器，在所述默认缓存设备及其邻近缓存设备不能达到响应所述客户端请求对应媒体内容的条件下，响应客户端请求，向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

采用本发明所提出的技术方案，可针对目前使用MMT协议的***中多缓存设备协作效率低下、协议支持不足的问题，设计多个缓存设备之间的路由选择机制和规范化的信息交互形式，通过解析客户端请求确定其所请求的内容，默认缓存设备存在缓存缺失时，在多个可能缓存有所请求数据的邻近缓存设备之中寻找最优的缓存设备响应客户端请求，实现多个缓存设备的协调，一方面减小了骨干网冗余流量造成的带宽浪费；另一方面也减小了客户端请求媒体内容的时延，可以显著提高用户体验，最终实现最优化地响应客户端请求的效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一实施例中方法和***原理图；

图2是本发明一实施例中需要向源内容服务器请求媒体内容数据情况下的方法和***原理图；

图3是本发明一实施例中默认缓存设备与其邻近缓存设备的通信流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图1、2所示，一种基于MMT协议的媒体内容缓存转发的路由选择机制方法及***的原理图，其中***由源内容服务器、路由选择服务器、缓存设备以及客户端组成。其中缓存设备包括一默认缓存设备及其邻近缓存设备，需要说明的是，默认缓存设备设定为第一个接收客户端请求的缓存设备，与某个缓存设备相连接或连接符合一定规则的其他缓存设备是该缓存设备的邻近缓存设备。默认缓存设备可以是距离客户端最近的缓存设备，但不局限于此，还可以按照一定的准则选定其他缓存设备作为默认缓存设备。以下结合方法详细说明本发明中各个部分的工作机制。

在部分实施例中，基于多媒体内容缓存转发的路由选择机制方法，可以参照以下步骤进行：

第一步，客户端发送对于媒体内容的请求，该请求被直接传递到默认缓存设备；

第二步，解析所述客户端的请求，默认缓存设备分别确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中所述缓存命中的媒体内容部分被发送给所述客户端；

本步骤中，通过解析请求，默认缓存设备分别确认出客户端所请求内容中缓存命中(cache hit)和缓存缺失(cache miss)的部分。在没有缓存命中或者部分命中的情况下，缓存缺失部分所包含缓存单元的标识符(Identifier，ID，例如可以是由缓存单元内容计算哈希值得到)列表后续通过信令方式(包含缓存缺失列表)被转发至路由选择服务器；缓存命中的部分被立即发送给客户端。

需要说明的是，这里不要求默认缓存设备具有解析客户端请求的能力，即解析请求并不必须由默认缓存设备来完成。如果默认缓存设备具有解析客户端请求的能力，则由其进行解析并完成上述第二步；如果默认缓存设备没有解析客户端请求的能力，则默认缓存设备可以将客户端请求转发到具备解析能力的设备(如源内容服务器)，有该设备进行解析，并由默认缓存设备获得将解析结果，从而确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，缓存命中的部分被立即发送给客户端。

第三步，将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表发送至所述默认缓存设备的邻近缓存设备中，每个邻近缓存设备检查自身缓存状态并发送给路由选择服务器，所述路由选择服务器根据邻近缓存设备状态参数确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由所述最佳缓存设备或者源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

本步骤中，可以采用信令方式由邻近缓存设备发送给路由选择服务器的缓存状态等参数信息，路由选择服务器可以通过获取默认缓存设备的各个邻近缓存设备的缓存状态(caching status，即哪些内容被缓存了而哪些内容没有被缓存)及其他相关参数信息，利用路由算法计算出最佳的缓存设备或者源内容服务器，这取决于具体的路由选择算法，具体的路由选择算法可以根据实际需要进行选择。路由选择服务器将最佳选择信息发送给最佳缓存设备。

另外，在部分实施例中，邻近缓存设备检查不仅检查自身的缓存状态，还检查本缓存设备的负载(当前正在服务的客户端数目)、该缓存设备与内容请求客户端之间的往返时延等参数，这些参数将综合性地反映该缓存设备服务(响应)客户端的能力。

本步骤中，最佳缓存设备接收来自路由选择服务器的信息，向客户端发送在默认缓存设备和其他邻近缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。如果路由选择算法确定源内容服务器为最佳候选，那么就由源内容服务器向客户端发送缓存缺失的媒体内容部分。

在部分实施例中，确定源内容服务器为最佳候选的条件可以是默认缓存设备及其邻近缓存设备均没有缓存所述客户端对应的媒体内容，还可以是其他情况，例如，第一种情况：在默认缓存设备及其邻近的缓存设备中，有一些缓存设备缓存了一部分与客户端请求对应的内容，最佳缓存设备即便将这部分内容传送给客户端仍不能满足客户端的请求，因此还需要进一步寻找剩下的缺失的内容部分，故路由选择服务器会选择源内容服务器来进一步响应客户端请求；第二种情况：默认缓存设备的邻近缓存设备具备响应客户端请求的能力(由该缓存设备的各种参数决定出的服务能力不符合要求)，需要选择源内容服务器响应客户端请求。

最佳候选的原则是，在此种情况下，选择源内容服务器来响应客户端请求会获得最佳的客户端用户体验。采用哪种计算方式或算法，只要遵守上述原则，对路由选择算法不做具体要求。

上述技术方案主要涉及2种新的信息交互格式，即：

第一种，缓存设备信息请求信令；

所述默认缓存设备采用信令方式将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表发送至其邻近的缓存设备中采用的信令称为缓存设备信息请求信令；

第二种，缓存设备信息响应信令；

所述邻近缓存设备采用信令方式将缓存状态参数信息发送给路由选择服务器中采用的信令称为缓存设备信息响应信令。

缓存设备信息请求信令包含缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表，缓存设备信息响应信令包含缓存状态、缓存设备负载等反映缓存设备服务能力的参数信息。

缓存设备信息请求信令、缓存设备信息响应信令是一种通用的用于路由选择***中缓存设备交互信息的信令。

上述两种信令提供了对于路由选择方法实现流程及信令支持，为众多具体的路由选择算法提供了实现框架，为在多种不同网络架构下应用基于内容分发的缓存技术提供了有益的指导。

本发明上述方案中涉及的路由选择服务器可以运行在单独的硬件设备中，也可以作为一个功能模块集成于源内容服务器和缓存设备等已有设备之中。如果将路由选择服务器作为一个功能模块集成在缓存设备内，那么路由选择机制主要体现在缓存设备与其邻近缓存的通信过程中。

需要额外说明的是：

第一，在图1中所指示的情况下，整个流程中并未向源内容服务器请求数据，这是由于图1中假设客户端所请求的媒体内容作为缓存单元已经全部缓存在默认缓存设备及其邻近缓存设备之中。如果默认缓存设备及其邻居仅部分地缓存了客户端所请求的媒体内容，则需要向源内容服务器请求缺失的部分内容。这种情况下的路由过程如图2所示；

第二，虽然上述过程中的默认缓存设备仅将其邻近缓存设备作为候选并在其中选择最佳缓存设备，但该路由选择机制并不局限于此，可以根据具体的情况确定其他的缓存设备作为候选。

现有MMT协议仅对单一缓存设备与源内容服务器之间的会话提供信令支持，但不能适应在多个缓存设备中选择最佳传输路径的情况。在部分实施例中，上述前两种信令在MMT协议中的实现即为即middlbox信息请求信令表MIRmessage和middlebox信息响应信令表MIRSP message。其中MIR信令表用于承载DCM向其邻居发送缓存缺失的MPU ID列表，MIRSP信令用于承载邻居middlebox在接收到MIR信令后向DCM回送缓存状态、负载等相关参数。

middebox信息请求信令表MIR的语法如表1所示。

表1 MIR message语法

表中N1表示默认缓存设备中缓存缺失的媒体处理单元数目，循环结构给出了每个媒体处理单元的标识符(MPU ID)。

表中字段语义如下：

message_id：指示MIR message的标识符。此字段长度为16比特。

version：指示IMR message的版本。此字段长度为8比特。

length：指示从该字段下一字段首字节到IMR message结束之间的字节总数。此字段长度为32比特。

mpu_id_scheme：指示计算mpu_id_value所使用的哈希方案。

mpu_id_length：指示mpu_id_value字段的字节长度。

mpu_id_value；媒体处理单元标识符(MPU ID)。

middlebox信息响应信令表MIRSP的语法如表2所示。

表2 MIRSP message语法

表中N1表示邻近缓存设备的数目，N2表示某个邻近缓存设备中缓存命中的媒体处理单元数目。

表中字段语义如下：

message_id：指示MIR message的标识符。此字段长度为16比特。

version：指示IMR message的版本。此字段长度为8比特。

length：指示从该字段下一字段首字节到IMR message结束之间的字节总数。此字段长度为32比特。

middlebox_load：middlebox负载，即该middlebox当前所服务的客户端数目。

round_trip_time：此middlebox与客户端之间的往返时延。

reserved：预留字段，用于包含更多的缓存设备参数信息。

mpu_id_scheme：指示计算mpu_id_value所使用的哈希方案。

mpu_id_length：指示mpu_id_value字段的字节长度。

mpu_id_value；媒体处理单元标识符(MPU ID)。

实施例：

本实施例以MMT传输协议为例，所提供的路由选择机制框架及规范化的通信流程适用于多种不同的网络，具有一定的普适性。

参照图3，该图给出了默认缓存设备与其邻近缓存设备之间的会话过程。这里假设路由选择机制作为一个功能模块集成在缓存设备之中，并称此模块为路由选择服务器在以下的叙述中，默认所有缓存设备具有路由选择模块，称之为路由选择服务。路由选择控制器通过会话交换相关信息以确定最佳缓存设备。具体会话流程如下：

1.MMT客户端产生内容请求，该请求被传送到默认缓存设备(Default CachingMiddlebox，DCM)。如果DCM具有解析Asset当中MPU ID与MPU序号之间映射关系的能力，那么它将直接解析出缓存命中状态，命中的MPU被立即发送到客户端，同时确定缓存缺失的MPUID列表；在DCM具备上述解析能力的情况下，它首先转发该请求到源内容服务器或具备解析能力的设备，源内容服务器响应该请求，并向DCM发送客户端所请求的媒体资源(Asset)中全部的MPU ID列表。DCM的路由选择控制器自查本身所缓存的内容，确定缓存缺失的MPU ID列表，同时向客户端发送缓存命中的MPU数据；

2.DCM通过middlebox信息请求信令(Middlebox Information Request message，MIR)将缓存缺失的MPU ID列表发送到其邻居middlebox；

3.接收到MIR请求后，每个邻居middlebox检查自身的缓存状态、middlebox负载(即当前所服务的客户端总数)和其他例如middlebox与客户端之间的往返时延(Round-Trip Time，RTT)等参数并记录；

4.步骤3中的相关参数通过middlebox信息响应信令(Middlebox InformationReSPonse message,MIRSP)回传到DCM。路由选择控制器收集这些参数作为一种路由选择算法的输入(这里的路由选择算法可以根据实际情况选择使用，可以采用现有方法，也可以根据情况进行设计，只要遵守能使得客户端获得最佳用户体验的原则，将缓存状态、缓存设备负载等因素考虑在内，具体采用哪种算法不做限制)，该算法输出最佳的邻居middlebox或者源内容服务器；

5.DCM的路由选择控制器将最佳选择信息发送到最佳邻居middlebox，然后该middlenox将DCM中缓存缺失的MPU发送给客户端。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法，其特征在于，包括：

S1：客户端发送对于媒体内容的请求，该请求被传递到默认缓存设备；

S2：解析所述客户端的请求，默认缓存设备分别确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中所述缓存命中的媒体内容部分被发送给所述客户端；

S3：将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述默认缓存设备的邻近缓存设备中，每个邻近缓存设备检查缓存状态并通过信令将反映其服务能力的参数发送给路由选择服务器，所述路由选择服务器根据邻近缓存设备状态参数确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由所述最佳缓存设备或者源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分；

S3中：在解析出所述客户端请求后，所述默认缓存设备通过自查找出缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表，并将缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表发送至其邻近的缓存设备中；

S3中：将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述默认缓存设备的邻近缓存设备中，此处所述信令为缓存设备信息请求信令，所述缓存设备信息请求信令包含缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表；

S3中：所述邻近缓存设备收到所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表，确定自身已缓存了哪些被请求的缓存单元而哪些还没有被缓存，同时检查反映所述邻近缓存设备服务能力的参数，根据这些参数信息确定最佳缓存设备或者源内容服务器；

S2中：由所述默认缓存设备进行所述客户端请求的解析，或者由所述默认缓存设备将所述客户端请求转发到具备解析能力的设备进行解析；

S3中：所述邻近缓存设备通过信令将反映其服务能力的参数发送给路由选择服务器，此处所述信令为缓存设备信息响应信令，所述缓存设备信息响应信令包含缓存状态、缓存设备负载等反映缓存设备服务能力的参数信息。

2.根据权利要求1所述的基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法，其特征在于，所述路由选择服务器确定最佳缓存设备或者源内容服务器后，发送告知信息给最佳缓存设备或者源内容服务器。

3.根据权利要求2所述的基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法，其特征在于，所述路由选择服务器采用信令方式将告知信息给最佳缓存设备或者源内容服务器。

4.根据权利要求1所述的基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择方法，其特征在于，在所述默认缓存设备及其邻近缓存设备不能达到响应所述客户端请求对应媒体内容时，所述路由选择服务器选择所述源内容服务器响应客户端请求，由所述源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

5.一种用于实现上述权利要求1-4 任一项所述方法的基于MMT协议的媒体内容存储转发的路由选择***，包括：

客户端，用于发送对于媒体内容的请求，并接收缓存设备或源内容服务器发送的对应于所述请求的媒体内容；

缓存设备，包括一默认缓存设备及其邻近缓存设备，所述默认缓存设备接收所述客户端的请求，并确认出所述客户端所请求内容中缓存命中和缓存缺失的媒体内容部分，其中：将所述缓存命中的媒体内容部分被发送给所述客户端，将所述缓存缺失的媒体内容部分的缓存单元列表通过信令发送至所述邻近缓存设备中，每个所述邻近缓存设备检查缓存状态并通过信令将反映其服务能力的参数发送给路由选择服务器；

路由选择服务器，根据所述邻近缓存设备的状态参数确定最佳缓存设备或者源内容服务器，由所述最佳缓存设备或者源内容服务器向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分；

源内容服务器，在所述默认缓存设备及其邻近缓存设备均没有缓存所述客户端请求对应的媒体内容的情况下，响应客户端请求，向客户端发送在所述默认缓存设备中缓存缺失的媒体内容部分。

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