[发明专利]一种流媒体分发系统、方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤指一种用于大规模流媒体分发的流媒体分发系统、方法及装置。

背景技术

流媒体(Streaming Media)是指在数据网络上按时间先后次序传输和播放的连续音频/视频数据流。以前人们在网络上观看电影或收听音乐时，必须先将整个影音文件下载并存储在本地计算机上，然后才可以观看。与传统的播放方式不同，流媒体在播放前并不下载整个文件，只将部分内容缓存，使流媒体数据流边传送边播放，从而节省了下载等待时间和存储空间。

但是，如何为大规模并发用户提供流媒体内容分发服务，一直是分布式计算机网络和多媒体研究领域中的热点问题。目前出现的流媒体分发方式包括下列几种：

(1)客户端/服务器(Client/Server，C/S)

图1所示为C/S模式的结构示意图。其中，每个客户端和服务器之间需要建立一个单独的数据通道，每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的数据查询请求，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。数据的分发由专门的服务器完成，多个客户端都从同一个服务器获取数据。

使用这种模式，数据的一致性容易控制，系统也容易管理。但是基于C/S模式的流媒体服务器或网络带宽可能出现系统瓶颈，因为只有一个服务器系统容易出现单一失效点；单一服务器面对众多的客户端，由于中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)能力、内存大小、网络带宽的限制，不能满足用户数量日益增长的需求，可扩展性差。虽然通过使用服务器集群技术和增加网络出口带宽可以提高流媒体服务系统的性能。这种方法从一定程度上增加了流媒体服务系统的容量，但是仍然不能满足目前大规模用户数的流媒体分发要求。而且，这种方法以昂贵的硬件成本为代价，使得流媒体分发的成本过高。

(2)互联网协议(Internet Protocol，IP)组播

图2所示为IP组播模式的结构示意图。IP组播模式构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。服务器只需要发送一个信息包，而不是多个；所有发出请求的客户端共享同一信息包。例如：图2中用户A、用户B、用户C、用户D和用户E均共享服务器发送过来的同一个数据包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量，从而减轻了服务器和网络的负载，大大提高了网络利用效率，降低了成本。但由于IP组播存在可靠性传输、拥塞控制、安全性等方面尚存在固有且难以解决的缺陷，导致其在Internet难以实际部署。

(3)内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)

图3所示为CDN内容分发网络的结构示意图。

在网络边缘部署代理缓存或CDN内容分发网络，媒体服务器将媒体内容以“推”或“拉”的方式存放在CDN服务器或代理缓存上，例如，图3中所示，服务器先将媒体内容退送至内容分发节点A、B、C、D。客户请求媒体服务器时，可从代理缓存或CDN服务器获得服务，而不必消耗初始服务器的资源。例如图2中所示，用户从内容分发节点B处获取所需要的媒体内容。但是CDN服务器仍然采用C/S模式提供服务，扩展性问题依然存在。

(4)端对端(Peer-to-Peer，P2P)的流媒体分发方法

图4所示为基于P2P的流媒体分发系统的结构示意图，各节点构成P2P网络。基于P2P技术实现的网络流媒体，具有用户越多播放越流畅越稳定的特性。P2P流媒体使用户在网上观看视频流媒体时，可以与同时在观看该视频的用户之间进行资源利用，用户可以从这些用户中同时下载该视频。

P2P分发系统主要有两个特点。首先是用户直接交互性，P2P分发系统直接连接到其他用户的计算机、交换文件，而不同于过去用户都连接到服务器上去浏览、下载。P2P分发系统真正地消除中间节点(如，服务器)，使得网络上的共享和交互变得更容易、更直接。其次是改变了现在互联网以大网站为中心的状态、重返“非中心化”，并把权力交还给用户。

由于流媒体具有传输实时性要求高，带宽资源消耗大和传输过程持续时间长等特点，采用传统的C/S服务模式将会导致较大的输入/输出(Input/Output，I/O)负载压力、可扩展性差和系统部署成本高等问题。并且在高并发的服务请求条件下，基于C/S服务模式的流媒体系统所提供的服务质量(Quality ofService，QoS)难以得到保证，从而将导致播放时用户的体验质量(Quality ofExperience，QoE)差。