[发明专利]一种基于跳图的对等化VoD系统及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络视频点播系统VoD(Peer-to-Peer Video-on-Demand)，具体是采用跳图技术(Skip Graph)，结合客户缓存，将观看同一视频的所有客户节点组织成一个基于跳图的P2P覆盖网络CSG(Clustered Skip Graph)，并基于CSG设计了一种支持VCR操作的流调度算法。 

背景技术

视频点播VoD是计算机技术、网络技术、多媒体技术发展的产物。在VoD系统中，用户可异步请求视频，在播放过程中可自由地执行各种VCR操作(如暂停、快进、跳转等)。VoD摆脱了传统电视受时空限制的束缚，使用户可根据个人偏好，按需选择视频服务，有效支持了个性化信息服务需求。然而，作为Internet上一种“KillerApplication”，VoD视频流服务有很高的带宽需求，若采用传统的Client/Server(客户/服务器)模式来搭建VoD系统，系统的可扩展性将受限于服务器性能(包括网络带宽、处理能力、内存等)，系统规模及吞吐量的提升与优化常以增加硬件投资为代价。P2P计算为互联网的资源共享与服务协同提供了一种新的技术途径，P2P网络中的节点在向其他节点请求数据的同时，也可为网络中的其余节点提供数据转发功能。通过节点协作，可有效缓解服务器负载，从而提高系统可扩展性。然而，在VoD系统中，流服务的实时性、请求的异步性及VCR操作的动态性使用户协作更具挑战性，必须建立有效的覆盖网络拓扑管理机制，支持实时流调度，最小化服务器开销。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对VoD系统中流服务的实时性、请求的异步性及VCR操作的动态性，提出一种新的基于跳图的对等化VoD系统及其构建方法，使在较小的代价下，有效的支持用户的VCR操作，并减轻服务器负担，提高系统可扩展性。 

本发明所述的基于跳图的对等化VoD系统，包括服务器和与服务器连接的若干客户节点，其特征在于每个客户节点包括： 

1)客户缓存管理器：在每个客户节点维护一个滑动窗口，缓存最近接收到的视频 内容，并根据需要将缓存内容转发给其他客户节点； 

2)覆盖网拓扑管理器：将观看同一视频的所有客户节点组织P2P覆盖网络CSG，实现对客户节点的动态管理；

3)VCR流调度器：基于客户缓存，实现对VCR请求内容的快速定位与服务重定向。 

上述基于跳图的对等化VoD系统的构建方法，包括服务器和与服务器连接的若干客户节点，构建包括以下部分： 

1)客户缓存管理：在每个客户节点维护一个滑动窗口，缓存最近接收到的视频内容，并根据需要将缓存内容转发给其他客户节点； 

2)覆盖网拓扑管理：将观看同一视频的所有客户节点组织P2P覆盖网络CSG，实现对客户节点的动态管理，其具体步骤是： 

21)进行CSG拓扑结构的规划与用户簇VN的划分；其包括以下分步骤： 

211)服务器记录从开始运行起到当前位置的秒数，即当前时刻，其每秒加1； 

212)在用户加入系统时，服务器告知其当前时刻，用户每过1秒继续将其加1，用户由此估算其起始播放时间； 

213)由用户的起始播放时间确定其所属的用户簇，将用户划分为不同的用户簇，称用户簇为VN，每个VN有一个相应的键值，属于某个VN的用户的起始播放时间和VN宽度(w)之间的商等于该VN的键值； 

214)每个VN之间根据各自的键值确定相邻关系，每个VN都记录相邻VN的信息，以各VN之间的相邻关系为基础，形成拓扑结构CSG，在CSG中，两个VN X和Y是相邻的是指，不存在Z，其键值介于K(X)和K(Y)之间，并且 (K(X)来表示X的键值， 是指这样的最大的整数，其满足 )。 

22)对用户簇VN进行查找、节点加入/退出的处理； 

23)基于CSG的P2P VoD运行系统的动态构建； 

3)VCR请求调度：基于客户缓存，实现对VCR请求内容的快速定位与服务重定向。 

上述部骤1)的流程是： 

11)每个客户端用一块固定大小的连续内存来缓存视频内容； 

12)用户根据现有播放点预取若干秒的播放内容； 

13)缓存以环的形式进行更新，即将缓存地址逻辑上首尾相连，由低地址向高地址逐次写入数据，每次到达最大地址时，从最小地址开始将新数据覆盖原有数据。 

上述部骤23)流程是：