CN102624565B

CN102624565B - 应用层组播系统中单点故障的处理方法

Info

Publication number: CN102624565B
Application number: CN2012100655023A
Authority: CN
Inventors: 马少武; 文湘江
Original assignee: China United Network Communications Group Co Ltd
Current assignee: China United Network Communications Group Co Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: CN102624565A

Abstract

本发明提供一种应用层组播系统中单点故障的处理方法。该方法包括在应用层组播系统中若所述中继调度服务器获知所述边缘服务器群中的所述中继边缘服务器单点故障，则自动选择所述排序结果中下一顺位的边缘服务器作为所述中继边缘服务器；并依此类推。本发明实施例提供的应用层组播系统中单点故障的处理方法，在保证应用层组播系统适于承载高清、实时、大规模视频直播业务的同时，保障不因系统EPS群组中设备单点故障而导致业务中断，以及减少因单点故障而带来的业务延迟，提高业务质量。

Description

应用层组播系统中单点故障的处理方法

技术领域

本发明涉及应用层组播技术，尤其涉及一种应用层组播系统中单点故障的处理方法，属于通信技术领域。

背景技术

流媒体技术是一种用流传输方式在互联网上播放音频、视频等多媒体数据的技术，该技术使用户可以边下载边观看节目，不需要将整个文件下载完后再观看。网络带宽的飞速发展为流媒体应用提供了坚实的网络基础，其中，视频直播是流媒体应用的重点之一。目前互联网上承载视频直播业务的系统主要有客户端/服务器(Client/Serves；简称为：C/S)模式、内容分发网络(Content Delivery Network；简称为：CDN)模式和对等网络(Peer to Peer；简称为：P2P)模式。但是，上述个网络均不适合承载高清、实时、大规模视频直播业务。为承载高清、实时、大规模视频直播业务，现有技术出现一种应用层组播技术。应用层组播是通过在应用层复制和缓存数据包，而不是在路由器上复制数据包来避免网络层组播(即IP组播)的部署问题。应用层组播网中的节点是组播成员主机，流媒体数据的路由、复制、转发等功能都由组播成员主机完成，组播成员主机基于自组织算法建立和维护一个叠加网。应用层组播继承了组播模式的通信效率，克服了IP层组播难于在互联网中开展的缺点。

应用层组播技术比较适合承载高清、实时、大规模视频直播业务，基于应用层组播技术所组建的网络系统中边缘服务器群(EPS服务器群)中的EPS是重要设备，若其出现单点故障将导致整体系统业务的中断，即便系统会自动恢复但也将带来业务延迟的缺陷，因此应该降低出现设备单点故障所引发的不良影响。现有技术中解决设备单点故障的方法包括采用分布式处理的方式，例如P2P DHT；还包括普遍采用的热机备份方式。但是由于上述两种处理方式中均存在不稳定和延迟大等缺陷，因此如何避免在利用应用层组播技术所组建的网络系统中因设备单点故障而导致业务的中断，以及如何减少网络系统中因单点故障而带来的业务延迟等，已经逐步成为业界亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种应用层组播系统中单点故障的处理方法，以保障网络系统中设备单点故障后业务不中断，减少延迟。

本发明提供的应用层组播系统中单点故障的处理方法，适用于以下的应用层组播系统，该应用层组播系统包括核心子网和边缘子网，所述核心子网包括相互连接的内容管理服务器和群组调度服务器；所述边缘子网包括至少一个边缘服务器群，所述内容管理服务器和所述群组调度服务器分别与所述边缘服务器群连接；各所述边缘服务器群包括中继调度服务器和至少一个边缘服务器；所述中继调度服务器与各所述边缘服务器连接，用于根据各所述边缘服务器的等级编号和负载特性对所述边缘服务器群中所有的所述边缘服务器进行排序，将排序结果提供给各所述边缘服务器，并根据所述排序结果按顺序选择一边缘服务器群作为中继边缘服务器；所述中继边缘服务器用于接收所述内容管理服务器下发的数据，并按照所述排序结果将所述数据依次发送给所述边缘服务器群中所有的所述边缘服务器；

所述的处理方法包括：若所述中继调度服务器获知所述边缘服务器群中的所述中继边缘服务器单点故障，则自动选择所述排序结果中下一顺位的边缘服务器作为所述中继边缘服务器；并依此类推。

本发明提供的应用层组播系统中单点故障的处理方法，在保证应用层组播系统适于承载高清、实时、大规模视频直播业务的同时，保障不因系统EPS群组中设备单点故障而导致业务中断，以及减少单点故障而带来的业务延迟，提高业务质量。

附图说明

图1为本发明应用层组播系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明应用层组播系统另一实施例的结构示意图；

图3为本发明处理方法一实施例的流程图。

具体实施方式

本发明实施例为承载高清、实时、大规模视频直播业务，提供一种利用应用层组播技术所组建的网络系统，并基于该网络系统提供一种保障不因设备单点故障而导致业务中断，以及减少网络系统中因单点故障而带来的业务延迟的处理方法。以下现介绍一下利用应用层组播技术所组建的网络系统。

图1为本发明应用层组播系统一实施例的结构示意图，图2为本发明应用层组播系统另一实施例的结构示意图，图2表示的是图1中边缘服务器群(也可以称为EPS群组)的组成示意图，如图1和图2所示，本实施例提供的系统包括：核心子网10、边缘子网20和接入子网30。其中，核心子网10包括：内容管理服务器(CMS)101、群组调度服务器102和流服务器103，内容管理服务器101与群组调度服务器102连接，流服务器103与内容管理服务器101连接；边缘子网20包括至少一个边缘服务器群201(图中以3个为例)。

其中，群组调度服务器102与各边缘服务器群201连接，用于根据各边缘服务器群201的负载特性对边缘服务器群201进行调度，并将调度结果提供给内容管理服务器101。内容管理服务器101与各边缘服务器群201连接，用于根据调度结果向各边缘服务器群201提供流媒体资源。流服务器103用于对视频信息进行编辑，生成流媒体资源，并提供给内容管理服务器101。

接入子网30包括至少一个用户302。用户302可以与边缘服务器群201连接，即直接向边缘服务器群201中的中继边缘服务器202发出数据流请求。

通常，在应用层组播系统中，会布置多个边缘服务器群，并将多个边缘服务器群分别布置到不同的地理位置，以便于用户接入并获取流媒体资源。在内容管理服务器101上存储有大量各种视频业务对应的流媒体资源，不同视频业务对应的流媒体资源不同。由于不同边缘服务器群201的覆盖范围以及接入用户的数量是不同的，即不同边缘服务器群201的负载特性不同。群组调度服务器102根据每个边缘服务器群201的负载特性确定分配给每个边缘服务器群201的流媒体资源，即对流媒体进行调度，以使全网的边缘服务器群201的负载均衡。内容管理服务器101根据群组调度服务器102确定的分配结果向每个边缘服务器群201提供与其相适应的流媒体资源。例如：对于负载能力较强的边缘服务器群201将会被分配较多的流媒体资源，而对于负载能力较弱的边缘服务器群201将会被分配较少的流媒体资源，另外，群组调度服务器102还可以确定分配给每个边缘服务器群201的视频业务种类。

边缘服务器群201接收并存储流媒体资源后，就可以接收用户的数据流请求，向用户提供与数据流请求相对应的流媒体数据。其中，对于视频直播业务而言，边缘服务器群201主要是暂存流媒体资源，而不是长时间存储，例如在直播结束后的一小段时间内存储该流媒体资源，当该小段时间结束后，将流媒体资源丢弃，以节约存储空间。另外，本实施例的应用层组播系统也可以用来承载其他视频业务，例如视频点播业务，则对视频点播业务而言，边缘服务器群201可以长时间存储流媒体资源，以便于用户随时进行点播。

如图2所示的每个边缘服务器群201包括：中继调度服务器(RSS)202和至少一个边缘服务器(EPS)203。其中，中继调度服务器202与每个边缘服务器203连接，用于对边缘服务器203进行管理。具体的，每个边缘服务器203被配置一个等级编号，且在中继调度服务器202上也存储有每个边缘服务器203的等级编号。该等级编号一方面用于区别不同的边缘服务器203，另一方面便于中继调度服务器202对边缘服务器203进行管理。其中，每个边缘服务器203还会将其负载特性汇报给中继调度服务器202。中继调度服务器202根据每个边缘服务器203的等级编号和负载特性对所有边缘服务器203进行排序，并将该排序结果(例如按照等级顺次组合成组播群组链表)提供给每个边缘服务器203。除此之外，中继调度服务器202还会根据汇总的每个边缘服务器203的负载特性等信息，对各边缘服务器203进行数据同步、负载均衡等处理。群组调度服务器102具体与每个边缘服务器群201中的中继调度服务器202连接，用于从中继调度服务器202获取每个边缘服务器203的负载特性，并根据每个边缘服务器203的负载特性对该边缘服务器群201进行调度。

其中，内容管理服务器101具体与每个边缘服务器群201中的中继边缘服务器连接，用于根据调度结果将流媒体资源提供给中继边缘服务器，以通过中继边缘服务器将流媒体资源提供给边缘服务器群中的每个边缘服务器203。其中，中继边缘服务器是排序结果中处于第一顺位的边缘服务器。具体的，群组调度服务器102可以通过中继调度服务器202获知中继边缘服务器的信息并会通告给内容管理服务器101；其中，由于中继边缘服务器是动态变化的，故内容管理服务器101会根据中继边缘服务器的变化而动态地与中继边缘服务器建立连接，然后，内容管理服务器101将流媒体资源发送给每个边缘服务器群201中的中继边缘服务器，由中继边缘服务器在边缘服务器群201中进行分发。该内容管理服务器101与中继边缘服务器建立动态连接以向边缘服务器群201提供流媒体资源的方式可以节约内容管理服务器101的接口数量，为一种优选实施方式。图2中仅示出了内容管理服务器与一边缘服务器群中的中继边缘服务器连接的示意，但实际上内容管理服务器是与该边缘服务器群中的每一个边缘服务器均连接，具体可以通过一个switch或是router实现。

其中，在每个边缘服务器群201中，具体由边缘服务器203接收用户的数据流请求，并向用户提供与数据流请求对应的流媒体数据。

进一步，在本实施例中，每个边缘服务器群201中边缘服务器203的负载特性是变化的，因此，中继调度服务器202会根据边缘服务器203汇报上来的信息对各边缘服务器203进行动态排序，并将排序结果提供给每个边缘服务器203。其中，在排序结果中处于第一顺位的边缘服务器203为中继边缘服务器。该中继边缘服务器负责接收内容管理服务器101发送到其所在边缘服务器群201中的流媒体资源，并将接收到的流媒体资源分发给其所在边缘服务器群201中的其他边缘服务器203。

其中，中继边缘服务器具体根据排序结果首先将流媒体资源分发给排序结果中处于第二位的边缘服务器203，然后由排序结果中处于第二位的边缘服务器203转发给排序结果中处于第三位的边缘服务器203，依次转发下去，直到该边缘服务器群201中所有边缘服务器203都接收到流媒体资源为止。

基于上述，本实施例提供的应用层组播系统向用户提供服务，即根据用户的数据流请求向用户提供流媒体数据的过程具体如下：

用户选择相距最近的边缘服务器群201，并向选择的边缘服务器群201的中继调度服务器202发送连接请求，即在本实施例中，中继调度服务器202还具有接收用户的连接请求，与用户建立连接的功能。所述的中继调度服务器具有接收用户请求的能力并不是用户直接与中继调度服务器连接，而是用户可以通过其他服务器例如radius或是AAA服务器等将连接请求发送给中继调度服务器。具体地，用户可以向其所请求的或最近的边缘服务器群201中的中继调度服务器202发送连接请求，由该中继调度服务器202为用户分配接入的边缘服务器203，同时将该边缘服务器群201内的负载等信息汇报给全网调度服务器(即核心网中的群组调度服务器102)以便全网的群组调度服务器的全局调度。

中继调度服务器202根据用户的连接请求，从该边缘服务器群201的至少一个边缘服务器203中确定为用户提供服务的边缘服务器203，记为第一边缘服务器。中继调度服务器202会根据其所在边缘服务器群201中所有边缘服务器203的负载特性，选择负载较轻的边缘服务器203作为第一边缘服务器，并将第一边缘服务器的地址信息返回给用户。

然后，用户向第一边缘服务器发送数据流请求，该数据流请求中携带有用户请求播放的视频业务的相关信息，例如视频名称等。第一边缘服务器接收用户的数据流请求，向用户提供与数据流请求对应的流媒体数据。

其中，对于第一边缘服务器或者对于其所在的边缘服务器群201而言，可能存在与数据流请求对应的流媒体数据，也可能不存在与数据流请求对应的流媒体数据，因此，当第一边缘服务器接收到数据流请求时，先判断是否存在数据流请求对应的流媒体数据；如果判断结果为是，即其存储有与数据流请求对应的流媒体数据，则直接将该流媒体数据发送给用户；如果判断结果为否，则第一边缘服务器向中继边缘服务器发出请求消息，以使中继边缘服务器请求该流媒体数据。中继边缘服务器接收到请求消息后，向内容管理服务器或发出请求，内容管理服务器将流媒体数据提供给中继边缘服务器。之后，中继边缘服务器将该流媒体数据提供给其他边缘服务器(包括第一边缘服务器)。这种动态链状构建方式综合了树状结构和环状结构的优点，即避免单点故障对分组的影响，又可以达到设备互连节省网络流量。

当第一边缘服务器接收到该流媒体数据时，将该流媒体数据发送给用户。其中，中继边缘服务器将该流媒体数据提供其他边缘服务器203具体可以根据排序结果，将流媒体数据发送给排序结果中处于第二顺位的边缘服务器203，排序结果中处于第二顺位的边缘服务器203转发给排序结果中处于第三顺位的边缘服务器203，依次转发，以使流媒体数据被依次发送给边缘服务器群201中的每一个边缘服务器203。

由上述可见，本实施例的应用层组播系统，通过在内容管理服务器与用户之间设置边缘服务器群，由群组调度服务器对边缘服务器群进行调度，并由内容管理服务器根据调度结果给边缘服务器群分配流媒体资源，以使用户通过接入边缘服务器群获取所需的流媒体数据，而在流媒体数据不存在时，直接由边缘服务器群向内容管理服务器获取并在获取后提供给用户，提高了用户获取流媒体数据的实时性，满足了用户点播视频直播业务时，视频直播业务对实时性的要求，利于视频直播业务的发展。

本发明实施例基于上述应用层组播系统提供一种单点故障的处理方法，该方法包括若中继调度服务器202获知边缘服务器群201中的中继边缘服务器单点故障例如负载超限或故障等，则中继调度服务器202自动选择排序结果中下一顺位(即第二顺位)的EPS作为中继边缘服务器，即中继调度服务器202临时将组播群组链表中的位于第二顺位的EPS作为“次中继EPS”负责中继分发；并依此类推。若次中继满负荷或故障，则中继调度服务器202将自动选择组播群组链表中的下一个EPS。在中继调度服务器202重新选择中继边缘服务器后，向群组调度服务器102发送通知消息，并由群组调度服务器102通知给内容管理服务器101，由内容管理服务器101负责向重新选择的中继边缘服务器发送媒体数据流。其中，中继调度服务器可以通过以下方式获知边缘服务器故障，具体包括中继调度服务器与边缘服务器之间可以通过心跳检测的方式检测边缘服务器是否出现故障，如果一定时间内未收到边缘服务器的信息更新或是调度服务器主动发送的探测信息一定次数后未收到回复，可以认为该边缘服务器故障。

上述的应用层组播系统中的各边缘服务器群中可以包括一备份中继调度服务器，用作中继调度服务器的备份。对应地，上述方法还包括，若中继调度服务器单点故障例如负载超限或故障等，则由“热备”的另外一个中继调度服务器即备份中继调度服务器补充。进一步地，若备份中继调度服务器也出现单点故障，则该边缘服务器群中所有的EPS将以RSS故障前最后一次的同步数据(每个EPS设备中都顺序记录着RSS故障前合成的组内的组播群组链表)所确定的“中继EPS”、“次中继EPS”、......的顺序为准，依次转发内容管理服务器101下发的流媒体资源。此时，由于RSS故障因此EPS仅能为接入到其上的用户提供自身所存储的流媒体资源。。

图3为本发明处理方法一实施例的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤1、用户向边缘服务器群的中继调度服务器请求EPS接入；

步骤2、中继调度服务器为用户分配负载较轻的EPS，并将该边缘服务器群内的负载等信息汇报给全网的群组调度服务器；

步骤3、用户成功接入EPS，并向该EPS(如图2中连接有用户的EPS)发起媒体数据流请求；

步骤4、EPS接收到用户请求后，向组播群组链表中其上一顺位的EPS(如图2中的次中继EPS)发送数据流请求；

步骤5、若请求次中继EPS失败，由群组内的RSS调度该EPS向组播群组链表中其再上一顺位的EPS(如图2中的中继EPS)发起请求；

步骤6、若组播群组链表中的EPS访问均失败即组播群组链表中所有上顺位的EPS均单点故障，则将该EPS(即图2中连接有用户的EPS)作为中继EPS，通过该边缘服务器群内的RSS向内容管理服务器(CMS)请求媒体数据流；

步骤7、内容管理服务器(CMS)向该EPS分发媒体数据流；

步骤8、EPS向用户分发媒体数据流，观看节目成功。

本发明实施例提供的应用层组播系统中单点故障的处理方法，在保证应用层组播系统适于承载高清、实时、大规模视频直播业务的同时，保障不因系统EPS群组中设备单点故障而导致业务中断，以及减少单点故障而带来的业务延迟，提高业务质量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种应用层组播系统中单点故障的处理方法，其特征在于，所述应用层组播系统包括核心子网和边缘子网，所述核心子网包括相互连接的内容管理服务器和群组调度服务器；所述边缘子网包括至少一个边缘服务器群，所述内容管理服务器和所述群组调度服务器分别与所述边缘服务器群连接；各所述边缘服务器群包括中继调度服务器和至少一个边缘服务器；所述中继调度服务器与各所述边缘服务器连接，用于根据各所述边缘服务器的等级编号和负载特性对所述边缘服务器群中所有的所述边缘服务器进行排序，将排序结果提供给各所述边缘服务器，并根据所述排序结果按顺序选择一边缘服务器群作为中继边缘服务器；所述中继边缘服务器用于接收所述内容管理服务器下发的数据，并按照所述排序结果将所述数据依次发送给所述边缘服务器群中所有的所述边缘服务器；

所述处理方法适用于上述的所述应用层组播系统，所述处理方法包括：若所述中继调度服务器获知所述边缘服务器群中的所述中继边缘服务器单点故障，则自动选择所述排序结果中下一顺位的边缘服务器作为所述中继边缘服务器；并依此类推；

其中，所述处理方法还包括：

所述边缘服务器群中的一边缘服务器接收到用户发送的数据流请求后，向所述排序结果中上一顺位的边缘服务器发送数据流请求，若获知所述上一顺位的边缘服务器单点故障，则向所述排序结果中再上一顺位的边缘服务器的发送数据流请求；并依此类推；

若获知所述排序结果中所有上顺位的边缘服务器均单点故障，则通过所述中继调度服务器向所述内容管理服务器发送数据流请求。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述边缘服务器群中还包括一个备份中继调度服务器；对应地，所述处理方法还包括：

若所述中继调度服务器单点故障，则自动将所述备份中继调度服务器作为中继调度服务器进行工作。

3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括：

若所述备份中继调度服务器单点故障，则所述边缘服务器群中所有的所述边缘服务器根据所述排序结果所确定的所述中继边缘服务器作为中继边缘服务器。