云化架构的互动媒体服务环境下的高效系统网络传输方法

技术领域

本发明涉及云化架构的互动媒体服务环境下高效系统网络传输方法。

背景技术

分随着云计算时代的到来，在媒体产业走向内容海量化、体验个性化、高清互动化、终端多样化的过程中，媒体传播的三大要素－内容、网络、终端等方面均发生了深刻的变化。内容更加丰富，涵盖了音、视、图、文等多种方式﹔网络更加多样，覆盖广电、电信和互联网等多种传输手段﹔终端更加泛在，渗透到电视、手机、个人电脑和平板电脑等多种终端。如何充利用云计算带来的技术革命，不断降低媒体网络的建设和管理成本，不断提高用户体验，最终提升投资效益,是我们目前媒体行业的面临的一个新的课题。

云计算在广电媒体服务领域越来越受到广泛的使用，但“云、管、端”同步建设，广电网络公司目前对“云”和“端”倾注了大量的精力，一定程度上忽略了“管”的重要性，本文通过探讨高效协同传输在广电视频云服务中的应用，希望对融合多种传输方式的。通道建设进行有益的探讨。

目前各地有线电视网络公司依托多年在互动电视、直播频道、宽带接入、IDC数据中心等领域积累的丰富经验，纷纷构建具有行业特色，同时体现媒体服务特点、兼容先进、高效、安全、可控的“媒体云”。具体来说，“媒体云”包含了“媒体云”平台和“媒体云”服务两个层次。

媒体云平台以高标准、可调度、可伸缩的云计算中心为基础,具有开放、兼容、安全的特点，随着云平台建设的完成和云服务的日益普及，配合终端智能化、OTT化等的演进方向，“云管端”协同发展的运营模式基本成型，但高速传输管道的问题日益突出，亟待解决大颗粒度高带宽视频服务的高效传输问题，为了更好的解决这个问题，必须综合利用双向IP（InternetProtocol）通道和HFC（HybridFiber－Coaxial）通道的混合组网优势，利用广播网“单点接收、全网覆盖”的特点，辅以IP通道双向交互的个性化特征，实现综合媒体服务内容的高效系统传输。

发明内容

本发明的目的是提供一种云化架构的互动媒体服务环境下的高效系统网络传输方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是:本发明云化架构的互动媒体服务环境下的高效系统网络传输方法包括如下步骤：

（1）用户机顶盒向网关设备的数据层发送包含认证和注册信息的数据包，网关设备的数据层对接收到的数据包进行分类和地址转换，然后数据层提取数据包中的信息并发送给网关设备的控制层，控制层根据所接收到的信息与服务器进行信令交互、以及认证和注册交互；

（2）用户机顶盒向网关设备的数据层发出业务请求信息，网关设备的控制层根据所接收到的来自于数据层的业务请求信息分配相应的下行通道并通知数据层，数据层对业务数据进行分类和地址转换后根据所分配的下行通道向用户机顶盒发送业务数据。

进一步地,本发明所述数据层包括通道数据适配器、分类器模块、NAT模块和数据接收与发送模块，所述控制层包括信令交互模块、AAA客户端和SM/PS客户端；在所述步骤（1）中，用户机顶盒向所述通道数据适配器发送包含认证和注册信息的数据包，分类器模块对通道数据适配器接收到的数据包进行分类，NAT模块对通道数据适配器接收到的数据包进行地址转换；数据接收与发送模块提取通道数据适配器接收到的且经分类和地址转换的数据包中的信息并发送到所述信令交互模块、AAA客户端和SM/PS客户端，信令交互模块根据所接收到的信息与服务器进行信令交互，所述AAA客户端和SM/PS客户端分别根据所接收到的信息与服务器进行认证和注册的交互。

进一步地,本发明所述数据接收与发送模块还包括超时定时器，所述控制层还包括通道管理模块和通道控制器；

所述步骤（2）包括：

步骤1）：用户机顶盒向所述通道数据适配器发送包含业务请求信息的数据包，数据接收与发送模块提取通道数据适配器所接收到的数据包中的信息并发送给通道管理模块，通道管理模块根据业务请求信息选择相应的下行通道并向通道控制器发出申请通道资源的请求，所述下行通道包括IP通道和HFC通道，通道控制器根据通道管理模块的请求分配相应的下行通道并通知通道数据适配器；然后，数据接收与发送模块根据业务请求信息将业务数据存入缓存区并启动超时定时器，分类器模块对缓存区中的业务数据进行分类，NAT模块对缓存区中的业务数据进行地址转换，所述通道数据适配器通过通道控制器分配的下行通道向用户机顶盒发送经过分类和地址转换后的业务数据；

步骤2）：用户机顶盒接收到经过分类和地址转换后的业务数据后向所述通道数据适配器发送ACK或NAK，通道数据适配器再将ACK或NAK发送给数据接收与发送模块；

步骤3）：若数据接收与发送模块接收到的是ACK，则删除缓存区的业务数据；

若数据接收与发送模块接收到的是NAK，或者，数据接收与发送模块超过超时定时器设定的时间既未接收到ACK也未收到NAK，则数据接收与发送模块判断业务数据是否达到预设的重传次数上限：若达到重传次数上限，则数据接收与发送模块取消向用户机顶盒发送业务数据；否则，数据接收与发送模块向用户机顶盒重传缓存区中经过分类和地址转换后的业务数据，并再次启动超时定时器，并返回步骤2）。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过构建融合IP双向通道和HFC通道的协同网络传输方法，实现针对媒体服务内容的非对称双向数据通道的高校传输。在基于IP和HFC的多通道协同传输系统中，上行数据通过IP双向通道进行传输，下行数据则可通过IP双向通道或HFC通道下发。作为用户机顶盒的网关设备，位于HFC通道的前端，用于融合IP双向和HFC通道两种通道，对IP数据包进行NAT转发；对于服务端至终端方向的数据，通过通道决策机制，选择合适的下行通道，并采用相应的封装协议进行封装打包，其中，下行通道包括IP通道和HFC通道。由于HFC通道具有单向保序的特性，因此可针对HFC通道的此特性进行数据可靠传输的优化。本发明基于融合网络的特性，对融合的网络的资源进行优化调度，提高数据传输的效率，为业务数据提供具有QoS保障的数据通道。

附图说明

图1是本发明的云化架构的互动媒体服务环境下的高效传输系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明构建了云化架构的互动媒体服务环境下的高效系统网络传输方法，该方法基于IP和HFC的多通道传输系统实现。在该传输系统中，网关设备位于HFC通道的前端，用于融合IP双向和HFC通道两种通道，对IP数据包进行NAT转发；对于服务端至终端方向的数据，通过通道决策机制，选择合适下行通道，并采用相应的封装协议进行封装打包，其中下行通道包括IP通道和HFC通道；基于融合网络的特性，对融合的网络的资源进行优化调度，提高数据传输的效率，为业务数据提供具有QoS保障的数据通道。

如图1所示，在本发明中，网关设备包括两个层面：控制层和数据层。

（一）控制层

控制层面主要包括信令交互模块、频点管理模块、通道管理模块、终端管理模块、AAA客户端模块和SM/PS客户端模块等。

（1）信令交互模块

信令交互模块负责与终端和服务端设备的信令交互，包括终端注册、终端保活、通道管理、NAT穿越以及直播配置等协议的解析与处理。

（2）通道管理模块

通道管理模块负责通道信息的管理、通道的申请/关闭、通道的流量统计等，并根据请求信息或者业务数据信息选择合适的下行通道，IP通道或HFC通道或IP+HFC通道。

（3）AAA客户端模块

AAA客户端模块负责与AAA服务器交互，进行用户、业务的认证和计费。

（4）SM/PS客户端模块

SM/PS客户端模块主要负责与SM/PS（业务管理和策略服务器）的交互，以及QoS策略信息的管理。该模块与SM交互，进行业务识别；与PS交互，获取业务的QoS策略，支持push和pull两种类型，并对申请的策略进行缓存和管理，提供查询、增加和删除等操作。

（二）数据层

数据层面主要包括NAT模块、分类器模块、数据接收与发送模块、数据优先级调度模块和通道数据适配器模块等。

（1）NAT模块

NAT模块主要负责对IP数据包进行NAT转换和逆转换，并管理维护地址映射关系，负责虚拟地址的分配与回收和端口的分配与回收等。

（2）分类器模块

该模块的主要作用是根据数据包中的信息（包括源端口、目的端口、源IP、目的IP、TOS字段等），对业务数据流进行分类与标识。

（3）数据接收与发送模块

该模块主要负责接收下行的三层（网络层）以上完整的IP数据包，对接收的IP数据包进行四、五层协议解析，获得应用数据类型、优先级等重要信息；该模块还负责IP数据包的发送。

（4）通道数据适配器模块

该模块的主要功能是对准备发送的数据进行封装转换和协议适配，以适应所选择的通道。每一种类型的通道对应一个具体的适配器，主要有HFC窄播通道适配器和IP通道适配器，其中HFC通道适配器将应用数据或IP包按照DVB封装格式（MPE或ULE等）打包成TS包，生成PSI/SI信息，然后将生成的TS包以UDP的形式发送给IPQAM设备；IP通道适配器将应用数据以IP包的形式通过IP双向通道发送给终端机顶盒。该模块还可以根据网络接入情况进行扩展，添加新的通道适配器。

在本发明基于IP和HFC的多通道协同传输系统中，上行数据通过IP双向通道进行传输，下行数据则可通过IP双向通道或HFC的单向通道下发。由于HFC通道具有单向保序的特性，因此，本发明针对HFC通道的此特性，对数据的可靠传输进行优化。本发明考虑了在基于IP通道和HFC通道上传输数据时可能出现的数据丢失问题，并采用了全面而可靠的机制加以解决，是一种基于IP和HFC新型传输模式下保证安全传输的优化方法。云化架构的互动媒体服务环境下的高效系统网络传输流程包括如下步骤：

步骤（1）：用户机顶盒向网关设备的数据层发送包含认证和注册信息的数据包，网关设备的数据层对接收到的数据包进行分类和地址转换，然后数据层提取数据包中的信息并发送给网关设备的控制层，控制层根据所接收到的信息与服务器进行信令交互、以及认证和注册交互。

具体地说，网关设备的数据层可包括通道数据适配器、分类器模块、NAT模块和数据接收与发送模块，网关设备的控制层包括信令交互模块、AAA客户端和SM/PS客户端。用户机顶盒向通道数据适配器发送包含认证和注册信息的数据包，分类器模块对通道数据适配器接收到的数据包进行分类，NAT模块对通道数据适配器接收到的数据包进行地址转换；数据接收与发送模块提取通道数据适配器接收到的且经分类和地址转换的数据包中的信息并发送到信令交互模块、AAA客户端和SM/PS客户端，信令交互模块根据所接收到的信息与服务器进行信令交互，AAA客户端和SM/PS客户端分别根据所接收到的信息与服务器进行认证和注册的交互。

步骤（2）：用户机顶盒向网关设备的数据层发出业务请求信息，网关设备的控制层根据所接收到的来自于数据层的业务请求信息分配相应的下行通道并通知数据层，数据层对业务数据进行分类和地址转换后根据所分配的下行通道向用户机顶盒发送业务数据。数据接收与发送模块还包括超时定时器，控制层还包括通道管理模块和通道控制器。

具体地说，该步骤（2）可进一步包括如下步骤：

步骤1）：用户机顶盒向通道数据适配器发送包含业务请求信息的数据包，数据接收与发送模块提取通道数据适配器所接收到的数据包中的信息并发送给通道管理模块，通道管理模块根据业务请求信息选择相应的下行通道并向通道控制器发出申请通道资源的请求，其中，下行通道包括IP通道和HFC通道，通道控制器根据通道管理模块的请求分配相应的下行通道并通知通道数据适配器；然后，数据接收与发送模块根据业务请求信息将业务数据存入缓存区并启动超时定时器，分类器模块对缓存区中的业务数据进行分类，NAT模块对缓存区中的业务数据进行地址转换，通道数据适配器通过通道控制器分配的下行通道向用户机顶盒发送经过分类和地址转换后的业务数据。

步骤2）：用户机顶盒接收到经过分类和地址转换后的业务数据后向通道数据适配器发送ACK(Acknowledgement)或NAK(NegativeAcknowledgment)，通道数据适配器再将ACK或NAK发送给数据接收与发送模块。

步骤3）：若数据接收与发送模块接收到的是ACK，则删除缓存区的业务数据；

若数据接收与发送模块接收到的是NAK，或者，数据接收与发送模块超过超时定时器设定的时间既未接收到ACK也未收到NAK，则数据接收与发送模块判断业务数据是否达到预设的重传次数上限：若达到重传次数上限，则数据接收与发送模块取消向用户机顶盒发送业务数据；否则，数据接收与发送模块向用户机顶盒重传缓存区中经过分类和地址转换后的业务数据，并再次启动超时定时器，并返回步骤2）。