一种面向播存网络的广播内容补包方法及系统

摘要

本发明公开了一种面向播存网络的广播内容补包方法及系统，利用32位循环冗余检验法对接收的广播数据包进行检错，然后提取出错内容的类别、热度、内容指纹等相关参数，并利用服从指数分布的补包概率模型计算补包概率，以此概率值为依据对出错内容进行筛选和优先级评估，最后利用一个优先级队列对出错数据包进行有序补包。本发明能在保证数据包正确补回的基础上，充分兼顾播存网络的个性化特色和资源利用率，并能通过改变补包阈值灵活调节补包强度，增强播存网络的内容广播分发性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向播存网络的广播内容补包方法及系统，该方法能正确补回出错数据并兼顾播存网络的个性化特色和资源利用率，提升播存网络的内容广播分发性能，属于计算机网络技术领域。

背景技术

随着互联网尤其是移动互联网的急速发展，互联网的主流应用范型已经逐渐从传统的端到端数据通信转变为“以内容为中心”的共享类应用。然而现有互联网中执行内容分发的，却是流量受带宽限制、物理上基于对流传输模型的TCP/IP协议，主流应用范型与传输模型的失配造成了大量内容的冗余传输，加剧了全球IP流量的爆炸式增长。针对上述问题，研究界提出了一种基于广播和存储的播存网络解决方案。播存网络充分利用广播的天然辐射分发特性，并通过网内泛置的内容缓存，完美匹配内容共享主流应用范型的需求。

广播(包括卫星和地面广播等)是播存网络关键支撑技术，它可以提供“共享不限人数”(Scale-free)的内容分发服务。然而，无线广播易受天气等环境因素的影响，造成广播数据包的丢失和出错，进而导致如下问题：破坏内容的完整性，导致信息不可用；降低信息的质量，损害用户的使用体验；增大网络负荷，降低系统性能。上述问题在互联网主要通过重传和纠错机制来处理，然而广播的单工通信方式和复杂的出错情形使得该方法难以适用于播存网络。此外，一些研究提出通过多级广播和对广播设计、施工、调试等环节的质量进行监控等措施提高广播的质量，但是这些措施通常不对广播出错信息的直接处理。为此，本发明提出了一种面向播存网络的补包机制，该机制能将广播中检测到的出错数据正确补回，并兼顾播存网络的个性化特色和资源利用率，同时能通过改变补包阈值灵活调节补包强度，增强播存网络的内容广播分发性能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种面向播存网络的广播内容补包方法及系统，可有效弥补广播分发中的包出错和丢失情况，提高广播分发的效率，同时通过计算补包概率对出错信息进行筛选，选择用户更感兴趣的信息进行补包，提升节点缓存空间利用率，增强播存网络的个性化特色。

技术方案：一种面向播存网络的广播内容补包方法，与现有方法不同的是，补包与广播接收程序模块相互解耦，广播接收负责检错，收集出错参数，计算补包概率，补包程序负责补包请求和缓存管理，二者相对独立工作。此外，该方法借助指数模型，对出错信息进行补包概率计算，以补包概率进行优先级评定并筛选掉低优先级的出错信息，在节点有限的缓存空间下，有助于提高用户感兴趣内容的比例。

假定广播源点向内容服务器和客户终端广播n(n>0)个内容，其中，客户终端感兴趣的内容是n₁(n₁≤n)个，每个内容在传输过程中都可能发生丢失或出错；内容服务器接收全部类别的内容，客户终端因缓存空间有限只接收感兴趣的内容。本方法要在客户终端正确快速地补回出错的内容，并兼顾客户终端的个性化需求，则具体步骤如下：

步骤1，检验广播内容的正确性。对任一内容ct_j(0≤j≤n-1)，在广播发射端利用CRC32算法对ct_j计算获得32位循环冗余检验码code_s，将code_s填充到广播数据包的校验字段并随内容一起广播出去。接收端接收到内容ct_j后，首先利用CRC32算法对ct_j做同样的计算获得校验码code_r，接着比较code_s和code_r，若code_s＝code_r，则内容ct_j传输正确，否则表示内容ct_j传输出错。

步骤2，计算出错内容的补包概率。对任一出错内容ct_i(0≤i≤n-1)，提取其所在数据包中的类型class、热度popular和时间戳stamp字段值，利用这三个参数计算补包概率p_b。若p_b不小于高优先级队列阈值p_t，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset，按p_b大小插入到高优先级队列中的相应位置；若p_b小于补包阈值p_s，则提取客户终端的缓存空间利用率util和内容ct_i的长度len，二次计算p_b；最后，若二次计算p_b的结果不小于补包阈值p_s，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset插入到低优先级队列的末尾，否则丢弃该内容。

步骤3，依概率顺序补包。客户端补包程序每次先查看高优先级队列，再查看低优先级队列，判断是否为空，若不空则取队头元素(假设为ct_k)进行补包。首先查看客户终端本地是否存有ct_k，若是，则补包完毕，否则向就近的内容服务器请求ct_k。若内容服务器中存有ct_k，则直接将ct_k返回给客户终端，补包完毕；否则内容服务器将请求转发给广播源点。若广播源点不存有ct_k，则回复内容服务器和客户终端空信息，通知客户终端走物联网通道获取ct_k，补包完毕。若广播源点中存有ct_k，则统计内容ct_k的补包请求次数，若大于补包请求次数阈值p_r，则插播内容ct_k，否则将ct_k返回给内容服务器和客户终端，补包完毕。

一种实现上述面向播存网络的广播内容补包方法的系统，包括补包程序模块和广播接收程序模块；

广播接收程序模块，用于检错，收集出错参数，计算补包概率。

补包程序模块，负责补包请求和缓存管理。

广播接收程序模块检错的流程为：对任一内容ct_j(0≤j≤n-1)，在广播发射端利用CRC32算法对ct_j计算获得32位循环冗余检验码code_s，将code_s填充到广播数据包的校验字段并随内容一起广播出去。接收端接收到内容ct_j后，首先利用CRC32算法对ct_j做同样的计算获得校验码code_r，接着比较code_s和code_r，若code_s＝code_r，则内容ct_j传输正确，否则表示内容ct_j传输出错。

广播接收程序模块收集出错参数、计算补包概率的流程为：

对任一出错内容ct_i(0≤i≤n-1)，提取其所在数据包中的类型class、热度popular和时间戳stamp字段值，利用这三个参数计算补包概率p_b。若p_b不小于高优先级队列阈值p_t，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset，按p_b大小插入到高优先级队列中的相应位置；若p_b小于补包阈值p_s，则提取客户终端的缓存空间利用率util和内容ct_i的长度len，二次计算p_b；最后，若二次计算p_b的结果不小于补包阈值p_s，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset插入到低优先级队列的末尾，否则丢弃该内容。

补包程序模块，负责补包请求和缓存管理的流程为：客户端补包程序每次先查看高优先级队列，再查看低优先级队列，判断是否为空，若不空则取队头元素(假设为ct_k)进行补包。首先查看客户终端本地是否存有ct_k，若是，则补包完毕，否则向就近的内容服务器请求ct_k。若内容服务器中存有ct_k，则直接将ct_k返回给客户终端，补包完毕；否则内容服务器将请求转发给广播源点。若广播源点不存有ct_k，则回复内容服务器和客户终端空信息，通知客户终端走物联网通道获取ct_k，补包完毕。若广播源点中存有ct_k，则统计内容ct_k的补包请求次数，若大于补包请求次数阈值p_r，则插播内容ct_k，否则将ct_k返回给内容服务器和客户终端，补包完毕。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的面向播存网络的广播内容补包方法及系统，具有如下优点：

1.本发明在广播接收模块只处理参数收集和补包概率计算，将补包请求独立出来处理，能够显著增强接收模块的效率。

2.本发明在补包请求时，根据计算得到的补包概率利用高低优先级队列，依照优先级顺序进行补包，能够有效提高补包的时效性。

3.本发明通过计算出错内容的补包概率，对出错内容进行有选择性的筛选补包，能够提高节点缓存中用户感兴趣内容的比例。

附图说明

图1为广播分发示意图，图中包括广播源点、内容服务器和客户终端等。

图2为广播接收端的处理流程，包括数据包的检验、正常数据包的接收、出错数据包的参数收集、补包概率计算以及出错内容入队等流程。

图3为按照高低优先级队列顺序补包的流程，图中显示了一共有五种可能的情况。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

面向播存网络的广播内容补包方法在具体实施时，如图1所示，假定广播源点向内容服务器和客户终端广播100个内容，它们构成内容集合C＝{c₀,c₁,…,c₉₉}，其中有70个是客户终端感兴趣的，每个内容在传输的过程中都可能发生丢失或出错；内容服务器接收全部类别的内容，客户终端只接收感兴趣的内容；客户终端的缓存为512M，补包阈值p_s＝0.5，高优先级队列阈值p_t＝0.75。要求在客户终端接收内容检测到传输错误时，将相应的正确内容准确快速地补回，在节点缓存空间利用率较高时，选择用户最感兴趣、最新最热门的内容补包，当缓存空间利用率较低时，为提高节点内容丰富性，适当补一些用户兴趣范围之外的内容，则本方法具体实施步骤如下：

步骤(1)内容c₀,c₁,…,c₉₉的正确性检验。对其中任一内容ct_j(0≤j≤99)，在广播发射端利用CRC32算法对ct_j计算获得32位循环冗余检验码code_s，将code_s填充到广播数据包的校验字段并随内容一起广播出去。如图2所示，接收端接收到内容ct_j后，利用CRC32算法对ct_j做同样的计算获得校验码code_r。比较code_s和code_r，若code_s＝code_r，则内容ct_j被正确传输，否则表示内容ct_j传送出错。

步骤(2)收集补包参数，计算补包概率。假设c₀,c₁,…,c₉₉中的c_i(0≤i≤99)在上一步中被检测出传输出错，首先提取其所在数据包中的类型class、热度popular和时间戳stamp字段值，利用这三个参数计算补包概率p_b；具体计算公式如下式(1)所示：

其中，α、β、γ分别是类型、热度和实时性的权重参数且α+β+γ＝1，三者的大小可以根据需要自定义，比如可以设α＝β＝γ＝0.333，δ是实时性计算中的调节参数，也可以根据需要设定，不妨设为0.693，curstamp为当前时刻的时间戳。接着比较p_b和高优先级队列阈值p_t，若p_b不小于p_t，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset，按p_b的大小顺序插入到高优先级队列中。若p_b小于p_t，接着比较p_b和补包阈值p_s，若p_b小于补包阈值p_s，则提取客户终端的缓存空间利用率util和内容ct_i的长度len，二次计算p_b，得到p_e，具体计算公式如下式(2)所示：

其中k为常量参数，u_s为缓存空间利用率补包阈值，可以根据缓存空间大小自定义，不妨设为0.5，l_s为信息长度补包阈值，单位为M，不妨设为4M。最后，比较p_e和p_s，若p_e不小于p_s，则提取数据包中的内容指纹fingerprint、类别class和偏移值offset插入到低优先级队列的末尾，否则丢弃该出错内容c_i。

步骤(3)，依高低优先级队列顺序补包。客户端补包程序每次先查看高优先级队列，再查看低优先级队列，判断是否为空，若不空则取队头元素(假设为上一步中的出错内容c_i)进行补包。补包流程如图3所示，首先查看客户终端本地是否存有c_i，若是，则补包完毕，否则向就近的内容服务器请求c_i。若内容服务器中存有c_i，则直接将c_i返回给客户终端，补包完毕；否则内容服务器将请求转发给广播源点。若广播源点不存有c_i，则回复内容服务器和客户终端空信息，通知客户终端走互联网通道获取c_i，补包完毕。若广播源点中存有c_i，则统计内容c_i的补包请求次数，若大于补包请求次数阈值p_r，则插播内容c_i，否则将c_i返回给内容服务器和客户终端，补包完毕。

实现上述面向播存网络的广播内容补包方法的系统，包括补包程序模块和广播接收程序模块；

广播接收程序模块，用于检错，收集出错参数，计算补包概率，其处理流程同步骤(1)和(2)。

补包程序模块，负责补包请求和缓存管理，其处理流程同步骤(3)。