一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统及其工作方法

摘要

本发明公开一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统及其工作方法，具体步骤如下：地面中心站分发服务及远端站接收服务加入卫星组播组；地面中心站发送端获取本地CDN缓存数据，并利用RaptorQ编码方式进行编码，将编码数据通过卫星链路分发给组播组内的所有远端接收端；远端接收端通过卫星链路，接收到地面中心站传来的组播数据，利用RaptorQ译码方式，对接收数据进行译码，并保存在本地资源服务器上；远端用户利用CDN重定向技术，从本地资源服务器上获取资源。本发明通过将地面中心站上缓存的热门资源数据，提前组播分发到远端站，实现远端用户可以通过内网从本地资源服务器上获取资源，以达到加快远端用户上网体验，节省卫星链路带宽资源的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统及其工作方法。

背景技术

随着信息技术的发展，互联网越来越融入到生活学习中，它作为一种全新的信息流动承载平台，正在深刻地改变人们的生活和交流方式。互联网服务应用于视频直播、网络广告、多媒体新闻发布、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台等，其丰富的内容表现形式，赋予了带宽应用更多娱乐性和互动性，而为了减小延时和保证观看质量，用户必须拥有足够的带宽资源。

处于偏于山区或中远海的用户，正常无法接收到基站信号，只能通过卫星通信的方式实现与外界互联互通。卫星通信系统作为现代通信技术的重要成果，具有通信覆盖区域大、通信距离远、通信频带宽等优点，很好地适用于偏远山区及中远海地区。但是，卫星通信也存在传输时延长，信号易衰减，误码率大、带宽资源紧张等缺点，用户如果需要下载大流量文件或者体验流媒体服务，则会出现加载缓慢、访问速度下降、易出错等问题，导致用户体验度下降。因此，可以在卫星通信系统中引入互联网内容加速服务，在现有卫星网络基础之上构建智能虚拟网络，依靠部署在远端的资源服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需的内容，降低网络拥堵，提高用户访问相应速度以及用户体验度

然而，当某一远端用户请求资源时，CDN服务只会在地面中心站资源服务器及相应的远端资源服务器上缓存资源数据，若其他远端用户请求同一资源时，仍需要通过卫星链路到地面中心站或源站获取资源，不能体验到一次缓存多次利用的加速效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统及其工作方法，具体通过将CDN服务引入卫星通信系统中，使远端用户可以体验互联网加速效果，并且还利用卫星组播分发技术，将CDN服务在地面中心站产生的缓存数据，进行压缩编码，然后在链路空闲时段分发给卫星组播组内所有远端，实现系统内所有远端对热门资源预缓存，当系统内任一远端请求已缓存的资源时，可以直接从本地资源服务器上获取，不必通过卫星链路到源站或地面中心站获取，从而实现一次缓存多次利用的加速效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统，其创新点在于：主要由地面段的地面中心站、空间段的卫星通信站以及船载段的远端站组成；所述地面中心站主要由地面卫星天线、卫星网关以及地面数据中心组成，主要负责接收远端用户的请求信息，并由CDN服务产生缓存数据，然后再利用组播分发技术将数据分发出去；所述卫星链路主要由卫星链路及通信卫星组成，为整个系统的运行提供数据传输链路；所述远端站主要由船载卫星天线、卫星网关以及远端资源服务器组成，主要负责转发用户的请求信息，以及接收保存组播数据并提供二次加速服务。

进一步的，所述卫星链路主要由远端收发站、上行链路、卫星转发器、下行链路以及地面收发站组成的传输链路。

一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统的工作方法，其创新点在于，具体步骤如下：

S1、地面中心站分发服务及远端站接收服务加入卫星组播组；

S2、地面中心站发送端获取本地CDN缓存数据，并利用RaptorQ编码方式进行编码，将编码数据通过卫星链路分发给组播组内的所有远端接收端；

S3、远端接收端通过卫星链路，接收到地面中心站传来的组播数据，利用RaptorQ译码方式，对接收数据进行译码，并保存在本地资源服务器上；

S4、远端用户利用CDN重定向技术，直接从本地资源服务器上获取资源。

进一步的，所述卫星链路的通信方式采用UDP组播协议进行数据通信，地面中心站分发服务及远端接收服务，根据配置文件中的组播信息加入卫星组播组。

进一步的，当某一远端站的用户请求资源时，CDN服务会在地面中心站资源服务器及相应的远端资源服务器上产生内容缓存，当同一远端站的用户再次请求相同资源时，请求会被重定向到本地的缓存服务器。

进一步的，所述内容缓存由CDN服务对远端用户请求的资源在地面站服务器进行缓存备份，并将缓存信息存储在指定数据库中，其中包括“cachefile”、“addtime”、“done”字段；“cachefile”，用于存储缓存数据的存储路径；“addtime”，用于存储数据产生的时间；“done”，用于存储数据状态，若为“0”表示未分发，若为“1”表示已经成功分发，且在工作时段内，组播分发服务会自动检索数据库中“done”为0的记录，并获取缓存数据的存储位置，然后读取缓存数据，开始组播分发流程。

进一步的，所述组播分服务选择用户上网需求较低的时段，形成错峰工作。

进一步的，地面中心站分发服务获取到待分发数据后，会先对数据进行压缩处理，降低数据容量，然后对压缩好的数据进行编码处理。

进一步的，所述编码处理结合数据分发需求，选用喷泉码RaptorQ编码机制，对数据进行编码处理；喷泉码包括LT码、Raptor码以及RaptorQ码。

进一步的，远端站接收服务接收到组播数据后，根据数据包中的编码信息，对接收到数据进行译码，恢复原始数据；远端站对接收到的资源数据进行本地存储，当远端用户请求该资源时，CDN服务中的重定向技术会将请求重定向到本地资源服务器上。

本发明有益效果为：

与现有卫星通信系统，特别是同样引入CDN服务的卫星通信系统相比，本发明在保证远端用户可以通过卫星通信系统与外界互联互通，以及利用CDN服务实现远端互联网内容加速的前提下，创新性地将CDN缓存技术与卫星组播分发技术相结合，构建一套适用于卫星通信系统内全用户的互联网内容加速系统，使得远端用户初次请求的资源，在本地及中心站缓存后，能够通过卫星组播分发技术分发到系统内所有终端，实现热门资源全终端预缓存，从而实现一次缓存多次利用、降低访问时延、提升用户体验度的目的。

附图说明

图1为本发明的系统架构图；

图2为本发明的总流程图；

图3为本发明地面端组播数据分发流程图；

图4为本发明远端站组播数据接收流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参阅图1-2，本发明提供的一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统，主要由地面段的地面中心站、空间段的卫星通信站以及船载段的远端站组成：

地面中心站(地面段)，主要由地面卫星天线、卫星网关以及地面数据中心组成，主要负责接收远端用户的请求信息，并由CDN服务产生缓存数据，然后再利用组播分发技术将数据分发出去。

卫星通信站(空间段)，主要由上下行链路及通信卫星组成，为整个系统的运行提供数据传输链路。

远端站(船载段)，主要由船载卫星天线、卫星网关以及远端资源服务器组成，主要负责转发用户的请求信息，以及接收保存组播数据并提供二次加速服务。

本实施例中，卫星链路主要由远端收发站、上行链路、卫星转发器、下行链路以及地面收发站组成的传输链路，主要用于中远海及偏远地区的用户与外界建立联系，实现互联互通。组播分发服务及CDN中心站服务部署在地面收发站服务器上，组播接收服务及CDN远端服务部署在远端收发站服务器上，通过构建的卫星链路实现数据分发及远端内容加速功能，通过上下行链路及卫星转发器构建的卫星链路实现CDN缓存组播数据分发及远端内容加速。

一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统的工作方法，具体步骤如下：

S1、地面中心站分发服务及远端站接收服务加入卫星组播组；

S2、地面中心站发送端获取本地CDN缓存数据，并利用RaptorQ编码方式进行编码，将编码数据通过卫星链路分发给组播组内的所有远端接收端；

S3、远端接收端通过卫星链路，接收到地面中心站传来的组播数据，利用RaptorQ译码方式，对接收数据进行译码，并保存在本地资源服务器上；

S4、远端用户利用CDN重定向技术，直接从本地资源服务器上获取资源。

本实施例中，卫星链路的通信方式采用UDP组播协议进行数据通信，地面中心站分发服务及远端接收服务，根据配置文件中的组播信息加入卫星组播组。

本实施例中，当某一远端站的用户请求资源时，CDN服务会在地面中心站资源服务器及相应的远端资源服务器上产生内容缓存，当同一远端站的用户再次请求相同资源时，请求会被重定向到本地的缓存服务器，从而达到加快内网用户上网体验，节省卫星带宽的目的。

本实施例中，所述内容缓存由CDN服务对远端用户请求的资源在地面站服务器进行缓存备份，并将缓存信息存储在指定数据库中，其中包括“cachefile”、“addtime”、“done”字段；“cachefile”，用于存储缓存数据的存储路径；“addtime”，用于存储数据产生的时间；“done”，用于存储数据状态，若为“0”表示未分发，若为“1”表示已经成功分发，且在工作时段内，组播分发服务会自动检索数据库中“done”为0的记录，并获取缓存数据的存储位置，然后读取缓存数据，开始组播分发流程。

本实施例中，考虑到卫星链路带宽窄，链路资源紧张，卫星组播服务一般选择用户上网需求较低的时段，形成错峰工作，防止抢占用户的带宽资源，影响用户的上网体验。

本实施例中，为了节省卫星带宽，地面站组播分发服务获取到待分发数据后，会先对数据进行压缩处理，降低数据容量。此外，考虑到卫星链路的长延时、高误码率特性，组播分发服务还会对压缩好的数据进行编码处理，提高数据健壮性及保密性。

本实施例中，结合数据分发需求，选用喷泉码RaptorQ编码机制，对数据进行编码处理。喷泉码是一类前向纠错编码技术，具有线性编译码复杂度且码率不受限制，即发送端可产生任意数量的编码分组，而接收端只需准确接收到其中一定数量的分组即可正确译码。喷泉码包括LT码、Raptor码以及RaptorQ码，其中RaptorQ码是一种定义在伽罗华域GF(256)上的Raptor码，其相比其他的喷泉码在成功译码时所需开销更少且支持更多信息分组的编码传输。

本实施例中，远端站接收服务接收到组播数据后，根据数据包中的编码信息，对接收到数据进行译码，恢复原始数据；远端站对接收到的资源数据进行本地存储，当远端用户请求该资源时，CDN服务中的重定向技术会将请求重定向到本地资源服务器上，从而不必再次占用卫星链路资源，实现一次缓存多次利用，节省卫星带宽的目的。

实施例2

参阅图3，本发明提供的一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统，地面端组播数据分发流程如下：

系统服务开启以后，保持后台运行，并根据配置要求，检测是否处于服务时段，若不处于则继续等待，若处于则开始工作。

在服务工作时间段内，系统服务设置定时器，定期主动查询缓存资源数据库“sync_task”,并检测其中是否有字段“done”的值为“0”的记录，若有则获取相应记录中字段“cachefile”的值，即获取该条CDN缓存数据的存储位置。

为节省卫星带宽，读取到CDN缓存数据后，对其进行数据压缩，降低待发送数据的容量。然后，根据配置文件中的喷泉码编码码长、小包长度、冗余度等信息，对压缩数据按照喷泉码RaptorQ编码方式进行编码，形成编码分组。

最后，利用UDP组播技术，将编码分组通过卫星链路组播分发给所有远端站。

实施例3

参阅图4，本发明提供的一种基于CDN缓存技术的卫星组播分发系统，远端站组播数据接收流程如下：

系统服务开启后，保持后台运行，并设置定时器定期检测是否有组播发送过来，若无则继续等待，若有则开始工作。

系统服务接收到组播数据后，根据组播分发协议，获取数据包中的包信息，包括文件大小、文件名、编码码长、小包长度等。

系统服务根据获取到文件信息及编码信息后，按照喷泉码RaptorQ解码方式，对接收到的组播数据进行译码，恢复出原始数据，并按照指定格式对数据进行保存。

按照上述步骤完成CDN缓存数据的组播分发后，所有远端站都可实现对热门资源的预下载。当任一远端的用户请求某个在本地已经缓存的数据时，不必再通过卫星链路到地面中心站或源站获取，而可以通过CDN重定向技术直接从本地资源服务器上获取，从而实现一次缓存多次利用、节省卫星带宽资源、降低运营成本等目的。

实施例4

当远端的用户首次请求某热门资源时，CDN服务会从源站获取资源，并在地面中心站及远端站资源服务器上保存缓存文件。地面中心站组播分发服务检测到有CDN缓存文件产生时，从数据库“sync_task”中获取缓存文件保存位置，然后对缓存文件进行数据压缩及利用RaptorQ编码方式进行编码，形成编码分组，再通过卫星链路进行组播分发，远端站组播接收服务接收到组播数据后，对数据进行译码并保存，从而实现系统内所有远端对热门资源的预下载、预缓存，缩短远端用户对热门资源的访问时间。

实施例5

当卫星组播组内任一远端用户请求的资源在本地已经存在缓存时，CDN重定向服务会将用户的请求指向本地资源缓存服务器，从而使得用户可以直接从本地获取资源，而不必通过卫星链路到源站或地面中心站获取，极大地缩短了用户访问时间，实现内容加速效果，提升用户体验度。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。