CN100405846C - 使用用户设备的分布式存储网络体系结构 - Google Patents

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Abstract

电子内容递送系统使用集线器周围的终端用户设备的网络。每个终端用户设备具有存储能力。内容按分布式方式存储在这些终端用户设备的网络上，以使这些设备的每一个以P2P的方式利用该内容，从而削减下载时间并减少传输错误。系统允许内容的数字权利管理。

Description

使用用户设备的分布式存储网络体系结构
技术领域
本发明涉及用于允许任何丰富数字媒体内容分布服务、例如在诸如互联网的数据网络上诸如视频点播(VOD)的宽带服务的系统和方法。
背景技术
在互联网上提供质量VOD服务对于潜在的服务提供商存在着难以攻克的技术和组织上的挑战。在互联网上下载或流式传输视频文件经常由于失败而被妨碍，如果需要经过的跳数增加，那么所述的失败发生得更频繁。其结果例如可能是失败的用户应用或随机地和间歇地停滞视频画面的经历，特别是在现场视频广播的情况下。在互联网上从位于中央的服务器下载或流式传输视频文件也可抑制花费，因为许多用户能同时下载一个或多个需要巨大带宽的文件。一个众所用知的方法是在用户为视频文件发出实际请求前将视频文件下载到本地用户设备(这需要足够的本地存储空间)。该方法试图伸展文件的需求高峰，因此在高峰需求时间降低要求的带宽。为此，即使被压缩的数字视频文件也被认为很大。例如MPEG2格式的全特写电影的大小可能大于4千兆字节。在DSL、电缆或T1连接上传输这些数据量可能需要数小时并且可能使整个网络慢下来。
发明内容
下载时间的扩展周期因为各种原因增加了数据传输中失败的概率，这些原因例如是网络拥塞、源和目的地硬件或/和软件的故障等。在互联网上的数据传输涉及数据包的发送，该数据包需要在其到达最终的目的地之前经过若干路由器。每当包被转发到下一个路由器时，发生一跳。在互联网上下载或流式传输视频由于随每个数据包的跳数增加而更加频繁地发生的失败而被妨碍。不是所有的数据得到递送，接收机器被冻结等。因此发明者尤其提出了用于例如在全国范围内运行的媒体文件服务运营商(或通常称为媒体服务运营商或MSO)的网络体系结构，以允许对等网络环境中的例如视频点播服务的宽带服务。网络使用在服务提供商集线器或代理、例如电缆运营商的本地工作站之间的高速可靠数据网络连接。终端用户在每个集线器周围形成对等网络群落。该对等网络为从只有几跳之外的集线器下载的内容提供分布的存储器。利用群落资源在本地存储该内容，并且利用虚拟专用网(Virtual Private Web)服务使该内容对于群落可用。该服务允许内容查询，内容分布，连接建立，著作权保护和其它功能。
发明者提出网络体系结构上的另一个创新方面。在每个集线器周围的对等网络群落中第一终端用户的设备能有效向第二终端用户的第二设备提供内容信息。第一设备能够在其对等网络群落中服务于一个或多个终端用户。例如，第一终端用户请求叫做“share-it”的电影。从服务运营商处请求该电影，并且可将该电影下载(传输或流式传输)到第一终端用户的设备上并存储。服务运营商能跟踪存储在终端用户设备上的内容信息。第二用户也可请求内容以便例如马上或之后播放或者存储在诸如DVD视频盘的光存储载体上。在某个时刻，与第一终端用户在同一个对等网络中的第二用户也请求“share-it”。该请求并不罕见，因为由服务运营商递送的多数内容典型地都被重复请求。再次从服务运营商请求该电影，然而服务运营商立刻启动从第一终端用户的设备(例如机顶盒)到第二终端用户的设备的传输。因为服务运营商跟踪先前下载的内容信息(以及其部分)，它能确定递送一段特定的内容信息的最划算的方式。在这个特定情况下，内容信息“share-it”从对等网络中的对等设备最有效地下载。在一个例子中，已经由用户请求的内容信息可从不止一个对等端分段下载。在另一个例子中，如果一个(从其下载内容的)对等端断开，下载可由另一个对等端接管。在一个实施例中，例如服务提供商不断跟踪任何内容信息(和其部分)的下落，并且跟踪下载过程。在这些和其它例子中，内容信息“share-it”从对等网络中的对等设备最有效地下载。通过这样做，更有效地使用在服务提供商和终端用户之间的高速网络并能因而以更低的成本运行。因此，能以更低的租金或购买价格提供终端用户设备，只要终端用户同意在对等网络上的共享内容信息。还可提供激励给选择从对等网络而不从对等网络外部的另一个源挑选对等网络上可利用的内容信息的终端用户。通过对对等网络中可用的电影提出更低的观看费用，可以使这个方法更加吸引人。还可以以更高的质量或以诸如能在DVD视频盘上找到的附加特性来提供内容。服务运营商典型地而不是专有地仍将允许并负责内容查询、内容分布、连接建立和维护，内容著作权保护以及其它功能。实际上，例如服务运营商必须跟踪每个STB已经存储了什么内容信息以及可在对等网络上的对等端中共享的内容信息。对等网络可通过连接两个各自的集线器等等而扩展到附近的对等网络。注意，跟踪哪个内容信息在哪儿的任务例如可以委托给集线器或前端工作站。
带有如上所述的那样被共享的内容信息上的数据的EPG对于网络的任何用户来说都是可用的。该EPG在常规的基础上或者当在形成对等网络的对等端之间共享的内容信息改变时被更新。该网络还为数字权利管理提供创新的解决方案。在一个实施例中，加扰内容信息并保持在有条件访问管理器的控制下。EPG可包含关于内容信息的有条件访问的数据。一段特定的内容信息可以处于有条件访问管理器的控制下。为任何例如想观看内容的用户呈现一个支付预览对话屏幕。接着，用户能决定是否支付。可以例如通过联系授权管理器来远程地验证用户帐户以及许可，或者可以例如通过使用CAM(有条件访问模块)在本地验证用户帐户以及许可。该EPG还能为用户提供在对等网络之外的内容信息的数据。例如，EPG能包含关于电缆提供商的内容供给的数据。展望商业模型，由此依据已经存储在对等网络中的消费内容信息为终端用户提供折扣。
当前对等(P2P)解决方案提供低的或者不确定(视频)的内容质量，不能保证及时的内容递送，并且不具有对适当内容的适当的著作权保护。本发明的一个方面提供可升级的服务，例如对于克服这些缺陷的VOD。本发明还允许商业模型，其中能廉价并且高质量地提供VOD服务。服务的低费用还可阻止内容盗版，这通常与对等网络相关。
发明者意识到当前的媒体服务运营商(例如电缆运营商、卫星运营商)为用户提供经由广播以及通过高带宽网络的音频/视频内容的访问。它们还为消费者机顶盒(STB)定义特征和软件，包括有本地存储器(例如HDD)、高处理性能和IP通信能力。因此，对于创建具有可升级的和有效率的内容存储和路由的混合公共/专用高带宽本地网络存在着条件。根据本发明的一个方面，例如数字视频的内容优选地经由安全递送机制而被本地网络运营商(前端)接收。那么，将内容和/或其部分在本地网络内发布给多个STB，或其它允许网络的具有存储能力的设备。该内容存储在STB上并注册到由VOD提供商主持的查询服务上。该服务提供商控制内容的存储。内容提供商可加密和水印处理该内容，以便阻止未授权的访问来保证有效的著作权管理。VOD服务的用户可从由提供商主持的查询服务中选择内容项目(例如电影)。例如以常见的电子节目指南(EPG)形式提供该查询。在用户选择观看的内容后，服务根据内容的位置决定流式传输或者下载选项。因为内容和/或其部分位于不同的STB上，服务可根据当前网络通信量负载和/或路由模式来优化内容递送。例如，不同章节可从不同的STB下载到特定的STB上，以便克服网络访问(例如电缆调制解调器、卫星链接等)的非对称(下载速度比上传速度高)的特性。例如，电缆是非对称的IP环境，因为它的上载带宽低于下载带宽。下载(服务器到客户端)速度典型地为100Kb/秒以及上载(从客户端到路由器或服务器)速度大概是10kb/秒。
关于每章节的下载，参见99年11月4日由Eugene Shteyn提交的U.S.系列号为09/433,257(代理文档号为PHA 23,782)的PARTITIONING OFMP 3CONTENT FILE FOR EMULARING STREAMING。该文档涉及在服务器端被分割成一序列片断的电子文件。第一个片断在下载时播放。当第一个片断在播放时，下载并缓存第二个，使得其在播放完第一个片断时可用。当播放当前片断中的一个时，下载并缓存片断中的下一个(一些)。该分割和序列播放允许仿真文件的流式传输并在下载电子文件的同时最小化延时。
根据本发明的一个方面，使终端用户的设备成为内容递送和分布系统的一部分。在服务或内容提供商的控制下，使内容可通过查询服务访问。优选地，用户不知道并且不需要知道流式内容的源(集线器，其它终端用户)的位置。优点尤其在于，由于本地可用性，所以下载距离短，以及数据通信被限制在本地网络。因此本发明涉及允许多个终端用户接收内容信息的方法。内容信息被提供给集线器，并且使用驻留在各个终端用户上的各个设备的对等网络。众所周知，集线器是用于形成网络的设备集群的通用连接点。这些设备连接到集线器，用于在集线器的控制下分布式存储网络上的内容信息。表达方式“允许”是就指定终端用户的上传流各方，以及为终端用户得到内容信息所涉及的各方而言有关。
附图说明
下面通过例子和参考附图来解释本发明，其中：
图1是本发明中的服务区域网络的方框图。
图2和3是说明本发明中服务区域网络中的功能的方框图。
图4是用于终端用户的本地存储的混合结构的方框图。
在整个附图中，相同的参考数字表示相同或相应的特征。
具体实施方式
图1是在提供给根据本发明的数据处理系统100一个内容项目101时数据处理系统(也称之为数据网络)100的框图。内容项目101经由网络连接105从外部内容数据库102而被服务区域网络(SAN)110或111接收并利用集线器122路由，网络连接例如是卫星、互联网、电缆或物理递送服务(未示出)。网络连接105可以是各种类型(子)网络拓扑、比如菊花链拓扑、星型拓扑或环型拓扑等或者它们的组合的一部分。SAN 110的前端控制系统120选择至少一个终端用户系统130，测试连接125并利用路由器115将内容项目101或其一部分下载到系统130。优选地，主机智能动态路由算法在这个过程中被使用。系统130使用例如HDD的本地存储器135存储递送的内容。当完成内容的下载和验证后，控制系统120利用查询服务记录数据，该数据涉及该终端用户或另一个终端用户138对本地存储器135中内容的访问。或者，内容101经由终端用户系统上的源、例如DVD播放器180而被SAN 110获得。在这种情况下，软件部件131与数字权利管理(DRM)服务160通信，以保证恰当的保护。如果内容被授权用于分布，软件部件131在本地存储器135上存储DVD的内容并更新查询服务150。如果需要，服务160可从外部资源(未示出)获得恰当的分布授权。以类似的方式，DVD的内容可用于在SAN 110中进一步分布到其它终端用户系统、例如系统138。
本发明和已知的内容信息处理系统、比如Napster服务之间的主要不同是用户不控制存储在本地存储器135上和从例如数据库102接收的内容。用户不能移动、删除或修改本地存储器135的内容，从而不破坏系统130的完整性。在本例中本地存储器135是SAN 110的本地内容分布系统的固有的部分，以便使通过SAN 110上的分布式存储的内容递送服务成为可能。在另一个方面，存储在本地存储器135上的内容的质量由系统100保证，因为它使用授权的资源、比如数据库102，并在传输期间和之后验证内容。
图2是说明当终端用户找到并选择用于播放的内容时所涉及的一些功能的本发明的框图。用户界面软件部件237允许用户访问查询服务150。查询服务的内容可经由检索、浏览、询问、EPG(电子节目指南)或其它类型的交互，利用例如系统130的显示监视器239来呈现。优选地，系统100利用用户访问历史，例如配置文件261来预先选择或推荐SAN 110上可用的内容。该配置文件或其部分能存储在例如终端用户设备130和/或用户配置文件数据库260上。前端控制系统120还可根据当前和/或预测的SAN 110上的通信量来决定SAN 110上特定内容可用的时隙。优选地，首先提供/发起具有最短预测递送路径的内容项目。例如，可首先提供已经完全或部分存储在存储器135上或相邻系统138上的电影。
图3是说明当系统130的终端用户选择用于直接或预定播放的内容项目时系统100的被调用的其它功能的框图。软件部件338与查询服务150交互以获得关于所选择的内容项目或其部分的网络位置的信息。假设该内容项目的一部分位于SAN 110内的终端用户系统330的本地存储器334上。查询服务150将该信息提供给软件部件338，后者接着开始经由交换机/路由器1150从终端用户系统330下载该内容部分。数字权利管理(DRM)服务160能用于管理对该内容、即相对于终端用户系统来说远程的服务的有条件访问权利，该服务远程地位于终端用户系统。本地CAM(有条件访问模块)340至少能临时被授予在本地管理DRM服务160(可能代表DRM服务160或另一个未示出的DRM服务)的权利。优选地，在该过程中使用路由器智能动态路由算法。如果内容上载/下载比率对于播放来说不足，控制系统120能够命令软件338从至少一个可选的源、在这里是终端用户系统390的本地存储器392获得部分所请求内容。优选地，软件338能够利用已经在本地存储器135上可得的内容来掩盖内容下载延时。在这种环境中，查看上面提到的比如U.S.系列号为09/433,257(代理人文档号为23,782)的文献。控制系统120还能够在例如路由器315的最靠近系统330的网络位置处修改上载/下载带宽比率。下载到本地存储器的内容可利用查询服务150进行记录，用于今后到SAN 110中其它终端用户的分布。
图4是说明本地存储器135的混合结构的框图。本地存储器135包括在服务提供商或内容提供商控制下的部分436，其目的是为了例如利用上述的终端用户装备来建立分布式内容存储器。部分436的一部分是内容450。优选地，提供本地存储器135的装备的用户甚至察觉不到本地存储在部分436中的内容450。本地存储器还包括在用户的控制下并且不需要暴露给服务的部分438。优选地，如果用户已经访问了两个部分中的内容，那么两者都表示在集成的用户接口440中。在这种环境下，参见00年5月11日由Eugene Shteyn和Rudy Roth提交的U.S.系列号为09/568,932(代理人文档号为US 000106)的ELECTRONIC CONTENTGUIDE RENDERS CONTENT RESOURCES FRANSPARENT，在此引用作为参考。该文档涉及家庭网络中的数据管理系统。该系统收集描述网络中各种资源上可用的内容信息的数据，包括电子节目指南(EPG)。该数据被合并到单个菜单中，以允许用户从内容选择而不考虑资源。
还结合下面的文档在此作为参考：
-99年4月1日由Eugene Shteyn提交的U.S.系列号为09/283,545(代理人文档号为PHA 23,633)的TIME-AND LOCATION-DRIVEN PERSONAIZED TV。该文档涉及允许用户访问内容信息(例如视频、音频)的方法。该方法允许用户从例如涉及广播或组播服务的电子节目指南中选择内容信息。当被广播和组播时记录所选择的内容信息。该方法允许事先从多个地理上不同的位置中选择至少一个特定的位置，在这些不同的位置上所记录的、所选择的内容信息将可用于播放。优选地，用户还被允许指定一个时间帧，用于使所记录的内容信息在特定位置上可用于播放。该内容信息可记录在第一记录系统(例如在服务器)上，随后在数据网上、例如在互联网或比如AOL的专用网络上将记录的、选择的内容信息从第一记录系统流式传输到由用户指定的位置。如果指定位置具有第二记录系统，流式传输使用低带宽协议，以便在第二记录系统记录的同时保持互联网带宽的低使用率。响应用户的选择，用户事前指定用于播放响应用户的选择而预先记录的特定广播或组播节目的位置。用户使内容对于他或她在该位置可用。例如，用户可指定他或她将在特定的时间期间例如在亲戚的家里、在特定的旅店里、在特定航线上的特殊航班上、在特定的酒吧、特殊的餐厅等等，并且请求将内容记录在这个位置上。这要求这些其它位置被集成到上述服务的基础结构中。
-99年9月27日由Raoul Mallart提交的U.S.系列号为09/406,642(代理人文档号为PHA 23,768)的SCALABLE SYSTEM FORVIDEO-ON-DEMAND。该文档涉及在NVOD(邻近视频点播)体系结构中仿真的VOD服务。内容信息对于NVOD体系结构中的终端用户可用。内容信息的介绍部分例如通过整夜地下载被存储在终端用户的装备上。在允许的终端用户播放介绍部分期间，在终端用户的装备上缓存NVOD体系结构中提供的内容信息。控制该装备以从播放所存储的介绍部分切换到播放缓存的内容信息。
-00年3月8日由Geert Bruynsteen提交的U.S.系列号为09/521,051(代理人文档号为US 000052)的BUSINESS MODEL FORLEASING STORAGE SPACE ON A DIGITAL RECORDER。本文档涉及经由数据网络调整在CE设备上的固定HDD的存储空间的可用量。消费者可经由远程地控制HDD的设置的第三方服务来升级设备。
-在这里引用99年8月16日由Chanda Dharap提交的U.S.系列号为09/374,694(代理人文档号为PHA 23,737)的SEMANTIC CACHING作为参考。该文档涉及根据语义类型高速缓存电子内容信息。利用用于不同的语义类型的不同缓存方法，为每种语义类型定制高速缓存管理策略。可期望语义类型包含动态信息、比如新闻和天气，这些语义类型使用有效的高速缓存方法，其中根据信息处于高速缓存存储器中的持续时间来选择高速缓存存储器中的内容信息以用于替换。相反，可期望语义类型包含静态内容信息、比如内容丰富的信息，这些语义类型使用较保守的高速缓存策略、比如LRU(最近使用)和LFU(最少使用)，该策略基本上与信息保持在高速缓存存储器中的持续时间无关。另外，一些语义类型、比如通信的电子邮件消息、新闻组消息等等可使用结合多个策略的高速缓存方法，其中内容信息从一个有效的具有动态高速缓存策略的高速缓存前进到较为静态的具有提高的非动态高速缓存策略的高速缓存。语义内容类型和与该类型有关的高速缓存方法之间的关系可事先决定，或者可直接由用户决定，或者至少可部分地基于用户历史和与内容信息的用户交互的配置。
-01年3月8日由Eugene Shteyn提交的U.S.系列号为09/802,618(代理人文档号为US 018028)的ACTIVITY SCHEDULECONTROLS PERSONALIZED ELECTRONIC CONTENT GUIDE。本文档涉及根据在用户的电子日历中安排的活动和用户的配置文件和提出的兴趣来决定用于播放的电子内容信息和时隙。在这种方式中，根据用户的生活方式自动地记录和下载内容。
-由Eugene Shteyn提交的U.S.系列号为09/844,570(代理人文档号为US 018052)的DISTRIBUTED STORAGE ON A P2P NETWORKARCHITECHURE。

Claims (9)

1.用于在第二消费者电子CE设备(130)上处理内容信息的方法，该方法包括：
-接收授权，用于由所述第二CE设备(130)处理存储在第一CE设备(330)上的至少一部分内容信息(450)，所述第一CE设备(330)经由各个CE设备(130，330)的对等网络(110)与所述第二CE设备(130)连接，
-其中，从对于所述第二CE设备(130)来说在远程的授权管理器(160)获得授权；或者从对于所述第二CE设备(130)来说在本地的有条件访问模块(340)获得授权。
2.如权利要求1所述的方法，其中处理至少一部分内容信息(450)包括下面步骤的至少其中之一：
-在所述第二CE设备(130)上接收来自所述第一CE设备(330)的内容信息(450)；
-在所述第二CE设备(130)上存储内容信息(450)；和
-播放来自所述第二CE设备(130)的内容信息(450)。
3.如权利要求1所述方法，其中所述网络(110)包括至少一个集线器(122)。
4.如权利要求1所述方法，其中内容信息始发于媒体服务运营商MSO。
5.一种第二消费者电子CE设备(130)，在第二CE设备(130)上处理内容信息的方法中使用，所述方法包括：
-接收授权，用于由第二CE设备(130)处理存储在第一CE设备(330)上的至少一部分内容信息，所述第一CE设备(330)经由各个CE设备(130，330)的对等网络(110)与所述第二CE设备(130)连接；和
其中第二CE设备(130)包括：
-用于接收授权请求和验证授权的有条件访问模块(340)；
-存储在有条件访问管理器的控制下的内容信息的存储单元(135)；
-接收一个授权以处理内容信息的装置，所述授权是从对于所述第二CE设备(130)来说在远程的授权管理器(160)获得、或者从所述有条件访问模块(340)获得；和
-接收来自经由各个CE设备(130，330)的对等网络(110)与所述第二CE设备连接的第一CE设备的内容信息的装置。
6.如权利要求5的第二CE设备，其中所述存储单元(135)存储有关于该第二CE设备可用的第一内容信息的电子节目指南EPG，所述EPG包括：
-关于所述第一内容信息的第一数据，所述第一内容信息是存储在第一CE设备(330)上的。
7.如权利要求6所述的第二CE设备，其中该EPG还包括：
-关于第二内容信息的第二数据，所述第二内容信息处于对等网络外面。
8.如权利要求6所述的第二CE设备，其中第一内容信息改变时更新所述第一数据，所述第一内容信息对于第二CE设备是可用的，并且存储在第一CE设备上。
9.如权利要求6所述的第二CE设备，其中所述第一数据包括关于有条件访问的数据。
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