一種適用於全ip寬帶移動網的p2p系統及內容共享方法
2023-05-23 11:36:16
專利名稱：一種適用於全ip寬帶移動網的p2p系統及內容共享方法
技術領域：
本發明涉及移動數據通信領域，尤其涉及適用於多接入方式和多網絡融合下的全 IP寬帶移動網的P2P系統及內容共享方法。
背景技術：
P2P(對等點到對等點)網絡成為近年來最熱門的應用。P2P充分利用了網絡邊緣 的資源，將原本在集中伺服器完成的任務分散到用戶側來完成，從而可以降低成本。基於 P2P的業務為大規模用戶提供較好質量的應用，降低了運營商的投入與維護費用，為運營商 提高了市場競爭力。P2P網絡的關鍵是提供用戶資源的存儲、定位與查找鍵功能，基於P2P 的這些核心功能可以開展語音通信，流媒體視頻和在線遊戲等多種應用服務，為用戶提供 豐富多樣的業務體驗，因此，以BT和eMule為代表的下載工具已經成為典型的資源共享軟 件，Skype因其良好的通話質量和低廉的通話費用已經成為全球用戶使用者最多的網絡語 音通信軟體，PPlive等視頻觀看軟體已經成為大多數人上網觀看視頻的主要工具。
隨著行動網路的發展和P2P網絡的成熟，P2P技術與行動網路融合已經成為趨勢。 目前3G已經正式投入運營，行動網路正在向全IP寬帶行動網路的方向發展。為了滿足人 們數據業務的需求，3GPP在R5中提出了 IMS(IP多媒體子系統)的概念，實現了業務與控制 分離和接入與控制分離，為業務提供商提供了良好的開發平臺。隨著接入技術的不斷發展， 3GPP為提高在未來十年之內的競爭力，又提出了接入核心網絡的SAE (系統演進計劃)，其 目的是增強越來越豐富的IP數據業務的處理能力和支持多種接入方式(2G/3G、LTE、WiFi、 WiMAX、WLAN)之間的互通能力，移動用戶根據需要可以選擇不同的接入方式，體驗高速數據 傳輸帶來的樂趣。所以，目前業界普遍認為未來全IP寬帶行動網路必將是以MS為控制核 心網絡和SAE為接入核心網絡的系統架構。 但是，全IP寬帶行動網路層次化的結構與P2P的扁平化的結構形成了鮮明的對 比，在網際網路中，對等節點直接相連，高效的搜索和交互資源；而行動網路是基於層次的結 構，不能直接利用網際網路中現在的技術。
發明內容
本發明提供了一種適用於全IP寬帶移動網的P2P系統及內容共享方法，目的在於 將P2P技術引入全IP寬帶行動網路。 本發明所指的P2P系統適用於全IP寬帶行動網路，基於3GPP提出的接入核心網 絡SAE構建P2P覆蓋網絡，採用3GPP提出的MS控制業務。基於SAE的P2P系統可以分為 網絡實體和網絡架構兩個部分。 全IP寬帶行動網路的P2P系統借鑑網際網路中的P2P的混合式系統，因此網絡架構 由Super Node、 Client等功能實體組成。其中Super Node有固定網絡和行動網路兩個部 分，固定網絡中的Super Node是網際網路中的處理能力強的終端節點，行動網路中的Super Node則是通過在SAE中的分組數據網關P-GW中增加相應的功能模塊來實現；移動Client
3是所有能夠通過SAE接入全IP寬帶行動網路的終端，滿足了各種接入方式的終端互聯互通 的需求。 網絡架構採用二維覆蓋網絡架構，在所有的Super Node之間組成DHT (分布式哈 希表)的結構化覆蓋網絡，該網絡採用DHT結構化的搜索算法；同時鄰居Super Node之間 進行信息交流形成規模有限的Flooding簇，形成第二維覆蓋網絡，在Flooding簇內查找資 源採用洪泛搜索算法。 在全IP寬帶行動網路的P2P系統中採用3GPP提出的IMS作為控制核心網絡，為 移動用戶提供服務質量保證，為運營商提供計費等功能，同時業務提供商可以根據P2P覆 蓋網絡提供的信息開發相應的服務。 下面基於本發明所提出的全IP寬帶行動網路中的P2P 二維覆蓋網絡架構公開一 種內容共享的方法，內容共享分發方法包括 a.共享內容的發布Client向Super Node發布自己的共享索引信息。SuperNode 根據算法將索引信息存儲在相應的覆蓋網絡。 b.共享內容的搜索Client向Super Node發送自己的共享內容需求，SuperNode 根據共享內容搜索算法在相應的P2P覆蓋網絡搜索資源，並將搜索到的共享內容列表返回 給Client。 c.共享內容的下載Client向Super Node發出請求，MS根據Super Node上傳
的信息進行下載的發起、控制和結束。在數據的傳輸過程中，分組數據網關會根據應用服務
器的策略記錄相應的數據，IMS根據分組數據網關記錄的數據進行控制。 因此，通過對本發明系統及方法的設計和實施，使移動用戶能夠得到豐富的多媒
體資源和多樣應用業務，運營商能夠採用靈活的QoS機制為用戶保證服務質量，同時採用
靈活的計費方式合理地增加效益，業務提供商可以基於統一的P2P平臺開發新的業務。
圖1為本發明實施例中的基於SAE的P2P系統實體圖；
圖2為本發明實施例中的二維的P2P覆蓋網絡結構圖；
圖3為本發明實施例中的移動用戶共享內容發布的流程圖；
圖4為本發明實施例中的移動用戶共享搜索的流程圖；
圖5為本發明實施例中的移動用戶共享下載的流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明所述的系統及方法分別進行詳細說明。 全IP寬帶行動網路的P2P系統的實施例本發明的提供了適用於移動用戶的多種 接入方式的全IP寬帶行動網路P2P體系結構。下面以圖1為例，詳細說明全IP寬帶移動 網中P2P的二維覆蓋網絡架構的實體選擇與功能。 參見圖1所示，架構中的實體包括RAN(無線接入網)、ERAN(演進的無線接入 網)、N0N-3GPP (非3GPP接入)、SGSN(GPRS服務支持節點)、匪E (移動性管理實體)、SAE Servering GW(SAE服務網關)、PCRF (策略控制與計費功能)，以及MS網絡。
為了在SAE的層次化的結構下布置P2P覆蓋網絡，將SAE PDN GW(SAE分組數據網關)增加DSS(分布式用戶伺服器)使其成為EP-GW(增強型分組數據網關)，其中，DSS用 於記錄包括發布在二維覆蓋網絡的資源索引信息等。EP-GW就是行動網路中的Super Node。 EP-GW支持行動網路中的多種接入方式，包括2G/3G、LTE和WLAN等，利用EP-GW中的移動錨 點實現不同接入方式之間的切換；EP-GW在PCRF下載PCC(策略計費控制)執行計費和其它 策略，根據移動用戶的等級和業務的種類來劃分不同的QoS保證和靈活的計費方式；EP-GW 向上為MS提供其記錄的數據，IMS會根據收到的數據進行相應的控制。同時，EP-GW的還 維護著覆蓋網絡，用戶的內容相關信息無論存儲在本地，還是存儲在DHT結構化網絡中都 將由DSS管理，具體的方法將在覆蓋網絡中說明。 全IP寬帶行動網路的移動Client是通過SAE接入的所有的移動終端，這些移動 終端在EP-GW得到IP位址和埠號。Client具有發布、搜索資源信息和提供下載資源的能 力。全IP寬帶行動網路中採用不同接入方式連接到行動網路的用戶終端在傳輸帶寬和處 理能力上有很大的差別，因此不同接入方式的移動用戶根據PCRF採用不同的業務能力權 限與計費方式，例如採用GPRS方式接入的用戶採用較低的資費和限制資源上傳能力的方 式等。 固定網際網路中根據混合結構的規模，在一定的範圍內根據算法選取一個能力強的 節點作為Super Node，其它的節點作為Client。在傳輸帶寬和處理能力方面，固定網絡中 的Client相對於行動網路中的Client都具有較強的能力，因此，固定網絡中的Client都 具有發布、搜索、下載和提供共享資源的能力。固定網絡中的Client下載資源時可優先在 固定網絡中下載，若下載移動用戶有資源則採用註冊IMS協商好的計費策略。
移動和固定網絡中的Super Node組成二維P2P覆蓋網絡，如圖2所示。DHT結構化 的網絡可以在有限的步驟內準確的搜索到資源，但是該結構是一種先應式的結構，在該覆 蓋網絡中必須有相應的資源信息，並且通過DHT結構化算法維護這些索引，行動網路終端 頻繁加入與退出的特點會造成維護DHT結構化網絡的開銷過大，因此，在所有Super Node 組成一個結構化的DHT覆蓋網絡中並不存儲流行的資源，該覆蓋網絡用於存儲整個網絡中 非流行的資源索引信息，存儲於DSS的DHT中，搜索數量非流行的資源時在DHT覆蓋網絡採 用DHT結構化的算法進行資源的搜索。流行文件採用Flooding算法可以達到較好的搜索效 果，因此流行的資源並不會發布到DHT結構化的覆蓋網絡，而是將資源的索引信息保存在 DSS的本地列表中， 一定數量的鄰居Super Node會組成一個Flooding簇，因此就形成了以 鄰居Super Node為成員的簇，在簇內的資源搜索採用Flooding的搜索方法。Super Node根 據資源的流行程度將資源信息發布到不同的覆蓋網絡，搜索資源在相應的覆蓋網絡搜索相 應的資源，採用這樣的結構會提高搜索能力，改善搜索效果。EP-GW中的DSS首先收集本地 CIient發布的資源信息存儲在DSS的本地列表內，然後通過一定的算法在Flooding簇內與 其它Super Node進行通信，收集整理和交互整個簇內的資源的信息，最後由Super Node來 決定是否發布到DHT結構化的覆蓋網絡中。 基於全IP寬帶行動網路的P2P內容共享方法的實施例，由於固定網絡中有豐富的 資源，下載資源多在固定網絡中進行。因此，移動用戶下載共享內容是本專利的重點，下面 對共享內容的發布、搜索與下載做詳細的說明
如圖3所示，是共享內容發布的流程圖。 步驟(1) (4):用戶開機，得到IP與埠號，向MS提供移動Client的信息，
5生成相應的業務控制策略；(步驟1 4的協議英文術語為1. Power on ;2. PS-Attchment ; 3.Establish PDP content ;4.IMS Registrarion) 步驟(5):用戶發布共享內容的索引信息，該信息包括用戶的業務ID、用戶的IP、 用戶的組ID、共享內容信息的關鍵字，共享內容的類別信息，網絡狀態信息等內容；(步驟5 的協議英文術語為5. publish) 步驟(6) (7):由於用戶首次發布共享內容信息，EP-GW並沒有執行相應業務的 策略，因此EP-GW請求從PCRF獲取PCC下載該用戶所有的業務處理的策略，PCRF響應EP-GW 的請求；(步驟6 7的協議英文術語為6. PCCRequest ;7. PCC Answer)
步驟(8) (10) :EP-GW根據收集到的索引信息採用混合式搜索算法來決定是 否在DHT結構化覆蓋網絡中發布索引信息，若共享內容採用DHT結構化算法，那麼利用結 構化P2P協議對共享內容進行結構化的存儲，Super Node向Client發出共享內容發布響 應；(步驟8 10的協議英文術語為8. Metedat即rocess ;9. Publication of metedata information between P2P nodes using P2Pprotoco1 ;10. OK) 步驟(11)_(15):流程與上面類似，只是少了 EP-GW與PCRF通信的流程，原因在 於EP-GW第一次通信時已經下載了所有業務的處理策略，不必要再重複下載。(步驟ll 15的協議英文術語為11. Resource is modified ;12. publish ;13. Metedata process;
14. Publication of metedata information betweenP2P nodes using P2P protocol;
15. OK) 如圖4所示，是共享內容搜索的流程。 步驟(16):移動用戶在P2P覆蓋網絡查找自己感興趣的共享內容的信息；(步驟 16的協議英文術語為16. Subscribe) 步驟(17) :EP-GW根據所要搜索的文件的流行度決定採用相應的搜索方法得到 移動用戶感興趣共享內容的結果；(步驟17的協議英文術語為17. Searchof metedata information between P2P nodes using P2P protocol or Flooding) 步驟(18):將用戶請求的共享內容的索引列表傳遞給用戶，用戶用來決定是否進 行下載。(步驟18的協議英文術語為18. OK)
如圖5所示，共享內容下載的流程。 步驟(19):在用戶得到了共享內容所在用戶的地址與埠後就請求發送給IMS， 由應IMS進行共享內容過程的控制，這樣運營商可以達到控制QoS和計費等目的；(步驟19 的協議英文術語為19. Invite) 步驟(20) (23):移動終端通過IMS向擁有共享內容的用戶發起請求，擁有共享 內容的用戶響應請求;(步驟20 23的協議英文術語為20. Invite ;21. Invite ;23. OK)
步驟(24) (25):雙方進行數據傳輸，在數據傳輸的過程中EP-GW根據從PCRF下 載的PCC對用戶進行基於業務和流量等多種方式的進行計費，同時，根據用戶的等級與業 務的類型保證用戶擁有不同等級的QoS。 EP-GW定期的將信息上傳到IMS, MS根據收到的 信息調整PCC ;(步驟24 25的協議英文術語為24. Data transfer ;25. R印ort)
步驟(26) (31):經過握手確認數據傳輸結束，分組數據網關向MS報告最終的 傳輸信息，包括計費信息，QoS信息等。(步驟26 31的協議英文術語為26. Data transfer over ;27. Bye ;28. Bye ;29. OK ;30. OK ;31. R印ort)。
另外，固定網絡中Client發布信息的步驟與行動網路中所述類似，只是少了分組 域附著的步驟，在此不再贅述。如果固定網絡中的Client用到了行動網路的資源，那麼就 採用固定Client在IMS註冊時的計費策略，然後PCRF來執行；多數情況固定用戶下載固定 網絡的資源，與現有技術相同，不用採用任何的計費方式。 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種適用於全IP寬帶移動網的P2P系統，其特徵在於，由固網和移動網中的超級節點Super Node，以及與Super Node連接的客戶端Client組成；其中，移動網中的Super Node由分組數據網關P-GW和分布式用戶伺服器DSS組成；系統中包含的Super Node形成二維覆蓋網絡第一維覆蓋網絡為所有的Super Node之間組成分布式哈希表DHT的結構化覆蓋網絡；同時，第二維覆蓋網絡為相鄰Super Node之間進行信息交流形成的Flooding簇。
2. 如權利要求1所述的P2P系統，其特徵在於，所述第一維覆蓋網中共享內容搜索算法 採用DHT結構化的搜索算法；第二維覆蓋網絡中共享內容搜索算法採用洪泛搜索算法。
3. 如權利要求1所述的P2P系統，其特徵在於，所述移動網中的Super Node支持移動 網絡中的各種接入方式；移動Client為通過各種接入方式經由演進網SAE能夠接入全IP 寬帶行動網路的終端。
4. 如權利要求3所述的P2P系統，其特徵在於，所述移動網中的Super Node基於移動 Client的接入方式，根據策略計費控制PCC採用不同的業務能力權限與計費方式。
5. 如權利要求1所述的P2P系統，其特徵在於，發布資源信息的邏輯為移動網Super Node中的DSS收集本地移動Client發布的資源信息並存儲在本地列表內，之後該Super Node收集整理和交互簇內的資源信息，最後由該SuperNode決定是否發布到結構化DHT覆 蓋網絡中。
6. —種內容共享的方法，其特徵在於，包括下列步驟共享內容發布的步驟Super Node將Client發布的共享索引信息根據其流行度大小 存儲在相應的覆蓋網絡；共享內容搜索的步驟Super Node根據Client發送的共享內容需求，以共享內容搜索 算法在相應的覆蓋網絡中搜索資源，並將搜索到的共享內容列表返回給Client ;共享內容下載的步驟Client從所述共享內容列表中選擇待下載內容，並由Super Node執行下載的策略，IMS進行控制。
7. 如權利要求6所述內容共享的方法，其特徵在於，共享內容發布的步驟中，發布共享 索引信息的邏輯為移動網Super Node中的DSS收集本地移動Client發布的資源信息並存 儲在本地列表內，之後該Super Node在Flooding簇內與其它相鄰Super Node進行通信，收 集整理和交互簇內的資源信息，最後由該Super Node決定是否發布到結構化DHT網絡中。
8. 如權利要求6所述內容共享的方法，其特徵在於，共享內容搜索的步驟中，在第一維 覆蓋網中搜索共享內容採用DHT結構化的搜索算法；在第二維覆蓋網絡中搜索共享內容採 用洪泛搜索算法。
9. 如權利要求6所述內容共享的方法，其特徵在於，共享內容下載的步驟中所述控制 下載包括移動網Super Node與IMS交互，經由IMS控制下載的發起、控制和結束； 以及移動網Super Node基於移動Client的接入方式，根據PCC採用不同的業務能力 權限與計費方式。
全文摘要
本發明公開了一種適用於全IP寬帶移動網的P2P系統及內容共享方法，涉及移動數據通信領域，目的在於將P2P技術引入全IP寬帶行動網路。系統由Super Node，以及與Super Node連接的Client組成；行動網路中的Super Node由P-GW和DSS組成；系統中包含的移動和固定的Super Node形成二維覆蓋網絡第一維覆蓋網絡為所有的Super Node之間組成DHT的結構化覆蓋網絡；同時，第二維覆蓋網絡為相鄰Super Node之間進行信息交流形成的Flooding簇。方法包括共享內容發布的步驟；共享內容搜索的步驟；共享內容下載的步驟。
文檔編號H04L29/08GK101753623SQ20091026031
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者俞定玖, 劉彩霞, 朱可雲, 楊森, 柏溢, 湯紅波, 王曉雷, 許明豔, 趙宇, 郭素霞 申請人:中國人民解放軍信息工程大學