一種優化域間流量的重疊網絡構建方法
2024-03-05 01:10:15
一種優化域間流量的重疊網絡構建方法
【專利摘要】P2P直播應用會產生大量跨自治域的網絡流量，本發明公開一種P2P直播系統的重疊網絡構建方法，針對域間流量進行優化，同時保證直播視頻的播放質量。方法包括：第一，根據自治域之間的物理鏈路延遲及每個自治域需要建立的輸入域間連接數，確定重疊網絡中各自治域之間的互連關係；第二，根據每個自治域需要建立的域間連接數目和域內的用戶數目，確定每個自治域數據傳輸的骨幹節點和核心節點；第三，在各自治域的核心節點之間建立實際的單向域間連接，用於不同自治域之間的數據單向傳輸；第四，在各自治域內部建立核心節點、骨幹節點、普通節點之間的雙向域內連接，用於自治域內部的數據雙向傳輸。
【專利說明】一種優化域間流量的重疊網絡構建方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於網際網路視頻應用領域，特別涉及一種用於P2P直播系統的重疊網絡構 建方法。
【背景技術】
[0002] 隨著P2P直播系統在網際網路上廣泛部署，P2P直播應用給網際網路的骨幹鏈路帶來 了巨大的流量壓力，特別是跨自治域的網絡流量導致網際網路服務提供商昂貴的帶寬開銷。 宄其原因是P2P直播系統是運行在網際網路應用層上，系統中位於不同自治域的用戶節點通 過隨機選擇鄰居節點，建立數據傳輸連接。因此，目前的P2P直播系統採用的重疊網絡構 建方法會產生大量跨自治域的連接及流量。如圖1所示，自治域ASO、AS1和AS2之間的域 間連接是隨機建立的，域間連接的數量不可控制。優化域間流量最直接的方法是將數據傳 輸儘可能限制在自治域內部，減少域間數據傳輸，即用戶節點應該儘可能選擇位於同一自 治域內的用戶節點作為鄰居節點，僅保留必要的跨域連接，用於自治域之間的數據傳輸。但 是完全的本地化方案會使系統變得脆弱，從而影響直播視頻的播放質量，如圖2所示，如果 AS0和AS1的域間連接發生擁塞，出現數據包丟失的情況，後續自治域AS1的所有用戶節點 都可能受到影響，即使採用重傳機制也會使數據包遞交到自治域AS1中用戶節點的延遲大 幅上升，從而影響視頻的播放質量。
[0003] -個良好的折中方法是控制域間連接的數目，使域間連接具有一定冗餘，如圖3 所示，自治域AS2有2條數據傳輸的域間連接，因此可以分別從自治域AS0和AS1獲取數據， 即使AS0到AS2的域間數據傳輸連接發生擁塞，AS2的用戶節點還可以通過另一條域間連 接從AS1獲取數據。另一方面，如果從數據源端到接收者的數據傳輸路徑所經過的自治域 太多，即數據包傳輸路徑包含的域間連接太多，會嚴重影響數據遞交延遲，導致視頻播放質 量下降。本發明提供一種P2P直播系統的重疊網絡構建方法，用於建立視頻伺服器和用戶 節點之間、以及用戶節點相互之間的數據傳輸連接。該方法通過控制系統用戶建立的跨自 治域的連接數量，達到優化域間流量的目的；通過限制數據包遞交到每個用戶節點的傳輸 路徑所經過的最大自治域數量，優化數據包遞交延遲，從而保證直播視頻的播放質量。本發 明只涉及P2P直播系統中節點之間數據傳輸連接的建立方法，不包含數據包的調度和重傳 機制。在開發實際的P2P直播系統時，本發明提供的重疊網絡構建方法需要與數據包調度 和重傳機制配合使用。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於控制P2P直播系統產生的跨自治域的網絡流量，同時保證直播 視頻的播放質量。為實現上述發明目的，本發明提出一種優化域間流量的重疊網絡構建方 法，其特徵在於，重疊網絡中跨自治域的數據傳輸是由域間連接承擔，域間連接是單方向 的，只能由域間連接的發送節點向域間連接的接收節點傳輸數據；每個自治域根據需要維 護若干條輸入域間連接用於從其他自治域獲取數據，同時維護若干條輸出域間連接用於向 其他自治域提供數據；重疊網絡中總的域間連接數是可控的，且能保證從視頻伺服器到每 個用戶節點的數據傳輸路徑所經過的自治域個數是受限制的。
[0005] 本發明提出的一種優化域間流量的重疊網絡構建方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、根據自治域之間的物理鏈路延遲，計算重疊網絡中需要建立的域間連接， 得到自治域互連關係矩陣，用Link_AS表示，其中視頻伺服器所在的自治域為A4，如果Li，j 設置為n表示自治域i需要建立n條指向自治域j的域間數據傳輸連接，Lu的初始值設置 為0,NAS表示重疊網絡中所包含的自治域個數，域間連接的具體計算方法如下：
【權利要求】
1. 一種優化域間流量的重疊網絡構建方法，其特徵在於，包括以下步驟： 步驟1、根據自治域之間的物理鏈路延遲，計算重疊網絡中需要建立的域間連接，得到 自治域互連關係矩陣Link_AS，其中視頻伺服器所在的自治域為AStl，如果Li,j為n表示自治 域i需要建立n條指向自治域j的域間數據傳輸連接，Lu的初始值設置為0,NAS表示重疊 網絡中所包含的自治域個數；
步驟2、根據每個自治域需要建立的域間連接數目和域內部的用戶數目，確定每個自治 域數據傳輸的骨幹節點和核心節點，其中核心節點用於建立不同自治域之間的域間連接， 骨幹節點用於在自治域內部的數據中繼，每個自治域選擇的骨幹節點的個數由該自治域需 要建立的輸入域間連接數、輸出域間連接數、自治域內的用戶節點數、以及用戶節點上傳帶 寬等因素綜合決定，核心節點從骨幹節點中選擇，核心節點數由該自治域的輸入域間連接 數決定； 步驟3、根據自治域互連關係矩陣，在各自治域的核心節點之間建立跨自治域的域間 連接，用於不同自治域之間的數據單向傳輸，域間連接在傳輸數據包時是單向的，只能由數 據提供節點發送數據包給數據接收節點，但是數據收發雙方可利用域間連接交換數據包請 求、應答、數據包緩存情況等控制信息； 步驟4、在每個自治域內部各節點之間建立雙向域內連接，包括核心節點之間的連接， 骨幹節點之間的連接，普通節點之間的連接，以及核心節點、骨幹節點、普通節點之間的連 接，域內連接允許節點之間雙向傳輸數據包以及雙向交互控制消息。
2. 根據權利要求1所述的一種優化域間流量的重疊網絡構建方法，其特徵在於，步驟1 所述的計算重疊網絡中需要建立的域間連接的方法為： 1. 1)、確定每個自治域需要建立的提供數據輸入的輸入域間連接的數目，記為IN(ASi)(i= 1，2…，Nas-I)，該數目根據當前重疊網絡中包含的自治域個數以及每個自治域所包含 的用戶數進行設置，所述輸入域間連接是指從自治域i到自治域j的域間連接，該連接對於 自治域i是輸出域間連接，對於自治域j是輸入域間連接； 1. 2)、根據每個自治域需要建立的輸入域間連接數目IN(ASi)，確定每個自治域需要建 立的域間連接，即確定需要與自治域ASiQ= 1，2…，Nas-I)建立輸入域間連接的輸入域集 合，具體方法為： 1. 2. 1)、根據自治域之間的物理鏈路延遲，計算從視頻伺服器所在的源自治域AStl到每 個其他自治域經過〇、l、2-M個自治域的可達路徑，M是根據當前自治域個數設定的用於控 制域間路徑長度的閾值，即從源自治域AStl到其他自治域ASi(i= 1，2…，Nas-I)的所有可 達路徑的域間路徑長度均小於等於M，所述從源自治域ASgIj自治域ASi的域間路徑長度是 指該路徑除源自治域和目的自治域外，所經過的自治域個數，每個自治域的可達路徑集合 記為（PATH(ASi)}(i= 1，2...，Nas-I); 1. 2. 2)、計算（PATH(ASi)}中每條可達路徑的域間鏈路總延遲，選擇域間鏈路總延遲最 小的可達路徑，記為AStl―…一ASs-ASi，根據該路徑確定自治域ASi需要建立的1條輸入 域間連接為ASs-ASi，將Link_AS矩陣中Ly的值自加1，同時將ASs加入到AS^勺輸入域 集合{IN_AS}中，並從ASi的可達路徑集合中將包含域間鏈路ASs^ASi的所有可達路徑刪 除； 1. 2. 3)、判斷自治域ASi目前確定的輸入域間連接數是否達到需要建立的輸入域間連 接數目IN(ASi)，如果達到，則執行步驟1. 2. 5 ;如果沒有達到需要建立的輸入域間連接數， 則執行步驟1. 2. 4 ; 1. 2. 4)、從剩餘可達路徑集合中選擇域間鏈路總延遲最短的可達路徑，記為AStl-… -ASm-ASi，如果該路徑的域間鏈路總延遲超過設置的允許的最大延遲，則從已經確定的 ASi的輸入域集合{IN_AS}中隨機選擇自治域ASj (ASjG{IN_AS})建立新的輸入域間連接， 同時將Link_AS矩陣中Ly的值自加1 ;如果最短可達路徑的域間鏈路總延遲在允許範圍 內，則根據最短路徑確定自治域ASi需要建立的新的輸入域間連接為ASm-ASi，將Link_AS 矩陣中Lm，i的值自加I，將ASm加入到ASi的輸入域集合中，並從ASi的可達路徑集合中將包 含域間鏈路ASm-ASi的所有可達路徑刪除，然後返回步驟1. 2. 3重複執行，繼續確定新的 輸入域間連接； 1. 2. 5)、判斷所有自治域（源自治域除外）的輸入域間連接是否都已確定，如果仍有自 治域的輸入域間連接還沒全部確定，則返回步驟1. 2. 1，重複執行，直到為所有自治域確定 其全部輸入域間連接為止，最終得到表示自治域互連關係的矩陣Link_AS。
3.根據權利要求1所述的一種優化域間流量的重疊網絡構建方法，其特徵在於，步驟3 所述的在各自治域的核心節點之間建立跨自治域的域間連接的方法為： 3. 1)、遍歷自治域互連關係矩陣Link_AS，如果Lu為n表示自治域i需要建立n條指 向自治域j的域間連接； 3. 2)、從自治域i的核心節點中，隨機選擇沒有建立輸出域間連接的核心節點，作為該 輸出域間連接的數據提供節點；如果自治域i的所有核心節點都已經建立至少1條輸出域 間連接，則隨機選擇1個核心節點作為該輸出域間連接的數據提供節點； 3. 3)、將自治域j中的核心節點按照上傳帶寬降序排列，選擇未建立輸入域間連接的 上傳帶寬最大的核心節點作為該輸入域間連接的數據接收節點； 3. 4)、在選定的數據提供節點和數據接收節點之間建立實際的域間連接，該連接在傳 輸視頻數據包時是單向的，只能由數據提供節點發送數據包給數據接收節點，但是數據收 發雙方可利用該連接交換數據包請求、請求應答、數據包緩存情況等控制信息； 3. 5)、判斷自治域i和自治域j之間建立的域間連接數是否達到Lu表示的值，如果沒 有達到，返回步驟3. 2繼續建立自治域i、j之間的域間連接，如果域間連接數達到Lu表示 的值，則繼續遍歷自治域互連關係矩陣，建立其他自治域之間的域間連接，直到建立完所有 域間連接為止。
【文檔編號】H04N21/61GK104506958SQ201510006008
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月7日 優先權日:2015年1月7日
【發明者】劉夢娟, 馬小栓, 羅緒成, 王巍 申請人:電子科技大學